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    TURBINAS

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    Ricardo Sanchez
    1) El documento describe los diferentes tipos de turbinas de vapor, incluyendo clasificaciones según el número de etapas, la presión de salida del vapor, la forma en que se realiza la transformación de energía térmica en mecánica, y la dirección del flujo de vapor. 2) Explica los principales elementos de una turbina de vapor como el rotor, estator, álabes, diafragmas y cojinetes. 3) Resume los principios de funcionamiento de una turbina de vapor, donde la energía térmica del vapor se convierte en

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    TURBINAS

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    1) El documento describe los diferentes tipos de turbinas de vapor, incluyendo clasificaciones según el número de etapas, la presión de salida del vapor, la forma en que se realiza la transformación de energía térmica en mecánica, y la dirección del flujo de vapor. 2) Explica los principales elementos de una turbina de vapor como el rotor, estator, álabes, diafragmas y cojinetes. 3) Resume los principios de funcionamiento de una turbina de vapor, donde la energía térmica del vapor se convierte en

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    TURBINAS

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    1) El documento describe los diferentes tipos de turbinas de vapor, incluyendo clasificaciones según el número de etapas, la presión de salida del vapor, la forma en que se realiza la transformación de energía térmica en mecánica, y la dirección del flujo de vapor. 2) Explica los principales elementos de una turbina de vapor como el rotor, estator, álabes, diafragmas y cojinetes. 3) Resume los principios de funcionamiento de una turbina de vapor, donde la energía térmica del vapor se convierte en

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    TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

                          INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA


    PAZ 
     

    “TURBINAS DE VAPOR” 
     
     

    MATERIA: MAQUINAS Y EQUIPOS TERMICOS l


     
     

    GRUPO: 6° G ING. ELECTROMECANICA


    TURBINAS DE VAPOR
    1- Clasificación de las turbinas de vapor
    Existen varias clasificaciones de las turbinas dependiendo del criterio utilizado, aunque los
    tipos fundamentales que nos interesan son:

     Según el número de etapas o escalonamientos:


    - Turbinas monoetapa. Son turbinas que se utilizan para pequeña y mediana
    potencia.
    - Turbinas multietapa. Aquellas en las que la demanda de potencia es muy elevada,
    y además interesa que el rendimiento sea muy alto.
     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.
    - 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 forma en que se realiza la transformación de energía térmica en energía
    mecánica:
    - Turbinas de acción. En las cuales la transformación se realiza en los álabes fijos.
    - Turbinas de reacción. En ellas dicha transformación se realiza a la vez en los álabes
    fijos y en los álabes móviles.
     Según la dirección del flujo en el rodete.
    - Axiales. El paso de vapor se realiza siguiendo un cono que tiene el mismo eje que la
    turbina. Es el caso más normal.
    - Radiales. El paso de vapor se realiza siguiendo todas las direcciones
    perpendiculares al eje de la turbina.
     Turbinas con y sin extracción.
    - En las turbinas con extracción se extrae una corriente de vapor de la turbina antes
    de llegar al escape.
    2- Elementos de una turbina de vapor

    - Rotor. Es la parte móvil de la turbina.

    - Estator o carcasa. Parte fija que aloja el rotor y sirve de armazón y sustentación
    a la turbina.

    - Álabes. Órganos de la turbina donde tiene lugar la expansión del vapor.


     Alabes fijos. Van ensamblados en los diafragmas que forman parte del estator.
    Sirven para darle la dirección adecuada al vapor y que empuje sobre los álabes
    móviles.
     Alabes móviles. En ellos el vapor comunica el impulso, originándose un par de
    fuerzas que hace girar el rotor de la turbina.

    - Diafragmas. Son discos que van dispuestos en el interior de la carcasa


    perpendicularmente al eje y que llevan en su periferia los álabes fijos.

    - Cojinetes. Son los elementos que soportan los esfuerzos y el peso del eje de la
    turbina.
     Cojinetes radiales. Son aquellos que soportan los esfuerzos verticales y el peso del
    eje.
     Cojinete axial. Soportan el esfuerzo en la dirección 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.

     Sellados del rotor. Son elementos mecánicos que evitan que escape vapor de la
    turbina al exterior, por los lados del eje en las carcasas de alta y de media presión y
    además evitan la entrada de aire en las carcasas de baja presión. Pueden ser de
    metal o de grafito. Normalmente en las máquinas de gran potencia los cierres son
    metálicos del tipo laberinto.
    a. Regulación del sistema de sellado en una turbina de condensación.
     Estanqueidad interior. Son los mecanismos que evitan la fuga de vapor entre los
    álabes móviles y fijos en las etapas sucesivas de la turbina.
    3- Principios de funcionamiento
    La turbina de vapor de una central de ciclo combinado es un equipo robusto y sencillo, y
    como máquina industrial, es una máquina madura, bien conocida y muy experimentada.
    Se conoce casi todo de ella, de su comportamiento mecánico y de sus principios de
    funcionamiento termodinámicos. Más del 50 % de la energía eléctrica generada en el
    mundo se produce diariamente con turbinas de vapor.
    La turbina es el equipo encargado de transformar energía potencial en forma de presión
    de vapor en energía cinética de rotación.
    El vapor entra en una tobera donde se expansiona, obteniéndose un chorro de vapor con
    gran velocidad.

    a) La tobera se encuentra fija y el chorro de vapor se dirige en contra de una paleta


    móvil. La fuerza del chorro actúa sobre la paleta y la impulsa, produciendo el
    movimiento de la rueda. Este principio se conoce como ACCIÓN IMPULSO
    b) La tobera se encuentra montada en la rueda y puede moverse libremente. La alta
    velocidad del vapor de salida provoca una reacción en la tobera, haciendo que la
    rueda se mueva en sentido opuesto al chorro de vapor. Este principio se conoce
    como REACCION
    En los dos casos, la energía térmica del vapor (presión y temperatura) se convirtió en
    trabajo mecánico en la rueda.

    4- Sistemas de regulación
    Para poder adaptar la potencia de una turbina de velocidad constante a la demanda de
    una máquina receptora (alternador), se pueden utilizar algunos de los siguientes tipos de
    regulación:
    - Regulación por variación de la presión en la admisión, que se consigue mediante
    laminación en la válvula de admisión o variando la presión en la caldera, (regulación
    cualitativa).
    - Regulación por variación del número de toberas activas en la admisión sobre la primera
    corona, (regulación Por admisión parcial o regulación cuantitativa).
    Gobernador: A fin de controlar la frecuencia y la generación se dispone de un aparato
    instalado en cada unidad turbina-generador, que cumple tal función y se llama regulador
    de velocidad o gobernador. Este dispositivo detecta la velocidad y se sirve de un
    amplificador para mover la válvula de admisión. En la fig. se muestra una unidad turbina-
    generador en donde se puede ver que el gobernador gira a una velocidad proporcional a
    la de la unidad.
    Las esferas del gobernador se separan proporcionalmente a la fuerza centrífuga venciendo
    el resorte que trata de mantenerlas unidas.
    A cada valor de velocidad corresponde una posición diferente del punto A y si se
    consideran los puntos A y B unidos por un brazo rígido, cualquier movimiento del brazo se
    reflejará en el vástago del amplificador hidráulico que moverá la válvula piloto,
    permitiendo que el aceite a presión actúe sobre el embolo principal para mover la válvula
    de admisión. En este esquema solo hay una posición de la palanca que impide el
    accionamiento del embolo principal para mover la válvula de admisión. En este esquema
    solo hay una posición de la palanca que impide el accionamiento del embolo principal y
    esta corresponde a la velocidad nominal de la unidad y la frecuencia del sistema.
    5- Aplicaciones, selección y evaluación
    Las turbinas de vapor industriales de Siemens posibilitan una generación eficiente de
    electricidad y mejoran la rentabilidad de procesos industriales

     Empresas energéticas.
     Productores independientes de electricidad (IPP).
     Industria química.
     Petroquímica / refinerías.
     Madereras, papeleras.
     Minería, metalúrgica y siderurgia, acerías
     Industria de alimentos y bebidas.

    - Plantas de ciclo combinado: Una central de ciclo combinado es una central


    eléctrica en la que la energía térmica del combustible transformada en electricidad
    mediante dos ciclos termodinámicos: el correspondiente a una turbina de gas y el
    convencional de turbina de vapor.
    - Plantas de recuperación de calor: El propósito de los sistemas de recuperación de
    calor es mantener la rentabilidad de la planta a través de la reducción del uso de
    energía.
    - Centrales energéticas de biomasa: Es una instalación industrial diseñada para
    generar energía eléctrica a partir de recursos biológicos. Así pues, las centrales de
    biomasa usen fuentes renovables para la producción de energía eléctrica.
    - Plantas incineradoras de basura: La incineración de basura se realiza para reducir
    su volumen, para fundir componentes tóxicos y para producir energía. La basura se
    incinera a alta temperatura, alrededor de 850 °C. El vapor del proceso produce
    energía eléctrica de forma similar a las plantas específicas de producción de
    energía.

    Selección de las turbinas de vapor

     Según la forma de aprovechamiento de la energía contenida en el flujo de vapor.


     Según el número de etapas.
     Según la dirección del flujo de vapor.
     Según si existe o no extracción de vapor antes de llegar al escape.
     Según la presión de salida del vapor.

    Según la forma de aprovechamiento de energía contenida


     Turbinas de vapor de acción: En la turbina de reacción la energía mecánica se
    obtiene de la aceleración del vapor en expansión.
     Turbinas de impulso o acción: Aprovechar la energía cinética del fluido (vapor a
    alta presión) para producir trabajo, es decir, en ellas el vapor, una vez expandido,
    obra por su gran velocidad sobre los órganos móviles de la turbina.

    Según el número de etapas


     Turbina de vapor con una sola etapa: Se utilizan para turbinas de hasta 2 MW de
    potencia.
     Turbina de vapor de multietapa: Aquellas en las que la demanda de potencia es
    muy elevada, y tienen un rendimiento muy alto.

    Según la dirección del flujo de vapor:


     Turbina de vapor de flujo radial: Se realiza en etapas de alta presión, enviando
    parte del vapor de vuelta a la caldera para sobrecalentarlo y reenviarlo a etapas
    intermedias
     Turbina de vapor de flujo axial: Es el método más utilizado, el paso de vapor se
    realiza siguiendo un cono que tiene el mismo eje que la turbina.
    6- Principio de mantenimiento
    Una turbina de vapor es un equipo especialmente agradecido con el mantenimiento
    preventivo. Al ser un equipo en general bien conocido (es la máquina térmica más
    antigua), los fabricantes suelen haber resuelto yal a mayor parte de sus problemas de
    diseño. Por tanto, una operación cuidadosa y un plan adecuado de mantenimiento
    programado se traducen necesariamente en te en una alta disponibilidad

     Mantenimiento Operativo Diario

    - Comprobación de alarmas y avisos.


    - Vigilancia de parámetros (niveles de vibración, revoluciones, temperaturas de
    entrada y salida del vapor, presiones de entrada y salida, presión, temperatura y
    caudal de aceite de lubricación, presión de vacío del depósito de aceite de
    lubricación, comprobación de nivel de aceite, presión diferencial de filtros, entre
    otros).
    - Inspección visual de la turbina y sus auxiliares (fugas de aceite, fugas de vapor,
    fugas de agua de refrigeración, ruidos y vibraciones anormales, registro de
    indicadores visuales).

     Mantenimiento Quincenal

    - Inspección visual de la turbina.


    - Inspección de fugas de aceite.
    - Limpieza de aceite (si proceder).
    - Comprobación del nivel de aceite.
    - Inspección de fugas de vapor.
    - Inspección de fugas de agua de enfriamiento.
    - Lectura de vibraciones (amplitud).
    - Inspección visual de la bancada.
    - Purga de agua del aceite de lubricación.
    - Inspección visual del grupo hidráulico de aceite de control.

     Tareas de mantenimiento de carácter mensual

    - Muestra de aceite para análisis.


    - Purga de agua del aceite.
    - Comprobación de lubricación de reductor y de alternador.
    - Análisis del espectro de vibración en turbina, reductor y alternador, a velocidad
    nominal.

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