Este documento presenta un informe técnico sobre una turbina de vapor realizado por estudiantes de ingeniería de la Universidad Fermín Toro. El informe describe el funcionamiento de una turbina de vapor, incluyendo sus elementos, clasificaciones y cómo transforma la energía del vapor en energía mecánica. También discute consideraciones para el mantenimiento de turbinas de vapor.

1. Universidad Fermín Toro.
Facultad de Ingeniería.
Cabudare-Edo. Lara.
Turbina de Vapor.
(Informe Técnico)
Integrantes:
Ixis Yepez.
C.I.:23.486.810.

2. Universidad Fermín Toro.
Facultad de Ingeniería.
Cabudare-Edo. Lara.
Turbina de Vapor.
(Informe Técnico)
Resumen.
Una turbina de vapor es una turbo máquina motora, que transforma la energía de un flujo
de vapor en energía mecánica a través de un intercambio de cantidad de movimiento entre
el fluido de trabajo, una forma particular para poder realizar el intercambio energético. Las
turbinas de vapor están presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un fluido que
pueda cambiar de fase, entre éstos el más importante es el Ciclo Rankine, el cual genera el
vapor en una caldera, de la cual sale en unas condiciones de elevada temperatura y presión.
En la turbina se transforma la energía interna del vapor en energía mecánica que,
típicamente, es aprovechada por un generador para producir electricidad. En la estructura
de una turbina se pueden distinguir, el rotor y el estator. La turbina de vapor es muy
utilizada para referirse a una máquina motora la cual cuenta con unos conjuntos de turbinas
para transformar la energía del vapor, también al conjunto del rodete y los álabes directores
en el siguiente informe desarrollaremos a mayor amplitud la estructura de las turbinas de
vapor, su clasificación y elementos y algunas prevenciones que se deben tener en cuenta
para el mantenimiento preventivos de los equipos.

3. Contenido
Resumen.............................................................................................................................................. 2
Introducción........................................................................................................................................ 4
Turbina de vapor:................................................................................................................................ 5
 Turbinas de acción .................................................................................................................. 5
 Turbinas de reacción............................................................................................................... 5
¿Cómo Funciona una Turbina de Vapor?............................................................................................ 5
 Turbinas mono etapa .............................................................................................................. 7
 Turbinas multietapa ................................................................................................................ 7
 Contrapresión.......................................................................................................................... 7
 Escape libre ............................................................................................................................. 8
 Condensación.......................................................................................................................... 8
 Axiales ..................................................................................................................................... 8
 Radiales ................................................................................................................................... 8
 Turbinas con y sin extracción.................................................................................................. 8
Elementos de las turbinas de vapor:................................................................................................... 8
Cada elemento de una turbina viene caracterizado por una serie de criterios, como....................... 9
Características mecánicas ................................................................................................................... 9
El 70% de la energía que se genera en el mundo emplea turbinas de vapor como equipo que
acciona el generador......................................................................................................................... 11
Circuito de vapor a través de una turbina: ................................................................................... 12
Sistemas de vacío y condensado en turbinas de condensación. .................................................. 12
Principales averías que se pueden presentar en las turbinas de vapor:....................................... 13
Los principales problemas que pueden presentarse en una turbina de vapor se indican a
continuación:................................................................................................................................. 13
Para el buen funcionamiento de las turbinas de vapor, se sugiere realizar mantenimiento....... 13
Conclusión......................................................................................................................................... 15

4. Introducción.
Hoy en día la mayor parte de las turbinas están diseñadas para el flujo axial de
vapor de gas por lo cual en el informe desarrollaremos el estudio y funcionamiento de una
turbina de vapor
El vapor fluye hacia afuera en dirección radial a través de álabes en rotación. Juegos de
álabes alternativos giran en direcciones opuestas, por lo cual son posibles velocidades de
vapor relativamente altas, lo que implica buena performance. Se han construido numerosas
pequeñas turbinas de flujo radial, sea con flujo del exterior hacia el eje o vice versa.
Las turbinas de vapor tienen la temperatura máxima limitada a unos 540 a 600ºC. Las
presiones máximas son de unos 35 MPa para turbinas a vapor (350 bar), y entre 4 y 2 MPa
El desarrollo de la turbina a vapor es el producto de los esfuerzos de muchos
investigadores, entre los que destacan cuatro nombres. Durante la década de 1880 G.C.P.
de Laval produjo las primeras turbinas a vapor de importancia comercial. Esta era una
máquina simple de una etapa, y el diseño básico fue mejorado
por C.G.Curtis y A.C.E.Rateau (a través de escalonamientos de velocidad y de presión
respectivamente). Las máquinas anteriores son todas del tipo acción; C.A.Parsons,
trabajando en forma independiente con un enfoque diferente produjo una turbina a reacción
exitosa.

5. Turbina de vapor:
Una turbina de vapor transforma la energía de un flujo de vapor en energía mecánica a
través de un intercambio de cantidad de movimiento entre el y el rodete, órgano principal
de la turbina, que cuenta con palas o álabes los cuales tienen una forma particular para
poder realizar el intercambio energético. En la turbina se transforma la energía interna del
vapor en energía mecánica que, normalmente, se transmite a un generador para
producir electricidad. En una turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estator. El
rotor está formado por ruedas de álabes unidas al eje y que constituyen la parte móvil de la
turbina. El estator también está formado por álabes, no unidos al eje sino a la carcasa de la
turbina.
El término turbina de vapor es muy utilizado para referirse a una máquina motora la cual
cuenta con un conjunto de turbinas para transformar la energía del vapor, también al
conjunto del rodete y los álabes directores.
La turbina de vapor moderna fue inventada en 1884 por sir Charles Parsons, cuyo primer
modelo fue conectado a una dinamo que generaba 7.5 kW (10 hp) de potencia. La
invención de la turbina de vapor de Parsons hizo posible una electricidad barata y
abundante y revolucionó el transporte marítimo y la guerra naval.
Por otro lado, es común clasificarlas de acuerdo a su grado de reacción:
 Turbinas de acción: El cambio o salto entálpico o expansión es realizada en los álabes
directores o las toberas de inyección si se trata de la primera etapa de un conjunto de
turbinas, estos elementos están sujetos al estator. En el paso del vapor por el rotor la
presión se mantendrá constante y habrá una reducción de la velocidad.
 Turbinas de reacción: La expansión, es decir, el salto entálpico del vapor puede
realizarse tanto en el rotor como en el estátor, cuando este salto ocurre únicamente en el
rotor la turbina se conoce como de reacción pura neta.
¿Cómo Funciona una Turbina de Vapor?
En una caldera se obtiene el vapor haciendo hervir agua. El combustible para calentar el

6. agua puede ser gas, petróleo, carbón o incluso uranio en las centrales nucleares.
El vapor de agua producido es un vapor a mucha presión (alta presión) y con alta
velocidad. Una olla (caldera) y la salida de vapor por el agujero de la olla.
A través de unos tubos, llamado toberas, el vapor generado en la caldera se lleva hasta
la turbina.
Este vapor conducido por las toberas hasta la turbina, al llegar a la turbina golpea
los álabes (paletas) y hace girar la turbina y su eje. El eje de la turbina se llama rotor.
Puedes ver las partes de la turbina de vapor en la imagen anterior. La caldera no forma
parte de la turbina propiamente dicha, es un elemento externo a la turbina.
A una fila de álabes se le llama carrete. Se observar que una turbina está formada por
varios carretes y cada carrete tiene varios álabes.
En definitiva la energía química del combustible utilizado para calentar el agua se
transforma en energía cinética (movimiento rotación del eje).
Si el rotor está enganchado, por ejemplo, a una dinamo o un generador de electricidad, al
moverlo producirá corriente eléctrica.
Una vez que el vapor sale de la turbina ha perdido su fuerza y parte de su calor, pero el

7. vapor que quede a la salida lo aprovecharemos condensándolo (convirtiéndolo de vapor
gaseoso a líquido) y lo volveremos a llevar a la caldera para posteriormente volver a
calentarlo y utilizarlo de nuevo en el circuito.
Como ves es un circuito cerrado de vapor-líquido. De esta forma aprovechamos el calor y
la presión residual del vapor a la salida de la turbina siendo mucho menores las pérdidas
que si lo enviáramos al exterior (a la atmósfera) perdiéndolo.
Las pérdidas son menores y el rendimiento de la máquina es mucho mayor al ser un
circuito cerrado.
La forma de condensar el vapor a la salida de la turbina es mediante lo que se conoce
como un condensador, simplemente son unos tubos de agua fría, que al entrar en contacto
con el vapor de la turbina, enfrían el vapor y lo condensa. El vapor así condensado, ahora
líquido, todavía tiene calor y por lo tanto llega a la caldera con ese calor, lo que hará más
fácil pasarlo de nuevo a vapor para volver a realizar el ciclo.
Clasificación de las turbinas de vapor:
Existen varias clasificaciones de las turbinas dependiendo del criterio utilizado:
Según el número de etapas o escalonamientos:
 Turbinas mono etapa, son turbinas que se utilizan para pequeñas y medianas
potencias.
 Turbinas multietapa, aquellas en las que la demanda de potencia es muy elevada,
y además interesa que el rendimiento sea muy alto.
Según la presión del vapor de salida:
 Contrapresión, en ellas el vapor de escape es utilizado posteriormente en el
proceso.

8.  Escape libre, el vapor de escape va hacia la atmósfera. Este tipo de turbinas
despilfarra la energía pues no se aprovecha el vapor de escape en otros procesos
como calentamiento, etc.
 Condensación, en las turbinas de condensación el vapor de escape es condensado
con agua de refrigeración. Son turbinas de gran rendimiento y se emplean en
máquinas de gran potencia.
Según la dirección del flujo en el rodete.
 Axiales, el paso de vapor se realiza siguiendo un con que tiene el mismo eje que la
turbina. Es el caso más normal.
 Radiales, el paso de vapor se realiza siguiendo todas las direcciones
perpendiculares al eje de la turbina.
 Turbinas con y sin extracción, En las turbinas con extracción se extrae una
corriente de vapor de la turbina antes de llegar al escape.
Elementos de las turbinas de vapor:
 Estator o carcasa, parte fija que aloja el rotor y sirve de armazón y sustentación a la
turbina.
 Rotor, es la parte móvil de la turbina.
 Álabes, órganos de la turbina donde tiene lugar la expansión del vapor.
 Álabes fijos, van ensamblados en los diagramas que forman parte del estator. Sirven
para darle la dirección adecuada al vapor y que empuje sobre los álabes móviles.
 Diafragmas, son discos que van dispuestos en el interior de la carcasa
perpendicularmente al eje y que llevan en su periferia los álabes fijos.
 Cojinetes, son los elementos que soportan los esfuerzos y el peso del eje de la
turbina. Los cojinetes pueden ser radiales, que son aquellos que soportan los
esfuerzos verticales y el peso del eje, o axiales, soportan el esfuerzo en la dirección
longitudinal del eje.
 Sistemas de estanqueidad, son aquellos sistemas de cierre situados a ambos
extremos del eje de la turbina que evitan que escape el vapor de la turbina.

9.  Sellados del rotor, son elementos mecánicos que evitan que escape vapor de la
turbina al exterior, por los lados del eje en las carcasas de alta y de media presión y
además evitan la entrada de aire en las carcasas de baja presión. Pueden ser de metal
o de grafito. Normalmente en las máquinas de gran potencia los cierres son
metálicos de tipo laberinto.
Regulación del sistema de sellado en una turbina de condensación.
 Estanqueidad interior, son los mecanismos que evitan la fuga de vapor entre los
álabes móviles y fijos en las etapas sucesivas de la turbina.
Cada elemento de una turbina viene caracterizado por una serie de criterios,
como:
Su función, solicitaciones de que es objeto, dimensiones, tipo de fabricación., que
permiten elegir los materiales idó- neos que aseguren los servicios exigidos en el
funcionamiento, en las mejores condiciones económicas posibles.
Características mecánicas:
Las características mecánicas de los metales se modifican extraordinariamente con
la temperatura; en los aceros, a partir de los 400°C aparece el fenómeno de fluencia, que
modifica su resistencia mecánica y su resiliencia, disminuyendo el módulo de elasticidad.
La fluencia afecta a los mecanismos que se encuentran a temperaturas elevadas y están
sometidos a esfuerzos de tracción prolongados, tales como las aletas móviles o los
armazones de AP. Para determinadas piezas, el material constitutivo debe tener una buena
resiliencia en caliente y conservarla en frío, lo que conduce a fenómenos de relajación. La
variación del módulo de elasticidad produce una modificación en las frecuencias propias de
vibración de las aletas. Características físicas y químicas
Los materiales deben presentar a temperaturas elevadas una buena estabilidad
estructural durante un espacio de tiempo muy prolongado; la no estabilidad se caracteriza,
generalmente, por la fragilidad de algunos aceros débilmente aleados debido al fenómeno
de grafitización y por fenómenos de precipitaciones cristalinas, (combinación del cromo
con el carbono libre), que se manifiestan sobre todo en los aceros 18-8 - Los materiales
deben presentar una buena resistencia a la oxidación y a la corrosión; las aletas de BP

10. tienen que presentar una dureza superficial que las permita resistir la erosión sin dejar por
ello de ser mecanizables por medios convencionales.
En algunos elementos, la soldadura es el único modo de montaje aconsejado por
consideraciones de resistencia y construcción, por lo que se necesitan materiales que sean
soldables y que no se hagan frágiles por la soldadura. El acero es el material que se utiliza
en la construcción de las turbinas de vapor; para hacer frente a los imperativos señalados se
alea con otros elementos que mejoran sus cualidades, como el níquel, cromo, molibdeno,
vanadio, volframio, titanio, niobio, manganeso, algunos de estos materiales son costosos,
por lo que su utilización tiene una gran influencia en el coste de la máquina; a título
indicativo, un acero austenítico con un porcentaje elevado de níquel cuesta
aproximadamente cien veces más que un acero ordinario.
Alabes de la corona del rotor:
Un álabe móvil consta de:
El pie que asegura la unión con el disco o el tambor.
El cuerpo que recibe la acción del vapor
La cabeza unida generalmente a las aletas vecinas.
Las formas y disposiciones elegidas resultan de compaginar las exigencias de la resistencia
de los materiales y las del movimiento del vapor; el trazado de las aletas de BP,
fuertemente solicitadas por la acción del vapor y las fuerzas centrífugas, es muy delicado.
En los escalones de cabeza de la AP, los álabes operan a temperaturas próximas a la
máxima temperatura del vapor, por lo que hay que tener en cuenta la fluencia, que no debe
superar nunca una deformación del 0,2% (límite elástico) al cabo de 100000 horas de
funcionamiento. A fin de resistir la erosión ocasionada por las gotas de agua arrastradas por
el vapor en las últimas etapas, las aletas de BP presentan a menudo una arista de entrada
templada o recubierta de stellita en la proximidad del extremo. Los perfiles de las aletas
permanecen sensiblemente iguales de un constructor a otro; no sucede lo mismo con las

11. formas de fijación, que presentan una gran diversidad, como se indica en los ejemplos que
se presentan.
El 70% de la energía que se genera en el mundo emplea turbinas de vapor como
equipo que acciona el generador.
Además de las centrales de ciclo combinado, muchas otras emplean turbinas de vapor como
equipo principal:
- Centrales de biomasa
- Centrales termo solares
- Centrales térmicas de carbón
- Centrales nucleares
- Plantas de cogeneración

12. Circuito de vapor a través de una turbina:
Turbinas de contrapresión.
Turbinas de condensación
Turbinas de extracción y condensación.
A. Válvulas de parada, actúan por seguridad de la turbina y en situaciones de
emergencia. Tienen la misión de cortar el flujo de vapor de entrada.
B. Válvulas de control y regulación, válvulas de vapor de entrada que proporcionan
el caudal de vapor deseado para dar la potencia requerida por la turbina.
Sistemas de vacío y condensado en turbinas de condensación.
o Condensador, su función es establecer el mayor vacío posible eliminando el calor de
condensación del vapor de agua.
o Eyectores, se encargan de eliminar los gases incondensables que hay en el
condensador, procedente de las fugas de aire y de los gases disueltos en el
condensado, etc.

13. o Bombas de condensado, tienen por misión desalojar el condensado producido en el
escape de la turbina. Problemas si el nivel de condensado es demasiado alto y no
quedan tubos libres para condensar el vapor.
o Purgas de condensado del cuerpo de la turbina y líneas de vapor de entrada y salida,
sistema que permite la eliminación del condensado de equipo y líneas cuando la
turbina está en situación de parada y puesta en marcha.
Principales averías que se pueden presentar en las turbinas de vapor:
Igual que sucede en otras máquinas térmicas, detrás de cada avería grave suele haber una
negligencia de operación o de mantenimiento, ya que las turbinas suelen ser equipos
diseñados a prueba de operadores.
Los principales problemas que pueden presentarse en una turbina de vapor se indican
a continuación:
 ALTO NIVEL DE VIBRACIONES
 FALLOS DIVERSOS DE LA INSTRUMENTACIÓN
 FUGA DE VAPOR
 FUNCIONAMIENTO INCORRECTO DE LA VÁLVULA DE CONTROL
 DIFICULTAD O IMPOSIBILIDAD DE LA SINCRONIZACIÓN
 BLOQUEO DEL ROTOR POR CURVATURA DEL EJE
Para el buen funcionamiento de las turbinas de vapor, se sugiere realizar
mantenimiento
 Preventivo: Al ser un equipo en general bien conocido (es la máquina térmica más
antigua), los fabricantes suelen haber resuelto ya la mayor parte de sus problemas de
diseño. Por tanto, una operación cuidadosa y un adecuado plan de mantenimiento
programado se traducen necesariamente en una alta disponibilidad
 Mensual: tomando muestra de aceite para análisis, comprobación de lubricación de
reductor y de alternador, análisis del espectro de vibración en turbina, reductor y
alternador, a velocidad nominal

14.  Anual: Si se realizan todas las actividades que se detallan en esta lista, en realidad
se están eliminando todas las causas que provocan las averías más frecuentes. Si se
compara esta lista de tareas con la lista de averías más frecuentes se puede
comprobar que esta revisión está orientada a evitar todos los problemas habituales
de las turbinas.
Limpieza y mantenimiento del cuadro de control. Curiosamente, muchas averías en
sistemas eléctricos y electrónicos están causadas por la suciedad. Mantener los cuadros en
su correcto estado de limpieza garantiza la ausencia de estos problemas
Prueba de potencia. Al finalizar la inspección será conveniente comprobar las prestaciones
de la turbina, especialmente la potencia máxima que es capaz de alcanzar
Inspección visual de los sellos laberínticos, por si se hubieran dañado desde la última
inspección
Verificación eléctrica del alternador. Es necesario verificar tanto el alternador como sus
protecciones. En el caso de que el personal habitual no tenga los conocimientos oportunos
es conveniente realizarlo con empresas especializadas

15. Conclusión.
En el presente informe logramos desarrollar ampliamente las calderas de vapor la
cual muestra su estructura y mantenimiento que se debe tener en cuenta para un buen
funcionamiento en la industria, en las calderas debemos tener presente su acción y reacción
ya que las mismas nos ayudaran en el salto entálpico
De su funcionamiento se obtiene el vapor haciendo hervir agua. El combustible para
calentar el agua puede ser gas, petróleo, carbón o incluso uranio en las centrales nucleares.
Por esta razón se debe tener presente su clasificación ya que de las mismas existen mono
etapa, multietapa, contrapresión, axiales radiales entre otras igualmente sus características
muestran la variación de la temperatura que se pueden mostrar de la misma
En la industria actualmente se pueden observar las diferentes tipos y características
de las caldera estas básicamente depende el tipo de trabajo que realice la empresa ya que
estas ayudara a definir el mantenimiento preventivo que debe tener el equipo en caso de
falla ya que los equipos que utilizan las mismas pueden parar una producción por falta de
stock de equipos para el cambio por esa razón se sugiere realizar mantenimiento
preventivo, mensual y anual en el que el anual son los mantenimientos que pueden
presentar las calderas por el tiempo de uso en largo plazo.