{"id":111754,"date":"2021-07-25T22:33:53","date_gmt":"2021-07-25T21:33:53","guid":{"rendered":"https:\/\/material-properties.org\/que-son-los-materiales-para-turbinas-de-vapor-definicion\/"},"modified":"2021-09-14T08:02:09","modified_gmt":"2021-09-14T07:02:09","slug":"que-son-los-materiales-para-turbinas-de-vapor-definicion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/material-properties.org\/es\/que-son-los-materiales-para-turbinas-de-vapor-definicion\/","title":{"rendered":"\u00bfQu\u00e9 son los materiales para turbinas de vapor? Definici\u00f3n"},"content":{"rendered":"<div class=\"su-quote su-quote-style-default\"><div class=\"su-quote-inner su-u-clearfix su-u-trim\"> La gama de aleaciones utilizadas en las turbinas de vapor es relativamente peque\u00f1a, en parte debido a la necesidad de asegurar una buena combinaci\u00f3n de propiedades t\u00e9rmicas, como expansi\u00f3n y conductividad, y en parte debido a la necesidad de resistencia a altas temperaturas a un costo aceptable. <\/div><\/div>\n<div class=\"su-divider su-divider-style-dotted\" style=\"margin:15px 0;border-width:2px;border-color:#999999\"><\/div>\n<div  class=\"lgc-column lgc-grid-parent lgc-grid-100 lgc-tablet-grid-100 lgc-mobile-grid-100 lgc-equal-heights \"><div  class=\"inside-grid-column\">\n<figure id=\"attachment_28833\" aria-describedby=\"caption-attachment-28833\" style=\"width: 463px\" class=\"wp-caption alignright\"><img decoding=\"async\" loading=\"lazy\" class=\" wp-image-28833\" src=\"https:\/\/material-properties.org\/wp-content\/uploads\/2020\/07\/superalloys-turbine.jpg\" alt=\"Superaleaciones\" width=\"473\" height=\"473\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-28833\" class=\"wp-caption-text\">Hoja de turbina de vapor.\u00a0Las superaleaciones (t\u00edpicamente aleaciones austen\u00edticas c\u00fabicas centradas en las caras) basadas en Co, Ni y Fe pueden dise\u00f1arse para ser altamente resistentes a la fluencia y, por lo tanto, han surgido como un material ideal en entornos de alta temperatura.\u00a0Fuente wikipedia.org Licencia: CC BY-SA 3.0<\/figcaption><\/figure>\n<p>La mayor\u00eda de\u00a0<strong>las plantas de energ\u00eda nuclear<\/strong>\u00a0operan un\u00a0<strong>generador de turbina de<\/strong>\u00a0un\u00a0<strong>solo eje<\/strong>\u00a0que consta de una\u00a0<strong>turbina de HP de m\u00faltiples etapas<\/strong>\u00a0y\u00a0<strong>tres turbinas de LP de m\u00faltiples etapas en paralelo<\/strong>\u00a0, un generador principal y un excitador. \u00a0<strong>La turbina HP<\/strong>\u00a0suele ser\u00a0<strong>una\u00a0<\/strong><strong>turbina de reacci\u00f3n de\u00a0<\/strong><strong>doble flujo<\/strong>\u00a0con aproximadamente 10 etapas con \u00e1labes envueltos y produce alrededor del 30-40% de la potencia bruta de la unidad de la planta de energ\u00eda.\u00a0<strong>Las turbinas LP<\/strong>\u00a0suelen ser\u00a0<strong>turbinas de reacci\u00f3n de doble flujo.<\/strong>con aproximadamente 5-8 etapas (con cuchillas cubiertas y con cuchillas independientes de las \u00faltimas 3 etapas).\u00a0Las turbinas LP producen aproximadamente el 60-70% de la potencia bruta de la unidad de la planta de energ\u00eda.\u00a0Cada rotor de turbina est\u00e1 montado sobre dos cojinetes, es decir, hay cojinetes dobles entre cada m\u00f3dulo de turbina.\u00a0La gama de aleaciones utilizadas en las turbinas de vapor es relativamente peque\u00f1a, en parte debido a la necesidad de asegurar una buena combinaci\u00f3n de propiedades t\u00e9rmicas, como expansi\u00f3n y conductividad, y en parte debido a la necesidad de resistencia a altas temperaturas a un costo aceptable.<\/p>\n<ul>\n<li>Material para rotores de turbinas.\u00a0Los rotores de las turbinas de vapor suelen estar hechos de acero de baja aleaci\u00f3n.\u00a0La funci\u00f3n de los elementos de aleaci\u00f3n es\u00a0<strong>aumentar la templabilidad<\/strong>\u00a0para optimizar las propiedades mec\u00e1nicas y la\u00a0<a href=\"https:\/\/material-properties.org\/what-is-toughness-definition\/\">tenacidad<\/a>\u00a0despu\u00e9s del tratamiento t\u00e9rmico.\u00a0Los rotores son necesarios para manejar las condiciones de vapor m\u00e1s altas, por lo que la aleaci\u00f3n m\u00e1s utilizada es el acero CrMoV.<\/li>\n<li>Material para carcasa.\u00a0Las carcasas de las turbinas de vapor suelen ser estructuras grandes con formas complejas que deben proporcionar la contenci\u00f3n de presi\u00f3n para la turbina de vapor.\u00a0Debido al tama\u00f1o de estos componentes, su costo tiene un fuerte impacto en el costo total de la turbina. Los materiales que se utilizan actualmente para las carcasas internas y externas suelen ser aceros CrMo de baja aleaci\u00f3n (por ejemplo, el acero 1-2CrMo).\u00a0Para temperaturas m\u00e1s altas, las aleaciones fundidas de 9CrMoVNb se consideran adecuadas en t\u00e9rminos de resistencia.<\/li>\n<li>Material de las palas de la turbina.\u00a0<strong>Para las turbinas de gas<\/strong>\u00a0, las palas de la turbina son a menudo el componente limitante.\u00a0La temperatura m\u00e1s alta del ciclo se produce al final del proceso de combusti\u00f3n y est\u00e1 limitada por la\u00a0<strong>temperatura m\u00e1xima<\/strong>\u00a0que\u00a0pueden soportar las\u00a0<strong>palas de<\/strong>\u00a0la\u00a0<strong>turbina<\/strong>\u00a0.\u00a0Como es habitual, las consideraciones metal\u00fargicas (alrededor de 1700 K) imponen l\u00edmites superiores a la eficiencia t\u00e9rmica.\u00a0Por lo tanto, las palas de las turbinas a menudo utilizan materiales ex\u00f3ticos como las\u00a0<strong>superaleaciones.<\/strong>y muchos m\u00e9todos diferentes de enfriamiento, tales como canales de aire internos, enfriamiento de la capa l\u00edmite y revestimientos de barrera t\u00e9rmica.\u00a0El desarrollo de las superaleaciones en la d\u00e9cada de 1940 y los nuevos m\u00e9todos de procesamiento, como la fusi\u00f3n por inducci\u00f3n al vac\u00edo en la d\u00e9cada de 1950, aumentaron considerablemente la capacidad de temperatura de las palas de las turbinas.\u00a0Los \u00e1labes de las turbinas modernas suelen utilizar\u00a0<strong>superaleaciones a base de n\u00edquel<\/strong>\u00a0que incorporan cromo, cobalto y renio.<\/li>\n<li><strong>Las palas de las turbinas de vapor<\/strong>\u00a0no est\u00e1n expuestas a temperaturas tan elevadas, pero deben soportar una operaci\u00f3n con\u00a0<a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/fluid-dynamics\/two-phase-fluid-flow\/\">fluido bif\u00e1sico<\/a>\u00a0.\u00a0Un alto contenido de gotas de agua puede causar el r\u00e1pido impacto y la erosi\u00f3n de las palas que se produce cuando se lanza agua condensada sobre las palas.\u00a0Para evitar esto, por ejemplo, se instalan drenajes de condensado en la tuber\u00eda de vapor que conduce a la turbina.\u00a0Otro desaf\u00edo para los ingenieros es el dise\u00f1o de \u00e1labes de la \u00faltima etapa de la turbina LP.\u00a0Estas palas deben ser (debido al alto\u00a0<a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/<a href=\"https:\/\/modern-physics.org\/thermodynamics\/\">thermodynamics<\/a>\/thermodynamic-properties\/what-is-specific-volume\/\u00bb>volumen espec\u00edfico\u00a0de vapor) muy largas, lo que induce\u00a0<strong>enormes fuerzas centr\u00edfugas.<\/strong>durante la operaci\u00f3n.\u00a0Por lo tanto, las palas de la turbina est\u00e1n sujetas a esfuerzos por la fuerza centr\u00edfuga (las etapas de la turbina pueden girar a decenas de miles de revoluciones por minuto (RPM), pero generalmente a 1800 RPM) y fuerzas de fluido que pueden causar fracturas, fluencia o fallas por fluencia.<\/li>\n<\/ul>\n<h2>Problemas materiales de las turbinas<\/h2>\n<h3>Arrastrarse<\/h3>\n<p><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/materials-science\/material-properties\/creep-material-creep\/\"><strong>La fluencia<\/strong><\/a>\u00a0, tambi\u00e9n conocida como\u00a0<strong>\u00a0flujo fr\u00edo<\/strong>\u00a0, es la deformaci\u00f3n permanente que aumenta con el tiempo bajo carga o<a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/materials-science\/material-properties\/strength\/what-is-stress-in-materials-science\/\">\u00a0tensi\u00f3n<\/a>\u00a0constante\u00a0.\u00a0Es el resultado de una exposici\u00f3n prolongada a una gran tensi\u00f3n mec\u00e1nica externa con un l\u00edmite de fluencia y es m\u00e1s severo en materiales que se someten a calor durante mucho tiempo.\u00a0La tasa de deformaci\u00f3n es funci\u00f3n de las propiedades del material, el tiempo de exposici\u00f3n, la<a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/<a href=\"https:\/\/modern-physics.org\/thermodynamics\/\">thermodynamics<\/a>\/thermodynamic-properties\/what-is-temperature-physics\/\u00bb>\u00a0temperatura de\u00a0exposici\u00f3n\u00a0\u00a0y la carga estructural aplicada.\u00a0<strong>La fluencia<\/strong>\u00a0\u00a0es un fen\u00f3meno muy importante si utilizamos materiales\u00a0<strong>\u00a0a alta temperatura<\/strong>\u00a0.\u00a0La fluencia es muy importante en la industria de la energ\u00eda y es de suma importancia en el dise\u00f1o de motores a reacci\u00f3n.\u00a0Para muchas situaciones de fluencia de vida relativamente corta (p. Ej.,\u00a0<a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power-plant\/turbine-generator-power-conversion-system\/what-is-steam-turbine-description-and-characteristics\/turbine-blades\/\">\u00a0\u00c1labes de turbina<\/a>\u00a0en aviones militares), el tiempo de ruptura es la consideraci\u00f3n de dise\u00f1o dominante.\u00a0Por supuesto, para su determinaci\u00f3n, las pruebas de fluencia deben realizarse hasta el punto de falla;\u00a0estos se denominan\u00a0\u00a0<strong>ensayos de rotura por fluencia<\/strong>\u00a0.<\/p>\n<h3>Corrosi\u00f3n por erosi\u00f3n<\/h3>\n<p><strong><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/metals-what-are-metals\/failure-modes-of-materials\/wear\/erosion-corrosion\/\">La corrosi\u00f3n por erosi\u00f3n<\/a><\/strong>\u00a0es el da\u00f1o acumulativo inducido por las reacciones de corrosi\u00f3n electroqu\u00edmica y los efectos mec\u00e1nicos del movimiento relativo entre el electrolito y la superficie corro\u00edda.\u00a0La erosi\u00f3n tambi\u00e9n puede ocurrir en combinaci\u00f3n con otras formas de degradaci\u00f3n, como la corrosi\u00f3n.\u00a0Esto se conoce como erosi\u00f3n-corrosi\u00f3n.\u00a0La corrosi\u00f3n por erosi\u00f3n es un proceso de degradaci\u00f3n del material debido al efecto combinado de corrosi\u00f3n y desgaste.\u00a0Casi todos los medios corrosivos que fluyen o turbulentos pueden causar corrosi\u00f3n por erosi\u00f3n.\u00a0El mecanismo se puede describir de la siguiente manera:<\/p>\n<ul>\n<li>erosi\u00f3n mec\u00e1nica del material, o capa protectora (o pasiva) de \u00f3xido en su superficie,<\/li>\n<li>Mayor corrosi\u00f3n del material, si la velocidad de corrosi\u00f3n del material depende del espesor de la capa de \u00f3xido.<\/li>\n<\/ul>\n<p>La corrosi\u00f3n por erosi\u00f3n se encuentra en sistemas como tuber\u00edas, v\u00e1lvulas, bombas, boquillas, intercambiadores de calor y turbinas.\u00a0El desgaste es un proceso de degradaci\u00f3n mec\u00e1nica del material que se produce al frotar o impactar superficies, mientras que la corrosi\u00f3n implica reacciones qu\u00edmicas o electroqu\u00edmicas del material.\u00a0La corrosi\u00f3n puede acelerar el desgaste y el desgaste puede acelerar la corrosi\u00f3n.<\/p>\n<h3>Oxidaci\u00f3n por vapor<\/h3>\n<p>El comportamiento de la oxidaci\u00f3n del vapor est\u00e1 directamente relacionado con la implementaci\u00f3n de la generaci\u00f3n de energ\u00eda de vapor ultra-supercr\u00edtica para mejorar la eficiencia y reducir las\u00a0emisiones de\u00a0CO\u00a0<sub>2<\/sub>\u00a0.\u00a0Una temperatura m\u00e1s alta significa una mayor eficiencia;\u00a0sin embargo, se producen tasas de corrosi\u00f3n m\u00e1s altas en una atm\u00f3sfera de vapor cuando se utilizan aceros ferr\u00edticos, ferr\u00edticos-martens\u00edticos o de cromo medio.<\/p>\n<p>Los materiales que se desarrollaron hace m\u00e1s de 50 a 60 a\u00f1os ya no son adecuados en la actualidad para reg\u00edmenes ultra-supercr\u00edticos debido a la escasa resistencia a la corrosi\u00f3n y las propiedades inadecuadas de resistencia y fluencia a altas temperaturas.\u00a0Estas tecnolog\u00edas requieren aceros austen\u00edticos avanzados y aleaciones a base de n\u00edquel (Ni) con una resistencia superior a la oxidaci\u00f3n por vapor.<\/p>\n<h3>Fatiga<\/h3>\n<p>En la ciencia de los materiales, la\u00a0\u00a0<a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/metals-what-are-metals\/failure-modes-of-materials\/fatigue-of-material-fatigue-failure\/\"><strong>fatiga<\/strong><\/a>\u00a0\u00a0es el debilitamiento de un material causado por una\u00a0\u00a0<strong>carga c\u00edclica<\/strong>\u00a0\u00a0que da como resultado un da\u00f1o estructural progresivo, quebradizo y localizado.\u00a0Una vez que se ha iniciado una grieta, cada ciclo de carga har\u00e1 crecer la grieta una peque\u00f1a cantidad, incluso cuando las tensiones alternas o c\u00edclicas repetidas son de una intensidad considerablemente inferior a la resistencia normal.\u00a0Las tensiones pueden deberse a vibraciones o ciclos t\u00e9rmicos.\u00a0El da\u00f1o por fatiga es causado por:<\/p>\n<ul>\n<li>acci\u00f3n simult\u00e1nea del estr\u00e9s c\u00edclico,<\/li>\n<li>tensi\u00f3n de tracci\u00f3n (ya sea directamente aplicada o residual),<\/li>\n<li>deformaci\u00f3n pl\u00e1stica.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Si alguno de estos tres no est\u00e1 presente, no se iniciar\u00e1 ni se propagar\u00e1 una grieta por fatiga.\u00a0La mayor\u00eda de las fallas de ingenier\u00eda se deben a la fatiga.<\/p>\n<p>Aunque la fractura es de tipo fr\u00e1gil, puede llevar alg\u00fan tiempo propagarse, dependiendo tanto de la intensidad como de la frecuencia de los ciclos de tensi\u00f3n.\u00a0Sin embargo, hay muy poca o ninguna advertencia antes de la falla si no se nota la grieta.\u00a0El n\u00famero de ciclos necesarios para provocar un fallo por fatiga en un pico de tensi\u00f3n en particular es generalmente bastante grande, pero disminuye a medida que aumenta la tensi\u00f3n.\u00a0Para algunos aceros suaves, las tensiones c\u00edclicas pueden continuar indefinidamente siempre que la tensi\u00f3n m\u00e1xima (a veces denominada resistencia a la fatiga) est\u00e9 por debajo del valor l\u00edmite de resistencia.\u00a0El tipo de fatiga que m\u00e1s preocupa en las centrales nucleares es la fatiga t\u00e9rmica.\u00a0La fatiga t\u00e9rmica puede deberse a tensiones t\u00e9rmicas producidas por cambios c\u00edclicos de temperatura.\u00a0Componentes grandes como el presurizador, la vasija del reactor,<\/p>\n<\/div><\/div>\n<div  class=\"lgc-column lgc-grid-parent lgc-grid-100 lgc-tablet-grid-100 lgc-mobile-grid-100 lgc-equal-heights \"><div  class=\"inside-grid-column\">\n<div class=\"su-accordion su-u-trim\"> <div class=\"su-spoiler su-spoiler-style-default su-spoiler-icon-plus\" data-scroll-offset=\"0\" data-anchor-in-url=\"no\"><div class=\"su-spoiler-title\" tabindex=\"0\" role=\"button\"><span class=\"su-spoiler-icon\"><\/span>Referencias:<\/div><div class=\"su-spoiler-content su-u-clearfix su-u-trim\">\n<p>Ciencia de los Materiales:<\/p>\n<ol>\n<li>Departamento de Energ\u00eda de EE. UU., Ciencia de Materiales.\u00a0DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.<\/li>\n<li>Departamento de Energ\u00eda de EE. UU., Ciencia de Materiales.\u00a0DOE Fundamentals Handbook, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.<\/li>\n<li>William D. Callister, David G. Rethwisch.\u00a0Ciencia e Ingenier\u00eda de Materiales: Introducci\u00f3n 9\u00aa Edici\u00f3n, Wiley;\u00a09a edici\u00f3n (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.<\/li>\n<li>Eberhart, Mark (2003).\u00a0Por qu\u00e9 se rompen las cosas: entender el mundo a trav\u00e9s de la forma en que se desmorona.\u00a0Armon\u00eda.\u00a0ISBN 978-1-4000-4760-4.<\/li>\n<li>Gaskell, David R. (1995).\u00a0Introducci\u00f3n a la Termodin\u00e1mica de Materiales (4\u00aa ed.).\u00a0Taylor y Francis Publishing.\u00a0ISBN 978-1-56032-992-3.<\/li>\n<li>Gonz\u00e1lez-Vi\u00f1as, W. y Mancini, HL (2004).\u00a0Introducci\u00f3n a la ciencia de los materiales.\u00a0Prensa de la Universidad de Princeton.\u00a0ISBN 978-0-691-07097-1.<\/li>\n<li>Ashby, Michael;\u00a0Hugh Shercliff;\u00a0David Cebon (2007).\u00a0Materiales: ingenier\u00eda, ciencia, procesamiento y dise\u00f1o (1\u00aa ed.).\u00a0Butterworth-Heinemann.\u00a0ISBN 978-0-7506-8391-3.<\/li>\n<li>JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducci\u00f3n a la ingenier\u00eda nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.<\/li>\n<\/ol>\n<\/div><\/div> <\/div> <div class=\"su-divider su-divider-style-dotted\" style=\"margin:15px 0;border-width:2px;border-color:#999999\"><\/div> <\/div><\/div> <div class=\"su-divider su-divider-style-default\" style=\"margin:15px 0;border-width:2px;border-color:#999999\"><\/div> <div  class=\"lgc-column lgc-grid-parent lgc-grid-33 lgc-tablet-grid-33 lgc-mobile-grid-100 lgc-equal-heights \"><div  class=\"inside-grid-column\"> <\/div><\/div> <div  class=\"lgc-column lgc-grid-parent lgc-grid-33 lgc-tablet-grid-33 lgc-mobile-grid-100 lgc-equal-heights \"><div  class=\"inside-grid-column\">\n<p>Ver arriba:<br \/>\nProblemas de materiales <a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power-plant\/reactor-and-power-plant-materials\/ style =\" class=\"su-button su-button-style-default\" style=\"color:#FFFFFF;background-color:#2D89EF;border-color:#246ec0;border-radius:10px;-moz-border-radius:10px;-webkit-border-radius:10px\" target=\"_self\"><span style=\"color:#FFFFFF;padding:7px 20px;font-size:16px;line-height:24px;border-color:#6cadf4;border-radius:10px;-moz-border-radius:10px;-webkit-border-radius:10px;text-shadow:0px 0px 0px # 000000;-moz-text-shadow:0px 0px 0px # 000000;-webkit-text-shadow:0px 0px 0px # 000000\"><i class=\"sui sui-link\" style=\"font-size:16px;color:# 5d5d5d\"><\/i>  <\/span><\/a> <\/p><\/div><\/div> <div  class=\"lgc-column lgc-grid-parent lgc-grid-33 lgc-tablet-grid-33 lgc-mobile-grid-100 lgc-equal-heights \"><div  class=\"inside-grid-column\"> <\/div><\/div>\n<div class=\"su-divider su-divider-style-dotted\" style=\"margin:15px 0;border-width:2px;border-color:#999999\"><\/div>\n<p>Esperamos que este art\u00edculo,\u00a0<strong>Materiales para turbinas de vapor<\/strong>\u00a0, lo ayude.\u00a0Si es as\u00ed,\u00a0<strong>danos un me gusta<\/strong>\u00a0en la barra lateral.\u00a0El objetivo principal de este sitio web es ayudar al p\u00fablico a conocer informaci\u00f3n importante e interesante sobre los materiales y sus propiedades.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Esperamos que este art\u00edculo,\u00a0Materiales para turbinas de vapor\u00a0, lo ayude.\u00a0Si es as\u00ed,\u00a0danos un me gusta\u00a0en la barra lateral.\u00a0El objetivo principal de este sitio web es ayudar al p\u00fablico a conocer informaci\u00f3n importante e interesante sobre los materiales y sus propiedades.<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[53],"tags":[],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO plugin v21.2 - https:\/\/yoast.com\/wordpress\/plugins\/seo\/ -->\n<title>\u00bfQu\u00e9 son los materiales para las turbinas de vapor? 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