Turbina d'impuls vs Turbina de reacció
Les turbines són una classe de maquinària turbo utilitzada per convertir l'energia d'un fluid que flueix en energia mecànica mitjançant l'ús de mecanismes de rotor. Les turbines, en general, converteixen l'energia tèrmica o cinètica del fluid en treball. Les turbines de gas i les turbines de vapor són maquinària turbo tèrmica, on el treball es genera a partir del canvi d'entalpia del fluid de treball; és a dir, l'energia potencial del fluid en forma de pressió es converteix en energia mecànica.
L'estructura bàsica d'una turbina de flux axial està dissenyada per permetre un flux continu de fluid mentre s'extreu l'energia. En les turbines tèrmiques, el fluid de treball a alta temperatura i pressió es dirigeix a través d'una sèrie de rotors que consisteixen en pales angulades muntades sobre un disc giratori unit a l'eix. Entre els discos de cada rotor, hi ha pales estacionàries que actuen com a broquets i guien el flux de fluid.
Les turbines es classifiquen mitjançant molts paràmetres, i la divisió d'impuls i reacció es basa en el mètode de convertir l'energia d'un fluid en energia mecànica. Una turbina d'impuls genera energia mecànica completament a partir de l'impuls del fluid quan impacta sobre les pales del rotor. Una turbina de reacció utilitza el fluid del broquet per crear impuls a la roda de l'estator.
Més sobre Impulse Turbine
Les turbines d'impuls converteixen l'energia del fluid en forma de pressió canviant la direcció del flux de fluid quan impacten a les pales del rotor. El canvi en l'impuls provoca un impuls a les pales de la turbina i el rotor es mou. El procés s'explica mitjançant la segona llei dels newtons.
En una turbina d'impuls, la velocitat del fluid s'incrementa passant per una sèrie de broquets abans de ser dirigit a les pales del rotor. Les pales de l'estator actuen com a broquets i augmenten la velocitat reduint la pressió. El corrent de fluid amb una velocitat més alta (moment) impacta després amb les pales del rotor, per transferir l'impuls a les pales del rotor. Durant aquestes etapes, les propietats del fluid pateixen canvis característics de les turbines d'impuls. La caiguda de pressió es produeix completament als broquets (és a dir, els estators), i la velocitat augmenta significativament als estators i les caigudes als rotors. En essència, les turbines d'impuls només converteixen l'energia cinètica del fluid, no la pressió.
Les rodes Pelton i les turbines de Laval són exemples de les turbines d'impuls.
Més sobre la turbina de reacció
Les turbines de reacció converteixen l'energia del fluid mitjançant la reacció a les pales del rotor, quan el fluid experimenta un canvi de moment. Aquest procés es pot comparar amb la reacció en un coet pel gas d'escapament del coet. El procés de les turbines de reacció s'explica millor mitjançant la segona llei de Newton.
Una sèrie de broquets augmenta la velocitat del corrent de fluid a l'etapa de l'estator. Això crea una caiguda de pressió i un augment de la velocitat. A continuació, el flux de fluid es dirigeix a les pales del rotor, que també actuen com a broquets. Això redueix encara més la pressió, però la velocitat també disminueix com a resultat de la transferència d'energia cinètica a les pales del rotor. A les turbines de reacció, no només l'energia cinètica del fluid, sinó també l'energia del fluid en forma de pressió es converteix en energia mecànica de l'eix del rotor.
La turbina Francis, la turbina Kaplan i moltes de les turbines de vapor modernes pertanyen a aquesta categoria.
En el disseny modern de la turbina, els principis de funcionament s'utilitzen per generar una sortida òptima d'energia i la naturalesa de la turbina s'expressa pel grau de reacció (Λ) de la turbina. El paràmetre és bàsicament la relació entre la caiguda de pressió a l'etapa del rotor i l'etapa de l'estator.
Λ=(canvi d'entalpia a l'etapa del rotor) / (canvi d'entalpia a l'etapa de l'estator)
Quina diferència hi ha entre la turbina d'impuls i la turbina de reacció?
En una turbina d'impuls, la caiguda de pressió (entalpia) es produeix completament a l'etapa de l'estator, i en la reacció la pressió de la turbina (entalpia) cau tant a les etapes del rotor com de l'estator. {Si el fluid és compressible, (normalment) el gas s'expandeix tant en les etapes del rotor com de l'estator a les turbines de reacció.}
Les turbines de reacció tenen dos jocs de broquets (a l'estator i al rotor), mentre que les turbines d'impuls només tenen broquets a l'estator.
A les turbines de reacció, tant la pressió com l'energia cinètica es converteixen en energia de l'eix, mentre que, a les turbines d'impuls, només s'utilitza l'energia cinètica per generar energia de l'eix.
El funcionament de la turbina d'impuls s'explica mitjançant la tercera llei de Newton i les turbines de reacció s'expliquen mitjançant la segona llei de Newton.
