Revista técnica N° 1

Termodinámica & Máquinas Térmicas JUNIO 2016 Volumen 1, nº 1

Turbinas de Vapor

Alcalá G. Armando R.

Cedeño D. Omar J.

01 | Termodinámica & Máquinas Térmicas

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.

Termodinámica & Máquinas Térmicas| 04

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