TURBOMÁQUINAS DE FLUIDOS

Nombres: Carrion ramirez david

CURSO: Turbomáquinas de fluido

Profesor: Ing. Roberto Chucuya

Ciclo: VII

Chimbote- Perú

2015

CLASIFICACION DE TURBOMAQUINAS

SEGÚN EL TIPO DE FLUIDO DE TRABAJO.

1. TURBOMAQUINAS HIDRAULICAS

1.1 GENERADORAS.- 1.1.1. AUMENTO DE PRESION .-

1) BOMBAS ROTODINÁMICAS.- en las que el principio de

funcionamiento está basado en el intercambio de cantidad de

movimiento entre la máquina y el fluido, aplicando la

hidrodinámica. En este tipo de bombas hay uno o varios rodetes

con álabes que giran generando un campo de presiones en el

fluido.

2) TURBINA FOURNEYRON (1833): El rodete se mueve dentro del

agua. Es una turbina radial centrífuga, lo que supone un gran

diámetro de rodete; en la actualidad no se construye.

3) UNA BOMBA PERISTÁLTICA es un tipo de bomba hidráulica de

desplazamiento positivo usada para bombear una variedad de

fluidos. El fluido es contenido dentro de un tubo flexible empotrado

dentro de una cubierta circular de la bomba (aunque se han hecho

bombas peristálticas lineales).

4) LA BOMBA CENTRÍFUGA.- también denominada, es actualmente

la máquina mas utilizada para bombear líquidos en general. Las

bombas centrífugas son siempre rotativas y son un tipo de bomba

hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor en

energía cinética o de presión de un fluido incompresible.

5) LAS BOMBAS DE ACEITE .- más utilizadas en los motores de

combustión interna son las de engranajes, generalmente las de

dientes helicoidales para reducir el ruido. Existen además otros

tipos, como son la bomba de lóbulos y la de paletas, Dichas

bombas son capaces de suministrar una presión elevada, incluso a

bajo régimen de giro del motor.

1.1.2 AUMENTO DE ENERGIA POTENCIAL.-

1) BOMBA DE TORNILLO SIMPLE.- Es similar en principio de

operación a la bomba de lóbulos internos.

2) BOMBAS ROTATIVAS DE TORNILLO DE ROTOR MÚLTIPLE.- Normalmente los rotores con forma de tornillo en este tipo de bomba no se pueden conducir uno al otro y se requieren engranes sincronizadores.

3) TORNILLO DE ARQUÍMEDES.- es una máquina gravimétrica

helicoidal utilizada para elevación de agua, harina, cereales o material excavado. Fue inventado en el siglo III a. C. por Arquímedes, del que recibe su nombre, aunque existen hipótesis de que ya era utilizado en el Antiguo Egipto.

4) TORNILLO SINFÍN .- En ingeniería mecánica se denomina tornillo sin fin a un dispositivo que transmite el movimiento entre ejes que son perpendiculares entre sí, mediante un sistema de dos piezas: el "tornillo" (con dentado helicoidal), y un engranaje circular denominado "corona".

5) CREMALLERA .- es un dispositivo mecánico con dos engranajes (denominados piñón y cremallera) que convierte un movimiento de rotación en un movimiento rectilíneo. El engranaje circular denominado piñón engrana con una barra dentada denominada cremallera, de forma que un giro aplicado al piñón causa el desplazamiento lineal de la cremallera.

1.1.3. GENERADORAS DE ENERGIA CINETICA .-

1) HÉLICE DE PASO FIJO.- La mas común debido a su relativo “bajo costo” es la hélice de paso fijo, estas hélices también se conocen como de “paso constante”, esto quiere decir que el paso en toda la superficie del aspa (excepto los ángulos de aspa) no cambia, son usadas en la mayoría de las embarcaciones comerciales como remolcadores, arrastreros, pesqueros, etc.

2) HÉLICE DE PASO VARIABLE.- Como se mencionaba, la mayoría de las hélices tienen un paso constante, pero hay algunas aplicaciones especiales (grandes barcos o embarcaciones de velocidad) donde la necesidad de obtener la máxima eficiencia posible es imperativa. En estas hélices, el paso puede variar en cada radio (dependiendo del diseño), pero es mas común encontrarse aquellas donde usualmente se reduce el paso cerca de las puntas para reducir la presión de las aspas y la posibilidad de cavitación.

3) HÉLICE DE PASO CONTROLABLE.- Estas hélices permiten al operador

ajustar el paso a voluntad dependiendo del tipo de operación, esto debido al mecanismo hidráulico o simplemente mecánico que permite que las aspas giren sobre su propio eje. Ofrecen una gran ventaja en cuanto al costo de operación, pero son considerablemente más costosas que las solidas.

4) HÉLICE PARA TOBERAS.- Están rodeadas por un perfil hidrodinámico, las ventajas en estas son el incremento de empuje (cerca del 40%), existen diferentes tipos de perfiles que reducen la velocidad, pero ya hay nuevos diseños que la aumentan comparadas con cualquier hélice standard, hay toberas diseñadas para obtener el máximo desempeño hacia delante y otras para ambos (empuje hacia proa y popa). La aplicación de estos equipos esta limitada a embarcaciones de baja velocidad (debajo de 14 nudos) como arrastreros, remolcadores, dragas.

5) HÉLICES TIPO JET.- Estos sistemas trabajan como una bomba de

succión, son muy usuales en botes de alta velocidad como botes patrulla o barcos para transporte de personal, algunos sistemas corren hasta 50 nudos.

2.1. RECEPTORAS

1.1.1. DISMINUCION DE ENERGIA CINETICA

1) MOLINO DE MAREA es aquel que utiliza la energía de las mareas

como fuerza motriz.Cuando el mar sube (marea ascendente), llena

una cuenca de reserva para el molino, en la cual el agua queda

retenida durante la marea descendente. Durante la marea baja, las

válvulas que regulan la salida de agua se abren y el agua retenida se

vierte hacia el mar, impulsando la rotación de la rueda del molino.

2) LA RUEDA HIDRÁULICA VITRUVIANA, O RUEDA DE TAZAS.- es

básicamente una rueda que funciona en el sentido contrario.

Diseñada para moler grano, la rueda estaban conectadas a la

máquina móvil por medio de engranajes de madera que daban una

reducción de aproximadamente 5:1. Los primeros molinos de este

tipo eran del tipo en los que el agua pasa por debajo.

3) Molinos de ríos o torrentes de mucha agua.-En estos molinos se

aprovecha con mucha facilidad el agua que transcurre por el río o

torrente, ya que es abundante y aprovechando un lugar apropiado se

realiza una presa, y al salir el agua de la presa mueve, con un

sencillo mecanismo, las piedras del molino. Estos molinos podían

estar en funcionamiento casi continuamente.

4) MOLINOS DE CUBO: es menos común que los anteriores y se

encuentran muy pocos en la geografía española, uno de ellos es el

que nos ocupa en esta página, EL MOLINO DE VILLANDIEGO. Su

principal dificultad está en embasar el agua, ya que al disponer de

poca por tratarse de valles con arroyos o pequeños ríos, se utiliza un

cubo o pozo junto a la casa, o en la misma casa, con una

profundidad de 10 o 11 metros. Una vez lleno el cubo y el cauce que

le acompaña se podía moler durante una hora, tardándose en llenar

el cubo unas tres horas en los años en el que bajaba mucho agua y 6

horas en años de más sequía.

5) TURBINA PELTON.- es uno de los tipos más eficientes de turbina

hidráulica. Es una turbomáquina motora, de flujo radial, admisión

parcial y de acción. Consiste en una rueda (rodete o rotor) dotada de

cucharas en su periferia, las cuales están especialmente realizadas

para convertir la

energía de un chorro de

agua que incide sobre

las cucharas.

1.1.2 DISMINUCION DE PRESION

1) EOLOGENERADORES.- es un generador eléctrico movido por una

turbina accionada por el viento (turbina eólica). Sus precedentes directos

son los molinos de viento que se empleaban para la molienda y obtención

de harina. En este caso, la energía eólica, en realidad la energía cinética

del aire en movimiento, proporciona energía mecánica a un rotor hélice

que, a través de un sistema de transmisión mecánico, hace girar el rotor

de un generador, normalmente un alternador trifásico, que convierte la

energía mecánica rotacional en energía eléctrica.

2) LAS TURBINAS FRANCIS.- son turbinas hidráulicas que se pueden

diseñar para un amplio rango de saltos y caudales, siendo capaces de

operar en rangos de desnivel que van de los dos metros hasta varios

cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este

tipo de turbina sea el más ampliamente usado en el mundo,

principalmente para la producción de energía eléctrica en centrales

hidroeléctricas.

3) TURBINA BANKI-MICHELL O TURBINA OSSBERGER).- es una turbina

hidráulica desarrollada por el australiano Anthony Michell, el húngaro

Donát Bánki y el alemán Fritz Ossberger. Michell obtuvo una patente por

su diseño en 1903 y la compañía Weymouth la fabricó durante años. La

patente de Ossberger data de 1933 ("Free Jet Turbine" 1922, Imperial

Patent No. 361593 y "Cross Flow Turbine" 1933, Imperial Patent No.

615445), y fabricó dicha turbina desde entonces. A día de hoy la

compañía de Ossberger es el principal fabricante mundial de este tipo de

turbinas.

4) PROPELLER .- Una turbina de hélice en general, tiene un corredor con

tres a seis cuchillas en el que los contactos de agua todos los de las

palas constantemente. Imagen de una hélice de barco que se ejecuta en

una tubería. A través de la tubería, la presión es constante; si no lo es, el

corredor estaría fuera de equilibrio.

5) TURBINAS KAPLAN.- son uno de los tipos más eficientes de turbinas

de agua de reacción de flujo axial, con un rodete que funciona de manera

semejante a la hélice del motor de un barco, y deben su nombre a su

inventor, el austriaco Viktor Kaplan.

Se emplean en saltos de pequeña

altura y grandes caudales. Las

amplias palas o álabes de la

turbina son impulsadas por agua a

alta presión liberada por una

compuerta.

2) TURBOMAQUINAS TERMICAS

2.1. GENERADORAS

2.1.1. AUMENTO DE ENERGIA CINETICA

1) VENTILADOR SIN ASPAS.-son ventiladores con una forma circular

tradicional pero en lugar de tener aspas impulsan el aire por medio de

canales de aire que genera la misma función, e incluso más

constamente.

2) VENTILADOR CENTRÍFUGO.- toma el aire en la misma dirección que su

eje de rotación, pero lo centrifuga contra una carcasa envolvente y acaba

impulsándolo por una boca de esa carcasa, en una dirección que forma

angulo recto con el eje de rotación.Cualquiera de los dos tipos sirve para

cualquier uso, pero el centrífugo suele ser el preferido cuando se trata de

impulsar aire por sistemas de conductos.

3) VENTILADOR DE PISO.- son portátiles y silenciosos, posibilitan que

sean colocados en el suelo en cualquier ambiente de una casa, pudiendo

ser trasladados a cualquier parte. Podemos encontrarlos en varios

modelos y formas.

4) VENTILADOR DE TECHO.- son ventiladores verticales, sus aspas están

en posición horizontal, y por lo tanto el aire va hacia abajo. Muy comunes,

utilizados en habitaciones donde no hay espacio disponible en las

paredes o el suelo, pueden ser muy peligrosos si no están correctamente

fijados al techo.

5) VENTILADOR EXTRACTOR.- generalmente axiales, se sitúan en un

hueco en la pared o en la ventana del local para extraer el aire (o

impulsar hacia dentro) del local a ventilar.

2.1.2. POR AUMENTO DE PRESION

1) COMPRESORES CENTRÍFUGOS.- también llamados compresores

radiales, son un tipo especial de turbomaquinaria que incluye bombas,

ventiladores, o compresores.Los modelos más primitivos de este tipo de

máquina2 eran bombas y ventiladores. Lo que diferencia a estos de los

compresores es que el fluido de trabajo puede ser considerado

incompresible, permitiendo así un análisis preciso a través de la ecuación

de Bernouilli. Por contra, cualquier compresor moderno se mueve a altas

velocidades por lo que su análisis debe asumirse un fluido compresible.

2) TURBOCOMPRESOR .- o también llamado turbo es un sistema de

sobrealimentación que usa una turbina centrífuga para accionar mediante

un eje coaxial con ella, un compresor centrífugo para comprimir gases.

Este tipo de sistemas se suele utilizar en motores de combustión interna

alternativos, especialmente en los motores diésel.

3) COMPRESOR AXIAL.- Los compresores axiales están formados por

varios discos llamados rotores y estatores que llevan acoplados una serie

de álabes. Entre rotor y rotor se coloca un espaciador, el cual permite que

se introduzca un estator entre ambos. Estos espaciadores pueden ser

independientes o pertenecer al rotor. Cada disco de rotor y estator

forman un escalón de compresor. En el rotor se acelera la corriente fluida

para que en el estator se vuelva a frenar, convirtiendo la energía cinética

en presión. Este proceso se repite en cada escalón.

4) EL COMPRESOR DE TORNILLO.- Aún más simple que el compresor

de émbolo, el compresor de tornillo también es impulsado por motores

(eléctricos, diésel, neumáticos, etc.). La diferencia principal radica que el

compresor de tornillo utiliza dos tornillos largos para comprimir el aire

dentro de una cámara larga. Para evitar el daño de los mismos tornillos,

aceite es insertado para mantener todo el sistema lubricado. El aceite es

mezclado con el aire en la entrada de la cámara y es transportado al

espacio entre los dos tornillos rotatorios. Al salir de la cámara, el aire y el

aceite pasan a través de un largo separador de aceite donde el aire ya

pasa listo a través de un pequeño orificio filtrador. El aceite es enfriado y

reutilizado mientras que el aire va al tanque de reserva para ser utilizado

en su trabajo.

5) COMPRESOR ROTATIVO DE PALETAS.- en los compresores de

paletas la compresión se produce por la disminución del volumen

resultante entre la carcasa y el elemento rotativo cuyo eje no coincide con

el eje de la carcasa (ambos ejes son excéntricos). En estos compresores,

el rotor es un cilindro hueco con estrías radiales en las que las palas (1 o

varias) comprimen y ajustan sus extremos libres interior del cuerpo del

compresor, comprimiendo así el volumen atrapado y aumentando la

presión total.

6) COMPRESOR ROTATIVO-HELICOIDAL (TORNILLO, SCREW).- la

compresión del gas se hace de manera continua, haciéndolo pasar a

través de dos tornillos giratorios. Son de mayor rendimiento y con una

regulación de potencia sencilla, pero su mayor complejidad mecánica y

costo hace que se emplee principalmente en elevadas potencias,

solamente.

2.1.3. AUMENTO DE ENERGIA CINETICA

1) HÉLICE DE PASO FIJO.- En este tipo, el paso está impuesto por el

mejor criterio del diseñador del aeroplano y no es modificable por el

piloto. Este paso es único para todos los regímenes de vuelo, lo cual

restringe y limita su eficacia; una buena hélice para despegues o

ascensos no es tan buena para velocidad de crucero, y viceversa. Una

hélice de paso fijo es como una caja de cambios con una única velocidad;

compensa su falta de eficacia con una gran sencillez de funcionamiento.

2) HÉLICE DE PASO VARIABLE.- Este tipo de hélice, permite al piloto

ajustar el paso, acomodándolo a las diferentes fases de vuelo, con lo cual

obtiene su rendimiento óptimo en todo momento. El ajuste se realiza

mediante la palanca de paso de la hélice, la cual acciona un mecanismo

que puede ser mecánico, hidráulico o eléctrico. En algunos casos, esta

palanca solo tiene dos posiciones: paso corto (menor ángulo de las

palas) y paso largo (mayor ángulo de las palas), pero lo más común es

que pueda seleccionar cualquier paso comprendido entre un máximo y un

mínimo.

3) HÉLICE DE VELOCIDAD CONSTANTE.- Es una hélice de paso variable,

cuyo paso se regula de forma automática, manteniendo fija la velocidad

de giro de la hélice, con independencia de los cambios de potencia en el

motor. Estas hélices tienen un regulador que ajusta el paso de las palas

para mantener las revoluciones seleccionadas por el piloto, utilizando

más eficazmente la potencia del motor para cualquier régimen de vuelo.

4) HELICE DE TREN .- locomotora construido en Alemana por la empresa

Schienenzeppelin en 1930, … un proyecto que podría haber cambiado la

historia del transporte y su desarrollo posterior … el tren se movía gracias

a la propulsión a hélice poderosamente movida por un motor BMW V- 12

de 46 litros de cilindrada y que le proporcionaba una potencia de 600 CV

.Desafortunadamente, y como muchas otras ideas y extravagancias

tecnológicas que trajo consigo la acelerada revolución industrial del siglo

pasado, el proyecto nunca se llegó más lejos, retirándose en 1939 a

causa de las serias dudas que ofrecía su fiabilidad, eficiencia y la

seguridad de su hélice.

5) HELICÓPTERO .- es una aeronave que es sustentada y propulsada por

uno o más rotores horizontales, cada uno formado por dos o más palas.

Los helicópteros están clasificados como aeronaves de alas giratorias,

para distinguirlos de las aeronaves de ala fija, porque los helicópteros

crean sustentación con las palas que rotan alrededor de un eje vertical.

2.2. RECEPTORAS

2.2.1. DISMINUCION DE ENTALPIA

1) MOTOR WANKEL.- es un tipo de motor de combustión interna, inventado

por Félix Wankel, que utiliza rotores en vez de los pistones de los motores

alternativos.

2) TURBINA DE VAPOR.- es una turbomáquina motora, que transforma la

energía de un flujo de vapor en energía mecánica a través de un

intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de trabajo

(entiéndase el vapor) y el rodete, órgano principal de la turbina, que

cuenta con palas o álabes los cuales tienen una forma particular para

poder realizar el intercambio energético. Las turbinas de vapor están

presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un fluido que pueda

cambiar de fase, entre éstos el más importante es el Ciclo Rankine, el cual

genera el vapor en una caldera, de la cual sale en unas condiciones de

elevada temperatura y presión.

3) TURBINA DE GAS.- es una turbomáquina motora, cuyo fluido de trabajo

es un gas. Como la compresibilidad de los gases no puede ser

despreciada, las turbinas de gas son turbomáquinas térmicas.

Comúnmente se habla de las turbinas de gas por separado de las turbinas

ya que, aunque funcionan con sustancias en estado gaseoso, sus

características de diseño son diferentes, y, cuando en estos términos se

habla de gases, no se espera un posible cambio de fase, en cambio

cuando se habla de vapores sí.

2.2.2. DISMINUCION DE ENERGIA CINETICA

1) TURBORREACTOR O TURBOJET.- es el tipo más antiguo de los

motores de reacción de uso general. El concepto fue desarrollado

en motores prácticos a finales de los años 1930 de manera

independiente por dos ingenieros, Frank Whittle en el Reino Unido

y Hans von Ohain en Alemania; sin embargo el reconocimiento de

crear el primer turborreactor se le da Whittle por ser el primero en

concebir, describir formalmente, patentar y construir un motor

funcional. Von Ohain, en cambio, fue el primero en utilizar el

turborreactor para propulsar un avión.

2) PULSORREACTOR .- es un tipo de reactor nacido en Alemania

creado por Paul Schmidt alrededor de 1920. Fue el primer reactor

fabricado en serie para fines bélicos de la historia. Concretamente,

el modelo Argus I, fue diseñado para propulsar la bomba voladora

V1. El motor Argus I tenía un empuje máximo de unos 400 kgf y su

autonomía era de unos 35 minutos de funcionamiento, equivalente

a la vida útil del sistema de válvulas empleadas en la admisión.

3) TURBOFAN .- (a veces turbofán) son una generación de motores

de reacción que ha reemplazado a los turborreactores o turbojet.

También se suelen llamar turborreactores de doble flujo

(denominándose los anteriores como turborreactores de flujo

único). Caracterizados por disponer de un ventilador o fan en la

parte frontal del motor, el aire entrante se divide en dos caminos:

flujo de aire primario y flujo secundario o flujo derivado (bypass). El

flujo primario penetra al núcleo del motor (compresores y turbinas)

y el flujo secundario se deriva a un conducto anular exterior y

concéntrico con el núcleo. Los turbofan tienen varias ventajas

respecto a los turborreactores: consumen menos combustible,1 lo

que los hace más económicos, producen menor contaminación y

reducen el ruido ambiental.

4) TURBOHÉLICE.- es un tipo de motor de turbina de gas que

mueve una hélice. Comparado con un turborreactor, los gases de

escape apenas contienen energía para para producir un empuje

significativo. En su lugar, se utilizan para mover una turbina

conectada a un eje. Aproximadamente un 90% del empuje es

producido por la hélice y el 10% restante por los gases de escape

5) ESTATORREACTOR.- es un tipo de motor de reacción que

carece de compresores y turbinas, pues la compresión se efectúa

debido a la alta velocidad a la que ha de funcionar. El aire ya

comprimido se somete a un proceso de combustión en la cámara

de combustión y una expansión en la tobera de escape. El

régimen de trabajo de este motor es continuo. También conocido

por su nombre inglés «ramjet», si el estatorreactor es de

combustión subsónica, y «scramjet», si el estatorreactor es de

combustión supersónica.