9.- OPERACIN DE TURBINA DE VAPOR.

OBJETIVO INSTRUCCIONAL. Incrementar su desempeo al emplear los conocimientos y desarrollar las habilidades que le permitan arrancar, parar y solucionar los problemas que se presenten, manteniendo la continuidad de la operacin de las turbinas de vapor a su cargo, cumpliendo con los procedimientos operativos y de seguridad establecidos en su rea de trabajo.

INTRODUCCIN. Dentro de petrleos mexicanos, los operadores tienen una labor importante para el funcionamiento y desarrollo de la industria petrolera, por lo que se requiere que este personal adquiera conocimientos firmes sobre las tcnicas de operacin de los equipos que integra las plantas de proceso para que el cumplimiento de sus labores se desempeen con mayor seguridad y eficiencia demostrando su competencia laboral. En este manual se pretende mostrar los aspectos ms importantes respecto a la operacin de las turbinas de vapor. Por respecto a este tema, de turbinas de vapor, por ser considerado como uno de los elementos motrices mas importantes y tambin mas utilizados en PEMEX, se da una definicin de lo que es una turbina de vapor, su clasificacin, los elementos constitutivos de las mismas; tambin se tratan puntos como son sistemas de control, dispositivos de seguridad, secuencias generales de arranque y paro tanto como para turbinas a contrapresin y turbinas de condensacin. Consideramos que la capacitacin, contribuir a la formacin y la actualizacin de los operadores de plantas de proceso y servicios auxiliares, lo que les proporcionar los conocimientos bsicos y especficos que les permitirn incrementar su nivel de competencia laboral, demostrndolo al desempear sus actividades dentro de la empresa con mayor seguridad y cumpliendo con las actividades propias de su puesto, lo que se traducir en un incremento de produccin de PEMEX REFINACIN.

9.1 TURBINAS DE VAPOR. 9.1.1 DEFINICIN. Una turbina de vapor se puede definir como una mquina trmica en la que la energa del vapor se transforma en energa cintica por medio de la expansin a travs de las boquillas y la energa cintica del chorro resultante se convierte a su vez en una fuerza que realiza un trabajo sobre los impulsos montados en el rotor. Tambin se puede definir como:Elemento motriz que convierte la energa trmica del vapor directamente en energa mecnica de rotacin.

9.2 CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE TERMODINMICA PARA TURBINAS. 9.2.1 SISTEMA TERMODINMICO. La termodinmica es la rama de la fsica que estudia la energa, la transformacin entre sus distintas manifestaciones, como el calor y su capacidad para producir un trabajo. Sistema: es una porcin de materia. Entorno o ambiente es la materia exterior a un sistema. En termodinmica lo usual es trabajar con fluidos comprensibles: gases y vapores, el calor se transmite del sistema a mayor o menor temperatura. Sistemas termodinmicos. Sistemas cerrados, su masa no vara, ejemplo un cilindro. Sistemas abiertos, son aquellos donde una masa fluye en un volumen, ejemplo una turbina de vapor. Propiedades de un sistema: las de carcter universal son: Presin Temperatura

Si se conocen algunas de las propiedades de una sustancia, las otras quedan determinadas.

Propiedades intensivas, no dependen de la cantidad de masa se nombran con las letras minsculas (p, t, etc.) Propiedades Extensivas, dependen de la cantidad de masa. Volumen, energa interna, entalpa, etc. Con letras maysculas, si se dividen por la masa se obtiene el valor especfico (propiedad extensiva) Otras: El volumen especfico La viscosidad

La termodinmica aade: La energa interna (suma de todas las energas de las partculas de un sistema) La entalpa (es la suma de la energa interna de las materias y producto de la presin por el volumen y es una funcin de estado) La entropa (magnitud termodinmica que expresa el grado de desorden de un sistema).

Proceso de cambio de estado. Cuando un sistema pasa de un estado a otro, la variacin de sus propiedades, solo depende del estado inicial y final y no de las situaciones intermedias. Un sistema est en equilibrio cuando el valor de sus propiedades es idntico en todos sus puntos. Cuando un sistema cambia de un estado en equilibrio a otro tambin en equilibrio, los estados intermedios pueden ser, o no, en equilibrio. La expansin de un sistema sucede cuando la fuerza interior es mayo que la fuerza exterior, lo contrario a una expansin es una comprensin. El calentamiento o enfriamiento de un sistema se puede considerar como una sucesin de estados en equilibrio. La mezcla de sistemas no se puede considerar como una sucesin de estados en equilibrio. Transformaciones termodinmicas: sucesin de estados por los que pasa un sistema cuando se le somete a un cambio. La transformacin se puede realizar en diferentes modos, cada uno de ellos es un proceso termodinmico.

Diagrama de estado es cualquier representacin de dos propiedades termodinmicas de un sistema, un ejemplo tpico es el diagrama p-v. En las mquinas trmicas un sistema evoluciona a travs de una serie de transformaciones que se acaban cerrando formando un ciclo termodinmico. Las transformaciones bsicas son: Isocricas, a volumen constante (v= cte.) Isobricas, a presin constante (p= cte.) Isotrmicas, a temperatura constante (t= cte.)

Adiabticas o isentrpicas, sin transferencia de calor, adems no debe existir aporte de calor por rozamiento (P*V) ^n= constante; n: exponente politrpico.

9.2.2 CICLO TERMODINMICO DEL VAPOR. De denomina ciclo termodinmico al proceso que tiene lugar en los equipos destinados a la obtencin de trabajo a partir de dos fuentes de calor a distinta temperatura o, de manera inversa, a producir el paso o transferencia de calor de la fuente de menor temperatura a la fuente de mayor temperatura mediante la aportacin de trabajo. La aplicacin ms importante de una turbina de vapor es como motor trmico en una planta de vapor donde el fluido de trabajo es el agua, que efecta un ciclo el cual se le denomina como ciclo de potencia y que se describe a continuacin. Ver figura 9-1.

1. El agua a temperatura ambiente y en estado lquido es bombeada hasta la caldera.

2. En la caldera el calor obtenido mediante la combustin de un combustible, es transferida al agua, pasando esta del estado liquido al estado del vapor a una presin determinada, la cual es relativamente alta.

3. El vapor que sale de la caldera entra a la turbina donde se expande, transformando su energa trmica en trabajo mecnico el cual se transfiere a un eje.

4. El vapor que sale de la turbina es enfriado y condensado hasta la temperatura ambiente en el condensador.

En este ciclo se cumplen todas las etapas de un ciclo termodinmico con mquinas trmicas donde, existe absorcin de calor desde un foco caliente Qc, produccin de trabajo mecnico W y transferencia a un foco frio Qf. Ya que estamos hablando de un ciclo cerrado, aplicando la ecuacin de balance de energa de acuerdo al primer principio de la termodinmica, tenemos lo siguiente.

As tenemos que el trabajo desarrollado por la turbina es igual al calor absorbido por la misma. El rendimiento o eficiencia trmica de la misma es igual a: E= trabajo neto producido / calor absorbido.

De aqu podemos deducir que ninguna mquina trmica tiene una eficiencia del 100%.

El principio de funcionamiento de las turbinas de vapor tiene su fundamento en el ciclo termodinmico conocido como ciclo rankine, al final del cual el fluido de trabajo retorna a su estado y composicin inicial. Cuatro procesos ideales distinguen a un ciclo ranking, Fig. 9-2. 1-2. Proceso de bombeo del condensado desde el sistema de almacenamiento del condensado a la caldera, es un proceso adiabtico y reversible, y por lo tanto isentrpico. 2-3. La transferencia de calor al agua en la caldera, es un proceso a presin constante, y se efecta en tres etapas, calentamiento del agua hasta la temperatura de saturacin, vaporizacin a temperatura y presin constante, sobrecalentamiento del vapor hasta una temperatura superior a la de saturacin. 3-4. Se efecta el proceso de expansin adiabtica reversible y por lo tanto isentrpica del vapor hasta la presin del condensador, obtenindose un vapor saturado (hmedo) a la descarga de la turbina. 4-1. se lleva acabo la transferencia de calor o sea la condensacin del vapor, esta condensacin se efecta a presin y temperatura constante, llevando el vapor a condiciones de lquido saturado.

El rea comprendida por los puntos a-1-2-3-b-a representa el calor transferido (cedido) al fluido de trabajo (agua), mientras que el rea comprendida por los puntos a-1-4-b-a representa el calor transferido (extrado) desde el sistema. El trabajo neto realizado est representado por el rea por los puntos 1-2-3-4-1 y es la diferencia entre el calor transferido al fluido de trabajo y el calor transferido desde el fluido de trabajo.

9.3 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO El calor es una forma de energa, y puede ser transformado en energa mecnica. Cuando hierve agua y se convierte en vapor, este contiene ms energa que el agua, y si esto se efecta en un recipiente cerrado, la presin ejercida por el vapor aumenta, as la presin del vapor de una caldera se puede aumentar agregndole energa calorfica (calor). Como se menciono anteriormente, en un recipiente cerrado la presin aumenta al introducrsele calor al sistema, y se incrementa a un valor superior a la presin atmosfrica, obligando al vapor a expandirse a travs de la tobera, saliendo el vapor a alta velocidad y chocndose contra el labe. Al salir el vapor de la tobera este se expande disminuyendo su presin pero aumentando considerablemente su velocidad, o sea que la tobera convierte la energa de presin en velocidad y el choque de vapor contra el labe hace girar al rotor y se produce el trabajo mecnico. Fig. 9-3.

En la Fig. 9-4 el rotor consiste de placas o labes montados en una flecha, la tobera gua el flujo de vapor contra los labes. Como la presin del vapor en el rotor es menor que en el de la caldera, pues de lo contrario no habra flujo de vapor si no existiera un diferencial de presin, y entre mayor sea este mayor ser el flujo.

Conforme el vapor deja la tobera, su presin y temperatura disminuyen, pero su velocidad aumenta, y despus de chocar contra los labes esta velocidad disminuye. El rotor al girar produce trabajo mecnico y el vapor experimenta una perdida de energa. Una cantidad mayor de vapor producir mayor trabajo. Si se aumenta el numero de toberas o se hace mas grande la existente, saldr mayor cantidad de vapor, produciendo mas trabajo. Por lo tanto, para producir ms trabajo, o se aumenta la diferencial de presin, o se agrandan las toberas existentes o se agregan ms del mismo tamao. En la Fig. 9-5 los alabes estn montados en un volante o rotor y no directamente sobre la flecha. La tobera o toberas estn montadas sobre la pared de la cmara de vapor, y el vapor es controlado por la vlvula del gobernador.

Controlando la entrad de vapor podemos controlar la salida de energa mecnica. El motor est montado dentro de la carcasa de metal, donde la presin es menor que dentro de la cmara de vapor, para poder permitir el flujo a travs de las toberas, si no existiera esta diferencia de presin no podra haber produccin de trabajo mecnico. Al entrar el vapor a alta velocidad y chocar contra los labes se produce un impulso que hace girar el rotor, y puesto que la turbina utiliza el impulso del vapor sobre los labes para hacer girar el rotor, se le llama turbina de impulso 9.4 CLASIFICACIN DE LAS TURBINAS DE VAPOR. Las turbinas de vapor se clasifican atendiendo a diferentes factores. a) Dependiendo de su diseo por la forma como el vapor circula por las paletas. b) De acuerdo al nmero de etapas o pasos. c) Con respecto a las condiciones de escape del vapor de la turbina. 9.4.1 CLASIFICACIN DE ACUERDO A SU DISEO. Dependiendo de su diseo las turbinas pueden ser de dos tipos: Turbinas de impulso. Turbinas de reaccin.

En una turbina de impulso ideal, el vapor se expande solo en las boquillas fijas y la energa cintica se transfiere a las paletas rotatorias a medida que el vapor golpea sobre las mismas, mientras fluye de los pasajes entre las paletas. La presin del vapor es constante y la velocidad relativa del vapor con respecto a las paletas decrece en los pasajes de los mismos. En una turbina de reaccin, el vapor se expande tanto en las toberas fijas, como en las paletas rotatorias mediante la expansin del vapor en los pasajes entre las paletas. La presin del vapor disminuye a medida que la velocidad relativa del vapor aumenta en los pasajes de las paletas. Una turbina de reaccin tiene ms pasos que una turbina de impulso para la misma aplicacin debido a la pequea cantidad de energa cintica absorbida por paso.

En el paso por impulso, el vapor puede ejercer una fuerza axial sobre las paletas, a medida que fluye a travs de los pasajes. Mientras que q est fuerza se le llama comnmente una reaccin, el uso de este termino no aplica un paso de reaccin. Una turbina de reaccin requiere de un mayor cojinete de empuje, debido a la cada de presin a travs de las paletas en movimiento. En una turbina de impulso el pequeo diferencial de presin entre las paletas rotatorias de un paso por impulso, trae como resultado menores cojinetes de empuje y ningn claro cerrado en la punta de sus paletas. As una turbina de impulso puede arrancarse mas rpidamente sin peligro de dao por la expansin trmica, y la eficiencia de sus pasos permanece relativamente constante a lo largo de la vida de la turbina. 9.4.2 CLASIFICACIN DE ACUERDO AL NUMERO DE PASOS. Como el vapor se expande y baja su presin al bajar por las paletas, de acuerdo al nmero de pasos las turbinas se clasifican por: Turbinas de un solo paso (unietpicas) Turbinas de pasos mltiples ( multietpicas)

Turbinas de solo un paso. Una turbina de vapor de solo un paso es aquella en la que la conversin de energa cintica en trabajo mecnico ocurre con una nica expansin del vapor en la turbina de la presin de entrada del vapor a la presin de salida del mismo. La zona donde se expande y baja de presin se llama etapa o paso, cuando el vapor pierde presin en una sola etapa se dice que la turbina es unietpica, como se muestra en la Fig. 9-6.

Una turbina de un solo paso puede tener una o ms hileras de paletas rotatorias que absorben la energa de velocidad del vapor resultante de la expansin simple del vapor. La turbina de un solo paso de vapor es de velocidad compuesta (curts). La expansin completa de la presin de entrada a la presin de salida se realiza en un solo paso. El paso curts, con dos hileras de paletas rotatorias y dos pasos de velocidad compuesta tipo cerrada se muestra en la Fig. 9-7.

La hilera de toberas dirige y descarga el vapor contra la primera hilera de labes, pero el vapor que sale de estos labes lo hace en la direccin opuesta al movimiento, por lo tanto para mover la segunda hilera de labes en la misma direccin que la primera el vapor debe ser redirigido, para esto se utiliza una hilera de labes estacionarios cuya nica funcin es cambiar la direccin del vapor, pero no variar su presin o velocidad, y estn montados rgidamente en la carcasa, Fig. 9-8.

Las turbinas de un solo paso o unietpicas como la de la Fig. 9-9, pueden tener ruedas de entre 9 a 28 pulgadas, la eficiencia de la turbina para una velocidad de operacin para condiciones particulares del vapor, depende normalmente del dimetro de la rueda. La eficiencia normalmente aumentar con un incremento en el tamao de rueda, y por lo tanto la cantidad de vapor consumido ser menor para las velocidades y condiciones de vapor. Las turbinas de rueda con mayor dimetro se pueden equipar con ms boquillas, para proporcionar un aumento en la capacidad de flujo de vapor, y en consecuencia para mayores capacidades en caballos de potencia (HP). Por eso el tamao de una turbina aumenta al aumentar su potencia (HP).

Turbina de pasos mltiples (multietpicas). Una turbina de pasos mltiples o multietpica es aquella en la que la conversin de energa ocurre con dos o ms expansiones de vapor, dentro de la turbina. En la Fig. 9-10, la turbina tiene tres ruedas o paletas donde el vapor pierde presin, todas las etapas del mismo tipo estn dentro de la misma carcasa, denominndose turbina multietpica.

Como se ve en la Fig. 9-10, todas las ruedan o volantes estn montadas en la misma flecha, pero cada etapa est aislada por un diafragma que contienen las toberas. El nmero de pasos (expansin de vapor) es una funcin de tres parmetros bsicos: termodinmica, diseo mecnico y costos. Las consideraciones termodinmicas incluyen la energa y velocidad disponibles. Las consideraciones mecnicas abarcan velocidad, presin del vapor, temperatura de vapor, etc., en la mayora de ellas sus lmites son los materiales. En las consideraciones econmicas se incluye el nmero, tamao y tipo de los pasos, el nmero de vlvulas de regulacin, costos del vapor. As el costo inicial de una turbina aumenta con el nmero de pasos, pero por lo contrario el gasto del vapor mejora. Las turbinas de pasos mltiples normalmente se usan para mover equipo dinmico cuando el costo de vapor o el suministro de vapor disponible requiere eficiencia de turbina mayores que las disponibles en una turbina de un solo paso, o cuando el flujo de vapor requerido para desarrollar la capacidad deseada excede la capacidad de las turbinas de un solo paso. En una turbina de reaccin gran parte de la expansin del vapor se realiza en los labes del rotor, y no necesitan toberas estacionarias, siendo la reduccin de la presin del vapor en los propios labes del rotor y no en las toberas como en las turbinas de impulso, normalmente las turbinas de reaccin al igual que las de impulso tienen toberas estacionarias, pero en el caso de las de reaccin gran parte de la expansin se realiza en los labes, Fig. 9-11.

Las turbinas de reaccin no obstante que son ms eficientes que las de impulso, algunas veces requieren ms etapas (denominados pasos o etapas Rateau).

Una turbina para trabajar a altas presiones de entrada de vapor y bajas presiones de salida, generalmente es de varios pasos. Como el vapor aumenta de volumen al disminuir su presin, los alabes deben ir siendo mas grandes en cada etapa para poder dar salida mas fcilmente al vapor, como se ve en la Fig. 9-12. De acuerdo a las condiciones de escape del vapor.

9.4.3 CLASIFICACIN DE ACUERDO A LAS CONDICIONES DE ESCAPE DEL VAPOR. De acuerdo a las condiciones de escape del vapor de la turbina estas se clasifican en: Turbinas de contrapresin. Turbinas de condensacin. Turbinas de extraccin.

Turbinas de contrapresin. Generalmente este tipo de turbinas se utilizan en instalaciones donde se aprovecha el calor del vapor de escape para procesos de calentamiento en cambiadores de calor, tales como agua de alimentacin a calderas, pre calentadores de aire, etc., la descarga del vapor de la turbina a una presin predeterminada va a un cabezal y de este se enva a los cambiadores de calor. En este tipo de turbinas no se utiliza toda la energa calorfica del vapor, de aqu que en una turbina de contra presin efecte una menor cantidad de trabajo mecnico, que una turbina de condensacin e iguales circunstancias de trabajo, Fig. 9-13.

Turbinas de condensacin. En una turbina de condensacin, el vapor de baja presin que sale de la turbina es capaz de expandirse aun ms y perder ms presin, para esto la turbina tiene instalado un condensador de superficie a la descarga de vapor de la misma, el condensador absorbe calor de vapor y esto provoca una disminucin de la presin (vaco) al condensarse el vapor, con esto se aprovecha mejor la entalpa del vapor pudiendo efectuar la turbina una mayor cantidad de trabajo til, por lo cual en igualdad de circunstancias con una turbina de contrapresin, la turbina de condensacin es ms eficiente. Al disminuir la presin del vapor, este se expande y aumenta su volumen por lo cual las turbinas de condensacin son generalmente multietpicas, Fig. 9-14.

Turbinas de extraccin. Una turbina de extraccin, cuando algo de vapor de una etapa intermedia se saca de ella, para utilizarse en otras secciones del proceso donde se requiere vapor con las condiciones de presin y temperatura del paso donde se efecta la extraccin, Fig. 9-15.

9.5 COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA TURBINA Los principales componentes de una turbina son: Carcasa. Cmara de vapor. Rotor. Alojamiento de las chumaceras y los cojinetes. Sistema de sellos. Sistema de control y regulacin de la velocidad.

9.5.1 carcasa. La carcasa se considera en el envolvente externo de la turbina, contiene el vapor suministrado a la misma y est conectada a la lnea de suministro de vapor de alta presin, y a la lnea de salida de vapor de baja presin respectivamente, y en ella est montada la cmara de vapor. La carcasa tambin contiene el rotor y boquillas a travs de las cuales el vapor se expande y se dirige contra las paletas rotatorias. En la construccin de las carcasas de las turbinas hay que prever que la accesibilidad a las partes interiores permita su examen fcilmente. Si las dimensiones de las piezas conducen a instalar juntas verticales de separacin, estas se sujeta con bulones antes del montaje de la turbina y no necesitan separarse posteriormente, Fig. 9-16 y Fig. 9-17. Las presiones elevadas implican para los cuerpos de alta presin (AP) tensiones mayores, al mismo

tiempo que la elevacin de las temperaturas disminuye la resistencia del metal, problema que se resuelve empleando aceros especiales resistentes al calor y espesores adecuados, no pudiendo sobrepasar un cierto valor por la aparicin de tensiones trmicas transitorias, ms sensibles en las piezas gruesas, utilizacin de cmaras de vapor (porta toberas) que permiten no someter al armazn de alta presin (AP) ms que a la presin y temperatura de vapor que existen a la salida del primer rodete. Las presiones elevadas plantean igualmente el problema de la estanqueidad (fugas) en las juntas, lo que exige un buen contacto metal metal, con una capa intermedia de barniz y numerosas clavijas de montaje. Las temperaturas elevadas plantean el problema de las dilataciones que, por su desigualdad, producen el alabeo de las carcasas o de los contactos entre piezas fijas y mviles. El primer problema se resuelve buscando formas simtricas para la disposicin de las toberas, y el segundo por una adecuada eleccin de los emplazamientos de las juntas fijas y del tope. Los grandes cuerpos a baja presin (BP) de las turbinas de condensacin deben ser lo suficiente rgidos para resistir las deformaciones producidas por la presin atmosfrica y las cargas del rotor aplicadas a los cojinetes. Los conductos de descarga exigen un diseo cuidadoso para evacuar los considerables volmenes de vapor que los atraviesan, con el mnimo de prdidas. La llegada del vapor vivo se dispone de forma que no ejerza ningn empuje de la carcasa, por lo que se utiliza tuberas de gran espesor que describen largos bucles (omegas de dilatacin) para as reducir al mnimo las reacciones sobre la carcasa impuntuales a las dilataciones.

9.5.2 Cmara de vapor. La cmara de vapor est conectada a la carcasa, y aloja las vlvulas de regulacin y la vlvula de disparo por sobre velocidad. Una turbina de vapor opera debido a la diferencia de presin existente entre la cmara de vapor y la carcasa, donde la presin en la cmara de vapor es superior. Sin esta diferencia de presin el vapor no podra fluir a travs de las toberas, Fig. 9-18.

Si la descarga de una turbina de compresin es bloqueada, la presin dentro de la carcasa aumenta, perdindose la diferencia de presin, puesto que la turbina est diseada para una mayor presin en la cmara de vapor que en la carcasa, si la presin en la carcasa aumenta hasta el valor de la presin del vapor de entrada, esta puede romperse, por esta razn las turbinas nunca pueden ser arrancadas con la vlvula de descarga de vapor cerrada, en alguna turbinas existe una vlvula de seguridad instalada en la carcasa o en la lnea de descarga para aliviar el exceso de presin. En otras turbinas, estas vlvulas silban (vlvulas centinelas) cuando la presin en la carcasa rebasa la presin de operacin, Fig. 9-19.

9.5.3 vlvulas de regulacin (control). El vapor que entra a la cmara de vapor a travs de las vlvulas de regulacin (control) es dirigido hacia los labes por medio de las toberas. Cuando se reduce la carga en la turbina se requiere de menos vapor para mantener constante la velocidad de la misma, por lo tanto la vlvula del gobernador cierra, bajando por consiguiente la presin en la cmara de vapor. Para mantener la eficiencia se debe mantener la mxima presin en la cmara de vapor, cualquier presin inferior producir una menor eficiencia en la turbina. Cuando la turbina utilice menos energa trmica o descargue ms energa trmica su eficiencia disminuir. Al cerrarse algunas toberas se crea una menor rea por la cual el vapor fluye, provocando un represionamiento en la cmara de vapor, mantenindose dentro de esta la presin de ptima eficiencia, o sea que si se disminuye la carga se cierran alguna toberas y se mantiene la eficiencia de la turbina. Para abrir y cerrar las vlvulas de las toberas se usa un gobernador, el gobernador opera una barra alzadora, lo cual determina en las turbinas grandes cuantas vlvulas deben de ser abiertas o cerradas. Fig. 9-20. A carga total todas las

vlvulas deben ser abiertas, y cuando se reduce la carga el gobernador debe cerrar algunas de ellas. De esta forma el gobernador regula automticamente la turbina admitiendo o cerrando vapor a la seccin de las toberas.

9.5.3.1 Gobernador. Como se menciono anteriormente el gobernador de una turbina regula la cantidad de vapor que entra a ella y por lo tanto tambin regula la cantidad de trabajo producido. En la Fig. 9-21, vemos el principio de operacin de un gobernador mecnico de contrapesos, aqu los contrapesos estn mantenidos juntos mediante la fuerza de un resorte, pero conforme empiece a girar el conjunto, la fuerza centrifuga obligara a los contrapesos a girar cada vez ms separados, al girar mas despacio, los contrapesos tienden a juntarse nuevamente.

Gobernador de contrapesos de accin directa. Cuando la turbina no est operando, el resorte mantiene a los contrapesos pegados a la flecha y la vlvula de vapor est toda abierta, Fig. 9.22.

Conforme la flecha empiece a girar y la fuerza centrifuga vence la tensin del resorte, la vlvula de vapor se ir cerrando hasta llegar a la velocidad de trabajo, donde la fuerza de los contrapesos y la vlvula de vapor queda en una posicin fija , no acelerndose mas la turbina, Fig. 9-23.

Cuando la carga aplicada a la turbina es aumentada, la velocidad bajara y los contrapesos tenderan a juntarse, abriendo la entrada de la vlvula de vapor para llevar nuevamente la turbina a velocidad normal. Si la carga es disminuida sbitamente, la velocidad de la turbina tiende a aumentar, separndose los contrapesos y cerrndose la vlvula de vapor, Fig. 9-24.

Por otra parte, si la presin del vapor de entrada baja, el gobernador abre la vlvula de vapor. Si la presin de vapor a la descarga de la turbina aumenta (se contra presiona) la velocidad tambin bajar. Un gobernador compensa los cambios de velocidad, pero tiene un pequeo rango en el cual permite la aceleracin o la desaceleracin de una turbina, un gobernador preciso tiende a mantener los cambios de velocidad lo mas pequeos posibles. La mayora de los gobernadores no mantienen en cero la variacin de velocidad, sino aproximadamente siendo bastantes precisos. As una turbina cuya velocidad de turbina sea de 3000 rpm a carga completa, al perder la carga la velocidad aumentara 3% de 3000 o sea 90 rpm, a velocidades mayores si habr correcciones de velocidad por medio de la vlvula de control (regulacin) de vapor.

Un gobernador de contrapesos de accin directa que se considere preciso debe de mantener la variacin de velocidad dentro de un estrecho rango. La friccin en el mecanismo del propio gobernador provoca una tendencia a resistir el movimiento (histresis) adems, existen fuerzas desbalanceadas debido a la accin de la presin del vapor sobre el tapn de la vlvula del gobernador, por lo tanto, para conservar la precisin del gobierno se deben de vencer estas fricciones y fuerzas desbalanceadas. Para hacer esto se necesitaran unos contrapesos demasiados pesados, as como un resorte menos fuerte, pues de otra manera el gobernador solo respondera a cambios generalmente mayores al 10%. A dems al no poder los contrapesos con las variaciones de velocidad, el gobernador al hacer las correcciones provoca sobre aberturas de la vlvula, lo cual tiene a la turbina con constantes fluctuaciones de velocidad. Por estas razones los gobernadores mecnicos de contrapesos de accin directa solo se emplean en turbinas pequeas. Gobernador hidrulico. Un gobernador hidrulico es aquel que en lugar de contrapesos utiliza una bomba de aceite, esta bomba est conectada directamente a la flecha de turbina, de manera que cuando la turbina esta parada, la bomba no mantendr presionado el circuito y la vlvula de vapor permanecer totalmente abierta, Fig. 9-25.

Conforme la flecha de la turbina gira, se bombeara aceite al circuito, la mayor parte del aceite regresa a la consola donde se succiona la bomba, puesto que al circuito de aceite est integrado un diafragma flexible acoplado a la vlvula de vapor. Al ir aumentando la presin de aceite la vlvula se ir cerrando hasta llegar la turbina a su velocidad de trabajo, Fig. 9-26.

Cuando la turbina incremente su velocidad, se bombeara mas aceite al sistema de aceite por lo cual se re presionara y causar que se cierre la vlvula de control de vapor. Si se pierde la presin de aceite en el circuito causara que la vlvula de vapor abra totalmente sobre revolucionndose la turbina. Tambin las temperatura afecta la viscosidad del aceite, aumentando o disminuyendo su flujo a travs de la vlvula aguja, lo cual causa un cambio en la calibracin de la velocidad a alta temperatura fluye mas aceite perdindose la presin del circuito acelerndose la turbina y viceversa al bajar la temperatura del aceite se re presionar el circuito desacelerndose la turbina. Por esta razn este tipo de gobernadores para maquinas de alta velocidad no son muy precisos.

Gobernador de relevador de aceite Este tipo de gobernador combina los principios de los gobernadores de contra pesos e hidrulicos, donde la presin de aceite mueve un pistn conectado a la vlvula de vapor, el cual est cargado por efecto de un resorte, Fig. 9-27.

Los contrapesos posicionan la vlvula piloto que controla el flujo de aceite a travs del relevador. En operacin normal ambos puertos del relevador estn parcialmente abiertos, pero cuando la vlvula del gobernador debe de abrir para compensar una sobrecarga, los contrapesos se juntan obligando a la vlvula piloto a moverse hacia la izquierda aumentando el puerto de entrada de aceite al pistn y reduciendo la salida a la consola de aceite. Por el contrario si la carga disminuyo, incrementndose la velocidad, los contrapesos se separan movindose la vlvula piloto hacia la derecha, por lo que se cierra el puerto de entrada de aceite y se incrementa a la salida de la consola, con lo cual el resorte obliga a la vlvula de vapor a cerrarse, Fig. 9-28.

El gobernador de relevador de aceite usa la fuerza hidrulica para mover la vlvula de vapor, esta fuerza es superior a la obtenida por contrapesos solos, adems mantiene un control de velocidad bastante preciso, sobreponindose a la friccin del mecanismo y a las fuerzas desbalanceadas, y no tienen tendencia a producir fluctuaciones. Puesto que los contrapesos mueven la vlvula piloto para ajustar la velocidad, los cambios de temperatura de aceite no modifican las velocidades de control.

9.5.4 Rotor. El rotor consiste de rodetes (discos), labes y las flechas. Los labes son generalmente construidos aparte y montados despus en los rodetes, en algunos motores los rodetes son montados a la flecha en caliente, los cuales al enfriarse quedan fijos a la flecha. En otros casos la flecha y los rodetes son forjados en una pieza. En las turbinas medianas o pequeas el rotor est formado por uno o mas rodetes (discos) slidos montados en una flecha. En la parte exterior de los discos se fijan los labes o paletas, sostenidos estos, en su extremo libre por un cincho metlico. El rotor gira sobre los cojinetes sostenidos rgidamente en el bastidor, Fig. 9-29.

Materiales usados en la construccin de discos y rotores. Para los ejes y discos sometidos a tensiones y temperaturas moderadas del orden de 300 basta con aceros al 0,3%. Los discos de los ltimos escalonamientos de las turbinas de condensacin, necesitan aceros de alta resistencia con adicin de: Cr-Ni-Mo-V 1,6/1,8/0,2/0,15%. Para temperaturas elevadas, mayores a 450 . Los ejes de los rotores y los discos de AP se fabrican con aceros que contienen generalmente Cr-Ni-Mo-V 1,5/0,4/1/0,6%, con resistencias bajo cargas prolongadas a 500 .

labes Las formas y disposiciones elegidas resultan de compaginar las exigencias de la resistencia de los materiales y las del movimiento del vapor; el trazado de los labes de baja presin (BP), fuertemente afectados por la accin del vapor y las fuerzas centrfugas, es muy delicado. En los escalonamientos de cabeza de alta presin (AP), los labes operan a temperaturas prximas a la mxima temperatura del vapor, por lo que hay que tener en cuenta, que no deben superar nunca una deformacin del 0.2% (limite elstico) al cabo de 100,000 horas de funcionamiento. A fin de resistir la erosin ocasionada por las gotas de agua arrastradas por el vapor en las ltimas etapas, las paletas de baja presin (BP) presentan a menudo

una arista de entrada templada o recubierta de stellite en la proximidad del extremo. Los perfiles de las aletas permanecen sensiblemente iguales de un constructor a otro; no sucede lo mismo con las formas de fijacin, que presentan una gran diversidad, como se indica a continuacin. Montajes en cola de milano simple con cuas intermedias, muescas de montaje y pieza terminal remachada, Fig. 9-30. En la Fig. 9-31 se muestra la fijacin por soldadura de las aletas de accin en un escalonamiento de regulacin. En la Fig. 9-32 se presenta la fijacin de las aletas largas del ltimo escalonamiento BP, en forma de pia por insercin en ranuras axiales individuales.

9.5.4.1 Diafragmas y sellos de laberinto. En una turbina multietpica existe una diferencia de presin entre diferentes pasos, viendo la Fig. 9-33 vemos que el diafragma es una parte estacionaria que est montada en la carcasa, sostiene los diferentes pasos y sostiene las toberas. Adems se puede observar que puede existir una fuga de vapor a travs del pasaje por el que pasa la flecha a travs del diafragma.

Puesto que el vapor al pasar a travs de las toberas y chocar contra los labes producen un trabajo til, al existir una fuga de vapor a lo largo de la flecha by paseando las toberas del diafragma, no se produce el trabajo til calculado para esa etapa. El diafragma puede ser construido de manera que rodee la flecha con poca tolerancia, sin embargo si la flecha roza el diafragma, este debe de ser remplazado, puesto que hay desgaste y aumento de tolerancia. Si el diafragma es de un material mas duro que la flecha, esta es la que sufre el dao. Sin embargo, si se instala un sello de laberinto en el espacio donde la flecha atraviesa el diafragma, el sello reduce el espacio entre el diafragma y la flecha y como est hecho de un material suave como bronce, duraluminio, si esta roza la flecha, esta no sufrir ningn dao. Si el rozamiento es muy grande, el sello puede daarse pero es fcil y econmico remplazarlo, Fig. 9-34.

Un laberinto consiste en un anillo de metal con filos que se ajustan muy cercanos a la flecha, como se ve en la Fig. 9-35, permitiendo que algo de vapor pase a travs de la pequea tolerancia que existe entre los filos del laberinto y la flecha, pero este vapor al entrar en cada compartimiento forma remolinos y turbulencias que causan que baje la presin del vapor de compartimiento en compartimiento, siendo mnima la cantidad de vapor que atraviesa el sello. En una turbina multietpica existen sellos de laberinto entre cada una de ellas para evitar la recirculacin interna de la misma.

9.5.4.2 Cajas de empaques. En una turbina de contrapresin, vemos que la presin en la descarga es mayor que la presin del aire (atmosfera) que lo rodea. Por lo tanto, el vapor tendera a fugarse a travs de las cajas donde la flecha atraviesa la carcasa. As la fuga mayor ser que la caja de empaques del lado de la entrada del vapor, y puesto que los rodamientos estn colocados junto a las cajas de empaque, el condensado producto de la fuga de vapor puede entrar en ellos provocando su destruccin. La descarga de vapor de una turbina sin condensacin se usa generalmente para procesos que requieren calentamiento, por la tanto una fuga de vapor en el lado de la descarga, causa perdidas de vapor que podra ser usado para otros propsitos. Las cajas de empaques reducen las figas de vapor por las zonas donde la flecha atraviesa la carcasa y en algunos casos estn empacadas con anillos de material suave que evita la fuga de vapor a travs de la carcasa, sin embargo en el caso de las turbinas de vapor la empaquetadura suave se gasta rpidamente y no es un buen material sellante.

Las cajas de empaques tambin utilizan sellos de laberinto y en la misma forma que los laberintos de los diafragmas de nter etapa, estos sellos disminuyen la fuga de vapor a lo largo de la flecha, pues los filos de los anillos mecnicos forman pequeos compartimientos que resisten al flujo del vapor, Fig. 9-36. Del lado externo de la caja de empaques existen dos o ms salidas de vapor para ser usadas en sistemas de menor presin o como conexin para drene de eyector.

En el caso de las turbinas de condensacin la presin de descarga es menor que la presin atmosfrica (vaco). Aqu la fuga a lo largo de la flecha en el lado de la descarga tiende a permitir la entrada del aire, y puesto que este no se condensa debe ser eliminado por medio de un eyector, si se permite que entre aire y este no es eliminado, la presin en la descarga de la turbina aumentar; por lo tanto en la caja de empaques del lado del vapor de alta presin, esta reduce la fuga de vapor a la atmosfera, y del lado de baja presin (descarga) disminuye la entrada de aire a la carcasa. Para impedir la entrada de aire se inyecta vapor entre las secciones de los laberintos, a este vapor se le llama vapor de sello, y fluye en dos direccin a lo largo de la flecha, as el aire que pretende entrar es detenido por el flujo de vapor de sello, la parte de vapor de sello que fluye hacia la carcasa pasa hasta la descarga de la turbina y se condensa en el condensador. Puesto que el vapor se condensa no se produce incremento de la presin.

El caudal de fuga (perdidas de vapor volumtricas), depende de la seccin de paso y de la diferencia de presiones que exista en ambos lados de la junta, y no del caudal de vapor que circule por la turbina, por lo que su importancia relativa es mas importante en las turbinas pequeas que en las grandes. Las juntas de estanqueidad o sellos pueden ser: De laberintos. De anillos de carbono.

Para juntas de estanqueidad interiores (SELLOS) se emplean generalmente juntas de laberinto y raramente juntas de carbono, Fig. 9-37.

Las juntas de estanqueidad exteriores (SELLOS) se componen en general en dos partes, una parte larga o interior que asegura estanqueidad, un cierto espacio anular y una parte corta o exterior que asegura nicamente la estanqueidad del espacio anular frente al aire exterior. Cuando el empaque o sello es producido por anillos de carbn, cada uno es mantenido unido a la flecha por medio de un resorte opresor, estos anillos al igual que los laberintos estn separados por compartimientos, y la fuga de vapor permitida por los anillos puede ser conectada a un sistema de menor presin, drenada o extrada por medio de un eyector, Fig. 9-38.

Los empaques de los anillos de carbn pueden ser sellados por medio de vapor para evitar la entrada de aire por el lado de la descarga (vaco) de las turbinas de condensacin. Como los anillos de carbn tienen buenas propiedades antifriccin, pueden ser instalados mas cerca de la flecha e incluso tocarla, logrndose con esto menores fugas de vapor que con los sellos de laberinto. Sin embargo, la resistencia mecnica del metal con que estn hechos los sellos de laberinto permite que estos sean usados a presiones y temperaturas mayores que los empaques de anillos de carbn. En algunas turbinas se utiliza una combinacin de sellos de laberintos y anillos de carbn, Fig. 9-39.

9.5.4.3 Rodamientos y chumaceras. Para que una turbina opere adecuadamente, la flecha debe de girar con un mnimo de friccin, o sea que la resistencia a la rotacin de esta debe de ser lo mas pequea posible, por otro lado, el rotor debe mantener su posicin mientras gira, o sea que la flecha debe de estar libre para moverse en cualquiera de sus direcciones. La velocidad de giro es el movimiento deseado en una flecha sin embargo siempre viene acompaada de dos movimientos no deseados uno horizontal o de desplazamiento y otro vertical o de vibracin.

Este tipo de movimientos se minimizan con las chumaceras o rodamientos axiales y radiales respectivamente hasta ciertos lmites. As cuando el vapor choca contra la flecha ocasiona que la flecha se desplace en forma axial (movimiento horizontal), alejndose de las toberas. Otro tipo de movimiento resulta cuando la flecha tiende a moverse fuera del centro, este movimiento se llama radial (movimiento vertical). Ambos movimientos radial y axial, deben ser controlados para mantener el rotor en posicin. Las chumaceras o rodamientos de carga soportan la flecha y permiten que esta gire con el mnimo de friccin. Existen chumaceras o rodamientos que tambin controlan los movimientos axial y radial de una flecha. El lubricante dentro de las chumaceras o rodamientos produce una pelcula entre la flecha giratoria y las partes estacionarias que soportan la flecha. Esta pelcula evita que la flecha y las partes estacionarias rocen entre si. Las chumaceras o rodamientos de empuje limitan el movimiento de la flecha hacia los extremos de la turbina o sea limitan el movimiento axial, Fig. 9-40.

Las chumaceras radiales sobre las que descansa la flecha controlan el movimiento radial Fig. 9-41, en las turbinas pequeas la flecha de la misma es soportada por (rodamientos) y estos pueden ser del tipo radial o axial.

Las bolas de un rodamiento ofrecen una pequea resistencia a la rotacin de la flecha, pero una gran resistencia a su desplazamiento axial. Como los rodamientos estn lubricados, casi no existe desgaste en los rodamientos, la flecha o el soporte estacionario. Se puede encontrar arreglos con una combinacin de chumaceras y rodamientos en muchas turbinas usadas para impulsar bombas, Fig. 9-42.

9.5.5 sistema de control de una turbina de vapor. Todos los componentes que mencionamos anteriormente son elementos del sistema de control de una turbina, se considera que el sistema de control para una turbina multietpica est constituido por dos subsistemas mayores: Sistema de gobierno Sistema de paro de emergencia

9.5.5.1 Sistema de Gobierno. Este sistema regula el funcionamiento de una turbina ajustando su velocidad en respuesta a una seal neumtica o analgica respecto a la carga. El sistema consta de los siguientes componentes: vlvula de corte rpido, gobernador de velocidad, vlvulas reguladoras de admisin de vapor y el servomotor que opera las vlvulas reguladoras. Gobernador de velocidad. Como se explico anteriormente el gobernador es usado para detectar cambios de velocidad y regular la misma a travs de mandos al servo motor y alas vlvulas de regulacin a las toberas que controlan el flujo de vapor a la turbina. Fig. 9-43.

Servo pistn (servomotor). La funcin del servomotor es abrir o cerrar las vlvulas de admisin de vapor a la turbina como respuesta a una seal de velocidad del gobernador. Ver Fig. 9-44 y Fig. 9-45.

Vlvula de corte rpido. Esta vlvula tiene dos funciones: a) Estrangular la admisin de vapor al arrancar la unidad hasta alcanzar la velocidad de gobierno. b) Operar como una vlvula de paro de emergencia en caso de condiciones de operacin anormales. La vlvula est equipada con un cilindro de aceite de disparo. El trinquete puede ser enganchado cuando la presin en la lnea de aceite esttico a la vlvula alcanza una presin de aproximadamente 3.8

, y se dispara a una presin de 2.4

.Para resetear la vlvula hay que cerrarla completamente hasta que se tenga suficiente presin de aceite para re-enganchar el trinquete y luego abrir la vlvula, Fig. 9-46.

9.5.5.2 Sistema de paro de emergencia. Este sistema funciona automticamente y es independiente del sistema de gobierno. Su funcin es la de cortar el flujo de vapor a la turbina en caso de operaciones de operacin anormales y criticas. El sistema consta de los siguientes componentes: vlvulas de corte rpido, disparo por sobre velocidad, disparo por baja presin del aceite esttico de control, disparo hidrulico, vlvula de disparo manual, vlvula solenoide de disparos. Disparo por sobre velocidad. 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 revolucionar. El gobernador, en ocasiones reacciona muy despacio o falla, en estos casos el vapor a la turbina debe ser cerrado rpidamente pues de lo contrario la turbina se acelerara hasta despedazarse.

Para estos casos se instala un perno de disparo en la flecha de la turbina y se usa para cerrar el flujo de vapor en una emergencia, Fig. 9-47. A velocidades normales el perno permanece dentro de la flecha, y consiste en un contrapeso desbalanceado sostenido a la flecha por medio de un resorte, cuando la turbina se sobre revoluciona, el perno se sale de la flecha, por efecto de la

fuerza centrifuga y golpea el gatillo que libera la ua de montaje de la palanca de disparo y la vlvula de disparo se cierra por efecto del resorte.

En turbinas con vlvulas de disparo muy grandes se usa aceite a presin para abrirlas y mantenerlas abiertas, aqu el resorte es comprimido por efecto de la presin del aceite, cuando la turbina se sobre revoluciona y el perno de disparo golpea el gatillo este libera una cua, pero en este caso la ua abre una vlvula que provoca la salida del aceite resultando el cierre de la vlvula de corte rpido. El mecanismo de disparo debe de ser armado, reseteado antes de arrancar nuevamente la turbina. Los disparos por sobre velocidad estn normalmente calibrados para actuar a un 10-15% arriba de la velocidad mxima permitida en la operacin normal de la turbina. El mecanismo est montado en la caja de chumaceras de la turbina, como se puede ver en la Fig. 9-48.

9.5.5.3 Sistema de Gobernador Electrnico. Como resultado de la modernizacin tecnolgica, el accionamiento de gobernador de velocidad y el accionamiento del gobernador han sido remplazados por un sistema de gobernador electrnico, el actuador electro-hidrulico lineal, y un sistema electrnico de proteccin contra el exceso de velocidad, Fig. 9-49.

Este sistema de gobernador utiliza tcnicas de computacin para proporcionar el control de velocidad y el disparo por exceso de velocidad utilizando sensores magnticos de velocidad para determinar la velocidad de rotacin, Fig. 9.50.

Los sensores de velocidad son magnticos, tipo reluctancia, generadores de pulsos que emiten seales elctricas de potencia proporcionales a las velocidades de la turbina. Los sensores de velocidad estn montados en la caja de chumaceras. El servo motor mecnico ha sido remplazado con un sistema electro-hidrulico de control el cual es operado por el sistema de gobernador electrnico. Las actualizaciones de los sistemas mecnico-hidrulicos (MHC) de control suministran mejoras en la confiabilidad y dinmicas de operacin y resultan en beneficios que fcilmente justifican los proyectos de actualizacin. Sea por causas de obsolescencia en los componentes antiguos de los sistemas de control, por razones de alto costo de mantenimiento y/o inoportunos disparos a los equipos. Estas modernizaciones normalmente incluyen cambios en los sistemas de actuacin y/o modulacin de vlvulas de control con equipos que complementen la alta confiabilidad de los sistemas digitales de control. Con el fin de establecer mayor confiabilidad y dinmicas de actuacin en los sistemas de modulacin de control de velocidad y carga, y establecer mayor confiabilidad, proteccin y eliminar la posibilidad de disparos inoportunos, se recomienda una actualizacin de estos sistemas.

9.6 SISTEMA DE LUBRICACIN. La lubricacin de las chumaceras radiales puede ser por medio de un anillo de aceite. El anillo de aceite recoge aceite del crter y puesto que la rotacin hace girar este anillo, el aceite es llevado hasta la chumacera proporcionando una lubricacin por salpicadura, Fig. 9-51.

Otro sistema de lubricacin de chumaceras es aquel donde el aceite lubricante es inyectado a presin dentro de las chumaceras por medio de una bomba, este sistema se llama de lubricacin forzada, en este caso si la presin de aceite en el circuito disminuye las chumaceras no reciben aceite y se dean o destruyen. Una turbina equipada con un sistema de aceite de gobierno (control) debe de tener un suministro continuo y a presin de aceite limpio tanto para el sistema hidrulico del gobernador como para la lubricacin de sus chumaceras. En un sistema tpico de lubricacin forzada el aceite es almacenado en un crter (consola) y es forzado a fluir a las chumaceras por medio de una bomba. El aceite de la descarga de la bomba pasa a travs 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, pues si el aceite va muy caliente disminuye su viscosidad y no forma la pelcula de aceite dentro de la chumacera con el espesor adecuado para evitar el contacto entre el metal de la flecha y chumacera; adems la alta temperatura del aceite facilita la oxidacin y degradacin del mismo. Por otro lado si el aceite est muy frio no fluye adecuadamente y favorece la esfumacin, por lo cual el aceite debe de mantenerse a la temperatura adecuada y a un flujo continuo mientras la turbina se encuentre en operacin. Algunas turbinas son paradas por medio de un disparo hidrulico cuando la presin del aceite de lubricacin baja. En este caso una vlvula de disparo (corte rpido) libera la presin de aceite del cilindro de disparo causando el cierre del suministro de vapor y por lo tanto el paro de la turbina. En caso de que disminuya la presin del aceite de lubricacin por obstruccin de un filtro, se cuenta con uno de relevo, por lo cual se efecta el cambio del filtro en operacin por el que est de relevo y esto se puede efectuar sin necesidad de parar el equipo. Si se trata de las bombas de aceite, cuando la bomba principal falla, la bomba de relevo entrar en operacin automticamente para mantener fijos y constantes la presin y flujos de aceite. Algunas turbinas cuentan con acumuladores de aceite a alta presin, el cual es utilizado cuando el sistema hidrulico del gobernador requiere un alto flujo de aceite en casos de variaciones grandes de carga. En todos los casos los sistemas de aceite tienen instaladas protecciones, alarmas y disparos para avisar al operador cuando la presin del aceite disminuye o bien

se incrementa la temperatura en alguno de los puntos del circuito que son monitoreados, Fig. 9-52.

9.6 SISTEMA DE VACO EN UNA TURBINA DE CONDENSACIN. Condensadores de superficie. Es conocido el gran inters que tiene el bajar la contra presin de escape de una turbina de vapor, para as incrementar la cantidad de energa disponible para efectuar el trabajo (Entalpa). Si a ttulo de ejemplo consideramos inicialmente un vapor a 25 atm y 350 , entalpa de 746,1 Kcal. /Kg., que se expansiona hasta 1 atm, entalpa final de 592 Kcal. /Kg., implica una diferencia de entalpa de 154,1 Kcal. /Kg. Si la expansin de prolonga hasta 0,1 atm, su entalpa final ser de 517 Kcal. /Kg. Y la diferencia de entalpa es de 229 Kcal. /Kg., por lo que se ha ganado 75 Kcal. /Kg., es decir, se ha conseguido una mejora del 49% frente al caso anterior que no tenia condensador; esta mejora en el rendimiento y en la potencia de la turbina.

Un condensador de superficie puede llegar a dar un vaco del 96%, es decir, una presin absoluta de 0,04 Kg/ , para una presin atmosfrica exterior de 1 Kg/ . La presin en el condensador es la suma de dos tipos de presiones: a) La presin parcial del vapor, a la temperatura del condensador. b) La presin parcial del aire, que se ha introducido en el equipo sometido al vaco. En este proceso hay que eliminar todo lo ms posible el aire del condensador, y bajar la temperatura de condensacin. En un condensador perfecto reinara una presin igual a la presin del vapor correspondiente a la temperatura de refrigeracin. En un condensador de superficie, el vapor se condensa sobre las paredes exteriores de los tubos por cuyo interior circula el agua de enfriamiento. En este caso el agua condensada puede retomarse a la caldera, estando previsto, nicamente un des gasificado que permita eliminar el aire que haya podido disolver al gua condensada al pasar por el condensador. El condensador de superficie es el complemento indispensable de las grandes turbinas de vapor, ya que, por ejemplo, el condensador de un grupo electrgeno (turbina-generador) de 50 MW tiene que realizar la condensacin de aproximadamente 200 toneladas de vapor de agua por hora. En las instalaciones modernas, una mejora en el vaco del condensador de 1 mm de Hg, es decir, de un 1,3%, para una presin atmosfrica de 760 mm de Hg, equivale a una elevacin de la presin en la caldera de 1 atm, una mejora en el vaco del condensador de 1% (entre 90% y 95%), determina una disminucin en el consumo de vapor de un 2% a un 3% por kW. Una mejora de 1 en la temperatura de salida del agua de refrigeracin, determina una mejora del orden de un 0,4% en el grado de vaco del condensador.

El condensador de superficie representado en la Fig. 9-53, es un intercambiador de calor de dos pasos lado tubos porque el cabezal izquierdo, al cual llega el agua fra, est separado en dos mitades por medio de una mampara, lo que obliga al agua a circular de izquierda a derecha en los tubos situados en la mitad inferior del condensador y de derecha a izquierda en los tubos situados en la mitad superior, sin que sea necesario ninguna mampara de separacin en el lado derecho. Este arreglo de dos pasos es muy frecuente en diversos tipos de intercambiadores de calor; la longitud mxima de los tubos puede llegar a ser de 6 metros; con la doble circulacin, y a efectos de clculo, se comportaran como tubos de 12 metros de longitud. De entre los dispositivos de control y seguridad del condensador de superficie destacaremos, los siguientes: a) b) c) d) e) Un indicador de nivel de condensado. Un controlador de nivel de condensado. Un indicador de vaco. Un indicador de temperatura de condensado. Una vlvula rompedora de vaco.

El objeto de la vlvula rompedora de vaco es el siguiente: si la bomba de extraccin del condensado funciona mal, el nivel del condensado puede subir

exageradamente en la cmara de condensacin (bota) y llegar, incluso, hasta la turbina; en este momento interviene la vlvula rompedora de vaco, que abre estableciendo la misma la presin atmosfrica en el condensador. Evitando con esto que el condensado llegue a la turbina y por consiguiente provoque daos a la misma, independientemente de que se disponga de un disparo de la turbina por alta presin en el condensador. Para eliminar el aire ms los incondensables y producir el vaco en un condensador de superficie se requiere de un sistema de eyectores, Fig. 9-54.

El eyector a chorro de vapor es el aparato ms simple que hay para extraer el aire, gases o vapores de los condensadores y de los equipos que operar a vacos en los procesos industriales. Es un tipo simplificado de bomba de vaco, sin partes mviles, como vlvulas, pistones, rotores, Etc. Su funcionamiento est dado por el principio de conservacin de la cantidad de movimiento de las corrientes involucradas, Fig. 9-55. Los eyectores o bombas de chorros, son maquinas cuyo trabajo se basa en la transmisin de energa por impacto de un chorro fluido a gran velocidad, contra otro fluido en movimiento o reposo, para proporcionar una mezcla de fluido a una velocidad moderadamente elevada, que luego disminuye

hasta obtener una presin final mayor que la inicial del fluido de menor velocidad. Los eyectores se emplean muy comnmente para extraer gases de los espacios donde se hace vaco, por ejemplo, en los condensadores, en los sistemas de evaporacin, en torres de destilacin al vaco y en los sistemas de refrigeracin, donde los gases extrados son generalmente incondensables, tales como el aire.

Como se deduce de la figura 9-56, en un eyector el vapor vivo o motriz al pasar por la tobera se incrementa su velocidad y disminuye su presin, esta disminucin de presin produce una disminucin de la presin (vaco) que ocasiona la succin de vapor y el aire del condensador. Despus cuando la corriente pasa por el difusor la velocidad tiende a disminuir y la presin a estabilizarse al vapor de la descarga.

9.7.1.1 Eyectores de un Sistema de Vaco. La funcin del sistema de eyectores es la eliminacin del aire y de gases no condensables del condensador. Un eyector no es ms que una bomba de chorro en la que no existen partes mviles. El sistema de eyectores (Fig. 9-57 y Fig. 9.58) est formado normalmente por: Eyector de arranque. Eyector de la primera etapa. (primario). Condensador intermedio. Eyector de la segunda etapa. (secundario). Condensador posterior.

Los dos eyectores (primera y segunda etapa) trabajan en serie. El eyector de la primera etapa aspira del condensador principal y descarga la mezcla de aire-vapor al condensador intermedio en el que el vapor contenido en la mezcla, se condensa. El condensado cae al fondo del condensador, en donde a travs de un sello hidrulico en U pasa el condensador principal. El aire pasa ahora a la aspiracin de la segunda etapa donde mezclado con el chorro de vapor es conducido al condensador posterior, en este, el vapor se condensa y se manda al tanque de purgas en tanto que el aire se enva a la atmosfera. Debe hacerse constar que el grupo de eyectores, elimina el aire solamente del condensador; el aire disuelto o en suspensin del condensado que pasa por el interior de los tubos no se elimina; el condensado sirve para retomarse a la caldera pasando antes por una pulidora de condensado.

9.7.1.2 Operacin del Sistema de Vaco. Para permitir un funcionamiento continuo, se utilizan dos juegos de eyectores, sin embargo solo uno es necesario y suficiente para el funcionamiento del sistema; el otro, est en todo momento listo para funcionar en caso de averas o defectos de funcionamiento del primero. Ambos pueden utilizarse simultneamente en caso de que una entrada excesiva de aire en el condensador y se haga necesario una capacidad adicional de extraccin de aire. Antes de poner en funcionamiento un eyector, la tubera de vapor debe purgarse para evitar que las gotas de agua puedan erosionar las toberas y las acumulaciones de la misma, hagan que los eyectores tengan un funcionamiento inestable. Antes de cortar vapor a los eyectores debe comprobarse que el condensador tiene suficiente flujo de agua de enfriamiento en circulacin. La circulacin (loop-seal) del condensador intermedio al principal, debe ser perfectamente estanca al aire, pues cualquier prdida (entrada de aire) obligara al agua del tubo en U a salir del mismo.

Si en alguna ocasin es necesario hacer funcionar ambos grupos de eyectores, probablemente existe una entrada excesiva de aire, es mejor y ms conveniente localizarla y eliminarla, que hacer funcionar ambos grupos continuamente. El funcionamiento inestable de un eyector de aire puede ser debido a alguna de las siguientes causas. Baja pres del vapor a eyectores. Temperatura y presin de vapor diferentes de los previstos para el funcionamiento correcto. Incrustaciones o suciedad en las toberas. Posicin inadecuada de las toberas respecto al difusor. Purgas del condensador (intermedio o posterior) cerradas u obturadas.

Los problemas que ocasionan la baja presin del vapor son debidos generalmente a un funcionamiento o ajuste inadecuados en la vlvula reductora de presin de vapor a eyectores. Es esencial que a las toberas llegue vapor seco y a la presin adecuada. La existencia de erosiones o incrustaciones en las toberas es una evidencia de la admisin de vapor hmedo a las mismas. Las toberas defectuosas no trabajan correctamente y por lo tanto el vaco no puede mantenerse en sus valores mximos. En algunas ocasiones, las toberas pueden estar parcialmente obstruidas por grasa, reactivos de calderas o cualquier otra sustancia que disminuya su rendimiento. 9.8 CONDICIONES DE OPERACIN QUE AFECTAN EL

COMPORTAMIENTO DE UNA TURBINA. 9.8.1 Presin Excesiva en la Carcasa. Para que el vapor fluya a travs de una turbina debe existir un diferencial de presin entre la entrada y salida del vapor. Durante el arranque de una turbina a contra presin la descarga de la misma deber abrirse antes de la entrada del vapor motriz, pues de lo contrario la carcasa puede destruirse debido a la excesiva presin. Las turbinas tienen colocadas vlvulas por seguridad por presin (PSV) en la descarga, estas vlvulas deben ser revisadas una vez que relevan para asegurarse que cerraron bien, pues de lo contrario se estar venteando vapor a la atmosfera.

Tambin las turbinas estn equipadas con vlvulas centinela las cuales al ser escuchadas, se deber a proceder a cerrar vapor a la turbina para evitar algn dao a la misma. 9.8.2 Condensacin del Vapor. La temperatura de descarga del vapor de una turbina, siempre es menor que la del vapor de entrada, y mientras mas sobrecalentado est el vapor del suministro, habr mas posibilidades que el vapor de descarga vaya ms seco. Las turbinas con condensacin tienen muy bajas temperaturas de descarga, y normalmente algo de vapor se condensa en las ltimas etapas, por lo cual estas turbinas estn diseadas para que no sufran erosiones en los ltimos pasos. Pero si el vapor de entrada baja de temperatura, se condensara algo de este en los primeros pasos, y como estos no estn diseados para trabajar con algo de condensado sufrirn una seria erosin en corto tiempo. Por otro lado en los periodos de paro de una turbina, esta se enfra y algo de condensado se acumula en los puntos bajos de las lneas de vapor, este condensado no puede ser arrastrado por el vapor de baja velocidad que se usa en el calentamiento de la turbina, pero en el momento que la turbina se acelera a su velocidad de trabajo, el vapor aumenta su velocidad y arrastra el condensado que provoca un golpe de ariete contra las toberas y los labes corrindose el peligro de romperlas. Para evitar esto se colocan purgas en los puntos bajos de las tuberas de suministro de vapor, y en la misma carcasa de la turbina para poder purgar el condensado antes de arrancarla y durante el proceso de calentamiento de la misma. Algunas de estas purgas estn conectadas a trampas de vapor para eliminar continuamente el condensado formado, aqu si la descarga de una trampa est fra quiere decir que la trampa no est funcionando adecuadamente. 9.8.3 Efectos del Calentamiento o Enfriamiento Desiguales. El vapor que entra a una turbina a una temperatura relativamente alta, al arrancar una turbina despus de un largo periodo de estar parada, esta se encuentra fra y los componentes metlicos se expanden rpidamente al estar en contacto con el vapor. Durante el arranque de una turbina con condensacin el condensador debe de ponerse en operacin antes de admitir el vapor a la turbina, con esto se logra

mantener la temperatura de la descarga relativamente baja o sea como est diseada para trabajar, pues si la temperatura aumente arriba de la de diseo de los birlos de las bridas de la carcasa se aflojarn y permitirn fugas cuando la temperatura se encuentre a su valor normal de operacin. Durante el arranque, el rotor de una turbina alcanza la temperatura de trabajo mas rpidamente que la carcasa; por lo tanto se dilata ms que esta, y puesto que los diafragmas de nter etapa estn fijos a la carcasa, al expandirse el rotor ms que la carcasa puede existir rozamiento entre el rotor y los diafragmas. As durante la fase de arranque de una turbina multietpica, el flujo de vapor a travs de ella debe ser lo suficiente bajo para permitir que el rotor y la carcasa se expandan juntos, para no poner en riesgo que el rotor roce los diafragmas. 9.8.3.1 Deformacin de la Flecha. Conforme el vapor pase a travs de una turbina durante el proceso de calentamiento para la puesta en operacin, el rotor debe de girar muy lentamente, pues si este no gira el vapor calentara nicamente medio rotor, el cual se dilata ms que la otra, provocando una deformacin en la flecha. Esta deformacin es mayor cuanto mayor sea la diferencia de temperatura dentro de la turbina. Al operar la turbina a bajas velocidades, durante el periodo de arranque aseguramos un calentamiento uniforme y evitamos que la flecha se deforme. Cuando se opera una turbina con la flecha deformada, el giro provoca una excentricidad de cargas en las chumaceras y se produce vibracin de la maquina, deterioro en las chumaceras y un posible roce del rotor con los diafragmas. Las turbinas multietpicas deben de calentarse al 20% de su velocidad de operacin cuando menos 30 minutos antes de acelerarlas. Por esta razn en las turbinas multietpicas se cuenta con una torna flechas, ver Fig. 9-59, el cual es un dispositivo formado por un motor, el cual se puede engranar a la flecha principal de la turbina para girar el rotor a baja velocidad durante la secuencia de calentamiento y lograr un calentamiento uniforme del rotor y la carcasa.

9.8.4 Fugas por las Cajas de Empaques (sellos). Durante el arranque la tolerancia entre la flecha y los empaques es mayor que lo normal y puede existir algo de fuga, pero conforme la flecha se caliente esta se expansionar y la tolerancia disminuir. Si la empaquetadura est muy desgastada, la fuga no disminuir al calentarse la turbina, adems que en ocasiones las conexiones de salida se encuentran tapadas o las vlvulas cerradas, causando que el vapor escape de la carcasa a la atmosfera, Fig. 9-60. La caja de empaques de una turbina de condensacin est sellada con vapor de sellos, si existe mucho vapor de sello el eyector de la caja de empaques no puede eliminarlo y algo de vapor se escapar a la atmosfera como fuga. Por otro lado si el vapor de sello se alinea mucho antes de que la turbina este girando, este vapor calentara la flecha y el rotor ms de un lado que de otro, causando la deformacin de la flecha.

9.8.5 Vibracin. Todos los cuerpos presentan una seal de vibracin caracterstica en la cual plasman cada una de sus partes. De acuerdo a esto, las maquinas presentan su propia seal de vibracin y en ella se encuentra la informacin de cada uno de sus componentes. Por tanto, una seal de vibracin capturada de una mquina significa la suma vectorial de la vibracin de cada uno de sus componentes. La vibracin tiene dos caractersticas: 1. La frecuencia (nmero de vibraciones o movimientos en un periodo de tiempo). 2. La amplitud (la distancia que la flecha o las chumaceras se mueven). Una vibracin completa es un ciclo, por lo tanto la frecuencia se expresa en ciclos por segundo o minuto. La frecuencia no est relacionada directamente con la amplitud de la vibracin, pues al aumentar la frecuencia no necesariamente aumenta el movimiento de la flecha o chumaceras, como se ve en la Fig. 9-61. La amplitud de la vibracin de mide en mils, don un mil es equivalente a una milsima de pulgada. La amplitud desde el punto de vista de las vibraciones es cuanta cantidad de movimiento puede tener una masa desde una posicin neutral. La amplitud se mide generalmente en valores pico-pico para desplazamiento y valores cero-pico para velocidad y aceleracin (Fig. 9-62). La amplitud se mide en tres direcciones, una axial y dos radiales, la vibracin radial puede ser radial vertical o radial horizontal. En operacin normal, la amplitud de vibracin es baja, un aumento en la amplitud indica una condicin anormal que puede ser corregida y puede deberse a que la flecha se encuentre desbalanceada.

La fase realmente es una medida de tiempo entre la separacin de dos seales, la cual puede ser relativa o absoluta. Generalmente es encontrada en grados. La Fig. 9-63, muestra dos seales sinusoidales de igual amplitud y periodo, pero separadas 90 grados, lo cual indica que ambas curvas estn desfasadas 90 grados.

9.8.5.1 Elementos de Monitoreo de Vibraciones. Los acelermetros monitorean la vibracin de los componentes en el rotor de la turbina. Se utilizan sensores para monitorear la vibracin en los ensamblajes de la chumacera para las flechas del rotor del elemento impulsado. Cada dispositivo de monitoreo necesita ajustes de paro y alarma. El propsito principal de la medicin de la vibracin es evitar el dao corrigiendo los problemas antes de que se vuelvan excesivos, aunque el desplazamiento es el mtodo ms comn de la medicin de la vibracin, el desplazamiento no es lo que causa el dao. La velocidad indica el potencial del dao.

El dao real se causa cuando el objeto en movimiento se detiene por aceleracin. Normalmente, en la mquina giratoria, el dao se realiza a las chumaceras debido a las fuerzas de la flecha que impactan sobre estas. 9.8.5.2 Vibracin de la Turbina: Acelermetros. Un acelermetro es un transductor de inercia que convierte las caractersticas de la aceleracin de la vibracin en seales elctricas proporcionales. Este sensor produce una forma de onda elctrica compleja, que es el resultado de la frecuencia y amplitud de la vibracin. Aceleracin: la aceleracin es la tasa de tiempo de cambio de velocidad, para l movimiento armnico, que con frecuencia se expresa como g o a. Las unidades tpicas de aceleracin son pies por segundo (ft/ ), metros por segundo (m/ ), o ms comnmente g, donde g= la aceleracin de la gravedad de la tierra= 386.1 in/ ,=32,17 ft/ 9.81 m/ Las mediciones de la aceleracin generalmente se hacen con acelermetros piezoelctricos y generalmente se usan para evaluar la carcasa de una mquina de alta frecuencia o las caractersticas de respuesta del alojamiento de la chumacera. Vibracin absoluta: la vibracin de un objeto se mide en relacin con un marco de referencia (fijo) de inercia. Los transductores de velocidad y acelermetros miden la vibracin absoluta; por lo tanto, se dan en llamar transductores ssmicos o transductores de inercia. La polaridad de la seal es la relacin entre la direccin del desplazamiento, velocidad o aceleracin del objeto observado y el cambio en la seal del transductor. El monitoreo de la posicin de empuje axial en la turbo-maquinaria es uno de los sistemas de proteccin mas importantes de la mquina. Otras modalidades de funcionamiento inadecuado de la mquina pueden ser igualmente catastrficas, pero el deterioro y falla de una chumacera de empuje puede ocurrir con muy poca advertencia, en un periodo extremadamente corto y puede conducir a la destruccin total de la mquina. El sistema de monitoreo de vibracin produce datos de magnitud de la vibracin con puntos de ajuste de paro y alarma para la turbina y la seguridad del elemento impulsado.

9.8.5.3 Sistema de Monitoreo de Vibraciones. El sistema de monitoreo de vibracin sirve para modificar al operador de vibracin excesiva en la turbina, y el elemento impulsado. Est constituido por un rack de instrumentos con fuentes de poder inter construida, relevadores, monitoreo de vibracin e instrumentos de aceleracin, y un tacmetro de tren en el sistema del rack de monitoreo de vibracin, Fig. 9-64 y Fig. 9-65.

Posicin 1

Control/indicador Medidor

2 3

Ok, LED verde Peligro, LED rojo

4

Alerta, LED rojo

5

Derivacin, rojo

LED

6

Peligro, interruptor del botn pulsador Alerta, interruptor del botn pulsador Seal de entrada compensada del transductor A, conector coaxial. Seal de entrada compensada del transductor B, conector coaxial.

7

8

9

Funcin Medidor de tipo de grfica de barras que indica las amplitudes de la vibracin radial del canal A y del canal B, cada uno con dos sensores. Se ilumina para indicar que la tensin de transductor est dentro de los lmites operativos. Se ilumina cuando se presiona el interruptor de peligro, o cuando el nivel de una segunda alarma excede el punto de configuracin prestablecido de la alarma. Se ilumina cuando se presiona el interruptor de alerta, o cuando el nivel de una primera alarma excede el punto de configuracin prestablecido de la alarma. Se ilumina para indicar que se ha derivado un canal y que no estn monitorizados los canales, como se ha asignado. La derivacin del modulo es una funcin de mantenimiento. El personal de mantenimiento debe consultar el manual del fabricante antes de intentar derivar el modulo. Al presionar el interruptor de peligro se despliega el punto de configuracin de una segunda alarma en el medidor para cada canal. Al presionar el interruptor de alerta se despliega el punto de configuracin de la primera alarma en el medidor para cada canal. Proporciona una seal de entrada dinmica compensada para el canal A, como se recibe del modulo de filtro / monitor de vibracin, para fines de registro o mantenimiento. Proporciona una seal de entrada dinmica compensada para el canal B, como se recibe del modulo de filtro/monitor de vibracin, para fines de registro o mantenimiento.

9.8.5.4 Deteccin de fallas diagnosticadas por el exceso de vibracin. Una flecha deformada puede tener mas peso de un lado que en el otro, y al girar, la fuerza centrifuga empuja mas del lado mas pesado aumentando la amplitud de vibracin.

Otra causa en el incremento de la amplitud de vibracin puede ser el des alineamiento de la bomba con respecto al equipo que mueva. Cuando un rotor tiene quebrado un labe se produce un desequilibrio de peso lo cual puede causar una amplitud de vibracin excesiva. Los sellos de los anillos de carbn nuevos pueden causar algo de vibracin hasta que se asienten en la flecha. Las chumaceras restringen los movimientos axiales y radiales, si un balero o chumacera se encuentran desgastados, la tolerancia respecto a la flecha aumenta y causa vibracin. 9.8.6 Velocidad Crtica. Si una lamina de acero es jalada y soltada, esta vibrar en determinada frecuencia denominada frecuencia natural, que depende en parte de la longitud de la lmina y de la flexibilidad de esta. Al igual que una lamina, una flecha tiende a vibrar a su frecuencia natural, y entre mayor sea la flecha su frecuencia natural ser menor. As una turbina grande multietpica tiene una flecha cuya frecuencia natural de vibracin es menor que la flecha de una turbina pequea de un solo paso. Por otro lado, cuando una flecha gira, esta vibra a la misma frecuencia que la velocidad a la que gira, as una flecha girando a 1,000 rpm vibrara a 1,000 ciclos por minuto. Cuando una flecha gira a la misma velocidad que el valor de su frecuencia, se dice que est girando a la velocidad critica. A velocidades mayores, la frecuencia de vibracin es diferente a la frecuencia natural, siendo por consiguiente que la amplitud a diferentes velocidades a la crtica es normalmente pequea. Pero en la velocidad crtica esta amplitud de medicin es muy grande y puede destruir la turbina y daar sus chumaceras. Una turbina que debe de pasar una velocidad crtica antes de alcanzar su velocidad de trabajo se denomina como una turbina de flecha flexible, y si no pasa una velocidad crtica, o sea, que su velocidad de trabajo est por debajo de la velocidad crtica se dice que es una turbina de flecha rgida. 9.8.7 Depsitos en los labes. Si el vapor que entra a una turbina contiene solidos arrastrados desde las calderas o las tuberas, este material puede depositarse en los alabes, y si el deposito o acumulacin es suficientemente grande, la forma de los alabes cambia, y el espacio por el cual pasa el vapor se reduce.

Esta reduccin en el flujo causa un represionamiento en el extremo del rotor y produce un incremento de la carga axial, desgastando el balero de carga o chumacera. Por otro lado los depsitos no son firmes y desbalancean el rotor causando vibracin de la turbina. 9.8.8 Agua en el Sistema de Lubricacin. El agua corroe las superficies ferrosas, o bien al combinarse con algn producto qumico se vuelve altamente corrosiva. Adems con el aceite forma emulsiones que pueden tapar un filtro de aceite o formar espuma. Esta espuma no lubrica adecuadamente y puede causar la perdida de succin de la bomba de aceite, o bien un disparo de la turbina al entrar al sistema hidrulico del gobernador o al sistema de disparo de la turbina. 9.8.9 Aislamiento Trmico. El aislamiento trmico evita las perdidas de calor de la turbina y protege al operador de posibles quemaduras, por lo tanto debe de mantenerse en perfectas condiciones para cumplir satisfactoriamente su funcin. 9.8.10 Disparo por Sobre Velocidad. El mecanismo de disparo por sobre velocidad debe de encontrarse listo para operar en caso de que se sobre revolucione la turbina, debe de ser probado antes de llevar a la turbina a su velocidad de trabajo. Por esto el disparo de sobre velocidad debe de ser probado durante el calentamiento de la turbina. En las turbinas grandes con sistema de gobierno tipo hidrulico o electrnico, deber estar operando el sistema hidrulico de aceite al servo pistn y solenoides de disparo. 9.8.11 Instrumentacin. En el sistema de aceite de lubricacin y control de una turbina deber mantenerse la circulacin a una presin y una temperatura determinada. Se cuenta con un manmetro en la descarga de la bomba de aceite y otro en la entrada y salida de filtro, adems de un indicador de presin diferencial, en caso de que el valor de la presin diferencial sea mayor de 20 es indicacin que el filtro se est tapando con partculas solidas.

Adems existen manmetros que indican la presin de descarga de la bomba, control de aceite de control y presin de aceite de lubricacin, como la presin del aceite de control es mayor que la presin del aceite de lubricacin existen vlvulas auto controlables reductoras de presin para controlar la presin de ambos circuitos. Las chumaceras estn generalmente equipadas con termmetros para indicar la temperatura de retorno de cada una de ellas a la consola, tambin se dispone con un indicador de temperatura del aceite a la salida del enfriador. Las turbinas tambin estn equipadas con alarma y disparos por baja presin de aceite de lubricacin.

9.9 PROCEDIMIENTOS OPERATIVOS 9.9.1 Procedimiento General para la puesta en Operacin de una Turbina a Contrapresin. 9.9.1.1 Pasos del Procedimiento General Para la Puesta en Operacin. Desarrollo Actividad Prepare la turbina Verif. 1. Caliente lentamente la lnea de alimentacin de vapor a la turbina, abriendo con precaucin las purgas instaladas en toda la longitud de la tubera, esto con el fin de expulsar el condensado que se acumula al enfriarse la misma. 2. Abra las purgas de la carcasa de la turbina. 3. Abra un poco la vlvula de bloqueo que se encuentra en la lnea de salida de vapor de escape de la turbina, con la finalidad de que la carcasa y dems partes se vayan calentando gradualmente. 4. Abra un poco la vlvula de bloqueo (compuerta) de entrada de vapor a la turbina, con purgas abiertas antes de la vlvula de control de vapor. 5. verifique el nivel de aceite en el deposito (consola) sea el adecuado. 6. Alinee agua de enfriamiento al enfriador de aceite. 7. Purgue el agua que se hubiera acumulado en la parte

inferior del depsito de aceite (consola). 8. Cuando el vapor que sale por las purgas de la carcasa de la turbina no lleve humedad (confirmar por medio del guante) cerrar estas purgas aproximadamente un 80%. 9. Abra totalmente la vlvula de salida de vapor de la turbina. Puesta en operacin de la turbina 10. Arme el disparo de la turbina. 11. Abra totalmente la vlvula de bloqueo a la turbina y cierre las purgas. 12. Verifique si tiene sistemas de control de velocidad desde el cuarto de control que la salida del controlador al gobernador de la turbina se encuentre a la velocidad mnima de gobierno. 13. Abra lentamente la vlvula de admisin de vapor a la turbina, permitiendo que esta comience a rodar. 14. Compruebe que la bomba de aceite de lubricacin forzada a la turbina ha empezado a operar, incrementado la presin del aceite de lubricacin, en caso de que no levante presin fuera de operacin la unidad. 15. Abra mas la vlvula de admisin de vapor a la turbina (corte rpido) hasta alcanzar la velocidad mnima de gobierno, tener la precaucin de cerrar totalmente las purgas de carcasa. 16. Cuando se alcanza la velocidad mnima de gobierno, el gobernador toma el control de la velocidad de la turbina, por lo cual los incrementos de velocidad se podrn efectuar desde el sistema de control de velocidad. 17. Compruebe que la turbina no tenga ruidos o vibraciones anormales. 18. Verifique a temperatura del aceite de retorno de cada una de las chumaceras. De carga a la turbina. 19. Cuando la turbina alcanza su velocidad de trabajo y el gobernador regula la velocidad de la misma, se puede empezar a aumentar la carga de la siguiente manera: 19.1 Si se trata de un ventilador, se abren las

compuertas de entrada de aire lentamente, hasta admitir el flujo deseado. La velocidad de la turbina se mantendr constante debido a que el gobernador mantendr la velocidad, admitiendo una mayor cantidad de vapor. 19.2 En caso de tratarse de una bomba centrifuga, esta se arrancara con la descarga parcialmente cerrada. Al alcanzar la turbina su velocidad de trabajo se empezara a abrir lentamente la vlvula de descarga de la bomba con el fin de que las variaciones de velocidad sean pequeas, hasta que esta quede totalmente abierta. 19.3 Si la maquina conducida es un generador elctrico, se lleva la turbina a la velocidad de rgimen, luego se excitar el generador hasta tener el voltaje deseado. Posteriormente se empezara a conectar la carga elctrica al generador en forma gradual, con el fin de no tener variaciones bruscas en el voltaje y la frecuencia.

9.9.2 Procedimiento General de Paro Normal de una Turbina a Contra Presin. 9.9.2.1 Pasos del procedimiento general de paro normal. Actividad Prepare el paro de la turbina. Desarrollo Verif. 1. Si la turbina est acoplada a una bomba, empiece a cerrar lentamente la vlvula de descarga de la bomba con lo que se tendr una menor demanda de potencia de la turbina, por lo cual el gobernador empezara a disminuir el consumo del vapor a la turbina. 2. Cierre la vlvula de admisin de vapor a la turbina de manera lenta y gradual hasta su cierre total. 3. Verifique que est totalmente cerrada la vlvula de descarga de la bomba, para evitar un flujo inverso (aunque tiene vlvula check en la descarga). 4. Cierre la vlvula de escape de la turbina, para evitar que entre vapor a la misma cuando est parada.

Para la turbina.

5. Abra un poco las purgas de la carcasa de la turbina. 6. Abra totalmente las purgas cuando la carcasa est fra. Asle la bomba. 7. Cierre la vlvula de bloqueo en la lnea de alimentacin de vapor a la turbina. 8. Bloquee la succin de la bomba y prguela. 9.9.3 Procedimiento de paro de emergencia de una turbina a contra presin. El paro de emergencia se efecta por diversas causas, como puede ser una falla mecnica de la turbina, una alta vibracin o por condiciones anormales de operacin de proceso. En este caso se procede de la siguiente manera: 9.9.3.1 Pasos de Procedimiento General de Emergencia. Actividad Desarrollo Verif. Dispare 1. Dispare la turbina por medio del disparo manual de manualmente emergencia, con lo cual se cierra la vlvula de corte la turbina. rpido cerrando el flujo de vapor de suministro a la turbina, parando la misma. 2. Proceda a cerrar la vlvula de bloqueo de suministro de vapor. 3. Cierre la vlvula de salida de vapor de la turbina. 4. Abra las purgas de la carcasa de la misma. 5. Bloquee el elemento impulsado por la turbina.

9.9.4 Procedimiento general de puesta en operacin de una turbina de condensacin. 9.9.4.1 Pasos de procedimiento general para la puesta en operacin de la turbina de condensacin. Actividad Prepare el sistema de vaco Desarrollo Verif. 1. Alinee agua de enfriamiento a los siguientes equipos en caso de contar con ellos: a. Condensador de superficie. b. Condensador de sellos (gland condenser). c. Condensador de eyectores. d. Enfriador de aceite. 2. Haga nivel en el pozo caliente del condensador de superficie, por medio de agua desmineralizada o condensado de calderas. 3. Ponga en operacin una bomba de condensado del condensador, recirculando este al condensador. 4. Verifique que la vlvula rompedora de vaco del condensador (cebolla) est cerrada, y hacer sello hidrulico en ella por medio de condensado o agua desmineralizada. Vaci el condensador de superficie. 5. Verifiquen que estn alineadas las salidas de condensado del condensador de eyectores al condensador principal. 6. Abra la vlvula de salida de incondensables de pos condensador de eyectores al condensador principal. 7. Purgue la lnea de suministro de vapor motriz a los eyectores. 8. Alinee vapor motriz al eyector de arranque, cuando el vapor est seco. 9. Abra la vlvula de incondensables al eyector de arranque. Con esto se lograr un vaco de un valor determinado. 10. Alinee vapor motriz al eyector secundario. 11. Alinee incondensables al eyector secundario.

12. Alinee vapor motriz al eyector primario 13. Abrir incondensables al eyector primario. 14. Proceda a sacar de operacin el eyector de arranque cerrando primero los incondensables y despus el vapor motriz. Ponga en operacin el sistema de aceite. 15. Ponga en operacin una bomba principal de aceite de lubricacin, controlando la presin del aceite y chocando la continuidad del flujo de aceite a travs de las chumaceras. 16. Ponga en automtico la bomba auxiliar de aceite de lubricacin. Caliente la turbina. 17. Se purga el vapor motriz a la turbina, hasta la vlvula de corte rpido de la misma. 18. Alinee vapor de sellos de arranque a la turbina controlando el valor de la presin del vapor de sellos a la turbina. Pruebe el disparo de la turbina. 19. Verifique que el sistema de control de velocidad se encuentre a la velocidad mnima del gobierno para que al momento de alinear vapor a la turbina esta no se sobre revolucione. 20. Restablezca las protecciones de la turbina. 21. Arme el disparo hidrulico, verifique la presin del aceite de control a los dispositivos de proteccin y al servo pistn. 22. Verifique que las purgas de la vlvula de corte rpido y las de la carcasa de la turbina estn parcialmente abiertas. 23. Ruede la turbina abriendo poco a poco la vlvula de corte rpido, hasta alcanzar una velocidad de 500 rpm. 24. Dispare la turbina desde el tablero local o desde el sistema de control para probar el disparo por sobre velocidad.

Ponga en operacin la turbina.

25. Cierre la vlvula de corte rpido, arme y abra de nuevo para rodar la turbina calentndola a la velocidad especificada por el fabricante. 26. Incremente la velocidad mediante la apertura de la vlvula de corte rpido hasta alcanzar la velocidad mnima de gobierno. 27. Al pasar por una o ms velocidades criticas para alcanzar la velocidad normal de operacin, tener la precaucin de no detenerse en ellas. 28. Mantenga el nivel del condensador alineado la salida del condensador al cabezal de condensado.

De carga a la turbina.

29. Incremente la velocidad de la turbina de acuerdo a las necesidades del proceso, por medio del sistema de control de velocidad. 30. Cierre la vlvula de vapor de sellos de arranque, verificando la presin de vapor de sellos de la turbina. 31. Verifique las condiciones de operacin de la turbina como son: vibraciones, presiones de aceite, temperaturas del aceite, vaco en el condensador, nivel en el mismo y velocidad de operacin.

9.9.5 Procedimiento general de paro normal de una turbina de condensacin, que se pondr de nuevo en servicio. 9.9.5.1 Pasos del procedimiento general de paro normal. Actividad Desarrollo Verif. Prepare 1. Baje la velocidad de la turbina hasta la velocidad el paro mnima de gobierno por medio del sistema de control de velocidad. De acuerdo a las necesidades del proceso. 2. Cuide el nivel del condensador de superficie, y si es necesario recircular el condensador de acuerdo a la disminucin del nivel.

3. Abra la vlvula de vapor de sellos de arranque, para

mantener el vaco en el condensador al salir la turbina de operacin. Pare la turbina 4. Dispare la turbina por medio del disparo manual local o desde el sistema de control, despus de que se encuentra operando a la velocidad mnima de gobierno. 5. Verifique que la vlvula de corte rpido cerro, y abra las purgas de la misma. 6. Bloquee la vlvula de suministro de vapor a la turbina, y abrir purgas de lnea. 7. Verifique la presin del aceite de lubricacin y mantenga este circulando para enfriamiento de las chumaceras. Enfri la turbina 8. Ponga en operacin la torna flechas para enfriar la turbina de manera uniforme girndola. 9. Saqu