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Plantas de Potencia

Turbinas
by

Jair Córdoba

on 18 September 2012

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Transcript of Plantas de Potencia

Introducción
La turbina de vapor es una máquina de fluido en la que la energía de éste pasa al eje de la máquina saliendo el fluido de ésta con menor cantidad de energía. La energía mecánica del eje procede en la parte de la energía mecánica que tenía la corriente y por otra de la energía térmica disponible transformada en parte en mecánica por expansión. Esta expansión es posible por la variación del volumen específico del fluido que evoluciona en la máquina.
El hecho de la utilización del vapor como fluido de trabajo se debe a la elevada energía disponible por unidad de kg de fluido de trabajo. Este ratio en el caso del agua es tres veces mayor que en el caso del aire de forma para dos turbinas, una de vapor y otra de gas con la misma potencia de salida se tiene que el gasto másico de la turbina de vapor es tres veces menor que el de la turbina de gas. CICLO RANKINE BASICO Es un ciclo de potencia representativo del proceso termodinámico que tiene lugar en una central térmica de vapor, tiene como objetivo la conversión de calor en trabajo, utiliza un fluido de trabajo que alternativamente evapora y condensa. Su nombre se debe al ingeniero y físico escocés William John Macquorn Rankine.
Es el ciclo ideal para las centrales eléctricas de vapor. El ciclo Rankine ideal no incluye ninguna irreversibilidad interna y está compuesto por cuatro procesos, dos isentrópicos y dos isobáricos, la bomba y la turbina operan en procesos isentrópicos (adiabáticos e internamente reversibles), la caldera y el condensador operan sin perdidas de cargas y por tanto sin caídas de presión. PARTES DE LA TURBINA DE VAPOR Rotor. Es el elemento móvil del sistema. La energía desprendida por el vapor en la turbina se convierte en energía mecánica en este elemento.
Dado que la turbina está dividida en un cierto número de escalonamientos, el rotor está compuesto por una serie de coronas de alabes, uno por cada escalonamiento de la turbina. Los alabes se encuentran unidos solidariamente al eje de la turbina moviéndose con él. Estator. El estator está constituido por la propia carcasa de la turbina. Al igual que el rotor, el estator está formado por una serie de coronas de alabes, correspondiendo cada una a una etapa o escalonamiento de la turbina. Toberas. El vapor es alimentado a la turbina a través de estos elementos. Su labor es conseguir una correcta distribución del vapor entrante/saliente al/desde el interior de la turbina. 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. Funcionamiento del Ciclo de Vapor: Este ciclo funciona con vapor, el cual es generado por la caldera, en ella se inyecta combustible y mediante quemadores se calienta el agua de alimentación que pasa por unos tubos ubicados en la caldera hasta evaporarse. Luego este vapor a alta presión y temperatura pasa a la turbina el cual debe ser un vapor 100% seco ya que de lo contrario ocasionaría daños a la turbina. El vapor, al golpear los álabes mueven el eje realizando trabajo, aquí es donde se transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Este vapor luego de realizar trabajo en la turbina, sale y se dirige hacia el condensador el cual por medio de agua de enfriamiento, el vapor ya condensado se bombea por medio de bombas de condensado hacia el calentador de baja presión, aquí el vapor condensado aumenta su temperatura y se dirige hacia el radiador. Funcionamiento de la turbina de vapor Se basa en el principio termodinámico que expresa que cuando el vapor se expande, disminuye su temperatura y se reduce su energía interna. Esta reducción de la energía se transforma en energía mecánica por la aceleración de las partículas de vapor, lo que permite disponer directamente de una gran cantidad de energía.
Si bien están diseñadas de dos formas diferentes (acción o reacción), las partes fundamentales de las turbinas de vapor son similares. Consisten en boquillas o chorros a través de los que pasa el vapor de expansión, descendiendo de la temperatura y ganando energía cinética, y palas sobre las que actúa la presión de las partículas de vapor a alta velocidad. Tipos de Turbinas de Vapor Turbina con extracción de vapor:
Se realiza en etapas de alta presión, enviando parte del vapor de vuelta a la caldera para sobrecalentarlo y reenviarlo a etapas intermedias.
En algunas ocasiones el vapor también puede ser extraído de alguna etapa para derivarlo a otros procesos industriales. Turbina de contrapresión
La presión del vapor a la salida de la turbina es superior a la atmosférica, suele estar conectado a un condensador inicial que condensa al vapor, obteniéndose agua caliente o sobrecalentada, que permite su aprovechamiento térmico posterior. Turbinas de condensación:
El vapor sale a una presión inferior a la atmosférica, en este diseño existe un mayor aprovechamiento energético que a contrapresión, se obtiene agua de refrigeración de su condensación. 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.
Las turbinas de acción habituales tienen varias etapas, en las que la presión va disminuyendo de forma escalonada en cada una de ellas. Turbinas de reacción:
La reacción la energía mecánica se obtiene de la aceleración del vapor en expansión.
Las turbinas de este tipo cuentan con dos grupos de palas, unas móviles y las otras fijas. Turbina monoetapa:
Se utilizan para turbinas de hasta 2 MW de potencia, al ser de más simple construcción son las mas robustas y seguras, además de acarrear menores costes de instalación y mantenimiento que las multietapa Turbina multietapa:
El objetivo de los escalonamientos en la turbina de vapor es disminuir la velocidad del rodete conservando una velocidad de los alabes próxima al valor optimo con relación a la velocidad del chorro de vapor.
Consiguen mejores rendimientos que las monoetapa, además pueden absorber flujos de vapor de mucha mayor presión, por lo que se utilizan para turbinas de alta potencia. Turbina de flujo axial:
Es el método mas utilizado, el paso de vapor se realiza siguiendo un cono que tiene el mismo eje que la turbina. Turbina de flujo radial:
El paso de vapor se realiza siguiendo todas las direcciones perpendiculares al eje de la turbina. FABRICANTES Sistema de paro de emergencia
Este sistema funciona automáticamente y es independiente del sistema de gobierno. Su función es la de cortar el flujo de vapor a la turbina en caso de operaciones de operación anormales y criticas.
El sistema consta de los siguientes componentes: válvulas de corte rápido, disparo por sobre velocidad, disparo por baja presión del aceite estático de control, disparo hidráulico, válvula de disparo manual, válvula solenoide de disparos. Sistema de Monitoreo de Vibraciones
El sistema de monitoreo de vibración sirve para modificar al operador de vibración excesiva en la turbina, y el elemento impulsado. Está constituido por un rack de instrumentos con fuentes de poder inter construida, relevadores, monitoreo de vibración e instrumentos de aceleración, y un tacómetro de tren en el sistema del rack de monitoreo de vibración Disparo por sobre velocidad SISTEMAS AUXILIARES Sistema de lubricación
La lubricación de las chumaceras radiales puede ser por medio de un anillo de aceite. El anillo de aceite recoge aceite del cárter y puesto que la rotación hace girar este anillo, el aceite es llevado hasta la chumacera proporcionando una lubricación por salpicadura.
El aceite de la descarga de la bomba pasa a través de unos filtros para eliminar cualquier impureza, y puesto que el aceite al circular por las chumaceras se calienta debe de pasar por un enfriador antes de suministrarse a las chumaceras. Sistema de Gobernador Electrónico Los sensores de velocidad son magnéticos, tipo reluctancia, generadores de pulsos que emiten señales eléctricas de potencia proporcionales a las velocidad desde la turbina. Los sensores de velocidad están montados en la caja de chumaceras. Con el fin de establecer mayor confiabilidad y dinámicas de actuación en los sistemas de modulación de control de velocidad y carga, y establecer mayor confiabilidad, protección y eliminar la posibilidad de disparos inoportunos, se recomienda una actualización de estos sistemas. El regulador regula la turbina bajo condiciones normales, pero a veces ocurren condiciones anormales. Si una turbina a carga completa es liberada es liberada de esa carga de manera inmediata, la turbina se sobre revolucionará. El gobernador, en ocasiones reacciona muy despacio o falla, en estos casos el vapor a la turbina debe ser cerrado rápidamente pues de lo contrario la turbina se aceleraría hasta despedazarse. CONCLUSIÓN
Después de elaborar este trabajo de investigación hemos comprendido que las turbinas de vapor son maquinas que aunque sean de principios antiguos siguen siendo de gran importancia en la actualidad, ya que aun en muchas aplicaciones industriales representan la mejor opción para el aprovechamiento de la energía proveniente del vapor de procesos o simplemente para la generación eléctrica dedicada.Debemos también destacar que pudimos observar que los mayores avances en los sistemas de turbinas de vapor, no se reflejan en sí en el diseño de las turbinas, sino en los sistemas de control, que proporcionan una acción rápida y exacta evitando perdidas de energía y de esta manera mejorando el sistema.
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