118462
Páginas: 198 (49254 palabras)
Publicado: 18 de diciembre de 2015
ANÁLISIS Y CONSTRUCCIÓN DE UNA TURBINA TESLA
JESSICA GISSELLA MARADEY LÁZARO
ORLANDO PARDO URIBE
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICO – MECÁNICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
BUCARAMANGA
2005
1
ANÁLISIS Y CONSTRUCCIÓN DE UNA TURBINA TESLA
JESSICA GISSELLA MARADEY LÁZARO
ORLANDO PARDO URIBE
Trabajo de Grado para optar al título de
INGENIERO MECÁNICO
DirectorOMAR ARMANDO GELVEZ AROCHA
Ingeniero Mecánico
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICO – MECÁNICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
BUCARAMANGA
2005
2
3
AGRADECIMIENTOS
A Dios, por haber permitido la culminación exitosa de este proyecto, por su amor,
paciencia e infinito poder.
A mi madre, Leonor, por todo su derroche de fuerza, ganas, positivismo,
entusiasmo, consejos, amory entrega.
A mi padre, Tomás, por todo el apoyo y el esfuerzo para logro de mis metas y por
esa fé incondicional en mí.
Los Amo con todo mi corazón.
A mi tío Juan Francisco Maradey, por sus consejos, por sus votos de confianza,
por ser mi guía y mentor. Gracias por estar ahí siempre! Este logro lo comparto
contigo. Gracias, mil Gracias!
A mi tía Esperanza, a Paulita, a Alvarito, por susrecomendaciones, oraciones y
preocupación. Gracias por su cariño y su incondicionalidad.
A mis demás familiares y amigos, gracias por todas sus oraciones, su compañía,
tiempo, paciencia, comprensión y lealtad.
A Omar Gélvez Arocha, ingeniero mecánico, director del proyecto y amigo, por su
respaldo, consejos, confianza y colaboración oportuna.
A Adipack Ltda, por toda la ayuda, el apoyo, el tiempo, parallevar a cabo en la
etapa de construcción de este proyecto.
A todos los llevo en el corazón. Gracias.
Jessica Gissella Maradey Lázaro.
4
AGRADECIMIENTOS
A mis padres Salomón Pardo y María Celina Uribe por su apoyo incondicional.
A Omar Gélvez Arocha, ingeniero mecánico, director del proyecto por guiarnos y
llevarnos a la culminación exitosa de este proyecto.
Al Ingeniero Julio Jimenez por suasesoria.
A la empresa Adipack Ltda y al señor Eduardo Pardo por su apoyo para la
construcción de este proyecto.
Orlando Pardo Uribe.
5
CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN
18
1. TURBINAS DE VAPOR
20
1.1 HISTORIA
21
1.2 PRINCIPIOS BÁSICOS DE FUNCIONAMIENTO
22
1.3 CICLO TERMODINÁMICO DEL VAPOR
23
1.4 CLASIFICACIÓN DE LAS TURBINAS DE VAPOR
27
1.4.1 Turbinas de acción
27
1.4.2 Turbinas dereacción
32
1.4.3 Turbinas de acción y reacción (mixtas).
32
1.5 ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN UNA TURBINA DE VAPOR
34
1.5.1 Carcaza o cilindro
34
1.5.2 Ejes y rodetes
37
1.5.3 Alabes
40
1.5.4 Sistema de sellos
44
1.5.5 Émbolo de compensación
51
1.5.6 Toberas
51
1.5.7 Sistema de regulación
52
1.5.8 Cojinetes de apoyo
54
1.5.9 Aislamiento de la turbina
55
1.5.10 Acoples
55
2. LATURBINA TESLA
57
2.1 ANTECEDENTES
57
2.2 NIKOLA TESLA
57
2.3 HISTORIA DE LA TURBINA
60
2.4 PRINCIPIOS DE OPERACIÓN
67
2.5 DESEMPEÑO DE LA TURBINA TESLA
69
6
2.5.1 Caracterización del Flujo
77
2.5.2 Pérdidas
78
2.6 VENTAJAS DE LA TURBINA TESLA
81
2.7 DESVENTAJAS DE LA TURBINA TESLA
84
2.8 MÁQUINAS TIPO TESLA ACTUALES
85
3. ANÁLISIS TEÓRICO DE LA TURBINA TESLA
91
3.1 FLUJOVISCOSO LAMINAR
91
3.1.1 Ecuacion de movimiento de navier-stokes
91
3.1.1 Condiciones iniciales y en la frontera
92
3.2 APLICACIONES DE LA ECUACIÓN DE NAVIER-STOKES
94
3.2.1 Flujo Plano de Couette
94
3.3 CAPAS LÍMITE LAMINARES
97
3.3.1 Aproximación en la capa limite
98
3.3.2 Capa límite en un punto de estancamiento
101
3.3.3 Separación de la capa límite
102
3.4 ANÁLISIS TEÓRICO DE LATURBINA TESLA
104
4. CONSTRUCCIÓN DE UNA TURBINA TESLA
113
4.1 ELEMENTOS QUE COMPONEN EL SISTEMA PROPUESTO
114
4.1.1 Turbina tesla
114
4.1.2 Caja de rodamientos
143
4.1.3 Freno prony
158
4.2 ENSAMBLE FINAL
159
5. MEDICIÓN Y PRUEBAS DE LABORATORIO
161
CONCLUSIONES
170
RECOMENDACIONES
173
BIBLIOGRAFÍA
175
ANEXOS
179
7
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Ciclo de Operación...
JESSICA GISSELLA MARADEY LÁZARO
ORLANDO PARDO URIBE
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICO – MECÁNICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
BUCARAMANGA
2005
1
ANÁLISIS Y CONSTRUCCIÓN DE UNA TURBINA TESLA
JESSICA GISSELLA MARADEY LÁZARO
ORLANDO PARDO URIBE
Trabajo de Grado para optar al título de
INGENIERO MECÁNICO
DirectorOMAR ARMANDO GELVEZ AROCHA
Ingeniero Mecánico
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICO – MECÁNICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
BUCARAMANGA
2005
2
3
AGRADECIMIENTOS
A Dios, por haber permitido la culminación exitosa de este proyecto, por su amor,
paciencia e infinito poder.
A mi madre, Leonor, por todo su derroche de fuerza, ganas, positivismo,
entusiasmo, consejos, amory entrega.
A mi padre, Tomás, por todo el apoyo y el esfuerzo para logro de mis metas y por
esa fé incondicional en mí.
Los Amo con todo mi corazón.
A mi tío Juan Francisco Maradey, por sus consejos, por sus votos de confianza,
por ser mi guía y mentor. Gracias por estar ahí siempre! Este logro lo comparto
contigo. Gracias, mil Gracias!
A mi tía Esperanza, a Paulita, a Alvarito, por susrecomendaciones, oraciones y
preocupación. Gracias por su cariño y su incondicionalidad.
A mis demás familiares y amigos, gracias por todas sus oraciones, su compañía,
tiempo, paciencia, comprensión y lealtad.
A Omar Gélvez Arocha, ingeniero mecánico, director del proyecto y amigo, por su
respaldo, consejos, confianza y colaboración oportuna.
A Adipack Ltda, por toda la ayuda, el apoyo, el tiempo, parallevar a cabo en la
etapa de construcción de este proyecto.
A todos los llevo en el corazón. Gracias.
Jessica Gissella Maradey Lázaro.
4
AGRADECIMIENTOS
A mis padres Salomón Pardo y María Celina Uribe por su apoyo incondicional.
A Omar Gélvez Arocha, ingeniero mecánico, director del proyecto por guiarnos y
llevarnos a la culminación exitosa de este proyecto.
Al Ingeniero Julio Jimenez por suasesoria.
A la empresa Adipack Ltda y al señor Eduardo Pardo por su apoyo para la
construcción de este proyecto.
Orlando Pardo Uribe.
5
CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN
18
1. TURBINAS DE VAPOR
20
1.1 HISTORIA
21
1.2 PRINCIPIOS BÁSICOS DE FUNCIONAMIENTO
22
1.3 CICLO TERMODINÁMICO DEL VAPOR
23
1.4 CLASIFICACIÓN DE LAS TURBINAS DE VAPOR
27
1.4.1 Turbinas de acción
27
1.4.2 Turbinas dereacción
32
1.4.3 Turbinas de acción y reacción (mixtas).
32
1.5 ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN UNA TURBINA DE VAPOR
34
1.5.1 Carcaza o cilindro
34
1.5.2 Ejes y rodetes
37
1.5.3 Alabes
40
1.5.4 Sistema de sellos
44
1.5.5 Émbolo de compensación
51
1.5.6 Toberas
51
1.5.7 Sistema de regulación
52
1.5.8 Cojinetes de apoyo
54
1.5.9 Aislamiento de la turbina
55
1.5.10 Acoples
55
2. LATURBINA TESLA
57
2.1 ANTECEDENTES
57
2.2 NIKOLA TESLA
57
2.3 HISTORIA DE LA TURBINA
60
2.4 PRINCIPIOS DE OPERACIÓN
67
2.5 DESEMPEÑO DE LA TURBINA TESLA
69
6
2.5.1 Caracterización del Flujo
77
2.5.2 Pérdidas
78
2.6 VENTAJAS DE LA TURBINA TESLA
81
2.7 DESVENTAJAS DE LA TURBINA TESLA
84
2.8 MÁQUINAS TIPO TESLA ACTUALES
85
3. ANÁLISIS TEÓRICO DE LA TURBINA TESLA
91
3.1 FLUJOVISCOSO LAMINAR
91
3.1.1 Ecuacion de movimiento de navier-stokes
91
3.1.1 Condiciones iniciales y en la frontera
92
3.2 APLICACIONES DE LA ECUACIÓN DE NAVIER-STOKES
94
3.2.1 Flujo Plano de Couette
94
3.3 CAPAS LÍMITE LAMINARES
97
3.3.1 Aproximación en la capa limite
98
3.3.2 Capa límite en un punto de estancamiento
101
3.3.3 Separación de la capa límite
102
3.4 ANÁLISIS TEÓRICO DE LATURBINA TESLA
104
4. CONSTRUCCIÓN DE UNA TURBINA TESLA
113
4.1 ELEMENTOS QUE COMPONEN EL SISTEMA PROPUESTO
114
4.1.1 Turbina tesla
114
4.1.2 Caja de rodamientos
143
4.1.3 Freno prony
158
4.2 ENSAMBLE FINAL
159
5. MEDICIÓN Y PRUEBAS DE LABORATORIO
161
CONCLUSIONES
170
RECOMENDACIONES
173
BIBLIOGRAFÍA
175
ANEXOS
179
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LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Ciclo de Operación...
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