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Álabes de turbinas
Ramírez, Germain.
La Universidad del ZuliaFacultad de IngenieríaMateriales para Ingeniería
Profesor: Miguel Valbuena.
¿Qué es un álabe? Es una paleta de curva de una
turbomáquina o maquina de fluido rotodinámica. Forma parte del rodete y, en su caso, también del difusor o del distribuidor.
Los álabes se encargan de desviar la cantidad de movimiento del fluido por un momento de fuerza en el eje donde esta montado.
Aplicaciones
Los alabes son parte de las turbinas, y
estas son utilizadas en la aeronáutica
(parte de los motores a reacción para
aviones) y especialmente en la industria
eléctrica (en turbinas hidráulicas y eólicas,
para producir energía), entre otras.
Materiales utilizados
Superaleaciones de Níquel.
Aleaciones de Aluminio-Titanio.
Superaleaciones de Cobalto.
Algunas superaleaciones de Níquel:
Aleación MAR-M200 (base níquel)
W Co Cr Al Ti Nb C Zr B Ni
12,3 9,5 8,9 4,5 1,9 1,1 0,16 0,05 0,015
BASE
Composición Química (%)
Propiedades mecánicas
Resistencia a la tensión 840 MPa
Resistencia a la cendencia 760 MPa
Elongación (en 50 mm) 4 %
Dureza 335 HB
Aleación MAR-M200 (base níquel)
Microestructura
Fases presentes:• γ• γ'
Algunas superaleaciones de Cobalto:
Estelite 6
Vitalio
HS-21
X-40
Aleación: Estelite (base cobalto)
Co Cr W C Otros
BASE
27-32 4-6 0,9-1,4
Ni, Fe, Si, Mn, Mo
Composición Química (%)
Propiedades mecánicas
Resistencia a la tensión 790-840 MPa
Resistencia a la cendencia 480 MPa
Elongación (en 50 mm) 1 %
Energía de Ensayo de Impacto (Charpy) 12 J
Dureza 37-45 HRC
Aleación: Estelite 6 (base cobalto)
Microestructura
Fases presentes:• γ• γ'
Tratamientos térmicos
Se utiliza principalmente el
endurecimiento por envejecimiento o
por precipitación. Se basa en la deposición
de fases metaestables en forma finamente
dividida, de modo que forma una barrera
contra los movimientos de las dislocaciones.
La resistencia a la fluencia de las aleaciones
así tratadas puede aumentar hasta 300 MPa.
Otro tratamiento térmico utilizado es el
recocido, que consiste en eliminar las
tensiones internas del material. Consiste en
calentar el metal hasta una determinada
temperatura, para después dejar que se
enfrié lentamente, hasta la temperatura
ambiente.
Proceso de fabricaciónUn álabe convencional de turbina se
fabrica colando el metal fundido dentro de un
molde cerámico (que se ha precalentado a una
temperatura próxima a la mitad de su punto de
fusión) y dejándolo solidificar. El metal líquido
empieza a cristalizar en las zonas en contacto
con el molde; el resultado final es una fina
textura policristalina con pequeños granos
individuales orientados al azar.
Sin embargo, en la solidificación direccional, la
mayor parte del molde se precalienta a
temperaturas próximas al punto de fusión del metal,
la sección inferior del molde se rodea con una placa
de cobre enfriada con agua: es el "plato frío". El
molde se mantiene en una "zona caliente" cubierta
por una campana aislante térmica. El metal líquido
se cuela en el molde y empieza a solidificar en el
plato frío.
En este plano refrigerante normalmente se
nuclean y crecen muchos cristales.
Luego, el molde se hace descender lentamente
desde la campana aislante, sacándolo de la zona
caliente. Así, los cristales formados en el fondo del
molde crecen en largas columnas. El resultado final
es un álabe de turbina constituido por varios cristales,
largos y columnares, con parecida orientación y
unidos entre sí a través de planos verticales.
Todos los límites de grano están orientados
aproximadamente en la dirección con que los álabes
serán solicitados por la fuerza centrífuga.
Procesos de fabricación
Fallas Por fatiga térmica: Desgaste causado por los
repetidos ciclos de expansión y contracción a elevadas y bajas temperaturas.
Corrosión: Debido a la presencia de gases no deseados.
Por fatiga ocasionada por cargas: Debido a las fuerzas centrifugas generadas a través del rodete.
Por erosión: Debido a la humedad presente en el aire (en turbinas de vapor, por ejemplo).
¡GRACIAS!