Turbine

Inflow Turbine

Contenido• Generalidades.• Radial Inflow Turbine.• Termodinámica del proceso.• Consideraciones de diseño.• Bibliografía.

Generalidades (1)• Turbina Inflow -

outflow• 1930 Jet Engine

Flight• Turbogeneradores

Imagen tomada de: Ljungstrôm turbine, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.

Generalidades (2)

Generalidades (3)

Imagen tomada de: Influence of Reynolds number, Boyce, Meherwan P, Gas Turbine Engineering Handbook, 3 ed.

Radial Inflow Turbine (1)

CANTILEVER• Baja eficiencia.• No presenta

aceleración del flujo.• Dificultad de

manufactura.

Imagen tomada de: Cantilever turbine, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.


MIXTED FLOW TURBINE

• Mejor eficiencia.• Mayor resistencia a los

esfuerzos generados.• Máximo

aprovechamiento de la velocidad

Imagen tomada de: Mixted Turbine, Boyce, Meherwan P, Gas Turbine Engineering Handbook, 3 ed.


Imagen tomada de: Mixted Flow Turbine , S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.

Termodinámica del proceso (1)

Proceso de expansión adiabática.

Ecuación de la Tobera:

Rotalpia de la turbina:

Imagen tomada de: Mollier Diagram, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.


Ecuación de la Turbina

Donde:

Obtenemos que:



Ecuación del Difusor

Trabajo total del proceso:


Consideraciones de diseño (1)

Spouting Velocity:

• Velocidad máxima del sistema.• Representa la

velocidad de diseño a la cual debe ser diseñado el sistema.



Punto de diseño de la eficiencia nominal:

Donde la diferencia de temperatura es obtenida de la relación de rotalpia de la turbina:


Y las relaciones de velocidad del sistema:

Se obtiene que la eficiencia nominal es:


Diseño de la eficiencia optima:Whitfield (1990) propone un modelo para el diseño:


Angulo de entrada del flujo al reto:• Los ángulos

recomendados para la entrada del flujo al rotor son entre 20 y 40

Imagen tomada de: Steamline flow , S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.


También se puede encontrar en la literatura la relación entre ángulos de:

Imagen tomada de: Steamline flow , S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.


Criterio del numero de aspas mínimo:

Imagen tomada de: Minimum number of blades, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.


Imagen tomada de: Diagram number of rotor vanes, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.

Consideraciones de diseño (9)Diseño Geométrico Optimo

• Rohlik (1968) determino la proporción del diseño geométrico de las turbinas.

• Se comprueba una relación directa entre las condiciones geométricas del diseño y las perdidas del sistema.

• Relación Condición de operación optima - Eficiencia

Imagen tomada de: Performance of mixed flow turbine, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.


Imagen tomada de: Performance of mixed flow turbine, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.

Imagen tomada de: Distribution of losses , S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.

Consideraciones de diseño (11)Perdidas en el proceso de la turbina:• Carga y perdida de las aspas: 7-12%• Perdidas por fricción: 1-2%• Perdidas secundarias: 0-1%• Perdida de holgura: 1-2%• Perdida de la condición de diseño: 0,5-1,5%• Perdidas por salida: 1-5%• Perdida por calor.

Bibliografia• Gas Turbine Engineering Handbook;Boyce, Meherwan P; 3ª

Edition; Elsevier, 2006.

• Fluid Mechanics, Thermodynamics of Turbomachinery; S.L. Dixon, B.Eng., PH.D.; 4ª Edition; 1998.

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