Termodinámica & Máquinas Térmicas JUNIO 2016 Volumen 1, nº 1
Turbinas de Vapor
Alcalá G. Armando R.
Cedeño D. Omar J.
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CRÉDITOS
AGRADECIMIENTOS T.S.U. Armando Alcalá T.S.U. en Electricidad Estudiante de Ing. Eléctrica
T.S.U. Omar Cedeño T.S.U. en Electricidad Estudiante de Ing. Eléctrica
Ing. Francisco J. Vargas Ing. en Mantenimiento Mecánico Tutor de Termodinámica y Máquinas Térmicas
CONTENIDO Turbinas de Vapor p.02 Partes de una Turbina de Vapor p.04 Clasificacion de las Turbinas de Vapor p.05 Estudio Constructivo p.07
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Turbinas de Vapor S
on turbomáquinas motoras, que transforman la energía de un flujo de vapor en energía mecánica a través de un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de traba-
jo (entiéndase el vapor) y el rodete, órgano principal de la turbina, que cuenta con palas o álabes los cuales tienen una forma particular para poder realizar el intercambio energético. Las turbinas de vapor están presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un fluido que pueda cambiar de fase, entre éstos el más importante es el Ciclo Rankine, el cual genera el vapor en una caldera, de la cual sale en unas condiciones de elevada temperatura y presión. En la turbina se transforma la energía interna del vapor en energía mecánica que, típicamente, es aprovechada por un generador para producir electricidad. En una planta de cogeneración, una turbina de vapor es un equipo sencillo, y como máquina
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industrial, es una máquina madura, bien
maniobra con dichas máquinas.
conocida y muy experimentada. Se cono-
Las cuatro normas que se deben cum-
ce casi todo de ella. Más del 70 % de la
plir son, en primer lugar, emplear vapor
energía eléctrica generada en el mundo
con
se produce diariamente con turbinas de
apropiadas; segundo, respetar las instruc-
vapor.
ciones de operación en arranques, duran-
Una turbina funciona de la siguiente manera, en primer lugar se introduce vapor
a
determinada
físico-químicas
te la marcha y durante las paradas del equipo.
y
En tercer lugar, se debe respetar las
presión; este vapor hace girar unos álabes
consignas de protección del equipo, y si
unidos a un eje rotor; a la salida de la turbi-
da algún síntoma de mal funcionamiento
na, el vapor que se introdujo tiene una
parar y revisar el equipo, nunca sobrepa-
presión y una temperatura inferior. Parte
sar los límites de determinados parámetros
de la energía perdida por el vapor se
para poder seguir con ella en producción
emplea
o incluso poder arrancarla.
en
mover
el
temperatura
características
rotor.
Necesita
también de unos equipos auxiliares muy
En cuatro lugar, se recomienda realizar
sencillos, como un sistema de lubricación,
los mantenimientos programados con la
de refrigeración, unos cojinetes de fricción,
periodicidad prevista. Si se respetan estas
un sistema de regulación y control, y poco
cuatro normas se aprovechará al máximo
más.
la turbina, prolongando su vida útil y obte-
Entre las ventajas que ofrece la turbina está el hecho de que tienen larga vida útil y sin problemas. En los casos en los que se han llegado a presentar problemas, es debido a que no se cumplen cuatro normas
fundamentales
y
básicas
en
la
niendo mejores beneficios en el lugar donde éstas se están empleando.
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Partes de una Turbina de Vapor
Como se observa en el gráfico la turbina consta de diversas partes. Entre las mas importantes están:
El cuerpo del rotor, que contiene las coronas giratorias de alabes.
La carcasa, conteniendo las coronas fijas de toberas.
Alabes.
tiene una serie de elementos estructurales, mecánicos y auxiliares, como son cojinetes, válvulas de regulación, sistema de lubricación, sistema de refrigeración, virador, sistema de control, sistema de extracción de vahos, de aceite de control y sistema de sellado del vapor.
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Clasificación de las Turbinas de V Según la forma en que se realiza la transformación de energía térmica en energía mecánica: 1)
Turbinas de acción, en las cuales la transformación se realiza en los álabes fijos.
2)
Turbinas de reacción, en ellas dicha transformación se realiza a la vez en los álabes fijos y
en los álabes móviles.
Según el número de etapas o escalonamientos: 1)
Turbinas mono etapa, son turbinas que se utilizan para pequeñas y medianas potencias.
2)
Turbinas multi etapa, aquellas en las que la demanda de potencia es muy elevada, y además interesa que el rendimiento sea muy alto.
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Vapor Según el número de etapas o escalonamientos: 1) 1) 2)
Según la presión del vapor de salida: Contrapresión, en ellas el vapor de escape es utilizado posteriormente en el proceso. Escape libre, el vapor de escape va hacia la atmósfera. Este tipo de turbinas despilfarra la energía pues no se aprovecha el vapor de escape en otros procesos como calentamiento, etc. 3) Condensación, en las turbinas de condensación el vapor de escape es condensado con agua de refrigeración. Son turbinas de gran rendimiento y se emplean en máquinas de gran potencia.
Según la dirección del flujo en el rodete. 1)
Axiales, el paso de vapor se realiza siguiendo un con que tiene el mismo eje que la turbina. Es el caso más normal.
2)
Radiales, el paso de vapor se realiza siguiendo todas las direcciones perpendiculares al eje de la turbina.
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Estudio Constructivo De los Elementos de las Turbinas - Rotor, es la parte mรณvil de la turbina. - Estator o carcasa, parte fija que aloja el rotor y sirve de armazรณn y sustentaciรณn a la turbina. - ร labes, รณrganos de la turbina donde tiene lugar la expansiรณn del vapor. - ร labes fijos, van ensamblados en los diagramas que forman parte del estator. Sirven para darle la direcciรณn adecuada al vapor y que empuje sobre los รกlabes mรณviles. - Diafragmas, son discos que van dispuestos en el interior de la carcasa perpendicularmente al eje y que llevan en su periferia los รกlabes fijos. - Cojinetes, son los elementos que soportan los esfuerzos y el peso del eje de la turbina. Los cojinetes pueden ser radiales, que son aquellos que soportan los esfuerzos verticales y el peso del eje, o axiales, soportan el esfuerzo en la direcciรณn longitudinal del eje. - Sistemas de estanqueidad, son aquellos sistemas de cierre situados a ambos extremos del eje de la turbina que evitan que escape el vapor de la turbina. 1)
Sellados del rotor, son elementos mecรกnicos que evitan que escape vapor de la turbina
al exterior, por los lados del eje en las carcasas de alta y de media presiรณn y ademรกs evitan la entrada de aire en las carcasas de baja presiรณn. Pueden ser de metal o de grafito. Normalmente en las mรกquinas de gran potencia los cierres son metรกlicos de tipo laberinto. 2)
Regulaciรณn del sistema de sellado en una turbina de condensaciรณn.
- Estanqueidad interior, son los mecanismos que evitan la fuga de vapor entre los รกlabes mรณviles y fijos en las etapas sucesivas de la turbina.
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Primera Turbina de Vapor, 1927 El que por primera vez pensó en utilizar la reacción del vapor fue el matemático y mecánico Herón de Alejandría