TURBOMAQUINASHIDRAULICASPh. D. Edgar Paz Prez

MAQUINAS DE FLUIDOS

Mquina

es un transformador de energa. La maquina absorbe una clase de energa y restituye otra clase de energa. Ejemplos: ventilador, motor elctrico, molinos, motor de combustin, torno, cierra elctrica, etc.

Mquina de fluido

es aquella en que el intercambio de energa se realiza a travs de un fluido, ya sea suministrando la energa a la maquina (como el caso de las turbinas) o absorbindola (como en el caso de las bombas, ventiladores, compresores).

CLASIFICACIN DE MQUINAS DE FLUIDO

1.- Principio de Funcionamiento: Turbomquinas De desplazamiento positivo.

2.- Compresibilidad del fluido: De fluido compresible De fluido incompresible

3.- Sentido de transmisin de la Motoras energa: Generadoras

se utilizara como criterio de clasificacin mas general el principio de funcionamiento

Segn Principio de Funcionamiento

Turbomquinas Maquinas de desplazamiento positivo Maquinas de desplazamiento Positivo

en una maquina de desplazamiento positivo una cantidad determinada de fluido es retenida en su paso a travs de la maquina, experimentando una variacin de presin gracias a la variacin de volumen del rgano de retencin.

El rgano de retencin puede ser un diafragma o membrana, un embolo (Alternativas,) o un elemento giratorio (rotativas)

de engranajes de lbulo de husillo Peristltica de paletas de pistones de diafragma

Turbomquina (Maquinas de flujo)

Mquinas de fluido en que el Intercambio Energtico se debe a la variacin de la cantidad de movimiento del fluido, que pasa entre los Alabes de un elemento rotatorio, llamado Rotor.W: Energa intercambiada fluido - rotor por unidad de masa que ingresa en los alabes o atraviesa el rotor

Segn compresibilidad del fluido

Turbomquinas hidrulicas y trmicas

Turbomquinas hidrulicas

Son aquellas en que el volumen especifico del fluido no varia o varia en medida despreciable durante su recorrido al interior de la maquina (ventiladores, turbo bombas, turbinas hidrulicas, turbinas elicas).

Turbomquinas trmicas

son aquellas en que hay variacin apreciable del volumen especifico del fluido que atraviesa la mquina. (compresores, turbinas de gas y de vapor). CLASIFICACIN DE TURBOMQUINAS

Segn el sentido de la transmisin de energa

Turbomquinas generadoras u operativas: en las cuales las paredesSlidas mviles ceden trabajo al fluido.

turbomquinas hidrulicas generadoras: turbo bombas y ventiladores

turbomquinas trmicas generadoras: compresores centrfugos y axiales

Turbomquinas motrices: en las cuales el fluido cede trabajo a laparedes slidas mviles.

turbomquinas hidrulicas motrices: turbinas Pelton, Francis, Kaplan,Bulbo, Michell-Banki, elicas

turbomquinas trmicas motrices: turbinas de vapor y de gas.

Turbina de vaporTurbina de gasCompresorPRINCIPALES TURBOMQUINAS TRMICAS

PRINCIPALES TURBOMQUINAS HIDRULICAS Bomba Ventilador T. Pelton T. Michell-Banki T. Francis T. Kaplan T. Bulbo T. Elica

CLASIFICACIN SEGN DIRECCIN DEL FLUJO EN EL ROTOR

RadialesAxialesDiagonales (Semiaxiales)Tangenciales

DESCRIPCIN DE LAS PRINCIPALES TURBOMQUINAS HIDRAULICAS

TurbobombaTurbomquina hidrulica utilizada para impulsar un liquido. En algunos casos son utilizados para bombear, pastas y lquidos con slidos. Aplicaciones:

Bombeo de agua residencialPozos tubularesAgricultura Combate a incendiosIndustrias: petroqumicas, de alimentos, agroindustrias y otras.

Funcionamiento de una bomba centrifugaVIDEO

rotorBrida de entradaBrida de salidaConducto de alimentacinvolutarodamientosSello mecnicoejeprincipales elementos de una bomba

TIPOS DE ROTORES DE BOMBAS CENTRIFUGAScerradoSemiabiertoSemiabierto

Ventiladores Es una Turbomquina que impulsa un fluido gaseoso. En algunos casos se impulsa un gas con partculas.Aplicaciones:

Aire para combustinGases de combustinAire caliente para procesosVentilacinSecado

Elementos de un ventilador centrifugo

Turbinas hidrulicasTurbomquina que aprovecha la energa hidrulica de una cada de agua para transformarla en energa mecnica de rotacin.

Son utilizadas principalmente para generar energa en centrales hidroelctricas.

Turbina Pelton Inventada por Lester Allen Pelton (1880).

Tambin llamada de chorro libre.

Es una turbina de accin, tangencial, de admisin parcial

Utilizada en grandes alturas y pequeos caudales.

Tiene un rendimiento mximo de 92%.

Funcionamiento de una turbina Pelton

Elementos de una turbina pelton

Detalles constructivos

Detalles constructivos

Turbina Michell-BankiTambin conocida como turbina de Flujo Cruzado, (Cross-Flow), de Flujo Transversal, Michell y Michell-Ossberger. Es una turbina de accin, de entrada radial, de admisin parcial y de flujo transversal.Pueden operar en amplios intervalos de caudal fuera del punto ptimo, teniendo una variacin suave de su eficiencia.

su construccin es simple y puede ser construida en pequeos talleres.

Debido a su simplicidad de construccin y funcionamiento, para bajas cadas, es la turbina que presenta los menores costos iniciales, de operacin y de mantenimiento.

Son turbinas que se adaptan muy bien para ser usadas en el medio rural y en centrales Hidroelctricas pequeas. Caractersticas

Elementos de una turbina Michell-Banki

Turbina Francis Inventada por Bicheno Francis aproximadamente en 1850.

Son turbinas centrpetas de reaccin y de admisin total.

Son utilizadas en medianas y bajas alturas y en caudales intermedios.

Actualmente su rendimiento mximo llega a superar 95%.

Funcionamiento de una turbina Francis

Elementos de una turbina Francis

Voluta

Distribuidor

Rotor

Tubo de succin

Turbina Kaplan Inventada por Vctor Kaplan en 1912.

Son turbinas de reaccin, de alabes orientables.

Utilizadas en pequeas alturas y grandes caudales.

Son las turbinas mas econmicas para medianas y grandes potencias.

Actualmente su rendimiento mximo llega a superar 95%.

Funcionamiento de una turbina Kaplan

Elementos de una turbina KaplanRotorTubo de succinDistribuidorEje

Rotor

Turbina BulboLlamadas tambin turbinas Kaplan modificadas.

Ocupan menos espacio que estas debido a que no tienen la caja espiral y la parte vertical del tubo de succin.

Utilizadas en alturas muy pequeas, donde no es posible utilizar las turbinas Kaplan.

Son ideales para aplicarlas en centrales mareomotrices.

Detalles constructivos

Turbinas elicas

Elementos de un turbina elica

TEORA DE TURBO BOMBAS

ALTURA TIL (H)Generalmente los trminos y son despreciables

As que podemos escribir:

Ze

Zs

Ps

Vs

Ps

Vs

Brida de salida

Brida de entrada

CAUDAL DE LA BOMBA (Q)

est definida como el volumen de fluido que en la unidad de tiempo atraviesa la brida de entrada (o de salida) de la bomba.

RENDIMIENT TOTAL DE LA BOMBAse define como el cociente entre la energa til cedida al fluido en la unidad de tiempo y la potencia del eje (n)

CURVAS CARACTERISTICAS DE LAS BOMBAS

SIMILITUD DE BOMBASdos bombas son geomtricamente smiles cuando el cociente entre longitudes correspondientes de las dos bombas se encuentra siempre el mismo valor que llamamos relacin de similitud geomtrica.dos bombas operan con campos de velocidades smiles cuando el cociente entre velocidades (absoluta, relativa, de arrastre) correspondientes se encuentra siempre el mismo valor.dos bombas geomtricamente smiles tienen iguales rendimientos (volumtrico, hidrulico y orgnico)

BOMBA QUE OPERA EN DISTINTAS ROTACIN

n2

H

Q

n1

n2 >n1

NMERO DE VUELTAS ESPECFICO

Dos bombas geomtricamente smiles que operan con campos de velocidades smiles, TIENEN EL MISMO VALOR DE NMERO DE VUELTAS ESPECFICO ne

CAVITACINFenmeno que se da por la formacin de burbujas de vapor en las zonas de baja presin de la bomba (o turbina); que al seguir la corriente, en las zonas de mayor presin, condensa violentamente.

La pronta condensacin de las gotas produce un terrible martilleo sobre la superficie del labe, fuertes vibraciones y tambin un calentamiento local que en combinacin origina la erosin y corrosin que en poco tiempo provocan la destruccin del labe

NET POSITIVE SUCTION HEAD (NPSH) para que no haya cavitacin tiene que ser:NET POSITIVE SUCTION HEAD REQUERIDO POR LA BOMBANET POSITIVE SUCTION HEAD DISPONIBLE

BOMBA

Son presiones absolutas

Constante

TEORA DE TURBINAS HIDRAULICAS

RENDIMIENT TOTAL DE LA TURBINASe define como el cociente entre la potencia del eje (N) y la potencia hidrulica cedida por el fluido.

SIMILITUD EN TURBINASdos turbinas geomtricamente smiles cuando el cociente entre dos longitudes correspondientes de las dos turbinas se encuentra siempre el mismo valor que llamamos relacin de similitud geomtrica.dos turbinas operan con campos de velocidades smiles cuando el cociente entre dos velocidad (absoluta, relativa, de arrastre) correspondientes a los dos campos se encuentra siempre el mismo valor.dos turbinas geomtricamente smiles tienen iguales rendimientos (volumtrico, hidrulico y orgnico)

NMERO DE VUELTAS ESPECFICO

Dos turbinas geomtricamente smiles que operan con campos de velocidades smiles, TIENEN EL MISMO VALOR DE NMERO DE VUELTAS ESPECFICO ne y ns.

Campo de Aplicacin de la Turbinas hidrulicas

Campo de Aplicacin de la Turbinas hidrulicas

Grado de reaccin

El grado de reaccin establece si existe variacin de presin a travs del rotor de la turbina.

Este parmetro es el cociente entre la altura de presin del rotor y la altura total. Donde:r: Grado de reaccinHp: Altura de presinHe: Altura de Euler

Clasificacin de las turbinas hidrulicas segn el grado de reaccin

Turbinas de accin Turbinas de reaccin.

Turbinas de accin

Son aquellas en que el grado de reaccin es cero (r =0). Esto quiere decir que en este tipo de turbinas no ocurre variacin de presin a travs del rotor.

Las turbinas de accin no presentan tubo de succin.

Entre estas turbinas tenemos: las turbinas Pelton, Michell-Banki y Turgo.

Turbinas de reaccin

En estas turbinas el grado de reaccin es diferente de cero, Esto quiere decir que hay variacin de presin a travs del rotor.

Las turbinas de reaccin en la mayora de los casos presentan tubo de succin.

Entre estas turbinas tenemos: las turbinas Francis, Kaplan, Deriaz, Bulbo entre otras.