Turbinas tollin

ING. JESUS MODESTO GARCIA JIMENEZ

2013

Turbinas

Una turbina es una máquina formada por una rueda con varias paletas. Al recibir un líquido de manera continuada en su parte central, la turbina lo expulsa hacia su circunferencia y consigue aprovechar su energía para generar una fuerza motriz.Lo que hace una turbina, por lo tanto, es sacar provecho de la presión de un líquido para conseguir que una rueda con hélices de vueltas y produzca un movimiento. Puede decirse, por lo tanto, que la turbina es un motor que produce energía mecánica.Las hélices o paletas de la rueda están ubicadas en su circunferencia. El líquido que ingresa en la turbina, por lo tanto, genera la fuerza de tipo tangencial que le otorga movimiento a la rueda, haciendo que gire. Un eje, finalmente, se encarga de transferir dicha energía mecánica a otra máquina o dispositivo.

Una turbomáquina consta fundamentalmente de una rueda de alabes, rodete, que gira libremente alrededor de un eje cuando pasa un fluido por su interior. La forma de los alabes es tal que cada dos consecutivos forma un conducto que obliga al flujo a variar su cantidad de movimiento, lo que provoca una fuerza, esta fuerza al desplazarse el alabe provoca un trabajo.

La clasificación fundamental de una turbina (convierte la energía del flujo en una energía mecánica en el eje, lo contrario sería una bomba) es las de acción y las de reacción

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Ing. Jesús Modesto García JiménezmOTORES DE COMBUSTION INTERNA Y TURBINAS

Partes fundamentales de una turbina hidraulica

___________________El distribuidor

Es un elemento estático, pues no posee velocidad angular y en él no se produce trabajo mecánico. Sus funciones son.1. acelerar el flujo de agua al transformar total o parcialmente la energía potencial del agua en energía cinética.2. Dirigir el agua hacia el rodete, siguiendo una dirección adecuada.3. Actuar un órgano regulador del caudal.

El distribuidor adopta diferentes formas; puede ser del tipo inyector en las turbinas de acción, o de forma radial, semi axial y axial en las turbinas de reacción.

_______________________El rodete

Llamado también rotor o rueda, este elemento es el órgano fundamental de las turbinas hidráulicas. Consta esencialmente de un disco provisto de un sistema de álabes, paletas o cucharas, que está animado por una cierta velocidad angular.

La transformación de la energía hidráulica del salto en energía mecánica se produce en el rodete, mediante la aceleración y desviación, o por la simple desviación del flujo de agua a su paso por los álabes.

Tubo de aspiración: Este elemento muy común en las turbinas de reacción, se instala a continuación del rodete y por lo general tiene la forma de un conducto divergente; puede ser recto o acodado, y cumple las siguientes funciones:

1. Recupera la altura entre la salida del rodete y el nivel del canal del desague.2. Recupera una parte de la energía cinética correspondiente a la velocidad residual del agua en la salida del rodete, a partir de un diseño del tipo difusor.

Carcasa

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Este elemento tiene la función general de cubrir y soportar a las partes de la turbina. En las turbinas Francis y Kaplan, por ejemplo, tiene la forma de una espiral.

Partes de una turbina de 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.

______________________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 ultimas 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.

_____________________Carcasa

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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 mas 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 mas largos a menudo se amarran entre si con alambres o barras en uno o dos lugares intermedios, para darles rigidez.

______________________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

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.

_______________________Cojinete de empuje

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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, ademas de la medida de la temperatura y de las vibraciones del eje, se mide de forma constante el desplazamiento axial. Si se excede el limite 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 circulacion del aceite en todo momento el sistema suele estar equipado con tres bombas:

Proporciona el fluido lubricante, generalmente aceite. Para asegurar la circulacion 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 esta 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,

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cambiándose automáticamente de la bomba auxiliar a la bomba principal. También se conecta durante las paradas de la turbina.

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 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.

_________________________________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.

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_______________________________Turbina de acción

Se llaman así cuando la transformación de la energía potencial en energía cinética se produce en los órganos fijos anteriores al rodete (inyectores o toberas). En consecuencia el rodete solo recibe energía cinética. La presión a la entrada y salida de las cucharas (o alabes) es la misma e igual a la atmosférica.

_________________________Turbinas de reacción

Se llama así (en el caso de pura) cuando se transforma la energía potencial en cinética íntegramente en el rodete. Este recibe solo energía potencial. La presión de entrada es muy superior a la presión del fluido a la salida. Esto ocurre en un aspersor. En la realidad no se ha desarrollado este tipo de turbina industrialmente. Se llaman así aun que habría que considerarlas como un tipo mixto.

Otra clasificación muy distinta es en función de la dirección del flujo en el

rodete, lo que puede hacer que clasifiquemos a las turbomáquinas en:

· Axiales: El desplazamiento del flujo en el rodete es paralelo al eje. Es

axial y tangencial (giro).

· Radiales: El desplazamiento en el rodete es perpendicular al eje. No

tiene componente axial.

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Clasificacion fundamental de

las turbinas

turbinas de accion

Turbinas de reaccion

Clasificacion por direccion del

flujo

Axiales

RAdiales

Mixtas


· Mixtas: Tiene componente Axial, radial y tangencial.

Turbinas de vapor

Son máquinas simples que tienen prácticamente una sola parte móvil, el rotor. Sin embargo, requieren algunos componentes auxiliares para funcionar: cojinetes de contacto plano para sostener el eje, cojinetes de empuje para mantener la posición axial del eje, un sistema de lubricación de los cojinetes y un sistema de estanqueidad que impide que el vapor salga de la turbina y que el aire entre en ella. La velocidad de rotación se controla con válvulas en la admisión de vapor de la máquina. La caída de presión en las palas produce además una fuerza axial considerable en las palas móviles, lo que se suele compensar con un pistón de equilibrado, que crea a su vez un empuje en sentido opuesto al del vapor

Las turbinas de vapor se emplean principalmente en las centrales eléctricas de generación de energía eléctrica, cuyos componentes principales son:

Caldera: su función es la de generar el vapor necesario para el funcionamiento de la turbina.

Turbina: es la encargada de utilizar la energía del vapor de la caldera y transformarla en trabajo útil para mover un generador eléctrico.

Condensador: se emplea para condensar el vapor que sale de la turbina.Bomba: usada para alimentar la caldera con el agua que proviene del condensador.

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Turbina hidráulica

Es una turbomáquina motora, que absorbe energía de una corriente fluida (agua) y restituye energía mecánica, Por lo tanto, realiza la función inversa a las bombas; de hecho, existen turbomáquinas hidráulicas diseñadas para llevar a cabo las dos funciones (en algunas centrales hidroeléctricas de bombeo) Puesto que se trata de una turbomáquina, su principio de funcionamiento se basa en la ecuación de Euler. La aplicación más extendida de las turbinas hidráulicas es la generación de energía eléctrica.

Ecuación de Euler

Se denomina ecuación de Euler a la ecuación fundamental que describe el comportamiento de una turbomáquina bajo la aproximación de flujo unidimensional.

donde:

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es la potencia trasegada por la máquina. Esta es obtenida ( )

para una turbina y cedida ( ) para una bomba.

es el caudal másico que atravisa la máquina.

c es la velocidad absoluta del fluido. El subíndice u indica que se

considera solo la velocidad tangencial. Los subíndices 1 y 2 indican

entrada y salida respectivamente.

u es la velocidad del rodete. Se ve que

Conclusiones

En la actualidad el uso de maquinarias, dentro de las industrias es algo indispensable, gran parte de su eficacia depende de las máquinas y sistemas que estos manejen.

EN la industria petrolera las máquinas que funcionan a base de turbinas y motores de combustión interna son tan indispensables que no podríamos lograr muchos procesos sin estas, pero no podemos dejar de lado el capital humano ya que sin este las maquinas no serían nada, es ahí donde radica la importancia de conocer el funcionamiento de estos equipos, el conocer sus componentes internos y externos, ya que de esta manera el ser humano podría mejorar día con día la tecnología, hacer los proceso más rápidos y eficientes, y sobre todo incrementar las ganancias ya que es el fin principal de toda industria.

En este trabajo fue presentado el funcionamiento, clasificación y tipos tanto de turbinas como de motores de combustión interna, para así conocer de mejor manera estos elementos y tener una mejor visón de

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estos y poder aplicarlos a otros procesos para mejorarlos y por qué no, también mejorar la tecnología ya existente

Introducción

A lo largo de la evolución de la industria las maquinas han ido ganando terreno a la mano de obra humana, a tal grado que actualmente la mayoría de todos los procesos en las industrias son realizados por máquinas.

En este trabajo se presentan 2 inventos que revolucionaron la industria durante su invención, el motor de combustión interna que revoluciono muchas industrias y la turbina, la cual aumentaba la eficiencia de equipos como las bombas y los compresores.

Veremos las partes principales de estos quipos, su funcionamiento básico, su clasificación y su comparación con otros equipos similares.

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TURBINAS

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MOTORES DE COMBUSTION

INTERNA |


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