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• Braulio Olivares Vargas

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Ingeniería mecánica

UNSAAC

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, SISTEMAS, MECÁNICA Escuela profesional de Ingeniería Mecánica

 CURSO: LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA II  TEMA : DIAGNOSTICO DE UNA TURBINA TURGO  DOCENTE: Ing. CATACORA ACEVEDO, Edgar A.  ALUMNOS: OLIVARES VARGAS, Braulio  CODIGO: 151757

Cusco, Perú 2018 1

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Índice: RESUMEN............................................................................................................................................................................... 3 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................................................. 4 OBJETIVOS ............................................................................................................................................................................. 4 TURBINA TURGO ................................................................................................................................................................ 5 Teoría del funcionamiento ..................................................................................................................................... 5 Detección de fisuras y grietas ............................................................................................................................... 6 Control de corrosión .................................................................................................................................................. 6 CONCLUSIONES ................................................................................................................................................................... 7

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RESUMEN Los motores de turbinas hidráulicas experimentan degradaciones con el tiempo que causan a sus usuarios gran preocupación sobre su fiabilidad y sus gastos de explotación. El diagnóstico del estado de una turbina hidráulica (Turbina Turgo) y la realización de pronósticos sobre su funcionamiento son tecnologías claves para poder pasar del uso de un tipo de mantenimiento previsto de forma fija a lo largo del tiempo (mantenimiento preventivo) a la utilización de un tipo de mantenimiento basado en las condiciones del funcionamiento de la turbina hidráulica (mantenimiento predictivo), con el objetivo de mejorar la fiabilidad, la disponibilidad y la eficiencia del motor; y además conseguir reducir los costes a lo largo de su ciclo de vida. Es muy útil emplear un mantenimiento predictivo debido a que a medio y largo plazo se obtiene una minimización de los costes de mantenimiento, se consigue aumentar los tiempos productivos de la instalación (reduciéndose los tiempos improductivos, y de parada por reparaciones y averías), y por lo tanto se logra maximizar los beneficios. Con el mantenimiento predictivo se obtiene esto, aunque se debe señalar que a corto plazo es necesaria una inversión económica elevada en la compra de sistemas que realicen las técnicas predictivas (análisis de vibraciones, inspecciones boroscópicas, análisis de aceites lubricantes, medidas de caudal, temperatura, etc.), y en la adecuada formación de los operarios, técnicos y analistas que desarrollan y controlan las operaciones de mantenimiento.

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INTRODUCCIÓN El mantenimiento predictivo se puede definir como la serie de acciones que se realizan y las técnicas que se aplican para detectar fallos y defectos de la maquinaria en sus etapas incipientes, con la finalidad de conseguir evitar que dichos fallos se manifiesten catastróficamente durante el funcionamiento de las máquinas y sistemas, de tal forma que no se ocasionen paradas de emergencia y no se provoquen tiempos improductivos innecesarios que causen un impacto financiero negativo. Por otro lado, el mantenimiento preventivo tradicional o sistemático está basado en el tiempo de funcionamiento o de operación (horas, ciclos, rpm, etc.) de la maquinaria. Hoy en día, este tipo de mantenimiento preventivo es la base de los programas de mantenimiento de gran parte de las plantas productivas, a pesar de que tiene la gran desventaja que únicamente es aplicable de forma óptima y totalmente correcta a aproximadamente el 11 % del total de los modos o tipos de fallos que se presentan en las máquinas de la industria actual y que tienen una edad de envejecimiento predecible. Aproximadamente el 89 % de los modos o patrones de tasa de fallos restantes de la maquinaria no tienen una edad predecible y no se puede conocer, a priori, su vida útil total ni remanente. Por lo tanto, en este tipo de casos no funcionan de forma óptima las tareas de mantenimiento preventivo para prevenir fallos en el funcionamiento de las máquinas y sistemas industriales; y no se consigue minimizar los costes de mantenimiento y de operación, ni se consigue maximizar los tiempos productivos. Así, para minimizar los costes y maximizar los tiempos productivos y el beneficio es necesario implantar un sistema de mantenimiento basado en las condiciones de funcionamiento de la maquinaria y de los sistemas industriales (mantenimiento predictivo).

OBJETIVOS  

El objetivo principal es establecer un funcionamiento adecuado de la turbina Turgo. La previsión de la degradación de una turbina Turgo y el pronóstico de su funcionamiento y de su vida útil son muy difícilmente realizables de forma correcta debido a la gran incertidumbre asociada con el diseño de las turbinas hidráulicas, con su fabricación, con las condiciones ambientales, con las condiciones de funcionamiento, con las acciones de mantenimiento, etc. Sin embargo, el diagnóstico del paso de agua en la turbina Turgo es un elemento esencial hacia el análisis de un pronóstico eficaz.

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TURBINA TURGO La turbina Turgo es una turbina hidráulica de impulso diseñada para saltos de desnivel medio. Fue desarrollada por la compañía Gilkes en 1919 a partir de una modificación de la turbina Peltón; la Turgo tiene varias ventajas sobre la turbina Francis y la Paltón en determinadas aplicaciones. En primer lugar, el rodete es más barato de fabricar que el de una Peltón. En segundo lugar, no necesita una carcasa hermética como la Francis. En tercer lugar, tiene una velocidad específica más elevada y puede manejar un mayor flujo para el mismo diámetro que una turbina Paltón, conllevando por tanto una reducción del coste del generador y de la instalación. Las Turgo operan en un campo de desniveles en el que se solapan las turbinas Francis y Paltón. Aunque existen muchas instalaciones grandes con turbinas Turgo, estas se utilizan más en instalaciones hidráulicas pequeñas en las que es importante el bajo coste.

Esquema de una turbina Turgo con su respectivo generador en la parte superior

Teoría del funcionamiento La turbina Turgo es una turbina de tipo impulso. El agua no cambia de presión cuando pasa a través de los álabes de la turbina. La energía potencial del agua se convierte en energía cinética en la tobera de entrada o inyector. El chorro de agua a alta velocidad se dirige contra los álabes de la turbina que lo desvían e invierten el flujo. El impulso resultante hace girar el rodete de la turbina, comunicando la energía al eje de la turbina. Finalmente, el agua sale con muy poca energía. Los rodetes de una Turbina Turgo pueden tener un rendimiento por encima del 90%. El rodete de una Turgo se parece a un rodete Paltón partido por la mitad. Para la misma potencia, el rodete Turgo tiene la mitad del diámetro que el de un rodete Paltón y dobla la velocidad específica. La turbina Turgo puede manejar un mayor flujo de agua que la Paltón debido a que el agua que sale no interfiere con las paletas adyacentes. La velocidad específica de los rodetes Turgo se encuentra situada entre la de las turbinas Francis y Paltón. Se pueden usar una o varias toberas o inyectores. Incrementando el número de inyectores se incrementa la velocidad específica del rodete en la raíz cuadrada del número de chorros (cuatro chorros rinden dos veces la velocidad específica de un chorro para la misma turbina).

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Detección de fisuras y grietas La mayoría de los fallos importantes están precedidos por el crecimiento de una grieta a partir de un punto de concentración de tensiones o de un defecto del material en la superficie del componente. Los fallos por fatiga generalmente aparecen sin aviso. Sin embargo, lo que ocurre es que los inicios de las fisuras no son normalmente visibles en una inspección somera. Para superar estas dificultades se han desarrollado varias técnicas de detección de fisuras: • Ensayo de líquidos penetrantes en la superficie de las fisuras: Las fisuras hasta un tamaño muy pequeño se pueden observar a simple vista. Se trata de una inspección no destructiva que se usa para encontrar fisuras superficiales o fallos internos del material que presentan alguna apertura en la superficie. Se utilizan, en muchos casos, tinturas fluorescentes que se aprecian con el uso de una luz ultravioleta (álabes de turbinas). • Ensayo de pulverizado de partículas magnéticas: Se trata de otro ensayo no destructivo que permite igualmente descubrir fisuras superficiales, así como no superficiales. Se basa en la magnetización de un material ferromagnético al ser sometido a un campo magnético. • Ensayo de resistencia eléctrica: La presencia de una fisura aumentará la resistencia medida entre dos probetas en contacto con la superficie. A pesar de las dificultades con la superficie de contacto, este método puede usarse para detectar y medir la profundidad de las grietas. • Ensayo de ultrasonidos: Es el método más común para detectar grietas y otras discontinuidades (fisuras por fatiga, corrosión o defectos de fabricación del material) en materiales gruesos, donde la inspección por rayos X se muestra insuficiente al ser absorbidos, en parte, por el material. Detección de fugas La detección por ultrasonidos puede aplicarse a las unidades fuera de servicio colocando un generador ultrasónico en el interior del equipo que se examina.

Control de corrosión Además de los métodos descritos en servicio, el avance de la corrosión se puede determinar instalando probetas en el equipo y retirándolas periódicamente para su posterior medida y pesada. Las medidas de espesor por ultrasonidos detectarán el cambio en las dimensiones debidas a la corrosión.

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CONCLUSIONES  

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Las turbinas pelton y turbina turgo se encontraron en malos condiciones de funcionamiento ya que presentaban fisuras, corrosión, etc. En las condiciones actuales del equipo no se pueden realizar ninguna prueba para lo cual realizaremos una limpieza de estos equipos para ver su funcionamiento y en que condiciones se encuentran. Con un adecuado sistema de mantenimiento predictivo, que utilice una monitorización correcta de una serie de parámetros de funcionamiento que representen las condiciones de funcionamiento o “de salud” de la turbina Turgo, es posible controlar en todo momento el funcionamiento.

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