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Repblica Bolivariana de VenezuelaUniversidad del ZuliaFacultad de IngenieraEscuela de Ingeniera MecnicaDepartamento de EnergaTEMA 1. introduccin: Principios BsicosProf. Redlich J. Garca R.

Definicin de Turbomquinas

2. Sistema de Coordenadas

3. Flujo Compresible

Leyes Fundamentales

Propiedades termodinmicas de los fluidos

6. Relaciones de Flujo Compresible

7. Definiciones de Eficiencia

8. Eficiencia Politrpica

9. Tpico Especial

Mquinas de FluidoEs el conjunto de dispositivos mecnicos que permiten un intercambio de trabajo mecnico entre el exterior y el fluido que atraviesa la mquina (denominado fluido de trabajo). Si en el proceso el fluido incrementa su energa la mquina se denomina generadora (Bombas y Compresores), mientras que si la disminuye, la mquina se denomina motora (turbinas, motores de explosin)

Algunos ejemplos de Mquinas de Fluido

Clasificacin de las Mquinas de FluidoSegn la naturaleza del fluido que las atraviesa Mquina HidrulicaTrabajan con lquidos y gases cuando estos se comportan como incompresibleEstas mquinas aprovechan nicamente la energa mecnica disponible en el fluido (cintica y potencial)

Clasificacin de las Mquinas de FluidoSegn la naturaleza del fluido que las atraviesa Mquina TrmicaYa sean condensables (mquina de vapor) o no condensables (Turbina de gas)Estas mquinas aprovechan la energa trmica del fluido

Clasificacin de las Mquinas de FluidoSegn el mecanismo de intercambio energtico Mquinas Volumtricas o Mquinas de desplazamiento positivoSon atravesadas por una cantidad de fluido conocida, es decir, caudal constantesta a su vez se clasificanAlternativas o ReciprocantesRotativas o Rotoestticas

Clasificacin de las Mquinas de FluidoSegn el mecanismo de intercambio energtico Estudiemos un poco estas mquinas alternativas y rotativas!!!

Clasificacin de las Mquinas de FluidoAlternativasTienen Caractersticas esencialmente de desplazamiento positivoLa capacidad es determinada especficamente por la dimensin de la mquina y la velocidad de funcionamientoLa capacidad o descarga logradas dependen muy poco de la altura desarrolladaEl fluido recibe la accin de fuerzas directamente de un pistn, mbolo o diafragma

Clasificacin de las Mquinas de FluidoAlternativasDe PistonesDe MembranaDe un solo PistnDe varios pistones

Clasificacin de las Mquinas de FluidoAlternativasDe PistonesDe MembranaSimple EfectoDoble EfectoSimplexMltiplexSimplexMltiplexSimplexDplex

Clasificacin de las Mquinas de FluidoSimple EfectoEl pistn solo acciona en una de sus carasDoble EfectoEl pistn acciona en ambas carasSimplexExiste una sola cmara con pistn, mbolo o diafragmaMultiplexExiste ms de una cmara con pistn, mbolo o diafragma

Clasificacin de las Mquinas de FluidoAlternativas

Bomba alternativa de un pistn y simple efectoAspiracinImpulsin

Clasificacin de las Mquinas de FluidoAlternativasBomba alternativa de un pistn y doble efectoAspiracinImpulsin

En las dos fases

Clasificacin de las Mquinas de FluidoAlternativasBomba alternativa de varios pistones en lnea

Clasificacin de las Mquinas de FluidoAlternativasBomba alternativa de varios pistones radiales

Clasificacin de las Mquinas de FluidoAlternativasBomba alternativa de varios pistones axiales

Clasificacin de las Mquinas de FluidoAlternativasBomba alternativa de membrana o diafragma

Clasificacin de las Mquinas de FluidoRotativasTienen Caractersticas esencialmente de desplazamiento positivoEn lugar de ARROJAR el lquido, esta lo atrapa y lo empuja contra la cara fijaDescargan un flujo continuoConsisten de una caja fija que contiene engranajes, aspas, pistones, levas, segmentos, tornillos, entre otros.

Clasificacin de las Mquinas de FluidoRotativasDe EngranajesDe PaletasExternosInternosDeslizantesGiratorias FlexiblesOscilantesDe HusilloLobularesPeristlticas

Clasificacin de las Mquinas de FluidoRotativasBomba de rotor unitario y paletas deslizantes

Clasificacin de las Mquinas de FluidoRotativasBomba de rotor unitario y paletas deslizantes

Clasificacin de las Mquinas de FluidoRotativasBomba de rotor unitario con elemento flexible Principio de funcionamiento

Clasificacin de las Mquinas de FluidoRotativasBomba de rotor unitario con elemento flexible

Clasificacin de las Mquinas de FluidoRotativasBomba Rotativa de Engranajes Externos

Clasificacin de las Mquinas de FluidoRotativasBomba Rotativa de Engranajes Externos

Clasificacin de las Mquinas de FluidoRotativasComponentes de una Bomba Rotativa de Engranajes Externos

Clasificacin de las Mquinas de FluidoRotativasBomba Rotativa de Engranajes Internos (Gerotor)

Clasificacin de las Mquinas de FluidoRotativasBomba Rotativa de Engranajes Internos con media luna

Clasificacin de las Mquinas de FluidoRotativasEtapas de una Bomba Rotativa de Engranajes Internos con media luna

Clasificacin de las Mquinas de FluidoRotativasBomba Rotativa de Paletas. Rotor Desequilibrado

Clasificacin de las Mquinas de FluidoRotativasBombas Rotativas de Husillos

Bombas de Husillo TripleBombas de Husillo Doble

Clasificacin de las Mquinas de FluidoRotativasBombas Rotativas de HusillosBombas de Husillo TripleBombas de Husillo Doble

Clasificacin de las Mquinas de FluidoRotativasBombas Rotativas Lobular. Semejante a una de engranajes externos

Clasificacin de las Mquinas de FluidoRotativasBombas Rotativas Lobular. Etapas

Clasificacin de las Mquinas de FluidoRotativasBombas Rotativas Lobular. Semejante a una de engranajes externos

Clasificacin de las Mquinas de FluidoRotativasBomba Rotativa Peristltica

Clasificacin de las Mquinas de FluidoRotativasBomba Rotativa Peristltica. Etapas

Clasificacin de las Mquinas de FluidoRotativasBombas Rotativas Peristltica

Clasificacin de las Mquinas de FluidoSegn el mecanismo de intercambio energtico Turbomquinas

Pero!

Te has preguntado: Qu es una TURBOMQUINA?

Son todos aquellos mecanismos en los que se intercambia energa con un fluido

Sabes lo que significa Energa y Fluido?

ENERGACapacidad que tiene un cuerpo de realizar un trabajo

FLUIDOEs un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas molculas hay una atraccin dbil

El fluido Circula a travs de la mquina De forma CONTINUAPor la accin dinmica de una o ms corona de labes mvilesDicho fluido se denomina: Fluido de trabajo

TURBO O TURBINISEs de origen latinoSignifica: que aquellas giranTURBOMQUINASDel latn turbareSignifica: remolino, torbellino

DEFINICIN DE TURBOMQUINASUna turbomquina es una mquina cuyo elemento principal es un rodete (rotor) a travs del cual pasa un fluido de forma continua, cambiando ste su cantidad de movimiento por accin de la mquina. siendo esto aprovechado como una entrega de energa del fluido a la mquina (turbomquinas motoras) o de la mquina al fluido (turbomquinas generadoras).

DEFINICIN DE TURBOMQUINASEstn compuestas principalmente de un rodete, tambin llamado rotor o alabes mviles.

Por el rotor pasa un fluido continuo, no tiene que ser constante slo continuo (no se acumula ni se pierde fluido, ste slo entra y sale del rotor de manera continua).

Existe un cambio de la cantidad de movimiento del fluido, generando fuerzas que se aplican al rotor.

DEFINICIN DE TURBOMQUINASClasificacin de las Turbomquinas

Segn su aprovechamiento de energa.Segn el tipo de fluido de trabajo.Segn la forma del rodete o la proyeccin que tiene el fluido cuando pasa a travs de la turbomquina.Segn el cambio de presin del fluido al pasar a travs del rodete.

Aprovechamiento de Energa

Turbomquinas motoras o activas son aquellas mquinas que reciben la energa del fluido y la transforman en energa de movimiento de un rotor, y de ste a un eje (termodinmicamente hablando, es un sistema que produce trabajo)

Turbomquinas generadoras o pasivas reciben la energa por el movimiento a travs de un eje, que a su vez mueve un rotor y se la entregan al fluido (termodinmicamente hablando, es un sistema que recibe trabajo).

Tipo de Fluido de Trabajo

Turbomquina Trmica es aquella donde el fluido de trabajo cambia su densidad al pasar a travs del rodete o rotor (turbinas a gas, turbinas a vapor).

Turbomquina Hidrulica es aquella donde la densidad del fluido que pasa a travs de la mquina, no cambia. (bombas, turbinas hidrulicas, ventiladores).

Tipo de rodete

Turbomquina radial: cuando el fluido se proyecta pasando perpendicular al eje.Turbomquina axial: cuando el fluido se proyecta paralelo al eje de la mquina.Turbomquinas semi-axial, mixto o diagonal: El fluido se proyecta inicialmente radial y luego axial o viceversa al pasar a travs del rodete.Turbomquinas Transversales: El fluido es lanzado en forma de chorro sobre un numero limitados de alabes del receptor.

Cambio de presin en el rodete

Turbomquina de accin: Es aquella donde la presin del fluido no cambia entre la entrada y la salida del rodete. Un ejemplo de sta es la turbina Pelton.

Turbomquina de reaccin: Donde la presin del fluido cambia entre la entrada y la salida del rodete. Un compresor, una turbina por ejemplo, estara clasificado como una turbomquina de reaccin.

Comparacin entre Turbomquinas y MDP

En la bomba rotativa: si aumenta la demanda de caudal tendremos una menor presin disponible en la misma. En las bombas de desplazamiento positivo el caudal es constante, se puede variar la presin de trabajo de la misma. 2. Sistemas de CoordenadasLas Turbomquinas consisten en un arreglo de labes estticos y giratorios alrededor de un eje comn, lo que significa que tienden a tener cierta forma cilndrica. Por lo tanto es natural utilizar un Sistema de Coordenadas polares cilndricas alineado con el eje de rotacin para su descripcin y anlisis.

Los 3 ejes son referenciados como:Axial (x), radial (r) y tangencial o circunferencial (r)Meridional o vista lateral2. Sistemas de CoordenadasEn general, el flujo en una turbomquina tiene componentes de velocidad a lo largo de los 3 ejes, que varan en todas las direcciones. Sin embargo, para simplificar el anlisis, se asume que el flujo no vara en la direccin tangencial. En este caso, el flujo se mueve a travs de la mquina sobre superficies de corriente axi-simtrica.La componente de velocidad a lo largo de una superficie de flujo axi-simtrico es llamada la velocidad meridional:(1)2. Sistemas de Coordenadas

Vista a lo largo del ejeVista hacia abajo sobre una superficie de la corriente2. Sistemas de CoordenadasLa Velocidad total de flujo est formada por la componentes tangenciales y meridionales, y puede escribirse as:(2)El ngulo tangencial o de remolino, es el ngulo entre la direccin de flujo y la direccin meridional:(3)2. Sistemas de CoordenadasVELOCIDADES RELATIVASEl anlisis del campo de flujo dentro de los labes rotativos de una turbomquina se realiza en un marco de referencia que es estacionario con respecto a los labes. En este marco de referencia el flujo aparece como estable, mientras que en el marco de referencia absoluto sera inestable. Esto hace que los clculos sean de manera significativa ms sencillos, y por lo tanto el uso de velocidades relativas y las cantidades relativas de flujo es fundamental para el estudio de las turbomquinas.La VELOCIDAD RELATIVA es simplemente la velocidad absoluta menos la velocidad local del labe. El labe tiene velocidad solamente en la direccin tangencial, y por lo tanto las componentes relativas pueden escribirse como:(4)2. Sistemas de CoordenadasVELOCIDADES RELATIVASEl ngulo de flujo relativo es el ngulo entre la direccin de flujo relativo y la direccin meridional:Al combinar las ecuaciones (3), (4) y (5) en una relacin entre los ngulos de flujo relativo y absoluto se obtiene:(5)(3)(4)(5)(6)3. Flujo CompresibleCorresponde a un fluido en el cual su densidad es variable con los cambios en la presin. En su mayora se analizan flujo de gases a velocidades altasPor ejemplo: Un cambio de presin de solo 0,01 atm, causa un cambio de 1% en la densidad del aire atmosfrico

3. Flujo CompresibleLa velocidad del flujo a menudo se expresa en trminos del nmero adimensional de Mach, que viene dado por:Donde (a) es la velocidad del sonido, cuyo valor es de 346 m/s (1245,6 km/h) en el aire a temperatura ambiente al nivel del mar.

(6)3. Flujo CompresibleCon frecuencia los Flujos de Gases pueden aproximarse a flujo incompresibles si los cambios en la densidad se encuentran por debajo del 5%, esto es cuando el M