TURBOMÁQUINAS

Generalidades

Definición.-

Una turbomáquina es una máquina cuyo

elemento principal es un rodete (rotor) a través

del cual pasa un fluido de forma continua,

cambiando éste su cantidad de movimiento

por acción de la máquina, dándose así una

transferencia de energía entre la máquina y el

fluido, la cual puede ser en sentido máquina-

fluido o fluido-máquina.

Campos que intervienen en el

estudio de las turbomáquinas

De las ruedas a las turbinas 1

Parent (1666 - 1716), físico y matemático de

París estudió por primera vez el

funcionamiento de la rueda hidráulica, en su

trabajo nos dice que existe una relación

optima entra la velocidad de la rueda y la

velocidad de la corriente de agua.

En la siguiente figura podemos apreciar los

principales tipos de ruedas hidráulicas que no

solo aprovechan la energía cinética sino

también la variación de cantidad de

movimiento.

De las ruedas a las turbinas 2

a) Rueda gravitatoria pura (Alimentación

superior

b) Alimentación latera

c) De paletas planas

d) De impulsión inferior

e) De paletas de

alimentación inferior

f) Turbina Banki

Transición Cronológica

En 1754 se publica la teoría de las maquinas de reacción por Euler donde desarrolla por primera vez la ecuación fundamental de las turbomáquinas.

Claude Burdin (1790 - 1873) introduce la palabra “TURBINA” como tal, en su memoria “Teoría de turbinas hidráulicas o maquinas rotatorias de gran velocidad” Esta palabra viene del griego turbo-inem que significa rotación o giro.

Fourneyron (1802 - 1867) discípulo de Burdin logra construir la primer turbina hidráulica

Varias:1837 existen las de Henshel y Jonval que compiten directamente con las de Fourneyron, la turbina de Fontaine y la famosa Girard desarrollada en 1851 (Turbina de acción de inyección total).

1905 Existen turbinas de hasta 7.36 MWats, girando a una velocidad de 250 RPM (Turbinas Francis Gemelas)

1915 Creación de la turbina Kaplan

1914 Creación de la turbina Turgo

1918 Creación de la turbina Bankai

1950 Aparece la turbina Deriaz

1970 Aparece la turbina Bulbo

Clasificación

Partes de una turbomáquina

Partes rotativas

Rotor: es el corazón de toda turbomáquina y el

lugar donde aviene el intercambio energético con

el fluido. Está constituido por un disco que

funciona como soporte a los álabes.

Eje o árbol: Tiene la doble función de trasmitir

potencia (desde o hacia el rotor) y ser el soporte

sobre el que yace el rotor.

Partes de una turbomáquina

Partes estáticas

Entradas y Salidas: son comunes en todas las turbomáquinas, pero pueden variar de forma y geometría entre todas

Álabes directores: son fijos al estator, por los cuales pasa el fluido de trabajo antes o después de pasar al rotor a realizar el intercambio energético.

Cojinetes, rodamientos o rolineras: Son elementos de máquina que permiten el movimiento del eje mientras lo mantienen solidario a la máquina

Sellos: Son dispositivos que impiden la salida del fluido de la turbomáquina

Partes de una turbomáquina

Ecuación fundamental de las

turbomáquinas: Ecuación de

Euler1 Cuando el fluido de trabajo pasa a través de la

turbomáquina la naturaleza del intercambio de energía es muy compleja debido a la cantidad de procesos termodinámicos irreversibles que ocurren, además de la naturaleza complicada y muchas veces caótica del movimiento del fluido en el seno del rotor. Para obtener una primera consideración de este intercambio energético se deben hacer consideraciones teóricas sobre la naturaleza del fluido y su comportamiento a través del roror, esto con la finalidad de simplificar el modelado matemático del fluido en su paso por el rotor.

Ecuación fundamental de las

turbomáquinas: Ecuación de

Euler2 El fluido que pasa por el rotor es un fluido potencial.

Todas las lineas de corriente tienen la misma forma que cada uno de los álabes o paletas del rotor, esto sería equivalente a decir que el rotor tiene un "infinito" número de álabes.

Las características del régimen de flujo no varían en el tiempo, es decir, el flujo se encuentra completamente desarrollado, o en otras palabras, nos encontramos en régimen permanente.

Una vez declaradas estas simplificaciones podemos aludir a las leyes de conservación de la mecánica y a la ecuación de transporte de Reynolds de manera sencilla; pero dependiendo de la trayectoria del flujo de fluido a través del rotor las formulaciones serán distintas

Formas de la ecuación de Euler

Consideraciones

Grado de Reacción

Rendimiento de las

Turbomáquinas

Pérdidas:

Eabsorbida − Eentregada = Eperdida

Potencia:

Nabsorbida − Nentregada = Nperdida

Conclusiones

La aplicabilidad de las turbomáquinas es muy

amplio en la industria, en varias máquinas y

equipos, aviones, etc. y en la actualidad es útil

para la generación de energía eólica.

A partir de las turbomáquinas de gran

capacidad se ha logrado obtener un proceso

limpio para la generación eléctrica y es en

este rubro donde las turbinas cumplen su

función principal.