Deficion de Turbomaquinas

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE CIENCIAS DE INGENIERIA

SILABO P.A. 2010-I

1.

INFORMACION GENERAL Nombre del curso : Cdigo del curso : Especialidad : Condicin : Ciclo de estudios : Pre-requisitos : Nmero de crditos : Total de horas semestrales: Total de horas por semana: Teora : Prctica : Duracin : Sistema de evaluacin : Subsistema de evaluacin: Profesor de teora y prctica: TURBOMAQUINAS I MN232 M3, M4 OBLIGATORIO 7 Y 8 MN217 04 84 06 04 02 17 SEMANAS F D ING. HERNAN PINTO ESPINOZA DR. SALOME GONZALES CHAVEZ ING. JUAN ESPINOZA ESCRIBA ING. MANUEL TOLEDO PAREDES

2.

SUMILLA Introduccin. Cinemtica del flujo en las turbomquinas. Criterios de semejanza en turbomquinas. Transferencia de energa en las turbomquinas. Rotores de flujo radial. Rotores de flujo axial. Elementos estticos. Degradacin de energa en turbomquinas. Curvas caractersticas de las turbomquinas. Cavitacin en turbomquinas. OBJETIVO El estudiante al finalizar el curso debe conocer las bases conceptuales y tecnolgicas de la teora generalizada de las turbomquinas, eficiencias y curvas caractersticas de las turbomquinas y, el fenmeno de cavitacin en bombas y turbinas hidrulicas.

3.

4.

PROGRAMA SEMANA N1. INTRODUCCION.- Generalidades. Conformacin y elementos turbomquinas Clasificacin de las turbomquinas. Principio de funcionamiento de la

SEMANA N2. CINEMATICA DEL FLUJO EN LAS TURBOMAQUINAS. Nomenclatura y geometra de los elementos del rotor y estator. Diagrama de velocidades en sistemas de alabes radiales y axiales. SEMANA N3. CINEMATICA DEL FLUJO EN LAS TURBOMAQUINAS. Anlisis dimensional y cifras caractersticas en turbomquinas. Nmeros especficos de revoluciones. Nq y Ns. SEMANA N4. TRANSFERENCIA DE ENERGIA EN LAS TURBOMAQUINAS Anlisis aerotermodinmica del fluido de una etapa de una turbomquina. Ecuacin de Euler de las turbomquinas. SEMANA N5. TRANSFERENCIA DE ENERGIA EN LAS TURBOMAQUINAS. Ecuacin de flujo de una turbomquina. Altura esttica y grado de reaccin. SEMANA N6. ROTORES DE FLUJO RADIAL. Grado de reaccin y disposicin de sistemas de labes radiales. Efectos del espesor del alabe SEMANA N7. ROTORES DE FLUJO RADIAL. Efectos del nmero finito de labes en la cinemtica y transferencia de energa en el rotor. Nmero ptimo de labes. Clculo y diseo de rotores radiales. SEMANA N8. EXAMEN PARCIAL SEMANA N9. ROTORES DE FLUJO AXIAL Ecuacin del equilibrio dinmico del flujo axial. Grado de reaccin y disposicin de sistemas de labes axiales. SEMANA N10. ROTORES DE FLUJO AXIAL Aplicacin de la teora del ala de avin al estudio, clculo y diseo de rotores axiales SEMANA N11. ELEMENTOS ESTATICOS. Difusores. Toberas. Carcasa. Otros. SEMANA N12. DEGRADACION DE LA ENERGIA EN TURBOMAQUINAS

Prdidas internas y externas. Balance energtico de una turbomquina. Eficiencias. SEMANA N13. CURVAS CARACTERISTICAS DE LAS TURBOMAQUINAS Prediccin analtica se la curva altura - caudal en bombas y compresores. Ensayo de bombas y determinacin de las curvas caractersticas. SEMANA N14. CURVAS CARACTERISTICAS DE LAS TURBOMAQUINAS Diagramas topogrficos. Relaciones de transformacin de parmetros de bombas. Punto de operacin de una instalacin de bombeo. Mtodos de regulacin de bombas. Bombas en serie y en paralelo. Ensayo de turbinas hidrulicas y determinacin de las curvas caractersticas. Diagramas topogrficos. Velocidad de embalamiento. SEMANA N15. CAVITACION EN TURBOMAQUINAS HIDRAULICAS. crtica. Altura de succin. NPSH en bombas hidrulicas. SEMANA N16. EXAMEN FINAL SEMANA N17. EXAMEN SUSTITUTORIO. 5. ESTRATEGIAS DIDACTICAS Utilizando el mtodo enseanza-aprendizaje, el profesor ha de transmitir al alumno en cada clase: la motivacin del tema en estudio, la informacin terica y de experiencia del tema a tratar y, la orientacin al alumno para realizar su aprendizaje de cada punto tratado. La exposicin didctica del tema a tratar, su importancia La formulacin terica, con ejemplos, discusin e interpretacin del caso Incentivo para el logro de clase dictada-clase aprendida 6. MATERIALES EDUCATIVOS Y OTROS RECURSOS DIDACTICOS. 6.1 Medios o Procedimientos Didcticos 6.2 Exposicin de bases tericas en aula de clases, presentacin de datos, estadsticas y discusiones tcnicas en torno a ellas Desarrollo de casos aplicativos, propuestos como trabajo de aplicacin Visita a Plantas Hidroelctricas de Lima y Laboratorio de Energa de la FIM Presentacin y sustentacin de casos aplicativos asimilados por el alumno. Materiales del Proceso de Enseanza - Aprendizaje Separatas del curso Exposicin del profesor en pizarra Uso de presentaciones en PowerPoint Depresin dinmica

7.

EVALUACIN a. Sistema de Evaluacin: Examen parcial (EP): Examen final (EF): Promedio de monografas (Mo): b. Nota Final (NF): F Peso 1 Peso 2 Peso 1

NF =

EP + 2EF + Mo 4

8.

BIBLIOGRAFIA MATAIX, C. Mecnica de Fluidos y Mquinas Hidrulicas, Ed. Castillo, Madrid, 1970 PFLEIDERER, C. Bombas Centrifugas y Turbocompresores, Ed. Labor, Barcelona 1960 POLO ENCINAS, M. Turbomquinas Hidrulicas, Ed. Limusa, Mxico, 1984 VIEJO ZUBICARAY, M. Bombas, Teora, Diseo y aplicaciones, Ed. Limusa Mxico, 1977 JARA, W. Maquinas Hidrulicas. Fondo Editorial INIFIM, UNI, Lima 1998 HICKS, T. Bombas su seleccin y aplicacin, Ed. CECSA, Mxico 1977 CHERKASSKI, V.M. Bombas Ventiladores Compresores, Ed. MIR, Mosc 1986 F.M. GOLDEN, L. BATRES V.G. TERRONES M. Termofluidos, Turbomquinas y Maquinas Trmicas, Ed. CECSA, Mxico, 1991. FRANZINI, J. Mecnica de Fluidos con aplicaciones en ingeniera, Ed. MC GRAW HILL. Madrid 1999. Lima, marzo 2010

11.1. GENERALIDADES

INTRODUCCION

El Per es un pas tradicional en el uso de la tecnologa de las turbomquinas, las mismas que sirven por ejemplo para: Generacin de electricidad mediante centrales hidroelctricas, en donde principalmente se utilizan las turbinas hidrulicas Pelton y Francis Generacin de electricidad mediante centrales termoelctricas, en donde principalmente se utilizan las turbinas a gas y turbinas a vapor Produccin de potencia mecnica para generacin elctrica y fuerza motriz en la industria azucarera, utilizando principalmente turbinas a vapor Propulsin de aviones, en donde se utilizan turbocompresores axiales y turbinas a gas Transporte de petrleo a grandes distancias (oleoducto nor peruano), utilizando grandes sistemas de rebombeo, con bombas hidrulicas centrfugas Transporte de pescado desde las bolicheras hasta las plantas de produccin de harina de pescado, utilizando bombas hidrulicas para flujo bifsico Impulsin de agua mediante electrobombas centrfugas, indispensable prcticamente en todo proceso industrial, ya sea extractivo, manufacturero o ambos Impulsin o extraccin de aire y otros fluidos gaseosos, utilizando ventiladores y sopladores, centrfugos o axiales, prcticamente en todo proceso industrial El transporte neumtico de slidos (como cemento, granos, etc. En mezcla con aire), utilizando sopladores

El curso de Turbomquinas I comprende el estudio de las TURBOMAQUINAS FRIAS, es decir: 1.2. Las turbinas hidrulicas Las bombas hidrulicas Los ventiladores Los sopladores CONFORMACION Y ELEMENTOS DE LAS TURBOMAQUINAS

A continuacin se presentan diversas turbomquinas:

Esquema de una planta hidroelctrica

Turbina Pelton

Turbina Francis

Turbina Kaplan

Sistema de propulsin de avin con turborreactor

Turbocompresor a gas con compresor centrfugo y turbina axial (ejemplo el existente en la Turbina a gas instruccional del Laboratorio de Energa de la FIM-UNI

Bomba hidrulica centrfuga En trminos generales se puede decir que una turbomquina, cualquiera sea su caracterstica, est conformada por los siguientes elementos bsicos 1.3. EL ROTOR. Llamado tambin rodete o impulsor, es el corazn de la turbomquina y conforma el elemento mvil EL ESTATOR. Conforma el elemento fijo de la turbomquina y cumple la funcin auxiliar de ordenar y orientar el flujo hacia o desde el rotor de la turbomquina LA CARCAZA. Llamada tambin voluta o envolvente, dependiendo del tipo de turbomquina, cumple la funcin de coleccin y confinamiento del flujo.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Una turbomquina es un dispositivo rotodinmico mecnico que transforma la energa (de energa de fluido a energa mecnica o viceversa) en su rotor, en donde el flujo continuo de un fluido cambia de momentum angular (momento de cantidad de movimiento) entre la entrada y salida de dicho rotor. O tambin se puede decir que; una turbomquina es un dispositivo mecnico cuyo componente principal es un rotor a travs del cual pasa un fluido de forma continua cambiando su momento de cantidad de movimiento, siendo esto aprovechado como una entrega de energa del fluido a la mquina (turbomquinas motrices o motoras, o activas) o de la mquina al fluido (turbomquinas movidas o pasivas).ENERGIA DE UN FLUIDO

ROTOR

ENERGIA MECANICA

Turbomquina motriz

ENERGIA MECANICA

ROTOR

ENERGIA DE UN FLUIDO

Turbomquina movida 1.4. CLASIFICACION DE LAS TURBOMAQUINAS

CLASIFICACION DE LAS MAQUINAS MECANICAS Bajo un plano general una mquina mecnica se puede clasificar de acuerdo su principio de funcionamiento en: 1) Maquinas mecnicas rotodinmicas. Son las turbomquinas propiamente dichas, materia del curso 2) Mquinas reciprocantes o de pistn. Transfieren la energa en un dispositivo cilindro pistn, bien de energa de fluido a energa mecnica o de energa mecnica a energa de fluido. Su caracterstica particular frente a las turbomquinas es que su transformacin lo hacen bajo un fluido intermitente o discontinuo. Entre estas maquinas se tiene a los motores de combustin interna MCI, los compresores de aire de pistn o reciprocantes, las bombas hidrulicas de pistn aspirante-impelente, los motores de vapor de pistn (en actual extincin)

Motor MCI 3) Mquinas mecnicas rotativas. Conforman aquellas m