Maquinas y equipos termicos 1 Unidades 3,4 y 5-2-20 PDF

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Turbinas de vapor TURBINA DE VAPOR: DESCRIPCION DE ELEMENTOS INTERNOS Los dos elementos principales de una turbina de vapor son el rotor y la carcasa El rotor tiene como finalidad convertir la energía potencial del vapor en: - Primero en la energía cinética la producción a las toberas - Después en energía mecánica rotativa La carcasa tiene como finalidad darle estabilidad al vapor para que conserve la dirección correcta para generar energía. Para que al combinar estos dos elementos principales funcionen se requiere de otros elementos extras como son: - Las tomas de tierra Conectadas a tierra en potencia cero para proteger al operador. - Detector Mide los desplazamientos del rotor en dirección axial para evita el riesgo de que si se desplazara el rotor daría como consecuencia de que partes fijas y partes móviles de la turbina tuvieran contacto, lo cual podrían dañarse. - Cojinetes de fricción Están cubiertos de una capa antifricción (babbitt), estas ponen en contacto las partes móviles con las partes fijas, pero para prolongando su vida se necesita de un aceite de lubricación. - Venteo de cojinetes Hace que los posibles gases que se puedan formar dentro del cojinete permita aliviar la sobrepresión. - Válvula de regulación Permite la entrada de ya sea más o menos vapor a la turbina y esta puede ser controlada por: 2

 Un motor eléctrico  Motor neumático  Motor hidráulico

La opción más habitual suele ser el motor hidráulico. Por las presiones implicadas en la turbina, estas limitan el uso de dispositivos neumáticos y la velocidad de regulación limita el uso de motores eléctricos. - Válvula de emergencia Un problema de las válvulas de regulación es que no cierran completamente, por lo que cuando se requiere que no haya ninguna cantidad de vapor se utiliza la válvula de emergencia. Su única función es abrir o cerrar el paso del vapor bloqueando completamente la entrada de vapor de manera inmediata. - Cierres laberinticos Para evitar que el vapor salga se utilizan los cierres laberinticos, lo que hace es perder presión del vapor paulatinamente. - Vapor de sellos Aspira el vapor provocando una depresión y evita la entrada del aire atmosférico. - Válvula rompe vacío Evita que el condensador se destruya por colapso provocado por al presión atmosférica. - Mirador Cuando la turbina se ha detenido permite que esta tenga un giro a unas revoluciones lentas, en este momento el mirador evita que el eje se curve ya que la turbina tiene a curvearse (efecto banana). 3

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Cuestionario 1 ¿Cuáles son los elementos principales de una turbina de vapor? El rotor y la carcasa 2 ¿Cuáles son las funciones de los elementos principales de una turbina de vapor? El rotor: convertir la energía potencial del vapor en: - Energía cinética la producción a las toberas - En energía mecánica rotativa Carcasa: darle estabilidad al vapor para que conserve la dirección correcta para generar energía. 3 ¿Qué elemento permite la entrada de ya sea más o menos vapor a la turbina? Válvula de regulación 4 ¿Por qué se utiliza una válvula de emergencia? Un problema de las válvulas de regulación es que no cierran completamente, por lo que cuando se requiere que no haya ninguna cantidad de vapor se utiliza la válvula de emergencia.

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RCM en TURBINAS DE VAPOR, con RCM3 Helper El RCM es una metodología eficiente para elaborar planes de mantenimiento y para gestionar el mantenimiento de la instalación obteniendo los mejores ratios de disponibilidad y eficacia. Generalmente hay un problema que es analizar un sistema muy complejo, por lo que se requiere de muchos recursos. Es por eso que el RCM tiene su filosofía de utilizar la menor cantidad recursos necesarios pero mantener la misma calidad de eficacia. La metodología de RCM3 se basa en un software, caso contrario se deberá basar en hojas de cálculo, lo cual es un obstáculo para la aplicación del RCM por la gran cantidad de datos e información que se debe procesar al momento del análisis. En cuanto a la aplicación de los conceptos del RCM3 se debe de seguir el siguiente proceso: 1. Identificar lo que realiza del ítem a analizar 2. Identificar el contexto operativo, con esto se define:  Funciones primarias: Son todas aquellas que justifican la razón de compra  Opciones secundarias: Son todas aquellas relacionadas con la seguridad, con la integridad o con el aspecto visual. 3. Se definen los fallos. 4. Identificar las causas de los fallos, en RCM3 se utiliza el nombre “modos de fallo” para identificarlos e incluso pueden ser modos de fallo de primer nivel, segundo nivel, etc. 5. Valorar, dependiendo la situación, los fallos o en otras ocasiones modos de fallos para aplicar toda una serie de medidas preventivas de manera que resulten eficaces al momento de evitar los diversos modos de fallo identificados.

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Aplicación del RCM3 en una turbina de vapor 1. Lo primero que se hace es crear in ítem y le damos en “guardar”

2. Añadir especificaciones. Por un lado es añadir el contexto operativo y por otro lado es añadir los principales datos característicos. Lo bueno del RCM3 es que ya vienen especificaciones pre-cargadas que brindan mucha ayuda en cuanto al ahorro de tiempo.

3. El sistema tarda poco segundos en diseñar, aproximadamente entre 10 – 12 segundos, las especificaciones de entrada, las especificaciones de funcionamiento, las especificaciones de salida, las especificaciones de carácter general, dando así las funciones de cada una de estas.

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Por ejemplo, nos dan la especificación de protección contra alta temperatura, por lo tanto, la función vendría siendo disparar la válvula de aislamiento en caso de detectar una temperatura excesiva.

4. Pero a su vez, de cada función se generan uno o varios fallos. Por ejemplo, la especificación caudal de vapor a la entrada da como función disponer de una caudal de vapor a la entrada de acuerdo con la especificación y esto da dos fallos: 1. Disponer de un caudal de vapor de entrada superior al límite máximo que marca la especificación. 2. Disponer de un caudal de vapor inferior al rango mínimo que marca la especificación.

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5. Ahora como tenemos fallos, en estas habrá modos de fallos de cada una de los fallos anteriores. Por ejemplo, en el caso del fallo 1 anterior: 1. Transmisor de caudal descalibrado. 2. Transmisor de caudal desconectado. 3. Transmisor de caudal no envía señal correctamente. 4. Transmisor de caudal no funciona. 5. Transmisor de caudal roto. 6. Transmisor de caudal suelto. 7. Válvula de regulación de caudal no funciona. 8. Válvula de regulación de caudal con fuga. 9. Válvula de regulación de caudal no funciona en modo manual. 10.Válvula de regulación de caudal no recibe señal.

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Cuestionario 1 ¿Qué es el RCM? El RCM es una metodología eficiente para elaborar planes de mantenimiento 2 ¿Por qué es necesario utilizar el software el RCM3 en vez de realizar cálculos a mano? Por la gran cantidad de datos e información que se tiene que procesar para llegar a los resultados 3 ¿Cuáles son los pasos que sigue el RCM3 al momento de hacer un análisis? 1. 2. 3. 4. 5.

Identificar lo que realiza del ítem a analizar. Identificar el contexto operativo. Se definen los fallos. Identificar las causas de los fallos. Valorar

4 ¿Porque se dio la necesidad de crear el RCM? Porque al querer analizar un sistema muy complejo se necesitarían demasiados recursos. Entonces esta es una forma de ahorrar los determinados recursos.

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Intercambiadores de calor INTERCAMBIADORES DE CALOR Drenaje efectivo de condesado en intercambiadores de calor. Los intercambiadores de calor a vapor constituyen una de las formas más comunes de obtener energía a partir de vapor. No obstante estos suelen tener ciertos problemas a los usuarios tales que viene siendo como ruido deterioro debido a golpe de ariete, control fluctuante de temperatura o reducción de consumo, además algunos componentes internos pueden deteriorarse a causa dela corrosión y las conducciones pueden darse durante periodos de paro. La principal causa de los problemas viene siendo, en la mayoría de los casos, el drenaje ineficiente del condensado en el intercambiador de calor. En cuanto al proceso de transferencia de calor: El calor fluye desde un medio caliente para elevar la temperatura de un producto más frío con frecuencia se usa vapor como el medio principal de calentamiento debido a sus excelentes propiedades cómo portador de calor . A medida que el vapor cede su calor al producto condensa formando gotas de agua sobre la superficie donde tiene lugar la transferencia a menos que el condensado sea drenado de forma efectiva constituirá una barrera a la transferencia de calor. En la forma más simple de intercambiador de calor el tubo y carcasa, el vapor pasa a través del tubo incrementando la temperatura del producto a medida q ue es el condensado se forma en el interior de la superficie del tubo drena hacia el purgador que permite que este pase mientras que impide que el vapor escape. Tipos de intercambiadores de calor  Intercambiadores rotativos Están constituidos por una rueda dotada en su sentido axial de múltiples conductos de pequeño diámetro paralelos entre ellos. Esta rueda está dividida por la mitad por lo que un flujo de aire circula por su semicírculo superior y el otro por su semicírculo inferior. La rueda está accionada por un pequeño 11

moto reductor que la mueve a velocidad lenta (10-15 rpm), el fluido (A), que en invierno es el de extracción, del semicírculo superior, al pasar por los conductos de la rueda les transfiere calor; al girar la rueda, cuando estos conductos se hallan en el semicírculo inferior a su vez lo transfieren al otro fluido (B), el de entrada.

 Intercambiadores estáticos (de placas) Constan de unas placas muy finas de aluminio o plástico, paralelas entre ellas, en las que alternativamente circulan el flujo de aire de extracción por una cara y el de entrada por la otra. A través de estas placas el calor pasa de un flujo al otro. Este tipo de intercambiadores adoptan dos formas constructivas distintas: de flujo cruzado o a contraflujo.  Flujo cruzado Estos intercambiadores tienen una sección cuadrada, de manera que los flujos de aire atraviesan el intercambiador de calor en direcciones perpendiculares tal y como se ilustra en las figuras inferiores.

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 Contraflujo En este tipo de intercambiadores, los flujos de aire recorren en su interior caminos paralelos y opuestos, de ahí el nombre de contraflujo.

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Cuestionario 1 ¿Qué función tienen los intercambiadores de vapor? Constituyen una de las formas más comunes de obtener energía a partir de vapor. 2 ¿Cuál es la razón por la que generan problemas los intercambiadores de vapor? Por el drenaje ineficiente del condensado en el intercambiador de calor. 3 ¿Qué problemas generan los intercambiadores de vapor?  Ruido deterioro debido a golpe de ariete  Control fluctuante de temperatura  Reducción de consumo 4 ¿Cuáles son los tipos de intercambiadores de vapor?  Intercambiadores rotativos  Intercambiadores estáticos (de placas)

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Funcionamiento de los intercambiadores de calor Los intercambiadores de placas es un elemento que sirve para transmitir energía de un fluido a otro, estos fluidos pueden ser agua, gases frigoríficos, aceites térmicos, glicoles o incluso hasta productos alimentarios como la leche o la cerveza. Este intercambio térmico se consigue haciendo pasar a través de distintos canales los distintos fluidos mediante placas corrugadas que forman esos canales y aumentan la turbulencia de ese fluido para aumentar la eficiencia de la transferencia de calor. Para comprender el funcionamiento de un intercambiador de placas, se debe de diferenciar el fluido frio (lado frio) y el fluido caliente (lado caliente): Entonces el lado caliente entra por la conexión superior izquierda del intercambiador mientras que el lado frio entra por la conexión inferior del lado derecho.

De esta manera ambos fluidos van entrando al intercambiador en los distintos canales de una manera alterna, mientras por un canal está bajando el lado caliente, por el siguiente canal estará subiendo el lado frio y así continuamente de esa manera se consigue una transferencia de calor a contracorriente que es muy optima y que rentabiliza mucho el intercambio térmico.

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Partes de un intercambiador de placas  Placa frontal: En esta parte es donde se alojan las conexiones.  Por la barra guía.  Por la placa trasera (placa de presión)  Por el paquete de placas (corazón del intercambiador): que es donde se va a transferir todo el calor.  Por los pernos de apriete: estos elementos realizan presión en el paquete de placas y permite mantener una estanqueidad entre las juntas y las placas.

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Cuestionario 1 ¿Cuáles son los fluidos que se pueden utilizar en los intercambiadores de placas?      

Agua Gases frigoríficos Aceites térmicos Glicoles Leche Cerveza.

2 ¿Por qué zonas entran los fluidos calientes y fluidos fríos? El lado caliente entra por la conexión superior izquierda del intercambiador, mientras que el lado frio entra por la conexión inferior del lado derecho. 3 ¿Cuáles son las partes de un intercambiador de placas?     

Placa frontal Barra guía Placa de presión Corazón del intercambiador Pernos de apriete

4 ¿Cómo funciona el intercambio térmico del intercambiador de placas? Se consigue haciendo pasar a través de distintos canales los distintos fluidos mediante placas corrugadas que forman esos canales y aumentan la turbulencia de ese fluido para aumentar la eficiencia de la transferencia de calor.

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Equipos auxiliares Generadores de Vapor “Calculo de la Energía en equipos auxiliares” Algunos de los equipos auxiliares en torno a la caldera que integran el generador de vapor son:  Horno: El horno también conocido como hogar , es una cámara donde se efectúa la combustión, cómo la cámara confina el producto de la combustión y puede resistir las altas temperaturas que se presentan y las presiones que se utilizan. Básicamente es donde se lleva a cabo la combustión, donde se lleva toda la energía que se va a generar de la reacción exotérmica.  Economizador: Por las condiciones de funcionamiento de las calderas de vapor, por encima de 110 °C, las temperaturas de humos que emiten son muy elevados, alrededor de los 220 °C, emitiendo a la atmosfera una energía. La función del economizador precisamente es recuperar una parte de dicha energía, alrededor del 20-25%, buscando siempre el mayor grado de intercambio de calor utilizando la energía del sistema, aumentando el rendimiento térmico. La energía que se recupera se aplica al calentamiento del agua de la caldera, llevándola a un punto muy cerca de la saturación.  Sobrecalentador: Son intercambios de calor, el cual está destinado como tal aplicar más energía al vapor. Recordando que un sobrecalentador o un vapor sobrecalentado es aquel que está en un estado de baja energía más alto que el de saturación a una cierta presión. 18

También conocidos como recalentadores son simples intercambiadores de calor, destinados a comunicar energía adicional al vapor, además de que la que posee en el estado de saturación a una presión dada. Estos sobrecalentadores pueden ser de: - Convección - Radiación  Precalentador de aire Estos extraen energía de los humos para calentar el aire que se va a utilizar para la parte de la combustión Estos aparatos sirven para calentar aire recuperando parte del calor de los gases que van a la chimenea: Ventajas: 1. Combustión más fácil de combustibles de baja calidad. 2. Aumenta la transmisión de calor del horno a la caldera, por lo tanto aumenta el rendimiento térmico.

A una presión establecida de trabajo tenemos una temperatura de saturación, en donde comienza el cambio de fase, sin embargo durante el cambio de fase la temperatura se mantiene constante. 19

Cuestionario 1 ¿Cuáles son los equipos auxiliares en los generadores de vapor?    

Horno Economizador Sobrecalentador Precalentador de aire

2 ¿Cuáles son las ventajas de un precalentador de aire? Combustión más fácil de combustibles de baja calidad y aumenta la transmisión de calor del horno a la caldera, por lo tanto aumenta el rendimiento térmico 3 ¿Cuántos tipos de sobrecalentadores hay? Dos tipos, ya sea por convección o radiación 4 ¿Qué función tiene el economizador? Es recuperar parte de la energía que es expulsada hacia la atmosfera, alrededor del 20-25%, mejorando así el rendimiento térmico.

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