SEMEJANZA EN TURBOMÁQUINAS. Prof. Jesús DE ANDRADE Prof. Miguel ASUAJE
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1 SEMEJANZA EN TURBOMÁQUINAS Prof. Jesús DE ANDRADE Prof. Miguel ASUAJE Febrero 010
2 Análisis de Desempeño de las Turbomáquinas
3 Métodos de Análisis Cuál es el Problema? Qué conocemos? Se quiere predecir el comportamiento de una turbomáquina: bomba, compresor o cualquier otro tipo Características de Operación m kg ó Q s H ó p N [ rpm] p 1 + Geometría m 3 s kj ó adim Métodos Experimentales Métodos Numéricos: Métodos 1D Métodos D Métodos Q-3D Métodos 3D
4 rp Rendiemiento Métodos Experimentales 1.-Construcción de un modelo 3.- Curvas de operación.-ensayos sobre un banco de prueba Flujo másico Curvas de Operación Correlaciones Experimentales Familias de Máquinas Algunos Datos: Longitud del ducto de entrada, Tamaño del compresor, Longitud del ducto de salida. Características del compresor
5 Semejanza Para que exista semejanza entre modelo y prototipo se debe cumplir: Similitud geométrica: Lp Ap Vol p 3 L m A V V m 1 1 p m V V p m Vol m cte es la escala Similitud cinemática: implica que la relación entre las velocidades para puntos homólogos del modelo y del prototipo es constante y en TBMH que los triángulos de velocidad sean semejantes. Similitud dinámica: Que la razón de fuerzas y presiones dinámicas en puntos correspondientes sea una constante. F F 1 1 p m F F p m cte
6 Semejanza en Turbomáquinas. Números Adimensionales Basados en el principio de similitud. (Pi-Buckingham) 9 variables y 3 dimensiones básicas n = 9 3 = 6 Números adimensionales 1 VL Re Número de Reynolds ~ F F inercia viscosas V gl V Fr Fr 1 ~ Número de Froude ~ gl F F inercia gravedad 3 p V Eu Número de Euler ~ F F presión inercia
7 Semejanza en Turbomáquinas. Números Adimensionales 4 Vt L Sh Número de Strouhal ~ Velocidades o Condición Cinemática 5 V a Ma Número de Mach ~ F F inercia elásticas 6 V L 1 We Número de Weber ~ F F inercia tensiónsuperficial
8 Tipos de Similitud Similitud Completa: Similitud Parcial:
9 Limites de la Similutud? El Reynolds no puedes ser Escalado Re Además: En el estudio de los modelos Los valores no son exactos por efectos como: Juegos Acabados superficiales Espesores Etc
10 Parámetros de similitud en TM Partiendo del principio de Similitud Parcial:
11 Otra forma de ver los Principales Números Adimensionales en la TM Parámetro Formulación Coeficiente de Flujo 1 Q ND 3 m ND 3 m ND o Q UA C U m Coeficiente de Carga gh N D o p N D o h U o Coeficiente de Potencia 3 P 3 N D 5 or h h o o1 Número de Reynods 4 ND or Re ND Número de Mach o Relación de Velocidades 5 ND a or Ma U a oo
12 Coeficientes Característicos de uso común Adimensionales: Velocidad Específico de Giro referida al Caudal: Diámetro Específico: n q * N ( gh Q 3 4 ) Ds* D( gh ) Q 1 4
13 Coeficientes Característicos de uso común Dimensionales: Diámetro específico: Ds D( H ) Q 1 4 Velocidad específica de giro referida al caudal: n q n Q 3 4 H Velocidad específica de giro referida a la potencia: n s n H P m 5 4
14 Coeficientes Característicos de uso común Para el cálculo de los coeficientes antes mencionados se emplean las siguientes unidades: Sistema Métrico Sistema Inglés [n] = RPM [n] = RPM [Q] = m^3/s [Q] = GPM [H] = m [H] = pies [Pm] = CV [Pm] = HP [D] = m [D] = plg
15 Relaciones de Velocidad Específica de bombas Rotodinámicas
16 Velocidad específica para distintos tamaños de rodete
17 Pérdidas en función del nq
18 Diagramas de Selección
19 Diagrama de Cordier Diámetro específico: Ds D( H ) Q 1 4 Línea de Cordier
20 Leyes de Afinidad o Semejanza
21 Parámetros de Semejanza para Cavitación Número de Thomas: σ = NPSH/H De la instalación: inst NPSH d H Crítico: c NPSH r H Velocidad específica de cavitación referida al caudal: S n q nq NPSH 3 4 S 1 r 3 4
22 Similitud en Bombas Centrífugas Mismo Rotor, diferentes velocidades de Giro
23 Leyes de Afinidad para Bombas Variación de la curva característica de una misma bomba cuando varía el número de revoluciones (variación moderada) D constante y N variable
24 Similitud en Bombas Centrífugas Mismo Rotor, diferentes velocidades de Giro
25 Similitud en Bombas Centrífugas Mismo Velocidad de Giro, diferentes diámetros de Rotor
26 Leyes de Afinidad para Bombas Variación de las características de dos bombas geométricamente semejantes con el tamaño, si se mantiene constante el número de revoluciones (variación moderada) Dimpulsor variable y N constante
27 Similitud en Bombas Centrífugas Mismo Velocidad de Giro, diferentes diámetros de Rotor
28 Diagrama Topográfico de BC D ó N 4
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