Trabajo Turbomaquinas

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

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Republica Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Defensa

Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada

UNEFA- Barinas

Cátedra: Turbomáquinas

PROFESOR: INTEGRANTES:

Ing. Marco Suarez Balza Francisco C.I 19.476.726

Araque Arnold C.I 19.613.998

Barinas, 11 de Octubre de 2013

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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.

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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

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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

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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)

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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.

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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):

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• 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.

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• 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.

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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<0,3).

CLASIFICACIÓN SEGÚN EL NÚMERO DE ETAPAS

Las de una sola etapa poseen un único rodete, y las multietapa poseen varios.

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TIPOS DE TURBOMAQUINAS

TURBINA PELTON

Las turbinas de impulso o de acción tienen la peculiaridad de aprovechar solamente

la energía cinética del fluido; no existe pues gradiente de presión entre la entrada y la salida

de la maquina. El grado de reacción es cero.

La turbina Pelton debe su nombre a Lester Allan Pelton (1829-1908) quien

buscando oro en california, concibió la idea de una rueda con cucharas periféricas que

aprovechara la energía cinética de un chorro de agua, proveniente de una tubería de presión,

incidiendo tangencialmente sobre la misma ensayo diversas formas de álabes hasta alcanzar

una patente de la rueda en 1880, desde cuya fecha ha tenido gran desarrollo y aplicación.

En la turbina Pelton actual la energía cinética del agua, en forma de chorro libre, se genera

en una tobera colocada al final el gasto, constituyendo el conjunto, el órgano de

alimentación y de regulación de la turbina. El álabe tiene la forma de doble cuchara, con

una arista diametral sobre la que incide el agua, produciéndose una desviación simétrica en

dirección axial, buscando un equilibrio dinámico de la maquina en esa dirección. Por ser el

ataque del agua en sentido tangencial a la rueda se la denomina también turbina

“tangencial” por tener el fluido un recorrido axial a su paso por el álabe, se clasifica

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también entre las máquinas de tipo axial. Encuentra justa aplicación la turbina Pelton, en

aquellos aprovechamientos hidráulicos donde la ponderación de la carga es importante

respecto al caudal. La velocidad especifica es pues baja entre 10 y 60 en el sistema métrico

y entre 2 y 12 en el sistema inglés aproximadamente, siendo preferible valores centrales

entre estos limites por razones del rendimiento, el cual es del orden del 90% y se conserva

bastante bien a carga parcial.

TURBINAS PELTON DE EJE HORIZONTAL Y DE EJE VERTICAL

La clasificación más general que puede hacerse de las turbinas Pelton es en tipos de

eje horizontal y tipos de eje vertical. Existen otras divisiones que toman en cuenta el

número de inyectores por rueda o el número de rotores montados en un mismo eje.

TRIÁNGULO DE VELOCIDADES

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En el lenguaje de las turbomáquinas se habla de triángulo de velocidades para

referirse al triángulo formado por tres vectores los cuales son:

La velocidad absoluta del fluido c (vector).

La velocidad relativa del fluido respecto al rotor w (vector).

La velocidad lineal del rotor u (vector).

Estos tres vectores forman un triángulo ya que la suma w(vector) + u(vector) en un

mismo punto es igual a c (vector) en ese punto por leyes del movimiento relativo.

El ángulo entre los vectores c y u es denotado α y el ángulo entre los vectores w y u

es denotado β. Esta nomenclatura es norma DIN 1331

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CONCLUSION

Las turbomáquinas se diferencian de otras máquinas térmicas en el hecho de que

funcionan de manera continua y no discreta, como es el caso de los compresores de

émbolo, las bombas de vapor a pistón o los populares motores de pistón, las cuales son

máquinas de desplazamiento volumétrico o positivo. A semejanza de otras máquinas

térmicas, son transformadoras de energía, lo cual es una característica fundamental,

entregándole energía mecánica al fluido de trabajo convirtiéndola en presión (energía

potencial), energía térmica o energía cinética del fluido, pudiendo ser este intercambio en

sentido contrario

Bajo muchas formas las turbomáquinas están presentes en nuestra vida cotidiana,

desde los sencillos ventiladores y las bombas centrífugas que son de uso común, hasta las

grandes turbinas hidráulicas de las centrales hidroeléctricas y las turbinas de vapor o a gas

de las centrales térmicas son turbomáquinas. Es importante destacar que las turbomáquinas

son fundamentales en la conversión electromecánica de energía, es decir, la generación

eléctrica. Es este hecho el cual convierte a las turbomáquinas en un objeto de gran

importancia dentro de la ingeniería mecánica, la cual dedica mucho a su estudio y

proyección.

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BIBLIOGRAFIA

ENLACES ELECTRONICOS

http://es.scribd.com/doc/59635047/turbomaquinas#download

http://www.ingenieriafantastica.net/2011/05/introduccion-las-turbomaquinas.html

http://www.elmingme.com.ve/elmingme/turbomaquinas.pdf

http://materias.fi.uba.ar/6720/unidad1.PDF

http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/8854/Capitulo5.pdf

http://franscc.files.wordpress.com/2012/03/ultimo-informe-turbmaquinas-gh.pdf

http://www.unioviedo.es/Areas/Mecanica.Fluidos/docencia/_asignaturas/

mecanica_de_fluidos/05_06/10.TURBOMAQUINAS.pdf

http://es.scribd.com/doc/159540923/Clasificacion-delas-turbomaquinas-y-capitulo-

6-tesis