TURBOMÁQUINASGeneralidades

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.