REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DELA FUERZA ARMADA

UNEFA

MAQUINAS DE GENERACION DE POTENCIA(TURBINAS A VAPOR)

TUTOR: BETSI TERANINTEGRANTES:

José Yépez C.I: 17507296José Mendoza C.I: 19512129Robert López C.I: 17872819Robert Pérez C.I. 19165172

Sección: 7T1IE

BARQUISIMETO, MAYO DEL 2010

2

ÍNDICE

RESUMEN 3

INTRODUCCIÓN 4

DESARROLLO 5-44

CONCLUSIÓN 45

BIBLIOGRAFÍA 46

ANEXOS 47-52

3

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DELA 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.

4

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.

5

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

6

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.

7

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

8

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

9

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

10

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.

11

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 300Kcal/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 a800 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

12

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.

Partes de la turbina a vapor

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.

El 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

13

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.

La 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.

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 sí con alambres o barras en uno o dos lugares intermedios, para darles rigidez.

14

Válvula de regulación:

Regula el caudal de entrada a la turbina, siendo de los elementos más 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.

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.

Tobera.

La circulación del vapor por la tobera es un proceso no isentrópico. Las investigaciones de Stodola, Prandtl, Christlein, etc, coinciden en admitir que la pérdida de energía en la tobera consta de dos sumandos principales:

- Las pérdidas debidas al rozamiento del chorro de vapor sobre las paredes- Las pérdidas inherentes a la formación de torbellinos en el seno del fluido, así como las fugas de vapor por el intersticio entre toberas y corona, y el choque con el borde de entrada de los álabes

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

15

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.

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.

16

        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 baterias.

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.

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.

Sistema de aceite de control:

Cuando la válvula de regulación se acciona oleohidraulicamente 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.

17

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.

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.

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

CARACTERÍSTICAS

SST-100Hasta 8,5 MW

La SST-100 es una turbina de carcasa simple, con reductor para accionamiento de generador; prefabricada incluyendo los álabes como solución económica. Se utiliza principalmente para aplicaciones industriales.

18

Datos técnicos

• Potencia entregada de hasta 8,5 MW• Presión de entrada de hasta 65 bar• Temperatura de entrada de hasta 480 °C• Velocidad de giro de hasta 7.500 rpm• Presión del vapor de salida: contrapresión de hasta 10 bar o condensación de hasta 1 bar• Área de escape 0,22 m2

Dimensiones típicas

Longitud 8 mAncho 3,7 mAltura 3,4 m

Características

• Contrapresión / Condensación• Diseño de la unidad como paquete• Escape radial• Diseño simple, rotor rígido• Sistema de aceite integrado en la base de la estructura• Tuberías de aceite y vapor separadas

SST-150Hasta 20 MW

La SST-150 es una turbina de carcasa simple, que acciona el generador hasta 1.500 ó 1.800 rpm y tiene un diseño en paquete sobre bastidor (skid).Para generar energía, aporta elevada eficiencia junto con una configuración muy compacta.

Datos técnicos

• Potencia entregada de hasta 20 MW• Presión de entrada de hasta 103 bar

19

• Temperatura de vapor de entrada de hasta 505 °C• Velocidad de giro de hasta 13.300 rpm• Toma de hasta 25 bar• Extracción controlada de hasta 16 bar• Presión del vapor de salida: contrapresión de hasta 10 bar o condensación de hasta 0,25 bar• Área de escape 0,28 – 1,6 m2Dimensiones típicasLongitud 12 mAncho 4 mAltura 5 m

Características

• Contrapresión / Condensación• Diseño de la unidad en paquete• Módulos de turbina prefabricados, periféricos modulares• Extracción controlada simple• Escape radial• Tuberías de aceite y vapor separadas

SST-200Hasta 10 MWLa SST-200 Es una turbina de carcasa simple, con reductor o accionamiento directo apto tanto para accionamientos de generador como mecánicos.Se emplea para aplicaciones industriales y de generación de energía.

Datos técnicos

• Potencia entregada de hasta 10 MW• Presión de entrada de hasta 110 bar• Temperatura de entrada de hasta 520 °C• Extracción controlada de hasta 16 bar yhasta 350 °C• Toma de hasta 60 bar• Presión del vapor de salida: contrapresión de

20

hasta 16 bar o condensación de hasta 0,25 bar• Área de escape 0,17 – 0,34 m2

Dimensiones típicas

Longitud 4 m*Ancho 2 m*Altura 2,5 m**sólo bastidor (skid) de turbinas

Características

• Contrapresión / Condensación• Diseño de la unidad en paquete• Prediseño extenso• Alta velocidad, escape superior / inferior• Trayecto de vapor a la medida del cliente• Corto plazo de entrega

SST-300Hasta 50 MWLa SST-300 es una turbina de carcasa simple, con reductor para accionamiento de generador. Tiene un diseño compacto y flexible con alto grado de estandarización. Se emplea para aplicaciones de generación de energía.

Datos técnicos

• Potencia entregada de hasta 50 MW• Presión de entrada de 120 bar• Temperatura de entrada de 520 °C• Velocidad de giro de hasta 12.000 rpm• Extracción controlada de hasta 45 bar y hasta 400 °C• Toma de hasta 60 bar• Presión del vapor de salida: contrapresión de hasta 16 bar o condensación de hasta 0,3 bar

21

• Área de escape 0,28 – 1,6 m2

Dimensiones típicas

Longitud 12 mAncho 4 mAltura 5 m

Características

• Contrapresión / Condensación• Módulos de turbina prefabricados, periféricos modulares• Dos extracciones controladas• Escape radial / axial• Extracción controlada de hasta 16 bar• Diseño de la unidad en paquete• Trayecto de vapor a la medida del cliente• Corto plazo de entrega

Hasta 65 MWLa SST-400 es una turbina de carcasa simple, con reductor para accionamiento de generador. Tiene un diseño compacto y flexible con alto grado de estandarización. Se emplea para aplicaciones industriales y de generación de energía.

Datos técnicos

• Potencia entregada de hasta 65 MW• Presión de entrada de hasta 140 bar• Temperatura de entrada de hasta 540 °C• Velocidad de giro de 3.000 – 8.000 rpm• Extracción controlada de hasta 45 bar y hasta 450 °C• Toma de hasta 60 bar• Presión del vapor de salida: contrapresión de hasta 25 bar o condensación de hasta 0,3 bar• Área de escape 1,3 – 3,0 m2

22

Dimensiones típicas

Longitud 18 mAncho 8,5 mAltura 5,5 m

Características

• Contrapresión / Condensación• Módulos de turbina prefabricados, periféricos modulares• Dos extracciones controladas, escape radial / axial• Extracción controlada de hasta 16 bar• Diseño en semipaquete de la unidad• Trayecto de vapor a la medida del cliente• Corto plazo de entrega

SST-500Hasta 100 MWLa SST-500 es una turbina de carcasa simple, con reductor o accionamiento directo. Es adecuada tanto para accionamientos de generador como mecánicos para soportar grandes caudales volumétricos. Se utiliza típicamente con carcasa de baja presión en aplicaciones de dos cilindros.

Datos técnicos

• Potencia entregada de hasta 100 MW• Presión de entrada de hasta 30 bar• Temperatura de entrada de hasta 400 °C• Velocidad de giro de hasta 15.000 rpm• Hasta 2 tomas, a varios niveles de presión• Área de escape 2 x 0,175 – 3,5 m2

Dimensiones típicas

Longitud 19 mAncho 6 mAltura 5 m

23

Características

• Turbina de condensación de doble flujo• Módulos de turbina normalizados, periféricos modulares• Controlada por estrangulador• Altamente caracterizada a cada aplicación• Trayecto de vapor a la medida del cliente

SST-900Hasta más de 250 MWLa SST-900 es una turbina de carcasa simple para generadores bipolares para generación de energía y la industria. La SST-900 RH es una turbina de dos carcasas para aplicaciones de recalentamiento.

Datos técnicos

• Potencia entregada de hasta 250 MW y superior• Presión de entrada (con recalentamiento) de hasta 165 bar• Temperatura de entrada (con recalentamiento) de hasta 585 °C• Temperatura de recalentamiento de hasta 580 °C• Velocidad de giro de 3.000 – 3.600 rpm;AP hasta 13.200 rpm• Hasta 7 tomas; hasta 60 bar• Extracción controlada de hasta 55 bar y hasta 480 °C• Presión del vapor de salida: contrapresión de hasta 16 bar o condensación de hasta 0,6 bar• Presión del vapor de escape (recalentado) de hasta 3 bar• Área de escape 1,7 – 11 m2

Dimensiones típicas

Longitud 20,5 m*Ancho 11 m*Altura 10 m**incluyendo condensadorCaracterísticas

• Contrapresión / Condensación• Módulos de turbina prefabricados• Dos extracciones controladas• Extracción controlada de hasta 16 bar

24

• Válvula de mariposa en la carcasa de la turbina• Escape radial / axial• Aplicaciones de recalentamiento

MANTENIMIENTO

La mayor parte de la energía generada en el mundo se produce con turbinas de vapor. Se trata de un equipo robusto, bien conocido y muy experimentado. Casi la mayor parte de los problemas que puede tener se conocen bien, y se conoce además como solucionarlos. Por ello, respetar las instrucciones de operación y realizar un mantenimiento adecuado conduce a una alta disponibilidad y a bajos costes de mantenimiento

El plan de mantenimiento está previsto para conocer el estado actual y la evolución futura de los equipos principales de la central, obteniendo la máxima información de cómo el funcionamiento afecta a la vida de la turbina, del generador y del transformador, con el objetivo de detectar cualquier anomalía antes de que origine un grave daño y una parada no programada. Este plan de mantenimiento, complementado con el ordinario, se ha convertido en una herramienta fiable para asegurar la disponibilidad de los grupos. Básicamente consiste en la aplicación de las técnicas siguientes:

Vibraciones y pulsaciones:Durante el funcionamiento de una central eléctrica el grupo turbina -

generador está sometido a la acción de diferentes fuerzas perturbadoras; el identificar y evaluar las vibraciones y pulsaciones presentes en la unidad, separando aquellas que son propias del funcionamiento de la misma, de aquellas otras que tienen su origen en el funcionamiento anómalo de alguno de sus elementos se realiza mediante el estudio y el análisis de dichas vibraciones y pulsaciones.

El proceso de seguimiento y diagnóstico se realiza en las fases siguientes:

25

Documentación: Se incluye el espectro base como punto de partida para determinar la

aparición de problemas en el grupo, así como los planos y una hoja con los datos más significativos de la unidad.

 Conocimiento de la máquina:

Las características constructivas y de funcionamiento determinan el tipo de posibles defectos y la vibración resultante de los mismos, lo cual hace necesario el conocimiento profundo de la máquina, de sus condiciones de funcionamiento y de los fenómenos asociados al mismo.

Criterios de valoración:

Una vez que un defecto ha sido localizado e identificado, se determina su grado de importancia; para la valoración se considera tanto el nivel como las características del mismo. El criterio para la evaluación se basa en la existencia de un banco de datos representativo así como en las medidas históricas de la unidad.

Análisis de aceites: El análisis del aceite lubricante o del aceite de regulación

complementa el diagnóstico mecánico del estado de la unidad, los análisis que se realizan sobre la muestra del aceite incluyen las determinaciones de viscosidad cinemática, oxidación, acidez, contenido en agua, aditivos y contenido en metales de desgaste y de contaminación.

El análisis de los resultados obtenidos de los ensayos realizados sobre una muestra del aceite, tomada según un procedimiento adecuado, sobre la base de la experiencia y la existencia de un banco de datos amplio y representativo, conduce al diagnóstico del estado del mismo, detectando la existencia o no de un defecto, identificando el mismo y evaluando su importancia.

Descripción del funcionamientoLa operación y control de una turbina se realiza por medio de un

control electrónico que se divide en las siguientes partes: abastecimiento de energía (protecciones de sobrecarga y distribución), controles y señales de

26

supervisión de la bomba de aceite, botones de modo operacional, controles de apagado de emergencia y válvulas de seguridad, controles manuales y conexiones de seguridad para la válvula esférica y válvulas principales, así como para freno de emergencia y apagado del generador, y comandos y señales del generador de las bombas de aceite.

La turbina de vapor, es un equipo bien conocido

La turbina de vapor de una planta de producción de energía es un equipo sencillo, y como máquina industrial, es una máquina madura. La turbina de vapor es una máquina muy conocida para los diseñadores, constructores, instaladores y mantenedores. Se conoce casi todo de ella, y de hecho, 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 con un nivel energético determinado tiene una presión y una temperatura inferior, es decir, ha cedido energía. 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. Así de simple. 

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

Utilizar un vapor de las características físico-químicas apropiadas Respetar las instrucciones de operación en arranques, durante la

marcha y durante las paradas del equipo Vigilar muy especialmente el aceite de lubricación. Realizar análisis

periódicos y comprobar que la calidad del aceite, su presión, temperatura, y presencia de contaminantes está dentro de los márgenes adecuados

Respetar las consignas de protección del equipo (valores de alarma y disparo para cada uno de los parámetros controlados por el sistema de control). Si la turbina da algún síntoma de mal funcionamiento (vibraciones, temperaturas elevadas, falta de potencia, etc) parar y revisar el equipo: nunca sobrepasar los límites de determinados

27

parámetros para  poder seguir con ella en producción o incluso para poder arrancarla.

Realizar los mantenimientos programados con la periodicidad prevista. Si se produce una parada por alguna causa, investigar y solucionar el

problema antes de poner el equipo en marcha nuevamente

  Son normas muy sencillas, y sin embargo, casi todos los problemas que tienen las turbinas, grandes o pequeñas, se deben a no respetar alguna o algunas de esas cinco sencillas normas.

Principales averías

Igual que sucede en otras máquinas térmicas, detrás de cada avería grave suele haber una negligencia de operación o de mantenimiento, ya que las turbinas suelen ser equipos diseñados a prueba de operadores.

Los principales problemas que pueden presentarse en una turbina de vapor se indican a continuación: 

alto nivel de vibraciones desplazamiento excesivo del rotor por mal estado del cojinete de

empuje o axial fallos diversos de la instrumentación vibración en reductor o alternador fuga de vapor funcionamiento incorrecto de la válvula de control dificultad o imposibilidad de la sincronización bloqueo del rotor por curvatura del eje gripaje del rotor

Mantenimiento preventivo

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 ya la mayor parte de sus problemas de diseño. Por tanto, una operación cuidadosa y un adecuado plan de mantenimiento programado se traducen necesariamente en una alta disponibilidad

Comprobación de alarmas y avisos

28

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 procede) Comprobación del nivel de aceite Inspección de fugas de vapor Inspección de fugas de agua de refrigeración 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 Inspección visual del sistema de eliminación de vahos 

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

Revisión anual

Si se realizan todas las actividades que se detallan en esta lista, en realidad se están eliminando todas las causas que provocan las averías más frecuentes. Si se compara esta lista de tareas con la lista de averías más frecuentes se puede comprobar que esta revisión esta orientada a evitar todos los problemas habituales de las turbinas. La razón de la alta disponibilidad de estos equipos cuando se realiza el mantenimiento de forma rigurosa es que realmente se está actuando sobre las causas que provocan las principales averías.

29

 Análisis del espectro de vibración de turbina, reductor y alternador, a distintas velocidades y en aceleración. Se verifica así la posible ausencia de problemas en cojinetes, el estado de la alineación y el equilibrado de los tres equipos. Es importante tener en cuenta que es mucho más adecuado realizar el análisis con los detectores de posición del eje con los van equipados las turbinas, en vez de hacerlo con sensores tipo ‘acelerómetro’ que se instalan en la carcasa.

Inspección boroscópica de álabes. Con esta tarea se comprueba el estado de los álabes, las posibles incrustaciones que puedan haber aparecido en la superficie de éstos y defectos en algunos de ellos, por roces o impactos

Apertura de cojinetes y comprobación del estado. Cambio de cojinetes si procede. La mayor parte de los cojinetes pueden cambiarse o revisarse sin necesidad de abrir la turbina. Esto garantiza un funcionamiento ausente de vibraciones causadas por el mal estado de los cojinetes de apoyo y/o empuje

 

Cambio de aceite, si procede (según análisis). Si es necesario se sustituye el aceite, pero no es habitual cambiar el aceite de forma sistemática sin haber detectado síntomas de que está en mal estado. Esta acción evita trabajar con un aceite en mal estado y garantiza la ausencia de problemas de lubricación

Cambio de filtros de aceite. Esto garantiza el buen estado del aceite y la filtración de partículas extrañas

Inspección de la válvula de regulación de turbina. Esto garantiza el buen estado de los elementos internos de la válvula, su correcto funcionamiento, y la comprobación del filtro de vapor de la válvula, lo que hará que la regulación sea la correcta, no haya problemas de sincronización ni de regulación y no pasen elementos extraños a la turbina que puedan haber sido arrastrados por el vapor

Inspección del grupo hidráulico. Cambio de filtros y de aceite, si procede

Inspección del sistema de eliminación de vahos. El funcionamiento a vacío del depósito de aceite garantiza que los vapores que se

30

produzcan, especialmente los relacionados con el agua que pueda llevar mezclado el aceite, se eliminan. Eso ayudará a que la calidad del aceite de lubricación sea la adecuada

Comprobación de pares de apriete de tornillos. El apriete de los tornillos de sujeción a la bancada y los tornillos de la carcasa, entre otros, deben ser revisado. Esto evitará, entre otros, problemas de vibraciones debidos a un deficiente anclaje  

Comprobación de alineación de turbina-reductor y reductor-alternador. Se haya detectado o no en el análisis de vibraciones, es conveniente comprobar la alineación mediante láser al menos una vez al año. Esto evitará problemas de vibraciones

Comprobación del estado de acoplamiento turbina reductor y reductor-alternador. La comprobación visual de estos acoplamientos elásticos evitará entre otros efectos la aparición de problemas de vibración

Calibración de la instrumentación. Muchas de las señales incorrectas y medidas falsas que provocarán un mal funcionamiento de la turbina pueden ser evitados con una calibración sistemática de toda la instrumentación

Inspección visual de los sellos laberínticos, por si se hubieran dañado desde la última inspección

Comprobación de la presión del vapor de sellos. La presión de sellos debe estar regulada a una presión determinada, ni más ni menos. Una menor presión hará que el vapor escape al exterior, se pierda energía y se puedan provocar algunos daños (en algunos casos la contaminación del aceite, al entrar ese vapor en el cojinete, que suele estar muy cerca; en otros, puede afectar a algún sensor de medida no preparado para recibir el vapor caliente)

Termografía de la turbina. Esta prueba, a realizar con la turbina en marcha,  permitirá saber si se están produciendo pérdidas de rendimiento por un deficiente aislamiento o por fugas de vapor

Limpieza y mantenimiento del cuadro de control. Curiosamente, muchas averías en sistemas eléctricos y electrónicos están causados por la suciedad. Mantener los cuadros en su correcto estado de limpieza garantiza la ausencia de estos problemas

31

Inspección del virador. El virador es un elemento importantísimo durante las paradas. Un mal funcionamiento supondrá una dificultad o imposibilidad de arrancar la turbina. La inspección es sencilla y garantiza el correcto arranque tras una parada

Prueba de potencia. Al finalizar la inspección será conveniente comprobar las prestaciones de la turbina, especialmente la potencia máxima que es capaz de alcanzar

Limpieza de alternador. La limpieza interior del alternador especialmente los que se refrigeran por aire, suelen realizarlo empresas especializadas, con productos especiales. Garantiza la ausencia de graves averías, como

Verificación eléctrica del alternador. Es necesario verificar tanto el alternador como sus protecciones. En el caso de que el personal habitual no tenga los conocimientos oportunos es conveniente realizarlo con empresas especializadas

Cambio de filtros del alternador. Los filtros de aire del alternador, especialmente en los refrigerados con aire, tienen como misión garantizar que aire en contacto con los bobinados está limpio. La comprobación del estado de estos filtros y su sustitución aprovechando la parada anual suelen garantizar la ausencia de problemas en la filtración del aire.

Principales repuestos

Del análisis de las averías que puede sufrir una turbina se deduce el material que es necesario tener en stock para afrontar el mantenimiento. Todas las piezas que la componen pueden dividirse en cuatro categorías:

Tipo A: Piezas que es necesario tener en stock en la planta, pues un fallo supondrá una pérdida de producción inadmisible. Este, a su vez, es conveniente dividirlo en tres categorías:

Material que debe adquirirse necesariamente al fabricante del equipo. Suelen ser piezas diseñadas por el propio fabricante

Material estándar. Es la pieza incorporada por el fabricante del equipo y que puede adquirirse en proveedores locales

32

Consumibles. Son aquellos elementos de duración inferior a un año, con una vida fácilmente predecible, de bajo coste, que generalmente se sustituyen sin esperar a que den síntomas de mal estado. Su fallo y su desatención pueden provocar graves averías.

 Tipo B: Piezas que no es necesario tener en stock, pero que es necesario tener localizadas. En caso de fallo, es necesario no perder tiempo buscando proveedor o solicitando ofertas. De esa lista de piezas que es conveniente tener localizadas deberemos conocer, pues, proveedor, precio y plazo de entrega

 Tipo C: Consumibles de uso habitual. Se trata de materiales que se consumen tan a menudo que es conveniente tenerlos cerca, pues ahorra trámites burocráticos de compra y facilita la operatividad del mantenimiento

 Tipo D: Piezas que no es necesario prever, pues un fallo en ellas no supone ningún riesgo para la producción de la planta (como mucho, supondrá un pequeño inconveniente)

  En cuanto a los criterios de selección del stok, hay que tener en cuenta cuatro aspectos:

 

Criticidad del fallo. Los fallos críticos son aquellos que, cuando suceden, afectan a la seguridad, al medioambiente o a la producción. Por tanto, las piezas necesarias para subsanar un fallo que afecte de manera inadmisible a cualquiera de esos tres aspectos deben ser tenidas en cuenta como piezas que deben integrar el stock de repuesto

Consumo. Tras el análisis del histórico de averías, o de la lista de elementos adquiridos en periodos anteriores (uno o dos años), puede determinarse que elementos se consumen habitualmente. Todos aquellos elementos que se consuman de forma habitual y que sean de bajo coste deben considerarse como firmes candidatos a pertenecer a la lista de repuesto mínimo. Así, los elementos de bombas que no son críticas pero que frecuentemente se averían, deberían estar en stock (retenes, rodetes, cierres, etc.). Determinados elementos sensores, como termopares, sensores de posición, presostatos, etc., que trabajan en condiciones difíciles  que por tanto sufren averías frecuentes, suelen formar parte de este stock por su alto consumo.

33

Por último, aquellos consumibles de cambio frecuente (aceites, filtros) deberían considerarse.

Plazo de aprovisionamiento. Algunas piezas se encuentran en stock permanente en proveedores cercanos a la planta. Otras, en cambio, se fabrican bajo pedido, por lo que su disponibilidad no es inmediata, e incluso, su entrega puede demorarse meses. Eso puede suponer una alta indisponibilidad del motor, en caso de llegar a necesitarse. Por tanto, aquellas piezas necesarias para la reparación de un fallo no crítico cuya entrega no sea inmediata y pueda demorarse durante meses, podría ser interesante que en algunos casos formaran parte del almacén de repuesto.

Coste de la pieza. Puesto que se trata de tener un almacén con el menor capital inmovilizado posible, el precio de las piezas formará parte de la decisión sobre el stock de las mismas. Aquellas piezas de gran precio (grandes ejes, coronas de gran tamaño, equipos muy especiales) no deberían mantenerse en stock en la planta, y en cambio, deberían estar sujetas a un sistema de mantenimiento predictivo eficaz. Para estas piezas también debe preverse la posibilidad de compartirse entre varias plantas. Algunos fabricantes motores ofrecen este interesante servicio.

Dispositivos de seguridad de las turbinas de vapor

Son mecanismos que protegen a la turbina contra anomalías propias de la máquina, del proceso o bien de la máquina arrastrada por la turbina.

1)    Ejemplos de disparo en turbinas de contrapresión.

- Disparo por sobre velocidad. Evita el empalamiento de la turbina al faltarle la carga que arrastra. - Disparo por baja presión de aceite de lubricación. Protege a la máquina para evitar el roce entre el eje y el estator. - Disparo manual de emergencia. Para que el operador pueda parar a voluntad la máquina ante cualquier anomalía, como pueden ser vibraciones o ruidos anormales, fuga de aceite al exterior, etc.

34

2) Ejemplos de disparo en turbinas de gran potencia (condensación).   -  Dispositivo de disparo de aceite del cierre rápido. Dispositivo mecánico sobre el que actúan los siguientes disparos mecánicos de la turbina.

a)    Sobrevelocidad. b)    Disparo manual de la turbina. c)     Disparo por desplazamiento axial.

- Dispositivo de disparo por falta de vacío. Dispositivo mecánico que dispara la máquina al subir la presión de escape de vapor en el condensador.

- Dispositivo de disparo a distancia mediante válvula electromagnética. De este dispositivo de disparo cuelgan todas aquellas seguridades de la máquina, del proceso o de la máquina arrastrada. A la válvula electromagnética le llega una señal eléctrica que energiza una válvula solenoide que enviara al tanque el aceite del cierre rápido cerrando las válvulas de parada y de regulación de vapor de la turbina.

Entre los disparos mencionados que afectan a este dispositivo están:   a)    Paros manuales a distancia desde el panel principal y local. b)    Baja presión de aceite de lubricación. c)     Baja temperatura del vapor de entrada a al turbina. d)    Baja presión del vapor de 100 a la turbina. e)    Disparo por alto valor de vibraciones y de    desplazamiento axial. f)     Disparos de la máquina arrastrada que también paran la turbina. g)     Disparo por bajo nivel de aceite de sello a los cierres del compresor. h)     Disparo por altos niveles de líquido en los depósitos de aspiración del compresor.

Otros dispositivos de seguridad en las turbinas.

a)    Válvula de seguridad del condensador. b)   Válvulas de seguridad de la línea de extracción

35

Daños ocasionados en las turbinas por la por falta de mantenimiento

La vibración en una turbina de vapor no es una avería en sí misma, sino un síntoma de un problema que existe en la máquina y que pude derivar en graves consecuencias. Por esta razón, las turbinas de vapor están especialmente protegidas para detectar un alto nivel de vibraciones y provocar la parada ésta antes de que lleguen a producirse graves daños.

La vibración tiene muy diversas causas, por lo que cuando se presenta es hace necesario estudiar cuál de ellas está provocando el fenómeno, para, por supuesto, corregirlo.

La vibración se hace especialmente evidente durante el proceso de arranque, ya que durante este periodo se atraviesan una o varias velocidades críticas de la turbina, velocidades en las que la vibración, por resonancia molecular, se ve notablemente amplificada. Es un error muy habitual no estudiar y corregir el problema que está provocando ese anormalmente alto nivel de vibraciones y limitarse a tomar alguna medida puntual que facilite el arranque; los daños que pueden producirse pueden llegar a ser muy altos. Normalmente, detrás de una avería grave de turbina suele estar una negligencia grave de operación y/o mantenimiento.

Las once causas más habituales que provocan un alto nivel de vibración son las siguientes:

Mal estado de los sensores de vibración o de las tarjetas acondicionadoras de señal.

Es posible que lo que estemos considerando como una vibración sea en realidad una falsa señal, que tenga como origen el mal funcionamiento del sensor encargado de detectarlo. Cuando se produce un disparo por altas vibraciones es conveniente estudiar detenidamente la gráfica de vibraciones del sensor que ha provocado el disparo del periodo anterior a éste (quizás 2-

36

4 horas antes). Una indicación del mal estado de un sensor suele ser que el aumento de vibración no se produce de forma gradual, sino que en la gráfica se refleja un aumento momentáneo muy alto de la vibración. Mecánicamente es muy difícil que este fenómeno se produzca (el aumento instantáneo del nivel de vibración), por lo que si esto se observa, probablemente sea debido a una señal espúrea provocada por el mal estado del sensor o por la influencia de un elemento externo que está provocando una alteración en la medición.

. Desalineación entre turbina y caja de engranajes desmultiplicadora (reductor). 

Es la causa de al menos el 20% de los casos de altos niveles de vibración en turbina. A pesar de que el acoplamiento es elástico y en teoría soporta cierta desalineación, casi todos los fabricantes de acoplamientos elásticos recomiendan alinear éste como si fuera un acoplamiento rígido. Es importante respetar las tolerancias indicadas por los fabricantes, tanto horizontales como verticales, con el reductor. También hay que tener en cuenta que la alineación en caliente y en frío puede variar. Por ello, es necesario realizar una alineación inicial en frío, preferentemente con un alineador láser (por su precisión), y realizar después una alineación en caliente para ver la variación. Si en esta segunda es necesario corregir algo, es conveniente anotar la desalineación que es necesario dejar en frío (en el eje horizontal y/o en el eje vertical) por si en el futuro hay que realizar un desmontaje y es necesario repetir estas alineaciones

Mal estado del acoplamiento elástico entre turbina y desmultiplicador. 

Es conveniente realizar una inspección visual periódica del acoplamiento (al menos una vez al año) y vigilar sobre todo la evolución de las vibraciones

37

Mal estado del acoplamiento desmultiplicador-alternador. 

Este es un caso típico de vibración inducida por un equipo externo a la turbina pero unido a ésta. La vibración no es realmente de la turbina, sino que proviene de una causa externa. Igual que en el caso anterior, es conveniente realizar inspecciones visuales periódicas del acoplamiento y vigilar la evolución del nivel de vibración.

Vibración del alternador o del desmultiplicador, que se transmite a la turbina. 

Es otro caso de vibración detectada en la turbina pero proveniente de un equipo externo a ésta. La vibración en el alternador o en desmultiplicador se verá más adelante.

Problema en la lubricación de los cojinetes

El cual es el que hace que el aceite de lubricación no llegue correctamente (en caudal o en presión) a dichos cojinetes. Hay que diferenciar los problemas relacionados con caudal y presión con los problemas relacionados con la calidad del aceite. En referencia a los primeros, la obstrucción de los conductos por los que circula el aceite, el mal estado de los filtros y una avería en las bombas de lubricación (recordemos que una turbina suele llevar varias: una bomba mecánica cuya fuerza motriz la proporciona el propio eje de la turbina; una bomba de prelubricación, eléctrica, para arranques; y una bomba de emergencia, que se pone en marcha ante un fallo eléctrico). Al ser la cantidad de aceite insuficiente, la posición del eje y el cojinete varían de forma cíclica, dando lugar a la vibración. En casos más graves, el eje y el cojinete se tocan sin película lubricante, que provoca una degradación del eje de forma bastante rápida.

Mal estado de cojinetes. 

Los tres cojinetes de los que suele disponer una turbina de vapor de las usadas en plantas de cogeneración (delantero, trasero o de empuje o axial) sufren un desgaste con el tiempo, aún con una lubricación perfecta. Estos cojinetes están recubiertos de una capa de material antifricción, que es la que se pierde. Por esta razón, es necesario medir periódicamente las

38

holguras entre eje y cojinetes, y el desplazamiento del eje, para comprobar que los cojinetes aún están en condiciones de permitir un funcionamiento correcto de la turbina. Estas tolerancias están indicadas siempre en el libro de operación y mantenimiento que el fabricante entrega, y es necesario respetar los intervalos de medida de estas holguras y el cambio si esta comprobación revela la existencia de un problema. El adecuado mantenimiento del sistema de lubricación contribuye de una manera innegable a alargar la vida de estos cojinetes, y de la misma forma, un mantenimiento incorrecto del aceite, sus presiones y sus caudales provoca una degradación acelerada de éstos.

Mal estado del eje en la zona del cojinete.

Si una turbina ha estado funcionando con el aceite en mal estado, o con una lubricación deficiente, es posible que sus cojinetes estén en mal estado, pero también es posible que hayan terminado por afectar al eje. Si uno y otro rozan en algún momento, es posible que este último presente arañazos o marcas que provocarán vibraciones y pueden dañar el nuevo cojinete. En caso de detectarse daños en el eje, es necesario repararlos, con un lijado, un rectificado in-situ o en taller, aporte de material, etc. La mejor forma de prevenir este daño es análisis periódico de la calidad del aceite, su sustitución en caso necesario, el adecuado mantenimiento del sistema de lubricación, y la sustitución del cojinete cuando se detecta que la holgura supera los límites indicados por el fabricante o cuando una inspección visual de éste así lo aconseja.

Desequilibrio del rotor por suciedad o incrustaciones en álabes.

 El desequilibro es la causa más habitual de vibraciones en máquinas rotativas, representando aproximadamente un 40% de los casos de vibración. Un tratamiento químico inadecuado del agua de caldera y del vapor que impulsa la turbina termina dañando no solo ésta, sino también el ciclo agua-vapor y la propia caldera. El tratamiento químico del agua de caldera es tan importante como el control del aceite de lubricación: sin estos dos puntos perfectamente resueltos es imposible mantener adecuadamente una instalación de cogeneración equipada con una turbina de vapor. El primer problema que se manifestará por un tratamiento químico inadecuado

39

será la presencia de partículas extrañas depositadas en los álabes de la turbina. Como esta deposición no se hará nunca por igual en todos los elementos rotativos, el rotor presentará un desequilibrio que se traducirá en alto nivel de vibraciones. Las incrustraciones en los álabes de la turbina pueden estar provocadas por niveles inadecuados de carbonatos, sílice, hierro, sodio u otros metales. Para eliminarlas, será necesaria una limpieza de los álabes, que en ocasiones severas puede significar un chorreado de éste. Posteriormente a la limpieza, será necesario realizar un equilibrado dinámico de la turbina.

Desequilibrio en el rotor por rotura de un álabe.

No es frecuente, pero si una partícula extraña entra la turbina y golpea un álabe puede provocar una pérdida de material o un daño que afectará al equilibrado del rotor. Para evitarlo, se colocan unos filtros que retienen objetos de cierto tamaño que puedan estar en circulación por las tuberías de vapor. Si este filtro está dañado o se ha retirado, partículas grandes podrían dañar los álabes. La reparación significa sustituir los álabes dañados, realizar una limpieza interior de la turbina y equilibrar. Se trata de una avería cara. Para evitarla, hay que asegurarse de que no puede desprenderse ningún elemento que pueda estar en circulación por las tuberías de vapor y que el filtro de vapor se encuentra en condiciones de realizar perfectamente su función. Es conveniente realizar inspecciones visuales con la un boroscopio o endoscopio, para poder observar el estado de la superficie de los álabes sin necesidad de desmontar la carcasa de la turbina.

Desequilibrio en rotor por mal equilibrado dinámico

Por pérdida o daño en algún elemento que gira (tornillos, arandelas, tuercas). El desequilibrio puede ser un fallo de origen (el equilibrado inicial de la turbina fue deficiente) o puede ser un fallo sobrevenido. En ese segundo caso, es importante que al efectuar reparaciones en el rotor de la turbina no quede ningún elemento sin montar o montado de forma inadecuada. Es incluso conveniente numerar los tornillos y arandelas que se desmontan para montarlos exactamente igual. Si es el eje el que está dañado, hay que reparar el daño aportando material, rectificando, limpiando, lijando, etc. Es conveniente tener un espectro de vibraciones desde la puesta en servicio del

40

equipo. Este primer espectro será de gran utilidad, y siempre será una referencia para saber si hay problema inicial o sobrevenido.

Curvatura del rotor debido a una parada en caliente con el sistema virador parado. 

Las turbinas de vapor están equipadas con un sistema virador que facilita que el eje no se curve cuando está caliente. La misión de este sistema es redistribuir los pesos uniformemente sobre el eje de rotación, y evitar curvaturas que desequilibrarían el rotor. Si la turbina se para en caliente y el sistema virador no entra en marcha es posible que el eje se curve hacia arriba. El problema se detecta siempre al intentar arrancar, y comprobar que el nivel de vibración es más alto del permitido. Si es así, la solución más adecuada es mantener la turbina girando sin carga y a una velocidad inferior a la nominal durante varias horas. Transcurrido ese tiempo, si ésta es la causa del problema, la vibración habrá desaparecido y volverá a valores normales.

Eje curvado de forma permanente.

El eje puede estar curvado de forma permanente, es decir, con una deformación no recuperable siguiendo el procedimiento indicado en el apartado anterior. No es fácil que esto suceda después de la puesta en marcha inicial de la turbina, y habitualmente se debe a un fallo preexistente, y que proviene del proceso de fabricación. Es habitual que el equilibrado dinámico haya enmascarado el problema, aunque en el espectro inicial de vibración, el que es recomendable realizar el inicio de la operación del equipo, es seguro que estará presente.

Fisura en el eje.

En ocasiones, un defecto superficial del eje avanza y termina convirtiéndose en una fisura o grieta, que provoca un desequilibrio en el eje. Puede ocurrir por un defecto de fabricación del eje (lo más habitual) o puede estar relacionado con corrosiones que el rotor puede estar sufriendo. Cuando esto ocurre, se detecta a través del análisis de vibraciones, y en la mayoría de los casos son visibles a simple vista o con ayuda de algún elemento de aumento. La solución suele ser cambiar el eje del rotor, aunque en algunos

41

casos es posible la reparación en empresas especializadas en este tipo de trabajos en metales especiales, mediante saneamiento, aportación de material, rectificado y tratamiento de alivio de tensiones. Será necesario volver a realizar un equilibrado del eje. Como medida preventiva para evitar corrosiones que convierten un defecto superficial en una grieta o fisura, está el control químico del vapor a turbina.

Corrosión o incrustaciones en el eje, álabes, etc.

Si el acondicionamiento del vapor no ha sido el adecuado, pueden producirse corrosiones en los álabes o deposiciones de materiales extraños a la turbina en éstos. Estas incrustaciones y corrosiones desequilibran la turbina al modificar el reparto de pesos a lo largo del eje de rotación. Cuando esto se produce la solución es la limpieza del conjunto rotor por chorreado o por limpieza mecánica. Habitualmente hay que extraer el rotor y realizar esta limpieza fuera de la turbina. En caso de incrustación, es conveniente tomar muestras de los materiales depositados y analizarlos, para conocer el origen de las partículas extrañas y tomar las medidas correctoras oportunas. Una vez limpiado el eje, será necesario equilibrarlo de nuevo. La mejor medida preventiva es realizar un cuidadoso control químico en el agua de aportación, en el desgasificador, en los condensados, en el agua del calderín y en el vapor.

Presencia de agua o partículas en el vapor.

Si el vapor a la entrada a turbina tiene partículas de agua líquida, el choque de las gotas contra la turbina puede provocar vibraciones y desequilibrios. El vapor puede contener agua líquida por fallo en el sobrecalentamiento, por una atemperación excesiva, porque la válvula de atemperación esté en mal estado, o porque en el camino entre la válvula de atemperación y la entrada a turbina sufra un enfriamiento anormal. Si esto se produce es necesario detectarlo y corregirlo cuando antes, pues provocará una erosión en los álabes de la turbina, y se dañarán. El análisis de vibración y las inspecciones boroscópicas ayudarán en la tarea de detección temprana

42

del problema. La solución consiste inevitablemente en corregir el problema que esté causando la presencia de agua en el vapor.

Defecto en la bancada. 

Una bancada mal diseñada o mal ejecutada puede provocar vibración. Cuando se detecta una vibración, es conveniente en primer lugar verificar el estado de la bancada, intentando descubrir grietas, falta de material, etc. Si la vibración está presente desde la puesta en marcha y se han descartado otras causas, es muy probable que el problema esté relacionado con el diseño o con la ejecución de la bancada. La solución, en este caso, será revisar el diseño de la bancada, y si es éste es correcto, volver a ejecutarla.

Defecto en la sujeción a la bancada. 

A pesar de que la bancada pueda estar bien ejecutada, la turbina puede no estar convenientemente sujeta a esta. Esto puede ocurrir porque los tornillos de sujeción no tengan el par de apriete apropiado o porque los tornillos no anclen correctamente a la bancada. Este fallo es mucho más habitual de lo que pueda parecer. Algunos autores denominan a este fallo ‘pedestal cojo’, y el análisis de vibración revela este fallo con relativa facilidad. Cuando este problema ocurre, se observa que aflojando uno de los tornillos de sujeción (el que causa el problema) el nivel de vibraciones extrañamente disminuye.

Tensión de tuberías de vapor.

Si el alineamiento de tuberías no es perfecto o no se han considerado correctamente los efectos térmicos de la dilatación, pueden provocarse tensiones en tuberías que hagan que se ejerza una fuerza extraña sobre la carcasa de la turbina. Estas fuerzas pueden provocar vibraciones, entre otras cosas. La tubería de entrada de vapor en turbinas pequeñas suele ser flexible, y la salida suele ir equipada con un compensador que une la carcasa de la turbina a la tubería de salida. Para comprobar si existe algún problema

43

en este sentido, es conveniente soltar las tuberías de entrada y salida y comprobar cuál es su posición natural sin estar unidas a la turbina.

44

CONCLUSIÓN

En el trabajo realizado por el grupo de investigación el cual se trataba

sobre el estudio de las turbinas de vapor quedando muy claro el

funcionamiento de estos componentes el cual se basa en transformar la

energía cinética del vapor, en movimiento de rotación de un eje; también

podemos dividir las turbinas de vapor en dos partes, el rotor y el estator esto

se debe a que estas son las partes más fundamentales y que generalizan a

una turbina de vapor debido a que ambas partes están formados por las

alabes a diferencia que una están unidas al eje y otras están unidas a las

carcasa de la misma turbina de vapor.

Las turbinas de vapor pueden distinguirse Según la manera de actuar

el vapor sobre los órganos de la turbina por lo tanto se dividen en dos tipos

en dos tipos turbinas de acción esta turbina funciona después de ya estar el

vapor expansionado trabaja a mayor velocidad sobre los órganos de la

turbina y turbinas de reacción en esta turbina se basa en un efecto inverso al

de la turbina de acción ya que en esta el vapor se va expansionando a

medida que el vapor recorre todo el organismo de la turbina. De estos dos

tipos de turbinas de vapor derivan varios tipos de ellas misma como se

plantea en el trabajo; se explico uno de varios tipos que existen tales como

las turbinas Laval y Parsons a cada una de estas turbinas pudimos conocer

sus características y la manera de mantener en buen estado cada

componente que la conforme para así tener una mayor eficiencia por parte

de estas turbinas de vapor.

45

BIBLIOGRAFÍA

Turbinas de vapor industriales

Formato de archivo: PDF/Adobe AcrobatComo líderes del mercado mundial de turbinas de vapor industriales, ofrecemos una... de turbinas de vapor versátiles. Con más de 100 años de experiencia en...www.energy.siemens.com/.../E50001-W410-A101-V3-7800_ ST%20Broschuere_SP_LR.pdf

TERMODINAMICA DE LOS FLUIDOS

Antonio Colmenar Santos ; Roque Calero Pérez ; José Antonio Carta González ; Manuel-Alonso Castro GilPrentice Hall600 páginasISBN: 8483226006 ISBN-13: 9788483226001(05/2009)

MANTENIMIENTO DE TURBINAS

CAMPS MICHELENA, M. / MARCOS MARTIN, F.

Mundi-Prensa

383 páginasISBN: 8484763609 ISBN-13: 97884847636042 edición (2008)

46

http://www.uamerica.edu.co/tutorial/3turvapor.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina

http://www.youtube.com/watch?v=Y6BTu1Wwods&feature=related

http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_de_vapor

http://www.monografias.com/trabajos12/turbinas_de_vapor/laenerg.shtml

http://www.slideshare.net/geopaloma/vapor-turbinas268650

47

ANEXOS

48

TURBINAS:

Figura 1. Turbina de vapor

Figura 2. Turbina de vapor partes.

49

Figura 3. Turbina de vapor abierta.

Figura 4. Imagen del cojinete

50

Figura 5. Interior de una turbina SKODA de 3,5 MW. Se ha sacado el rotor completo para comprobar su estado. Pueden apreciarse las diferentes filas de alabes

Figura 6. Técnico comprobando la alineación entre turbina y reductor, con un alineador laser SKF

51

Figura 7. Cojinete radial o de apoyo en mal estado, con marcas de roce metal-metalentre el eje y el cojinete

Figura 8. Medición de aceite para el mantenimiento

52

Fig 9 Rotor de turbina durante una revisión Mantenimiento Operativo Diario

Fig 10. Rotor de turbina durante una revisión