Turbinas
Páginas: 25 (6184 palabras)
Publicado: 29 de mayo de 2011
TEORIA GENERAL DE LAS TURBOMAQUINAS
1.1 MAQUINAS HIDRÁULICAS
Una máquina es un dispositivo que produce movimiento. En general, se busca que la máquina haga girar un eje o flecha, de manera que ésta accione algún dispositivo mecánico, ó eléctrico .
Cuando la máquina es accionada por la fuerza del agua o transmite a ella su energía se dice que es una máquina hidráulica. En primer caso sehabla de una turbina y en el segundo caso de una bomba, que son los dos tipos clásicos de máquinas hidráulicas. Al ser accionadas por la energía del agua, las turbinas producen energía mecánica que es transformada en eléctrica al trasmitir su movimiento a un generador. Las bombas, por su parte, reciben energía mecánica originada en la mayoría de los casos por un motor eléctrico y crean una cargasuficiente para impulsar el gasto deseado en el proyecto. En al figura 1.1 se indican esquemáticamente estos principios.
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Figura 1.1 Principios generales de las turbomaquinas. Tomado de Gardea,1992
1.2 ANTECEDENTES HISTÓRICOS.
Las primeras turbinas hidráulicas fueron ruedas accionadas por corriente natural y empezaron a utilizarse unos 3000 años a.:C: para transmitir su energía mecánicaa molinos de trigo. Estas ruedas se usaron en Egipto, India, China, Siria y, posteriormente, en Grecia y Roma.
Por lo que se refiere a los mecanismos para elevar agua (bombas), es posible que el primero con utilidad práctica haya sido el tornillo de Arquímedes que data de unos 250 años a.C. Unos 100 años más tarde, apareció la primera turbina de vapor, inventada por Herón de Alejandría y quepor cierto no tuvo ninguna aplicación.
Posteriormente, en el siglo VI aparecieron en Europa los molinos de viento y no hubo nada nuevo durante 12 siglos, hasta que en 1730, el matemático suizo Daniel Bernoulli impulsó la hidrodinámica con su conocido teorema, y Leonardo Euler en 1750 explicó matemáticamente el mecanismo de transmisión de la energía hidráulica a las máquinas e introdujo elconcepto de cavitación.
La primera turbina, del tipo de las que conocemos ahora, fue diseñada por el investigador alemán Andreas Segner en 1750, quién probablemente se inspiró en la turbina de Herón. Sin embargo, el primer diseño practico de una turbina de reacción fue presentada en 1833 por el ingeniero francés Benoit Fourneyron. Se trataba de una máquina diseñada para una carga de 108 m. Potenciade 48 CV y velocidad de giro de 2300 r.p.m. Fourneyron se basó en las ideas de su maestro Claude Burdin, quien era un teórico brillante, aunque le faltaba la habilidad de constructor. Asimismo, a Burdin se debe el termino turbina.
Por último, es esencial destacar a tres inventores fundamentales: James B. Francis (inglés), Lester A. Pelton (E.U.A) y Victor Kaplan (Checo), quienes presentarondiseños de los tres tipos clásicos de turbinas en 1847,1889 y 1914, respectivamente. Hasta la fecha, sus diseños son utilizados por los fabricantes, quienes han introducido obviamente algunas mejoras, pero conservando las ideas originales. En el tabla 1.1 se presenta una cronología de la evolución de la maquinas hidráulicas.
1.3 POTENCIA Y ENERGIA
Para caracterizar un aprovechamientoenergético es indispensable indicar su potencia y la energía que produce durante determinado tiempo. Este hecho reviste aún mayor importancia en el caso particular de las centrales hidroeléctricas, debido a que en ellas, la energía producida tiene un valor prácticamente invariable, mientras que su potencia puede ser afectada por otras características del sistema.
Para entender esto, es importanteestablecer un análisis más detallado que nos muestre las implicaciones que se derivan de los supuestos físicos que se presentan.
En la figura 1.2 se presenta una partícula de peso W que sigue una trayectoria del punto 1 al 2. El trabajo desarrollado por dicha partícula al desplazarse una distancia (ds ( es el producto escalar
[pic]= (W(((s(cos( (1.1)
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Tabla 1.1...
1.1 MAQUINAS HIDRÁULICAS
Una máquina es un dispositivo que produce movimiento. En general, se busca que la máquina haga girar un eje o flecha, de manera que ésta accione algún dispositivo mecánico, ó eléctrico .
Cuando la máquina es accionada por la fuerza del agua o transmite a ella su energía se dice que es una máquina hidráulica. En primer caso sehabla de una turbina y en el segundo caso de una bomba, que son los dos tipos clásicos de máquinas hidráulicas. Al ser accionadas por la energía del agua, las turbinas producen energía mecánica que es transformada en eléctrica al trasmitir su movimiento a un generador. Las bombas, por su parte, reciben energía mecánica originada en la mayoría de los casos por un motor eléctrico y crean una cargasuficiente para impulsar el gasto deseado en el proyecto. En al figura 1.1 se indican esquemáticamente estos principios.
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Figura 1.1 Principios generales de las turbomaquinas. Tomado de Gardea,1992
1.2 ANTECEDENTES HISTÓRICOS.
Las primeras turbinas hidráulicas fueron ruedas accionadas por corriente natural y empezaron a utilizarse unos 3000 años a.:C: para transmitir su energía mecánicaa molinos de trigo. Estas ruedas se usaron en Egipto, India, China, Siria y, posteriormente, en Grecia y Roma.
Por lo que se refiere a los mecanismos para elevar agua (bombas), es posible que el primero con utilidad práctica haya sido el tornillo de Arquímedes que data de unos 250 años a.C. Unos 100 años más tarde, apareció la primera turbina de vapor, inventada por Herón de Alejandría y quepor cierto no tuvo ninguna aplicación.
Posteriormente, en el siglo VI aparecieron en Europa los molinos de viento y no hubo nada nuevo durante 12 siglos, hasta que en 1730, el matemático suizo Daniel Bernoulli impulsó la hidrodinámica con su conocido teorema, y Leonardo Euler en 1750 explicó matemáticamente el mecanismo de transmisión de la energía hidráulica a las máquinas e introdujo elconcepto de cavitación.
La primera turbina, del tipo de las que conocemos ahora, fue diseñada por el investigador alemán Andreas Segner en 1750, quién probablemente se inspiró en la turbina de Herón. Sin embargo, el primer diseño practico de una turbina de reacción fue presentada en 1833 por el ingeniero francés Benoit Fourneyron. Se trataba de una máquina diseñada para una carga de 108 m. Potenciade 48 CV y velocidad de giro de 2300 r.p.m. Fourneyron se basó en las ideas de su maestro Claude Burdin, quien era un teórico brillante, aunque le faltaba la habilidad de constructor. Asimismo, a Burdin se debe el termino turbina.
Por último, es esencial destacar a tres inventores fundamentales: James B. Francis (inglés), Lester A. Pelton (E.U.A) y Victor Kaplan (Checo), quienes presentarondiseños de los tres tipos clásicos de turbinas en 1847,1889 y 1914, respectivamente. Hasta la fecha, sus diseños son utilizados por los fabricantes, quienes han introducido obviamente algunas mejoras, pero conservando las ideas originales. En el tabla 1.1 se presenta una cronología de la evolución de la maquinas hidráulicas.
1.3 POTENCIA Y ENERGIA
Para caracterizar un aprovechamientoenergético es indispensable indicar su potencia y la energía que produce durante determinado tiempo. Este hecho reviste aún mayor importancia en el caso particular de las centrales hidroeléctricas, debido a que en ellas, la energía producida tiene un valor prácticamente invariable, mientras que su potencia puede ser afectada por otras características del sistema.
Para entender esto, es importanteestablecer un análisis más detallado que nos muestre las implicaciones que se derivan de los supuestos físicos que se presentan.
En la figura 1.2 se presenta una partícula de peso W que sigue una trayectoria del punto 1 al 2. El trabajo desarrollado por dicha partícula al desplazarse una distancia (ds ( es el producto escalar
[pic]= (W(((s(cos( (1.1)
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Tabla 1.1...
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