Turbomaquinas

10. TURBOMÁQUINAS

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UNIVERSIDAD DE OVIEDO
Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón 3er curso Ingeniería Industrial Curso 2005-06

Mecánica de Fluidos

10. TURBOMÁQUINAS.

José González Pérez Julián Martínez de la Calle Área de Mecánica de Fluidos Gijón enero 2006

_________________________________________________________________________________________________________________ Apuntes de Mecánica de Fluidos JMC 06

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10. TURBOMÁQUINAS.
10.1. Definición y clasificación general. 10.2 Ecuación fundamental de turbomáquinas: Ec. de Euler. 10.3. Turbomáquinas hidráulicas. 10.4. Turbomáquinas térmicas. 10.5 Curvas características. 10.6 Problemas resueltos.

10.1.- Definición y clasificación general.
10.1.1.- Definición de Turbomáquinas.Las turbomáquinas son equipos diseñados para conseguir un intercambio energético entre un fluido (que pasa a su través de forma continua) y un eje de rotación, por medio del efecto dinámico de una o varias coronas de álabes (fijos y/o móviles). Los nombres que reciben las coronas fijas y móviles son, respectivamente, rotor (rodete, impulsor o hélice, según el tipo de máquina) y estator (voluta ocarcasa, según el caso). Se diferencian de las máquinas de desplazamiento positivo en que existe continuidad entre el fluido que entra y, por tanto, el intercambio energético se produce de forma continua. El estudio de las turbomáquinas ha progresado mucho en las últimas décadas, pasando a ser un campo tecnológico multidisciplinar y de grandes innovaciones debido al creciente interés por lainvestigación del flujo en el interior de los distintos equipos. En la figura 10.1 se muestra un panorama cualitativo de los campos científico-técnico que intervienen en el estudio de las turbomáquinas.

MECÁNICA DE FLUIDOS

Termodinámica y transferencia de calor

Ciencia de los materiales

Turbomáquinas:
a) Investigación b) Desarrollo c) Diseño d) Construcción e) Mantenimiento Matemáticasaplicadas

Acústica

Mecanización industrial

Mecánica del sólido y análisis de vibraciones

Control eléctrico

Desarrollos informáticos

Figura 10.1.- Campos científico-técnicos y etapas en el estudio de las turbomáquinas.

Las variables básicas que intervienen en el estudio de turbomáquinas son también numerosas y se pueden agrupar en las siguientes categorías: Variables geométricas(diámetros, ángulos, espesores, huelgos,...). Variables mecánicas (par, velocidad de giro, potencia en el eje, esfuerzos,...). Variables fluidodinámicas (presión, velocidad, caudal, temperatura, densidad, viscosidad,…) La definición general presentada se matizará para cada tipo de turbomáquina al presentarse la clasificación de las mismas en el próximo apartado. En cualquier caso, se debe señalaraquí que las turbomáquinas más comunes son las bombas, los compresores, los ventiladores y las turbinas.

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_____________________________________________________ Apuntes de Mecánica de Fluidos JMC 06

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10.1.2.- Clasificación general de las turbomáquinas. En la figura 10.2 se muestra la clasificación generalde las turbomáquinas. A continuación se detallan y especifican cada uno de los criterios y diferencias existentes. Para ello se debe tener presente el proceso global de intercambio de energía en el rodete de una turbomáquina, descrito en el apartado anterior.

⎧ ⎧ ⇒ Bombas. ⎧ Aumento de presión ⎪ ⎪ ⎪ Generadoras ⎨Aumento de energía potencial ⇒ Tornillo de Arquímedes. ⎪ ⎪ ⎪Generación de energíacinética ⇒ Hélices (marinas). ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ Hidráulicas (Flujo incompresible) ⎨ ⎪ ⎪ ⇒ Turbinas Pelton (Acción). ⎧ Disminución de energía cinética ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎧Turbinas Kaplan (Axiales). ⎪ ⎪ ⎪ Receptoras ⎨ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ Disminución de presión ⎨Turbinas Francis (Centrífugas y mixtas). ⎪ ⎪Turbinas de flujo cruzado (Ossberger). ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎩ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ Turbomáquinas ⎨ ⎪ ⎪ ⎪ ⎧ ⇒ Ventiladores (∆P ≤ 7 kPa). ⎧...