turbinas de vapor, proyecto termo (1)

7/23/2019 Turbinas de Vapor, Proyecto Termo (1)

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Turbinas de VaporTermodinmica II

Alumno: Alejandro Arias. Dino Turco. Perci Mendoza.

Jos E. Chaves

Profesor: Ing. Aleander !alencianoC"digo Curso: IM# $%&

Carrera: Mec'nica ( Elec)romec'nica.

Curso: *ru+o del Jueves de las ,-:&& a las %&:&.

Turbinas de Vapor


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Introduccin

La turbina de vapor es una mquina de fluido en la que la energa de ste pasa aleje de la mquina saliendo el fluido de sta con menor cantidad de energa. Laenerga mecnica del eje procede en la parte de la energa mecnica que tena lacorriente y por otra de la energa trmica disponible transformada en parte enmecnica por epansin. !sta epansin es posible por la variacin del volumenespecfico del fluido que evoluciona en la mquina.

!l trabajo disponible en la turbina es igual a la diferencia de entalpia entre el vaporde entrada a la turbina y el de salida.

!l "ec"o de la utili#acin del vapor como fluido de trabajo se debe a la elevadaenerga disponible por unidad de $g de fluido de trabajo.

/is)oria 0an)eceden)es1


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%istricamente& las primera turbina de vapor de la que se tiene constancia fueconstruida por %ern de 'lejandra alrededor del a(o )*+ '. ,.& la cual consistaen un esfera metlica con dos toberas en sus polos y orientadas en el mismosentido por donde escapaba el vapor. La esfera giraba diametralmente& apoyadasobre la caldera por los conductos de entrada del vapor.

!l primer dispositivo que puede ser clasificado como una turbina de vapor dereaccin era poco ms que un juguete& el 'eolipile clsica& descrita en el sigloprimero por el matemtico griego %ern de 'lejandra en !gipto romano. !n )++)&Taqi al-in en !gipto /tomano describe una turbina de vapor con la aplicacinprctica de la rotacin de un asador. Turbinas de vapor tambin fueron descritospor el italiano 0iovanni 1ranca y 2o"n 3il$ins en Inglaterra. Los dispositivosdescritos por al-in y 3il$ins se conocen "oy como tomas de vapor.

La turbina de vapor moderno fue inventada en )445 por 6ir ,"arles 7arsons& cuyoprimer modelo fue conectado a una dinamo que genera *&+ $3 de electricidad. Lainvencin de la turbina de vapor de 7arsons "i#o electricidad barata y abundanteposible y revolucion el transporte martimo y la guerra naval. 6u patente fuelicenciada y la turbina a escala poco despus por un estadounidense& 0eorge3esting"ouse. La turbina 7arsons tambin result ser fcil de escalar. 7arsonstuvo la satisfaccin de ver su invento adoptado para todas las centrales elctricasdel mundo& y el tama(o de los generadores se "aba incrementado desde sus


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primeros *&+ $3 establecidos para unidades de capacidad de +8 888 $3. entrode toda la vida de 7arsons& la capacidad de generacin de una unidad se redujo"asta en alrededor de )8.888 veces& y la produccin total de turbogeneradoresconstruidos por su firma de ,' 7arsons and ,ompany y por sus licenciatarios&para los propsitos tierra por s sola& se "aba ecedido treinta millones de

caballos de energa.

9n n:mero de otras variaciones de las turbinas se "an desarrollado que el trabajoefica# con vapor de agua. La Laval turbina de vapor para acelerar la velocidadmima antes de ejecutarlo contra un labe de turbina. Impulso de la turbina deLaval es ms simple& menos costoso y no necesita ser a prueba de presin. 7uedeoperar con una presin de vapor de agua& pero es muc"o menos eficiente.

9no de los fundadores de la moderna teora de las turbinas de vapor y gastambin fue 'urel 6todola& un fsico e ingeniero eslovaco y profesor sui#o delInstituto 7olitcnico de ;uric". 6u obra de madure# fue ie ampfturbinen undi"re 'ussic"ten del als 3rme$raftmasc"inen que fue publicado en 1erln en )& en 1erln& se public otro libro importante ampf und 0as-Turbinen.

La turbina ,urtis 1ro?n-que "aba sido originalmente desarrollado y patentado porlos !!99 y la empresa internacional ,urtis @arine Turbine ,ompany fuedesarrollado en la dcada de )


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Elemen)os de una )ur2ina de va+or

D Botor. !s el elemento mvil del sistema. La energa desprendida por elvapor en la turbina se convierte en energa mecnica en este elemento.

ado que la turbina est dividida en un cierto n:mero de escalonamientos& elrotor est compuesto por una serie de coronas de alabes& uno por cadaescalonamiento de la turbina. Los alabes se encuentran unidos solidariamente aleje de la turbina movindose con l.

!stator. !l estator est constituido por la propia carcasa de la turbina. 'ligual que el rotor& el estator est formado por una serie de coronas dealabes& correspondiendo cada una a una etapa o escalonamiento de laturbina.


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D Toberas. !l vapor es alimentado a la turbina a travs de estos elementos.6u labor es conseguir una correcta distribucin del vapor entranteEsalientealEdesde el interior de la turbina.


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Vlvula de regulacinFBegula el caudal de entrada a la turbina& siendo de los elementos msimportantes de la turbina de vapor. !s accionada "idrulicamente con laayuda de un grupo de presin de aceite Gaceite de controlH oneumticamente. Aorma parte de dos la#os de controlF el la#o que controla

la velocidad de la turbina y el la#o que controla la carga o potencia de laturbina.

,ojinetes de apoyo& de bancada o radialesF6obre ellos gira el rotor. 6uelen ser de un material blando& y recubiertos deuna capa lubricante que disminuya la friccin. 6on elementos de desgaste&que deben ser sustituidos peridicamente& bien con una frecuenciaestablecida si su coste es bajo respecto de su produccin& o bien porobservacin de su superficie y cambio cuando se encuentren en un estadodeficiente.

,ojinete de empuje o aialF

!l cojinete aial& o de empuje impide el despla#amiento del rotor en ladireccin del eje& !vitando el empuje aial que sufre el eje por el efecto delvapor repercuta en el reductor& da(ndolo seriamente. Co se encuentra encontacto con el eje si no que "ace tope con un disco que forma partesolidaria con el eje.!l cojinete est construido en un material blando y recubierto por una capade material que disminuya la friccin entre el disco y el cojinete. 'dems&debe encontrarse convenientemente lubricado.7ara comprobar el estado de ese cojinete& adems de la medida de latemperatura y de las vibraciones del eje& se mide de forma constante eldespla#amiento aial. 6i se ecede el lmite permitido& el sistema de control

provoca la parada de la turbina o impide que esta complete su puesta enmarc"a.

6istema de lubricacinF7roporciona el fluido lubricante& generalmente aceite. 7ara asegurar lacirculacin del aceite en todo momento el sistema suele estar equipado contres bombasF

1omba mecnica principalF !sta acoplada al eje de la turbina& de forma quesiempre que este girando la turbina est girando la bomba& asegurndoseas la presin de bombeo mejor que con una bomba elctrica. Co obstante&en los arranques esta bomba no da presin suficiente& por lo que es

necesario que el equipo tenga al menos una bomba adicional 1omba auiliarF 6e utili#a eclusivamente en los arranques& y sirve para

asegurar la correcta presin de aceite "asta que la bomba mecnica puedereali#ar este servicio. 6e conecta antes del arranque de la turbina y sedesconecta a unas revoluciones determinadas durante el arranque&cambindose automticamente de la bomba auiliar a la bomba principal.Tambin se conecta durante las paradas de la turbina.


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1omba de emergenciaF 6i se produce un problema de suministro elctricoen la planta& esta queda sin tensin& durante la parada "abra un momentoen que las turbina se quedara sin lubricacin& ya que la bomba auiliar notendra tensin. 7ara evitar este problema& las turbinas suelen ir equipadascon una bomba de emergencia que funciona con corriente continua

proveniente de un sistema de bateras. 6istema de etraccin de va"osF

!l depsito de aceite suele estar a presin inferior a la atmosfrica parafacilitar la etraccin de vapores de aceite y dificultar una posible fuga deaceite al eterior. 7ara conseguir este vaco& el sistema de lubricacin sueleir equipado con un etractor.

6istema de refrigeracin de aceiteF!l aceite en su recorrido de lubricacin se calienta modificando suviscosidad& y por tanto& sus caractersticas lubricantes& llegando adegradarse si el calor es ecesivo. 7ara evitarlo& el sistema de lubricacin

dispone de unos intercambiadores que enfran el aceite& estosintercambiadores pueden ser aire-aceite& de forma que el calor del aceite seevacua a la atmsfera& o agua-aceite& de forma que el calor se transfiere alcircuito cerrado de refrigeracin con agua de la planta.

6istema de aceite de controlF,uando la vlvula de regulacin se acciona oleo "idrulicamente elconjunto de turbina va equipado con un grupo de presin para el circuito deaceite de control. !ste& debe mantener la presin normalmente entre los +8y los >88 bares de presin "idrulica. !l sistema de control gobierna lavlvula de salida del grupo& que "ace llegar al aceite "asta la vlvula deregulacin de entrada de vapor con la presin adecuada.6istema de sellado de vaporFLas turbinas de vapor estn equipadas con sellos de carbn& que se ajustanal eje& yEo con laberintos de vapor. ,on esto se consigue evitar que el vaporsalga a la atmsfera y disminuyan la eficiencia trmica de la turbina.

ViradorF!l sistema virador consiste en un motor elctrico o "idrulico Gnormalmenteel segundoH que "ace girar lentamente la turbina cuando no est enfuncionamiento. !sto evita que el rotor se curve& debido a su propio peso opor epansin trmica& en parada. La velocidad de este sistema es muybaja Gvarios minutos para completar un giro completo de turbinaH& pero se

vuelve esencial para asegurar la correcta rectitud del rotor. 6i por algunara#n este sistema se detiene Gavera del rotor& avera de la turbina&inspeccin interna con desmontajeH es necesario asegurar que& antes dearrancar& estar girando varias "oras con el sistema virador.

,ompensadorF


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!s el elemento de unin entre la salida de la turbina y el resto de lainstalacin Ggeneralmente las tuberas que conducen al condensador o elpropio condensadorH. a que la carcasa de la turbina sufre grandes cambiosde temperatura& este elemento de unin es imprescindible para controlar yamortiguar el efecto de dilataciones y contracciones.

Ti+os de )ur2inas de va+or

,. Por la direcci"n del flujo de va+or en el in)erior de la )ur2ina

9na primera clasificacin de las turbinas de vapor puede desarrollarse "aciendoreferencia a movimiento de la corriente de vapor dentro de cuerpo de la turbina.6eg:n este criterio eisten dos tipos de turbinasF

D Badiales. La circulacin de vapor se establece en un plano perpendicular al ejede la turbina.

D 'iales. La circulacin de vapor transcurre paralelamente al eje de la turbina.

%. Por su mecanismo de funcionamien)o

'. Turbina aialF

esde el punto de vista de su funcionamiento las turbinas aiales se puedendividir en tres clases seg:n el grado de reaccin que presentan.

6e define grado de reaccin de una turbo-mquina a la relacin

R= y

x

J disminucin de entalpa en el rotor

KJ a disminucin de entalpa total Gentalpa ms energa cintica especficaH en el

escalonamiento


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D Turbina aial de accin con presin constante en el rotor.

La presin disminuye completamente en el estator mientras que se mantieneconstante en el rotor donde la velocidad del fluido no vara apenas salvo una levadisminucin por la friccin.

B8 GCegativo ligeramente debido a la disminucin de entalpa en el rotor por lafriccinH.

D Turbina aial de accin con entalpa constante en rotor.

La entalpa es constante en el rotor y se produce una epansin en el estator conaumento de la velocidad del gas. !n el rotor& sin embargo& la velocidad relativa esconstante. 6e produce una peque(a cada de presin que no provoca un aumentode la velocidad debido a que es debida a la friccin.

BJ8

D Turbina aial de reaccin.

La epansin se produce en el estator y en el rotor con una disminucin deentalpa en el estator debido a la epansin y un aumento de la velocidad. !n elrotor tambin se produce epansin aumentando la velocidad relativa del fluido.

BM8 Gfrecuentemente en torno a 8&+H

Turbina con etraccin de vaporF 6e reali#a en etapas de alta presin&enviando parte del vapor de vuelta a la caldera para sobrecalentarlo yreenviarlo a etapas intermedias. !n algunas ocasiones el vapor tambinpuede ser etrado de alguna etapa para derivarlo a otros procesosindustriales.

Turbina de contrapresinF La presin del vapor a la salida de la turbina essuperior a la atmosfrica& suele estar conectado a un condensador inicialque condensa al vapor& obtenindose agua caliente o sobrecalentada& quepermite su aprovec"amiento trmico posterior.

Turbinas de condensacinF !l vapor sale a:na presin inferior a laatmosfrica& en este dise(o eiste un mayor aprovec"amiento energtico

que a contrapresin& se obtiene agua de refrigeracin de su condensacin.!ste dise(o se utili#a en turbinas de gran potencia que buscan un altorendimiento.


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1. Turbina ,entrpetasF

Las turbinas radiales o mitas presentan la siguiente evolucinF

D !n el estator se produce una epansin aumentando la velocidad& disminuyendo

la entalpa.D !n el rotor se produce un aumento de la velocidad relativa debida a la epansindonde adems se produce una cada de presin.

BM8 Gfrecuentemente primo a 8&+H.

7rincipales averas

Igual que sucede en otras mquinas trmicas& detrs de cada avera grave suele"aber una negligencia de operacin o de mantenimiento& ya que las turbinas

suelen ser equipos dise(ados a prueba de operadores.Los principales problemas que pueden presentarse en una turbina de vapor seindican a continuacinF

'lto nivel de vibraciones Gver cuadro adjuntoH espla#amiento ecesivo del rotor por mal estado del cojinete de empuje o

aial. Aallos diversos de la instrumentacin. Vibracin en reductor o alternador. Auga de vapor. Auncionamiento incorrecto de la vlvula de control. ificultad o imposibilidad de sincroni#acin. 1loqueo del rotor por curvatura del eje. 0ripaje del rotor.

iagnstico de Turbinas de Vapor

Tcnicas de diagnstico

). 'nlisis de parmetros de funcionamiento>. Inspeccin visual

=. 1alance de energa5. 'nlisis de vibraciones+. Inspeccin boroscpicaN. 'nlisis de aceite

Anlisis de parmetros de funcionamiento

Los parmetros que se anali#an son los siguientesF


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). Temperatura de cojinetes Gen funcionamiento normalH>. Temperatura de aceite Gen funcionamiento normalH=. 7resin de aceite5. espla#amiento aial+. %olgura en cojinetes radiales

N. 7otencia a plena carga*. Verificacin de un arranqueo 7aso por velocidades crticaso Aacilidad-dificultad de sincroni#acino Tiempo de arranque

Inspeccin visual

!s parecido a la inspeccin anterior& pero muc"o ms suave. 7uede sercomplementaria de la evaluacin de parmetrosF

). %istoria de la turbina Gfec"a de instalacin& fec"a del modelo& etcH>. ,omprobacin de parmetros de funcionamiento en pantalla=. Augas de aceite5. Augas de agua o vapor +. Inspeccin visual de la bancadaN. Inspeccin visual del cableado*. Inspeccin visual del aislamiento4. Inspeccin visual de tuberas y vlvulas. %istricos de produccin)=. 'nlisis qumicos del agua)5. 'specto eterior del metal

1alance de energa

7uede ser complementario de las inspecciones anteriores !s conveniente reali#arlo al menos una ve# al a(o ,onsiste en la medicin de caudales& presiones y temperaturas del vapor a

la entrada y salida de la turbina& para determinar el rendimiento !s relativamente fcil de reali#ar& con la ayuda de una peque(a "oja de

clculo 7osibilidadesFo 6lo de la turbina de vaporo e toda la instalacin Cecesario calibrar toda la instrumentacin. !n ocasiones es necesario montar alguna instrumentacin provisional


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Anlisis de vibraciones

,onveniente reali#ar al menos uno al mes /jo con los acelermetrosF detectan mal muc"os de los problemas. 6on

ms fiables los resultados de los detectores de proimidad del eje !s posible evaluar los defectos ms "abituales Gdesalineamiento&

desequilibrio& fisuras& problemas en el aceite& etcH !s una tcnica que observa la evolucinF no es tan fiable para "acer una

:nica evaluacin sin comparar con resultados anteriores Otil como complemento de otras tcnicasF sirve para descartar o reafirmar

problemas detectados 9na de las dificultades principales es buscar por donde introducir el

boroscopio

'nlisis de aceites

!s sin duda la ms :til y sencilla de todas las tcnicas de diagnstico Los parmetros ms importantes sonFo 7resencia de aguao 7resencia de metales& sobre todo de cojinetes o del ejeo 7resencia de lodoso 'cide# !s muy importante tomar la muestra correctamenteF la mayor parte de las

muestras estn mal tomadas.


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7ostulados

3endimien)o )rmico ideal +or ejem+lo del ciclo de 3an4ine

NR

= i

Q1

3endimien)o )rmico in)erno

Ni=Li

Q1

3endimien)o )rmico al freno

Nta=Le

Q1

Li

m=N

G=i

1i

2+1

2(C1

2C

2

2)=i1. ei2. e

ondeF

LJ trabajo

mJ masa

CJ 7otencia

0J caudal

) y >J entrada y salida respectivamente


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eJ condicin de estagnacin

Conclusi"n

@ediante este informe acerca de todo lo relacionado a las turbinas de vapor&"emos aprendido muc"as cosas acerca de ellas& desde como estn compuestas&su funcionamiento& distintos tipos de turbinas& y ms.

Tambin este informe esta dedicado a aquellas personas que estn interesados enel tema y quieran informarse.

La turbina de vapor se consiste en una turbo-maquina que produce energamecnica a partir de un flujo de vapor. !l funcionamiento de la turbina de vapor sebasa en el principio termodinmico que epresa que cuando el vapor se epande

disminuye su temperatura y se reduce su energa interna.

!stas turbo-maquinas pueden dividirse en dos grandes gruposF las turbinas deaccin G la epansin del vapor se reali#a en el estatorHP y las turbinas de reaccinGla epansin se reali#a en el rotorH.

Tambin podemos decir que las turbinas estn compuestas por dos partesF el rotory el estator. !l rotor esta formado por ruedas de alabes unidas al eje y queconstituye la parte mvil de la turbinaP y el estator tambin esta formado poralabes& pero no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina.

6e puede decir que el uso de ellas tiene un margen muy amplio de tama(os ypotencias& ya que se la puede utili#ar desde maquinas con baja potencia Gbombas&compresoresH& y tambin en aquellas que poseen )+88888 Q?. para generarelectricidad.

!stas turbinas son utili#adas en la generacin de energa de origen nuclear& comoen la propulsin de los buques con plantas nucleares& as tambin como en


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aplicaciones de cogeneracin que requieran calor& y en ciclos combinados con ungenerador de vapor que recupera el calor que se perdera.

!n fin& espero que el trabajo les guste& y les sirva de algo en un futuro. esde ya anosotros nos a servido y esperamos recordar las distinta informacin agrupada en

l& para un mejor desempe(o en alg:n trabajo relacionado a T9B1IC'6.

turbinas de vapor, proyecto termo (1)

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