GUIA PRACTICA PARA LA TECNOLOGIA DE LAS TURBINAS DE VAPOR - Heinz

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Prefacio xi
Reconocimientos xv
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,11
I
Capítulo 1. Introducción
1.1 Por qué se aplican 1,
de transmisión mec
1.2 Panorama general (
de las turbinas de v¡
1.2.1 Las etapas
1.2.2 Diseño moc
1.2.3 Construcció
válvulas rrn
1.2.4 Consideraci
1 .3 Panorama general e
de vapor y de sus CI
1.3.1 Recta sin c
1.3.2 Sin conden:
1.3.3 De condene
1.3.4 Consideraci
del vapor
1.3.5 Controles p
con extracc
1.3.6 De transmi:
y de accion
1.3.7 Conceptos
Capítulo 2. Carcasas de las ti
estacionarios importantes
2.1 Diseño de la careas
2.2 Secciones de adrnís
2.3 Diafragmas y ernpa
de las turbinas de v
Capítulo 3. Cojinetes para la!
3.1 Chumaceras para 1;
3.2 Parámetros claves
3.3 Cojinetes de empuj
3.4 Cojinetes maqnétic
Capítulo 4. Rotores para las 1
4.1 Experiencia de opei
4.2 Diámetro de paso y
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Guía práctica
para la tecnología
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Guía práctica 
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Reconocimientos xv
111
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Capítulo 1. Introducción
1.1 Por qué se aplicanlé
de transmisión rnec
1.2 Panorama general e
de las turbinas de Vé
1.2.1 Las etapasI
1.2.2 Diseño mod
1.2.3 Construcciói
válvulas mG
1.2.4 Considerac]
1.3 Panorama generald
de vapor y de sus ce
1.3.1 Recta sin c
1.3.2 Sin condens
1.3.3 De condens
1.3.4 Consideraci
del vapor
1.3.5 Controlesp
con extracci
1.3.6 De transrnir
y de accion
1.3.7 Conceptos11,1
1
Capítulo 2. Carcasas de las n
estacionarios importantes
2.1 Diseño de la careas
2.2 Secciones de adrnis
2.3 Diafragmas y ernpa
de las turbinas de v;
Capítulo 3. Cojinetes para las
3.1 Chumaceras para 1;
3.2 Parámetros claves,
3.3 Cojinetes de empuj
3.4 Cojinetes rnaqnétic
Capítulo 4. Rotores para las 1
4.1 Experiencia de opei
4.2 Diámetro de paso y
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Guía práctica
para la tecnología
de las turbinas
de vapor
Heinz P. Bloch
Traducción
Ingeniero José Hernán Pérez Castellanos
McGRAW-HILL
~CO.BUENOSAIRES.CARACAS.GUATEMALA.USBOA.MADRlD
NUEVA YORK· SANJUAN· SANTAFÉ DE BOGOTÁ. SANTIAGO· SÁOPAULO
AUCKLAND· LONDRES· MILÁN· MONTREAL· NUEVADELHI· SANFRANCISCO
SINGAPUR· SToLOUIS • SIDNEY • TORONTO
Guía práctica 
para la tecnología 
de las turbinas 
de vapor 
Heinz P. Bloch 
Traducción 
Ingeniero José Hernán Pérez Castellanos 
McGRAW-HILL 
NUbaCO-BUENOSAIRES-CARACAS-GUATEMALA-USBOA-MADRlD 
NUEVA YORK - SANJUAN - SANTAFÉ DE BOGOTÁ - SANTIAGO - SÁOPAULO 
AUCKLAND - LONDRES - MILÁN - MONTREAL - NUEVADELHI· SAN FRANCISCO 
SINGAPUR - STo LOUIS - SIDNEY • TORONTO 
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I1
1
1
l.
Gerente de producto: Jorge Alberto Ruiz González
Supervisor editorial: Eduardo Mendoza Tello
Supervisor de producción: Margarito Flores Rosas
Supervisor de diseño de portada: Dolores Parrales Monroy BLOCH
A mi padre. Hz
GUÍA PRÁCTICA PARA LA TECNOLOGÍA
DE LAS TURBINAS DE VAPOR
Prohibida la reproducción total o parcial de estaobra,
por cualquier medio, sin autorización escrita del editor.
DERECHOS RESERVADOS © 1998, respecto a la primera edición en español por
McGRA W-HILUINTERAMERICANA EDITORES, S.A. de C.V.
Una División de The MeGraw-Hill Companies, Inc.
Cedro No. 512, Col. Atlampa
C.P. 06450, México, D.F.
Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana
Reg. Núm. 736
ISBN 97Ó-I0-1822-2 obra completa de 3 libros
ISBN 970-10-1823-0
Translated from first English edition of
A PRACTICAL GUIDE TO STEAM TURBINE TECHNOLOGY
Copyright© MCMXCVI, by McOraw-Hill, Inc.
ISBN 0-07 -005924-1
1234567890
Impreso en México
Esta obra se terminó de
imprimir en Febrero de 1998 en
Impresora Carbayón, S.A. de C.V.
Calz de la Viga Núm. 590
C.P. 08300 México, D.F.
I.C.-98 9076543218
Printed in Mexico
Se tiraron 4000 ejemplares
Gerente de producto: Jorge Alberto Ruiz González 
Supervisor editorial: Eduardo Mendoza Tello 
Supervisor de producción: Margarito Flores Rosas 
Supervisor de diseño de portada: Dolores Parrales Monroy 
GuÍA PRÁCTICA PARA LA TECNOLOGÍA 
DE LAS TURBINAS DE VAPOR 
Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, 
por cualquier medio, sin autorización escrita del editor. 
BLOCH 
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McGRA W-HILUINTERAMERICANA EDITORES, S.A. de C.V. 
Una División de The MeGraw-Hill Companies, Ine. 
Cedro No. 512, Col. Atlampa 
C.P . 06450, México, D.F. 
Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana 
Reg. Núm. 736 
ISBN 970::10-1822-2 obra completa de 3 libros 
ISBN 970-10-1823-0 
Translated from first English edition of 
A PRACTICAL GUIDE TO STEAM TURBINE TECHNOLOGY 
Copyright© MCMXCVI, by McGraw-Hill, Inc. 
ISBN 0-07-005924-1 
1234567890 
Impreso en México 
Esta obra se terminó de 
I.C.-98 
imprim ir en Febrero de 1998 en 
Impresora Carbayón, S.A. de C.V. 
Calz de la Viga Núm. 590 
C.P. 08300 México, D.F. 
Se tiraron 4000 ejemplares 
9076543218 
Printed in Mexico 
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CH
A mi padre. Hubiera quedado complacido
lpor
A mi padre. Hubiera quedado complacido 
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Prefacio xi
Reconocimientos xv
1'1
Capítulo 1. Introducción
1.1 Por qué se aplican le
de transmisión mecs
1.2 Panorama general d
de las turbinas de va
1.2.1 Las etapas (
1.2.2 Diseño mod
1.2.3 Construcciór
válvulas mú
1.2.4 Considerack
1.3 Panorama general d
de vapor y de sus cc
1.3.1 Recta sin CI
1.3.2 Sin condene
1.3.3 De condens
1.3.4 Consideraci
del vapor
1.3.5 Controles p.
con extracci
1.3.6 De transmís
y de accioru
1.3.7 Conceptos:
111
1',
Capítulo 2. Carcasas de las tu
estacionarios importantes
2.1 Diseño de la careas
2.2 Secciones de admis
2.3 Diafragmas y empai
de las turbinas de Vi
Capítulo 3. Cojinetes para las
3.1 Chumaceras para J¡
3.2 Parámetros claves (
3.3 Cojinetes de ernpu]
3.4 Cojinetes maqnéticr
Capítulo 4. Rotores para las t
4.1 Experiencia de oper
4.2 Diámetro de paso y
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Contenido
Prefacio xi
Reconocimientos xv
Capítulo 1. Introducción 1
1.1 Por qué se aplican las turbinas de vapor
de transmisión mecánica
1.2 Panorama general de los fundamentos
de las turbinas de vapor 2
1.2.1 Las etapas de las turbinas .de vapor pueden variar 5
1.2.2 Diseño moderno de acción 5
1.2.3 Construcción de una sola válvula.contra
válvulas múltiples 5
1.2.4 Consideraciones sobre el balance de 'vapor 9
1.3 Panorama general de los tipos de turbinass
de vapor y de sus controles 9
1.3.1 Recta sin condensación 14
1.3.2 Sin condensación con extracción automática 15
1.3.3 De condensación con extracción automática 15
1.3.4 Consideraciones básicas sobre el control
del vapor 18
1.3.5 Controles para las de condensación
con extracción automática 21
1.3.6 De transmisión con engranes
y de accionamiento directo 21
1.3.7 Conceptos sobre diseño modular 23
Capítulo 2. Carcasas de las turbinas y componentes
estacionarios importantes 29
2.1 Diseño de la carcasa 29
2.2 Secciones de admisión del vapor 33
2.3 Diafragmas y empaquetadura de laberinto
de las turbinas de vapor 36
Capítulo 3. Cojinetes para las turbinas de transrnlslón-mecénlca 49
3.1 Chumaceras para la turbomaquinaria industrial 49
3.2 Parámetros claves de diseño 55
3.3 Cojinetes de empuje para turbomaquinaria 56
3.4 Cojinetes magnéticos activos 63
Capítulo 4. Rotores para las turbinas de acción 67
4.1 Experiencia de operación de largo plazo 67
4.2 Diámetro de paso y velocidad 68
vii
Contenido 
Prefacio xi 
Reconocimientos xv 
Capítulo 1. Introducción 
1.1 Por qué se aplican las turbinas de vapor 
de transmisión mecánica 
1.2 Panorama general de los fundamentos 
1 
de las turbinas de vapor 2 
1.2.1 Las etapas de las turbinas .de vapor pueden variar 5 
1.2.2 Diseño moderno de acción 5 
1.2.3 Construcción de una sola válvula. contra 
válvulas múltiples 5 
1.2.4 Consideraciones sobre el balance de vapor 9 
1.3 Panorama general de los tipos de turbinas ~; 
de vapor y de suscontroles 9 
1.3.1 Recta sin condensación 14 
1.3.2 Sin condensación con extracción automática 1 5 
1 .3.3 De condensación con extracción automática 15 
1.3.4 Consideraciones básicas sobre el control 
del vapor 18 
1.3.5 Controles para las de condensación 
con extracción automática 21 
1.3.6 De transmisión con engranes 
y de accionamiento directo 21 
1.3.7 Conceptos sobre diseño modular 23 
Capítulo 2. Carcasas de las turbinas y componentes 
estacionarios importantes 29 
2.1 Diseño de la carcasa 29 
2.2 Secciones de admisión del vapor 33 
2.3 Diafragmas y empaquetadura de laberinto 
de las turbinas de vapor 36 
Capítulo 3. Cojinetes para las turbinas de transmisión 'mecánica 49 
3.1 Chumaceras para la turbomaquinaria industrial 49 
3.2 Parámetros claves de diseño 55 
3.3 Cojinetes de empuje para turbomaquinaria 56 
3.4 Cojinetes magnéticos activos 63 
Capítulo 4. Rotores para las turbinas de acción 67 
4.1 Experiencia de operación de largo plazo 67 
4.2 Diámetro de paso y velocidad 68 
vii 
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viii Contenido
4.3 Temperatura del vapor 69 Capítulo 9. Acoplamientos y cc4.4 Construcción ensamblada 70 el acoplamiento
4.5 Construcción maciza 75 9.1 Transmisión de potei
4.6 Extremos de las flechas 76 9.2 Alineamiento de las f
4.7 Métodos de balanceo del rotor de las turbinas 77 9.3 Mantenimiento
4.8 Tolerancia del balanceo 78 9.4 Influencia sobre las v
9.5 Expansiones ditererx
Capítulo 5. Rotores para las turbinas de reacción 81 9.6 Empujes axiales
5.1 Rotores macizos 81 9.7 Límites de aplicación
5.2 Materiales para los roto res macizos 85
5.3 Diseño de rotor soldado 86 Capítulo 10. Tecnología de la d5.4 Materiales para rotores soldados 91 10.1 Modelo del rotor
10.2 Rigidez dinámica
Capítulo 6. Panorama general sobre el diseño de los álabes 10.3 Efectos del arnortiqur
de las turbinas 95 de la velocidad crítica
6.1 Materiales para los álabes 97 10.4 Avances relacionado:
6.2 Raíces de sujeción de los álabes 97 10.5 Refinamientos
6.3 Tipos de superficies aerodinámicas y capacidades 10.6 Consideraciones ace
de los álabes 99 de los cojinetes6.4 Álabes de guía para las turbinas de reacción 100 10.7 Cimentaciones
I 6.5 Empaletado de la etapa final de baja presión 106 10.8 . Impedancia,~, 10.9 Fuerzas de arco pare
~' Capítulo 7. Auxiliares de las turbinas 111 10.10 Procedimiento de di¡1 '
l' 7.1 Sistemas de lubricación 111 10.11 Respuesta del rotor
7.2 Mecanismos para el arranque o de giro lento 114 10.12 Mecanismos de ines,. 7.3 Válvulas de estrangulación y disparo o principales 10.13 Vibración subsíncror
1"1,'1 de paro 115 10.14 Ejemplos de serviciol. 7.4 Dispositivos de disparo por sobrevelocidad 118 10.15 Fuerzas de los sellos
7.5 Sistemas de sello de caja estancadora 121 10.16 Criterios de estabilid:
7.6 Purificadores del aceite lubricante 121 10.17 Verificación experirru
~I
¡I, Capítulo 8. Reguladores y sistemas de control 123 Capítulo 11. Diagramas de Can
8.1 Generalidades 123 para los álabes de las turbinas
8.2 Terminología de los sistemas reguladores 126 11.1 Diagrama de Goodn
8.2.1 Regulación de velocidad 126 11.2 Diagrama de Goodn
8.2.2 Variación de velocidad 127 11.3 Diagrama de Campl
8.2.3 Banda muerta 127 11.3.1 Frecuencias
8.2.4 Estabilidad 127 11.4 Diagrama SAFE: her
8.2.5 Aumento de velocidad 127 del conjunto de discr
8.3 Clasificaciones de la NEMA 129 11.4.1 Definición d
1, 8.4 Válvulas 130 11.4.2 Forma del n
8.4.1 Turbinas de una sola válvula 130 11.4.3 Fuerzas fluc
8.4.2 Turbinas de válvulas múltiples 131 11.5 Diagrama SAFE par;
8.5 Reguladores PG 131 11.6 Formas de los modc
8.6 Reguladores electrónicos 134 11.7 Diagrama de intertei8.7 Sistemas reguladores 136 11.8 Datos explicativos p
8.7.1 Generalidades 136 del diagrama SAFE
8.7.2 Control de la extracción 136 11.9 Resumen
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Contenido ix
69 Capítulo 9. Acoplamientos y consideraciones sobre
70 el acoplamiento 143
75 9.1 Transmisión de potencia 143
76 9.2 Alineamiento de las flechas 146
77 9.3 Mantenimiento 148
78 9.4 Influencia sobre las velocidades críticas 148
9.5 Expansiones diferenciales 148
81 9.6 Empujes axiales 149
81 9.7 Límites de aplicación 149
85
86 Capítulo 10. Tecnología de la dinámica del rotor 151
91 10.1 Modelo del rotor 151
10.2 Rigidez dinámica 152
10.3 Efectos del amortiguamiento sobre la predicción
95 de la velocidad crítica 155
97 10.4 Avances relacionados con los cojinetes 156
97 10.5 Refinamientos 158
10.6 Consideraciones acerca de los soportes
99 de los cojinetes 159
100 10.7 Cimentaciones 160
106 10.8 Impedancia 160
10.9 Fuerzas de arco parcial 164
111 10.10 Procedimiento de diseño 165
111 10.11 Respuesta del rotor 166
114 10.12 Mecanismos de inestabilidad 166
10.13 Vibración subsíncrona 166
115 10.14 Ejemplos de servicio 168
118 10.15 Fuerzas de los sellos de laberinto y de la cubierta 171
121 10.16 Criterios de estabilidad del rotor 173
121 10.17 Verificación experimental 173
123 Capítulo 11. Diagramas de Campbell, Goodman y SAFE
123 para los álabes de las turbinas de vapor 175
126 11.1 Diagrama de Goodman 175
126 11.2 Diagrama de Goodman-Soderberg 176
127 11.3 Diagrama de Campbell 177
127 11.3.1 Frecuencias excitadoras 181
127 11.4 Diagrama SAFE: herramienta de evaluación
127 del conjunto de disco con álabes en paquete 183
129 11.4.1 Definición de resonancia 184
130 11.4.2 Forma del modo 184
130 11.4.3 Fuerzas fluctuantes 186
131 11.5 Diagrama SAFE para el conjunto de discos con álabes 189
131 11.6 Formas de los modos de un disco con álabes en paquete 195
134 11.7 Diagrama de interferencias más allá del límite N/2 197
136 11.8 Datos explicativos publicados por el uso
136 del diagrama SAFE de Dresser-Rand 200
136 11.9 Resumen 203
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x Contenido
Capítulo 12. Comparación de las turbinas de vapor
de reacción contra las de acción
12.1 Introducción
12.2 Comparación de las turbinas de acción y de reacción
12.3 Eficiencia
12.4 Diseño
12.4.1 Rotor
12.4.2 Empaletado
12.5 Erosión
12.6 Empuje rodal
12.7 Mantenimiento
12.8 Características de diseño de las turbinas
modemas de reacción
12.9 Formación de depósitos y lavado de la turbina
con agua
205
205
206
206
209
209
210
216
218
219
219
221
Apéndice A
Bibliografía y lista de colaboradores
índice
313
333
341
Para propulsar de manera efici
de fluidos, casi toda la industri
Los diversos movientes de flui
entrada y las turbinas de vapor
Existen también aplicacione:
grandes cantidades de calor. U
misión mecánica prueba su cap
en primer lugar, el vapor de agi
y, a continuación, se use comov.
parte. e ibilidLa economía y la facti 1 1
relacionadas dependen de la co
de los modelos y disposiciones
ción dada del vapor, con la cal
Consideraciones semejante
impulsores disponibles para (
ambos aspectos. Es necesario h
químicas grandes y complejas,
o consume vapor, se han selec
como el motor primario. Estas 1
nente crítico en los procesos q
casos, se ponen en servicio
rendimiento de más alta confir
la piedra angular de los progre
el diseño y fabricación de ins
líderes de equipo.
En la actualidad, las indus
intensa competencia global, 1
menor costo. Producir este e
confiabilidad, no es fácil y sól
la capacidad para abordar la'
un comprador o usuario del I
Capítulo 13. Elementos de transmisión para la turbomaquinaria
de alta velocidad
13.1 Unidades de engranes rectos
13.2 Engranes epicíclicos
13.3 Embragues
13.4 Transmisiones hidroviscosas
13.5 Convertidores hidrodinámicos y turboacoplamientos
con engranes de velocidad variable
13.5.1 Función del acoplamiento de etapas múltiples
con velocidad variable
13.5.2 Detalles de diseño y de operación
13.5.3 Circuitos del aceite de trabajo y del aceite
de lubricación
13.5.4 Sistema de lubricación
229
229
231
232
239
243
247
247
250
250
Capítulo 14. Métodos gráficos abreviados para la selección
de turbinas
14.1 Instrucciones acerca de la carta de Moílier
14.2 Estimación de los gastos de vapor
14.3 Información de consulta rápida para estimar
los gastos de vapor de las turbinas devapor
de etapas múltiples y de válvulas múltiples
251
251
255
287
Capítulo 15. Método abreviado de selección de Elliott para las
turbinas de vapor de etapas múltiples y de válvulas múltiples
15.1 Gastos aproximados de vapor
15.2 Determinación del rendimiento de las etapas
15.3 Rendimiento de la turbina con extracción
293
293
297
304
x Contenido 
Capítulo 12. Comparación de las turbinas de vapor 
de reacción contra las de acción 205 
12.1 Introducción 205 
12.2 Comparación de las turbinas de acción y de reacción 206 
12.3 Eficiencia 206 
12.4 Diseño 209 
12.4.1 Rotor 209 
12.4.2 Empaletado 210 
12.5 Erosión 216 
12.6 Empuje axial 218 
12.7 Mantenimiento 219 
12.8 Características de diseño de las turbinas 
modemas de reacción 219 
12.9 Formación de depósitos y lavado de la turbina 
con agua 221 
Capítulo 13. Elementos de transmisión para la turbomaquinaria 
de alta velocidad 229 
13.1 Unidades de engranes rectos 229 
13.2 Engranes epicíclicos 231 
13.3 Embragues 232 
13.4 Transmisiones hidroviscosas 239 
13.5 Convertidores hidrodinámicos y turboacoplamientos 
con engranes de velocidad variable 243 
13.5.1 Función del acoplamiento de etapas múltiples 
con velocidad variable 247 
13.5.2 Detalles de diseño y de operación 247 
13.5.3 Circuitos del aceite de trabajo y del aceite 
de lubricación 250 
13.5.4 Sistema de lubricación 250 
Capítulo 14. Métodos gráficos abreviados para la selección 
de turbinas 251 
14.1 Instrucciones acerca de la carta de Mollier 251 
14.2 Estimación de los gastos de vapor 255 
14.3 Información de consulta rápida para estimar 
los gastos de vapor de las turbinas de vapor 
de etapas múltiples y de válvulas múltiples 287 
Capítulo 15. Método abreviado de selección de Elliott para las 
turbinas de vapor de etapas múltiples y de válvulas múltiples 293 
15.1 Gastos aproximados de vapor 293 
15.2 Determinación del rendimiento de las etapas 297 
15.3 Rendimiento de la turbina con extracción 304 
Apéndice A 313 
Bibliografía y lista de colaboradores 333 
índice 341 
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205
205
206
206
209
209
210
216
218
219
219
221
229
229
231
232
239
243
247
247
250
250
251
251
255
287
293
293
297
304
313
333
341
Prefacio
Para propulsar de manera eficiente y confiable los compresores y otros movientes
de fluidos, casi toda la industria depende de los impulsores de turbinas de vapor.
Los diversos movientes de fluidos a menudo requieren velocidades variables de
entrada y las turbinas de vapor pueden proporcionarlas sin demasiada dificultad.
Existen también aplicaciones en donde una planta de proceso tiene necesidad de
grandes cantidades de calor. Una vez más, la turbina moderna de vapor de trans-
misión mecánica prueba su capacidad de añadir eficiencia a la planta al hacer que,
en primer lugar, el vapor de agua motriz se expanda a través de una serie de álabes
y, a continuación, se use como vapor de calentamiento d~,procesos, en cualquier otra
parte.
La economía y la factibilidad de estas aplicaciones y una multitud de otras
relacionadas dependen de la confiabilidad de las turbinas de vapor y de la capacidad
de los modelos y disposiciones geométricas seleccionados para manejar una condi-
ción dada del vapor, con la capacidad deseada de rendimiento o salida.
Consideraciones semejantes incitarán al ingeniero a explorar el campo de los
impulsores disponibles para dar servicio al proceso o con fines generales, o para
ambos aspectos. Es necesario hacer notar que, en la mayor parte de las plantas petro-
químicas grandes y complejas, en particular en aquéllas en donde el proceso genera
o consume vapor, se han seleccionado turbinas de vapor de transmisión mecánica
como el motor primario. Estas grandes unidades de velocidad variable son un compo-
nente crítico en los procesos químicos de flujo continuo y, en la mayor parte de los
casos, se ponen en servicio sin capacidad de respaldo. La aplicación exige el
rendimiento de más alta confiabilidad y disponibilidad. Estas dos exigencias forman
la piedra angular de los programas de desarrollo que se encuentran en ejecución, en
el diseño y fabricación de instalaciones, por parte de los productores mundiales
líderes de equipo.
En la actualidad, las industrias petroquímica y otras se están enfrentando a una
intensa competencia global, lo cual, a su vez, ha creado una necesidad de equipo de
menor costo. Producir este equipo, sin comprometer la calidad, la eficiencia y la
confiabilidad, no es fácil y sólo los mejores fabricantes del mundo industrial tienen
la capacidad para abordar la tarea. De igual importancia, sólo se puede esperar que
un comprador o usuario del equipo contemplativo, informado y perspicaz logre la
xi
Prefacio 
Para propulsar de manera eficiente y confiable los compresores y otros movientes 
de fluidos, casi toda la industria depende de los impulsores de turbinas de vapor. 
Los diversos movientes de fluidos a menudo requieren velocidades variables de 
entrada y las turbinas de vapor pueden proporcionarlas sin demasiada dificultad. 
Existen también aplicaciones en donde una planta de proceso tiene necesidad de 
grandes cantidades de calor. Una vez más, la turbina moderna de vapor de trans-
misión mecánica prueba su capacidad de añadir eficiencia a la planta al hacer que, 
en primer lugar, el vapor de agua motriz se expanda a través de una serie de álabes 
y, a continuación, se use como vapor de calentamiento d~procesos, en cualquier otra 
parte. 
La economía y la factibilidad de estas aplicaciones y una multitud de otras 
relacionadas dependen de la confiabilidad de las turbinas de vapor y de la capacidad 
de los modelos y disposiciones geométricas seleccionados para manejar una condi-
ción dada del vapor, con la capacidad deseada de rendimiento o salida. 
Consideraciones semejantes incitarán al ingeniero a explorar el campo de los 
impulsores disponibles para dar servicio al proceso o con fines generales, o para 
ambos aspectos. Es necesario hacer notar que, en la mayor parte de las plantas petro-
químicas grandes y complejas, en particular en aquéllas en donde el proceso genera 
o consume vapor, se han seleccionado turbinas de vapor de transmisión mecánica 
como el motor primario. Estas grandes unidades de velocidad variable son un compo-
nente crítico en los procesos químicos de flujo continuo y, en la mayor parte de los 
casos, se ponen en servicio sin capacidad de respaldo. La aplicación exige el 
rendimiento de más alta confiabilidad y disponibilidad. Estas dos exigencias forman 
la piedra angular de los programas de desarrollo que se encuentran en ejecución, en 
el diseño y fabricación de instalaciones, por parte de los productores mundiales 
líderes de equipo. 
En la actualidad, las industrias petroquímica y otras se están enfrentando a una 
intensa competencia global, lo cual, a su vez, ha creado una necesidad de equipo de 
menor costo. Producir este equipo, sin comprometer la calidad, la eficiencia y la 
confiabilidad, no es fácil y sólo los mejores fabricantes del mundo industrial tienen 
la capacidad para abordar la tarea. De igual importancia, sólo se puede esperar que 
un comprador o usuario del equipo contemplativo, informado y perspicaz logre la 
xi 
http://gratislibrospdf.com/
xii Prefacio
combinación correcta de estos dos requisitos deseables y aparentemente contradic-
torios: bajo costo y alta calidad.
El punto de partida de la selección de maquinaria es el conocimiento de ella. A
partir del conocimiento de la misma se puede avanzar hacia la selección del tipo;
es decir, turbina de condensación en comparación con la de extracción o la de
contrapresión, o bien, turbina de vapor de reacción en comparación con la de acción.
La selección del tipo conduce a la selección de los componentes, digamos cojinete
de empuje de asiento fijo contra cojinete de empuje de zapatas basculantes. Éstas
podrían ser consideraciones excesivamente importantes, ya que tanto la selección
del tipo como la de los componentes tendrán un impacto duradero sobre la facilidad
de mantenimiento,facilidad para vigilar su funcionamiento, disponibilidad y
confiabilidad de los compresores y de las turbinas de vapor. Sin fallas, el efecto final
será la rentabilidad o, incluso, la supervivencia de la planta.
En consecuencia, en este texto, se intenta suministrar el tipo de guía que facilitará
al lector hacer una selección inteligente. Y aunque dificilmente se puede afirmar que
abarca todo y está completo en todos los detalles, no obstante se pretende que sea
fácil de leer y pertinente. He planeado hacer que el texto esté actualizado y que
incluya la configuración de los componentes y ejecución de las turbinas de vapor de
transmisión mecánica, prácticas y probadas en el campo. Se ha hecho resaltar la
tecnología de la máquina principal, pero no quise pasar por alto los auxiliares como
las transmisiones por engranes de relación fija, las transmisiones de velocidad
variable, los embragues y acoplamientos de rueda libre, por nombrar sólo unos
cuantos. De hecho, con la experiencia de demostrar que eventos de tiempos muertos
de la maquinaria a menudo estaban enlazados con el mal funcionamiento del equipo
de apoyo, decidí incluir los reguladores, los sistemas de lubricación y de sellado, los
dispositivos de disparo por sobrevelocidad y otros auxiliares pertinentes. De todos
éstos se tienen referencias cruzadas en el índice y deben ayudar a los lectores a tener
un amplio espectro.
Mientras recopilaba esta información de los materiales fuente de la industria,
disponibles comercialmente, me sorprendió la profusión de esfuerzo diligente que
algunos fabricantes consumen para diseñar y fabricar turbomaquinaria más eficiente
y más confiable. Con mucho de este material fuente disperso entre los diversos
grupos de ventas, mercadeo, diseño y fabricación, me enfrasqué en la tarea de reunir
los datos y organizarlos en un texto que, en primer lugar, informe al lector del tema
mediante la utilización de materiales generales y de resumen. La información se
desarrolla, a través de narraciones más detalladas y un tanto más orientadas al
diseño, hacia estudios acerca de la esfera de acción, así como ejemplos de aplicación
y selección. En algunos de estos casos se utilizan tanto unidades inglesas como
métricas; en otros se dejan en el método elegido por el colaborador original.
El lector notará que me he mantenido alejado de un tratamiento excesivamente
matemático del tema en cuestión. En lugar de ello, el enfoque evidentemente fue
dar una fuente sencilla de referencia sobre todo lo que necesitará el espectro más
amplio posible de usuarios de la maquinaria, yendo desde los operarios de planta
hasta los técnicos de apoyo mecánico técnico, los ingenieros especialistas en con-
fiabilidad, los ingenieros mecánicos y químicos, los superintendentes de operacio-
nes, los gerentes de proyecto o, incluso, los altos administradores de plantas.
Los editores y yo deseamos señalar que este libro nunca se habría escrito sin la
plena cooperación de un gran número de fabricantes de turbinas de vapor, de gran
competencia, tanto de Estados Unidos como de ultramar. Se hizo la recopilación
mediante la obtención de la au
directas de las compañías y perso
y en la Bibliografia. En seguida, ¡
coherente sobre lo que el lector (
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xii Prefacio 
combinación correcta de estos dos requisitos deseables y aparentemente contradic-
torios : bajo costo y alta calidad. 
El punto de partida de la selección de maquinaria es el conocimiento de ella. A 
partir del conocimiento de la misma se puede avanzar hacia la selección del tipo; 
es decir, turbina de condensación en comparación con la de extracción o la de 
contrapresión, o bien, turbina de vapor de reacción en comparación con la de acción. 
La selección del tipo conduce a la selección de los componentes, digamos cojinete 
de empuje de asiento fijo contra cojinete de empuje de zapatas basculantes. Éstas 
podrían ser consideraciones excesivamente importantes, ya que tanto la selección 
del tipo como la de los componentes tendrán un impacto duradero sobre la facilidad 
de mantenimiento, facilidad para vigilar su funcionamiento, disponibilidad y 
confiabilidad de los compresores y de las turbinas de vapor. Sin fallas, el efecto final 
será la rentabilidad o, incluso, la supervivencia de la planta. 
En consecuencia, en este texto, se intenta suministrar el tipo de guía que facilitará 
al lector hacer una selección inteligente. Y aunque dificilmente se puede afirmar que 
abarca todo y está completo en todos los detalles, no obstante se pretende que sea 
fácil de leer y pertinente. He planeado hacer que el texto esté actualizado y que 
incluya la configuración de los componentes y ejecución de las turbinas de vapor de 
transmisión mecánica, prácticas y probadas en el campo. Se ha hecho resaltar la 
tecnología de la máquina principal, pero no quise pasar por alto los auxiliares como 
las transmisiones por engranes de relación fija, las transmisiones de velocidad 
variable, los embragues y acoplamientos de rueda libre, por nombrar sólo unos 
cuantos. De hecho, con la experiencia de demostrar que eventos de tiempos muertos 
de la maquinaria a menudo estaban enlazados con el mal funcionamiento del equipo 
de apoyo, decidí incluir los reguladores, los sistemas de lubricación y de sellado, los 
dispositivos de disparo por sobrevelocidady otros auxiliares pertinentes. De todos 
éstos se tienen referencias cruzadas en el índice y deben ayudar a los lectores a tener 
un amplio espectro. 
Mientras recopilaba esta información de los materiales fuente de la industria, 
disponibles comercialmente, me sorprendió la profusión de esfuerzo diligente que 
algunos fabricantes consumen para diseñar y fabricar turbomaquinaria más eficiente 
y más confiable. Con mucho de este material fuente disperso entre los diversos 
grupos de ventas, mercadeo, diseño y fabricación, me enfrasqué en la tarea de reunir 
los datos y organizarlos en un texto que, en primer lugar, informe al lector del tema 
mediante la utilización de materiales generales y de resumen. La información se 
desarrolla, a través de narraciones más detalladas y un tanto más orientadas al 
diseño, hacia estudios acerca de la esfera de acción, así como ejemplos de aplicación 
y selección. En algunos de estos casos se utilizan tanto unidades inglesas como 
métricas; en otros se dejan en el método elegido por el colaborador original. 
El lector notará que me he mantenido alejado de un tratamiento excesivamente 
matemático del tema en cuestión. En lugar de ello, el enfoque evidentemente fue 
dar una fuente sencilla de referencia sobre todo lo que necesitará el espectro más 
amplio posible de usuarios de la maquinaria, yendo desde los operarios de planta 
hasta los técnicos de apoyo mecánico técnico, los ingenieros especialistas en con-
fiabilidad, los ingenieros mecánicos y químicos, los superintendentes de operacio-
nes, los gerentes de proyecto o, incluso, los altos administradores de plantas. 
Los editores y yo deseamos señalar que este libro nunca se habría escrito sin la 
plena cooperación de un gran número de fabricantes de turbinas de vapor, de gran 
competencia, tanto de Estados Unidos como de ultramar. Se hizo la recopilación 
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contradic-
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tromás
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peracio-
taso
itosin la
degran
pilación
Prefacio xiii
mediante la obtención de la autorización para hacer uso de las colaboraciones
directas de las compañías y personas cuya lista aparece en las fuentes de las figuras
y en la Bibliografía.En seguida, estas colaboraciones se estructuraron en un relato
coherente sobre lo que el lector debe saber acerca de la tecnología de las turbinas
de vapor de transmisión mecánica, al final de la década de 1990. Por lo tanto, el
crédito real se les debe dar a los diversos colaboradores y no al editor que realizó
la recopilación y coordinación. De acuerdo con esta idea, me sentiría más complacido
si el esfuerzo completo no sólo sirve para que el lector tenga conocimiento del tema,
sino también para que conozca los nombres de las personas y compañías sobresalien-
tes cuyas colaboraciones hicieron que todo fuera posible.
Heinz P. Block
Prefacio xiii 
mediante la obtención de la autorización para hacer uso de las colaboraciones 
directas de las compañías y personas cuya lista aparece en las fuentes de las figuras 
yen la Bibliografía. En seguida, estas colaboraciones se estructuraron en un relato 
coherente sobre lo que el lector debe saber acerca de la tecnología de las turbinas 
de vapor de transmisión mecánica, al final de la década de 1990. Por lo tanto, el 
crédito real se les debe dar a los diversos colaboradores y no al editor que realizó 
la recopilación y coordinación. De acuerdo con esta idea, me sentiría más complacido 
si el esfuerzo completo no sólo sirve para que el lector tenga conocimiento del tema, 
sino también para que conozca los nombres de las personas y compañías sobresalien-
tes cuyas colaboraciones hicieron que todo fuera posible. 
Heinz P. Block 
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Se ofrecen las más cumplidas gEl
, ,
ABB Power Generation, Inc.:
Sep van der Linden.
Dresser-Rand Steam Turbim
Srs. R. J. Palmer, B. M. Oakl
Elliott Company, Jeannette,
General Electric Company, 1:
Fitchburg, Mass.: Srs. Dona!
GulfPublishing Company, E
IMO Industries, De Lava! St
Salisbury.
Lufkin Gear Company, Lufk
Mechanica1 Technology Inc.,
Murray Turbomachinery Co
Martín.
Philadelphia Gear Corporat
Salamone Turbo Engineerin
Siemens Power Corporation
Sulzer Brothers, Inc., New'i
Voith Transmissions, York,
Woodward Governor Comp
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Reconocimientos
Se ofrecen las más cumplidas gracias a:
ABB Power Generation, Ine. y Asea Brown-Boveri, North Brunswiek, N.J.: Sr.
Sep van der Linden.
Dresser-Rand Steam Turbine, Motor and Generator Division, Wellsville, N.Y.:
Srs. R. J. Palmer, B. M. Oakleafy M. Singh.
Elliott Company, Jeannette, Pa.: Sr. Ross A. Haekel.
General Eleetrie Company, Industrial and Power Systems Division,
Fitchburg, Mass.: Srs. Donald R. Leger y Riehard K. Smith.
GulfPublishing Company, Houston, Tex.: Sr. Robert W. Seott.
IMO Industries, De Laval Steam Turbine Division, Trenton, N.J.: Sr. Roy J.
Salisbury.
Lufkin Gear Company, Lufkin, Tex.: Sr. James R. Partridge.
Meehanical Teehnology Ine., Latham, N.Y.: Dr. James F. Dill.
Murray Turbomaehinery Corporation, Burlington, Iowa: Sr. Douglas G.
Martin.
Philadelphia Gear Corporation, Philadelphia, Pa.: Sr. Robert J. Cox.
Salamone Turbo Engineering, Ine., Houston, Tex.: Sr. Dana J. Salamone.
Siemens Power Corporation, Milwaukee, Wis.: Sr. Gary M. Cook.
Sulzer Brothers, Ine., New York, N.Y.: Sr. Bernhard Haberthuer.
Voith Transmissions, York, Pa.: Sr. David Pell.
Woodward Governor Company, Loveland y Fort Collins, Col.: Dr. Ron Platz.
xv
Reconocimientos 
Se ofrecen las más cumplidas gz:acias a: 
ABB Power Generation, Inc. y Asea Brown-Boveri, North Brunswick, N.J.: Sr. 
Sep van der Linden. 
Dresser-Rand Steam Turbine, Motor and Generator Division, Wellsville, N.Y.: 
Srs. R. J. Palmer, B. M. Oakleafy M. Singh. 
Elliott Company, Jeannette, Pa.: Sr. Ross A. Hackel. 
General Electric Company, Industrial and Power Systems Division, 
Fitchburg, Mass.: Srs. Donald R. Leger y Richard K. Smith. 
GulfPublishing Company, Houston, Tex.: Sr. Robert W. Scott. 
IMO Industries, De Laval Steam Turbine Division, Trenton, N.J.: Sr. Roy J. 
Salisbury. 
Lufkin Gear Company, Lufkin, Tex.: Sr. James R. Partridge. 
Mechanical Technology Inc., Latham, N.Y.: Dr. James F. Dill. 
Murray Turbomachinery Corporation, Burlington, Iowa: Sr. Douglas G. 
Martin. 
Philadelphia Gear Corporation, Philadelphia, Pa.: Sr. Robert J. Cox. 
Salamone Turbo Engineering, Inc., Houston, Tex.: Sr. Dana J. Salamone. 
Siemens Power Corporation, Milwaukee, Wis.: Sr. Gary M. Cook. 
Sulzer Brothers, Inc., New York, N.Y.: Sr. Bernhard Haberthuer. 
Voith Transmissions, York, Pa.: Sr. David Pello 
Woodward Governor Company, Loveland y Fort Collins, Col.: Dr. Ron Platz. 
xv 
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Capítulo
1
Introducción
1.1 Por qué se aplican las turbinas de vapor de transmisión mecánica
La confiabilidad y la adaptabilidad del equipo son vitales para las plantas de
procesos de hoy en día; para los productores farmacéuticos, las grandes empre-
sas mineras y una multitud de otros usuarios incluyendo, por supuesto, las
industrias del petróleo, petroquímica y de procesos químicos. Las presiones y
temperaturas de operación están elevándose constantemente, las necesidades de
una cierta índole crecen a pasos agigantados; la continuidad del servicio se
convierte en la fuerza vital, y los aspectos económicos exigen periodos cada vez
más largos entre los reacondicionamientos.
Las turbinas de vapor son compañeras fieles para las industrias de procesos.
Han dado pruebas de su confiabilidad básica y, en la actualidad, están dando
muestras de una nueva adaptabilidad al correr parejas con todas las demandas
de mayor capacidad, velocidad y confiabilidad.
Dondequiera que se examinen las industrias de procesos, existen más turbinas
de transmisión mecánica; en cualquier parte que se mire, tanto el caballaje como
la velocidad se van hacia arriba, año con año. Y en dondequiera que se mire, se
están incorporando avances tecnológicos en las turbinas modernas de vapor. A
muchos fabricantes se les debe reconocer su capacidad para resolver los proble-
mas más dificiles de aplicación de las turbinas. A través de planeación avanzada,
investigación imaginativa, desarrollo persistente y evaluación esmerada, en los
últimos veinticinco años de este siglo los ingenieros han creado una generación
completamente nueva de turbinas: máquinas de diferentes tamaños y con ve-
locidades que sólo eran sueños hace unas cuantas décadas. Los escapes de flujos
múltiples, los rotores macizos, los cojinetes de alta velocidad, los álabes ("pa-
letas") más altos de la última etapa, el mecanismo de distribución por válvulas
accionadas por levas y sus controles, y otros sistemas de control muy compli-
cados, así como diseños computarizados, son unas cuantas de las innovaciones
que ayudaron a lograr este progre~o.
Capítulo 
1 
Introducción 
1.1 Por qué se aplican las turbinas de vapor de transmisión mecánica 
La confiabilidad y la adaptabilidad del equipo son vitales para las plantas de 
procesos de hoy en día; para los productores fannacéuticos , las grandes empre-
sas mineras y una multitud de otros usuarios incluyendo, por supuesto, las 
industrias del petróleo, petroquímica y de procesos químicos. Las presiones y 
temperaturas de operación están elevándose constantemente, las necesidades de 
una cierta índole crecen a pasos agigantados; la continuidad del servicio se 
convierte en la fuerza vital, y los aspectos económicos exigen periodos cada vez 
más largos entre los reacondicionamientos. 
Las turbinas de vapor son compañeras fieles para las industrias de procesos. 
Han dado pruebas de su confiabilidad básica y, en la actualidad, están dando 
muestras de una nueva adaptabilidad al correr parejas con todas las demandas 
de mayor capacidad, velocidad y confiabilidad. 
Dondequiera que se examinen las industrias de procesos, existen más turbinas 
de transmisión mecánica; en cualquier parte que se mire, tanto el caballaje como 
la velocidad se van hacia arriba, año con año. Y en dondequiera que se mire, se 
están incorporando avances tecnológicos en las turbinas modernas de vapor. A 
muchos fabricantes se les debe reconocer su capacidad para resolver losproble-
mas más dificiles de aplicación de las turbinas. A través de planeación avanzada, 
investigación imaginativa, desarrollo persistente y evaluación esmerada, en los 
últimos veinticinco años de este siglo los ingenieros han creado una generación 
completamente nueva de turbinas: máquinas de diferentes tamaños y con ve-
locidades que sólo eran sueños hace unas cuantas décadas. Los escapes de flujos 
múltiples, los rotores macizos, los cojinetes de alta velocidad, los álabes ("pa-
letas") más altos de la última etapa, el mecanismo de distribución por válvulas 
accionadas por levas y sus controles, y otros sistemas de control muy compli-
cados, así como diseños computarizados, son unas cuantas de las innovaciones 
que ayudaron a lograr este progre~o. 
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2 Capítulo uno
Fabricantes reconocidos cuentan con una amplia selección de diseños del
extremo de la turbina, con una sola válvula o válvulas múltiples, para satisfacer
cualesquiera condiciones específicas de presión y temperatura. En una abruma-
dora mayoría de casos, tanto en los sistemas industriales como en los de
cogeneración, diseñados para la generación de energía eléctrica, se usa una
turbina de vapor sencilla de carcasa simple. Estas turbinas (Fig. 1.1) se pueden
diseñar para hacer más flexible su operación para utilizar de manera económica
vapor proveniente de diversas fuentes, con el fin de suministrar:
• Entrada de potencia directa o a través de engranes para compresores, bombas
o cualquier otro equipo impulsado
• Vapor a las presiones y cantidades requeridas para procesos integrados o para
turbinas de presión más baja
• La energía eléctrica deseada
• Energía eléctrica cogenerada para vender a la compañía de servicio eléctrico
de la localidad
1.2 Panorama general de los fundamentos de las turbinas de vapor
Antes de analizar la selección de las turbinas, se hará un repaso acerca de cómo
una turbina de vapor convierte la energía calorífica del vapor en trabajo útil. En
Figura 1.1 Turbina de vapor recta sin condensación (14 700 hp), montada sobre pedestal,
con retroalimentación electrónica de posición de la válvula. (General Electric Company, Fit-
chburg, Mass.)
una turbina de vapor, las toben
vapor en chorros bien formadc
expande desde la presión de ac
contra filas en movimiento de á
la energía cinética del vapor el
Existen dos tipos principales
una turbina de reacción, el va
como en los móviles. Los álabe
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Debido a que son toberas móvil,
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Para operar sficientemenf
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Figura 1.2 Características de1,
Fitchburg, Mass.) (psia, pound
absolutas).
2 Capítulo uno 
Fabricantes reconocidos cuentan con una amplia selección de diseños del 
extremo de la turbina, con una sola válvula o válvulas múltiples, para satisfacer 
cualesquiera condiciones específicas d!! presión y temperatura. En una abruma-
dora mayoría de casos, tanto en los sistemas industriales como en los de 
cogeneración, diseñados para la generación de energía eléctrica, se usa una 
turbina de vapor sencilla de carcasa simple. Estas turbinas (Fig. 1.1) se pueden 
diseñar para hacer más flexible su operación para utilizar de manera económica 
vapor proveniente de diversas fuentes, con el fin de suministrar: 
• Entrada de potencia directa o a través de engranes para compresores, bombas 
o cualquier otro equipo impulsado 
• Vapor a las presiones y cantidades requeridas para procesos integrados o para 
turbinas de presión más baja 
• La energía eléctrica deseada 
• Energía eléctrica cogenerada para vender a la compañía de servicio eléctrico 
de la localidad 
1.2 Panorama general de los fundamentos de las turbinas de vapor 
Antes de analizar la selección de las turbinas, se hará un repaso acerca de cómo 
una turbina de vapor convierte la energía calorífica del vapor en trabajo útil. En 
Figura 1.1 Turbina de vapor recta sin condensación (14 700 hp), montada sobre pedestal, 
con retroalimentación electrónica de posición de la válvula. (General Electric Company, Fit-
chburg, Mass.) 
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Company, Fit-
Introducc.ión 3
una turbina de vapor, las toberas y diafragmas se diseñan para dirigir el flujo de
vapor en chorros bien formados y a alta velocidad, a medida que ese vapor se
expande desde la presión de admisión hasta la de escape. Estos chorros chocan
contra filas en movimiento de álabe s montados en el rotar. Los álabes convierten
la energía cinética del vapor en energía de rotación de la flecha .
Existen dos tipos principales de turbinas: de reacción y de acción (Fig, 1.2). En
una turbina de reacción, el vapor se expande tanto en los álabes estacionarios
como en los móviles. Los álabes móviles se diseñan para utilizar la energía del
chorro de vapor de los álabes estacionarios y para actuar también como toberas.
Debido a que son toberas móviles, una fuerza de reacción -producida por la caída
de presión a través de ellas- incrementa la fuerza del chorro de vapor de los
álabes estacionarios. Estas fuerzas combinadas causan la rotación.
Para operar eficientemente, la turbina de reacción se debe diseñar para
minimizar las fugas en torno a los álabes movibles. Esto se logra al hacer la mayor
parte de los intersticios internos relativamente pequeños. La turbina de reacción
también suele requerir un émbolo compensador (semejante a los usados en los
grandes compresores centrífugos), debido a las grandes cargas de empuje que se
generan.
En virtud de estas consideraciones, la turbina de reacción rara vez se usa para
propulsión mecánica en Estados Unidos, a pesar de su, en ocasiones, mayor
eficiencia inicial. Sin embargo, las turbinas de reacción se utilizan con amplitud
en Europa y el resto del mundo. Merecen ser analizadas y se tratarán más
adelante.
La turbina de acción tiene poca caída de presión, o ninguna, a través de sus
álabes móviles. La energía del vapor se transfiere por completo al rotar por medio
de los chorros de vapor que chocan contra los álabes móviles (véase la figura 1.3).
Empaletado de acción
Presiones
supuestas
psia (bar)o 100 (6.9)
~ 81 (5.6)
~ 80 (5.5)
o Empaquetaduras
más anchas de
dientes múltiples
~ Diámetropequeño
defugas
-'3' Aguiero de
W balanceo
Presiones
supuestas
psia (bar)
0100 (6.9)
~ 95 (6.6)
~ 90 (6.2)
Diámetro de
sello grande
Empaletado de reacción
Figura1.2 Características de los álabes de acciónyde reacción. (General Electric Company,
Fitchburg, Mass.) (psia, pounds per square inch absolute, libras por pulgada cuadrada
absolutas).
Más etapas
Empaquetaduras
más angostas con
menos dientes
Diámetro grande
de la flecha
Introducc.ión 3 
una turbina de vapor, las toberas y diafragmas se diseñan para dirigir el flujo de 
vapor en chorros bien fonnados y a alta velocidad, a medida que ese vapor se 
expande desde la presión de admisión hasta la de escape. Estos chorros chocan 
contra filas en movimiento de álabes montados en el rotor. Los álabes convierten 
la energía cinética del vapor en energía de rotación de la flecha. 
Existen dos tipos principales de turbinas: de reacción y de acción (Fig. 1.2). En 
una turbina de reacción, el vapor se expande tanto en los álabes estacionarios 
como en los móviles. Los álabes móviles se diseñan para utilizar la energía del 
chorro de vaporde los álabes estacionarios y para actuar también como toberas. 
Debido a que son toberas móviles, una fuerza de reacción -producida por la caída 
de presión a través de ellas- incrementa la fuerza del chorro de vapor de los 
álabes estacionarios. Estas fuerzas combinadas causan la rotación. 
Para operar eficientemente, la turbina de reacción se debe diseñar para 
minimizar las fugas en torno a los álabes movibles. Esto se logra al hacer la mayor 
parte de los intersticios internos relativamente pequeños. La turbina de reacción 
también suele requerir un émbolo compensador (semejante a los usados en los 
grandes compresores centrífugos), debido a las grandes cargas de empuje que se 
generan. 
En virtud de estas consideraciones, la turbina de reacción rara vez se usa para 
propulsión mecánica en Estados Unidos, a pesar de su, en ocasiones, mayor 
eficiencia inicial. Sin embargo, las turbinas de reacción se utilizan con amplitud 
en Europa y el resto del mundo. Merecen ser analizadas y se tratarán más 
adelante. 
La turbina de acción tiene poca caída de presión, o ninguna, a través de sus 
álabes móviles. La energía del vapor se transfiere por completo al rotor por medio 
de los chorros de vapor que chocan contra los álabes móviles (véase la figura 1.3). 
Presiones 
supuestas 
psia (bar) 
o 100 (6.9) 
~ 81 (5.6) 
~ 80 (5.5) 
o Empaquetaduras 
más anchas de 
dientes múltiples 
~ Diámetropequeño 
defugas 
-'3' Aguiero de 
W balanceo 
Empaletado de acción 
0 
~ 
~ 
<Y 
Empaletado de reacción 
Presiones 
supuestas 
psia (bar) 
0 100 (6.9) 
~ 95 (6.6) 
~ 90 (6.2) 
Diámetro de 
sello grande 
Más etapas 
Empaquetaduras 
más angostas con 
menos dientes 
Diámetro grande 
de la flecha 
Figura 1.2 Características de los álabes de acción y de reacción. (General Electric Company, 
-Fitchburg, Mass.) (psia, pounds per square inch absolute, libras por pulgada cuadrada 
absolutas). 
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Vi (velocidad del chorro)
•
Si el rotar de la turbina está bloqueado, el chorro de vapor ejerce la
fuerza máxima sobre los álabes, pero no se realiza trabajo, puesto
que el álabe no se mueve.
Vj
Si el álabe se está moviendo a 14de la velocidad del chorro, se reduce
la fuerza sobre el álabe, pero se realiza algo de trabajo al moverse
los álabes.
Vi
Se realiza el trabajo máximo cuando los álabes se están moviendo
a 1-2de la velocidad del chorro. La velocidad relativa del vapor que
sale de los álabes es cero.
0.5 r-----~~--------~~------+_~~--~
1.00.5
"b/vi
Figura 1.3 El principio de la acción. (The Elliott Como
pany, Jeannette, Pa.)
4
Ya que, teóricamente, no se t
(y, por tanto, no hay reaccióI
necesita émbolo compensador
acción sea una máquina robus
de las aplicaciones de propuls
1.2.1 Las etapas de las turbinas
En primer lugar, considérense
Una etapa Curtis consta de do
dirigen el vapor contra la pri
boquillas) lo vuelven a dirigir
La gran caída de presión a
alta velocidad. Esta alta velo
constante (véase la figura l.L
eficaz del chorro a alta veloc
velocidades en las puntas peq
una capacidad nominal dada
En las etapas compuestas
vapor se convierte en trabajo l
dirigen el vapor contra una so
las caídas de presión ocurren
1.2.2 Diseño moderno de accic
La importancia de la eficie
durante la última década. El
Los fabricantes están utiliza
reacción y de acción con el fi:
Los fabricantes de la turbin:
ción básica de rueda y diaf
sobrepasar, el rendimiento
etapas de alta presión, al añ
el rendimiento, sin necesida
tar las fuerzas de empuje,
reacción que nunca antes, e
para estas formas compleja;
ción de rueda y diafragma d
las fugas. Los datos de cal
de acción mantendrán su a
y son mucho más toleranti
significativo sobre las carg
1.2.3 Construcción de una se
Se encuentran unidades d
consideraciones sconómicr
parado del aro de tobera
V, (velocidad del chorro) v, (velocidad del álabe) = O 
~~~. 
~===:::~ ~ 
Si el rotor de la turbina está bloqueado, el chorro de vapor ejerce la 
fuerza máxima sobre los álabes, pero no se realiza trabajo, puesto 
que el álabe no se mueve. 
Vi 
Si el álabe se está moviendo a 14 de la velocidad del chorro, se reduce 
la fuerza sobre el álabe, pero se realiza algo de trabaja al moverse 
los álabes. 
Vi 
Se realiza el trabajo máximo cuando los álabes se están moviendo 
a y, de la velocidad del chorro. la velocidad relativa del vapor que 
sale de los álabes es cero. 
1.0 
0.5 f----I-f-----"'~---_l-_\--_l 
1.0 
Figura 1.3 El principw de la acción. (The Elliott Como 
pany, Jeannette, Pa.) 
4 
http://gratislibrospdf.com/
Introducción 5
Ya que, teóricamente, no se tiene caída de presión a través de los álabes móviles
(y, por tanto, no hay reacción), los intersticios internos son grandes y no se
necesita émbolo compensador. Estas características hacen que la turbina de
acción sea una máquina robusta y durable que puede soportar el servicio pesado
de las aplicaciones de propulsión mecánica de hoy en día.
1.2.1 Las etapas de las turbinas de vapor pueden variar
En primer lugar, considérense las etapas compuestas según la velocidad (Curtís).
Una etapa Curtis consta de dos filas de álabes móviles. Las toberas estacionarias
dirigen el vapor contra la primera fila; a continuación, álabes de inversión (no
boquillas) lo vuelven a dirigir hacia la segunda fila.
La gran caída de presión a través de la tobera produce un chorro de vapor de
alta velocidad. Esta alta velocidad es absorbida en una serie de pasos a presión
constante (véase la figura 1.4). Las dos filas rotatorias de álabes hacen un uso
eficaz del chorro a alta velocidad, lo que conduce a diámetros de las ruedas y
velocidades en las puntas pequeños y a una turbina más corta y más robusta, para
una capacidad nominal dada.
En las etapas compuestas según la presión (Ratean), la energía calorífica del
vapor se convierte en trabajo por medio de toberas estacionarias (diafragmas) que
dirigen el vapor contra una sola fila de álabes móviles. Como en una etapa Curtis,
las caídas de presión ocurren casi por entero a través de las toberas estacionarias.
1.2.2 Diseño moderno de acción
La importancia de la eficiencia de la turbina de vapor ha seguido creciendo
durante la última década. En la actualidad, no existe una turbina de acción pura.
Los fabricantes están utilizando una combinación de características de diseño de
reacción y de acción con el fin de mejorar todavía más la eficiencia de la turbina.
Los fabricantes de la turbina tradicional de acción, quienes utilizan la construc-
ción básica de rueda y diafragma, han sido capaces de lograr, y muchas veces
sobrepasar, el rendimiento de una turbina de reacción pura. Esto se realiza en
etapas de alta presión, al añadir una pequeña cantidad de reacción para mejorar
el rendimiento, sin necesidad de controles herméticos contra fugas ode incremen-
tar las fuerzas de empuje. Se diseñan paletas altas de baja presión, con más
reacción que nunca antes, con la aplicación de códigos aerodinámicos avanzados
para estas formas complejas de álabes. Los intersticios generosos de la construc-
ción de rueda y diafragma disminuyen la dependencia en el control hermético de
las fugas. Los datos de campo han demostrado que estas turbinas modernas
de acción mantendrán su alto nivel de rendimiento con el transcurso del tiempo
y son mucho más tolerantes a la incrustación, lo cual puede tener un impacto
significativo sobre las cargas de empuje.
1.2.3 Construcción de una sola válwla contra válwlas múltiples
Se encuentran unidades de una sola válvula (Fig. 1.5) cuando lo justifican las
consideraciones económicas de la planta. Cuando se usan, segmentos por se-
parado del aro de toberas se controlan por medio de válvulas de corte de
Introducción 5 
Ya que, teóricamente, no se tiene caída de presión a través de los álabes móviles 
(y, por tanto, no hay reacción), los intersticios internos son grandes y no se 
necesita émbolo compensador. Estas características hacen que la turbina de 
acción sea una máquina robusta y durable que puede soportar el servicio pesadode las aplicaciones de propulsión mecánica de hoy en día. 
1.2.1 Las etapas de las turbinas de vapor pueden variar 
En primer lugar, considérense las etapas compuestas según la velocidad (Curtis). 
Una etapa Curtis consta de dos filas de álabes móviles. Las toberas estacionarias 
dirigen el vapor contra la primera fila; a continuación, álabes de inversión (no 
boquillas) lo vuelven a dirigir hacia la segunda fila. 
La gran caída de presión a través de la tobera produce un chorro de vapor de 
alta velocidad. Esta alta velocidad es absorbida en una serie de pasos a presión 
constante (véase la figura 1.4). Las dos filas rotatorias de álabes hacen un uso 
eficaz del chorro a alta velocidad, lo que conduce a diámetros de las ruedas y 
velocidades en las puntas pequeños y a una turbina más corta y más robusta, para 
una capacidad nominal dada. 
En las etapas compuestas según la presión (Rateau), la energía calorífica del 
vapor se convierte en trabajo por medio de toberas estacionarias (diafragmas) que 
dirigen el vapor contra una sola fila de álabes móviles. Como en una etapa Curtis, 
las caídas de presión ocurren casi por entero a través de las toberas estacionarias. 
1.2.2 Diseño moderno de acción 
La importancia de la eficiencia de la turbina de vapor ha seguido creciendo 
durante la última década. En la actualidad, no existe una turbina de acción pura. 
Los fabricantes están utilizando una combinación de características de diseño de 
reacción y de acción con el fin de mejorar todavía más la eficiencia de la turbina. 
Los fabricantes de la turbina tradicional de acción, quienes utilizan la construc-
ción básica de rueda y diafragma, han sido capaces de lograr, y muchas veces 
sobrepasar, el rendimiento de una turbina de reacción pura. Esto se realiza en 
etapas de alta presión, al añadir una pequeña cantidad de reacción para mejorar 
el rel'idimiento, sin necesidad de controles herméticos contra fugas o de incremen-
tar las fuerzas de empuje. Se diseñan paletas altas de baja presión, con más 
reacción que nunca antes, con la aplicación de códigos aerodinámicos avanzados 
para estas formas complejas de álabes. Los intersticios generosos de la construc-
ción de rueda y diafragma disminuyen la dependencia en el control hermético de 
las fugas. Los datos de campo han demostrado que estas turbinas modernas 
de acción mantendrán su alto nivel de rendimiento con el transcurso del tiempo 
y son mucho más tolerantes a la incrustación, lo cual puede tener un impacto 
significativo sobre las cargas de empuje. 
1.2.3 Construcción de una sola válvula contra válvulas múltiples 
Se encuentran unidades de una sola válvula (Fig. 1.5) cuando lo justifican las 
consideraciones económicas de la planta. Cuando se usan, segmentos por se-
parado del aro de toberas se controlan por medio de válvulas de corte de 
http://gratislibrospdf.com/
6 Capítulo uno
accionamiento manual. Pueden especificarse las válvulas manuales (flecha,
figura 1.6) para consumo reducido de vapor con carga parcial o sobrecarga, o bien,
para la carga de diseño con presiones reducidas del vapor. Las válvulas manuales
no son automáticas y sólo resultan valiosas cuando se accionan manualmente
según se necesite.
--
Figura 1.4 Flujo del vapor a través de las etapas de la turbina. (The Elliott Company, Jea-
nnette, Pa.)
Figura 1.5 Turbina de vapor de
Las turbinas de válvulas D
caída de presión a través de 1
consecuencia la pérdida por I
El beneficio principal de Ul
las boquillas que forman un :
cual permite una mejor relai
todas las toberas disponibles
diseños de los mecanismos d
de éstas de modo que las válv
anterior esté por completo a:
yen la mejor selección si se
Figura 1.6 Turbina de vapo
dio de una flecha. (Dresser-Bc
6 Capítulo uno 
accionamiento manual. Pueden especificarse las válvulas manuales (flecha, 
figura 1.6) para consumo reducido de vapor con carga parcial o sobrecarga, o bien, 
para la carga de diseño con presiones reducidas del vapor. Las válvulas manuales 
no son automáticas y sólo resultan valiosas cuando se accionan manualmente 
según se necesite. 
--
Figura 1.4 Flujo del vapor a través de las etapas de la turbina. (The Elliott Company, Jea-
nnette, Pa.) 
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es (flecha,
arga, obien,
manuales
ualmente
pany,Jea-
Introducción 7
Figura 1_5 Turbina de vapor de una sola válvula. (The Elliott Company, Jeannette, Pa.)
Las turbinas de válvulas múltiples (Fig. 1.7) limitan en forma automática la
caída de presión a través de las válvulas reguladoras, con lo que se minimiza en
consecuencia la pérdida por estrangulación.
El beneficio principal de una turbina de válvulas múltiples es el hecho de que
las boquillas que forman un arco corto son alimentadas por una sola válvula, lo
cual permite una mejor relación de velocidades que aquélla que se obtendría si
todas las toberas disponibles se alimentaran con la misma cantidad de vapor. Los
diseños de los mecanismos de distribución por válvulas escalonarán la apertura
de éstas de modo que las válvulas subsiguientes sólo se abrirán cuando la válvula
anterior esté por completo abierta. Las turbinas de válvulas múltiples constitu-
yen la mejor selección si se anticipan cambios frecuentes en la carga o salidas
Figura 1.6 Turbina de vapor de una sola válvula, indicándose la válvula manual por me-
dio de una flecha. (Dresser-Rand Company, Wellsville, N.Y.)
Introducción 7 
Figura 1.5 Turbina de vapor de una sola válvula. (The Elliott Company, Jeannette, Pa.) 
Las turbinas de válvulas múltiples (Fig. 1.7) limitan en forma automática la 
caída de presión a través de las válvulas reguladoras, con lo que se minimiza en 
consecuencia la pérdida por estrangulación. 
El beneficio principal de una turbina de válvulas múltiples es el hecho de que 
las boquillas que forman un arco corto son alimentadas por una sola válvula, lo 
cual permite una mejor relación de velocidades que aquélla que se obtendría si 
todas las toberas disponibles se alimentaran con la misma cantidad de vapor. Los 
diseños de los mecanismos de distribución por válvulas escalonarán la apertura 
de éstas de modo que las válvulas subsiguientes sólo se abrirán cuando la válvula 
anterior esté por completo abierta. Las turbinas de válvulas múltiples constitu-
yen la mejor selección si se anticipan cambios frecuentes en la carga o salidas 
Figura 1.6 Turbina de vapor de una sola válvula, indicándose la válvula manual por me-
dio de una flecha. (Dresser-Rand Company, Wellsville, N.Y.) 
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8 Capítulo uno
variables, o bien, cuando los flujos volumétricos de admisión serán elevados. La
disposición de válvulas múltiples suele mejorar la eficiencia en todo el rango de
operación de una turbina de vapor.
Las turbinas de una sola etapa se encuentran en seis clases de construcción.
La clase 1(de hierro fundido) es adecuada para presiones no mayores que 250 psig
(17.2 bar) (psig, pounds per square inch. gage, libras por pulgada cuadrada
manométricas) y para temperaturas que no sobrepasen 500°F (260°C). Si se
sobrepasa cualquiera de estos límites, se requiere la construcción de acero.
Las clases 2y 3 (de acero al carbono) incorporan características de construcción
adecuadas para una presión máxima de 700 psig (48.3 bar). El límite de
temperatura para la clase 2 es de 650°F, y de 750°F para la clase 3 (343 y 399°C,
respectivamente).
Para presiones superiores a 700 psig (48.3 bar), la fundición se forma a partir
de un patrón diferente y, de lo contrario, se utilizan características de construc-
ción adecuadas para una presión máxima de hasta 900 psig (62 bar). Se requieren
la clase 4, 5 o 6, dependiendo de la temperatura. La clase 4 (de acero al carbono)
es adecuada hasta para una temperatura máxima de 750°F (399°C). Para
temperaturas mayores que 750°F, o sea 399°C, se requieren aceros de aleación.
La clase 5 (de acero al carbono-molibdeno) se puede usar hasta 825°F (440°C), la
clase 6 (de acero al cromo-molibdeno) hasta 900°F (482°C).
Fi!¡lura 1.7 ~rbina de vapor de válvulasmúltiples. (Siemens Power Corporation,
Miluiaukee, Wts., y Erlangen, Alemania)
Nótese que estas clases de
presión de operación es de 700
operación superior a 750°F (3~
ración, se utiliza la construccié
palabras, se utiliza la construc
didas en la aleación de acero ac
acero al cromo-molibdeno hast
1.2.4 Consideraciones sobre ell
El balance de vapor para una
en virtud de los múltiples nivel
Sin embargo, se facilita más la
particular de vapor, por la al
pueden usar turbinas de cond
ción, según se requiera, al dís
las existentes.
Por ejemplo, se puede sumi
escape de una turbina de ca
selección dependería delnÚITI
ño del resto de la planta, dr
adaptabilidad simplifica el .
particular.
Los diagrainas de balance
han usado diversos tipos de
flecha como vapor para otro¡
1.3 Panorama general de I
y de sus controles
En las figuras 1.12a hasta
frecuente en las aplicaciones
hasta 1.12d se muestran dis
del cual se usa el vapor pan
más baja. En las figuras 1.12e
con el escape a la presión mé
un sumidero de calor.
En las figuras 1.12a y L
recta de condensación, tipo
entre su admisión y su esc:
En las figuras 1.12b Y
simples, en las que se disp
tracción no controlada, o n
cional al flujo que pasa más
escape, y, de este modo,estt
pia extracción. Las variacii
controladas.
8 Capítulo uno 
variables, o bien, cuando los flujos volumétricos de admisión serán elevados. La 
disposición de válvulas múltiples suele mejorar la eficiencia en todo el rango de 
operación de una turbina de vapor. 
Las turbinas de una sola etapa se encuentran en seis clases de construcción. 
La clase 1 (de hierro fundido) es adecuada para presiones no mayores que 250 psig 
(17.2 bar) (psig, pounds per square inch gage, libras por pulgada cuadrada 
manométricas) y para temperaturas que no sobrepasen 500°F (260°C). Si se 
sobrepasa cualquiera de estos límites, se requiere la construcción de acero. 
Las clases 2 y 3 (de acero al carbono) incorporan características de construcción 
adecuadas para una presión máxima de 700 psig (48.3 bar). El límite de 
temperatura para la clase 2 es de 650°F, y de 750°F para la clase 3 (343 y 399°C, 
respectivamente). 
Para presiones superiores a 700 psig (48.3 bar), la fundición se forma a partir 
de un patrón diferente y, de lo contrario, se utilizan características de construc-
ción adecuadas para una presión máxima de hasta 900 psig (62 bar). Se requieren 
la clase 4, 5 o 6, dependiendo de la temperatura. La clase 4 (de acero al carbono) 
es adecuada hasta para una temperatura máxima de 750°F (399°C). Para 
temperaturas mayores que 750°F, o sea 399°C, se requieren aceros de aleación. 
La clase 5 (de acero al carbono-molibdeno) se puede usar hasta 825°F (440°C), la 
clase 6 (de acero al cromo-molibdeno) hasta 900°F (482°C). 
Figura 1.7 Turbina de vapor de válvulas múltiples. (Siemens Power Corporation, 
Milwaukee, Wis., y Erlangen, Alemania) 
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, elevados.La
do el rango de
e construcción.
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econstrucción
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formaa partir
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).Serequieren
ro al carbono)
(399°C). Para
s de aleación.
°F (440°C),la
oration,
Introducción 9
Nótese que estas clases de materiales no definen la situación en la que la
presión de operación es de 700 psig (48.3 bar) o menos, con una temperatura de
operación superior a 750°F (399°C). Para esta combinación de límites de ope-
ración, se utiliza la construcción de clase 3, con el material apropiado. En otras
palabras, se utiliza la construcción para 700 psig (48.3 bar), con las piezas fun-
didas en la aleación de acero adecuada [acero al carbono-molibdeno hasta 825°F,
acero al cromo-molibdeno hasta 900°F (440 Y 482°C, respectivamente)).
1.2.4 Consideraciones sobre el balance de vapor
El balance de vapor para una planta de proceso puede ser bastante complicado,
en virtud de los múltiples niveles de presión del vapor que a menudo se requieren.
Sin embargo, se facilita más la selección de una turbina para satisfacer un balance
particular de vapor, por la amplia variedad de turbinas de que se dispone. Se
pueden usar turbinas de condensación, de contrapresión o con extracción/induc-
ción, según se requiera, al diseñar tanto las plantas nuevas como las adiciones a
las existentes.
Por ejemplo, se puede suministrar vapor para uso en procesos proveniente del
escape de una turbina de contrapresión o de una turbina con extracción. La
selección dependería del número de niveles de presión que intervengan, del dise-
ño del resto de la planta, del número de turbinas requeridas, etcétera. Esta
adaptabilidad simplifica el trabajo de optimización del balance de vapor en
particular.
Los diagrainas de balance de vapor de las figuras 1.8 a 1.11 ilustran cómo se
han usado diversos tipos de turbinas para suministrar tanto potencia para la
flecha como vapor para otros usos.
1.3 Panorama general de los tipos de turbinas de vapor
y de sus controles
En las figuras 1.12a hasta 1.12h se ilustran los tipos de turbinas de uso más
frecuente en las aplicaciones industriales y de cogeneración. En las figuras 1.12a
hasta 1.12d se muestran diseños sin condensación con su escape hacia un cabezal
del cual se usa el vapor para el proceso o para alimentar una turbina de presión
más baja. En las figuras 1.12ehasta 1.12hse representan unidades de condensación,
con el escape a la presión más baja que puede obtenerse, usando agua o aire como
un sumidero de calor.
En las figuras 1.12a y 1.12e se ilustran las turbinas recta sin condensación y
recta de condensación, tipos sencillos en los que no se extrae flujo de la turbina
entre su admisión y su escape.
En las figuras 1.12b y 1.12f se muestran las variaciones siguientes más
simples, en las que se dispone de vapor para el proceso proveniente de una ex-
tracción no controlada, o no automática. La presión de la extracción es propor-
cional al flujo que pasa más allá de esa extracción, a través de la unidad hasta su
escape, y, de este modo, está relacionada con el flujo de vapor de admisión y la pro-
pia extracción. Las variaciones pueden incluir dos o más de esas extracciones no
controladas.
Introducción 9 
Nótese que estas clases de materiales no definen la situación en la que la 
presión de operación es de 700 psig (48.3 bar) o menos, con una temperatura de 
operación superior a 750°F (399°C). Para esta combinación de límites de ope-
ración, se utiliza la construcción de clase 3, con el material apropiado. En otras 
palabras, se utiliza la construcción para 700 psig (48.3 bar), con las piezas fun-
didas en la aleación de acero adecuada [acero al carbono-molibdeno hasta 825°F, 
acero al cromo-molibdeno hasta 900°F (440 Y 482°C, respectivamente)]. 
1.2.4 Consideraciones sobre el balance de vapor 
El balance de vapor para una planta de proceso puede ser bastante complicado, 
en virtud de los múltiples niveles de presión del vapor que a menudo se requieren. 
Sin embargo, se facilita más la selección de una turbina para satisfacer un balance 
particular de vapor, por la amplia variedad de turbinas de que se dispone. Se 
pueden usar turbinas de condensación, de contrapresión o con extracción/induc-
ción, según se requiera, al diseñar tanto las plantas nuevas como las adiciones a 
las existentes. 
Por ejemplo, se puede suministrar vapor para uso en procesos proveniente del 
escape de una turbina de contrapresión o de una turbina con extracción. La 
selección dependería del número de niveles de presión que intervengan, del dise-
ño del resto de la planta, del número de turbinas requeridas, etcétera. Esta 
adaptabilidad simplifica el trabajo de optimización del balance de vapor en 
particular. 
Los diagramas de balance de vapor de las figuras 1.8 a 1.11 ilustran cómo se 
han usado diversos tipos de turbinas para suministrar tanto potencia para la 
flecha como vapor para otros usos. 
1.3 Panorama general de los tipos de turbinas de vapor 
y de sus controles 
En las figuras 1.12a hasta 1.12h se ilustran los tipos de turbinas de uso más 
frecuente enlas aplicaciones industriales y de cogeneración. En las figuras 1.12a 
hasta 1.12d se muestran diseños sin condensación con su escape hacia un cabezal 
del cual se usa el vapor para el proceso o para alimentar una turbina de presión 
más baja. En las figuras 1.12e hasta 1.12h se representan unidades de condensación, 
con el escape a la presión más baja que puede obtenerse, usando agua o aire como 
un sumidero de calor. 
En las figuras 1.12a y 1.12e se ilustran las turbinas recta sin condensación y 
recta de condensación, tipos sencillos en los que no se extrae flujo de la turbina 
entre su admisión y su escape. 
En las figuras 1.12b y 1.12f se muestran las variaciones siguientes más 
simples, en las que se dispone de vapor para el proceso proveniente de úna ex-
tracción no controlada, o no automática. La presión de la extracción es propor-
cional al flujo que pasa más allá de esa extracción, a través de la unidad hasta su 
escape, y, de este modo, está relacionada con el flujo de vapor de admisión y la pro-
pia extracción. Las variaciones pueden incluir dos o más de esas extracciones no 
controladas. 
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DOS turbinas de 1500 psig/900°F (103.4 bar/
482°C) impulsan los compresores grandes en
esta aplicación. Se usaron dos presiones dife-
rentes de extracción (400 y 255 psV27.6 y 17.6
bar, man), alimentándose el vapor de presión
BALANCE TlplCO DE VAPOR
más baja a un proceso y a la turbina más
pequeña. A continuación, el vapor de escape
de las tres turbinas se condensan a 4" de Hg
abs (135 mbar).
1500 psi¡¡l900'F
®® 103,4 bar/482°C
25000 hp 18 650 kW- 4 500 rlmin 20 000 hp 114 920 kW- 4800 rlmin
Control de
la temperatura Flujo A
FlujoB
FlujoC
Flujo total de la caldera
266oo0lblh 121 000 kglh
256 000 Iblh 116 000 kglh
50 000 Iblh 23 000 kglh
522 000 Iblh 237 000 kg/h
Extracción hacia
el proceso I
140 000 IbIh 64 000 k¡¡lh
a 400 psig a 27.6 bar
Extracción hacia
el procesó 11
150 000 IbIh 68 000 k¡¡lh
a 255 psig a 17.6 bar
LAS TRES TURBINAS usan vapor provenien-
te de la caldera a 900 psig/850°F (62 bar/
455°C). E(vapor se extrae de las dos unidades
más grandes a 410 psig (28.3 bar), para el pro-
ceso 1,Y el resto se condensa a 4" de Hg abs
(135 mbar). La turbina de contrapresión más
pequeña deja escapar el vapor a 190psig (13. 1
bar), para ser usado en el proceso 11.
BALANCE naco DE VAPOR
900 psi¡¡l650' F
©62 bar/4550C ®
35000 hpl26 100 kW1-
3 800 rlmin 7000 hpl5220 kW
8000 r/min
R~oA
Flujo B
Flujo e
Flujo total de la caldera
340000 IbIh
320000 IbIh
153000 IbIh
813000 IbIh
~~: :~ Extracciónhacia
69 000 k¡¡lh ~ proceso I
368 000 k¡¡lh ~~,~psi':" '~ ~3 ~
Escape hacia
el proceso 11
153000 IbIh 69 000 k¡¡lh
a 190 psig a 13.1 bar
En esta planta se aplicó el concepto de TUR- para las turbinas de baja presión. Entonces, el
BINA SUPERPUESTA, en donde se usa el vapor de escape de estas unidades de baja
escape de la turbina de alta presión para presión se condensa a 3.5" de Hg ~bs (120
satisfacer las demandas del proceso así como mbar).
BALANCE TlplCO DE CALOR
850 psig /9OO'F
58.6 bar/482°C
7000 hpl5220 kW - 8500 rlmin
H,O
Control de
la lerJ1>eratura 155 psi¡¡l600'F
©® 107 bar/31SoCEscape hacia el proceso
::~ ¡ 6000 h¡>'4475kW -8000 rlmin 1500 hpll120 kw
10800 r/mln
145000 IbIh
65000 IbIh
16000 IbIh
145000 IbIh
66 000 k¡¡lh
30 000 k¡¡lh
7000 k¡¡lh
66 000 k¡¡lh
AujoA
R~oB
Al40C
Flujo total de la caldera
Figura 1,8 Representaciones de balance de vapor que incorporan turbinas de va-
por de transmisión mecánica. (The Elliott Company, Jeannette, Pa.)
10
000 poi¡¡l62S'F
lIeR,'
35,0000
25 a 4500
4a S~
4'Hg
0.14 kGlcm2 abs
Figura 1,9 Balance típico de ea
Company, Fitchburg, Mass.)
1500 psi¡¡l650'F
105 k¡¡Ian' marJ4B2'C
600 paig
42 kglcm' man
200paig
,. Kglcm'9
Figura 1,10 Balance típicod
Fitchburg, Mass.)
GASSINT.1500 psi¡¡l9OO'C
105 kgian' marJ482'C
6a 10000hp
4. 8000KW
8 a 10 000 rpm
4'Hg (101.6mm)
0.14 Iq¡/cm'abs
Figura 1,11 Balance típico
Eitchburg, Mass.)
DOS turbinas de 1500 psig/900°F (103.4 bar! 
482°C) impulsan los compresores grandes en 
esta aplicación. Se usaron dos presiones dife-
rentes de extracción (400 y 255 psV27. 6 y 17.6 
bar, man), alimentándose el vapor de presión 
más baja a un proceso y a la turbina más 
pequeña. A continuación, el vapor de escape 
de las tres turbinas se condensan a 4" de Hg 
abs (135 mbar). 
BALANCE TlplCO DE VAPOR 
Control de 
la temperatura 
Extracción hacia 
el proceso I 
® 
1500 psil<'900'F 
103.4 bar/482°C 
25000 hp 18 650 kW - 4 500 r/min 
Flujo A 
FlujoB 
FlujoC 
266oo0lblh 121 000 kglh 
256 000 Ib/h 116 000 kg/h 
50 000 Ib/h 23 000 kglh 
522 000 Iblh 237 000 kg/h Flujo total de la caldera 
Extracción hacia 
el procesó 11 
® 
20 000 hp 114 920 kW - 4800 r/min 
140 000 11>'11 64 000 kglh 150 000 11>'11 68 000 kglh 
a 400 psig a 27.6 bar 
LAS TRES TURBINAS usan vapor provenien-
te de la caldera a 900 psig/850°F (62 bar! 
455°C). E(vaporse extrae de las dos unidades 
más grandes a 410 psig (28.3 bar), para el pro-
a 255 psig a 17.6 bar 
ceso 1, Y el resto se condensa a 4" de Hg abs 
(135 mbar). La turbina de contrapresión más 
pequeña deja escapar el vapor a 190 psig (13. 1 
bar), para ser usado en el proceso 11. 
BAlANCE TlplCO DE VAPOR 
R~oA 
Flujo B 
AujoC 
Flujo tolal de la caldera 
340000 IbIh 
320000 IbIh 
153000 IbIh 
813000 IbIh 
® © 
35000 h¡:V26 100 kW 1-
3 600 r/min 7000 h¡:V5220 kW 
~~: :~ Extracción hacia 
69 000 kglh ~ proceso t 
368 000 kglh ~~,~P,;':" '~ ~3 ~ 
Escape hacia 
el proceso 11 
8000 r/min 
153 000 IbIh 69 000 kglh 
a 190 psig a 13.1 bar 
En esta planta se aplicó el concepto de TUR-
BINA SUPERPUESTA, en donde se usa el 
escape de la turbina de alta presión para 
satisfacer las demandas del proceso así como 
para las turbinas de baja presión. Entonces, el 
vapor de escape de estas unidades de baja 
presión se condensa a 3.5" de Hg cibs (120 
mbar). 
Escape hacia e{ proceso 
::~ ¡ 
Flujo A 
R~oB 
A~oC 
Aujo total de la caldera 
BALANCE TlplCO DE CALOR 
850 psig /9OO'F 
145000 IbIh 
65000 IbIh 
16000 IbIh 
145000 IbIh 
58.6 bar/482°C 
66 000 kglh 
30 000 kglh 
7000 kglh 
66 000 kglh 
® 
7000 h¡:V5220 kW - 8500 r/min 
155 psil<'6OO'F 
® 107 bar/ 31SaC © 
6000 h¡:V4475 kW -8000 r/min 1500 h¡:V1120 kw 
10800 r/mln 
Figura 1.8 Representaciones de balance de vapor que incorporan turbinas de va-
por de transmisión mecánica. (The Elliott Company, Jeannette, Pa.) 
10 
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iJa más
escape
'deHg
Introducción
900 poIg'825'F
63 k¡¡'cm' man/44O'C
MCR#1 MCR#2 PROPANO
JOa50oooh¡J
20 a 40 000 KW
3a 4000rpm
35a6Ooooh¡J
25 a 45 000 KW
4a 5000 rpm
35a 60000 h¡J
25 a 45 000 KW
4a 5000rpm
4'Hg
0.14 kQlcm2 abs
4'Hg
0.14 kg/cm2 abs
4'Hg
0.14 kOfcm2 abs
Figura 1,9 Balance típico de calor para plantas de gas natural licuado. (General Electric
Company, Fitchburg, Mass.)
1500 psig/950'F
gabs
n más
g(13.1
105 k¡¡'cm' man/482'C
GAS DE CARGA
9.20000hp
7.,5000 KW
7. 10000 rpm
4'Hg
0.14 Iq¡/cm2 abs
30.60000 hp
22.44000 KW
6.6000rpm
4' Hgabs (101.6 mm)
0.14 kg/cm2 abs
600psig
42 k¡¡'cm' man
30a 60000 hp
22.44000 KW
3a 6000rpm
4' Hgabs (101.6 mm)
0.'4 kg/cm2 abs
200psig
14 Kg/Cm'g
s, el
baja
(120
Figura 1,10 Balance típico de calor para plantas de etileno. (General Electric Company,
Fitchburg, Mass.)
GAssINT.1500 psig/900'C
2O.45oooh¡J
15.33000 KW
10 a 14 000 rpm
BALANCE TIPICO DE CALOR DEL AMONIACO105 kg/an' man/482'C
585 poIg/625'F
12815000 h¡J
9.,2000 KW
4a 6000 rpm
6810000hp
48 8000KW
8810000 rpm
kw- 6810000hp4a 8000KW8 a 10 (XX) rpm
4'Hg (101.6mm)
0.14 kg/cm2 abs
4'Hg (101.6 mm)
0.14 kQlcm2 abs
4' Hg(101.6 mm)
0.14 kg/cm2 abs
de va- Figura 1,11 Balance típico de calor para plantas de amoniaco. (General Electric Company,
Fitchburg, Mass.)
11
63 k¡¡lcm' man/4WC 
MCR#1 
4' Hg 
35 a 60 000 hp 
25 a 45 000 KW 
4a 5000rpm 
MCR#2 
4'Hg 
35.60000 hp 
25 a 45 000 KW 
4a 5000rpm 
Introducción 11 
4' Hg 
30 a 50 000 hp 
20 a 40 000 KW 
3a 4000rpm 
0.14 kQlcm2 abs 0.14 kg/cm2 abs 0.14 iq¡/cm'