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).

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