Mantenimiento de Turbomaquinas Para La Generacion Electrica

8/16/2019 Mantenimiento de Turbomaquinas Para La Generacion Electrica

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO

ESCUELA DE POSTGRADO

DOCTORADO EN CIENCIA, TECNOLOGIA Y MEDIO AMBIENTE

TITULO

MANTENIMIENTO PREVENTIVO DE TURBOMAQUINAS PARA LA

GENERACIÓN ELÉCTRICA

PRESENTADO POR:

MATEO ALEJANDRO SALINAS MENA

PARA OPTAR EL GRADO ACADEMICO DE:DOCTOR EN CIENCIAS DE LA INGENIERIA ELECTRICA

PUNO – PERÚ

2016


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INDICE

I. OBJETIVOS...................................................................................................31.1.- OBJETIVO GENERAL:.................................................................................................31.2.- OBJETIVOS ESPECIFICOS:.........................................................................................3

II. FUNDAMENTO TEORICO...............................................................................3

2.1.-TURBINAS DE GAS.....................................................................................................32.2.-CICLO BRAYTON........................................................................................................32.3.-EFICIENCIA DEL CICLO..............................................................................................42.3.1.- EFICIENCIA Y CURVAS DE EXPANSIÓN REAL..........................................................42.3.2.-ADMISIÓN.............................................................................................................. 52.4.-CLASIFICACIÓN Y PARTES CONSTITUTIVAS................................................................5

III. MATERIALES DE TRABAJO Y EQUIPO............................................................8

3.1.- ERRAMIENTAS........................................................................................................!3.2.- MATERIALES.............................................................................................................!3.3.-MA"UINARIA.............................................................................................................!

IV. PROCEDIMINETO........................................................................................9

V. CONCLUSIONES.........................................................................................12

VI. OBSERVACIONES Ó DIFICULTADES.............................................................12

VII. SUGERENCIAS.........................................................................................12

VIII. BIBLIOGRAFIA........................................................................................12


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MANTENIMIENTO PREVENTIVO DE TURBOMAQUINAS PARA LA

GENERACIÓN ELÉCTRICA

I OBJETIVOS

11! OBJETIVO GENERAL:

• Optimizar los parámetros de: mantenimiento, técnicos operativos y ambientales

mediante el “mantenimiento preventivo de Turbomaquinas”, utilizando ensayos

para mejorar su eficiencia energética en la planta de generacin geotérmica!

12! OBJETIVOS ESPECI"ICOS:

• "antener las partes fundamentales# compresor, cámara de combustin y alavés

controlando su desgaste o fallas térmicas en los materiales de fabricacin!

•

$eterminar la vida %til de maquina mediante ensayos en los sistemasinternacionales!

II "UNDAMENTO TEORICO

21!TURBINAS DE GAS

&na turbina de gas, es una Turbomaquina motora, cuyo fluido de trabajo es un gas!

'omo la compresibilidad de los gases no puede ser despreciada, las turbinas a gas son

Turbomaquinas térmicas! 'om%nmente se (abla de las turbinas a gas por separado de

las turbinas ya que, aunque funcionan con sustancias en estado gaseoso, sus

caracter)sticas de dise*o son diferentes, y, cuando en estos términos se (abla de gases,

no se espera un posible cambio de fase, en cambio cuando se (abla de vapores s)!

+as turbinas de gas son usadas en los ciclos de potencia como el ciclo rayton y en

algunos ciclos de refrigeracin! -s com%n en el lenguaje cotidiano referirse a los

motores de los aviones como turbinas, pero esto es un error conceptual, ya que éstos

son turborreactores los cuales son máquinas que, entre otras cosas, contienen una

turbina de gas!

22!CICLO BRAYTON

-l ciclo rayton, también conocido como ciclo .oule o ciclo /roude, es un ciclo

termodinámico consistente, en su forma más sencilla, en una etapa de compresin

adiabática, una etapa de calentamiento isobárico y una e0pansin adiabática de

un fluido termodinámico compresible! -s uno de los ciclos termodinámicos de más

amplia aplicacin, al ser la base del motor de turbina de gas, por lo que el producto del

ciclo puede ir desde un trabajo mecánico que se emplee para la produccin de energ)a

http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_termodin%C3%A1micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_termodin%C3%A1micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_de_gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_de_gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_termodin%C3%A1micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_termodin%C3%A1micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_de_gas


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eléctrica o alg%n otro aprovec(amiento ,caso de las industrias de generacin eléctrica y

de algunos motores terrestres o marinos, respectivamente, (asta la generacin de un

empuje en un aerorreactor!

2#!E"ICIENCIA DEL CICLO

1e encuentra que la eficiencia de las máquinas de rayton en ciclo cerrado dependen

%nicamente de la relacin de presiones isentrpicas! 1i se aumenta la presin de entrada

a la turbina, también se incrementa la temperatura en dic(a entrada! +a temperatura de

entrada a la turbina, con frecuencia, está limitada por las propiedades de los álabes, lo

que corresponde a un l)mite superior práctico en la eficiencia del ciclo! +a máquina de

rayton con ciclo cerrado 2adicin e0terna de calor3 (a recibido una atencin

considerable para emplearla en sistemas nucleares y, más recientemente, en sistemas de

energ)a solar a temperatura elevadas

2#1! E"ICIENCIA Y CURVAS DE E$PANSIÓN REAL

&n ciclo rayton 2o .oule3 ideal modela el comportamiento de una turbina, como las

empleadas en las aeronaves! -ste ciclo está formado por cuatro pasos reversibles, seg%n

se indica en la figura 4! 5ruebe que el rendimiento de este ciclo viene dado por la

e0presin

263

siendo r 7 p 8 p9 la relacin de presin igual al cociente entre la presin al final del

proceso de compresin y al inicio de él! -l método para obtener este resultado es

análogo al empleado para el 'iclo Otto!

"%&'() 1 -squema de una turbina a gas!

http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Ottohttp://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Otto


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2#2!ADMISIÓN

-l aire fr)o y a presin atmosférica entra por la boca de la turbina

"%&'() 2 $iagrama olumen 8 5resin!

2*!CLASI"ICACIÓN Y PARTES CONSTITUTIVAS

$ependiendo de su origen las podemos clasificar como:

a3 A+(-+(%.)-)/: 1on aquellas que tiene su origen en turbinas dise*adas para

propulsar aviones, son compactas, robustas, tienen una alta relacin

potencia8peso, son versátiles de operar, ya que al derivar de aviones estos nos

van siempre a un ritmo constante y pueden necesitar subidas o bajadas rápidas

de potencia, su arranque es más sencillo que las dise*adas para uso industrial

puro! 1us potencias rondan los ;< "=! Todas estas caracter)sticas las (acen

fáciles de mantener y sustituir en caso necesario!

"%&'() # Turbina 9eroderivada!


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b3 I-'/(%)+/: 1on turbinas dise*adas desde su origen para uso industrial por lo

que su peso y tama*o es mayor al no estar limitadas por su lugar de utilizacin,

por lo que al ser de gran tama*o en general las revisiones se llevan acabo en la

misma planta! 1e (a buscado siempre grandes potencias para produccin

eléctrica estas pueden llegar (asta unos ;


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b3 C34)()/ -+ 54'/%7 A')(+/: -n este tipo de cámara de combustin, la

cámara forma un anillo continuo alrededor del eje entre el compresor y la

turbina, los quemadores los tiene dispuestos a lo largo de todo el anillo, la

mezcla combustible8comburente y la distribucin de temperaturas es menos

uniforme que en las tuboanulares, aunque también son menores las pérdidas de

carga y tiene una buena refrigeracin la cámara de combustin! +as turbinas con

este dise*o suelen ser aeroderivadas, principalmente utilizadas por los

fabricantes 9lstom y 1iemens!

"%&'() 6 'ámara de combustin 9nular!

c3 C34)()/ -+ 54'/%7 T')')(+/: -ste tipo de cámaras de combustin

está formada por una serie de cilindros puestos alrededor del eje cada uno con su

quemador y sistema de encendido, por lo que en caso de que uno no encienda

puede provocar grandes diferencias de temperatura con los problemas que esto

puede acarrear! 1on más pesadas al tener varias cámaras de combustin, pero

tienen una mayor resistencia estructural! 1us fabricantes son Aeneral -lectric y

"its(ubis(i!

"%&'() 'ámara de combustin Tuboanular!

$ependiendo del n%mero de ejes las podemos clasificar como:


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a3 M+;+: -n este tipo de turbinas el compresor, turbina y generador, están todo

unidos en el mismo rotor girando de forma solidaria, son las más comunes para

uso de generacin eléctrica! 1u velocidad de giro suele estar en B


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*1!RECEPCIÓN DE LA TURBINA

+os datos que se incluyen son C%meros de 5arte 2C53, C%meros de 1erie 2C13 (oras de

funcionamiento desde nuevo, (oras de funcionamiento desde la %ltima reparacin, (oras

remanentes, etc!

$ependiendo del motivo de ingreso al área reparadora se puede realizar un 5eritaje con

la participacin de los distintos grupos que intervendrán en el proceso 2Dngenier)a,

'alidad, 5lanificacin, etc!3 que acordarán como, que y cuando y en qué plazo se

realizarán las reparaciones y se entregará el motor en servicio!

*2!DESARMADO

9 continuacin, se resume que tareas incluye esta etapa importante del proceso de

reparacin!

5ara ello se confecciona una especie de +ibro de Trabajo donde se ordenan las tareas y

se solicita de que )tems debe asentarse el C5 y C1 2si lo tuviera3 de las partes más

importantes# además de datos como torqueos (uelgos y mediciones que puedan ser

tenidas en cuenta al momento de definir aptitud de una pieza o a tener en cuenta en el

armado!

&na vez desarmado primero en sub conjuntos y luego en partes, se descarta el material

que luego será cambiado 2cambio mandatario3 y el resto se identifica con una tarjeta

blanca, la que acompa*ará a la misma (asta que el inspector resuelva su estado!

-l nivel de desarmado puede llegar a retirar todo los alabes tanto de las ruedas de

compresor como de turbina, tarea que es realizada por un área espec)fica!

*#!LIMPIE>A

+as partes deben ser lavadas por un lado para liberarlas de aceites, grasas y cualquier

“mugre” que dificulte desde la performance, y por otro por un tema de presentacin y

buen trabajo en el armado, además de facilitarle al inspector la decisin de la aptitud de

la parte!

-0isten varios procesos de lavado, dependiendo del material base con el que están

construidas las partes, el tipo de suciedad que normalmente las ataca y el grado de la

misma!

+os procesos pueden ser ataques qu)micos, realizados en cubas espec)ficamente

construidas, las que cumplen con procesos o tipos de ba*o normalizados, otros son del


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tipo mecánico como part)culas metálicas, o0ido de aluminio, cáscara de nuez,

granallado, arenado, etc!

5ueden ser lavadas solamente con solvente o Eerosene y agua# (asta alguna de las piezas

son terminadas a mano! Todas luego son debidamente secadas y protegidas!

+o que se persigue es visualizar si e0isten grietas o discontinuidades las que son

marcadas en la documentacin 2+ibro de Trabajo3, solamente como 1D CO, posee o no

alguna novedad para que el inspector pueda discernir si la pieza es reparable o no!

**!INSPECCIÓN DE MESA

-sta es considerada prácticamente la etapa más importante del proceso, dado que es

donde se define si una pieza está apta y puede continuar en el servicio, admite

reparacin o debe ser descartada!

5ara ello cuenta con la documentacin del fabricante quien detalla el grado de falla

permitido y la posibilidad de reparacin!

+as partes que pueden seguir utilizándose porque se consideran aptas las identifica con

una tarjeta amarilla, con una tarjeta verde o verde y blanca dependiendo si se debe

realizar un test para confirmar la aptitud o que admite reparacin, o una tarjeta roja si

supera los l)mites de falla o tiene que reemplazarse por cumplir una vida %til!

+as partes a reparar en la tarjeta tiene que incluir que parte del manual de fabricante

detalla cmo (acerlo o en su defecto solicita que ingenier)a de mantenimiento describa

el proceso para volver la parte al servicio!

Toda esta informacin debe estar asentada en el +ibro de Trabajo y en documentacin

espec)fica disponible para cada caso!

*9!REPARACIONES*91!PRUEBA =IDROST?TICA PRUEBA DE PRESIÓNFCormas&C-G>6G4H

+a presin de 5rueba 55!, viene dada por la e0presin: 55! 7 6!; 5d

$onde 5d es la presin de trabajo en las peores condiciones de trabajo!

5reparacin de la prueba:

6! +impiar en interior de la caldera y que esté libre de obstáculos!

4! erificar que todas las zonas del cuerpo resistente a inspeccionar son accesibles

y carecen de cualquier otro recubrimiento

B! -l manmetro debe comprender como m)nimo en su escala (asta 4!; 55!

I! $ebe (aber un precalentamiento del aire, no se aconseja aire a baja temperatura!


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;! Jealizacin de la prueba

*92!PROCESO DE PRESURI>ACIÓN TIEMPO

1e procede al llenado de aire de las partes a presin (asta alcanzar la presin de prueba

y se cierra en ese momento el dispositivo de alimentacin 2cuidando que no e0istan

bolsas de aire, la aportacin de aire para pasar de 5d a 55 debe ser de peque*o caudal3!

$urante un tiempo de 4< min! 1e comprueba que el manmetro permanece inalterable,

y se realizan las mediciones y se inicia la inspeccin visual!

*9#!MEDICIONES E INSPECCIÓN DURANTE LA PRUEBA

1e deben realizar a la presin de prueba! 1eguidamente se procede a la inspeccin visual

principalmente en las uniones vigilando que no (aya fugas! +uego se procede a un

vaciado de la caldera (asta un rango de amplitud F5d,

$eben realizarse en los mismos puntos en que se efectuaron durante la prueba, con el

fin de determinar si se (an producido deformaciones permanentes!

*6!ARMADO

-l ensanblamiento de los alabes son primordialmente los más dif)ciles por su alta

dificultad y de acuerdo al dise*o de la turbina!

+os alabes ya instalados sigue la cámara de combustin los conductos deben estar

alineados para una buena inyeccin y refrigeracin!

-l compresor tiende a ser dificultoso por sus m%ltiples partes y una vez instalado, por

ultimo sigue el estator como una tapa cual cierra erem)ticamente sin ning%n escape ya

que cualquier fuga a esa presin y velocidad causa accidentes fatales!

*!PRIMERA PUESTA EN MARC=A

5uesta en marc(a después de un amplio periodo de parada!

9ntes de poner en servicio el generador, deberá revisarse el estado de las válvulas de

seguridad, niveles, manmetro y demás controles y equipos au0iliares que el mismo

incorpore, comprobándose su estado!

• 'omprobar que las válvulas de cierre del circuito de combustible están abiertas!

• 'omprobar que las válvulas de cierre del circuito de aire de alimentacin están

abiertas!

• 1i comenzamos con el generador desde presin cero, abrir la válvula de

aireacin!


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• Observar el agua en los niveles, si ésta falta, debe ponerse la bomba en marc(a

automáticamente al accionar los interruptores generales y de bomba de

alimentacin!

• 'olocar el interruptor general en posicin OC 2-n "arc(a3 9ccionar el pulsador

de rearme o desbloqueo!

• 'olocar el interruptor del quemador en posicin conectado!

• 'errar la válvula de aireacin cuando salga un flujo continuo de vapor por la

misma!

V CONCLUSIONES

• A#$%&'$%&( )* +,'%'+'( &$ /%'(%)0'$%#( *) #/,'%) $

$%/$%#,) $% +$,$#) (%&''(%$ +),) /% +#'0(

/%'(%)0'$%#( $%$,#'( $% *) +*)%#) &$ $%$,)'%$(#,0').

• +os mantenimientos de las partes de la turbina dieron como resultados que los

alabes se cambiaron por deficiencia de grietas, el compresor y la cámara de

combustin permanecen ptimos!

• +a vida %til de la maquina se acorto por la constante falla y mala eficiencia

dando como resultados más contaminacin por desec(os t0icos al medio

ambiente!

VI OBSERVACIONES Ó DI"ICULTADES

-l trabajo neto de un ciclo de turbina de gas es la diferencia entre la salida de trabajo de

la turbina y la entrada de trabajo del compresor, y puede incrementarse si se reduce el

trabajo del compresor o si aumenta el de la turbina o ambos!

'uando aumenta el n%mero de etapas, el proceso de compresin se vuelve isotérmico a

la temperatura de entrada del compresor y el trabajo de compresin disminuye!

VII SUGERENCIAS

5ara el mantenimiento preventivo y priorizar la seguridad, lo cual sugiero evaluar

riesgos, eliminar peligros y tener como fundamental soporte el control de ingenier)a y

admirativo!

Jecomendar ante todo el uso de los -55s y seguimiento de los 5-T1 a la vez respetar y

actualizar eventualmente los D5-J!

VIII BIBLIOGRA"IA


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