- ÍNTRODUCCIÓN.
- CLASIFICACIÓN DE LAS
TURBINAS DE VAPOR.
- ESTUDIO CONSTRUCTIVO DE LOS
ELEMENTOS DE LAS TURBINAS.
- CIRCUITO DE VAPOR
CONDENSADO.
- SISTEMAS DE ACEITE DE LA
TURBINA.
- REGULACIÓN DE LA VELOCIDAD.
- DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD
EN LAS TURBINAS DE VAPOR.
Figura 1. Turbina de vapor.
1. INTRODUCCION.
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.
Son normas muy sencillas, y sin embargo, casi todos
los problemas que
tienen las turbinas, grandes o pequeños, se deben a no respetar alguna
o
algunas de esas 4 normas.
Figura 2. Turbina de vapor abierta.
2. CLASIFICACION DE LAS TURBINAS DE VAPOR.
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.
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.
3. ESTUDIO CONSTRUCTIVO DE LOS ELEMENTOS DE LAS
TURBINAS.
- Rotor, es
la parte móvil de
la turbina.
- Estator
o carcasa,
parte fija que aloja el rotor y sirve de armazón y sustentación a la
turbina.
- Álabes,
órganos de la
turbina donde tiene lugar la expansión del vapor.
- Álabes
fijos, van ensamblados
en los diagramas que forman parte del estator. Sirven para darle la
dirección
adecuada al vapor y que empuje sobre los álabes móviles.
- Diafragmas,
son discos
que van dispuestos en el interior de la carcasa perpendicularmente al
eje y que
llevan en su periferia los álabes fijos.
- Cojinetes,
son los
elementos que soportan los esfuerzos y el peso del eje de la turbina.
Los
cojinetes pueden ser radiales, que son aquellos que soportan los
esfuerzos
verticales y el peso del eje, o axiales, soportan el esfuerzo
en la
dirección longitudinal del eje.
- Sistemas
de estanqueidad, son
aquellos sistemas de cierre situados a ambos extremos del eje de la
turbina que
evitan que escape el vapor de la turbina.
1) Sellados
del rotor, son
elementos mecánicos que evitan que escape vapor de la turbina al
exterior, por
los lados del eje en las carcasas de alta y de media presión y además
evitan la
entrada de aire en las carcasas de baja presión. Pueden ser de metal o
de
grafito. Normalmente en las máquinas de gran potencia los cierres son
metálicos
de tipo laberinto.
2) Regulación del sistema de sellado en
una
turbina de condensación.
- Estanqueidad
interior, son los mecanismos que evitan la fuga de vapor
entre los álabes móviles y fijos en las etapas sucesivas de la turbina.
4. CIRCUITO DE VAPOR Y CONDENSADO.
Descripción del circuito de vapor a través de una
turbina.
-
Turbinas de contrapresión.
-
Turbinas de condensación.
-
Turbinas de extracción y condensación.
a) Válvulas
de parada, actúan
por seguridad de la turbina y en situaciones de emergencia. Tienen la
misión de
cortar el flujo de vapor de entrada.
b) Válvulas
de control y
regulación, válvulas de vapor de entrada que proporcionan el
caudal de
vapor deseado para dar la potencia requerida por la turbina.
Sistemas de vacío y condensado en turbinas de
condensación.
- Condensador,
su función es
establecer el mayor vacío posible eliminando el calor de condensación
del vapor
de agua.
- Eyectores,
se encargan de eliminar
los gases incondensables que hay en el condensador, procedente de las
fugas de
aire y de los gases disueltos en el condensado, etc.
- Bombas de condensado,
tienen por
misión desalojar el condensado producido en el escape de la turbina.
Problemas
si el nivel de condensado es demasiado alto y no quedan tubos libres
para
condensar el vapor.
- Purgas de
condensado del cuerpo de la
turbina y líneas de vapor de entrada y salida, sistema que
permite la
eliminación del condensado de equipo y líneas cuando la turbina está en
situación de parada y puesta en marcha.
5. SISTEMAS DE ACEITE DE LA TURBINA.
Este sistema
tiene dos misiones fundamentales en las turbinas de vapor: una como
elemento hidráulico
del sistema de regulación de la turbina, para accionamiento de
servomotores y
otros mecanismos y otra como elemento lubricante de las partes móviles,
como
cojinetes, reductores, etc.
Dependiendo que la turbina sea a contrapresión o a condensación los
sistemas de
aceite pueden ser más o menos complejos.
1) Ejemplo de
sistemas de aceite en
una turbina de contrapresión.
- Sistema
de
aceite de lubricación.
- Sistema
de
aceite de mando y regulación.
-
Bomba auxiliar de aceite o bomba de
puesta en marcha. Puede ser manual o
movida por un
motor o turbina.
- Bomba incorporada o bomba
principal de
aceite. Accionada por el eje de la turbina.
2) Ejemplo de sistema
de aceite en
una turbina de condensación.
-
Sistema de aceite de lubricación.
-
Sistema de aceite de mando o regulación.
-
Sistema de aceite primario.
-
Sistema de aceite de cierre rápido o
seguridad.
Equipos principales de los sistemas de aceite.
1) Tanques de aceite.
2) Bombas de aceite,
principal y
reserva.
3) Refrigerantes de
aceite.
4) Filtros de aceite.
5) Calentador de aceite.
Termostato de alta y baja
temperatura.
6) Extractor de gases
de aceite.
7) Equipos de
purificación de
aceite.
6. REGULACION DE LA VELOCIDAD.
a) Objetivo de la regulación. El objetivo principal
de la regulación de
la velocidad en las turbinas es mantener el número de rpm. constante
independientemente de la carga de la turbina.
b) Turbinas de pequeña y mediana potencia.
Normalmente la válvula de parada de emergencia
y de regulación de entrada de vapor es la misma.
Regulación por estrangulación o laminación.
c) Turbinas
de gran potencia.
En ellas, las válvulas de parada y de regulación son independientes
entre sí.
d) Regulación por variación del
grado de
admisión o del número de toberas de entrada.
Regulación de velocidad en una turbina de
extracción y condensación.
e) Aumento
de potencia sin
modificar el caudal de extracción. Cualquier aumento o
disminución de
potencia demandada por la turbina se traduce en un aumento o
disminución del
caudal que pasa a través de ella cumpliéndose en cada caso que el
caudal que
aumenta o disminuye a través de las válvulas de entrada de vapor del
cuerpo de
alta es el mismo que aumenta o disminuye a través de las válvulas del
cuerpo de
baja, permaneciendo constante el caudal de extracción.
f) Aumento
del caudal
de extracción permaneciendo constante la potencia de la turbina.
Cualquier
aumento del caudal de extracción demandado por el proceso se traduce
por un
aumento del caudal a través de las válvulas del cuerpo de alta y una
disminución del caudal a través de las válvulas del cuerpo de baja,
cumpliéndose en cada caso que el aumento de potencia que da el cuerpo
de alta presión
es compensado por una disminución de potencia en el cuerpo de baja
presión,
permaneciendo constante la potencia total de la turbina.
7. DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD EN 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.
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.
