Capítulo I Introducción a Turbomaquinas. FAC. DE ING. MECÁNICA UMSNH Sergio Galván Ph.D.

Transcripción

1 Capítulo I Introducción a Turbomaquinas FAC. DE ING. MECÁNICA UMSNH Sergio Galván Ph.D.

2 Temario Definición Clasificación General Aplicaciones

3 La palabra turbo maquina es derivada de la palabra latina Turbo, lo que significa que gira o rota. Esta definición incluye varios tipos de máquinas, cuya característica principal es que tienen una flecha que gira y sobre la cual están montados un número de alabes que se mueven porque el fluido de trabajo entra en contacto con ellos. Se diferencian de las máquinas de desplazamiento positivo en que existe continuidad entre el fluido que entra y, por tanto, el intercambio energético se produce de forma continua.

4 Una Turbomáquina es aquella máquina cuyo componente principal es un rotor a través del cual pasa un fluido de forma continua cambiando su cantidad de movimiento, siendo esto aprovechado como una entrega de energía del fluido a la máquina (turbomáquinas motoras) o de la máquina al fluido (turbomáquinas generadoras).

5 Panorama cualitativo de los campos científico-técnológico que intervienen en el estudio de las turbomáquinas El estudio de las turbomáquinas ha progresado mucho en las últimas décadas, pasando a ser un campo tecnológico multidisciplinar y de grandes innovaciones debido al creciente interés por la investigación del flujo en el interior de los distintos equipos.

6 Las variables básicas que intervienen en el estudio de turbomáquinas Variables geométricas (diámetros, ángulos, espesores, huelgos,...). Variables mecánicas (par, velocidad de giro, potencia en el eje, esfuerzos,...). Variables fluidodinámicas (presión, velocidad, caudal, temperatura, densidad, viscosidad, )

7 Aspectos importantes de las Turbomáquinas Están compuestas principalmente de un rodete, también llamado rotor o alabes móviles. Por el rotor pasa un fluido continuo, no tiene que ser constante sólo continuo (no se acumula ni se pierde fluido, éste sólo entra y sale del rotor de manera continua). Existe un cambio de la cantidad de movimiento del fluido, generando fuerzas que se aplican al rotor.

8 Clasificación de las Turbomáquinas Según su aprovechamiento de energía. Según el tipo de fluido de trabajo. Según la forma del rodete o la proyección que tiene el fluido cuando pasa a través de la turbomáquina. Según el cambio de presión del fluido al pasar a través del rodete.

9 CLASIFICACIÓN Fluido que manejan: Turbomaquinas de fluido compresible Turbomaquinas de fluido incompresible: Aprovechamiento de energía Generadoras de energía al fluido Receptoras de energía del fluido Cambio de presión en el rodete. Turbinas de reacción La energía disponible en forma de presión es convertida en energía mecánica Turbinas de acción No hay variación de presión en el rotor Solamente la energía cinética se transforma en energía mecánica. Forma del rodete Axiales Radiales Mixtas

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11 T U Hidráulicas Generadora Aumento de presión Bombas Aumento de energía potencia Tornillo de Arquímides Generación energía cinética Hélices marinas R B O M Flujo incompresible Receptora Disminución de energía cinética Turbinas Pelton (Acción) Turbinas Kaplan Axial Disminución de presión Turbinas Francis Radial Á Q Aumento de energía cinética ventiladores ΔP>7kPa Sopladores ΔP<300 kpa U I N A S Térmicas Flujo compresible Generadora Receptora Aumento de presión Compresores ΔP>300 kpa Aumento de energía cinética Hélices (Aeronáutica) Turbinas de vapor Disminución de entalpía Turbinas de gas Disminución de energía cinética Aeroturbinas

12 Forma del Rodete o Proyección del Fluido

13 Aprovechamiento de energía Generadora: e 2 >e 1 Motora: e 1 >e 2

14 Flujo Axial en una turbina

15 Acoplamiento circunferencial (x,) de un rotor- estator Vista meridional en 3D y 2D Vista en cascada

16 SUPOSICIONES El flujo es simétrico en la dirección circunferencial. No hay variación en el flujo de un lado de los alabes al otro. Se considera un flujo medio entre el hub y el casing. Esto es razonable para alabes cortos, sin embargo para álabes mas largos se debe hacer el cálculo a diferentes radios. El flujo es estable. Aunque el estado del arte en el diseño de los alabes sugiere un flujo inestable, la mayoría de la turbomaquinaría actual ha sido diseñada con la suposición de flujo estable. El flujo sigue exactamente al álabe. No existe desviación entre la dirección que los alabes señalan y la dirección en la que el fluido viaja. El flujo sigue el ángulo de los álabes.

17 Aplicaciones de las Turbomaquinas Propulsión con turbinas de gas Generación de energía con turbinas de viento Rotor de una turbina de vapor Bomba de agua

18 Hélice marina Tornillo de Arquímides Turbina Kaplan Compresor axial