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Definir, ¿qué entiende por turbina de impulso? Representar en un

diagrama T-S el proceso de expansión de una turbina de impulso para el

caso de una transformación ideal y una real.

Una turbina de impulso, es aquella en la cual toda la caída de presión del gas ocurre en laspalas fijas (estator). Lo único que hace el rotor es cambiar la dirección de la velocidad relativa

pero no su magnitud, entonces no hay cambio de presión o entalpía en el rotor.

Toda la energía disponible es convertida en energía cinética en la tobera (estator) alcanzando

la presión estática más baja posible.

Indique, ¿cuándo en el punto de diseño de una turbina de impulso puro

(ideal) el grado de reacción es negativo? Justifique.

Nunca. En la teoría de impulso el grado de reacción es cero, entonces la variación de presión

en el rotor vale cero.

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¿Cuanto debe valer el ángulo que forma la velocidad absoluta del fluido

que incide sobre el rotor, respecto a la dirección tangencial en una

turbina de impulso para obtener la eficiencia máxima en el caso de palas

simétricas? Para este caso indique cuánto vale el torque.

La eficiencia será máxima si tenemos un ángulo de tobera igual a cero ( =0 por lo tanto v2//vb)

con fluido sin fricción y una relación de velocidades ; con palas

simétricas .

Donde:

n = Relación de velocidades.

Vb = Velocidad tangencial de punta de pala.

V2 = Velocidad absoluta del flujo en la salida de la tobera.

= Ángulo de tobera.

2 = Ángulo de entrada del flujo, en las palas del rotor.

3 = Ángulo de salida del flujo, en las palas del rotor.

Luego la pérdida de salida es cero, la velocidad axial de entrada es cero y por lo tanto no existe

flujo de gas.

El torque o fuerza sobre la pala será:

Donde:

= Caudal en peso de aire.

V = Velocidad de rotación del fluido.

El flujo es paralelo a Vb por lo tanto no hay torque.

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Dibujar el triángulo de velocidades e indicar el para los casos:

A.  Eficiencia de la pala ( b) igual a cero (n=0).

B.  Eficiencia de la pala ( b) igual a cero (n=cos ).

C. 

Eficiencia de la pala ( b) máxima (n=cos /2).

A. 

B. 

C. 

Exprese matemáticamente la eficiencia y pala en una turbina de impulso,

indique cuando es máxima y en este caso cuánto vale el torque.

La expresión matemática de la eficiencia de pala es:

Donde:

c = Constante = .

K = Relación de velocidades relativas.

La máxima eficiencia se obtiene haciendo:

Para este caso el torque será:

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Dada una turbina de impulso Curtis indicar matemáticamente el trabajo

de la primera rueda, el trabajo total y la eficiencia total de la turbina.

El trabajo será aquel que produzca la fuerza tangencial:

El trabajo total será la suma de los trabajos de cada rueda, en forma general:

Donde:

n = número de ruedas.

La eficiencia será:

¿De qué variables depende la velocidad de propagación de la llama en

una cámara de combustión? Explique cómo influye en la misma.

La velocidad relativa de propagación del frente de llama con respecto a la mezcla fresca

depende de la clase combustible, de la composición de la mezcla y del estado físico de la

misma: temperatura inicial, presión, grado de turbulencia, etc.

Depende también, de gran manera, del coeficiente de exceso de aire ( ). Un gran

enriquecimiento o empobrecimiento de la mezcla conduce a la disminución de los productos

de la combustión y como consecuencia a la disminución de la intensidad de la adición de calor

a la mezcla fresca por parte de los productos de combustión y, por lo tanto, a la disminución

de la velocidad de la llama.

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Indique, ¿qué tipos de pérdidas se presentan en una cámara de

combustión y por qué se producen?

Las pérdidas pueden dividirse en dos grupos:

1- 

Pérdidas térmicas, originadas por la combustión incompleta y la transferencia hacia elexterior de una parte de esta energía a través de las paredes de la cámara de

combustión.

2- 

Pérdidas producidas principalmente por la presencia en la cámara de combustión de

elementos que producen resistencia aerodinámica, teniendo en cuenta que el gas

dentro de la cámara se mueve a velocidades relativamente altas.

Explique e indique, ¿cómo varía la eficiencia de combustión con la

velocidad de entrada a la entrada en la cámara de combustión? Grafique

dicha variación.

Esta tendencia se puede explicar pues al aumentar la velocidad del aire (V1) por encima de la

de diseño, disminuye el tiempo de permanencia de la mezcla combustible-aire en la zona de

combustión, lo que conduce a una disminución de la plenitud de combustión.

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¿Cuáles son los tres contaminantes principales que se dan en una cámara

de combustión y cuál es la principal dificultad para lograr la reducción?

¿En qué parte del tubo de llama se genera cada uno?

Los tres contaminantes principales que se forman en la cámara de combustión son:

HC = Hidruros de carbono (puede generar gas metano y combinado forman nieblas con efectos

alérgicos).

CO = Monóxidos de carbono (es el más tóxico, puede envenenar la sangre).

NOx = Óxidos nitrosos (tóxicos y corrosivos, afectan la mucosa, la capacidad pulmonar y a las

plantas).

La mayor dificultad para lograr una reducción de los tres contaminantes en cuestión, radica en

el hecho de que existe una influencia opuesta entre las emisiones de CO y HC con las de NOx.

La influencia de las variables sobre las emisiones de CO y HC tienen la misma tendencia,

disminuyen al aumentar el régimen del propulsor o la temperatura en la zona primaria; en

cambio los NOx aumentan como así también los humos.

Formación de contaminantes en la cámara de combustión:

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Los NOx tardan en formarse en la zona primaria.

El CO se forma rápidamente (casi instantáneamente) y su concentración disminuye

apreciablemente en la zona secundaria al igual que los HC.

Hay que señalar que mientras los NOx tienden a formarse, el HC y el CO tienden a desaparecer.

Explicar cuando una mezcla de combustible-aire es: homogénea,

heterogénea, uniforme, no uniforme. ¿Cuál es el parámetro que los

caracteriza?

La mezcla de combustible-aire puede ser:

Homogénea: Cuando el combustible se evapora por completo.

Heterogénea: Cuando en el aire quedan gotas de combustible sin evaporar.

Cuando el combustible se evapora por completo (homogénea), la mezcla puede ser:

Uniforme: Cuando el valor del coeficiente de exceso de aire ( ) es el mismo en todos

los puntos del volumen considerado.

No uniforme: Cuando el valor de varía de un punto a otro del espacio ocupado por la

mezcla (como sucede en la cámara de combustión).

El parámetro que los caracteriza es:

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¿Por qué causa de la cámara de combustión generalmente se divide en

zonas? Explicar conceptualmente el proceso físico que ocurre, e indicar

cuánto vale el coeficiente de exceso de aire en cada caso.

Al disminuir bruscamente el suministro de combustible a la cámara de combustión, lo cualpuede suceder en condiciones de servicio, el coeficiente de exceso de aire puede alcanzar

valores elevados ( = 20 o 30 o mayor). Por esta razón, a fin de garantizar una combustión

estable en las cámaras, la corriente total de aire que viene del compresor se divide en

corrientes parciales. Entonces el volumen total de los tubos de llama en las cámaras de

combustión se divide en dos zonas: la "zona de combustión" y la "zona de mezcla".

En la "zona de combustión" entra sólo aquella porción de aire que es indispensable para

asegurar una combustión total del combustible ( = 1,5 a 1,8).

En la "zona de dilución", los productos de la combustión muy calientes se diluyen con la

porción remanente de aire, y además se asegura el campo de temperaturas deseado del gas

antes de la turbina.

Indique y explique, ¿cómo varía la eficacia de combustión con la presión

total del aire a la entrada en la cámara de combustión? Grafique.

Este comportamiento se explica principalmente porque al disminuir la presión, disminuye la

velocidad de las reacciones químicas y disminuye el grado de turbulencia de la corriente, lo

que conlleva a una disminución de la velocidad de combustión. La disminución de la presión

empeora la pulverización del combustible, lo que contribuye a disminuir el rendimiento ( z).

Con la disminución de la presión también se reduce la región de trabajo estable de la cámara y

el valor límite de exceso de aire en mezclas pobres.

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Características de las turbinas tipo Curtis. Ventajas y desventajas.

El principio de impulso involucra altas velocidades a la salida del estator, y esto determina el

número de revoluciones para un dado tamaño de máquina. De esto resulta que si se usa una

sola rueda para relaciones de presiones altas, la velocidad de la pala puede ser muy alta desde

el punto de vista de las tensiones mecánicas. Es posible reducir velocidades y tensiones

mediante la división del trabajo dado por el gas sobre la rueda, operando con dos o más

ruedas. Teóricamente esto no afecta la performance, pero la presencia de varias ruedas

involucra nuevas pérdidas por fricción y por lo tanto menor eficiencia. Por ello en la práctica se

limita el número de etapas a dos.

Cuando se agregan dos ruedas de velocidades combinadas se denomina turbina Curtis.

El estator sólo cambia la dirección del flujo:

Ventajas:o  Menor velocidad de giro.

o  Menor tamaño de las ruedas.

o  Menor carga mecánica sobre los álabes.

Desventajas:

o  Mayores pérdidas.

Gráfico turbina Curtis