Turbomáquinas Hidráulicas. Máster en Energía, generación y uso eficiente. Ingeniería Energética y Fluidomecánica. Mecánica de Fluidos

Transcripción

1 Guía docente de la asignatura Curso académico: Asignatura Turbomáquinas Hidráulicas Materia Titulación Máster en Energía, generación y uso eficiente Nivel Máster Tipo/Carácter OB Créditos ECTS 6 Curso 2º Lengua en que se imparte Español Cuatrimestre 1º Departamento Área de Conocimiento Profesorado Ingeniería Energética y Fluidomecánica Mecánica de Fluidos José Benito Sierra Pallares jsierra@eii.uva.es 1. Objetivos Comprender los principios de funcionamiento de una bomba hidráulica. Seleccionar una máquina hidráulica de acuerdo con sus condiciones de funcionamiento. Regular una bomba para operar en las condiciones requeridas. Competencias que contribuye a desarrollar: Competencias Genéricas CG1. Capacidad de expresión oral. CG2. Capacidad de expresión escrita. CG3. Capacidad para aprender y trabajar de forma autónoma. CG4. Capacidad de resolución de problemas. CG5. Capacidad para aplicar los conocimientos a la práctica. CG7. Capacidad para diseñar y desarrollar proyectos. Competencias Específicas: CE07 Conocimiento aplicado de los fundamentos de los sistemas y máquinas fluidomecánicas, Comprender la terminología técnica, tipos, funcionamiento Y aplicaciones de las máquinas hidráulicas, eólicas y oceánicas

2 2. Bloques temáticos BLOQUE I. GENERALIDADES LECCION 1ª Conceptos generales 1.1 Clasificación de las máquinas hidráulicas. 1.2 Descripción general de las turbomáquinas hidráulicas. 1.3 Balance energético en máquinas hidráulicas. 1.4 Rendimientos en máquinas hidráulicas. LECCION 2ª Teorema de Euler. 2.1 Sistemas de referencia. Velocidades y triángulos de velocidades. 2.2 Relación entre el par motor y la variación del momento cinético. Teorema de Euler. 2.3 Deducción alternativa. 2.4 Grado de reacción. LECCION 3ª Teoría ideal unidimensional de turbomáquinas hidráulicas. 3.1 Introducción. 3.2 Hipótesis de la teoría unidimensional. 3.3 Ecuación de continuidad. 3.4 Relación entre los triángulos de velocidad y la dirección de los álabes. 3.5 Efecto de no guiado. 3.6 Ángulo de los álabes y distribución del flujo a lo largo de los bordes de entrada y salida. BLOQUE II. TEORIA IDEAL DE TURBOMAQUINAS AXIALES LECCION 4ª Movimiento bidimensional a través de una cascada fija. 4.1 Introducción. 4.2 Hipótesis del movimiento bidimensional. 4.3 Generación de circulación alrededor de un perfil. 4.4 Teorema de Kutta-Joukowsky. 4.5 Circulación alrededor de un perfil aislado. Ángulo de ataque. 4.6 Circulación alrededor de un perfil en una cascada de álabes. Perfiles muy próximos. LECCION 5ª Movimiento bidimensional a través de una cascada móvil. 5.1 Composición de velocidades. 5.2 Curva característica ideal de una cascada. 5.3 Curva característica ideal de una bomba axial. 5.4 Ecuación fundamental para el diseño de un álabe. 5.5 Hélices y molinos de viento. LECCION 6ª Efectos tridimensionales en turbomáquinas axiales. 6.1 Alabeo de la superficie de corriente. 6.2 Torbellinos desprendidos. BLOQUE III. TEORIA IDEAL DE TURBOMAQUINAS RADIALES LECCION 7ª Movimiento bidimensional a través de cascadas radiales. 7.1 Ecuaciones del movimiento.

3 7.2 Transformación conforme. 7.3 Flujo irrotacional a través de cascadas radiales fijas. 7.4 Leyes de movimiento relativo a través de cascadas radiales móviles. 7.5 Métodos para describir el flujo en la entrada y salida de una cascada radial móvil BLOQUE IV. PERDIDAS DE ENERGIA EN TURBOMAQUINAS. LECCION 8ª Consideraciones generales. 8.1 Pérdidas hidráulicas. 8.2 Pérdidas volumétricas. 8.3 Pérdidas orgánicas. 8.4 Evolución de las pérdidas con el caudal. Curva característica real. BLOQUE V. SEMEJANZA EN MAQUINAS HIDRÁULICAS LECCION 9ª Semejanza en máquinas hidráulicas. 9.1 Relaciones adimensionales. 9.2 Efecto de escala y leyes de modelo. 9.3 Velocidad específica. 9.4 Variación de la geometría del rodete con la velocidad específica. Coeficientes. 9.5 Influencia de la velocidad específica en el rendimiento. BLOQUE VI. CAVITACION. LECCION 10ª Cavitación Naturaleza Presión de vapor y cavitación Fluidos cavitantes Parámetro de cavitación Mecanismos de daño por cavitación Otros efectos de la cavitación LECCION 11ª Cavitación en turbomaquinaria Planteamiento Efectos de la cavitación en las turbomáquinas NPSH requerido BLOQUE VII. BOMBAS CENTRIFUGAS LECCION 12ª Descripción bombas centrífugas Descripción general Rodete Cámara Difusores Voluta. LECCION 13ª Aplicación de la teoría ideal a rodetes centrífugos Altura transmitida con un número infinito de álabes Variación de la curva característica ideal con el ángulo de salida ß 2 de una bomba Efecto de número finito de álabes Efecto de la viscosidad.

4 LECCION 14ª Generalidades sobre el diseño de rodetes centrífugos Características de las distintas formas de rodete Elección del ángulo de salida ß Metodología en el diseño de un rodete centrífugo. LECCION 15ª Tuberías de aspiración y difusores Introducción Tuberías de aspiración Disposiciones del difusor LECCION 16ª Curvas características Curvas características ideales Curvas características teóricas Curvas características reales de altura, potencia y rendimiento Curvas de igual rendimiento 16.5 Influencia de la velocidad específica en las curvas características Características de una bomba en régimen de bombeo, frenado y turbinación. BLOQUE VIII. ELECCION, INSTALACION Y REGULACION DE BOMBAS LECCION 17ª Selección, e instalación de bombas Punto de funcionamiento y diseño Funcionamiento de varias bombas en paralelo 17.3 Funcionamiento de varias bombas en serie Torneado del rodete Aplicaciones especiales: bombeo de líquidos viscosos. LECCION 18ª Regulación de las bombas hidráulicas Regulación del caudal por variación de la característica de la red Regulación del caudal por variación de la característica de la bomba Regulación del caudal por variación simultánea de las características de la red y de la bomba. LECCION 19ª Arranque y parada de bombas Procedimientos de arranque Paradas bruscas y lentas Fenómenos transitorios Funcionamiento inestable. LECCION 20ª Comportamiento mecánico de una bomba Empuje axial. Compensación Empuje radial. BLOQUE IX. VENTILADORES. LECCION 21ª Ventiladores Introducción Compresibilidad del gas Curvas características de ventiladores Particularidades de diseño Modificación de las condiciones de operación Ruido de los ventiladores Funcionamiento de ventiladores con gases con partículas en suspensión.

5 3. Prácticas de laboratorio Prácticas de laboratorio sobre contenidos desarrollados en la asignatura. 4. Método docente MÉTODOS DOCENTES OBSERVACIONES Clases de aula teóricas Clases de aula de problemas Prácticas de laboratorio Tutorías docentes Método expositivo en aula, desarrollando los contenidos teóricos de la asignatura. Resolución de problemas específicos de cada tema, que se presentan habitualmente en los procesos de ingeniería. Aprendizaje mediante experiencias, analizando el comportamiento de los procesos y entrega de memoria de prácticas Desarrolladas individualmente o con pequeños grupos de alumnos. 5. Actividades evaluables y sistema de calificaciones ACTIVIDAD PESO EN LA NOTA FINAL OBSERVACIONES Evaluación continua 55 % Prácticas de laboratorio 20 % Trabajo en grupos 25 % Cuestiones y/o problemas sobre la materia vista hasta ese momento en forma de exámenes parciales distribuidos a lo largo del periodo docente Realización de una experimentación con diferentes equipos en el laboratorio y presentación de una memoria de prácticas Realización de un trabajo por grupos de simulación de una turbomáquina hidráulica utilizando software CFD Convocatoria extraordinaria: El alumno podrá examinarse del 80% de la materia mediante un examen escrito, o bien optar por mantener el 25% de la nota del trabajo en grupo. Las prácticas de laboratorio son obligatorias.

6 6. Consideraciones adicionales Se usará el Campus Virtual para proporcionar al alumno materiales y recursos. 7. Bibliografia Apuntes de la asignatura y problemas propuestos con solución numérica suministrados en el campus virtual Macintyre, A. J. Bombas e Instalaçoes de Bombeamento. Ed. Guanabara Mataix, C. Turbomáquinas Hidráulicas. Ed. Dossat Pfleiderer, C. Bombas Centrífugas y Turbocompresores. Ed. Labor. 1960