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DIBUJAR EL TRIANGULO DE VELOCIADAES Y EXPLICAR PARAMETROS DE LAS TURBINAS DE ACCION

V: VELOCIDAD ABSOLUTA DEL FLUIDO u: VELOCIDAD DEL RODETE w: VELOCIDAD RELATIVA 1: PARAMETRO DE ENTRADA 2: PARAMETRO DE SALIDA

EXPLICAR EN QUE CONSISTE UNA TURBINA DE CONTRAPRESION SE UTILIZAN COMO EXPANSORAS PARA REDUCIR LA PRESION DEL VAPOR GENERANDO AL MISMO TIEMPO ENERGIA. DESCARGL EL VAPOR A UNA PRESION ELEVADA PARA SER UTILIZADA EN PROCESO INDUSTRIAL.

EXPLICAR BREVEMENTE 4 TIPOS DE PERDIDAS EN TURBINAS DE VAPOR a. Por rozamiento del vapor en las paredes del alabe y la tobera: Turbulencias Fugas de vapor

Choque en el borde de entrada al alabe b. Pérdidas correspondientes a la energía cinética del vapor que aún tiene a la salida del rodete, ya que el vapor inevitablemente deber tener cierta velocidad para salir de la turbina. c. Pérdidas por rozamiento al girar el rodete en los alabes vacíos en turbinas de admisión parcial, es decir el movimiento de las paletas inactivas que giran en el vapor sin producir trabajo (pérdidas por ventilación). d. Pérdidas por conducción, convección y radiación térmicas, no adiabáticas. e. Pérdidas mecánicas: rozamientos en cojinetes, mecanismos, regulación, etc.

EXPLICAR BREVEMENTE EL CICLO TERMODINAMICO STIRLING

EXPLICAR LAS TURBINAS DE REACCION INCLUYENDO EL ESCALAMIENTO DE PRESION Y GRAFICAR T. axiales de reacción. - En los estatores el fluido se acelera ganando velocidad a expensas de la presión. En los rotores los gases seden energía de velocidad y también de presión. Las velocidades de incidencia del fluido en los alabes son menores que en las turbinas de impulso o de acción. Debido a la progresiva caída de presión los alabes deben

irse haciendo más grande para lograr acciones equivalentes en los distintos escalonamientos puesto que los rotores van montados sobre el mismo eje. Escalonamiento de presión El estator en este caso adopta las mismas funciones de una tobera, es decir el vapor disminuye la presión a cambio de ver aumentada su velocidad. El rotor mantiene constante la presión del vapor, pero este rotor sede parte de su energía cinética al disminuir la velocidad.

EXPLIQUE EL CICLO RANKINE CON RECALENTAMIENTO INTERMEDIO ELABORE EL DIAGRAMA T-S Y DE FLUJO

EXPLIQUE QUE ES UNA TURBINA DE ACCION, ESCALAMIENTO DE VELOCIDAD Y GRAFICAR T. axiales de acción o de impulso. - el rotor de la turbina está provisto de alabes a los que precede una serie de toberas de alimentación tipo convergente divergente, que convierten energía de presión en energía de velocidad, prácticamente sin perder energía, para tener chorros de vapor que atacan directamente a los alabes del rotor y lo hacen girar. Escalonamiento de velocidad Consiste en aprovechar la energía cinética del vapor en varios pasos obteniendo así unas velocidades de giro más bajas, en el estator tanto la presión como la velocidad se mantienen constantes. En el rotor el vapor sede parte de su energía cinética y la presión sigue manteniéndose constante. En todos los escalonamientos se obtiene la misma potencia ya que todos tienen las mismas velocidades angulares al ir montados sobre el mismo eje y al ir aumentando las superficies activas a medida que el fluido va perdiendo energía.

EXPLICAR LOS MATERIALES DE LA TURBINA DE VAPOR Materiales de turbinas La turbina se compone de tres partes principales:   

El cuerpo del rotor, que contiene las coronas giratorias de alabes. La carcasa, conteniendo las coronas fijas de toberas. Alabes.

Además, 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 los cuales serán descritos a continuación: 1.

Rotor

El rotor de una turbina de acción es de acero fundido con ciertas cantidades de Niquel o cromo para darle tenacidad al rotor, y es de diámetro aproximadamente uniforme. Normalmente las ruedas donde se colocan los alabes se acoplan en caliente al rotor. También se pueden fabricar haciendo de una sola pieza forjada al rotor, maquinando las ranuras necesarias para colocar los alabes. Los alabes se realizan de aceros inoxidables, aleaciones de cromo-hierro, con las curvaturas de diseño según los ángulos de salida de vapor y las velocidades necesarias. Son criticas las últimas etapas por la posibilidad de existencia de partículas de agua que erosionarían a los alabes. Por ello se fija una cinta de metal satélite soldado con soldadura de plata en el borde de ataque de cada alabe para retardar la erosión.

2.

Carcasa

La carcasa se divide en dos partes: la parte inferior, unida a la bancada y la parte superior, desmontable para el acceso al rotor. Ambas contienen las coronas fijas de toberas o alabes fijos. Las carcasas se realizan de hierro, acero o de aleaciones de este, dependiendo de la temperatura de trabajo, obviamente las partes de la carcasa de la parte de alta presión son de materiales más resistentes que en la parte del escape. La humedad máxima debe ser de un 10% para las últimas etapas. Normalmente se encuentra recubierta por una manta aislante que disminuye la radiación de calor al exterior, evitando que el vapor se enfríe y pierda energía disminuyendo el rendimiento de la turbina. Esta manta aislante suele estar recubierta de una tela impermeable que evita su degradación y permite desmontarla con mayor facilidad.

3.

Alabes

Los alabes fijos y móviles se colocan en ranuras alrededor del rotor y carcasa. Los alabes se pueden asegurar solos o en grupos, fijándolos a su posición por medio de un pequeño seguro, en forma perno, o mediante remaches. Los extremos de los alabes se fijan en un anillo donde se remachan, y los más largos a menudo se amarran entre si con alambres o barras en uno o dos lugares intermedios, para darles rigidez. 4.

Válvula de regulación

Regula el caudal de entrada a la turbina, siendo de los elementos mas importantes de la turbina de vapor. Es accionada hidráulicamente con la ayuda de un grupo de presión de aceite (aceite de control) o neumáticamente. Forma parte de dos lazos de control: el lazo

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

5.

Cojinetes de apoyo, de bancada o radiales

Sobre ellos gira el rotor. Suelen ser de un material blando, y recubiertos de una capa lubricante que disminuya la fricción. Son elementos de desgaste, que deben ser sustituidos periódicamente, bien con una frecuencia establecida si su coste es bajo respecto de su producción, o bien por observación de su superficie y cambio cuando se encuentren en un estado deficiente.

6.

Cojinete de empuje o axial

El cojinete axial, o de empuje impide el desplazamiento del rotor en la dirección del eje, Evitando el empuje axial que sufre el eje por el efecto del vapor repercuta en el reductor, dañándolo seriamente. No se encuentra en contacto con el eje si no que hace tope con un disco que forma parte solidaria con el eje. El cojinete está construido en un material blando y recubierto por una capa de material que disminuya la fricción entre el disco y el cojinete. Además, debe encontrarse convenientemente lubricado. Para comprobar el estado de ese cojinete, además de la medida de la temperatura y de las vibraciones del eje, se mide de forma constante el desplazamiento axial. Si se excede el límite permitido, el sistema de control provoca la parada de la turbina o impide que esta complete su puesta en marcha.

7.

Sistema de lubricación

Proporciona el fluido lubricante, generalmente aceite. Para asegurar la circulación del aceite en todo momento el sistema suele estar equipado con tres bombas: 



Bomba mecánica principal: Esta acoplada al eje de la turbina, de forma que siempre que este girando la turbina está girando la bomba, asegurándose así la presión de bombeo mejor que con una bomba eléctrica. No obstante, en los arranques esta bomba no da presión suficiente, por lo que es necesario que el equipo tenga al menos una bomba adicional Bomba auxiliar: Se utiliza exclusivamente en los arranques, y sirve para asegurar la correcta presión de aceite hasta que la bomba mecánica puede realizar este servicio. Se conecta antes del arranque de la turbina y se desconecta a unas revoluciones determinadas durante el arranque, cambiándose automáticamente de la bomba auxiliar a la bomba principal. También se conecta durante las paradas de la turbina.



8.

Bomba de emergencia: Si se produce un problema de suministro eléctrico en la planta, esta queda sin tensión, durante la parada habría un momento en que las turbina se quedaría sin lubricación, ya que la bomba auxiliar no tendría tensión. Para evitar este problema, las turbinas suelen ir equipadas con una bomba de emergencia que funciona con corriente continua proveniente de un sistema de baterías.

Sistema de extracción de vahos

El depósito de aceite suele estar a presión inferior a la atmosférica para facilitar la extracción de vapores de aceite y dificultar una posible fuga de aceite al exterior. Para conseguir este vacío, el sistema de lubricación suele ir equipado con un extractor.

9.

Sistema de refrigeración de aceite

El aceite en su recorrido de lubricación se calienta modificando su viscosidad, y por tanto, sus características lubricantes, llegando a degradarse si el calor es excesivo. Para evitarlo, el sistema de lubricación dispone de unos intercambiadores que enfrían el aceite, estos intercambiadores pueden ser aire-aceite, de forma que el calor del aceite se evacua a la atmósfera, o agua-aceite, de forma que el calor se transfiere al circuito cerrado de refrigeración con agua de la planta.

10. Sistema de aceite de control Cuando la válvula de regulación se acciona oleo hidráulicamente el conjunto de turbina va equipado con un grupo de presión para el circuito de aceite de control. Este, debe mantener la presión normalmente entre los 50 y los 200 bares de presión hidráulica. El sistema de control gobierna la válvula de salida del grupo, que hace llegar al aceite hasta la válvula de regulación de entrada de vapor con la presión adecuada.

11. Sistema de sellado de vapor Las turbinas de vapor están equipadas con sellos de carbón, que se ajustan al eje, y/o con laberintos de vapor. Con esto se consigue evitar que el vapor salga a la atmósfera y disminuyan la eficiencia térmica de la turbina.

12. Virador El sistema virador consiste en un motor eléctrico o hidráulico (normalmente el segundo) que hace girar lentamente la turbina cuando no está en funcionamiento. Esto evita que el

rotor se curve, debido a su propio peso o por expansión térmica, en parada. La velocidad de este sistema es muy baja (varios minutos para completar un giro completo de turbina), pero se vuelve esencial para asegurar la correcta rectitud del rotor. Si por alguna razón este sistema se detiene (avería del rotor, avería de la turbina, inspección interna con desmontaje) es necesario asegurar que, antes de arrancar, estará girando varias horas con el sistema virador. 13. Compensador Es el elemento de unión entre la salida de la turbina y el resto de la instalación (generalmente las tuberías que conducen al condensador o el propio condensador). Ya que la carcasa de la turbina sufre grandes cambios de temperatura, este elemento de unión es imprescindible para controlar y amortiguar el efecto de dilataciones y contracciones. En esta consulta se expondrá los materiales usados para fabricar las turbinas haciendo énfasis en las turbinas de vapor. A continuación, se podrá apreciar en la tabla 1 en donde se muestran las principales partes de una turbina y los materiales con los que fueron fabricados [CITATION 000 \l 3082 ]. Tabla 1. Materiales de las turbinas [ CITATION Zuñ16 \l 3082 ] [ CITATION Sal13 \l 3082 ]. Partes

Material

Rotor

Acero Cr-Mo-Mn AISI 4140

Alabes

Acero Inoxidable martensítico de 12 % Cr ASTM A561 grado 619

Carcasa

Acero de carbono ferrítico con Mo ASTM 217 grado WC1

Cojinetes

Metal blanco (Tecnofric 102 con base en Sn de 90%)

Sistema de sellado

Carbón

Toberas

Acero F114

Propiedades que aportan los materiales a las turbinas. a. Molibdeno aumenta la profundidad de endurecimiento del acero, y su tenacidad, mejorando la resistencia a la corrosión. b. Manganeso

Se añade para neutralizar la negativa influencia del azufre y del oxígeno, actúa como desoxidante. De no tener manganeso, los aceros no se podrían laminar ni forjar. c. Cromo Es uno de los más utilizados en la fabricación de aceros aleados. Se usa en aceros de construcción, en los de herramientas y en los inoxidables. Ya que aumenta la dureza y la resistencia a la tracción y la tenacidad de los aceros, mejora la templabilidad, aumenta la resistencia al desgaste, la inoxidabilidad. Se utiliza en revestimientos embellecedores o recubrimientos duros de gran resistencia al desgaste, como émbolos, ejes entre otros. d. Cobalto Disminuye la templabilidad. Mejora la dureza en caliente. Se usa en los aceros rápidos para herramientas. Se utiliza para aceros refractarios. Aumenta las propiedades magnéticas de los aceros. e. Titanio Se usa para estabilizar y desoxidar el acero. f. Níquel produce gran tenacidad, es un elemento de gran importancia en la producción de aceros inoxidables, porque aumenta la resistencia a la corrosión. g. Carbón Sirve para ablandar el acero, homogeneizar su estructura, composición química y aumentar su ductilidad [ CITATION Tor14 \l 3082 ].

CON LA AYUDA DE UN GRAFICO EXPLICAR LA REGULACION MECANICA DE UNA TURBINA DE VAPOR En la figura 1 se puede observar el acople de la turbina al engrane cónico mediante un eje, debido a este acople se produce el movimiento del engrane el cual se encuentra conectado al eje del motor y al eje principal del regulador de Mattaix. Por lo tanto, gracias a esta disposición entre el engrane y el regulador este último consigue girar y controlar la velocidad del motor y dosificar el segundo filtro del vapor gracias a dos toboganes o mangas.

EXPLIQUE 3 VENTAJAS IMPORTANTES DE LA TERMOGRAFIA EN EL MANTENIMIENTO DE USO    

SE PUEDE OBSERVAR FIGURAS PEQUEÑAS QUE EL OJO HUMANO NO PUEDE VERLAS EL CUAL LA TURBINA ESTA PERDIENDO EFICIENCIA. SE PUEDE REALIZAR EL MANTENIMIENTO USANDO LA TERMOGRAFIA SIN TENER LA NECESIDAD DE APAGAR LA TURBINA DE VAPOR. NO HAY CONTACTO DEL ENCARGADO DE MANTENIMIENTO CON LA TURBINA. PERMITE IDENTIFICAR GRAFICAMENTE EL SOBRECALENTAMIENTO DE LA TURBINA DE VAPOR

GRAFICAR LOS ALABES DE LA TURBINA DE VAPOR Triangulo de velocidades para turbina de acción

V1: Velocidad absoluta del fluido U: Velocidad lineal del rodete W: Velocidad relativa del fluido En la entrada buscamos la velocidad relativa del fluido y en la salida buscamos la velocidad absoluta del fluido. u= W*R

El fluido viaja por la parte de afuera (convexa) del alabe nunca por adentro. Triangulo de velocidades para turbina de reacción Los alabes directrices hacen la función de la tobera y dicho alabe directriz es fijo. W2 se ubica tangencialmente al alabe

α este angulo va con v1

Alabe simétrico y alabe asimétrico La mayoría de las turbinas poseen alabes asimétricos

Son geométricamente simétricos respecto al eje “y” los alabes simétricos