ensayos y materiales inegenieria

1. Expo turbinas gas y de vapor
ING. Orlando Ramírez
CRYSTIAN FABIAN SUAREZ DURAN
Cod 71039
BOGOTA COLOMBIA
05/05/2022

2. - TURBINAS DE VAPOR
- TURBINAS DE GAS

3. • TURBINAS TÉRMICAS
TURBINAS DE VAPOR Y TURBINAS DE GAS
Se emplean en centrales térmicas, nucleares y cogeneración a través de ciclos
de Rankine (vapor –térmicas convencionales y nucleares) y ciclos combinados con vapor
y gas (Brayton). Flujo compresible (máquinas térmicas).
TURBORREACTORES (COMPRESOR + TURBINA)
Para propulsión de aviones y cazas, se utiliza un motor completo provisto de compresor
para elevar la presión del aire y turbina para generar el empuje tras la
combustión. Ciclo Brayton de gas. (Máquinas térmicas).
AEROTURBINAS
Se emplean en los generadores de los parques eólicos. Trabajan con aire, reduciendo su
energía cinética (viento) para obtener energía útil. (máquinas
térmicas)
• TURBINAS HIDRÁULICAS
TURBINAS HIDRÁULICAS
Turbinas Francis, Kaplan y Pelton. Se emplean en centrales hidráulicas
aprovechando la energía de un salto hidráulico trabajando con agua como fluido
incompresible (máquinas hidráulicas).

4. Materiales utilizados en las
turbomáquinas térmicas
Térmicas
Vapor Gas Reacción Gas uso industrial

5. Introducción
 Altas presiones y temperaturas en los
cuerpos de alta de las turbinas de vapor.
 Elevados esfuerzos centrífugos de las
últimas etapas de baja de las turbinas de
vapor.
 Elevados esfuerzos centrífugos y de origen
térmico en las turbinas de gas.

6. Esfuerzos y deformaciones
 Disminuye el límite elástico.
 Se modifica el módulo elástico.
 La deformación aumenta con el tiempo.
 A la entrada de un turboreactor existen
temperaturas por debajo de los 0° C.
 El compresor está sometido a esfuerzos
centrífugos elevados a temperaturas
moderadas.

7. Esfuerzos y deformaciones.
 La cámara de combustión está sometida a
tensiones moderadas pero a temperaturas
elevadas.
 Los álabes de la unidad turbina de gas
pueden soportar elevados esfuerzos a
1000°C.
 Se debe recurrir a gran variedad de
materiales que aumenta el costo y dificulta la
operación y mantenibilidad.

8. Propiedades de los materiales
 Resistencia mecánica.
 Ductilidad. Esfuerzos térmicos por
restricción.
 Estabilidad de la microestructura (crecimiento
del tamaño de grano).
 Resistencia a la corrosión a elevadas
temperaturas.
 Conductividad térmica. Esfuerzos térmicos
por gradiente de temperatura.

9. Elementos de máquina
 Empaquetaduras laberínticas de inoxidable
austenítico en las TG.
 Asientos de válvulas de admisión y
regulación de las TV de stellite para asegurar
hermeticidad.

10. Materiales utilizados en las
turbinas de vapor
 Álabes: Los más utilizados son los
inoxidables de diferentes tipos. Para
temperaturas moderadas hasta 450°C se usa
mucho: inoxidable martensítico AISI 410.
 El borde de entrada, en la zona de vapor
húmedo, se recubre el borde de entrada con
una placa de stellite (súper aleación base
níquel-cromo-cobalto).

11. Materiales utilizados en las
turbinas de vapor
 Para los escalonamientos de bajas
temperaturas pero esfuerzos centrífugos
altos a causa de la longitud de los álabes
acero SAE 4340.
 En las turbinas de vapor de gran potencia
( 300000 kW ) se utilizan aleaciones de
titanio (330 MPa a 650ºC – 115 MPa a 650ºC
en 100000 horas).

12. Motores Turbinas de Gas
 Compresores (álabes)
 Álabes fijos de los compresores AISI 410
 Álabes móviles aleaciones de titanio con
elevada resistencia específica, resistencia a
la corrosión y resistencia a fatiga. Por
ejemplo 6% Aluminio, 4% Vanadio, resto
Titanio.
 Cámaras de combustión: HASTELLOY X
(base níquel, cromo 22% Mo 9% Fe 18.5%)

13. Turbinas de gas: álabes fijos y
móviles
 Álabes fijos o toberas de la turbina: erosión,
oxidación, fisura por choque y falla térmica.
Para estas causas de falla son ideales las
aleaciones de Cobalto (Cr 21%, W 7%, resto
Cobalto).
 Álabes: sumado a lo anterior grandes
esfuerzos mecánicos. Aleaciones similares y
también base Níquel (Nimonic: Cr 15% Co
15% Mo 3.5% Ti 4% resto Níquel).

14. Discos de Motores Turbinas
de gas
 Se utiliza el Inconel 901 (Cr 13%, Mo 6 %, Ni
42%, resto hierro).
 Estas aleaciones son muy difíciles de forjar

15. TURBINAS DE GAS
INDUSTRIALES
 Se diseñan para una duración de varios años
en lugar de algunos miles de horas como sen
las de reacción.
 Se emplean temperaturas menos elevadas.
 COMPRESOR: Temperaturas moderadas
que no superan los 300 ºC. Si la relación de
compresión es grande hay refrigeración
intermedia. Aceros al cromo (4140) para los
álabes y 1045 para los discos.

16. TURBINAS DE GAS
INDUSTRIALES
 Ejemplo: Turbina Brown Bovery tipo 8.
 Primera corona móvil de titanio revestidas de
capa anticorrosiva.. Restantes 11 de acero al
cromo.

17. TG INDUSTRIAL: CÁMARA DE
COMBUSTIÓN y TURBINA
 Aceros al cromo-níquel inoxidables. No hay
problemas serios de choque térmico y fatiga
térmica como en los turborreactores.
 En la turbina propiamente dicha se
desarrollan temperaturas de 800ºC. Se utiliza
HS 31 (Cr 25, Ni 10, W 7.5, resto
COBALTO).
 Álabes NIMONIC( MÍNIMO 30% NÍQUEL)

18. TG INDUSTRIAL APLICABLES
A TRANSPORTE
 RELACIÓN PESO POTENCIA-
DURABILIDAD-COSTOS
 Aleaciones de aluminio para el compresor.
 Aleaciones de Cobalto para toberas.
 Aleaciones de Níquel para álabes.