Lurrun-turbinak
Lurrun-turbina turbo-makina motorra da. Makina hauetan lurrun-fluxuaren energia termikoa energia mekaniko bihurtzen da, lurrunaren eta ardatzeko besoen artean higidura-kantitatea trukatuz. Turbina zeharkatzean lurruna zabaldu egiten da, bere bolumen espezifikoa aldakorra baita, eta ardatzaren biratze-mugimendua eragiten du.
Gaur egun, lurrun-turbinen erabilerarik garrantzitsuena elektrizitatearen sorkuntza da, zentral termoelektrikoetan, nuklearretan, geotermikoetan, ziklo konbinatuetan eta abarretan integratuta. Industriako beste lurrun-sistemetan ere aplikatzen dira, eta turbinen potentzia-tartea kW batzuetatik ehunka MW-erainokoa da.
Lurrun-turbinen garapenean hiru aldi bereiz ditzakegu. XX. mendearen hasieratik 60ko hamarkadara arte, lurrun-turbinen potentzia handituz joan zen, baita erabilitako lurrunaren presioa eta tenperatura ere. Hortik aurrera, ahaleginik gehienak makina hauen errendimendua eta fidagarritasuna hobetzeko egin dira. XX. mendeko azken hamarkadatik aurrera, lurrun-turbina osatzen duten elementurik gehienak zehatz aztertu dira, eta bakoitzaren diseinua hobetu egin da, errendimendu handiagoak lortzeko.
Deskribapena eta funtzionamendua
Irudian erdi-mailako potentziako kondentsaziozko lurrun-turbina axial baten ebakidura agertzen da, baita turbina osatzen duten oinarrizko elementuak ere.
kondentsaziozko lurrun-turbina axialaren ebakidura
Turbinaren errotorea disko batzuk dituen ardatza da. Diskoen kanpoaldean beso motorrak daude, koroa mugikorrak osatzen dituztela. Ardatza kojineteen gainean biratzen da. Turbinaren gorputzean edo estatorean koroa finkoak osatzen dituzten beste beso-talde batzuk daude. Errotoreko eta estatoreko koroa-bikote bakoitzak maila edo etapa bat osatzen du, eta turbinaren barruan maila bat edo gehiago egon daitezke.
Maila bakoitzaren barruan lurruna zabaltzen da, eta fluidoaren energia termikoak ardatzaren biratze-energia mekanikoa eragiten du. Zabalkuntza-prozesua fase bitan gertatzen da: lehenik, lurruna estatoreko beso finkoetatik pasatzen da, presioa (entalpia) galdu eta abiadura (energia zinetikoa) irabaziz; gero, lurrunak beso mugikorretan jotzen du, eta turbinaren ardatza birarazten du.
Hauek dira lurrun-turbina osatzen duten sistema eta osagarrien ezaugarri garrantzitsuenak:
Besoak: lurrunetik hartzen duten energia errotoreko koroara transmititzea dute helburu. Besoen altuera eta mailen diametroa gero eta handiagoa da, lurrunaren bolumen espezifikoa ere handituz doalako. Kasu edo aplikazio bakoitzeko ezaugarrien arabera, besoaren forma geometrikoa ezberdina izaten da, eta, itxuraz sinpleak izan arren, besoen diseinu- eta fabrikazio-prozesuak oso konplexuak dira.
Errotorea: besoekin batera, errotorea turbinaren osagairik kritikoena da, tentsio handienak jasaten dituena. Pieza forjatu bakar batekoa (monoblock) edo segmentu soldatuz osatua izan daiteke.
Kojineteak: errotoreari, alde bietan, kojineteek eusten diote. Mota bitakoak dira: erradialak eta axialak, indarra ardatzarekiko paralelo edo zut jasateko diseinatuta daude. Indar axiala oso garrantzitsua da, erreakzio-turbinetan batez ere, koroa mugikor bakoitzaren alde biak presio ezberdinetan daudelako.
Gorputza (edo karkasa): tobera eta beso geldikorren erreakzio-indarrak eta tenperatura-aldaketen ondorioz sorturiko zabalkuntza eta konpresioa jasateko diseinatzen da. Altzairu urtuz egin ohi da, eta haren forma geometrikoa sinplea eta simetrikoa izaten da. Lurrunaren irteera-hodia gorputzarekin bat eginda egon daiteke (pieza bakarra), edo karkasari soldatutako beste pieza bat izan daiteke.
Estankotasun-labirintoa: errotorearen atzean lurrun-ganberaren estankotasuna lortzeko erabiltzen da. Labirintoa bitarte eta zulo askoz osatuta dago, eta ihes egindako lurruna honaino heltzen da. Bitarte bakoitzean presio-energia energia zinetiko bihurtzen da, eta, ondorioz, lurrunaren bolumena handitzen da eta ihes egingo duen emaria mugatzen du.
Lubrifikazio-olioaren sistema: helburua turbinaren kojinete eta errodamenduetara presio eta tenperatura egokiko olioa eramatea da, marruskaduraren eta berotzearen ondorioz kalterik gerta ez dadin. Hau da sistemaren oinarrizko osaera: olio-biltegia, maila-adierazgailua, ponpa, hozkailua eta hustuketa-balbula.
Erregulazio- eta kontrol-sistema: turbina-mota eta funtzionamendu-era kasu bakoitzean nolakoak diren, erregulazio-sistemak helburu desberdinak ditu: biratze-abiadura konstante mantentzea, lurrun-kontsumoa konstante mantentzea, irteten den eta erauzten den lurrunaren presioa konstante mantentzea, alternadorearen gainkarga galaraztea, sarera esportaturiko potentzia elektrikoa mugatzea eta abar. Erreguladoreak mekanikoak, hidraulikoak edo elektronikoak izan daitezke. Gaur egun, azken mota hori da erabiliena eta kontrola mikroprozesagailuen bidez egiten da.
lurrun-turbina axialaren errotoreko besoak (Iturria: Siemens)
Motak
Lurrun-turbinak sailkatzeko ikuspuntu ohikoenak kontuan hartuz, mota hauek bereizten dira:
lurrun-turbinen sailkapena
Besoak kontuan hartuta edo lurrunaren zabalkuntza-prozesua non gertatzen den, mota bi bereizten dira: bulkada edo akziozkoa, zabalkuntza osoa beso finkoetan gertatzen bada, eta erreakziozkoa, zabalkuntzaren parte bat estatorean eta bestea errotorean gertatzen direnean.
Lurrunak makina zeharkatzean duen mugimendua turbinaren ardatzaren norabidean edo ardatzetik kanporanzkoa izan daiteke, hau da, turbina axiala edo erradiala izan daiteke, hurrenez hurren.
Lurrunak irteeran duen presioa presio atmosferikoa baino txikiagoa denean esaten da turbina kondentsaziozkoa dela, eta handiagoa denean, kontrapresiozkoa. Halaber, turbina osoa zeharkatu aurretik makinan lurruna atera edo sartzen bada, erauzte-turbina eta indukzio-turbinak ditugu, hurrenez hurren.
Lurrun-turbinen oinarrizko ziklo ideala. Errendimendua
Lurrun-turbinak erabiltzen dituzten potentzia-zikloen artean garrantzitsuena Rankineren zikloa da, non lurruna galdaran sortzen den tenperatura eta presioa altuetan.
Rankineren zikloa osatzen duten gailuak
Ziklo ideal hau lau gailuren bidez gauzatzen da, eta bakoitzari honako prozesu hauek dagozkio:
Galdara: ura presio konstantepean lurruntzen da, beroa hartuz.
Lurrun-turbina: lurruna isoentropikoki hedatzen da, ardatzean lana sortuz.
Kondentsadorea: lurruna presio konstantepean kondentsatzen da, beroa galduz.
Ponpa: elikadura-uraren presioa igotzen da, isoentropikoki, lana xurgatuz.
Irudian Rankineren zikloaren irudikapena agertzen da T/s (tenperatura-entropia) diagraman.
Rankineren zikloari dagokion prozesu-segida, T-s diagraman
Galdarako 2-5 lurrunketa-prozesuan hiru zati bereizten dira: 2-3 ura fase likidoan berotzea galdarako asetasun-tenperaturara heldu arte, 3-4 ura lurruntzea eta 4-5 lurruna gainberotzea.
Rankineren zikloko prozesu bakoitzean trukatutako energia espezifikoak jariakinaren entalpietatik lortzen dira:
2-5: galdarako lurrunketa isobarikoan, urak 
beroa hartzen du.
5-6: turbinako hedapen isoentropikoan, lurrunak 
lana askatzen du.
6-1: kondentsazio isobarikoan, 
beroa galtzen da.
1-2: ponpaketa isoentropikoan, ponpak 
lana xurgatzen du.
Rankineren zikloaren errendimendu termikoa da lortutako lan garbiaren 
eta urari galdaran emandako beroaren arteko erlazioa:
Ziklo ideal honen errendimendua hobetzeko, definizioan parte hartzen duten parametroak alda ditzakegu: adibidez, lurrunaren sorkuntza-presioa (galdarakoa) handitu, galdarako irteeran lurrun gainberotuak duen tenperatura igo edo kondentsadoreko tenperatura gutxitu. Aldi berean, zikloan aldaketa batzuk ere egiten dira helburu hau lortzeko, hala nola birberotzea (zabalkuntza turbina bitan egiten da, eta bien artean, galdaratik pasarazten da lurruna birberotzeko) edo leheneratzea (turbinatik zabalkuntza osoa egin gabe dagoen lurrun-kantitate bat ateratzen da, galdarako elikadura-ura aurrez berotzeko).
Juanjo Egia (EHU)