Tobera convergente

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1 Capítulo I

CAPITULO I INTRODUCCIÓN A LAS TURBOMAQUINAS 1.1 RESEÑA HISTORICA DE LAS MÁQUINAS DE FLUIDOS Máquinas notables como el tornillo de Arquímedes y el motor de Herón han llegado a nosotros en varias formas modificadas a partir de los tiempos muy antiguos. La invención del tornillo de Arquímedes se atribuye generalmente a Arquímedes de Alejandría (287 – 212 a.C.), y se piensa que laidea vino a él en una visita a Egipto. Sin embargo, el principio de base del tornillo de Arquímedes existió probablemente en una forma más primitiva en Egipto antiguo. Este tipo de tornillo, conocido para los romanos como el Cocleon, obsérvese figura 1.1, fue utilizado para levantar el agua del Nilo. Vitruvius nos ha dado la única descripción de la supervivencia del tornillo de la antigüedad (Simms,1995). Él indicó que el ángulo del tornillo debe ser 37° para el funcionamiento óptimo y el ángulo máximo debe ser 45°.

Figura 1.1 Tornillo egipcio o de Arquímedes y motor de Herón.

Los hombres que caminaban en las grapas fijadas alrededor de la cáscara externa del tornillo suministraron la fuerza rotatoria necesaria para hacer funcionar los primeros tornillos de Arquímedes. De la mismaforma, porque la segunda máquina que una cierta evidencia sugiere que sea dudoso que la invención real del motor o del Aeoliphile, el precursor del héroe de la turbina de vapor, se puede atribuir directamente al héroe de Alejandría (alguna vez después de 150 A.C.). Sin embargo, el héroe era inventor prolífico, y sus invenciones incluyeron un órgano de accionamiento hidráulico, abrelatas automáticos deaccionamiento hidráulico de la puerta, prensas para las uvas y el aceite de oliva, una máquina del tornillo-corte, y una ballesta. Todas estas invenciones se describen en su trabajo Pneumatica. Los romanos utilizaron tales sistemas para que el agua de bombeo fuera de minas no ferrosas, y las minas de cobre y similares. En el museo alemán en Munich es un grabado de un sistema de tornillos deArquímedes que bombean el agua de
Ing. Fernando Aular

2 Capítulo I

una mina del plomo en A. C. 200 (Klemm, 1959). El agua fue bombeada desde una profundidad de 200 m, con cada tornillo pudiendo levantar el agua con una altura de 1.5 M. El tornillo de Arquímedes o tornillo egipcio es un dispositivo de cavidad progresiva. Obsérvese figura 1.2. Aunque los usos principales fueran originalmente paralevantar el agua (y aún permanece hoy en el Oriente Medio), estos dispositivos eran también utilizados para mover el material polvoriento o granular sólido, tal como granos y fibras. Los flujos materiales o son cargados por la tolva en la entrada giratoria y progresan secuencialmente por una serie de pasos. Los pasos son, en efecto, los compartimientos móviles. En épocas egipcias y romanas, losmotores eran originalmente seres humanos o animales.

Figura 1.2 Tornillo de Arquímedes.

El motor de Herón es una turbina de vapor. Aunque por estándares modernos, sea un dispositivo impráctico, altamente ineficaz, en este se demuestra los principios fundamentales de una turbina de vapor moderna. El tambor esférico, contiene el agua y es calentado por un fuego de madera debajo. Las ebullicionesdel agua, dando vueltas en el vapor hacen que este salga a través de las toberas colocadas simétricamente en cada lado del tambor. La tasa de cambio del ímpetu hace que una fuerza actué en la dirección opuesta en cada tobera. El esfuerzo de torsión resultante hace el tambor girar. Obsérvese figura 1.3.

Ing. Fernando Aular

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Figura 1.3 Motor de Herón.

La preocupaciónprincipal de los romanos con respecto a las máquinas hidráulicas estaba relacionada con llevar agua a partir de una localización a otros sistemas de abastecimiento de agua del imperio. Esto fue realizado de manera vertical, usando diversas formas de tornillos de Arquímedes o egipcios u horizontalmente usando los acueductos o las pipas. Las llaves de paso y los grifos no fueron utilizados, y el agua...
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