Máquinas de combustión interna rotativas:

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Agustín Torres Chávez
hace 6 años
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1 67.2/7 UBA Ing. O. Jaimovih Caítulo 16 Máquinas de interna rotativas: Son aquellas en las uales se umlen rátiamente las mismas evoluiones que en las alternativas, es deir, admisión - omresión - igniión, - exansión - esae, ero en vez de tratarse de un sistema termodinámio únio de volumen variable entre dos límites (Vmin y VMax) or medio del movimiento alternativo de un istón, es deir, evoluiones dealadas en el tiemo, se trata de evoluiones en este aso de evoluiones dealadas en el esaio, es deir, que se sueden a lo largo del iruito de la máquina. Se onoen genériamente omo urbinas de Gas. El esquema funional es el siguiente: COMPRESOR Cámara de EXPANSOR O URBINA admisión esae omresión exansión En este esquema se uede areiar que la energía rovista or la exansión del fluido se transforma en el exansor en energía meánia que se destina al aionamiento del, y en ese aso, la energía restante roveniente de la eyeión de los gases en el esae es la que se utiliza en la roulsión aeronáutia. anto los es omo los exansores ueden ser de flujo o entrífugos, siendo las araterístias artiulares gran audal y baja relaión de omresión or etaa en el rimer aso, y exatamente a la inversa en el segundo. En base a ello, los distintos tios de motores se ueden lasifiar: urbinas de gas ámaras de searadas ámara de anular entrífugo entrífugo entrífuga entrífuga Caítulo 16 1

2 67.2/7 UBA Ing. O. Jaimovih En general, asimismo, se ueden lasifiar también or el tio de máquina: urbinas Jet urbinas de gas urbinas tio Jet urbinas tio fijo urbinas monodiso Las s jet son los motores de uso aeronáutio, en general de es es multietaas y también. Existen modelos en uso on es entrífugos y. Sus araterístias riniales son: Máxima onentraión de otenia. Alto osto iniial or los materiales y roesos de fabriaión. Alto osto de mantenimiento. Rendimiento modesto. diseñadas ara quemar ombustibles refinados y livianos. El esquema simlifiado es omo el siguiente: álabe rotório del ámara de anular entrada de salida de gases álabe estatório del álabe estatório de la álabe rotório de la Las s tio jet son motores derivados de las anteriores o diretamente máquinas aeronáutias fuera de serviio adatadas, de uso fijo exlusivamente. Comarten la mayoría de las araterístias de las máquinas jet, exeto en su osto iniial, que es muho menor ara la misma otenia. Como araterístia rinial es que oseen toma de otenia or eje, a diferenia de las anteriores, que transmiten la otenia exlusivamente or emuje. Caítulo 16 2

3 67.2/7 UBA Ing. O. Jaimovih Pueden ser de ámara anular o on ámaras searadas ara failitar el mantenimiento. Asimismo, están adatadas ara utilizar ombustibles más esados, generalmente gas-oil udiendo inlusive usar ombustibles residuales, y or suuesto, gas natural. En uanto a las s de tio monodiso, reresentan un aso artiular de las s de tio fijo, y tienen omo araterístia artiular que el y la, ambos entrífugos, se ubian a ambos lados de un diso, on lo ual se logran tamaños y esos muy reduidos, ara usos muy eseiales, omo or ejemlo, generadores elétrios de arga onstante de oa otenia. rabajan a elevados regímenes de revoluiones ( r..m. o más), utilizan ombustibles livianos, generalmente el mismo de las jet, o gas natural, y tienen toma de otenia al eje, generalmente on un redutor de alta relaión de transmisión. Un esquema simlifiado uede ser el siguiente: inyetor entrada de ámara de entrífuga filtro de de admisión entrífugo salida de gases toma de otenia redutor Existen otros motores destinados a diversos usos, omo or ejemlo el motor de turbohélie y el turbo-fan, que son motores aeronáutios, uya arte rinial la onstituye un motor jet, adatado en el rimer aso ara entregar otenia al eje, y ara arrastrar un ventilador en el segundo aso. El ilo que desarrollan es el de Brayton-Joule, que se detalla a ontinuaión. Se debe reordar que las evoluiones riniales ueden ser asimiladas a las orresondientes vistas ara los motores alternativos, es deir: Caítulo 16

4 67.2/7 UBA Ing. O. Jaimovih Admisión y omresión Combustión Exansión Esae Considerando entones el ilo ideal, se tiene: Qe 2 te. dq 0 AL AL dq 0 1 Q 4 v El ilo ideal se omone or una evoluión de omresión adiabátia 1-2, la ual se lleva a abo a exensas del trabajo ALC en el mono o multi etaa; el reibe alor del medio Qe entre los untos 2 y a resión onstante, que es rátiamente la evoluión en la ámara de, hasta adquirir su máxima entalía; luego se exande en la adiabátiamente en la evoluión -4, entregando trabajo AL. El ilo se omleta orque el de esae en las ondiiones del unto 4 regresa en la atmósfera a las ondiiones del unto 1, que es la forma en que el sistema ede alor al medio. Se analizará el ilo ideal, on las onsideraiones de borde similares al aso del ilo del motor alternativo antes visto. Datos de arranque: P1 ; 1 ; relaión de omresión λ, y asimismo, la temeratura, que es la m λ. 1 temeratura límite de resistenia de los álabes de la. Para determinar los siguientes untos del ilo ideal de Brayton - Joule, se onsidera: Donde es asimismo 2 1 2' 4 4' S κ 1 m 1,41 κ ara el Caítulo

5 67.2/7 UBA Ing. O. Jaimovih Además es A.LC. ( - 1) ; de igual forma, A.L. ( - 4) or lo ual es A LU. ( - 4) -. ( - 1). [( - 4) - ( - 1)]. [( - ) - (4-1)] Y omo Qe. ( - ) es η ideal A.L Q e U [( ) ( 4 )].( ) 2 1 ( 4 ) ( ) 2 Pero en las evoluiones a resión onstante se umle que ( ) ( ) ηideal 1 1 En el aso de tratarse del ilo real, se deberían onsiderar los rendimientos del y de la, quedando el ilo omo el 1-2'--4' y donde se tiene que η ' 1 + ' η De igual forma 4' η 4' ηt( 4 ) 4 Entones, de la exresión del rendimiento del ilo ideal, reemlazando se tiene: 4' ηreal 1 ' siendo ésta la exresión del rendimiento del ilo real. Si se efetúa el análisis onsiderando los flujos de energía entre y, se uede notar que en general, de la otenia total entregada or la se destina aroximadamente un 75% en mover el, on lo ual la otenia útil al eje se ve notablemente reduida. Si se analiza entones el flujo de se uede notar que se umle que: audal de rimario 25% audal de total 100% audal de seundario 75% la razón de ello se uede ver en el flujo de un tubo de fuego, seundario rimario tubo de fuego GASES total Caítulo 16 5 ombustible ámara de

6 67.2/7 UBA Ing. O. Jaimovih Se uede notar que los gases de, ese a salir on una gran entalía, están muy diluidos en el seundario, uya únia funión es lograr que la temeratura desienda desde la de la llama hasta aquella en la que ueden trabajar los álabes de la. Se uede inlusive efetuar algunos análisis reseto del seundario, omo or ejemlo, qué ourre si se udiese disminuirlo al 50%. No debe olvidarse que el audal de rimario se alula en base al velor del alor entregado. Diho alor entregado or unidad de tiemo es Qe H. G donde H es el oder alorífio del ombustible, en [KCal/Kg], y G el audal de ombustible en [Kg/h]; y omo la relasión ombustible λ es fija, de aroximadamente 14 a 15 Kg. de or Kg de ombustible, no hay difiultad en determinar el audal de rimario; Ga λ. G (1) En el ilo real se umle: η tt N u [ CV ].62 N [ ] G.H o bien, η tt u KW.860 G.H de donde seuede saar G de la (1), onoiendo el valor de λ 15 se alula el valor del rimario Ga, además si se tiene que de auerdo al diagrama del ilo real G y omo se umle que at.. ( ' ) H. G de donde se uede saar Gat Gat Ga + Gas se alula or diferenia Gas y on ese valor, la relaión Gao/Gas lo ual ontribuye a dar una idea de lo limitante del rendimiento que resulta el valor máximo que uede alanzar. Como ejeriio se reomienda efetuar ara un aso omún el análisis antediho en uanto a onsiderar la osibilidad de trabajar on solamente el 50% del seundario. Caítulo 16 6

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