unidad 1 maquinas de fluidos compresibles

SELECCI6N E INSTALACI6N DE EMPAQUETADURAS MECANICAS 177

otro material trenzado para ayudar a mantenerles la for- Propiedades de las empaquetaduras
ma. Estas empaquetaduras se suelen hacer con materia-
les a base de libras de asbesto, con grafito o con mica Las propiedades deseables en la empaquetadura me-
y aceite 0 grasa; a veces se agregan otros materiales para cánica son elasticidad, resistencia a los productos quími-
tener un producto terminado con las propiedades desea- cos y resistencia física.
das. w La elasticidad permite colocar la empaquetadura
en un prensaestopas y que sufra una ligera deformación
Otros dos tipos son las empaquetaduras de caucho y para adaptarse en el mismo. También permitirá que se
lona y de caucho y asbesto. Las empaquetaduras de cau- deforme cuando haya flexión del eje durante el funcio-
cho y lona son capas laminadas de lona de algodón que namiento.
se trata con un compuesto de caucho sin curar; la cura n La resistencia a los productos químicos evitará el
produce la forma, tamaño y resistencia finales deseados ataque por el líquido que se sella con la empaquetadura;
y después se impregnan con lubricantes secos, sólidos o esta resistencia debe incluir la del lubricante. Las pérdi-
húmedos. Las empaquetaduras de asbesto y tela son si- das de lubricante por ataque o “lavado” por los produc-
milares a las de caucho y lona. Ambos tipos se utilizan tos químicos a menudo son toleradas por los usuarios.
también con anillos de extremo para bombas de baja ve- Por ejemplo, un disolvente podría disolver un lubricante
locidad que manejan líquidos muy viscosos. En este ser- de petróleo en la empaquetadura, por lo cual se necesita
vicio, las empaquetaduras suelen tener refuerzo de un tipo diferente. Cuando se pierde el lubricante, el ma-
alambre. terial trenzado ya no sella, se vuelve abrasivo y hay que
reemplazar la empaquetadura para evitar daños al eje o
Los lubricantes para empaquetaduras mecánicas son camisa.
sólidos, secos o líquidos. Los sólidos o secos pueden ser n La resistencia física protege la empaquetadura con-
el tetrafluoroetileno (TFE), grafito, mica y disulfuro de tra daños mecánicos en particular cuando hay “chico-
molibdeno. Los líquidos incluyen aceites, refinados y sin- teo” del eje o cualquier acción mecánica producida por
téticos, grasas minerales y animales y diversas ceras. Al- el líquido, por ejemplo, cuando el líquido se cristaliza en
gunas empaquetaduras incluyen su propio lubricante y la empaquetadura y se produce desgaste mecánico entre
son las de tipo grafítico. ella y el eje o camisa. Para estos casos, se deben utilizar
un anillo de cierre hidráulico y lavado.
Clases de empaquetaduras La empaquetadura mecánica deseable debe:
n Incluir lubricante para sacrificio para que al arran-
Las empaquetaduras mecánicas se pueden dividir en que inicial o si se aprieta en exceso la empaquetadura,
tres clases generales que son: tipo de compresión, auto- en vez de que se dañe ésta, se pierda el lubricante.
máticas y flotantes y se ilustran en la figura 3. n Mantener su volumen físico y no perderlo con ra-
pidez. Para ello, u) no se utiliza lubricante o b) seutiliza
En las empaquetaduras de compresión se utiliza la fuer- una combinación de lubricantes para que la pérdida de
za producida por la placa de extremo para hacer contac- volumen sea lenta y controlable. Por ejemplo, el empleo
to con el eje. En estas condiciones, el lubricante suaviza de lubricantes que se funden a diferentes temperaturas
el control con el eje y se va disipando con el tiempo. Cuan- puede controlar la pérdida de volumen.
do ocurre la pérdida total del lubricante, hay que reem- n Minimizar las rayaduras del eje o camisa.
plazar la empaquetadura (Fig. 4). H Tener máximas aplicaciones dentro de su tipo. Es-
to sólo es posible con las más costosas. Con las de fila-
Las empaquetaduras automáticas son de una construc- mentos o cintas de grafito y algunas de TFE.
ción en la cual el contacto con el eje no depende de la ’
compresión del prensaestopas o sólo depende de la com-
presión inicial del mismo. Se suelen instalar de modo que Materiales para las empaquetaduras
la presión ayude a las fuerzas de sellamiento. Cualquier
empaquetadura del tipo de pestaña o labio, sella en un Debido a las crecientes exigencias del servicio, las em-
solo sentido y se utiliza más en máquinas reciprocantes. paquetaduras hechas con libras animales o vegetales o
cuero tienen un empleo cada vez más limitado. LOS
Un anillo de pistón es un ejemplo de empaquetadura materiales más comunes son las fibras minerales como
flotante; cualquier empaquetadura segmentada que fun-
ciona en un espacio limitado y que se mantiene unida
con resortes, sería del tipo flotante. En este artículo no
se describirán las flotantes ni las automáticas.

Empaquetadura nueva Se escapa el lubricante primario La pérdida de lubricante enducere
de la empaquetadura e inutiliza la empaquetadura

Fig. 4 El casquillo del estopero oprime la empaquetadura contra, el eje

178 SELLOS Y EMPAQUETADURAS con abrasivos en ninguna forma, sino que se deben cortar con
cuchillas. ”
ZQué es la empaquetadura y
por qué se necesita? El asbesto tiene una resistencia excepcional a los pro-
ductos químicos y al calor, además de su gran retención
Si se aplican cera o petrolato en un cordón de de lubricantes. El iipo que más se utiliza para empaque-
cáñamo torcido, se tiene una empaquetadura taduras es la crocidolita blanca, por la longitud, resisten-
mecánica primitiva, que serviría para impedir la cia y flexibilidad de sus fibras. En la tabla 1 aparecen las
entrada de agua, a una lancha en el lugar en que el gamas de temperatura para diversos tipos de empaque-
árbol de la hélice sale del casco al agua. La cavidad taduras.
donde se pone la empaquetadura se llama prensaestopas
o estopero. Este ejemplo presenta los elementos En algunas plantas se ha prohibido el uso del asbesto.
primarios de una empaquetadura mecánica: un Si la OSHA, u otras autoridades y la industria deben de-
material fibroso al cual se agrega un lubricante. sechar los productos de asbesto, se necesitarán otros ma-
teriales. Cuando se emplean empaquetaduras de fibras
Con el tiempo se arrastrará la cera y el cáñamo se de TFE, grafito o cerámica aumentará el costo, mien-
puede pudrir por la inmersión. Para que esta tras que si se utiliza algodón, por ser más barato, durará
empaquetadura tenga buen resultado en la lancha, se muy poco.
deben buscar materiales que no se pudran con
facilidad y un lubricante que no se disuelva con La fi4ra de vidrio Fiberglass se ha utilizado en algu-
facilidad en agua dulce o salada y que no se pegue nas empaquetaduras mecánicas; resiste. los productos quí-
en el árbol cuando no se utiliza la lancha durante micos y se puede trenzar con facilidad, aunque tiene
algún tiempo. algunos inconvenientes. El principal es que se desinte-
gra y desgasta el equipo. Aunque se ha trabajado para
En la industria hay muchas aplicaciones similares a perfeccionar la fibra de vidrio, parece ser que el empleo
las de la lancha, pero mucho más complejas. Las de fibras de cerámica, aunque son mucho más costosas,
empaquetaduras se utilizan casi con cualquier líquido a la larga pueden sustituir al asbesto. La cerámica, que
conocido, con todos los equipos y en diversas tiene resistencia a las altas temperaturas y es inerte para
condiciones de servicio. Por ejemplo, se requiere que los productos químicos, pulimenta en vez de gastar un
sellen a temperaturas desde -3OO’F hasta 2 OOO’F y eje o una camisa. Por ello, hay posibilidades de utilizar-
con presiones desde un vacío hasta 1 000 psig. Ahora la mucho en las empaquetaduras mecánicas, pero su des-,
se utilizan empaquetaduras hidráulicas para presiones ventaja es el alto costo. A la larga, quizá el Fiberglass
mayores de 15 000 psig. será el sustituto de bajo costo para la cerámica.

asbesto, vidrio, cerámica y metal y las fibras sintéticas La hilaza de grafito ha tenido mucha aceptación en los
como el Teflón y el carbón. Todavía se utilizan algodón, últimos años, pero sus desventajas son la fragilidad y el
lino y cuero; el cuero es para tazas o copas y el algodón alto costo. Es porosa pero esto se corrige con llenadores
se emplea en ciertas aplicaciones sencillas por su bajo cos- de carbón dispersos en las fibras que bloquean el líquido
to. El lino es muy común en las empaquetaduras mari- y, al mismo tiempo, reducen las roturas de las fibras. Qui-
nas por su resistencia a pudrirse, compresibilidad y zá su única desventaja sea el costo.
resistencia a la tracción.
Uno de los factores en muchos productos nuevos que
Debido a que se sabe que el asbesto (amianto) es car- tienen alta resistencia al calor es que el punto débil ya
cinógeno, se hará un breve resumen de los reglamentos no es la empaquetadura. Desde siempre, cuando se aprie-
oficiales para utilizarlo. Debido a que el asbesto es un ta en exceso o se instala en forma incorrecta, ha ocurri-
material restringido, se necesitan métodos estrictos para do la falla pero el lubricante que contiene protege el
manejarlo y hasta que queda en su forma terminada fi- equipo. Las empaquetaduras de cerámica o grafito no fa-
nal debe cumplir con los requisitos, en cuanto a exposi- llan al apretarlas en exceso, pero su aplicación incorrec-
ción, de la Occupational Safety and Health Act (OSHA) ta puede generar suficiente calor para fundir el eje o
y reglamentos similares en otros países. Dado que la ma- camisa. Por tanto, hay que tener cuidado especial al.ins-
yor parte de las empaquetaduras de asbesto terminadas talar y en el asentamiento inicial de las empaquetaduras
contienen lubricantes o algún aglutinante, ya no están de grafito.
bajo el control de la OSHA. La parte aplicable del regla-
mento dice: Tabla I Intervalos de temperatura para
empaquetaduras de asbesto
“Las fibras de asbesto deben ser modificadas con un agluti-
nante, revestimiento u otros materiales de modo que durante Grado Contenido de asbesto, Temperatura aproximada
cualquier uso previsible, no ocurra el manejo, almacenamien- % de servicio, ‘F
to, eliminación, procesamiento 0 transporte a una concentra- Comercial
ción de fibras en el aire mayor a los límites de exposición Underwriters 75 - 90 Hasta 400
definidos por la OSHA. No hay empleo previsible de estos pro- 80-95 450
ductos que produzca una cantidad mensurable de partículas de A 95-90 550
asbesto en suspensión en el aire. Si es necesario alterar estos AA 90 - 95 600
materiales en una planta. nunca se deben cortar con sierras o AAA 95-99 750
AAAA 99 - loa 900

SELECCIÓN E INSTALACl6N DE EMPAQUETADURAS MECÁNICAS 179

Lubricantes para empaquetaduras El TFE ha sido el adelanto más grande en lubricantes
para empaquetaduras y se utiliza en muchos tipos. Pue-
La mica es una sílice hidratada y es similar al talco co- den contener hasta 35% de TFE según el tipo de cons-
mo lubricante; ambos se utilizan todavía en empaqueta- trucción y las características de absorbencia de la hilaza
duras de válvula pero rara vez en máquinas rotatorias base; tiene un límite de temperatura de 500°F y es casi
por la alta, fricción que producen. También se emplean inerte a todos los productos químicos. Las excepciones
en donde la decoloración del producto ocasionada por el son los metales alcalinos fundidos y algunos compuestos
grafito o el disulfuro de molibdeno puede ser un proble- halogenados raros.
ma.
Se utilizan algunos acéites de siliconas como lubrican-
El grafito es el lubricante más común para empaque- tes para altas temperaturas. Estos aceites tienen mayor
taduras y es inerte a la mayor parte de los productos quí- resistencia a la corrosión y pueden funcionar a tempera-
micos. Su valor lubricante se atribuye a las obleas muy turas más altas. A menudo se agregan en el anillo de cie-
delgadas que se adhieren a la empaquetadura y otras su- rre hidráulico durante la instalación o el funcionamiento
perficies de contacto. Uno de los problemas con el grafi- de la empaquetadura.
to es que facilita la corrosión electrolítica 0 galvánica y,
por ejemplo, ocasiona picadura de los vástagos de válvu- El lubricante ideal para empaquetaduras debe:
las en servicio con vapor a alta presión. 1 . Lubricar entre la empaquetadura y el eje para evi-
tar desgaste, rayaduras o pegaduras. Es esencial un bajo
El disulfuro de molibdeno es un lubricante seco con coeficiente de fricción.
aspecto, forma y “tacto” similares al grafito, pero no pro- 2. Actuar como bloqueador entre las fibras para evi-
duce corrosión electrolítica. Su utilidad principal es evi- tar el escape de un exceso de líquido por las costuras de
tar el desgaste de las superficies metálicas porque se la empaquetadura.
adhiere a los ejes, con lo que se mejora la lubricación de 3. Ser insoluble en el líquido que se bombea.
las empaqueiaduras, pero tiene la desventaja de que se 4. Trabajar a la temperatura recomendada para la em-
oxida a unos 650’F y pierde sus propiedades lubrican- paquetadura básica, excepto cuando se trata de un lu-
tes. bricante de sacrificio que ayuda en el asentamiento inicial.
5. Tener larga duración en almacén sin endurecerse
Otros lubricantes como la grasa mineral, el sebo y los ni perder sus características básicas.
aceites de petróleo tienen resistencia limitada a la tem- 6. Ser compatible con el líquido que se bombea y no
peratura y a los productos químicos. Los aceites de pe- contaminarlo.
tróleo se pueden carbonizar a altas temperaturas y se 7. Impedir la corrosión galvánica o electrolítica.
reduce o pierde su valor lubricante. En la tabla II se resumen los límites para los materia-
les y lubricantes de las empaquetaduras.
El disulfuro de tungsteno es otro lubricante para tem-
peraturas muy altas, alrededor de 2 400°F y es muy re- Adición de lubricante a la empaquetadura
sistente a la corrosión. Aunque no tiene las cualidades
lubricantes del disulfuro de molibdeno o del grafito, sí El anillo de cierre hidráulico, llamado a veces de lin-
tiene resistencia a las altas temperaturas y se emplea en terna, se hace con material rígido como bronce, acero ino-
empaquetaduras para válvulas de vapor y juntas de ex-
pansión.

Tabla II Límites máximos de servicio de empaquetaduras mechnicas

Empaquetadura Fugas al Fugas en Temperatura Presión a Presión Temperatura
asentamiento, funcionamiento, mhxima, m8xima. a presión
Asbesto y PTFE v“ temperatura mhxima,
PTFE, lubricado gotaslmin’ gotaslmin’ mhxima, psig4 +
Asbesto y grafito 600 psig4
Grafito y fibra 120 60 600 200 100
Cinta de grafito 120 60 400 50 200 100
Plomo 60 1000 600)* 60 260 100
Aluminio 60 50 360 300
Lino 60 1000 BIO~~ 60 360 300
Plástico 60 360 50 100
60 60 ” 200
60 8 0 0 600)* 60 200 200
60 200 60 200 200
360 60

1. Cantidad de fugas: 1 ml/min = 10 a 20 gotas/min.
2. El número mayor es para atmósfera no oxidante; el menor es para atmósfera oxidante.
3. Se suponen anillos formados en troquel.
4. La temperatura es la del producto; la presión es la del prensaestopas.

Datos b6sicos: Eje de 2 in, 3 660 rpm. Fugas controladas durante 720 h. Sebombea agua. Se supone AT máxima de 100°F KWF
con lino) por la fricción del eje. Se pueden esperar resultados satisfactorios con estos límites y con el Procedimiento de Prueba No. 1
de Fluid Sealing Assn. (FSAI.

180 SELLOS Y EMPAQUETADURAS o camisa que puedan estar rayado, pero las rayaduras
deben ser lisas. Estas rayaduras son una característica del
- Lubricante desgaste de la empaquetadura y estos productos se de-
ben adaptar a las irregularidades en los ejes rotatorios.
El lubricante puede ser líquido o grasa En ejes alternativos, las rayaduras deben ser axiales y li-
sas.
Fig. 5 El anilo de cierre sirve para lubricar la
empaquetadura Selección de la empaquetadura

xidable, Nylon o TFE y es poroso para permitir el libre Cada fabricante de empaquetaduras publica sus guías
paso del lubricante. El lubricante penetra por el exterior para la selección; ésta es más bien un arte que una cien-
del anillo y fluye a1 eje o camisa. Este anillo tiene anillos cia. Los factores que se deben considerar en la selección
de empaquetadura en ambos lados (Fig. 5). incluyen todas las condiciones del líquido como tempe-
ratura, lubricidad y presión y los del equipo como velo-
Otros tipos de empaquetadura cidad, condiciones físicas, material del eje o camisa y
aspectos diversos como dimensiones, espacio disponible,
En estos últimos años se han introducido otros tipos servicio continuo o intermitente y cualquier combinación
de empaquetaduras como las de cordón de TFE y las de de ellos. Por tanto, se necesita adiestramiento del perso-
cinta grafítica. nal de la planta.

El cordón de TFE está disponible en carretes y tiene Los dos factores más comunes para la selección de la
cierta semejanza con un cordón duro de pasta dentífri- empaquetadura son PV y el pH. El factor PVes la pre-
ca. Cuando se pone en el prensaestopas se adapta a su sión (P, psig) en el prensaestopas multiplicada por la ve-
forma y tiene todas las ventajas del TFE. Su empleo prin- locidad (V, ft/min) en el superficie del eje e indica la
cipal es para formar juntas y para empacar válvulas y dificultad relativa de la aplicación; cuanto más alto
una gran ventaja es que permite reducir el número de sea el número más difícil será. Por ejemplo, un eje de
juntas .y empaques de válvula en existencia. 1 718 in que gire a 1 800 rpm y trabaje con 50 psi, tiene
un factor PV calculado como sigue:
La empaquetadura de cinta grafítica se forma sobre
el eje (Fig. 6). Después se introduce en el prensaestopas PV = 50(1.875 7r/12)(1 800) = 44 178
y se comprime contra los anillos. Sus ventajas: es auto- Un eje de 4 in a 1 200 rpm y 50 psig tiene un factor
lubricante, flexible, buena conductora de calor, resistente PV de 50 265; sería la aplicación más difícil, con todas
a las altas temperaturas, máxima resistencia a la corro- las demás condiciones iguales.
sión y se puede instalar en un estopero de cualquier ta- El pH es una medición de la acidez o alcalinidad de
maño. Es un poco engorrosa para instalarla pero da muy un líquido. La escala es de 0 a 14, en donde 0 represen-
buenos resultados y no se necesita tener una gran exis- ta un ácido fuerte, 7 es neutro o sea agua destilada y 14
tencia. es un álcali 0 cáustico fuerte. Las guías para selección
incluyen los valores del pH.
Algunos productos de TFE extruido y de grafito y TFE También se deben tener en cuenta muchos otros facto-
se utilizan por su facilidad para formarlos dentro del pren- res. Por ejemplo, se puede requerir lavado de un anillo
saestopas. Tienen buena duración para sellar en un eje de cierre hidráulico o agregar un sistema de enfriamien-
to y drenaje de la empaquetadura o calentar o enfriar
Fig. 6 La empaquetadura formada en el sitio es el eje respectivo.
autolubricante Anillos de extremo

Desde el principio de las empaquetaduras mecánicas,
se han colocado anillos en la parte inferior del prensaes-
topas o en su parte superior junto al disco y se llaman
anillos de extremo. Su finalidad es evitar la extrusión de
los anillos contiguos hacia un espacio libre excesivo sea
en la parte inferior del prensaestopas o en los diámetros
interior y exterior del disco. Estos anillos, que suelen ser
de un material más denso y, muchas veces, mecánicos,
también pueden ser tejidos si las condiciones de funcio-
namiento lo permiten. Desde hace unos años, el anillo
del extremo tiene además la función de actuar como ani-
llo bloqueador inicial para evitar que entren sólidos al
prensaestopas y destruyan la empaquetadura.

Los anillos de extremo se hacen con babbitt, aluminio
y diversas telas tejidas que, muchas veces se vulcanizan

SELECCIÓN E INSTALACl6N DE EMPAQUETADURAS MECÁNICAS 181

para darles un alto grado de dureza. Los anillos se cor- le aplica presión para eliminar todos los huecos en el anillo
tan de una hoja y se ajustan a la medida del prensaesto- de empaquetadura. El molde es de un tamaño específico
pas. Un tipo más reciente se fabrica con material macizo para que el anillo sea del diámetro del eje o camisa y del
como TFE o carbón y grafito; estos materiales autolu- diámetro interno del prensaestopas. Estos anillos se co-
bricantes permiten al usuario obtener holguras muy pre- locan en el prensaestopas y hay mínima necesidad de vol-
cisas entre el eje y el prensaestopas para evitar la vera apretar el casquillo durante el asentamiento inicial.
extrusión. Esto es de particular importancia cuando se Estos anillos tienen máxima resistencia a la extrusión, no
utilizan materiales más fáciles de extruir como produc- dejan entrar materiales abrasivos y pueden sellar con pre-
tos de cinta de grafito y de TFE plegable. siones altas. Estos factores, a menudo, compensan su cos-
to más elevado.
Anillos alternados
Los anillos formados en troquel se emplean principal-
Si se utilizan anillos de diferentes materiales y se colo- mente en aplicaciones para alta presión en donde se ne-
can alternados en el prensaestopas, se pueden lograr ca- cesitaría un largo tiempo de asentamiento inicial si se
racterísticas que no se obtienen con ninguna empaque- emplean anillos no troquelados; con ello se reduce ese
tadura. Por ejemplo, si se alterna un anillo muy blando tiempo.
con una empaquetadura dura, se resistirá la deformación
bajo presión. 0 bien si se alterna un anillo blando de gra- Estos anillos pueden ser una gran ayuda para mante-
fito con uno de TFE ayudará a controlar la rápida dila- ner el anillo de cierre hidráulico en su lugar. En este ca-
tación del TFE con los cambios de temperatura; la so, los anillos entre el anillo de cierre y el fondo del
blandura del anillo de carbón protegerá al de TFE du- prensaestopas serían troquelados y los que están entre el
rante la dilatación. Por lo general, el empleo de anillos anillo de cierre y el casquillo o collarín no serían de este
alternados lo deciden el usuario y el fabricante según la tipo. Sin embargo, hay la posibilidad de que las fugas
aplicación. Dado que la selección de empaquetaduras es desde la entrada al anillo de cierre hasta el casquillo fue-
más bien un arte que una ciencia, no se pueden demos- ran mayores que desde ese anillo hasta el líquido que se
trar los resultados de un tipo particular. bombea. Se recomienda que todos los anillos de empa-
quetadura sean del tipo troquelado.
Cuando el usuario tiene el mismo cuidado al instalar
empaquetaduras que cuando instala los sellos mecánicos, Para empacar una bomba centrífuga
se pueden tener mucho mejores resultados con la de ani-
llos alternados. Con empaquetaduras de TFE se tendrán Se calcula que el 75% de todos los problemas con las
mejores resultados si los anillos alternados permiten apre- empaquetaduras son por mala instalac$n; el método es
tar más el estopero; el anillo alternado evitará que se cha- crítico y con mucha frecuencia se supone que es cosa de
musque el TFE porque permite su dilatación más rápida rutina y no se tienen en cuenta los problemas que pue-
cuando se genera calor. Además, el material para el ani- den ocurrir. Los daños, muchas veces, son tan pequeños
llo alterno puede funcionar hasta cierto grado cuando se y se los acepta y pocas personas dedican el tiempo para
verifica el TFE. estudiar la instalación y establecer un procedimiento, aun-
que éstos varían según la instalación y el líquido. El per-
Un problema con los anillos alternados es que se difi- sonal de mantenimiento inexperto utiliza una sola técnica
culta tener empaque eficaz cuando el prensaestopas tie- para todas las empaquetaduras y los resultados pueden
ne poco fondo y hay que utilizar anillo de cierre hidráu- variar. El personal adiestrado puede evitar muchas fa-
lico. llas debidas a los procedimientos de instalación.

Anillos formados con troquel En una publicación con los procedimientos para em-
pacar bombas, se incluyen 44 operaciones. En otra, las
Un anillo formado con troquel es un material que que- instrucciones son en 19 pasos y dan a entender que se
da a la elección del usuario; se coloca en un molde y se aplican al 90% de las instalaciones, pero con muchas ex-
cepciones.

Entrada de líquido conectada Entrada de líquido conectada Entrada de líquido conectada
con descarga de bomba con fuente externa con fuente externa
I’
l /’

Presión
mosférica

Fuga Fuga Fuga

a. Servicio para succión negativa b. Servicio con pastas aguadas c. Servicio con abrasivos
Para que haya Ilquido en el prensaestopas Líquido limpio de lavado para el anillo Líquido limpio de lavado para el anillo

Fig. 7 Colocación del anillo de cierre hidráulico para servicios especlficos

182 SELLOS Y EMPAQUETADURAS ,. Empaquetadura

Se trata de reducir el número de operaciones para que a. Córtese la empaquetadura en el mandril
sean más sencillas y se simplifiquen las explicaciones.
CD
1. Mídanse la desviación y el juego longitudinal del Correcto
eje, que deben estar dentro de las especificaciones del fa- b. Gírese para sacarla del mandril
bricante. En algunas bombas antiguas, la empaquetadura Fig. 8 Para cortar y desmontar anillos de
servía como una especie de cojinete y su duración era muy empaquetadura
reducida. Al examinar el equipo se deben tener presen-
tes los requisitos de que el eje debe girar con suavidad, o con un cilindro dividido. Hay que girar el eje de vez
no tener rebabas, vibraciones ni chicoteo. Hay que exa- en cuando para comprobar que no se traba con el asen-
minar siempre el cojinete y, si hay dudas, reemplazarlo. tamiento excesivo. Las uniones entre las puntas se de-
Para tener buenos resultados el equipo debe estar en bue- ben desalinear 120”. Después de envolver los anillos en
nas condiciones para que no ocasione fallas. el eje hay que evitar las aberturas entre las puntas corta-
das.
2. Examínense las condiciones del interior del pren-
saestopas; es mucho más importante de lo que parece. 10. Después de instalar la empaquetadura, apriétese
Pueden ocurrir fugas grandes en el sello estático que se el collarín con los dedos. Si es posible, haga girar la bom-
forma entre el diámetro exterior de la empaquetadura y ba una pequeña distancia cada vez. Las fugas iniciales
el diámetro interior del prensaestopas. Este diámetro debe deben ser grandes, en un chorro pequeño y no un goteo
ser liso y con un acabado que no exceda de 70 micropul- lento. Con empaquetaduras de TFE es necesario aflojar
gadas. Si el DE del prensaestopas es áspero, se puede tra- otro poco más el collarín. Si la empaquetadura es 100 %
bar la empaquetadura y requerir demasiada presión en de TFE, este paso es crítico y hay que seguir las instruc-
el casquillo para corregirlo y, a menudo, ocasiona fallas ciones del fabricante. Si la empaquetadura empieza a des-
de la empaquetadura. prender humo, párese la bomba y aflójese el casquillo.
Hay que tener un escurrimiento abundante antes de vol-
3. La colocación correcta del anillo de cierre hidráu- ver a poner en marcha la bomba.
lico es crítica si se necesita lavado. Consúltense las ins-
trucciones del fabricante de la bomba para el número de Normas para empaquetaduras y sellos
anillos de empaque que se instalan después del anillo
de cierre. Se puede pensar en el empleo de anillos forma- Los sellos mecánicos con caras de sello han tenido gran
dos en troquel para ayudar a colocar el anillo de cierre aceptación. En muchos casos son obligatorios en servi-
(Fig. 7). cios con líquidos que se sospecha o se sabe que son carci-
nógenos como el cloruro de vinilo y el benceno.
4. Determínense el tipo y tamaño correctos de la em-
paquetadura. Todos los operarios saben que las empa- En muchas bombas, las empaquetaduras mecánicas he-
quetaduras se fabrican para que. ajusten, pero los chas con los materiales modernos e instaladas por perso-
fabricantes también saben que sólo se logran buenos re- nal adiestrado lograrán resultados casi iguales que los
sultados con la selección y ajuste idóneos para la aplica- sellos mecánicos. Las empaquetaduras nunca podrán sus-
ción. tituir a los sellos mecánicos porque están prohibidas con
ciertos líquidos, pero son una opción viable en un gran
5. Córtense los anillos con un mandril (Fig. 8a); si no número de otras aplicaciones.
se tiene se pueden utilizar el eje o la camisa de la bomba.
Hay que hacer un corte recto para que las puntas que- En servicios peligrosos en refinerías, por ejemplo gaso-
den a tope. Quite los anillos metálicos del mandril como lina y propano, la norma API 610 (del Ameritan Petroo
se indica en la figura 8b. Se recomienda cortar los ani- leum Institute) requiere emplear sellos mecánicos. La
llos con una cortadora. Agencia de Protección Ambiental (EPA) exige sellos me-
cánicos dobles para los carcinógenos. La Organización
6. Quítense los anillos viejos de la bomba con las he- Internacional de Normalización (ISO) y Ameritan Soc.
rramientas adecuadas y evítese el contacto de metal con of Lubrication Engineers (ASLE) han establecido nor-
metal cuando sea posible. Compruébese que se han qui- .mas para sellos mecánicos; Fluid Sealing Assn. (FSA) y
tado todos los anillos; si queda uno solo en el prensaesto-
pas el anillo de cierre no quedará bien instalado. El
prensaestopas se debe llevar con un desengrasador o pro-
ducto similar. Compruébese que no llegan cuerpos ex-
traños ni el producto limpiador a los cojinetes.

7. Consúltense las instrucciones del fabricante de la
empaquetadura. iHay alguna recomendación especial pa-
ra el lubricante? Si no se conocen el lubricante requeri-
do y su posible interacción con el líquido que se bombea,
no se utilice lubricante. Dado que el 70% del desgaste
ocurre en los dos últimos anillos, o sea los más cercanos
al collarín, la lubricación puede ser crítica, siempre y
cuando se puedan lubricar.

8. Abranse los anillos con un movimiento de rotación
al instalarlos en el eje de la bomba (Fig. 8b).

9. Asiéntese cada anillo al instalarlo; hay que colocar
y comprimir uno por uno, con una herramienta especial

SELECCI6N E INS
National Fluid Power Assn., (NFPA) tienen normas pa-
ra empaquetaduras mecánicas e hidráulicas y FSA ha pro-
mulgado pruebas estándar para empaquetaduras, con las
cuales cualquiera puede establecer los factores de lubri-
cación de empaquetaduras. Un objetivo de la FSA es que
el “arte” de las empaquetaduras se convierta en una cien-
cia.

Lo que todavía predomina en la selección entre sellos
y empaquetaduras es la facilidad de instalación. Cada uno
tiene sus propias aplicaciones y se ha tratado de ayudar
a tomar una decisión.

STALACIÓN DE EMPAQUETADURAS MECÁNICAS 183

Richard Hoyle está a cargo del
desarrollo e ingeniería corporativos
en la A.W. Chesterton Co., Stone-
ham, MA 02180. Ingresó hace mu-
chos años y ha trabajado en amplia-
ciones, adquisiciones y problemas
técnicos especiales en las plantas. Es
miembro de los comités para sellos
mecánicos y empaquetaduras en AS-
LE, FSA, ANSI y Technical Assn,
of the Pulp and Paper Industry. Es
graduado del Lowell Technological
Institute.



Secci
Motores p
turbinas de v

Turbinas de vapor y de gas
Considérense las turbinas de gas para carga
Eficiencia de la turbina determinada con ca
programable

ión VI
primarios:
vapor y de gas

as pesadas
alculadora programable



Turbinas de vapor y de gas

Las industrias de procesos químicos necesitan una variedad de aparatos para
propulsión del equipo que incluyen: turbinas de vapor, turbinas de gas, motores
eléctricos, turbinas hidráulicas, turboexpansores y motores de gasolina y diesel. Sin
embargo, tres de éstos, turbinas de vapor, de gas y los motores eléctricos, son los
que predominan en la mayor parte de las aplicaciones. Este artículo se enfoca sobre
los dos tipos de turbinas; los motores eléctricos se cubrieron en un número @arte 3,

marzo 2, 1979, pp. 85-91) de la Chemical Engineering, Refresher on
Electrical Energy. En la página 181 empieza otro artículo relacionado con

turbinas de gas.

Turbinas de vapor

La confiabilidad, la capacidad de funcionamiento con velocidad variable y la
posibilidad de ahorro de energía hacen recomendable la turbina de vapor en muchos
procesos. En este artículo .se presenta una guía de estas máquinas y métodos para
las estimaciozs preliminares del consumo de vapor y del tamaño de la turbina.

Richard F. Neerken, The Ralph M. Parsons CO.

La turbina de vapor es un motor primario satisfacto- Otra ventaja de las turbinas de vapor es su confiabili-
rio y confiable para muchas máquinas de proceso. Se dad. En una planta en que se genera vapor como una
suele utilizar para la propulsión de bombas, ventilado- función del proceso, se considera que el suministro es
res, sopladores y compresores; también se emplea a me- muy confiable, pues no está sujeto a interrupciones, fa-
nudo en los generadores eléctricos para servicio de llas o problemas de transmisión de la energía eléctrica
emergencia o para suministro de energía eléctrica en y similares. De hecho, muchas veces se seleccionarán
plantas remotas. turbinas de vapor para impulsar el equipo más crítico de
la planta, que debe seguir funcionando en caso de inte-
Las turbinas de vapor son un tipo específico de turbi- rrupción o falla de la energía eléctrica.
nas de expansión. El fluido siempre es vapor, lo cual
permite diseñar la turbina con mucha exactitud, pues Al comparar el vapor con la electricidad, estos benefi-
las propiedades del vapor a todas las presiones y tempe- cios se deben tener en cuenta, además de los costos ne-
raturas prácticas, son de sobra conocidas. tos. De cualquier manera, las turbinas muchas veces
son la opción más económica, pues los requisitos de ba-
Las turbinas de vapor ofrecen la característica veloci- lance del vapor para el proceso pueden indicar ahorros
dad variable, que es muy útil para ahorrar energía en de energía desde su instalación. Por ello, una evaluación
las unidades motrices de bombas, sopladores y compre- al principio del diseño del proceso a menudo puede de-
sores. Si se instalan de modo que se pueda aprovechar mostrar que la turbina de vapor es el motor primario in-
su capacidad de velocidad variable, las turbinas de va- dicado para muchas máquinas importantes.
por permiten concordar los requisitos de energía con las
cargas reales, y pueden ahorrar gran cantidad de ener- Tipos de turbinas de vapor
gía en ciertas aplicaciones para procesos.
Todas las turbinas convencionales de vapor para
Por contraste, una máquina propulsada por un motor plantas de proceso son de flujo axial, en las que el vapor
eléctrico, que funciona con menos de la carga nominal se mueve paralelo al árbol y no cambia mucho su senti-
y a velocidad constante, necesitará algún tipo de control do cuando circula dentro de ella. Estas turbinas son de
del proceso, como la estrangulación del flujo de succión una etapa o de etapas múltiples.
o de descarga o la derivación del flujo sin pasar por la
máquina de regreso a la fuente de succión. Cualquiera
de estas acciones ocasiona desperdicio de energía.

Si se recuerda, en la termodinámica básica, la ecua- .
ción general’ de la energía se puede ver lo sencilla que
en realidad es la turbina de vapor:

1+3L+,1+ -4 5+ Q =
J %J J

5+ Y+h,+ -pJ2+v, w (1)
J %tJ

en donde: t = energía potencial, v = energía cinética
del fluido, h = entalpía, PV = energía de flujo del flui-
do, expresada como función de su presión y volumen,
Q = energía calorífica agregada, W = trabajo produci-
do en el árbol, g = constante de la gravedad (32.2
ft/s*), y J = constante de Joule (778 ft-lb/Btu).

Se puede considerar que en una turbina de vapor las
diferencias en la energía potencial y en la energía de flu-
jo son de cero entre la entrada y la salida y que no se
agrega energía calorífica. Por tanto, la ecuación (1) se
reduce a:

Entropía -UI+2 h&+h2+W

Fig. 1 Parte del diagrama de Mollier que ilustra %J QJ
la expansión del vapor en una sola etapa
Si la velocidad del vapor que entra a la turbina (no el
Las turbinas de una etapa tienen una sola tobera o un que fluye dentro de ella en las toberas o álabes) se consi-
grupo de ellas, con una sola expansión del vapor. Son dera como más o menos igual a la velocidad del vapor
adecuadas para las aplicaciones más pequeñas, y su po- cuando sale de la misma, lo cual tiene suficiente exacti-
tencia puede ser desde unos cuantos hasta 2 500 hp tud para seleccionarla, entonces el trabajo teórico efec-
aproximadamente en diseño estándar; se pueden lograr tuado es igual a h, - h,, el cambio en la entalpía del
mayores potencias mediante diseños especiales para las vapor.
condiciones del vapor.
,
Las turbinas de etapas múltiples tienen dos o más expan-
siones por medio de grupos de toberas y, por lo general, Relación de velocidades tobera/paletas
se utilizan cuando se requiere mayor caballaje o más
economía de vapor. Fig. 2 La relación de velocidades altera la eficiencia

Cuando el vapor de descarga o escape de cualquier
turbina está a la presión atmosférica o a una presión ma-
yor, la turbina se llama sin condensación. Cuando el vapor
escapa a presión inferior a la atmosférica, se la llama de
condensación.

Un breve examen de la termodinámica básica relativa
a las turbinas permitirá comprender mejor cómo funcio-
nan las turbinas y cómo se deben aplicar:

Expansión del vapor en una turbina

En una turbina de una sola etapa el vapor se expande
primero en una o dos toberas, con el cambio consecuen-
te en la velocidad absoluta y en la entalpía, pero sin efec-
tuar trabajo útil. Después, en una o dos hileras de álabes
movibles el vapor mantiene su entalpía, pero sufre un
considerable cambio en la velocidad y produce trabajo
en el árbol.

zón de la velocidad del vapor (0,) a través de la tobera
o chorro en los álabes movibles (u,,). Si la razón entre
vhIv, es cero (es decir la turbina no gira), aunque la
fuerza sobre los álabes sea máxima, hay cero trabajo en
el árbol. Si la razón es 1.0, el chorro no puede llegar al
álabe, y el trabajo también es cero. La velocidad en la
tobera o chorro se simplifica como:

Tobera .---- ll.2

3 = h, - h, or vj = 223.7 dm (3)
%J

~t La velocidad en los álabes se obtiene de la relación entre
la velocidad y el diámetro de la rueda:
Dirección
del vb = miN/ (4)

movimiento en donde: L?~ = velocidad, ft/s, d = diámetro de paso
de la rueda, in, N = velocidad de rotación, rpm.
/(
Hay muchos datos acerca de las turbinas de vapor y
II se ha demostrado, por ejemplo, que la máxima eficien-
cia en una sola etapa de impulso ocurre en el punto en
II el que esta razón de velocidades es más o menos de 0.4
(Fig. 2). A menudo es posible diseñar turbinas grandes
L de etapas múltiples que tengan razones de velocidades
cercanas a las óptimas; pero, esa razón óptima no se
Fig. 3 Turbina de impulsión (acción) de una etapa puede lograr en turbinas más pequeñas.

Si se estudia una parte de un diagrama de Mollier de Para ilustrar el grado de desviación de lo óptimo que
vapor de agua (Fig. 1) y se encuentra el punto h, que podría haber en una turbina pequeña de una sola etapa,
corresponda a la presión, temperatura y entropía inicia- considérese una turbina de 150 hp que funcione a 3 600
les del mismo, entonces el punto de expansión teórica rpm con entrada de vapor saturado a 150 psig y descar-
(isoentrópica) se indica como punto h, sobre una línea ga a 20 psig. Según las tablas de vapor, CTV = 28.63
de entropía constante. Debido a las pérdidas por fric- lb/kWh, Ah = 3 413/28.63 = 119.2 Btu/lb; velocidad
ción y a las ineficiencias en la turbina, el vapor en reali-
dad sale en un punto h,, un poco arriba y hacia la
derecha del punto isoentrópico. Por ello, la eficiencia
global de la turbina por etapa se define como:

h, - h,, (2) Tobera
%tapa = h, _ h2 ‘\
\

El cálculo de los consumos teóricos de vapor CTV lo hi-
cieron Keenan y Keyes’ hace años y, después, se hizo
una revisión’. En estas tablas se encuentra rápido y
con exactitud el CTV en lb/kWh para la mayor parte de
las condiciones del vapor; o también se puede expresar
la eficiencia básica de la turbina con el empleo del con-
sumo real de vapor CRV:

Lp., = CTV/CRV
y s i se recuerda que 1 k W = 3 413 Btu/h:

C T V = 3 413 (h, - h,)lblkWh
C R V = 3 413 (h, - h,)lblkWh

Relación de velocidades internas Fig. 4 Turbina de impulsión con etapa Curtis
(compuesta respecto a la velocidad)
Para lograr la máxima eficiencia en cada etapa de ex-
pansión dentro de una turbina, hay que optimizarla ra-

Todas las turbinas más grandes, más eficientes, son .
de etapas múltiples y utilizan más de una expansión del
Tobera .__ vapor. El sistema más común en Estados Unidos es el
-. de rueda de impulsión aplicada en serie con cuantos
grupos de toberas estacionarias y de ruedas giratorias se
Movimiento necesiten para lograr una eficiencia aceptable (Fig. 6).
Fig. 5 Turbina de impulsión del tipo de reentrada Se le llama graduación Rateau o de graduación compuesta res-
pecto a la presión, y cada etapa está diseñada para una óp-
en la tobera, v, = 223.7 4 19.2 = 2 442 ftls. Si se su- tima caída en la presión (o en la entalpía) con el fin de
pone que la rueda tiene 16 in de diámetro, la velocidad obtener un óptimo rendimiento. En algunas turbinas
en los álabes, vb = rdNl720 = 251 ft/s. Entonces la ra- de etapas múltiples se utiliza una etapa Curtis para la
zón v Jv, = 251/2 442 = 0.103. Pero, en la figura 2 se primera expansión, seguida por el número óptimo de
indica que se tiene la eficiencia óptima cuando la razón etapas Rateau. En otras sólo se utilizan etapas Rateau;
es de alrededor de 0.20. esto depende del tamaño de la turbina y las condiciones
del vapor.
Tipos de álabes de turbina
En las turbinas de reacción se utiliza otro tipo de álabes
Los álabes de las turbinas de vapor son del tipo de im- (Fig. 7) El vapor se expande en forma alternada en hile-
pulso (de acción) o de reacción. Los álabes de impulsión ras de paletas estacionarias y rotatorias, con una caída
están diseñados para que el vapor que pasa por ellos no de presión en cada grupo. Como el vapor tiene
tenga caída importante de presión; en los álabes de reac- expansión continua, las hileras alternadas deben tener
ción se incluye, por definición, una caída de presión. holguras muy pequeñas, que pueden ocasionar proble-
mas a las velocidades más altas. Este tipo de turbina
En la turbina de impulsión sencilla (Fig. 3) el vapor se también requiere mayor número de etapas que las de ti-
expande en una tobera divergente y choca contra una pos Rateau o Curtis a fin de lograr la expansión óptima
hilera de álabes móviles, con la velocidad y perfil de caí- del vapor.
da de presión indicados. Por la dificultad para diseñar
una turbina eficiente de una etapa de este tipo, se creó __r- _-- Anillos de toberas ‘.
la etapa Curtis, llamada también etapa de velocidad compues-
tu (Fig. 4). En ella, el vapor pasa por una expansión, co- l’
mo en el tipo de impulsión, pasa por una hilera de
paletas móviles y luego por una hilera de paletas estacio- /
narias y se le cambia su dirección hacia otra hilera de t
paletas móviles. Esto incluso se puede repetir por una
tercera hilera de paletas móviles. L,a velocidad se reduce Dirección del movimiento
a través de cada hilera de paletas móviles y es posible lo-
grar mejor eficiencia en estas turbinas. c
0
La rueda del tipo de reentrada (Fig. 5) es otra variante del I
principio de impulsión, en la cual el vapor pasa en senti- à
do radial desde la tobera hacia la rueda y sigue una tra-
yectoria helicoidal en las paletas o álabes. Cuando el Fig. 6 Turbina de impulsión con tres etapas Rateau
vapor sale del primer álabe, entra a una cámara inverso-
ra que está encima de la rueda, la cual cambia la direc-
ción del vapor hacia el siguiente álabe. Esto puede
ocurrir tres o cuatro veces antes de que la velocidad se
reduzca a su valor de salida. Puede haber varias toberas
espaciadas alrededor de la rueda para obtener flujos más
grandes. Este tipo de rueda sólo se utiliza en turbinas re-
lativamente pequeñas de una etapa.

TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS 191

-_--- Anillos de toberas Tabla I Tamaíios esthdar d e c o m p o n e n t e s
I I I i Il 1;“1
~. . Tameiioa TamaAos Tamaños de
tlYl t1t DiBmetro de de Brboles, de brida de brida de
Dirección del movimient< Carcasa paso de la entrada, in
No. in escape, in
rueda, in

(Tipo Curtis)

1c 14 1 71%. 2 3.4 6
3,4
2 c 16, 18, 19 2,2 ll8 3,4.6 6.8
3 c 20,22 2.2 112.3 3.4.6.8
3.4:6.8 8, 10
4c 24.26 2, 2 112. 3 8, 10, 1 2
2.4 12
5C 28 21/2.25/8.3 3,4
4.6
(Tipo de reentradal
6.8
2R 1 8 2

4R 2 4 2

Fig. 7 Elementos de la turbina de reacción uso general se especifica que la carcasa dividida en senti-
do vertical se puede utilizar hasta para 100 hp. Algunos
Se han construido turbinas con etapas de impulsión y fabricantes ofrecen también turbinas con árbol vertical,
de reacción empleando una etapa Curtis seguida por en unos cuantos tamaños; a veces son útiles para la pro-
etapas de reacción. pulsión de bombas verticales.

Cuando se especifica una turbina de etapas múltiples, Las toberas (boquillas) son de varios tamaños estanda-
se suele dejar la elección del tipo o combinación de tipos rizados, y el flujo de vapor requerido se hace pasar por
de álabes al experto diseñador de turbinas. todas las toberas de este tipo que sean necesarias. Suelen
estar en la mitad inferior de la carcasa, como aberturas
Turbinas de una etapa múltiples en un anillo semicircular, o bien, como tobe-
ras individuales, separadas en la periferia de la carcasa.
Se utilizan en aplicaciones de bajo caballaje, como
bombas, ventiladores, sopladores y compresores peque- Casi todas las turbinas de una etapa tienen la cámara
ños. En ocasiones una turbina pequeña de una etapa se o caja de vapor diseñada para permitir el control exter-
puede emplear con un generador eléctrico también pe- no de una o más toberas mediante válvulas manuales, 10
queño. que permite cerrar algunas toberas cuando la turbina
tiene carga parcial o con condiciones alternas de vapor,
Estas turbinas pueden ser de condensación, pero la para tener mejor rendimiento. Considérese, por ej.em-
casi totalidad son sin condensación. Para la mayor parte plo, que se necesitan 13 toberas para el paso del flujo to-
de las de una etapa, los fabricantes ofrecen tamaños es- tal de vapor requerido para el caballaje nominal. Si a
tándar para el conjunto, incluyendo carcasas, diámetro una de estas toberas se le coloca una válvula manual, el
de paso de la rueda, paletas, árboles, cojinetes y tama- flujo óptimo podría ser 12/13 del nominal, con lo cual
ños de entrada y salida (Tabla 1). se tendría buen consumo de vapor con alrededor del
Componentes 92 % del caballaje nominal. Se podrían colocar válvulas
manuales en otras dos toberas, con lo cual, al cerrar am-
Las carcasas suelen estar divididas horizontalmente en bas válvulas, entraría el vapor en 10 de las 13 toberas
la línea de centros del árbol, lo cual permite desmontar y se tendría el rendimiento deseado con alrededor de
la mitad superior de la misma y sacar el rotor completo 77% de carga.
sin desconectar las tuberías para vapor. En los tamaños
más pequeños, a veces se utilizan carcasas divididas en Los árboles y los cojinetes también se encuentran estan-
sentido vertical. En la Norma API 611 para turbinas de darizados por los fabricantes. Sin embargo, se pueden
obtener árboles de sobremedida o especiales cuando se
desea aumentar el caballaje que se puede transmitir a
una velocidad dada.

Excepto en las turbinas horizontales muy pequeñas,
se utilizan cojinetes de manguito o chumaceras. Los co-
jinetes de bolas (rodamientos) se emplean en algunas
turbinas pequeñas de una etapa o como cojinetes de em-
puje en algunas, y siempre se emplean en las turbinas
de árbol vertical y una etapa. Las chumaceras conven-
cionales con lubricación por anillo o por rocio de aceite
han resultado satisfactorias en turbinas de una etapa,
excepto a velocidades mayores de 6 000 rpm, para las
cuales se pueden utilizar cojinetes de asiento esférico o
de cuerpo basculante. Se utiliza un cojinete de bolas o
un collar de empuje, excepto en las turbinas más gran-
des de alta velocidad, en las que se puede requerir un

192 MOTORES PRIMARIOS: TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS

Rueda de acero de un solo disco . Mecanismo de
disparo de
COjilM3
(chumacera)

Fig. 8 Vista secciona1 de una turbina de una etapa tipo Curtis

cojinete de empuje tipo Kingsbury; si se emplea este co- quilla de la empaquetadura sólo necesita sellar contra la
jinete o si la turbina funciona con desusuales presiones presión de escape, y esa presión determinará el número
o temperaturas de entrada muy altas, o acoplada con un de anillos que se utilicen.
reductor o aumentador de velocidad con engranes, es
obligatorio un sistema de lubricación forzada. La cubierta de la uáluula del regulador aloja la válvula de
entrada de vapor, llamada a veces válvula del regulador
Las ruedas y los álabes casi siempre son de acero forja- porque la controla el regulador de la turbina. En las tur-
do. Las ruedas se montan en el árbol (no son integrales binas de una etapa se utiliza una sola válvula para regu-
excepto en diseños especiales de una etapa) y los álabes lar el flujo de vapor a la cámara de vapor y a las toberas.
se montan en la periferia de la rueda, en ranuras circu- Además, se utiliza una válvula separada de paro por so-
lares fresadas. La raíz de los álabes puede ser del tipo brevelocidad en el conducto de entrada del vapor, que
en forma de “T” o de rama de abeto. El borde del álabe se acciona por el brazo de palanca del árbol, para cerrar
suele adaptarse con una banda en secciones en torno a el conducto y detener la turbina en caso de falla de la
la rueda, y las paletas o álabes se recalcan en su lugar válvula principal del regulador o de su eslabonamiento.
para servir de soporte. Las paletas suelen ser de acero
al cromo ll-13 o inoxidable. La turbina del tipo de re- Los materiales para las piezas de la entrada del vapor,
entrada tiene rueda con los álabes maquinados en ella, o sean la cu.bierta de la válvula del regdlador y la cámara
y su aspecto es diferente al de la rueda Curtis de impul- de vapor, son de hierro fundido para presiones hasta de
sión sencilla (Fig. 8). 250 psig y temperaturas de unos 500°F, o de fundición
de acero al carbono para presiones o temperaturas más
Para evitar fugas excesivas de vapor en donde el árbol altas. La mayor parte de los diseños estándar de una
sale de la carcasa, hay en ésta prensaestopas o empaque- etapa están limitados para vapor a 600 psig y 750°F; sin
taduras. En casi todas las turbinas de una etapa se utili- embargo, se cuenta con modificaciones especiales para
zan anillos de empaquetadura segmentados, hechos de condiciones más severas en el vapor.
carbono. En las turbinas de alta velocidad se emplean
sellos de laberinto en vez de anillos de carbono. Las fu- Las carcasas para alta contrapresión son estándar y se
gas controladas en cualquiera de los tipos se obtienen utilizan para presiones de escape superiores a 75 o 100
mediante conexiones de casquillo en el prensaestopas psig. Se hacen con fundición de acero al carbono y en
para que el escape de vapor a la atmósfera sea mínimo. su tipo estándar pueden ser adecuadas para presiones de
Como la rueda sólo está sometida a la presión de escape, descarga hasta de 325 psig. Las carcasas normales para
pues el vapor ya se ha expandido en las toberas, el cas- baja presión se hacen de hierro fundido.

TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS 193

Reguladores para turbinas de vapor interrumpe el funcionamiento de cualquier control ex-
Como motores primarios, todas las turbinas de vapor terno y se lo bloquea en posición abierta, para que no
presente restricción al paso del vapor a la válvula con-
deben tener algún sistema para regular su funciona- trolada por el regulador:
miento en respuesta a la carga aplicada. El regulador de
velocidad más sencillo se llama regulador mecánico. Fun- Porcentaje de regulación de velocidad en estado estable
ciona con el principio fundamental de un resorte con
contrapesos que se mueven hacia dentro o hacia afuera rpm con rpm con salida
conforme aumenta o se reduce la velocidad. Esto hace salida cero)-( nominal
que se mueva un vástago que, a su vez, está conectado rpm con salida nominal x 100 (5)
por un eslabonamiento con la válvula del regulador (vál-
vula de entrada del vapor) y hacen que se abra o se La variación de velocidad expresada como porcentaje de
cierre. Este regulador tiene la ventaja de la sencillez, pe- la velocidad nominal, es el cambio total en la magnitud
ro es relativamente poco preciso y sólo se ha utilizado en de la velocidad respecto del ajuste de la misma, definida
turbinas de bajo caballaje, de baja y mediana velocidad, como la diferencia en la variación de velocidad cuando
con vapor a presiones baja y mediana. actúa el regulador contra la situación en la que no está
funcionando, con condiciones constantes en el vapor:
Hay reguladores de acción directa con bomba de aceite, en los
que se utiliza presión de aceite suministrada por una Porcentaje de variación en la velocidad =
bomba impulsada por el árbol, para abrir y cerrar la
válvula del regulador a través de un eslabonamiento cambio en rpm arriba cambio en rpm abajo
adecuado. Este tipo de regulador no se utiliza mucho en de la velocidad ajustada de la velocidad ajustada >
la actualidad por su falta de exactitud provocada por
cambios en la temperatura y viscosidad del aceite, y por- 2 % velocidad nominal
que la regulación de velocidad no es mejor que la de los
de tipo mecánico o sencillo de relevador de aceite. x 100 (6)

De hecho, los reguladores con relevador de aceite se están El aumento máximo en la velocidad, expresado como por-
convirtiendo con rapidez en el único tipo que debe usar- centaje de la velocidad nominal, es el aumento máximo
se, porque son muy exactos. Las desventajas del tipo de momentáneo de la misma que se obtiene cuando la tur-
bomba de aceite de acción directa se eliminan con un bina produce la salida de potencia nominal a la veloci-
sistema más compacto, en el cual los cambios en la tem- dad nominal y la carga se reduce a cero, en forma
peratura del aceite son mínimos y los flujos del mismo repentina y completa.
son muy pequeños. Al principio, el tipo con relevador
de aceite sólo se utilizaba en las turbinas más grandes, Porcentaje de aumento máximo de velocidad =
con un alto costo adicional, cuando las cargas elevadas
o las altas velocidades o las condiciones más severas en velocidad nominal
el vapor hacían obligatorio su empleo. En la actualidad El regulador mecánico, el de relevador de aceite y el
una versión más sencilla de este regulador combina mu- de bomba de aceite de acción directa son NEMA Clase
chas de las ventajas, pero sin el alto costo que tenía en A. Los de relevador de aceite también se pueden fabri-
un principio y se puede utilizar incluso en las turbinas car para la Clase R, pero los tamaños más grandes sue-
más pequeñas. Algunos fabricantes de turbinas han len ser Clase C o D, y la que predomina en la actualidad
construido sus propios reguladores; pero en Estados es la Clase D. Para obtener información más detallada
Unidos, para la mayor parte de las aplicaciones, los fa- de los reguladores de velocidad para turbinas de vapor,
bricantes utilizan los que producen empresas especiali- consúltense las referencias bibliográficas 4, 5, 6 y 7.
zadas. En las turbinas de una etapa se suele incluir un cam-
Clasificaciones de los reguladores de biador manual de velocidad que permite el ajuste manual de
turbinas de vapor la velocidad de alrededor del 20 %J en total. Si se necesita
ajuste automático de la velocidad en un regulador mecá-
The National Electrical Manufacturers Assn. (NE- nico, de relevador de aceite o de bomba de aceite, SC
MA) ha clasificado los reguladores de turbinas de vapor puede agregar al eslabonamiento del regulador el meca-
de acuerdo con la capacidad de cada tipo’, y estas cla- nismo de una válvula de control de presión a fin de con-
sificaciones, detalladas en la tabla II, son de aceptación trolar la válvula del regulador con una señal de presión.
general en la industria, como estándares. El ajuste automático en los reguladores NEMA Clase
D, de relevador de aceite se logra generalmente con un
La regulación de velocidad en estado estable se define como componente electrónico o neumático en el conjunto del
el cambio en la velocidad sostenida cuando se hace va- regulador.
riar la salida de potencia de la turbina en forma gradual
desde la nominal hasta cero, en las siguientes condicio-
nes: 1) las condiciones del vapor se establecen en valores
nominales y se mantienen constantes; 2) se ajusta el me-
canismo variador de velocidad para dar la velocidad no-
minal con la salida de potencia nominal; 3) se

194 MOTORES PRIMARIOS: TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS

Turbinas de etapas Las turbinas de válvula sencilla y etapas múltiples son las
múltiples más comunes en los tamaños estandarizados pequeños..
Tienen una válvula de entrada de vapor de 3 a 8 in y
Cuando el caballaje requerido es muy grande para a veces mayor para bajas presiones. Pueden ser del tipo
una turbina de una sola etapa o si las condiciones del va- con condensación o sin ella, según lo requieran las con-
por requieren más de una expansión para tener buena diciones del vapor.
eficiencia, se utiliza la turbina de etapas múltiples. To-
dos los fabricantes tienen diseños estándar; para aplica- Las turbinas de válvulas múltiplesy etapas múltiples son de
ciones especiales de altas velocidad y potencia, las tamaños grandes. No se pueden establecer límites de ca-
turbinas se suelen construir sobre pedido, con compo- ballaje o velocidad para determinar cuándo se debe uti-
nentes como álabes, ruedas y cámaras de vapor están- lizar esta turbina. Las condiciones del vapor, carga,
dar. El número de etapas de expansión, número y tipos velocidad, exactitud del control y necesidad alta de eh-
de ruedas (Curtis, Rateau y de reacción), los diámetros ciencia se deben sopesar contra un mayor costo inicial
de las ruedas, el tamaño de las paletas, la configuración en aplicaciones límite. Como regla general, se deben
de la carcasa de escape y otras características similares, considerar las turbinas de válvulas múltiples cuando el
los selecciona el diseñador para cada aplicación especial, cálculo preliminar del flujo de vapor en determinadas
sobre la base de las condiciones reales del vapor, carga condiciones de éste y de carga indica que se debe utilizar
y velocidad. una válvula sencilla de más de 8 in o que la carga es ma-
yor de 5 000 hp.
Tabla II Clasificaciones NEMA para reguladores
de turbinas de vapor Las turbinas de extracción pueden ser de tipo automáti-
co, controlado o sin controlar. Se extrae el vapor a una
% de regulación % de variación % de presión intermedia, de acuerdo con el de balance de va-
aumento de por de las plantas o necesidades del proceso. El resto del
Clase máxima de velocidad mlxima en la velocidad vapor pasa por el resto de la turbina hasta un escape con
NEMA condensación o sin ella. El tipo de extracción controlada
de estado estacionario velocidad 13 tiene un segundo grupo de válvulas de control del regu-
7 lador, que se abren y cierran para dejar entrar vapor al
A 10 0.75 7 resto de la turbina después de que se ha extraído una.
7 cantidad fija del mismo. El tipo no controlado tiene una
B6 0.50 abertura en la carcasa, en el punto de presión correcto
C4 determinado sobre la base de las condiciones a plena
0.25 carga, pero la cantidad extraída es variable en propor-
D. 0.50 0.25 ción a la carga o al flujo total de vapor en la turbina.

Brida de escape V.8vula de control
‘1 automático de

Cilindro de aceite

Chumacera y
extremo para

Cojinete lado . .
Rotor de una

Toberas de diafragma -O-y- Em ,paauetadura extremo pata vapor

Fig. 9 Vista secciona1 de una turbina de etapas múltiples

TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS 195

Ambos tipos se encuentran con extracción sencilla o do- las abre por orden en respuesta al aumento en la carga.
ble; en esta última el vapor se extrae a dos presiones di- Este tipo de control, llamado a veces control automático de.
ferentes. toberas, permite máxima economía de vapor con carga
reducida y se utiliza en todas las turbinas grandes, sin
Las turbinas depresión mixta o de extracción-admisión son que importe su aplicación.
similares a las de extracción controlada. No obstante,
permiten no sólo la extracción del vapor a una presión Se utiliza una válvula de disparo y estrangulación en las
intermedia, sino también la admisión a otra presión turbinas grandes de válvula sencilla y válvulas múlti-
proveniente de las cargas del proceso, para lograr una ples. Tiene doble finalidad: primera, permitir la es-
vez más el balance deseado de vapor. trangulación manual del vapor para el arranque y
. Componentes aceleración de la turbina hasta su velocidad de régimen
y, segunda, actuar como válvula de cierre rápido cuan-
La entrada de vapor en las turbinas de válvula senci- do se dispara en forma manual o automatica mediante
lla y etapas múltiples es la misma que en las de una eta- mecanismos de sobrevelocidad o de paro de control re-
pa. Puede hallarse en tamaños más grandes que en las moto.
de una etapa, según sean las condiciones del vapor. En
las entradas con válvulas múltiples, la cámara de vapor En las turbinas más pequeñas, de válvulas múltiples,
tiene dos o más válvulas de entrada con un solo asiento, la cámara de vapor suele estar en la parte superior de
conectadas con un mecanismo de palanca o de leva que la carcasa. En las más grandes, en donde se necesitan
toberas en toda la periferia de la carcasa, habrá conduc-
70 tos de fundición para dirigir el vapor según se requiera.
60
50

40

60

30
Fig. 10 El nomograma indica la eficiencia básica de las turbinas de una etapa

196 MOTORES PRIMARIOS: TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS

Los anillos de tobera, por lo general, serán del tipo con agua que por las empaquetaduras hacia el lubricante.
paletas. Las ruedas y paletas serán, en teoría, similares De hecho, para evitar esa posibilidad, algunos usuarios ’
a las de las turbinas de una etapa, pero pueden ser mu- especifican un sistema de lubricación separado para la
cho más grandes y de una variedad de tamaños en la turbina.
misma turbina, según sean las condiciones del vapor.
Para una aplicación de alta presión, la altura de las pale- Los reguladores para estas turbinas son de los mismos
tas en la primera etapa puede ser menor de 1 in; luego, tipos y clasificaciones NEMA ya descritos casi sin ex-
pueden aumentar las alturas en etapas sucesivas y llegar cepción, son del tipo con relevador de aceite Clases NE-
a ser hasta de 3 ft en algunas aplicaciones con condensa- MACoD.
ción.
H a y que hacer una cuidadosa evaluación de cada
Los materiales para la cámara de vapor, las piezas en aplicación de turbina de etapas múltiples cuando se pre-
la entrada, las piezas intermedias y las carcasas de esca- paren las especificaciones, para determinar el mejor tipo
pe se seleccionan según las condiciones del vapor. Se y, luego, durante la evaluación de las propuestas, com-
puede utilizar hierro fundido para bajas presiones y fun- probar que se ha escogido la turbina adecuada. No bas-
dición de acero al carbono para temperaturas de entrada ta comparar las unidades motrices de turbina sobre la
hasta de 750’F; para temperaturas más altas se emplean base del precio y del consumo de vapor; también hay
ruedas de aceros fundidos de aleación que contengan que comparar analíticamente cada componente antes de
elementos como cromo y molibdeno. En las turbinas hacer la elección.
más grandes, la carcasa tiene varias secciones para po-
der utilizar diferentes materiales, desde los resistentes a Estimación preliminar de
altas temperaturas, en el extremo delantero, hasta los consumos de vapor
hierro fundido o acero fabricado, en el extremo de sali-
da. A menudo, puede ser conveniente que el ingeniero
haga una estimación preliminar del tamaño y el consu-
Los rotores de turbina pueden ser del ensamblado o de mo de vapor de la turbina. Aunque el fabricante debe
una sola pieza. En los rotores ensamblados cada rueda dar los valores más exactos, con base en el diseño especí-
se instala mediante ajuste por contracción y se fija con fico y los resultados de las pruebas de la turbina, se pue-
cuñas sobre el árbol; este tipo tiene limitaciones de velo- den hacer estimaciones preliminares con la información
cidad de operación. Por lo general, para velocidades que aparece en las figuras 10 hasta la 20. Estas gráficas
mayores de 8 000 rpm se necesita rotor de una pieza, en permiten una selección preliminar de cualquier tamaño
el cual se maquinan las ruedas y el árbol a partir de una de turbina.
pieza maciza de forja, con lo cual no hay necesidad de
ajuste por contracción y colocación de cuñas. En la figu- Procedimiento para turbinas
ra 9 se ilustra un rotor de una pieza para una turbina de una etapa
de etapas múltiples.
En la figura 10 se utiliza la relación apropiada de la
Los anillos de empaquetadura de carbono, similares velocidad tobera/paleta para turbinas pequeñas de una
a los empleados en turbinas de una etapa, se pueden uti- etapa (Fig. 2) y se obtiene un intervalo general de efi-
lizar para las velocidades más bajas y con árboles de ta- ciencias esperadas, con base en la diferencia en la ental-
maño pequeño a mediano; para mayores valores, se pía del vapor. Luego se hacen correcciones para
emplean sellos de laberinto. Las ranuras de laberinto es- supercalentamiento (Fig. 11) y pérdidas por la acción
tacionario en los casquillos del prensaestopas y las ranu- del viento (Fig. 12). Los caudales de vapor en las bridas
ras giratorias en el árbol, forman un conducto reducido de entrada y salida se verifican con el empleo de las figu-
por el cual debe pasar el vapor antes de escapar a la at- ras 13 y 14, que están basadas en una velocidad máxima
mósfera y reducen la presión según se requiera. En tur- de 150 ft/s en la brida de entrada y de 250 ft/a para apli-
binas sin condensación a veces se utiliza un condensador caciones sin condensación y de 350 ft/s en las de conden-
cn el casquillo para condensar el vapor que escapa de él. sación, en la de salida. Los límites aproximados de
En las turbinas con condensación se utiliza sello de va- caballaje en el árbol se presentan en la figura 15. (Es
por en el lado de escape para impedir la entrada de aire probable que los consumos reales de vapor indicados
a la turbina y también se necesitan condensadores en el por los fabricantes sean algo mayores que los calculados
casquillo del prensaestopas para condensar el vapor de con estas gráficas.)
sello.
Para ilustrar el uso de estas gráficas, se evaluará la
Los cojinetes son siempre del tipo de manguito o chu- propuesta de una turbina de 400 hp, que trabaja a 3 570
macera y por lo general con lubricación a presión, ex- rpm, con vapor de entrada a 600 psig y 600’F (sobre ca-
cepto en los tamaños muy pequeños. Se utilizan lentamiento de 11.2OF) y escape a 65 psig.
chumaceras lisas o, para altas velocidades, las de cuer-
pos oscilantes. Los cojinetes de empuje suelen ser tipo 1. Para las condiciones dadas del vapor, léase el con-
Kingsbury con caras múltiples de empuje que actúan en sumo teórico en las tablas o en un diagrama de Mollier:
uno o ambos sentidos. El sistema de lubricación a pre-
sión en las turbinas grandes es similar al que se necesita CTV = 19.0 lb/kWh
en un compresor centrífugo, y suele estar combinado
con el sistema de aceite del compresor. Se debe prestar
especial atención a la posibilidad de fugas de vapor o de

TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS 197

Velocidad, rpm 1.0
c
:9
0g 0 . 9
8

; 0.8
5
l.7

0.7

0.6
0 100 200
Sobrecalentamiento inicial, “F

Fig. ll Corrección por sobrecalentamiento para
turbinas de una etapa

I’ 2000 3.000 4000 5000 80
1000 60
Velocidad, rpm
50
40

30

20

10
5

1 2000 3000 4000 5,000
Velocidad, rpm
Velocidad, rpm
Fig. 12 PBrdidas por acción del viento en turbinas de una etapa

198 MOTORES PRIMARIOS: TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS

2. Calcúlese la diferencia de entalpía: pérdida = 18 para una rueda de 22 in

Ah = 3 413/CTV = 179.6 Btu/lb 7. Calcúlese el consumo real de vapor:

3. Selecciónese la carcasa con la tabla 1. En este caso, C R V = CTV x 0.746 x corrección por sobreca-
se escogerá la carcasa 3C.
vbásica
4. Encuéntrese la eficiencia básica con la figura 10:
lentamiento x carga + pérdida por viento carga
qbaslca = 43% para una rueda de 22 in
= (19.0)(0.746) x 087 x 400 + 18
5. Determínese la corrección por sobrecalentamiento
con la figura ll : 0.43 . 400

corrección = 0.87 = 30 Ib/(hp)(h)

6. Determínese la pérdida por acción del viento con 8. Encuéntrese el flujo de vapor a plena carga:
la figura 12:
Flujo con plena carga = CRV x carga
= 30 x 400 = 12 000 lb/h

60 000

200 3 0 0 400 500 600

Presibn de entrada de vapor saturado, psig

Fig. 13 Límites de flujo de entrada para turbinas de una etapa

TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS 199

80 000

70.000

f 60,000
0
8
9 50 000

a”
.O=
iz 40.000

30.000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 , 100

Presión de escape, psi9

0 5 10 15 20 25
Presión de escape in Hg absoluta

Fig. 14 Limites de flujo de escape para turbinas de una etapa

200 MOTORES PRIMARIOS: TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS

9. Compruébense los límites de entrada, escape y ca- Por ejemplo, considérese una turbina con cond sa-
ballaje en el árbol. La brida de entrada de 3 in disponi- ción de 4 340 hp, que funcione a 10 200 rpm con vYapo- .
ble para la carcasa 3C (Fig. 13) puede manejar 35 000 de entrada a 600 psig, 725’F (227’F de sobrecalenta-
lb/h y, por consiguiente, es aceptable. De manera seme- miento) y escape a 4 in Hg absolutas.
jante, la brida de escape de 8 in puede manejar 57 000
lb/h (Fig. 14) y también es más que suficiente para esta 1. Léase el consumo teórico en las tablas o en un
aplicación. En la figura 15 se muestra que el árbol de 2 diagrama de Mollier:
in disponible estaría a menos de su límite de 500 hp.
CTV = 7.71 lb/kWh
Por tanto, la selección preliminar de la carcasa 3C pa- 2. Determínese la eficiencia básica con la figura 16:
rece ser satisfactoria.
17t>Ti,,;, = 7 1 %
(Los consumos reales cotizados para esta aplicación 3. Encuéntrese la corrección, a, de velocidad en la fi-
variaron de 36.2 a 33.2 lb/(hp(h).) gura 17; la corrección, 6, por sobrecalentamiento en la
figura 18 y la corrección, c, de escape en la figura 19,
Método para turbinas de etapas múltiples porque se trata de una turbina con condensación. Para
turbinas sin condensación, en la figura 10 aparece la
Es más difícil determinar el consumo preliminar de corrección d apropiada.
vapor en estas turbinas. Como se mencionó, muchas de
ellas se diseñan para un servicio específico. Para las esti- a = 0.92
maciones preliminares hay que utilizar las eficiencias de b = 1.023
la figura 16 y corregirlas con los factores de las figuras c = 1.02
17 hasta 20.

Velocidad del eje, rpm

Fig. 15 Límites aproximados de caballaje en el eje para turbinas de una etapa

TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS 291

4. Calcúlese el consumo real preliminar de vapor:’

CRV = CTV x 0.746

Tbásica X ~7, X b X C (0 6)

(7.72)(0.746)
= (0.71)(0.92)( 1.023)( 1.02)

= 8.45 lb/(hp)(h)

5. Encuéntrese el flujo de vapor a plena carga:

Flujo a plena carga = CRV x carga
= 8.45 x 4 340 = 36 670 lblh

6. Compruébense los tamaños para la entrada y esca-
pe, en el supuesto de que son de válvula sencilla, y con
el empleo de las velocidades recomendadas de 150 ft/s
para la entrada y 350 ft/s para el escape (250 ft/s para
turbinas sin condensación:

Flujo de vapor (lb/h) =

superficie in) x velocidad (ft/s) = (8)
0.04 x volumen específico (fts/lb)

Para una entrada de 4 in:

Flujo = ((o1.024.5)6(o)(.1g5804)) = 47 866 lb/h

que es mayor que el flujo a plena carga y, por tanto, es
aceptable.

Caballaje de la turbina Para un escape de 30 in:

Fig. 16 Eficiencia bhica aproximada para turbinas Flujo = (706.5)(350) = 35 528 lblh
de etapas múltiples (0.04)(174)

0.98
0.96

2.000 4000 6000 8000 lO.ooo
Velocidad del eje, rpm

Fig. 1 7 Corrección de velocidad para turbinas de etapas múltiples

202 MOTORES PRIMARIOS: TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS

1.03 caballaje requerido es de 5 000 o menos y si la entrada , i,
1.02 de vapor es por una abertura de 8 in o menor. Si se exce- \
de cualquiera de estos límites, es posible que se necesite
una turbina de válvulas múltiples.

Con el método anterior no se pueden estimar el tama-
ño físico, el número de etapas ni el diámetro de paso.
Si se necesitan, hay que consultar los datos del fabrican-
te.

Se supone que el diseñador de la turbina optimiza la
razón de velocidad en toberas/paletas, así como el nú-
mero, tipo y tamaño de ruedas de turbina, a tin de su-
ministrar la que se aproxime a la máxima eficiencia
teórica para las condiciones dadas de carga, velocidad y
vapor.

0.98 Especificaciones para turbinas de vapor
Es importante indicar con toda claridad en las especi-
0.96 100 200 300
0 Sobrecalentamiento inicial, “F ficaciones las condiciones del vapor en la entrada y el es-
cape. Si se espera una gama de valores de presión o
Fig. 18 Corrección por sobrecalentamiento para temperatura, hay que expresarlo, junto con la indica-
turbinas de etapas múltiples ción de las condiciones del vapor que debe utilizar el fa-
bricante para el diseño. Si se dimensiona la turbina para
que es cercano al flujo a plena carga. las peores condiciones del vapor, es decir, mínimas pre-
Por tanto, esta selección preliminar de una turbina de sión y temperatura de entrada y máxima presión de es-
cape, que dan por resultado la mínima diferencia en
válvula sencilla probablemente sea satisfactoria. entalpía, funcionará en mejores condiciones, pero pro-
(Los consumos reales cotizados para esta aplicación bablemente no tendrá la misma eficiencia que si se hu-
biera seleccionado la relación toberas/paletas para las
fueron de 7.86 a 8.2 lb/(hp)(h).) mejores condiciones del vapor.
Como orientación preliminar, hay que seleccionar
El ingeniero que expide las especificaciones debe
una turbina de válvula sencilla y etapas múltiples si el igualar la economía de operación en las condiciones
“normales” o “mejores” del vapor, con la necesidad de
1.04 / trabajar a carga y velocidad plenas, con condiciones mí-
nimas 0 “peores”. Por lo general, se requiere un térmi-
t
1

1

10.9E 46 10 20

2 46 10 Relación de presión, P,IP2, psia

Presión de escape, in Hg absoluta Fig. 20 Corrección de relación de presión para
turbinas de etapas múltiples sin
Fig. 19 Corrección del escape para turbinas de condensación
etapas múltiples con condensación

TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS 203

no medio en las turbinas pequeñas; las más grandes, comparación con la electricidad, con base en los requisi-
con válvulas múltiples de entrada, a menudo pueden di- tos de balance de vapor del proceso, que indicarán con
señarse de modo que satisfagan todas las condiciones del claridad en dónde resultan adecuadas. Lo mismo que
vapor con la mayor economía posible. con otras máquinas rotatorias, los métodos preliminares
de dimensionamiento se deben emplear con cuidado.
Se recomienda el empleo de las normas de la indus-
tria, como la API 6118 o la API 612g, para las turbinas Agradecimientos
de procesos. La primera abarca las aplicaciones para
“uso general’ ’ , que se definen como “esas turbinas ho- El autor agradece el suministro de material para este
rizontales o verticales utilizadas para la propulsión de artículo a las siguientes compañías: Coppus Engine-
equipo que suele estar en reserva, es de tamaño (poten- ering Corp.; DeLaval Turbine, Inc.; Elliott Co.; Gene-
cia) relativamente pequeño o se destina a servicio no crí- ral Electric Co.; Terry Corp.; The Trane Co., y Tur-
tico. Se consideran para aplicaciones en donde las bodyne Corp.
condiciones del vapor no pasarán de 600 psig y 750“F
o la velocidad no será mayor de 6 000 rpm”. Se suele Referencias
aplicar a turbinas de una etapa en la mayor parte de
unidades motrices de bombas y sopladores, con caballa- 1. Faires, V. M., “Engineering Thermodynamics,” 5th ed., John Wiley & Sons,
je menor de 2 000 hp y con menos de 5 000 rpm. La New York, 1970.
Norma API 612 abarca las turbinas para “propósitos
especiales’ ’ , definidas como: “esas turbinas horizonta- 2. Keenan, J. H., and Keyes, F. G., “Theontical Steam Rate Tabla,” Ameri-
les utilizadas para la propulsión de equipo que no suele can Soc. of Mechanical Engineers, New York, 1937.
estar en reserva, es de tamaño (potencia) relativamente
grande o se destina a servicio crítico. Esta categoría no 3. “Theoretical Steam Rate Tables Com atible with the 1967 ASME Steam
está limitada por las condiciones del vapor o la velocidad Tables,” Ameritan Soc. of Mechanica P Engmeers, New York, 1969.
de la turbina”. Se aplica en turbinas, por lo general de
etapas múltiples, más complejas y de potencia y veloci- 4. “Steam Turbines for Mechanical Djve Service,” NEMA publication SM-
dad mayores. 23, National Electrical Manufacturers Assn., New York, 1979.

Las normas API requieren que el usuario tome ciertas 5. ;C$erno~~ and Control Sy&erns,” reprint 135A, Elliott Co., Jeannette, Pa.,
decisiones, y se ha acostumbrado complementar la nor-
ma aplicable con otro documento que incluya los deta- 6. Bass, C., “Electric Control for Steam Turbine Applications,” nprint
lles específicos del proyecto, su ubicación y las AN50510, Woodward Governor Co., Ft. Collins, Colo., 1980.
preferencias del usuario.
7. “Speed Coverning and Pressun Control of Steam Turbine Generator
También se pueden utilizar otras normas industria- Units,” NEMA publication 46-112, National Electrical Manufactureo
les, como las de NEMA4, como referencia para las es- Assn., New York, 1971.
pecificaciones, pero son menos detalladas y sus
requisitos no son tan estrictos. Las turbinas de vapor pa- 8. “API Standard 611, General Pwposc Steam Turbina for Refinery Use,”
ra generadores eléctricos de tamaño pequeño o mediano Ameritan Petroleum Institute, Washington, 1969.
para reserva o emergencia, o bien, para suministrar la
potencia primaria en ciertas plantas, a veces se pueden 9. “API Standard 612, Special Purpose Steam Turbines for Refinery Use,” 2nd
especificar con menos detalles que cuando se utilizan ed., Ameritan Petroleum Institute, Washington, 1979.
para transmisiones mecánicas de velocidad variable
El autor
Resumen
Richard F. Neerken es gerente
Normalmente se debe pensar en la turbina de vapor de sección de equipo rotatorio en
como unidad motriz primaria potencial en las plantas de The Ralph M. Parsons Company,
proceso. A menudo ofrecen ahorro de energía en 1 0 0 W e s t Walnut St., Pasadena,
California, 9,124. Ingresó en Par-
sons en 1957 y ha trabajado en for-
ma continua con máquinas rotato-
rias. En la actualidad dirige a un
grupo de más de 30 ingenieros res-
ponsables de equipo de ese tipo para
proyectos en todo el mundo. Tiene
título de ingeniero mecánico por el
California Institute of Technology,
es ingeniero profesional registrado
en California y miembro del subcomité de contratistas de Tuipo mc-
tánico del API.

Considérense las ,turbinas *
de gas para cargas pesadas

Las turbinas de gas, que están integradas, tienen elevada eficiencia térmica y
producen poca contaminación, pueden ser unidades motrices en muchas plantas de
proceso. En este artículo se describen los tipos de turbinas y los factores que hay
que considerar en su selección y operación.

Kai Molich, C. F. Braun & Co.

Desde hace más de 30 años, las turbinas de gas se uti- Aspectos fundamentales
lizan en gran número como unidades motrices en refine- El concepto de turbina de gas es más antiguo que el
rías de petróleo, en plantas de amoniaco, butadieno y
etileno, entre otras. de otros motores primarios, pero su perfeccionamiento
no ha sido fácil.
Normalmente, las turbinas de gas se utilizan en lugar
de turbinas de vapor con condensación por alguna de las En la figura 1 se ilustran los componentes de una tur-
siguientes razones: bina de gas básica, de ciclo simple. Un compresor diná-
mico suministra aire a una cámara de combustión, en
H Las turbinas de gas son unidades integradas. No donde se quema el combustible con exceso de aire, a
necesitan calderas, condensadores, sistemas de agua de presión constante. Ciclo simple sólo significa que los
alimentación y enfriamiento y el equipo relativo. productos de la combustión se mezclan con un exceso de
aire para producir gas con energía a una temperatura lo
n Producen alta potencia a alta velocidad, con gran bastante baja para el tipo de materiales utilizados. El
confiabilidad y fácil mantenimiento, y ocupan poco es- gas energizado se expande en una turbina que impulsa
patio . el compresor de aire y produce potencia adicional como
salida mecánica. Como último paso, los productos de la
w Las turbinas de gas tienen eficiencias térmicas mu- combustión se descargan en la atmósfera.
cho más elevadas que las de vapor con condensación pa-
ra procesos. Aunque esta configuración parece ser sencilla, pre-
senta ciertas dificultades. Primera, se requiere alta efí-
H No producen tanta contaminación ambiental con ciencia en el compresor y en la turbina. Segunda, la pre-
su escape y, además, porque casi no hay que purgar sis- sión y temperatura en el ciclo deben ser mayores de cier-
temas de agua de alimentación y enfriamiento. tos límites mínimos antes de que se pueda producir po-
tencia de salida.
Los límites prácticos de potencia de turbinas de gas en
aplicaciones de procesos van desde 1 000 hasta 100 000 En la figura 2 se ilustran las eficiencias térmicas que
o más hp. se pueden lograr con la turbina de ciclo simple como
función de la razón (relación) de presiones y la tempera-
Con todos estos factores favorables, se podría pensar tura de entrada a la turbina. Con una razón de presio-
que es fácil justificar la instalación de turbinas de gas en
lugar de las de vapor, y no es así. Sin embargo, antes
de comentar sus verdaderas aplicaciones, resultará útil
cierta información de antecedentes.

CUNSIDERENSE LAS IURBINAS Ut tiAS PAKA CAKbAS PtWWAb

Escape 0.60 ,--

, Filtro y silenciador de aire

Combustible Silenciador j

Entrada

Potencia hacia II _ *\ \,
el compresor - I _ ,’
del generador _ -~ CA_ 1,\ 800°F * ‘--
,I
de gas
0.10 _ Base: Eficiencia adiabática de

0.85 en el compresor y la

turbina.

Potencia total _ / Fuente: Ref. 2

generada .-/’

,/- - Salida de potancic 2 4 6 8 10 12
Razón (relación) de presiones
Potencia para el - ---\

compresor del 1.
generador de gas
Fig. 3 La razón (relación) de presiones y la
Potencia de salida temperatura de entrada influyen en la razón
Potencia total generada (relación), de trabajos y el consumo de aire

Fig. 1 Disposición de la turbina de gas de ciclo La razón óptima de presiones para una temperatura
simple dada, determinada con las figuras 2 y 3, indica los efec-
tos combinados de las eficiencias del compresor y la tur-
nes dada, las temperaturas más altas permiten mayor bina sobre la eficiencia obtenible del ciclo térmico.
eficiencia.
Para aumentar la eficiencia del ciclo a más de los lími-
Las relaciones entre la razón de presiones y la tempe- tes impuestos por el compresor y la turbina y los límites
ratura de entrada a la turbina y la razón de los trabajos de temperatura de los materiales de construcción, se pue-
(trabajo netokrabajo bruto) y el consumo de aire, se de modificar el ciclo simple. En primer lugar, se puede
ilustran en la figura 3. Por ejemplo, la razón (0 relación) utilizar calentamiento regenerativo, en el cual el gas de
de los trabajos con una razón de presiones de 4.5 y tem- escape de la turbina precalienta el aire de descarga del
peratura de entrada de 1 200’F es alrededor de un ter- compresor antes de que pase a la cámara de combus-
cio; es decir, se requieren 9 000 hp de la turbina para tión. En segundo lugar, se puede utilizar interenfria-
producir 3 000 hp de salida mecánica, y el compresor re- miento en el compresor para reducir la energía requerida
quiere 6 000 hp, A 1 8007F y con los mismos razón de para la compresión. En tercer lugar, se puede agregar
presiones y caballaje de la turbina, la razón de trabajos recalentamiento entre etapas para aumentar la potencia
aumenta a más de 0.5, o sea una salida de más de 4 500 producida. Estas modificaciones pueden hacerse por se-
hp. Esto se indica también como una reducción en el parado o combinadas, según sean los requisitos de dise-
consumo de aire, o sea Ib de aire requeridas (hp de sali- ño. En la figura 4 se ilustra el empleo simultáneo de
da) (h), y aumentos en la razón de presiones y tempera- estos tres procedimientos. Se verá que las mejoras en el
tura del ciclo. rendimiento se obtienen a expensas de una complejidad
mayor que con el ciclo simple.
r0.40 Temperatura
de entrada El ciclo regenerativo que se emplea hasta cierto punto
en aplicaciones industriales, no se puede incluir en las
Fuente: Ref. 2 turbinas actuales de ciclo simple y alto rendimiento.
0.00 ’ I I I I I I Esto se debe a que sus elevadas razones de presiones
producen temperatura elevada en la descarga. del com-
2 4 6 8 10 12 1 4 presor y baja temperatura en el escape, lo que elimina
la diferencial de temperatura requerida para una trans-
Razón (relación) de presiones ferencia económica del calor.

Fig. 2 La eficiencia térmica depende de la razón Aunque en la actualidad la tecnología ha hecho que
(relación) de presiones y de la temperatura se emplee menos el ciclo regenerativo, los cambios en los
de entrada a la turbina costos de la energía y tecnológicos hacen que se prefiera
cada vez más otro tipo de ciclo, el ciclo cerrado (Fig. 5),
en el cual el medio de trabajo, que no necesariamente
es aire, se hace circular en un sistema cerrado sin aber-
turas a la atmósfera. El calor se suministra y extrae con

206 MOTORES PRIMARIOS: TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS

Entrada Se debe mencionar antes de seguir adelante que, aun-,
de aire que el término “ciclo” es de uso general, en realidad no
es el adecuado ya que las turbinas de gas generan la po-
Compresor y turbina de tencia con un proceso continuo de combustión de estado
altas velocidad y presi6n estable.

Interenfriador Diseño mecánico
del compresor
El diseño de las turbinas de gas refleja la necesidad de
Fig. 4 Las modificaciones mejoran la eficiencia obtener el mejor término medio posible entre el proceso
termodirhmica, pero aumentan la termodinámico y altas eficiencias del compresor y la tur-
complejidad y las caídas internas de presión bina, dentro de los límites económicos impuestos por el
empleo de materiales costosos que resistan altas tempe-
raturas y de técnicas avanzadas de fabricación.

Las turbinas vienen en tipos de uno, dos y tres árboles
(Fig. 6) y hay variantes de estas configuraciones básicas.

El diseño se basa con mucho en los requisitos de
óptimas eficiencias del compresor y la turbina, y el fac-
tor que las controla es la velocidad específica.

intercambiadores de calor. Esto permite el empleo de en donde: n = velocidad del árbol, rpm, Q = caudal de
combustibles sólidos o cualesquiera otros y hace atracti- entrada o escape del compresor o la turbina, según se
va la aplicación de estas turbinas en industrias como la aplique, ft’/s, Ah = diferencia teórica en la entalpía,
de la pulpa y el papel. Btu/lb. La velocidad específica entre los límites de 60 a
200 es típica para tener las máximas eficiencias determi-
Quizá un empleo más adecuado de la turbina de ciclo nadas por el diseño del compresor y la turbina.
cerrado sea para la regasificación de gas natural licuado
(GNL) en las terminales receptoras. En este caso, la ba- Esta relación explica por qué la configuración del
ja temperatura del GNL y el requisito de calor para la árbol se vuelve cada vez más compleja cuando se au-
regasificación pueden ser lo que buscan los ingenieros menta la razón de presiones. El caudal volumétrico re-
en materia de sumideros de calor ideales. ducido con altas presiones exige mayor velocidad para
mantener una elevada eficiencia. Esta dependencia res-
Salvo excepciones, a la industria de procesos quími- pecto de la velocidad específica también significa que no
cos (IPQ) sólo le interesan, en general, las turbinas de se puede tener una turbina con velocidad a voluntad, al
ciclo simple y, en menor grado, las regenerativas de ci- contrario de lo que ocurre con las turbinas de vapor cu-
clo simple. Por tanto, en este artículo sólo se menciona-
rán las turbinas de ciclo simple.

Gas de escape t Enfriador de aire
t

Soplador del aire para combustión

para combusti6n

CBmara de combustión Reaenerador Enfriador del
sconomizador
disponer para cualquier
combustible y sistema de Fluido de trabajo (se utiliza o se ha
combusti6n. incluso lecho propuesto cua!quier gas adecuado como:

carbono, helio1

Fig. 5 Diagrama de una turbina de gas de ciclo cerrado

CONSIDÉRENSE LAS TURBINAS DE GAS PARA CARGAS PESADAS 207

Esta turbina regenerativa produce un máximo de 50 000 hp

ya eficiencia depende mucho menos de la velocidad. Por ra las inspecciones y mantenimiento. Los cojinetes (chu-
ello, en aplicaciones normales se requiere engranaje de maceras) del árbol son convencionales, del tipo de man-
cambio de velocidad entre la turbina de gas y el equipo guito o de cuerpo oscilante en los radiales, y de caras có-
impulsado. Una excepción son las unidades motrices pa- nicas o de segmentos múltiples, en los de empuje;
ra generadores que tienen velocidades de salida de 3 600 dispuestos para funcionar con un sistema de lubricación
y 3 000 rpm y de los cuales hay ya tantos en servicio, a presión común para la turbina de gas y la máquina im-
que se justifican diseños especiales para ciertas capaci- pulsada. Por lo general, la turbina, el sistema de lubri-
dades nominales de potencia. Además, en ocasiones, se cación, los sistemas auxiliares y los instrumentos sirven
pueden disponer las etapas de compresores y bombas de para las necesidades normales de las plantas de proceso,
acuerdo con una velocidad dada de la turbina, sin recu- expresados en normas como las API 614 y 616.
rrir a un engranaje. Sin embargo, salvo en esos casos
raros, el acoplamiento directo, o sea sin engranes, de La turbina tipo avión, por contraste, es un motor de
la turbina requiere establecer un término medio entre la chorro (“jet”) para aviones pero, en vez de impulsar un
operabihdad y la eficiencia. avión, mueve una turbina de potencia. En esta forma,
el motor es un generador de gas energizado que se envía
Otro problema es la eficiencia con carga parcial. Con a una turbina convencional de potencia para trabajo pe-
operación en esencia a velocidad fija, el flujo de aire y sado.
la potencia requerida en el compresor son constantes,
sin que importe la salida de potencia que se desee; para Estas turbinas ofrecen las siguientes ventajas: 1) la
mejorar esa eficiencia con carga parcial, hay que reducir avanzada tecnología de la aviación y los laboratorios de
el flujo de aire. Esto se hace con aspas de guía de entra- investigación y desarrollo asociados se pueden aplicar
da en el compresor y con control variable de las aspas para uso industrial; 2) las técnicas de producción en se-
del estator. Las turbinas de dos ejes también tienen me- rie y de control de calidad aplicados a la aviación benefi-
jor rendimiento con carga parcial. cian a los usuarios industriales; 3) los centros de servicio
para motores de avión, con sus estrictos requisitos de
Tipos de turbinas certificación, existencia de piezas de repuesto (a veces
unidades completas a cambio) e instalaciones para prue-
Las turbinas de gas se clasifican como para trabajo ba, están disponibles para dar servicio a los generadores
pesado y derivadas de motores de aviación (o tipo avión). de gas.

El tipo para trabajo pesado se ha perfeccionado para Estas ventajas las reconocieron muy pronto los fabri-
satisfacer las necesidades normales de las plantas indus- eantes de compresores centrífugos para gasoductos; de
triales, sin limitaciones de espacio y de peso. hecho, la primera turbina tipo avión se instaló con este
fin en Estados Unidos en 1960. Esto fue cosa natural.
Esta turbina normalmente es del tipo de uno o de dos El diseño y producción de turbinas de potencia para
ejes. Las paletas y álabes del compresor y la turbina son temperaturas moderadas, flujo alto y baja velocidad, de
de construcción fuerte, lo mismo que las toberas. Esto, unas 5 000 rpm, fueron una prolongación lógica de la
junto con las razones de presiones y temperaturas mode- fabricación de esos compresores. En la actualidad, se
radas en el gas energizado, permite largos intervalos pa- utiliza un número cada día mayor de estas turbinas de

208 MOTORES PRIMARIOS: TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS

Entrada CBmara de Escape Entrada CBmara de , Escape
de aire de aire L
,l combustión

a z
POtl?‘llCia
Potencia
- de salida - de salida

del generador de gas Turbina de dos (Lrboles
Turbina de un solo Irbol Combustible

Combustible Cámara de /, Escape Entrada
. de aire

l

iurbina de dos Brboles con salida de Potencia hacia el compresor ‘. Potencia hacia el compresor
potencia e” el lado del compresor del generador de gas de alta del generador de gas de baja
velocidad
velocidad

Turbina de tres Arboles

Fig. 6 Diversas configuraciones de arboles para turbinas de gas

gas para gasoductos, perforaciones fuera de la costa y trumentos y sistema de lubricación con el equipo al
servicios públicos, debido a que, para potencias altas, cual impulsa. Pero el origen del generador de gas es evi-
este tipo de turbina es más eficiente que incluso la rege- dente en su diseño mecánico. Además de su menor peso
nerativa para trabajo pesado. y tamaño compacto exigidos para los aviones, otras im-
portantes variantes para su empleo en plantas de proce-
La turbina de gas tipo avión tiene dos o tres árboles, so incluyen gran número de cojinetes antifricción, siste-
según sea el diseño del motor de reacción; no se puede mas especiales de lubricación con aceites sintéticos no
utilizar en ellas el ciclo regenerativo. La turbina de po- inflamables, accesorios hidráulicos e instrumentos elec-
tencia y el generador de gas (motor de reacción) son trónicos e hidráulicos. Esto, más las holguras tan preci-
componentes separados, sin conexión mecánica; los sis- sas requeridas en su construcción, hacen necesarios mé-
temas auxiliares también están separados. todos de operación y mantenimiento diferentes de los
normales en una planta.
La turbina de potencia, como se mencionó, es de
construcción resistente y comparte los accesorios, ins-

La primera instalación de una turbina tipo avión en E.U. fue para compresores en gasoductos

CONSIDÉRENSE LAS TURBINAS DE GAS PARA CARGAS PESADAS 209

La turbina de gas industrial tiene compresor centrífugo de dos etapas y engranaje integral en el lado frío

También existe la “turbina de gas tipo industrial”, de las cámaras de combustión (combustores) y piezas de
que no es para trabajo pesado. Sus características espe- transición se utilizan aleaciones más especializadas.
ciales pueden incluir salida de potencia en el extremo
delantero (lado del compresor) y engranaje integral para Las superaleaciones resistentes a las altas temperatu-
cambios de velocidad. También pueden observarse al- ras, además de alta resistencia física también la deben
gunas de las características de los motores de avión en tener a la oxidación, erosión y corrosión. Deben ser ade-
esya turbina, que se ilustra en esta página. cuadas para darles forma con los procesos de manufac-
turar disponibles, tales como colada con revestimiento,
Materiales de construcción forja de precisión, laminación, maquinado y soldadura.

Cualquiera que sea el tipo de la turbina de gas, su efi- En segundo lugar, con el empleo de revestimientos
ciencia total depende de las eficiencias individuales del protectores de barrera térmica para las toberas y álabes
compresor y la turbina, y de la temperatura máxima de en servicio con altas temperaturas, se puede aumentar
entrada con la cual se puede tener funcionamiento con- la duración de estas piezas dos veces o más, según sean
tinuo. las características del combustible. Los revestimientos
incluyen óxido de aluminio y carburos de tungsteno y de
Con la tecnología actual, la eficiencia del compre- cromo en aleación con níquel, cromo y platino. Se em-
sor y la turbina ha llegado a alrededor del 90%, y no se plean diversos procesos para aplicar los revestimientos e
considera probable poder aumentarla. Sin embargo, los incluyen detonación, aspersión con plasma y con plas-
aumentos en la temperatura máxima de combustión se- ma al vacío, difusión, recubrimiento y electrodeposición
gura es algo por completo diferente. Los constantes ade- o combinaciones. de ellos.
lantos en la tecnología han permitido su elevación y la
mejora consecuente en la eficiencia de las turbinas exis- Una tercera forma, que ha dado los mejores resulta-
tentes. dos en la operación a altas temperaturas, consiste en en-
friamiento por aire para las toberas, álabes y discos de
Para lograr este adelanto, los fabricantes se han en- la turbina. El enfriamiento por aire se ha utilizado en las
frentado a los problemas del manejo de altas temperatu- cámaras de combustión (combustores) estacionarias
ras, en tres formas básicas. desde que aparecieron las turbinas de gas. La eficacia de
este tipo de enfriamiento de las toberas y álabes está ínti-
La primera es que se han creado y se siguen perfeccio- mamente relacionada con la mejora de las técnicas de
nando materiales con alta resistencia a la ruptura por es- colada con revestimiento y con la aparición del proceso
currimiento, a temperaturas elevadas. En los compo- de fundición de cascarones múltiples para las superalea-
nentes roqatorios sometidos a grandes esfuerzos como ciones para altas temperaturas. Junto con estos adelan-
los álabes y discos de la primera etapa, se utilizan supe- tos, ha mejorado la técnica para el manejo y distribu-
raleaciones a base de níquel. Para temperaturas todavía ción del aire de enfriamiento.
más altas, se pueden emplear aleaciones a base de cobal-
to, pero con menor grado de esfuerzo en las toberas es- Para obtener aire de enfriamíento libre de polvo, se
tacionarias de la primera etapa. Para los revestimientos toma en el centro de su trayectoria en el compresor y
se pasa por trampas para polvo del tipo de inercia antes de

210 MOTORES PRIMARIOS: TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS

llegar a los conductos de diámetro pequeño en las tobe- Para obtener una duración razonable con combusti:
ras, discos y álabes (paletas). Las aberturas de entrada bles líquidos pesados, hay que modificar la turbina y
están fuera de la trayectoria del gas caliente, y las salidas agregar instalaciones para manejo y tratamiento del
están colocadas para minimizar la obstrucción con ce- combustible. Las modificaciones incluyen diseños en las
nizas. cámaras de combustión (combustores), toberas y álabes,
el empleo de materiales y revestimientos especiales para
Con el enfriamiento eficiente por aire, es posible con- el combustible que se va a utilizar y reducción en la tem-
trolar la temperatura del metal de las toberas, álabes y peratura máxima de combustión y en la potencia nomi-
discos, a alrededor de 250 a 500’F menos que la del gas nal.
de combustión. Estos límites de temperaturas son para
turbinas de trabajo pesado, en donde el metal para pie- El tratamiento del combustible pesado Incluye preca-
zas sometidas a grandes esfuerzos es más grueso y fuerte lentamiento y control del contenido de componentes
que en las turbinas del tipo avión. Con ello, los límites corrosivos, principalmente azufre, potasio, sodio y va-
de temperatura de entrada en las turbinas de gas indus- nadio, dentro de los límites permitidos, en partes por
triales de la actualidad es de 1 700 a 1 900°F, en las de millón, de acuerdo a lo establecido por el fabricante.
tipo de trabajo pesado, con relaciones de compresión Cuando el contenido de componentes corrosivos es infe-
de 6 a 9 y de 1900” a 2100’F en las turbinas de tipo rior al máximo establecido, el revestimiento protector
avión con relaciones de compresión de 12 a 20. en la trayectoria para los gases de combustión puede dar
protección adecuada contra la corrosión en caliente, que
Combustibles es de naturaleza química.
Las turbinas de gas pueden trabajar con una gran va-
Sin embargo, el vanadio no se puede manejar en esa
riedad de combustibles gaseosos y líquidos. Los gaseo- forma; a altas temperaturas se combina con los óxidos
sos pueden ser desde butano, propano y gas natural has- del revestimiento protector y lo destruye. Esta corrosión
ta varios gases de proceso comunes, y no tan comunes, se puede controlar mediante la dosificación de aditivos
i cluyendo los de refinería, metano, hidrógeno, gas de como compuestos de manganeso, en el combustible.
jforno de coque y monóxido de carbono entre otros. Los
combustibles líquidos pueden ser desde destilados lige- Otro factor que se debe tener en cuenta es la erosión
ros, combustible diesel, gasoil, combustóleo Bunker C por la ceniza que producen los combustibles pesados du-
hasta petróleo crudo. Por supuesto, la elección del com- rante la combustión. También en este caso, los revesti-
bustible queda determinado por consideraciones prácti- mientos protectores resisten la erosión por la ceniza y
cas. Además de las restricciones de disponibilidad y dan una duración adecuada de las piezas en la trayecto-
precio, la elección del combustible está sujeta a las de- ria de los gases calientes.
mandas normales de operación de la planta respecto a
confiabilidad, duración satisfactoria del equipo y con- Además de producir la erosión, las cenizas tienden a
troles de la contaminación. formar depósitos y a crear serios problemas en el proce-
so, que incluyen reducciones en la eficacia del enfria-
Una turbina que consume gas, podrá funcionar nor- miento por aire, porque obstruyen las aberturas de en-
malmente con uno que tenga poder calorífico inferior trada y salida, y reducción en la potencia y la eficiencia
entre 5 000 y 500 Btu/ft” esto aproximadamente. Con de la turbina. Para el control de los depósitos de ceniza
los gases de Btu bajas, se reduce el flujo de aire por pie se utilizan aditivos en el combustible. Según sea el com-
cúbico de gas; la mezcla correcta del gas y el aire y la bustible que se emplee, también se puede necesitar lava-
estabilidad de la llama se vuelven más difíciles. No obs- do de la turbina en forma periódica.
tante, las turbinas para trabajo pesado, con ciertas mo-
dificaciones, pueden trabajar con gas de Btu bajas. Esto En resumen, el tratamiento de combustibles pesados
significa que una turbina alimentada con gas puede para las turbinas de gas es complicado y puede incluir:
ofrecer a una planta de procesos una gran libertad para precalentamiento, varias etapas de lavado con agua en
su operación. En la práctica, una turbina equipada con centrífugas y el empleo de aditivos e inhibidores. Un as-
un sistema doble o triple de combustible, se puede pecto importante del tratamiento es cumplir las especifi-
arrancar con gas natural y, cuando lo permita la caciones establecidas del combustible. Hay que recal-
operación de la planta, se puede pasar a un sistema de carlo porque la turbina es muy sensible al combustible
gas de proceso. Esta, a su vez, se puede regresar a un no especificado, y las consecuencias a corto plazo serán
suministro de combustible de emergencia de propano o menor duración y mayor mantenimiento.
destilado ligero, con el fin de no interrumpir el funcio- Contaminación ambiental
namiento.
El control de la contaminación con una turbina de gas
La selección de combustibles, en la práctica, está li- en una planta de proceso está sujeto a reglamentos, así
mitada a los destilados ligeros. Aunque las turbinas, se- como a los métodos establecidos por el usuario. La con-
gún se dijo, pueden funcionar con destilados pesados, taminación abarca dos aspectos distintos: el ruido y las
con Bunker C o petróleo crudo, el empleo de ellos se ha- emisiones hacia la atmósfera por la chimenea.
rá en circunstancias especiales, por ejemplo, en una
planta alejada en donde no se pueden obtener los desti- Para cumplir con los límites de 85 a 90 dBa a 3 ft de
lados ligeros. distancia permitidos para el ruido, se requieren silencia-
dores de admisión y escape, así como casetas con protec-
ción acústica. Los métodos y componentes para la dis-
minución del ruido son idénticos, cualquiera que sea el

CONSIDÉRENSE LAS TURBINAS DE GAS PARA CARGAS PESADAS 211

tipo de turbina, y pueden considerarse como casi estan- cen diferentes cantidades de NOx, en relación una vez
darizados. más con la temperatura de la llama; algunos combusti-
bles de bajo poder calorífico como el hidrógeno, pueden
Con las crecientes exigencias del control de ruido, el producir grandes cantidades de NO,.
diseño y la construcción de los silenciadores y casetas o
alojamientos acústicos han ido mejorando con rapidez. La emisión de NO, en el escape de la turbina se
Los componentes para disminución de ruido en la ac- puede controlar con la inyección de agua de calidad pa-
tualidad son de diseño estructural fuerte y, a menudo, ra alimentación de calderas en la cámara de combus-
del tipo de apoyo libre. Los muros exteriores se pueden tión. Con ello, se puede reducir la temperatura de la
hacer con placas de acero de 3/16 a ‘/q in de espesor, y llama y la emisión de los NO, queda dentro de los va-
los materiales para los muros acústicos pueden ser lámi- lores exigidos por los reglamentos o la ubicación de la
na de acero galvanizada, de calibre grueso y perforada planta.
para la admisión de aire y los alojamientos, salvo que las
circunstancias requieran otra cosa. Para la chimenea de Las instalaciones de turbinas de gas, en general, son
escape se utilizan materiales para altas temperaturas y poco contaminantes; el control del ruido y las emisiones
resistentes ala corrosión. Los materiales absorbentes del por la chimenea no es difícil. Si se exige el control de los
ruido pueden ser lana mineral o fibra de vidrio. NO,, éste se puede lograr con tecnología conocida.
Otros beneficios son menor disipación de calor en la
Los esfuerzos para controlar las emisiones de conta- planta y efluentes más limpios en la unidad de trata-
minantes por la chimenea de la turbina de gas del tipo miento de aguas negras.
para proceso estarán encaminados casi siempre a redu- Arranque
cir la cantidad de óxidos de nitrógeno (NO,) en el es-
cape. Esto se debe a que las estrictas especificaciones Para el arranque de las turbinas de gas, lo mismo que
para el combustible, como algo adicional, eliminan la en un motor de combustión interna, se requiere una
mayor parte de los contaminantes en la fuente, es decir, fuente exterior de potencia. Sin embargo, las secuencias
en el combustible antes de quemarse. Los contaminan- de arranque son un poco más complicadas para la turbi-
tes normales en el escape, como dióxido de azufre, na. Primero, hay que hacer girar (mediante la fuente
monóxido de carbono y partículas, se controlan median- externa) el compresor y establecer el flujo y presión mí-
te las especificaciones del combustible y el diseño de la nimos del aire antes de que pueda introducirse y encen-
cámara de combustión, y no constituyen un problema derse el combustible. Después de la ignición, el equipo
especial. Sin embargo, no ocurre así con los NOx. de arranque debe continuar ayudando en la aceleración
hasta que se alcanza un nivel de potencia autosostenida.
La formación de los NO, es compleja y no está den- En este momento, el equipo de arranque se desconecta
tro del alcance de este artículo. La producción de los en forma automática, y la turbina ya puede acelerar
NOx, en pocas palabras, sufre la influencia de las con- hasta su velocidad regulada.
diciones atmosféricas: se reduce cuando aumenta la hu-
medad relativa y aumenta de acuerdo con la temperatu- En aplicaciones en procesos, son de gran importancia
ra de la llama y el tiempo que el combustible permanece las características de la carga impulsada y la configura-
en la turbina. Los diversos tipos de combustibles produ-

La turbina de gas tiene disposicián de arranqueielectrohidr8ulico la la derecha)

212 MOTORES PRIMARIOS: TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS

ción del árbol de la turbina. En las de un árbol, hay que El compresor del aire es otra cuestión. Sin que impor-
acelerar la turbina y la carga hasta la velocidad en que ya te la eficiencia del filtro de aire, llegará a ensuciarse, y
se tiene potencia para seguir funcionando; por tanto, hay que tener control para mantener la salida de poten-
hay que descargar el equipo impulsado durante el cia. La reducción de eficiencia del compresor altera la
arranque. Aunque esto es práctico en sistemas de pro- salida de potencia en una relación de alrededor de 2: 1.
pulsión de bombas y compresores de potencia baja y Esto significa que una reducción del 1% en la eficiencia
mediana, resulta impráctico para propulsión de baterías del compresor reduce la salida de potencia en un 2%
de compresores de alta potencia; para esta aplicación, la aproximadamente.
turbina de dos árboles es la indicada. Con ella, es fácil
acelerar la sección del gas energizado hasta que pueda Los fabricantes suministran el equipo y las instruccio-
funcionar por sí sola, sin interferencia del equipo impul- nes para la limpieza. Se utilizan dos métodos: limpieza
sado, el cual se acelera en forma automática a su veloci- con abrasivos y lavado. La limpieza con abrasivos se
dad de funcionamiento cuando la turbina ya produce la puede hacer con la turbina en marcha, frecuentemente
potencia requerida. a intervalos regulares, por ejemplo, una vez a la sema-
La disposición del árbol de la turbina también deter- na. La limpieza del compresor se puede hacer con la
mina el tipo y tamaño del equipo de arranque. En la adición de cáscara de nuez o arroz desde una tolva hacia
turbina de un eje, que en aplicaciones industriales es de la entrada de aire. Pero la limpieza con abrasivos de la
servicio pesado, se puede utilizar una turbina de vapor, turbina se requiere equipo especial, porque hay que in-
un expansor de gas, un motor eléctrico o uno diesel para yectar las cáscaras o el arroz en la cámara de combus-
el arranque. La potencia requerida puede ser del orden tión mediante toberas especiales.
de 1 000 a 1 500 hp o más, según la aplicación. Para las
necesidades normales, el equipo arrancador está conec- Se requiere el lavado si ha entrado vapor de aceite al
tado ala turbina en el lado del compresor con un embra- compresor o se ha acumulado ceniza en la trayectoria
gue y que . desacopla al alcanzarse cierta velocidad. del gas caliente, incluyendo los inyectores de combusti-
sCeuasundelFe suetielimzaprleuann expansor de gas o turbina de vapor ble, cámaras de combustión (combustores), piezas de
acoplamiento de una pieza para el transferencia y toberas y álabes de la turbina. Una vez
arranque, así como para transmitir la potencia al equipo más, los fabricantes tienen el equipo y los procedimien-
impulsado. tos recomendados. El líquido para el lavado puede ser
En la turbina de dos árboles para trabajo pesado, el agua caliente, detergente o disolvente, según sea el tipo
equipo para arranque es similar al empleado en la turbi- de suciedad.
na de un árbol, aunque se requiere menos potencia. Co-
mo contraste, en la turbina tipo avión, que siempre es La inspección y mantenimiento de las piezas en la tra-
de árboles múltiples, el equipo para arranque suele ser yectoria del gas caliente son importantes para el funcio-
más compacto y ligero. Se pueden utilizar un motor de namiento seguro y confiable de la turbina. Estas opera-
arranque por aire del tipo para motores de automóvil, ciones se facilitaron en gran medida al aparecer el Bores-
un expansor de gas o un motor hidráulico, que se pue- cope. Con el número apropiado de orificios en los lugares
den alimentar con el sistema de gas de la turbina, el sis- adecuados se pueden efectuar inspecciones y obtener fo-
tema de aire de la planta o el sistema de lubricación. tografías sin necesidad de realizar grandes desarmes. Al
uso de este aparato se le atribuye mucho más tiempo de
Operación y mantenimiento trabajo útil y reducción en los costos de mantenimiento.

La operación de las turbinas de gas requiere que el Un aspecto exclusivo del mantenimiento de las turbi-
operador preste atención especial a todos los factores del nas de gas es la facilidad para aumentar su capacidad y
funcionamiento. Estos incluyen aspectos de operación y reconstruirlas, gracias a los adelantos en la técnica. Por
mantenimiento únicos para las turbinas de gas, como ejemplo, se puede aumentar la capacidad de una turbi-
caída de presión en el filtro de aire; silenciadores de ad- na que ya tenga cinco años de servicio, reemplazando
misión y escape, alojamientos acústicos con instrumen- las piezas en la trayectoria del gas caliente por otras he-
tos para el equipo de operación y de seguridad; inspec- chas con aleaciones para temperaturas más altas, que no
ción y mantenimiento de la cámara de combustión y de había en ese tiempo. Esto permite operar la turbina re-
la sección caliente, y obstrucciones del compresor y la construida con un aumento considerable en la tempera-
turbina. tura de combustión y, como consecuencia, con una me-
jora apreciable en la eficiencia de operación y salida de
Cuando se ensucia la turbina, se altera su funciona- potencia adicional.
miento, y la limpieza de las paletas y álabes del compre-
sor y la turbina es muy importante. La potencia nomi- Controles e instrumentos
nal de una turbina está basada en su funcionamiento en para seguridad
condiciones limpias, que sólo ocurre en el banco de
pruebas del fabricante y después del reacondiciona- Los controles e instrumentos de seguridad de las tur-
miento, por lo cual se puede esperar alguna pérdida de binas de gas son sistemas por completo integrados que
rendimiento en cierto momento. Dado que el ensucia- permiten arranque manual o por medio de botones y el
miento de la turbina depende del combustible, el em- control del funcionamiento, la seguridad y el paro nor-
pleo de combustible de máxima calidad lo reducirá mu- mal o de emergencia. Aunque el sistema de control pue-
cho. de ser electrohidráulico, electroneumático o alguna
combinación de ellos, se emplean cada vez más el siste-
ma por completo electrónico de estado sólido.

CONSIDÉRENSE LAS TURBINAS DE GAS PARA CARGAS PESADAS 213

Cualquiera que sea el sistema de control, la secuencia Potencia nominal
de arranque de la turbina incluye: accionamiento del La evaluación de una turbina para una aplicación
arranque para expulsar cualquier posible acumulación
de combustible en el sistema; aceleración hasta la veloci- particular empieza con la determinación de su potencia
dad de ignición; ignición y combustión sostenida; acele- nominal de acuerdo con las normas ISO (Organización
ración controlada y sincronizada, con el aumento gra- Internacional de Normalización). Es la potencia nomi-
dual del suministro de combustible y temperatura de nal a velocidad de diseño a nivel del mar, con la tempe-
operación, para evitar esfuerzos térmicos en las piezas ratura ambiente a 15% y con cero caídas de presión en
para alta temperatura; aceleración continua hasta la ve- la entrada y en el escape.
locidad mínima del regulador (marcha en vacío) y acep-
tación de la señal de carga de control del proceso del Para obtener la potencia nominal en el lugar de insta-
equipo impulsado, es decir, operación sobre el control lación, hay que hacer varios ajustes en la especificación
del proceso. ISO. En primer lugar, debido a que el compresor de aire
tiene capacidad volumétrica fija a una velocidad dada, la
Aunque no es fácil de ajustar en la lista antes dada de densidad del aire se refleja en el flujo de masa en la turbi-
pasos, una importante función de control de arranque y na y, por tanto, en la salida de potencia. Por tanto, la
de seguridad es impedir que ocurran oscilaciones o ines- densidad se determina de acuerdo con la altitud y la tem-
tabilidad en el compresor de aire. Para ello, se monito- peratura ambiente. En segundo término, las caídas de
rea en forma continua de los flujos y presiones del aire presión en la entrada y escape impuestas por una aplica-
como función de la velocidad en operación para dar se- ción dada, reducen la salida de potencia. En tercer lugar
ñales que impidan o permitan continuar el arranque y debe tomarse en consideración el combustible, pues la
el control del funcionamiento. norma ISO es para gas natural, y se tiene menos poten-
cia nominal cuando se emplean combustibles líquidos
Según sean la configuración y relación de presiones destilados y más pesados.
del compresor, la apertura y cierre de las válvulas de
control de oscilaciones y la cancelación de los sistemas Además, aunque no está en relación directa con la
de control de las aspas de guía de entrada y del estator clasificación ISO, la potencia útil se puede reducir más
son partes de las secuencias de arranque. si funciona a velocidad que no es de diseño y con el em-
pleo de engranaje de cambio de velocidad.
Las principales señales de funcionamiento de la turbi-
/j na, además de las de control del proceso, son flujo de La magnitud de los ajustes es función de las caracte-
rísticas de diseño de la turbina. Por tanto, no es posible
aire, temperatura de operación y, en las de árboles múl- relacionar la especificación ISO con la potencia nominal
tiples, la velocidad o velocidades del generador de gas. en una instalación dada, sin tener datos específicos del
La temperatura de funcionamiento se puede medir en la fabricante. Sin embargo, puede observarse que, nor-
entrada o en el escape de la turbina de potencia, según malmente, mayor altitud equivale a temperaturas am-
sea el diseño. A veces puede ser difícil ,obtener señales biente más bajas, lo cual permite cierta igualación de las
confiables y correctas de temperaturas a los niveles de potencias nominales correspondientes al lugar de la ins-
las mismas existentes. Un método para lograrlo es insta- talación. Esto, junto con el hecho de que el usuario tien-
lar termopares múltiples y el empleo de una señal pro- de a asignar valores estándar a las caídas de presión en
medio para fines de control. Cada termopar, para apoyo la entrada y en el escape, hace que una reducción del
y seguridad, puede tener un interruptor de alarma y de 15% en la especificación ISO sea una atinada primera
corte, que produzca una señal de alarma cuando las lec- estimación de la potencia nominal en el lugar de instala-
turas del termopar queden fuera de las tolerancias, en ción en un lugar típico de E. U.
más o en menos y, al mismo tiempo, desconecte este ter-
mopar del sistema de control. Aunque es sencillo evaluar el efecto de esos’ factores,
es más difícil determinar la influencia de otras condicio-
Además de los instrumentos convencionales para se- nes del lugar en la salida de potencia y operabión de la
guridad del equipo mecánico, se utilizan instrumentos turbina. Considérese, por ejemplo, la calidad del aire;
especiales que incluyen alarmas de: a) presión diferen- si arrastra polvo, arena o nieblas salinas, se requieren
cial en el filtro de aire de admisión, 6) apertura de la mejores filtros en la admisión, quizá dos o tres filtros
puerta de implosión del filtro; c) formación de hielo. Las con separador de humedad, pero aumentan la caída de
señales de vibración en la sección del generador de gas presión en la entrada y reducen la salida de potencia.
de la turbina tipo avión requieren el empleo de sondas
de aceleración debido a su construcción con materiales También puede ser necesario reducir la potencia no-
ligeros. En las turbinas de potencia y las de trabajo pesa- minal (despotenciar) si penetran en la turbina vapores
do, se pueden utilizar detectores de vibración por proxi- o productos de combustión. Los vapores pueden ser de
midad y de posicionamiento axial, aceite y provenir de un respiradero mal instalado ern la
turbina o del depósito de aceite lubricante del eq$ipo
Las casetas acústicas para las instalaciones de turbi- propulsado. Sin nada más, la admisión de gases de com-
nas gas incluyen una serie adicional de instrumentos de bustión de otros equipos de la pianta aumentag’la tem-
seguridad un tanto nueva para IPQ, que pueden incluir peratura de entrada a la turbina y reducen SU potencia.
alarmas 0 paros por alta temperatura en la caseta, acu-
mulación de gases, detección de llamas, detección de En algunos climas muy fríos hay la posibtiidad de for-
humo, falla en la circulación del aire de enfriamiento, mación de hielo, cuando se combinan la humedad rela-
entrada de personas no autorizadas y protección contra tiva y la temperatura ambiente; el hielo se nota en el la-
incendios. do de corriente abajo del filtro de aire o en la campana

214 MOTORES PRIMARIOS: TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS

de entrada al compresor. En casos extremos, pueden en- Suministro de combustible
trar trozos de hielo en el compresor y dañar las paletas.
Para evitar este problema, se hace pasar aire caliente de La necesidad de combustibles de máxima calidad
la descarga del compresor a los filtros, mediante control puede ser una limitación en el empleo de la turbina.
manual 0 automático. Hay que evaluar el suministro, proveedor y precio y
considerar los futuros cambios en la oferta y en los re.
En todas las zonas de clima muy frío se puede formar glamentos gubernamentales. En muchos casos, la capa-
hielo, lo cual ocurre a temperaturas de entre 42°F y cidad de la turbina para funcionar con doble o triple
36’F, si hay alta humedad relativa, y también influyen combustible puede ser factor decisivo. Sin embargo, la
las variaciones en la caída de presión en el sistema de selección y suministro del combustible quedan fuera del
entrada de aire. alcance de este artículo.

En resumen, cuando se reduce la potencia nominal En una planta ubicada en un campo de pozos de gas
ISO de acuerdo con las condiciones del sitio de instala- o construida para aprovechar una fuente particular de
ción, hay que tenerlas en cuenta. La turbina se puede energía, sale sobrando considerar el asunto. Hay un ca-
ensuciar por las condiciones del medio ambiente y debi- so similar cuando en una planta se produce algún gas
do al combustible. Hay que tenerlo en consideración y como subproducto, de poco o ningún valor comercial y
se requiere potencia mayor que la nominal para el sitio que debe quemarse en ella.
si se quiere garantizar una operación continua de la
planta al 100% de capacidad. De hecho, en la Norma Recuperación de calor
API 617 para compresores centrífugos de servicio gene-
ral en refinerías, exige que las dimensiones de las tur- Para compensar el costo del combustible, en casi to-
binas de vapor sean tales que desarrollen el 110% de la das las instalaciones de turbinas de gas hay un sistema
potencia máxima requerida para impulsar el equipo; se para recuperación de calor de los gases de escape que,
requiere un margen similar en las de gas, al menos hasta por fortuna, se puede incluir en muchas plantas de pro-
que no haya normas específicas. ceso. Ejemplos importantes son las calderas y calentado-
res. Se puede sustituir el vapor por los gases de escape,
Evaluación de las aplicaciones como fuente de calor para los equipos como los rehervi-
dores y en procesos en donde se utiliza aire caliente para
El que se emplee o no una turbina de gas en una plan- la cura o el secamiento. Hay que investigar el aprove-
ta de proceso implica la selección de ella o de una turbi- chamiento del calor del gas de desecho.
na de vapor con condensación. La turbina de vapor de
contrapresión no tiene competidores. Sistemas de energía y balance
de potencia de la planta
Los aspectos principales al evaluar la turbina de gas
para esa instalación son, por orden de importancia des- Una vez determinado el combustible y establecida la
de el punto de vista de la operación: 1) confiabilidad me- posibilidad de recuperación de calor, hay que verificar
cánica y facilidad de operación, 2) suministro de com- la aplicación de la turbina de gas mediante un balance de
bustible, 3) recuperación de calor, 4) sistema de energía energía de toda la planta. Esto requiere la consideración
y balance de potencia de la planta; 5) economía de ope- de lo siguiente: entrada de vapor al proceso, vapor gene-
ración, y 6) costo de la inversión. rado por el proceso, vapor generado por las calderas de
combustión, entrada total de energía (combustible y elec-
Confiabilidad mecánica tricidad) en la planta; disipación de calor a la atmósfera
y facilidad de operación y en el agua de enfriamiento, volumen de circulación de
agua de en.friamiento y potencia mecánica requerida pa-
La IPQha tenido experiencia satisfactoria con las tur- ra compresores, bombas, generadores, etc.
binas de gas bien seleccionadas, de la potencia adecuada
y con buena instalación y mantenimiento. De hecho, la Cuando se tienen todos esos datos, las turbinas de va-
turbina de gas se considera igual que cualquier otro mo- por pueden destinarse para utilizar todo el disponible y
tor primario en estos aspectos. Resulta interesante hacer las turbinas de gas se pueden emplear para el balance de
notar que los sistemas de turbinas por completo automá- las necesidades de potencia mecánica, en forma cohe-
ticos para el arranque, control y paro, se consideran rente con las posibilidades de recuperación de calor.
ventajosos para muchos usuarios.
Si la turbina de gas es la indicada, quedará de mani-
,r.&Ip aspecto en el que la turbina de gas es inferior a fiesto en una reducción real en las necesidades de ener-
1.%. i&vapor, es en la flexibilidad respecto a la velocidad. gía de la planta. Además, aparte del menor consumo de
ación de la turbina de gas a velocidad menor que energía, se logran otros beneficios, como menos necesi-
o reduce la potencia y eficiencia. Sin embar- dades de tratamiento de agua para calderas y enfria-
de dos árboles disminuye estos inconvenien- miento, menor circulación de agua de enfriamiento y
o, y en muchas aplicaciones en compresores menor contaminación ambiental.
s de presión lija, como las de amoniaco, me-
mo, entre muchos otros, se ha dado demasia-
da importanc& al requisito de una amplia gama de velo-
cidades. .‘

CONSIDÉRENSE L

Costo de inversión

Se debe estimar el costo de inversión para configura-
ciones alternas al decidir si se utiliza la turbina de gas.
Aunque los costos directos de turbinas de gas y vapor,
calderas con combustión y por recttperación de calor,
condensadores, bombas para condensado, etc., se pue-
den estimar con precisión, los incrementos en costos son
otra cuestión. Incluyen los gastos en calderas, torres de
enfriamiento, instalaciones para tratamiento de agua,
sistemas de distribución de vapor y agua de enfriamien-
to, protección ambiental y el costo de instalación. Hay
que hacer estos cálculos en forma objetiva y no a la
ligera.

Aunque ese análisis es muy completo y puede parecer
complicado, hay muchos ejemplos de turbinas en la IPQ
con resultados satisfactorios. Considérese por ejemplo
una planta para amoniaco, en la cual el proceso genera
suficiente vapor a alta presión para la turbina de vapor
de gas sintético, de alta potencia con extracción y con-
densación que, a su vez, provee vapor a baja presión al
reformador de gas sintético y el vapor necesario para
equipo mecánico auxiliar. El balance de energía lo com-
pleta una turbina de gas que mueve el compresor de aire
de proceso y suministra aire caliente para el horno del
reformador, con una recuperación de calor de casi
10070.

Además, en la IPQse utilizan muchas turbinas de gas
para generación de energía eléctrica y cogeneración de
electricidad y vapor.

Resumen

Las turbinas de gas han alcanzado un alto grado de
perfeccionamiento, y hay un número incontable de ellas

LAS TURBINAS DE GAS PARA CARGAS PESADAS 215

instaladas en todo el mundo. Son unidades motrices in- ’
tegrales para plantas de proceso. Si se combinan con la
recuperación de calor, permitirán ahorros en los costos
de operación y se reducirá la contaminación. Sin embar-
go, para tener una instalación adecuada, hay que reco-
nocer todos sus factores exclusivos desde el principio del
proyecto en lo tocante a ingeniería, distribución física de
la planta, instalación, operación y mantenimiento.

Referencias

1. Keenan, J. H., and Kaye, J., “Gas TabIes,” John Wiley, & Sons, New York,
1948.

2. Keifer, P. J., Kinney, G. F., and Stuart, M. C., “PrincipIes of Engineering
Thcrmodynamics,” 2nd ed., .John Wiley & Sons, New York, 1954.

3 . “APT Standard 614, L~br+&n, Shaft Sealing, and Contfol Oil SystTms for
~~~1 Purpose Apphcatmns,” American Petroleum Instltute, Washmgton,

4. “API Standard 616, Combustion Gas Turbines for General Refinery Serv-
ices,” Ameritan Petroleum Institute, Washington, 1968.
Standard 617, Centrifuga1 Compresson for General Refinery Serv-
5. “API 4th ed., Ameritan Petroleum Institute, Washington, 1979.
ices,”

El autor

Kai Molich es ingeniero princi-
pal de maquinaria en C.F. Braun &
Co., 1000 South Fremont Avenue,
Alhambra, CA 91802. Desde hace
25 años se ha especializado en ma-
quinaria rotatoria de gran tamaño
para las industrias petrolera y pe-
troquímica. Tiene maestría en inge-
niería por la Universidad Técnica
de Dinãmarca y Diplomados de In-
geniería Naval y Eléctrica por la Es-
cuela de Ingeniería Naval, en Co-
penhague. Es ingeniero profesional
registrado en California, Nueva
York y Ohio e ingeniero naval con
licencia.

Eficiencia de la turbina
determinada con
calculadora programable

Los datos disponibles, los requisitos del proceso, las características de la turbina y
un programa de calculadora ofrecen, en la etapa de diseño, los medios para hacer
estimaciones exactas del consumo de vapor de las turbinas.

Ronald P. Lapina, Consultor

Un enfoque razonable para estimar la eficiencia de las de paletas movibles que convierten la energía cinética
turbinas de vapor resultará valioso para el ingeniero de del chorro en energía mecánica.
proceso. Hasta hace muy poco, las estimaciones de la
eficiencia de las turbinas han sido más empíricas que Se utilizan dos tipos de etapas para esa conversión:
científicas, y los ingenieros por lo común tratan de en- etapas de impulsión o acción y etapas de reacción.
contrar una aplicación anterior similar para consultarla.
Fig. 1 Trayectorias del vapor en una turbina de
Si no se conoce la cantidad de vapor requerida por ca- etapas múltiples
da turbina, la determinación del balance de vapor puede
volverse un trabajo inútil. En este artículo se intenta lle-
nar el hueco entre lo empírico y lo científico presentan-
do un procedimiento con calculadora que debe suminis-
trar los consumos de vapor con una aproximación del
+lO% respecto a los en realidad requeridos.

La turbina de vapor

Una turbina de vapor convierte la energía potencial
del vapor a altas temperatura y presión, mediante una
serie de pasos de expansión, en energía mecánica que
se puede utilizar para impulsar equipo rotatorio. Esto se
ilustra con el tamaño creciente de la trayectoria del va-
por desde la entrada hasta la descarga (izquierda a dere-
cha en la Fig. 1). En este caso, la energía potencial del
vapor se convierte en un chorro de alta velocidad en to-
beras estacionarias; el chorro se dirige hacia una hilera

Adaptación hecha de un libro previo del autor de este artículo titula-
zaAL’,I,-59 Manual for Estimating Centrifugal Compressor Perfor-

, Process Compresor Technology, Vol. 2, 01983 por Gulf
Publishing Co., Houston, Tex.; todos los derechos reservados.

EFICIENCIA DE LA TURBINA DETERMINADA CON CALCULADORA PROGRAMABLE 217

Estacionarias
m Rotatorias ,,/’

.,’

Longitud de la trayectoria d e l vapor - En las etapas de reacción, la expansión del vapor ocu-
rre tanto en las hileras de paletas estacionarias, como en
Fig. 2 Flujo del vapor en las etapas de impulsión las hileras de las rotatorias. La presión del vapor se re-
duce y su velocidad con relación a las paletas, aumenta
En las etapas de impulsión, la expansión del vapor sólo a medida que avanza por la hilera rotatoria.
ocurre en las toberas estacionarias, y la energía ciné-
tica creada por esa expansión hace girar una hilera de Dado que casi no existe caída de presión en las hileras
álabes rotatorios. La presión del vapor permanece cons- rotatorias de las turbinas de impulsión, éstas se caracte-
tante y su velocidad, con relación a los álabes, se reduce rizan por sus bajas cargas de empuje. Por otra parte, las
conforme avanza a lo largo de la hilera de paletas rota- turbinas de reacción tienen elevadas cargas de empuje,
torias. por la caída de presión en las hileras rotatorias. Las tur-
binas de impulsión pueden extraer más energía del va-
22 100 por por hilera que en las de reacción, por lo cual pueden
ser más cortas y fuertes. Sin embargo, las etapas en las
f 80 de reacción son más eficientes.
.B 3fn -; 6 0
$2 B La mayor parte de las turbinas que se fabrican en Es-
=$F 4 0 tados Unidos son de impulsión; por tanto, en el resto de
$ fj $ arte artículo sólo se hará referencia a ellas.

g 8.; 20 Tipos de etapas de impulsión
g$ajgl:um9rm;2
Las turbinas de vapor de impulsión tienen dos tipos
8 de etapas o pasos:

E 100.01 0.02 0.04 0.10 0.20 0.40 1.00 n Etapa de dos hileras o Curtis, llamada también
etapa compuesta respecto a la velocidad.
Razón de velocidades, V,az =. u/C
H Etapa de una hilera o Rateau, llamada también
Fig. 3 Eficiencias básicas de las etapas de turbinas etapa compuesta respecto a la presión.
de vapor
L etapa Curtis consiste en una hilera de toberas esta-
cion1rias seguida por uná hilera rotatoria de álabes, una
hilera estacionaria de álabes inversores y, por último,
una segunda hilera de álabes rotatorios. En la figura 2

218 MOTORES PRIMARIOS: TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS

se ilustran los perfiles de velocidad y presión del vapor Tabla I Dihmetros de ruedas y velocidades
de la etapa Curtis en una turbina que tenga etapas Cur- nominales para turbinas de vapor
tis y Rateau.
Una etapa Etapas múltiples
La etapa Rateau consiste en una hilera estacionaria
de toberas seguida por una sola hilera rotatoria de Velocidad, Dihmetro, de, Velocidad, Di&metro. de,
álabes. En la figura 2 se muestran los perfiles de veloci- N. rpm in N. rpm in
dad y vapor para esas etapas.
6,000* 1 5 12,000 15
La etapa Curtis puede extraer más energía del vapor 6,000 - 20 8,500 20
que la Rateau. Las turbinas con etapas Curtis son más 5,000 2 5 6,800
cortas y más fuertes. La etapa Rateau produce mayor 4,000 30 5.700 25
eficiencia.
4.800 30
La turbina de una etapa para uso general, casi siem- _ 4,250 35
pre incluye una sola etapa Curtis; las de etapas múlti- 40
ples, por lo general, tendrán etapas Rateau. Cuando la
energía del vapor entre las condiciones a la entrada y “Para turbinas de una etapa y velocidades dentro de los límites de 6 000 rpm. se
la salida es demasiado alta para un número razonable de
etapas Rateau, a menudo se utilizan una o dos etapas debe considerar rueda de 15 in para potencia requerida hasta de 200 hp y la rueda
Curtis en el extremo delantero, o sea en la entrada, para de 20 in para potencia requerida mayor de 200 hp.
extraer suficiente energía y mantener una longitud razo-
nable de la turbina. Esta opción se ilustra en la figura 2. Tabla II hdices para clasificación de turbinas de
vapor
Para sencillez, supóngase que las turbinas tienen las
siguientes etapas: Tipo de turbina hdice

n Una etapa: una etapa Curtis. Una etapa y de etapas múltiples de válvula 1
n .Etapas múltiples: todas las etapas son Rateau. sencilla, con contrapresibn 2
3
Energía y eficiencia en Una etapa y de etapas múltiples de válvula 4
las turbinas de vapor sencilla, con condensación

La eficiencia básica de una turbina de una etapa es Válvulas múltiples, de etapas múltiples, con
función de la relación (razón) de velocidades (Fig. 3). contrapresión
La razón de velocidades se define con:
Válvulas múltiples, de etapas múltiples, con
condensación

v,a, = u/c (1) vula del regulador es igual que corriente arriba, pero la
La velocidad de las paletas, u, se expresa con: presión corriente abajo es menor.

u = N?rd,/720 (2) Si se examina un diagrama de Mollier para el vapor,
se encontrará que la diferencia isoentrópica en la ental-
La velocidad teórica, C, del vapor en función de la pía si se parte de la presión más baja corriente abajo de
diferencia isoentrópica disponible en entalpía y del nú- la válvula es menor de la que se tendría si se parte de la
mero de etapas, N,. La diferencia isoentrópica, Ah,, en presión corriente arriba, porque la presión de escape
entalpía se define como la entalpía a la presión y tempe- se fija. Además, cuanto más alta sea la caída de presión
ratura de entrada del vapor menos la entalpía a la pre- en la válvula, menor será la diferencia isoentrópica dis-
sión de escape y la entropía en la entrada, o sea: ponible en la entalpía para tener potencia útil.

Ah,=h, -h~>s (3) La entalpía isoentrópica en el escape resultante de la
presión corriente abajo de la válvula del regulador se de-
Entonces, la velocidad teórica del vapor es: fine como h

Ah:=hl -he: (5)

C = 224VAh, por etapa (4)

Después de considerar la caída de presión en la C = ?24v& por etapa (6)
válvula del regulador se alterarán ligeramente las ecua-
ciones (3) y (4). Se utilizará la ecuación (6) para determinar la razón
de velocidades.
Caída de presión en el regulador
Para determinar la presión corriente abajo de la vál-
La diferencia principal entre las turbinas de válvula vula del regulador, se debe conocer o’suponer la caída
sencilla y de válvulas múltiples es la caída de presión, o de presión en ella. La caída de presión en un regula-
sea la pérdida de energía útil en la válvula del regulador.
El regulador de válvulas múltiples tiene menor caída de dor de válvulas múltiples es del orden del 5 % de la pre-
presión que el de una sola. válvula. Debido al efecto
de Joule-Thomson, la entalpía corriente abajo de la vál- sión de entrada del vapor. En el regulador de una váJvu-
la, incluso en la turbina de una etapa de uso general, esa
caída es de alrededor del 8%. Con estos valores se pue-
den lograr estimaciones útiles.

EFICIENCIA DE LA TURBINA DETERMINADA CON CALCULADORA PROGRAMABLE 219

Algoritmo del programa para estimar con exactitud la eficiencia, el caudal de vapor, consumo de vapor y entalpía

2 2 0 MOTORES PRIMARIOS: TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS
les

EFICIENCIA DE LA TURBINA DETERMINADA CON CALCULADORA FiOGRAMABLE 221

Número de etapas de la turbina Hay que hacer cierta reducción en la eficiencia básica
para tener en cuenta las pérdidas en la trayectoria del
Dado que se conoce el número de etapas en una turbi- vapor en la turbina. Una buena regla empírica sería re-
na de una etapa, se puede determinar de inmediato la ducir la eficiencia de las curvas en un 6% en todas las
velocidad teórica del vapor, que llevará a la razón de ve- turbinas, excepto en la de etapas múltiples sin conden-
locidades y a la eficiencia básica (Fig. 3). sación, en la cual 12% sería un mejor valor.

En una turbina de etapas múltiples no se conocerán Ya conocida la eficiencia, se puede determinar la en-
el número de etapas ni la razón de velocidades. En este talpía en la descarga con:
caso, se puede hacer una conjetura inicial de la razón de
velocidades y establecer la definitiva después de calcular h2 = h - qc(hl - U (15)
el número de etapas. En la figura 3 se encuentra que la
etapa Rateau tiene la eficiencia pico con una razón de Eficiencia de la turbina
velocidades de alrededor de 0.45; por tanto, se puede y consumo del vapor
suponer una razón inicial de velocidades de 0.45, y con
ella se puede estimar el valor de Ah, por etapa y calcu- La eficiencia de la turbina debe estar en relación con
lar el número de etapas con: la entalpía real en la entrada, corriente arriba de la vál-
vula del regulador. Además, en esta eficiencia se deben
hl - h;, (7) tener en cuenta las pérdidas mecánicas. Se puede supo-
Ns = Ah: por etapa ner que estas pérdidas son del orden del 2 % ; por tanto,

Después de realizar las operaciones en la ecuación (16)
(7), debe redondearse el resultado al número entero de
etapas inmediato inferior iPor qué el inferior? La turbi- y el consumo de vapor se calcula con:
na más eficiente para trabajar en condiciones que no son
las de diseño, es la que se selecciona a la izquierda del CV= 2.545
punto de máxima eficiencia (Fig. 3), porque conforme
se la estrangula para tener menor caballaje, se aumenta rru(hl - h2s)
la razón de velocidades. Si se selecciona una turbina a
la izquierda del punto de máxima eficiencia, la efkien- Entonces, el caudal (gasto) requerido de vapor es:
cia básica aumentará con la estrangulación. A la inver-
sa, si se selecciona una turbina a la derecha del punto G = (CV)(POT) (18)
máximo, la eficiencia se reduciría con rapidez con la es- Enfoque del programa
trangulación.
Se puede diseñar un programa para calculadora a fin
Una vez que se conoce el número de etapas, es posible de considerar las turbinas de etapa sencilla y de etapas
cacular la razón real de velocidades y determinar la eti- múltiples, con condensación y sin ella, es decir, con pre-
ciencia básica con la figura 3. siones de escape inferiores y superiores a la atmosférica,
respectivamente, y los reguladores de válvula sencilla y
Eficiencia básica de válvulas múltiples.

Si se quiere establecer un programa para calculadora, El programa se puede crear para incluir los ajustes de
hay que hacer un ajuste de curvas en la figura 3. Para curvas antes descritos para las curvas de eficiencia bási-
ello, se dividen las curvas en varias rectas. Las ecuacio- ca de las etapas Curtis y Rateau (Fig. 3). El programa
nes resultantes para ajuste de las curvas son: serviría para calcular y presentar los resultados de las
ecuaciones (l), (2), (5) y (6) y utilizarlos para calcular
Etapa Curtis: y exhibir los resultados de las ecuaciones (7) y (15) hasta
(18).
V,“, 1 0.2: -t,b = 0.6 (8)
0.2 > v,*, 2 0.09: ,,b = 1 .359(vraz)o.508 (9) Para ejecutar un programa de este tipo, se necesitaría
v,;* < 0.09: ,,b = 3.68(1/‘,,,)‘.“* (10) lo siguiente:

Etapa Rateau. ,,b = 0.85 (11) Presión de entrada, P,
776 = 1 .277(V,o,)“.444 (12) Entalpía de entrada, h,
v,a* 2 0.4: r]b = 2.055(V,a,)“.7s7 (13) Entalpía isoentrópica en el escape basada en P,, h,,
0.4 > Vm, sr 0.25: 776 = 3.01 l(v,,)“~g71 (14) Entalpía isoentrópica en el escape basada en pí, h;,
0.25 > V,,, 2 0.125: Diámetro exterior de la rueda, d,
V,a, < 0.125: Velocidad de rotación, N
Salida de potencia requerida, (POT).
Quizá no se necesiten las ecuaciones (13) y (14), por- La entalpía de entrada, h, se podría obtener con un
que la razón de velocidades para las etapas Rateau será diagrama de Mollier para el vapor, al situar la presión
menor que 0.45, debido al redondeo al número entero y temperatura de entrada del vapor en la turbina.
inmediato inferior de etapas. Se podría obtener la entalpía isoentrópica en el escape
basada en P,, hzl, si se sigue una línea de entropía

.

MOTORES PRIMARIOS: TURBINAS DE VAPOR ‘/ DE GAS

constante en el diagrama de Mollier, a partir del punto válvula sencilla y contrapresión; de válvula sencilla con .
de presión y temperatura de entrada hasta la presión de condensación; de válvulas múltiples con contrapresión,
escape de la turbina. y de válvulas múltiples, con condensación. Este índice
se presenta en la tabla II.
Una vez que se conoce la presión corriente abajo de
la válvula del regulador, Pi se podría determinar la en- Programa para calculadora
talpía isoentrópica, h;, en el escape si se sigue una línea
de entropía constante desde el punto del estado, corrien- Con las ecuaciones y los enfoques analizados se puede
te abajo de la válvula del regulador, definida por h, y escribir un programa para calculadora con el que se esti-
P;, hasta la presión en el escape. maría el número de etapas, la eficiencia de la turbina,
el consumo de vapor, la entalpía en la descarga y el flujo
El diámetro exterior de la rueda se obtiene con el fa- requerido de vapor para turbinas de una o de múltiples
bricante. Para estimaciones generales, se podría utilizar etapas, con condensación y con contrapresión. Este pro-
la tabla 1, si se tiene en cuenta que la velocidad, por lo grama se ilustra en la figura 4.
general, la determinará el equipo impulsado, salvo que Referencias
se utilice engranaje de cambio de velocidad. Al seleccio-
nar un diámetro en la tabla 1, hay que utilizar la veloci- 1. Bergeron, W. L., “Steam Turbines,” Reprint 174, Elliott Co., Jeannette,
dad más cercana que se encuentre en ella. Después, se Pa., April 1977.
utiliza este diámetro junto con la velocidad real requeri-
da por el equipo impulsado. 2. Turbine Seminar, Elliott Co., Jeannette, Pa.

Cuando se estima el diámetro de la rueda con la tabla 1, 3. Lapina, R. P., “TI-59 Manual for Estimating Centrifuga1 Compressor
se debe tener presente que: Performance,” Process Compressor Technology, Val. 2, Gulf Publishmg Co,
Houston, Ta., 1983.
1. Los diámetros reales y límites (rango) de velocida-
des en que se utilizan las ruedas variarán según el fabri- 4. Skrotzki, B. G. A., Steam Turbines, reptint, Power, June 1962.
cante de la turbina. La tabla 1 se debe considerar como
típica. 5. Gartmann, H. (editor), “Delaval Engineering Handbook,” 3 r d e d . ,
McGraw-Hill, New York, 1970.
2. Un fabricante puede seleccionar una rueda de diá-
metro más pequeño y utilizar más ruedas en vez de una Ronald P. Lapina, (3102 Ho-
de diámetro grande y menos número de ellas por mu- Ilow Circle, M i s s o u r i C i t y , T X
chas razones. Por ejemplo, para aplicaciones de bajo ca- 77459), trabajó muchos años en
ballaje y alta energía, el flujo de vapor requerido podría Elliott Co., fabricante de compreso-
ser demasiado bajo para utilizarlo con anillos de toberas res centrífugos y turbinas de vapor.
con arco de admisión de alto porcentaje. La eficiencia En esta compañía desempeñó car-
de las etapas es función del arco de admisión. Una rue- gos relacionados con ingeniería de
da de diámetro más pequeño puede aumentar ese arco aplicaciones, servicio y de campo,
y se tendrá una eficiencia mayor de la etapa. así como en mercadeo. También es-
tuvo empleado en Procon Interna-
3. El efecto más grande del diámetro seleccionado en tional, como ingeniero mecánico
las turbinas de etapas múltiples se tendrá en el número principal, encargado de especificar
calculado de etapas, porque se tratará de establecer una y evaluar equipo mecánico. Tiene
razón de velocidades cercana a 0.45. Cualquier efecto licenciatura en ingeniería aeroespa-
en la eficiencia o en el consumo de vapor será insignifi- cial y maestría en ingeniería mecánica, ambas por la Universidad de
cante. Pittsburgh, y es ingeniero profesional en Texas.

Para hacer más adaptable el programa, se debe in-
cluir un índice del tipo de turbina, por ejemplo, de

Secci
Unidades

velocidad

Selección de unidades motrices de velocid