• Author / Uploaded
• Francisco Santiago

Citation preview

Republica Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Defensa Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada UNEFA- Barinas Cátedra: Turbomáquinas

PROFESOR: Ing. Marco Suarez

INTEGRANTES: Balza Francisco C.I 19.476.726 Araque Arnold C.I 19.613.998

Barinas, 11 de Octubre de 2013 INTRODUCCION

A lo largo de la historia de la humanidad, el hombre ha modificado y manipulado su entorno para realizar un trabajo en el menor tiempo y esfuerzo posible. Con esta finalidad se han construido máquinas con diferentes niveles de complejidad. Por lo tanto, una máquina es un dispositivo que convierte la energía para realizar un determinado trabajo. Para realizar este trabajo, las máquinas pueden utilizar cualquier tipo de energía disponible, por ejemplo la energía térmica del sol, la energía eólica del viento, la energía hidráulica de corrientes naturales de agua, energía mecánica, energía eléctrica, etc. En nuestro caso, nos enfocaremos solo al estudio de las máquinas que funcionan con una corriente fluida, es decir con líquidos y gases. Para su funcionamiento este tipo de máquinas efectúan una transformación de parte de la energía contenida en un fluido en energía mecánica, y viceversa. Es decir, que parte de la energía potencial que contiene un fluido, con respecto a un determinado nivel de referencia, es convertida en energía mecánica, disponible generalmente como un momento o potencia motriz. Ésta transformación se lleva a cabo a través de la interacción entre una corriente fluida y un elemento mecánico que forma parte de la máquina misma. Como se ha mencionado, solo se convierte una parte de la energía disponible en un fluido, ya que todo proceso de transformación de la energía se lleva a cabo con un determinado rendimiento, y por lo tanto siempre tendremos pérdidas de potencia.

TURBOMAQUINAS

Las turbomáquinas son equipos diseñados para conseguir un intercambio energético entre un fluido (que pasa a su través de forma continua) y un eje de rotación, por medio del efecto dinámico de una o varias coronas de álabes (fijos y/o móviles). Los nombres que reciben las coronas fijas y móviles son, respectivamente, rotor (rodete, impulsor o hélice, según el tipo de máquina) y estator (voluta o carcasa, según el caso). 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. 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 CLASIFICACIÓN DE LAS TURBOMÁQUINAS Después de tener conocimiento de los principios generales que rigen a todas las turbomáquinas procede una clasificación para iniciar un estudio metodológico delos diferentes tipos. Hay muchos métodos de clasificación en grupos con factores comunes pero no puede decirse que haya una clara división en conjuntos de funcionamiento y diseño único que permita desarrollar estudios simples sobre las mismas bases. Sin embargo el comportamiento de los fluidos reales bajo condiciones particulares conduce a un análisis de diseño especial para un número de tipos separadamente. Una primera gran división que puede hacerse es, en máquinas que transfieren energía de rotor a fluido, denominadas bombas y compresores, y en maquina que transfieren energía de fluido a rotor, llamadas turbinas. Otra segunda clasificación se basa en la dirección que tiene el flujo a su paso por el rotor, y se tienen así máquinas de flujo radial y máquinas de flujo axial; algunas tienen dos flujos, esto es, son flujo mixto (como la Francis mixta) y entonces éstas se clasifican entre las radiales, aunque no impliquen al flujo radial los elementos del flujo axial. Una tercera división, que atiende al grado de reacción, es la que contempla por un lado las máquinas de impulso y por otro lado las de reacción. Pero esta clasificación es imprecisa, para la mayor parte de los autores y constructores pues aunque parece lógico que GR=0

debe corresponder a impulso y GR≠0 a reacción, no se toma así en la practica, sino que se llaman de impulso a muchas turbomáquinas con bajo grado de reacción a la dinámica. Pero como no se define ningún porcentaje, permanece la duda si debe llamar de impulso o de reacción, buscando precisión para un estudio metodológico se llamaran de impulso a las maquinas con GR= 0 y de reacción aquellas en que GR≠0. Finalmente es motivo muy importante para una clasificación, la naturaleza del fluido con que trabaja la máquina, esto es, si es compresible o incompresible. Entre las turbinas de agua y las de vapor o gas, hay notables diferencias, por ejemplo aunque bien es verdad que entre las bombas de agua y los compresores de aire no son tan acusados. A continuación se ilustrará una clasificación de las turbomáquinas solo tomando en cuenta las de flujo incompresible que es en esa clasificación donde cae la turbina Pelton.

Clasificación general de las turbomáquinas

CLASIFICACIÓN SEGÚN LA GEOMETRÍA Las turbomáquinas se basan en una variación del momento cinético del fluido como consecuencia de la deflexión producida en el interior del rodete (que se expondrá en la

segunda parte de esta lección), desde su entrada siempre axial a su salida. El intercambio energético será mayor cuanto mayor sea la deflexión de la corriente, a igualdad de otras condiciones. Existen dos tipos básicos de geometrías de turbomáquinas en función de la dirección del flujo de salida: •

Radiales (o Centrífugas): el flujo de salida es en dirección radial.

•

Axiales: el flujo llega y sale axialmente.

Habitualmente, se distinguen otros dos tipos de geometrías de turbomáquinas: •

Mixtas: o de flujo mixto. El flujo de salida, tiene tanto componente axial como radial.

•

De flujo cruzado: el flujo de salida atraviesa dos veces el rodete de la máquina.

Distintas geometrías de turbomáquinas (ventiladores)

Geometría de una bomba centrífuga

CLASIFICACIÓN SEGÚN EL SENTIDO DE LA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA El intercambio energético entre fluido y rotor, puede ser en dos sentido: Las máquinas generadoras: en donde parte de la potencia transmitida por el eje al rotor, se utiliza en aumentar la energía específica de un determinado caudal de fluido; son máquinas que consumen potencia, y generan un aumento de la energía específica del fluido. De este tipo son las bombas, ventiladores, hélices marinas, etc.

Las máquinas receptoras: en donde el caudal de fluido cede parte de su energía especifica al rotor, lo que provoca una salida de potencia a través del eje; son máquinas que desarrollan potencia, y son receptoras de la energía del fluido. De este tipo son las turbinas, tanto hidráulicas como eólicas.

CLASIFICACIÓN SEGÚN LA COMPONENTE DE ENERGÍA FLUIDODINÁMICA MODIFICADA La energía especifica, es la energía por unidad de masa, y tiene cuatro componentes (específicas, por unidad de masa):

•

Variación de energía potencial. Un ejemplo es el tornillo de Arquímedes: se trata de un tornillo dentro de una carcasa; cuando se gira en el sentido adecuado, arrastra el fluido en dirección axial. Si se inclina, lo único que varía es la cota geodésica. La presión es la atmosférica y no hay variación de velocidad. Se usaba para elevar aguas; actualmente sólo para aguas residuales y otras emulsiones.

•

Variación de energía cinética. Un ejemplo es una turbina eólica, en la que se aprovecha parte de la energía cinética del viento, y no varía la presión (presión atmosférica). A este tipo de máquinas se les llama máquinas de acción pura. Otro ejemplo es un ventilador de mesa: aspira aire en reposo y lo impulsa a una determinada velocidad sin variación de presión. En una turbina Pelton el chorro de agua a presión atmosférica incide sobre las cucharas (álabes), pudiendo conseguir que la velocidad absoluta de salida sea nula. Otro ejemplo de este tipo de máquinas son las hélices de aviación y las marinas.

•

Variación de presión (entalpía si no hay variación de energía interna). En estas máquinas únicamente varía el término de presión, o bien las otras variaciones son despreciables frente a la de presión. Es lo que ocurre en bombas centrífugas: las variaciones de cota geodésica son muy pequeñas, y aunque suele ocurrir que el diámetro en el conducto de impulsión es diferente del de aspiración y. por tanto, la energía cinética varía, esta variación es despreciable frente a una altura de elevación que puede ser de varios metros. A este tipo de máquinas se les llama máquinas de reacción. Otro ejemplo de este tipo de máquinas sería una turbina Francis: el fluido llega a la turbina con una gran presión, incide sobre el rodete y disminuye la presión.

Para cuantificar la proporción entre acción y reacción, se define el grado de reacción como el cociente entre la variación de entalpía y el de energía total. Su valor esta habitualmente comprendido entre 0 y 1 (aunque existen máquinas con un grado de reacción mayor de la unidad). Si es 0, será una máquina de acción pura. Si es 1, se tiene una máquina de reacción pura.

CLASIFICACIÓN SEGÚN LA VARIACIÓN DE DENSIDAD DEL FLUIDO Si el flujo es compresible, hay variación de densidad y también de temperatura. Si el flujo es incompresible, la densidad permanece constante; o bien con un criterio menos estricto, cuando las variaciones de densidad son menores que las variaciones de velocidad, es decir cuando el número de Mach es pequeño (Ma