BibliografíA 46




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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAingenieria electrica

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE

LA FUERZA ARMADA

UNEFA

MAQUINAS DE GENERACION DE POTENCIA

(TURBINAS A VAPOR)

TUTOR: BETSI TERAN

INTEGRANTES:

José Yépez C.I: 17507296

José Mendoza C.I: 19512129

Robert López C.I: 17872819

Robert Pérez C.I. 19165172

Sección: 7T1IE
BARQUISIMETO, MAYO DEL 2010

ÍNDICE

RESUMEN 3

INTRODUCCIÓN 4

DESARROLLO 5-44

CONCLUSIÓN 45

BIBLIOGRAFÍA 46

ANEXOS 47-52

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE

LA FUERZA ARMADA

UNEFA
MAQUINAS DE GENERACION DE POTENCIA

(TURBINAS A VAPOR)
TUTOR: BETSI TERAN
RESUMEN

Existen las turbinas de vapor en una gran variedad de tamaños, desde unidades de 1 hp (0.75 Kw) usadas para accionar bombas, compresores y otro equipo accionado por flecha, hasta turbinas de 2, 000,000 hp (1,500,000 Kw) utilizadas para generar electricidad. Hay diversas clasificaciones para las turbinas de vapor modernas, y por ser turbo máquinas son susceptibles a los mismos criterios de clasificación de éstas. Por otro lado, es común clasificarlas de acuerdo a su grado de reacción: Turbinas de Acción: El cambio o salto entálpico o expansión es realizada en los álabes directores o las toberas de inyección si se trata de la primera etapa de un conjunto de turbinas, estos elementos están sujetos al estator. En el paso del vapor por el rotor la presión se mantendrá constante y habrá una reducción de la velocidad. Y Turbinas de Reacción: La expansión, es decir, el salto entálpico del vapor puede realizarse tanto en el rotor como en el estator, cuando este salto ocurre únicamente en el rotor la turbina se conoce como de reacción pura.

INTRODUCCIÓN

La turbina de vapor de una planta de cogeneración es un equipo sencillo, y como máquina industrial, es una máquina madura, bien conocida y muy experimentada. Se conoce casi todo de ella. Más del 70 % de la energía eléctrica generada en el mundo se produce diariamente con turbinas de vapor.

 
El funcionamiento es muy sencillo: se introduce vapor a una temperatura y presión determinadas y este vapor hace girar unos álabes unidos a un eje rotor; a la salida de la turbina, el vapor que se introdujo tiene una presión y una temperatura inferior. Parte de la energía perdida por el vapor se emplea en mover el rotor. Necesita también de unos equipos auxiliares muy sencillos, como un sistema de lubricación, de refrigeración, unos cojinetes de fricción, un sistema de regulación y control, y poco más.

La turbina es un equipo tan conocido y tan robusto que si no se hacen barbaridades con él tiene una vida útil larga y exenta de problemas. Eso sí hay que respetar cuatro normas sencillas:

 

1)    Utilizar un vapor de las características físico-químicas apropiadas.

2)  Respetar las instrucciones de operación en arranques, durante la marcha y durante las paradas del equipo.

3)    Respetar las consignas de protección del equipo, y si da algún síntoma de mal funcionamiento (vibraciones, temperaturas elevadas, falta de potencia, etc.) parar y revisar el equipo, nunca sobrepasar los límites de determinados parámetros para poder seguir con ella en producción o incluso poder arrancarla.

4)    Realizar los mantenimientos programados con la periodicidad prevista.

TURBINAS A VAPOR

Una turbina de vapor es una turbo máquina motora, que transforma la energía de un flujo de vapor en energía mecánica a través de un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de trabajo (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 turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estator. El rotor está formado por ruedas de álabes unidas al eje y que constituyen la parte móvil de la turbina. El estator también está formado por álabes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina.


El término turbina de vapor es muy utilizado para referirse a una máquina motora la cual cuenta con un conjuntos de turbinas para transformar la energía del vapor, también al conjunto del rodete y los álabes directores.

En las turbinas de vapor existen unos elementos fijos que son las toberas y los distribuidores de álabes; si el salto entálpico se transforma totalmente en energía cinética, la turbina es de acción y la entalpía a la salida de la tobera para un proceso isentrópico es igual a la entalpía final del vapor; en estas circunstancias, en los álabes dispuestos sobre el rotor o corona móvil, habrá únicamente una transformación de energía cinética en mecánica, que se produce haciendo seguir al fluido una determinada trayectoria, (entre álabes), de forma que su velocidad absoluta disminuya; cualquier cambio de magnitud o de dirección en dicha velocidad, es debido al efecto de una fuerza que es la acción de los álabes de la corona sobre el fluido.
A su vez, todo cambio en la dirección o en la magnitud de la velocidad del fluido origina un empuje sobre los álabes, de forma que para cuando éstos van montados sobre una corona móvil, la potencia generada es igual al producto de la velocidad tangencial de los álabes por la componente periférica de la fuerza.



TIPOS DE TURBINAS

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:

 

1)    Turbinas monoetapa, son turbinas que se utilizan para pequeñas y medianas potencias.

2)   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:

 

1) Contrapresión, en ellas el vapor de escape es utilizado posteriormente en el proceso.

2)    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 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 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.

  Turbinas con y sin extracción.

En las turbinas con extracción se extrae una corriente de vapor de la turbina antes de llegar al escape.

  • Turbinas de Acción: El cambio o salto entálpico o expansión es realizada en los álabes directores o las toberas de inyección si se trata de la primera etapa de un conjunto de turbinas, estos elementos están sujetos al estator. En el paso del vapor por el rotor la presión se mantendrá constante y habrá una reducción de la velocidad.

En la primera categoría, ó turbinas de acción, el eje lleva una rueda ó disco con sus paletas correspondientes, y la envuelta las toberas por las que fluye el vapor, ya expansionado, chocando á gran velocidad contra las paletas de la rueda y haciendo girar á éstas.


Dentro de esta categoría existen variedades: así, por ejemplo, la rueda ó disco puede llevar una, dos ó tres coronas de paletas correspondientes á otras tantas escalas de velocidades, y también ser la rueda única ó existir dos ruedas giratorias en las que trabaje el vapor, haciéndolo primero en una y sucesivamente en la otra donde transforme en velocidad la presión que aún le resta, después de trabajar en la primera. Estas turbinas se dice tienen escalas de presión y de velocidad.


A este primer tipo de turbinas Laval, las construidas por la A. E. G. para accionar dinamos, y otras.


Turbina Laval.


El motor Laval es una turbina que utiliza directamente la fuerza viva del vapor; pero diferenciándose esencialmente de los aparatos del mismo género, como ya hemos dicho, en que el vapor llega á efectuar su trabajo completamente expansionado y no ejerce su esfuerzo sobre los dientes ó paletas del disco, sino como consecuencia de la velocidad adquirida en esta previa expansión.

Turbina curtis
La turbina Curtis es una turbina de acción con escalonamientos de velocidad, y cuando por primera vez fue construida, presentaba como características principales una disposición vertical y un número reducido de escalonamientos de presión, inferior a cinco, cada uno de los cuales estaba subdividido en dos o tres escalonamientos de velocidad, constituyendo así una turbina mixta.
La disposición vertical ocupaba un espacio mínimo, presentando algunas ventajas desde el punto de vista de desgaste de cojinetes, equilibrado, etc, pero la disposición actual es horizontal, y los escalonamientos de velocidad se limitan a la primera rueda de alta presión, ya que en las turbinas de vapor de acción de pequeña y media potencia, como el salto entálpico asignado al primer escalonamiento de acción resulta excesivo, se sustituye por un doble escalonamiento Curtis que permite la admisión parcial de vapor; a esta corona Curtis se la conoce como corona de regulación, ya que en ella se verifica la regulación cuantitativa del flujo de vapor de la turbina.
En las turbinas de vapor de gran potencia, que disponen de regulación por admisión parcial, se instala un escalón en cabeza que cuenta con una rueda Curtis con 2 ó más etapas de velocidad. Originalmente, las 2 etapas habituales de álabes de acción se disponían sobre un único disco y, entre ellas, un distribuidor siempre de álabes cilíndricos, que sólo orientaba la vena de vapor.
Posteriormente se pasó de los primitivos álabes simétricos a los álabes asimétricos con igual ángulo de salida.
En la actualidad el efecto de la rueda Curtis se puede reducir a una simple rueda de acción, (una sola etapa de velocidad). El objetivo actual de la rueda Curtis de corona única, radica en facilitar la regulación por admisión parcial, acortando la expansión a completar por los escalones siguientes (abaratando su coste) El mayor inconveniente de la rueda Curtis es la erosión, que se minimiza con una adecuada tecnología constructiva; otros inconvenientes que plantea la Curtis aguas abajo de su propio escalonamiento, son las estelas de vapor que producen los álabes de la rueda tras sus bordes de fuga, debido a que la velocidad del vapor, en la Curtis, es ligeramente inferior a la velocidad del sonido en ese medio.
Si en la turbina de vapor no se prevé tras la Curtis un espacio amplio bien diseñado (cámara de homogeneización o mezcla), las estelas llegan a incidir en el primer escalonamiento de reacción, induciendo así vibraciones en el cuerpo de AP, que pueden ser muy peligrosas. De hecho se han registrado, durante la puesta en servicio de grupos de gran potencia, averías graves con regulación por admisión parcial, destacando entre las más recientes la rotura de la soldadura entre el cuerpo del álabe y su corona de punta, originándose deterioros adicionales en otros puntos de la unidad.
Este escalonamiento está constituido por un conjunto circunferencial de toberas, en el estator, y por una rueda de acción (actualmente de una etapa) en el rotor, que se agrupan normalmente en varios bloques unidos entre sí por soldadura.
Los escalones posteriores, sean de acción o de reacción, se componen con elementos distribuidores de un amplio rango de tipos, que se reducen a álabes fijados en ranuras previstas en los porta álabes o en la propia carcasa.


Turbina rateau
El francés Rateau construye en 1890 un tipo de turbina de acción, tangencial, que transforma en turbina compound con dos escalonamientos de presión.
Posteriormente subdivide el salto térmico utilizado por la máquina en un gran número de escalonamientos de presión, dando lugar a la turbina Rateau multicelular, que a pesar de ser de acción, se la dota de un ligero grado de reacción en los últimos escalonamientos, a fin de aumentar la velocidad de paso y salida del vapor y la consiguiente disminución de la altura de los álabes; el primer rodete de alta presión es de tipo Curtis, y lleva dos escalonamientos de velocidad.
Turbina zoelly
La turbina Zoelly (1903) es una turbina de acción con escalonamientos múltiples de presión en número no superior a 10 y montaje unicelular de los discos, y longitud reducida con un mínimo de pérdidas intersticiales en el juego entre eje y diafragmas
En condiciones de trabajo normales una central térmica utiliza vapor recalentado a elevada presión y temperatura, lo que implica que el salto adiabático total puede ser del orden de 200 a 300

Kcal/kg, proporcionando velocidades absolutas r c 1 del orden de 1300 a 1600 m/seg; si se utiliza una turbina de acción de una sola corona, la velocidad periférica ru podría llegar a ser del orden de 650 a

800 m/seg, pero no conviene sobrepasar de los 400 m/seg, por lo que hay que disminuir la velocidad absoluta del vapor para obtener un buen rendimiento, aparte de eliminar los problemas técnicos originados por las citadas velocidades que serían incompatibles con la resistencia mecánica de las coronas.

  • Turbinas de Reacción: La expansión, es decir, el salto entálpico del vapor puede realizarse tanto en el rotor como en el estator, cuando este salto ocurre únicamente en el rotor la turbina se conoce como de reacción pura.

En las de la segunda categoría, el eje lleva montado un tambor y en él van colocadas varias series de paletas, de altura, forma é inclinación variables, llamadas paletas giratorias. La envuelta, cilindrica, pero de diámetro variable, lleva también otras series de paletas análogas á las del tambor, llamadas paletas fijas, guías ó directrices, porque, fijadas á la envuelta, su misión es guiar ó dirigir el vapor sobre las giratorias.

El vapor entra por el extremo de la envuelta de menor diámetro, y atravesando la primera corona de paletas-guías, actúa sobre la primera de paletas giratorias, haciendo girar el tambor, pasa á la segunda corona de directrices y de aquí á la segunda de giratorias, continuando el giro del tambor y el recorrido del vapor de uno á otro extremo de la turbina, en forma helizoidal ó parecida. Además, debido á los diferentes diámetros de la envuelta, alturas y separaciones distintas de las paletas, el vapor se va expansionando ó medida que recorre la turbina-


Desde las coronas de paletas-guías á las de giratorias, el vapor obra por acción, y desde las giratorias á las directrices, por reacción; de aquí la denominación de turbinas de acción y reacción.


A esta segunda categoría pertenecen las turbinas Parsons, Westinghouse y otras.

Turbina Parsons.


Esta turbina, muy empleada hoy día en los buques, lo mismo en los dedicados al comercio que en los de guerra, pertenece, como ya hemos dicho, á la segunda categoría ó tipo de turbinas de acción y reacción.


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