Segunda Evaluación: Operación y Mantenimiento de Maquinaria Marítima

Ítem I: Selección Múltiple

(2 Puntos por cada respuesta correcta)

1. La generación industrial de vapor es el proceso mediante el cual…

   1. Se produce vapor a presiones por encima de la atmosférica.
   2. A partir de la energía de un combustible.
   3. a y b
   4. Ninguna de las anteriores.
   5. Todas las anteriores.

2. Una turbina es un motor rotativo que convierte la energía de vapor de agua en…

   1. Energía mecánica
   2. Energía eléctrica
   3. Energía electromecánica
   4. Todas las anteriores
   5. Ninguna de las anteriores

3. Una caldera está bajo el principio de funcionamiento de…

   1. Transferencia de gases
   2. Transferencia de vapor
   3. Transferencia de calor
   4. Todas las anteriores
   5. Ninguna de las anteriores

4. En una caldera, la zona de tubos es donde los productos de la combustión (gases o humos) transfieren calor al agua principalmente por:

   1. Convección
   2. Radiación
   3. Conducción
   4. Todas las anteriores
   5. Ninguna de las anteriores

5. ¿Qué se entiende por proceso de vaporización y de qué factor depende para que se produzca este cambio de estado?

   1. Es el pasaje del estado líquido de un fluido al estado de vapor. Para que se produzca este cambio de estado depende de la presión.
   2. Es el pasaje del estado líquido de un fluido al estado de vapor. Para que se produzca este cambio de estado depende de la temperatura.
   3. Es un cambio de estado y depende del calor.
   4. Todas las anteriores.
   5. Ninguna de las anteriores.

Ítem II: Desarrollo

1. Nombre los 3 tipos de pérdidas de energía que sufre una caldera (6 Puntos)

   • P1: Pérdidas por calor sensible en los gases.
   • P2: Pérdidas por inquemados.
   • P3: Otras pérdidas. Corresponden a las pérdidas en purgas de agua y a las debidas a la vaporización. En función de la carga a la que trabajan, se consideran aproximadamente en torno a un 3%-5%.

2. Nombre tres tipos de combustible sólido (3 Puntos)

   El carbón, la madera y la turba.

3. ¿Qué es la combustión? (3 Puntos)

   Es una reacción química en la cual generalmente se desprende una gran cantidad de calor y luz. En toda combustión existe un elemento que arde (combustible) y otro que produce la combustión (comburente), generalmente oxígeno en forma de O₂ gaseoso.

4. Nombre los productos que se forman en un proceso de reacción completa (4 Puntos)

   Dióxido de carbono (CO₂), agua (H₂O), dióxido de azufre (SO₂) (si el combustible contiene azufre) y pueden aparecer óxidos de nitrógeno (NO_x), dependiendo de la temperatura y la cantidad de oxígeno.

5. ¿Cuáles son las desventajas de ocupar combustibles como el carbón y el fueloil? (4 Puntos)

   Por su alto costo, su bajo rendimiento, su alto grado de contaminación y por su arranque lento.

6. ¿Cuáles son los efectos del agua sin tratar en un circuito de caldera y cómo prevenirlos? (8 Puntos)

   Efectos:

   • Corrosión: Desgaste generalizado o desgaste localizado.
   • Sales: Pueden ser solubles o insolubles.
   • Depósitos: Pueden ser blandos o duros. Son muy adherentes y se eliminan solo con químicos.
   • Espuma: Arrastra agua en el vapor.

   Prevención:

   • Corrosión: Agentes químicos para corregir el pH y absorber el oxígeno.
   • Incrustaciones: Agentes químicos, método de ablandamiento o purgas.
   • Espuma: Evitar extracciones bruscas de vapor, disminuir elementos sólidos en suspensión.

7. Defina qué es una turbina (3 Puntos)

   Una turbina de vapor es una turbomáquina que transforma la energía de un flujo de vapor en energía mecánica. Este vapor se genera en una caldera, de la que sale en unas condiciones de elevada temperatura y presión.

8. Explique qué es el rendimiento y eficiencia de una turbina a vapor (6 Puntos)

   El rendimiento o eficiencia de una turbina se define como el cociente entre la energía producida por la misma y la energía disponible.

   La eficiencia de una turbina está influenciada principalmente por las pérdidas de fluidos debido a las fugas y otros factores, además de los efectos de fricción que se presentan en el interior de la misma, producidos por el contacto entre el fluido y las partes móviles.

9. Nombre los componentes de un sistema de turbinas a vapor y explique la función de cada uno (8 Puntos)

   • Caldera: Su función es la de generar el vapor necesario para el funcionamiento de la turbina.
   • Turbina: Es la encargada de utilizar la energía del vapor de la caldera y transformarla en trabajo útil para mover un generador eléctrico.
   • Condensador: Se emplea para condensar el vapor que sale de la turbina.
   • Bomba: Usada para alimentar la caldera con el agua que proviene del condensador.

10. Nombre las partes de una turbina y explique cada una de ellas (6 Puntos)

    • La parte giratoria: el rotor, que está formado por ruedas de álabes unidas al eje.
    • La parte estacionaria: el estator, está formado por álabes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina.
    • Toberas: El vapor es alimentado a la turbina a través de estos elementos. Su labor es conseguir una correcta distribución del vapor entrante/saliente al/desde el interior de la turbina.

11. ¿Cuál es el principio de funcionamiento de una turbina? (3 Puntos)

    Ciclo Rankine.

12. Explique qué es el ciclo Rankine e identifique cada etapa de las fases (11 Puntos)

    A mayor presión y temperatura del vapor, mayor es la eficiencia termodinámica.

    Se añade un recalentamiento de vapor entre etapas de la turbina para lograr una eficiencia aún mayor.

    En el diagrama temperatura-entalpía se pueden observar las ganancias de calor típicas en términos porcentuales (sobre el calor total entregado al sistema agua-vapor).

    Etapas del Ciclo Rankine Ideal:

    • 1-2: Proceso de bombeo adiabático y reversible (aumento de presión del líquido).
    • 2-3: Transferencia de calor al fluido de trabajo en una caldera a presión constante (vaporización).
    • 3-4: Expansión adiabática y reversible del fluido en la turbina (generación de trabajo).
    • 4-1: Transferencia de calor desde el fluido de trabajo a presión constante en el condensador (condensación).

13. Nombre y explique a lo menos 4 tipos de turbinas de vapor (8 Puntos)

    • Turbina de vapor de reacción: En la turbina de reacción la energía mecánica se obtiene de la aceleración del vapor en expansión. Las turbinas de este tipo cuentan con dos grupos de palas, unas móviles y las otras fijas. En la turbina de reacción se produce un escalonamiento de velocidad. Este consiste en producir una gran caída de presión en un grupo de toberas y utilizar la velocidad resultante del vapor para que entre en un segundo rodete.

    • Turbina de vapor de acción: Una turbina de vapor de acción consta fundamentalmente de: Un distribuidor fijo, compuesto por una o varias toberas, cuya misión es transformar la energía térmica del vapor total en energía cinética. Una corona móvil, cuyos álabes tienen por objeto transformar en energía mecánica la energía cinética puesta a su disposición. Impulsan el vapor a través de las toberas fijas hasta alcanzar las palas. Las turbinas de acción tienen varias etapas, en las que la presión va disminuyendo de forma escalonada.

    • Turbinas de contrapresión: La presión del vapor a la salida de la turbina es superior a la atmosférica. Permite el aprovechamiento posterior del vapor de escape en procesos industriales.

    • Turbinas de condensación: El vapor sale a una presión inferior a la atmosférica (vacío), dirigiéndose a un condensador. Se utiliza en las turbinas de gran potencia, principalmente para generación eléctrica.

14. Nombre 6 tipos de averías en las turbinas (6 Puntos)

    • Nivel de vibraciones excesivo.
    • Desplazamiento excesivo del rotor por mal estado del cojinete de empuje o axial.
    • Fallos diversos de la instrumentación.
    • Vibración en reductor o alternador.
    • Fuga de vapor.
    • Funcionamiento incorrecto de la válvula de control.
    • Dificultad o imposibilidad de la sincronización.
    • Bloqueo del rotor por curvatura del eje.
    • Gripaje del rotor.

15. ¿Cuál es el mantenimiento quincenal de una turbina a vapor? (7 Puntos)

    • Inspección de fugas de aceite.
    • Limpieza de aceite derramado.
    • Comprobación del nivel de aceite.
    • Inspección de fugas de vapor.
    • Inspección de fugas de agua de refrigeración.
    • Lectura de vibraciones.
    • Purga de agua del aceite de lubricación.

16. ¿Cuál es la revisión anual de un sistema de turbinas a vapor? (9 Puntos)

    • Análisis del espectro de vibración.
    • Inspección boroscópica de álabes.
    • Cambio de aceite.
    • Cambio de filtros de aceite.
    • Apertura de cojinetes y comprobación del estado.
    • Inspección de la válvula de regulación de turbina.
    • Inspección del grupo hidráulico.
    • Inspección del sistema de eliminación de vahos.
    • Prueba de potencia.