plantas propulsoras a vapor turbinas de vapor

8/16/2019 Plantas Propulsoras a Vapor Turbinas de Vapor

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Fijación de los Discos al Eje


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Centro de Estudios Mar del Plata

Universidad Tecnológica Nacional



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Turbinas con Etapas de Presión


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pEstas Turbinas distribuyen el salto de presión del vapor a lo

largo de varias etapas de la Turbina, logrando de ésta formaque la velocidad del vapor no sea tan alta en medio de lasetapas. Usando este principio se diseñaron simultáneamentedos tipo diferentes de Turbinas, la Turbina Rateau y la deReacción.

TurbinaS RATEAU: En este tipo de Turbina, cada etapa estácompuesta por un grupo de alabes fijos que actúan comotoberas, es decir permiten una caída de presión y por lo tanto

un incremento de la energía cinética del vapor y acontinuación un grupo de alabes móviles que reciben laenergía del vapor que sale de los alabes fijostransformándola en trabajo al árbol; todos los rotores estánacoplados al mismo árbol.Centro de Estudios Mar del Plata



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pTurbinaS RATEAU (continuación): Estas Turbinas pueden

tener varias etapas (entre 5 y 15) y normalmente el vaporcubre la totalidad (360° ) de los alabes móviles (admisióntotal) y utilizan generalmente en su primera etapa una develocidad, que puede ser de tipo Laval o Curtis.

En estas Turbinas el régimen de rotación es menor que enlas Turbinas Laval o Curtis, lo cual permite lograr una mayorvida de la misma, su inconveniente es que el árbol debe serrobusto, debido a su gran longitud. Su nombre se debe a su

inventor. Tal como ha sido descrita ésta Turbina sería comotener varias Turbinas Laval, una a continuación de la otra.





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TurbinaS DE REACCIÓN (PARSONS): Esta Turbina debe

el nombre a su inventor, tiene gran numero de etapas (entre15 y 50); cada una de ellas con admisión total de vapor ytanto en el grupo de álabes fijos como en los móviles sepresenta caída de presión del vapor, que debido al grannumero de partes donde se sucede, los incrementos develocidades (energía cinética) del vapor no son altos; portal razón, al igual que en las Turbinas Rateau, losregímenes de rotación son bajos.

Por su gran longitud, debido al alto número de etapas, enlugar de usar árbol, generalmente, los álabes móviles estánmontados sobre un tambor, en especial los de las últimasetapas. Esta Turbina es usada para mover generadores degran potencia. Centro de Estudios Mar del Plata




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En la actualidad, las Turbinas Rateau o Parson por si solas

no se construyen, sino que las Turbinas de gran potenciase fabrican con los diferentes tipos de etapas descritos,colocándose una etapa de velocidad en su parte inicial, quepuede ser de tipo Laval o Curtis, posteriormente, en suzona intermedia se instalan etapas tipo Rateau y finalmenteen su parte final, zona de bajas presiones, se instalanetapas tipo Parson. Al pasar de las etapas de velocidad queson de admisión parcial a las etapas de presión, ya seanRateau o Parson, que son de admisión total, el vapor pasa

por una zona o compartimiento de la carcaza de la Turbinallamado escalón de regulación al que permite que éstecambio en la admisión del vapor en los alabes, se realice.



El Ciclo de Vapor de Carnót


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La eficiencia de un ciclo de potencia se maximiza si todo el

calor suministrado por una fuente de energía ocurre a lamáxima temperatura posible, y si toda la energía expulsadaa un sumidero ocurre la mínima temperatura posible. Paraun ciclo reversible que opere en estas condiciones, laeficiencia térmica es la eficiencia de Carnót, dada por (Ta -Tb.)/Ta. Un ciclo teórico que satisface estas condiciones esel ciclo del motor térmico de Carnót.Un ciclo de Carnót se compone de dos procesosisotérmicos reversibles y dos procesos adiabáticos

reversibles (o procesos isoentrópicos). Si durante las partesdel ciclo el fluido de trabajo aparece tanto en la fase líquidacomo en la fase de vapor, entonces el diagrama Ts es comosigue:



El Ciclo de Vapor de Carnót


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105Centro de Estudios Mar del Plata


Ciclo Rankine Ideal


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En termodinámica se conoce como ciclo Rankine ideal, el

empleado en las centrales termoeléctrica. El vapor que salede la caldera (estado 1), es recalentado, a una presiónrelativamente alta, este es conducido a trabes de unatubería hasta la Turbina donde recibe el vapor y produceuna expansión isentrópica, permitiendo de esta formamover su rotor y así producir el trabajo (Wt) necesario paramover el generador, el vapor sale de la Turbina (estado 2),generalmente vapor húmedo a presión baja; pasa elcondensador donde se transforma en liquido saturado

(estado 3), en un proceso de extracción de calor (Qr) quese realiza a presión constante; allí el agua es tomada por labomba y con un trabajo de bombeo (Wp) se aumenta lapresión, en un proceso de compresión isentrópica hasta elestado liquido sub. enfriado (estado 4),Centro de Estudios Mar del Plata


Ciclo Rankine Ideal


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, donde se alcanza la presión del trabajo de la caldera; en

esta se adiciona calor (Qa) transformando él liquido envapor recalentado a través de un proceso a presiónconstante, obteniéndose nuevamente el vapor necesariopara alimentar la Turbina (estado 1). En algunos ciclos seacostumbra extraer vapor de la Turbina en partesintermedias, para recalentarlo y volverle a permitir que seexpanda hasta la presión final, este proceso se llama cicloRankine con recalentamiento, el cual permite obtener unmayor trabajo de la Turbina.




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Ciclo Rankine con Recalentamiento



El Ciclo de Recalentamiento Ideal


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En el ciclo de Rankine ideal, la eficiencia se puedeincrementar mediante el empleo de un sobre calentador. El

proceso de sobrecalentamiento en general hace que se elevela temperatura promedio a la cual se suministra calor al ciclo,elevando así la eficiencia teórica. Se puede lograr unaumento equivalente en la temperatura promedio durante el

proceso de entrada de calor elevando la presión máxima delciclo, es decir, la presión en la caldera. Esto puede dar porresultado un mayor costo inicial del generador de vapor,debido a la mayor presión que debe soportar, pero a través delos años la mayor eficiencia de toda la unidad compensa concreces ese desembolso. Sin embargo, con una temperaturamáxima dada en el generador de vapor, un aumento depresión del evaporador da por resultado una disminución enla cantidad de vapor que sale de la Turbina.



El Ciclo de Recalentamiento Ideal


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Para evitar el problema de la erosión sin perder la ventaja delas mayores temperaturas logradas mediante el incremento

de la presión en la caldera, se ha desarrollado el ciclo derecalentamiento.

En el ciclo de recalentamiento no se permite que el vapor se

expanda completamente hasta la presión del condensador enuna sola etapa. Después de una expansión parcial el vapor seextrae de la Turbina y se recalienta a presión constante.Luego se regresa a la Turbina para expandirlo más hasta lapresión del condensador. Puede considerarse que la Turbinaconsiste en dos etapas, una de alta presión y otra de bajapresión



Resumen Ciclos de Vapor


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Anexo Calderas



Caldera Acutubular


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Ca de a cutubu a



Guía de Operación de una Caldera, como


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Controlar su Combustión



Guía de Operación de una Caldera, como


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Controlar su Combustión



Sistema Control Combustión Caldera


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Guía de Operación de una Caldera,


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como Controlar su Combustión



Guía de Operación de una Caldera,


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como Controlar su Combustión



¿Cómo Controlar el Nivel de Agua


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en una Caldera Marina?





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Control del Nivel de Agua de laC ld


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Caldera





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Instrumentación Controles de Caldera


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Instrumentación Controles de Caldera



Instalación Turbina de Vapor a Bordo


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Caldera

Turbina de Vapor



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Sistema Caldera / TurbinaPara facilitar el estudio de los


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Caldera Turbin

a deVapor

Para facilitar el estudio de losServicios al conjunto Caldera/Turbinade Vapor , pensemos en que amboscomponentes están localizados enámbitos diferentes, o mejor con lasactuales Calderas de Fuego Cubiertoen sectores diferentes. Esteconcepto de dos ámbitos nos van apermitir entender que hay serviciosque van a ser propios de la Caldera yotros por su parte correspondientes alas Turbinas de Vapor, ejemplo ElServicio de Combustible es privativo

de la Caldera y el Servicio deLubricación lo es de la Turbina deVapor. Y finalmente hay Servicios queson generales y pertenecen a la Salade Máquinas.

SectorCaldera

SectorTurbina



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Servicios p/FuncionamientoTurbina de Vapor


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Turbina de Vapor Sistema Combustible, aplicación Caldera, Sistema Lubricación, aplicación Turbina de Vapor Sistema de Ventilación, aplicación Caldera,

Aire de Combustión, símil SM Diésel Aire Refrigeración, símil SM Diésel

Sistema de Ventilación, zona TV símil SM Diésel Sistema Exhaustación, aplicación Caldera símil SM Diésel Sistema Extinción de Incendios,

Sistema Extinción Incendios, zona TV símil SM Diésel Sistema Extinción Incendios, zona Caldera símil SMD,

Sistema Agua Dulce (Agua Técnica), Alimentación Caldera,Refrigeración, Sistema Lubricación Turbina Vapor



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Calderas Marinas Esquema Combustible


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Las Calderas se disponen para consumir una serie de

combustibles que van desde un “Combustible Pesado”, tal elcaso de HFO, hasta el “Liviano” MDO, etc., este abanicoobliga a distintas configuraciones de los Sistemas utilizadosen los Buques. Para los fines de la Materia PPN vamos apresentar una suerte de “ESQUEMA GENÉRICO” que nos vaservir de base para para adaptarlo a las distintasnecesidades.

Para las cuestiones de aprendizaje vamos a subdividir al

Esquema de Combustible en tres grandes bloques: Sub Sistema de Trasvase, Sub Sistema de Tratamiento, Sub Sistema de Alimentación,



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Calderas Marinas Esquema Combustiblen i o Tanque de Lodos Bunkering


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Retorno de Combustible

Alimentación de Combustible

Calentador

Bomba Alimentación

Tanque Almacén

CalentadorPurificadora

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BombasPurificadora

Tanque de Lodos Bunkering

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TLCaldera



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nc i o Tanque de Lodos Bunkering

Sub Sistema Transvase Combustible


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Calentador

Bomba Alimentación

Tanque Almacén


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BombasPurificadora

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nic i o Tanque de Lodos Bunkering

Sub Sistema Purificación de Combustible


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Calentador

Bomba Alimentación

Tanque Almacén


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i o Tanque de Lodos Bunkering

Sub Sistema Alimentación de Combustible


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Calentador

Bomba Alimentación

Tanque Almacén


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BombasPurificadora

Tanque de Lodos g

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Turbina de Vapor/Esquema de Lubricación


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Bomba

Acoplada

ElectroBomba

Intercambiadorde Calor

Tanque

Elevado

Colector Aceite

Turbinade Vapor

Turbina de Vapor Esquema Lubricación


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(1)

(1) = Tanque Almacén,(2) = Filtro,(3) = Bomba Circulación Acciona TV,(4) = Electrobomba, Pre Lubricación,(5) = Turbina de Vapor,(6) = Calentador, Pre Lubricación,(7) = Enfriador, Circuito Ppal. Lubricación(8) = Bomba Purificadora de Aceite,(9) = Calentador Purificadora de Aceite,(10) = Purificadora de Aceite(11) = Caja Reductora…..

(2)(3)

A Tanque Aguas Aceitosas A Tanque de

Lodos

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AceitePurificado

DiseñoLdP

VálvulaTermostática

Válvula de Alivio

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En la actualidad la generalización del uso de BombasTurbina de Vapor Esquema Lubricación


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Centrífugas, y su desarrollo tecnológico, han hecho quealgunos diseñadores piensen en su empleo en Sistemas deLubricación, es recomendable evitar tal elección dado que eluso de Bombas tipo Centrífugo provocan que el Aceite secontamine con aire, si esto sucede, la Bomba se descebará(bolsa de aire) interrumpiendo el flujo de aceite.VÁLVULAS SOSTENEDORAS DE PRESIÓN DE ACEITE: Aseguran que laPresión de Aceite sea constante en todo el circuito, se deben instalar aposteriori del Enfriador. ENFRIADORES (7): Debido a que el aceite tieneuna función refrigerante y que a ciertas temperaturas pierde propiedades,son necesarios los Enfriadores de Aceite. Dependiendo del calentamientoque vaya a sufrir el Aceite en los Cojinetes el sistema de enfriado sedimensiona de una manera u otra. Un Aceite muy frío aumentará suviscosidad pudiendo acarrear problemas de circulación por lo que debeencontrarse un equilibrio.



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Turbina de Vapor Esquema Lubricación


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FILTROS: (2) El empleo de Filtros en el Sistema de Aceite, es

una necesidad imperiosa, radicando su importancia paraeliminar los residuos que se producen en el Aceite a causa delas altas temperaturas a las que se somete, así como otraspartículas extrañas, arrastre de material de Cojinetes quepuedan dañar el equipo, básicamente porque pueden obstruirlos conductos de Lubricación. Los Filtros que se emplean sonlos denominados dobles, haciendo pasar el lubricante por uncuerpo de ellos quedando el restante en “Stand By” o enproceso de limpieza. También se utilizan Filtros a Cartucho o

de Malla, a los que se les debe proveer un “By Pass” con unaVálvula de cierre, para sortear el Filtro ante operaciones delimpieza o cambio de Cartucho.



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(1) = Tanque Almacén,

Sub Sistema de Lubricación


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(1)

( ) a que acé ,(2) = Filtro,(3) = Bomba Circulación Acciona TV,(4) = Electrobomba, Pre Lubricación,(5) = Turbina de Vapor,(6) = Calentador, Pre Lubricación,(7) = Enfriador, Circuito Ppal. Lubricación(8) = Bomba Purificadora de Aceite,(9) = Calentador Purificadora de Aceite,(10) = Purificadora de Aceite(11) = Caja Reductora…..

(2)(3)


Lodos

(4)(5)

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AceitePurificado

DiseñoLdP


Válvula de Alivio

(11)



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Sub Sistema de Pre Lubricación


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(1)

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Lodos

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AceitePurificado

DiseñoLdP


Válvula de Alivio

(11)

Previo al Arranque de la Turbinase la debe “Pre Lubricar” paraformar la “Cuña de Aceite”, establecer una “Circulación Fluidadel Lubricante” y lograr una“Temperatura de Funcionamiento “ de los “Metales”



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Sub Sistema de Purificación


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(1)

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Lodos

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(10)

AceitePurificado

DiseñoLdP


Válvula de Alivio

(11)

Es fundamental que en todo momentoel Aceite Lubricante se encuentrelimpio y mas allá del buenfuncionamiento del Sistema deFiltrado, se aconseja Periódicamente,el uso de una Purificadora(Centrífuga),



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Sistema de Enfriamiento Central del BuqueVinculación Sistema de Lubricación Turbina de Vapor


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Circuito LubricaciónTurbina de Vapor

Tomasde Mar

Bombas deCirculación

EnfriadorCentral

EnfriadoresDedicados

Circuito Agua Salada Circuito AguaTécnica

Válvula de Casco

OtrosEnfriadores

DescargaFuera de Borda

En “Otros Enfriadores” vamos a encontrar elcorrespondiente a Airede Arranque, si seutiliza tal Sistema.



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Recordemos... Origen del Agua Técnica


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Alimentación de Agua Dulce a la

CalderaAl Sistema de

Refrigeración AguaDulce


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plantas propulsoras a vapor turbinas de vapor

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