Turbomaquinas

TURBOMÁQUINAS

Una turbomáquina es una máquina cuyo elemento principal es un rodete (rotor giratorio) a través del cual pasa un fluido de forma continua, cambiando éste su cantidad de movimiento por acción de la máquina.

Se da así una transferencia de energía entre la máquina y el fluido a través del momento del rotor sea en sentido máquina-fluido (como en el caso de una bomba hidráulica) o fluido-máquina (como en el caso de una turbina).

Las turbomáquinas se diferencian de otras máquinas térmicas en el hecho de que funcionan de manera continua y no discreta como es el caso de los compresores de émbolo, las bombas de vapor a pistón o los populares motores alternativos de pistón (todas ellas máquinas de desplazamiento volumétrico o positivo).

Además, a diferencia de motores rotativos como el motor Wankel, dicho intercambio de energía se produce por un intercambio de momento debido al giro del rotor. De forma aproximada, se suele referir a las turbomáquinas como aquellas que cumplen la ecuación de Euler, si bien esta solo es exacta para el caso unidimensional:

W es la potencia trasegada por la máquina. Esta es obtenida (w>0) para una turbina y cedida (w<0) para una bomba.

M es el caudal másico que atraviesa la máquina.

C es la velocidad absoluta del fluido. El subíndice u indica que se considera solo la velocidad tangencial. Los subíndices 1 y 2 indican entrada y salida respectivamente.

U es la velocidad del rodete. Se ve que U= W*R.

Este tipo de máquinas son muy usadas en la actualidad para generación de energía eléctrica donde se usa en casi todas las tecnologías empleadas:

Turbina de gas

Turbina de vapor

Turbina eólica

Turbina hidráulica

Como mecanismo de propulsión para vehículos:

Turborreactores

Turbohélices

Turbofanes en aviones

Turbinas de gas para algunos ferrocarriles y barcos

Y para accionar un fluido:

Bombas hidráulicas en sistemas de abastecimiento de agua

Turbocompresores en motores para vehículos e instalaciones industriales

Ventiladores de múltiples usos.

Triángulo de velocidades

En el lenguaje de las turbomáquinas se habla de triángulo de velocidades para referirse al triángulo formado por tres vectores los cuales son:

Triángulo de velocidades. La velocidad absoluta del fluido

• La velocidad relativa del fluido respecto al rotor

• La velocidad lineal del rotor

Estos tres vectores forman un triángulo ya que la suma en un mismo punto es igual a en ese punto por leyes del movimiento relativo de la mecánica clásica (transformación de Galileo o composición de velocidades).

El ángulo entre los vectores y es denotado y el ángulo entre los vectores y es denotado . Esta nomenclatura es norma DIN 1331.

Las turbomáquinas pueden clasificarse de acuerdo a varios criterios como funcionamiento, composición o sentido de flujo de la energía.

De acuerdo con el sentido del flujo de energía

• Motoras: la energía es entregada por el fluido a la máquina, y esta entrega trabajo mecánico. La mayoría de las turbomáquinas motoras son llamadas "turbinas", pero dentro de este género también entran los molinos de viento. Posteriormente la energía mecánica puede ser transformada en otro tipo de energía, como la energía eléctrica en el caso de las turbinas eléctricas.

• Generadoras: la energía es entregada por la máquina al fluido, y el trabajo se obtiene de este. En este género entran las bombas, sopladores, turbocompresores, ventiladores, y otros.

De acuerdo con la forma que presenta el fluido proyectado a través del rotor

• Radial: Si la trayectoria que sigue el fluido es principalmente normal al eje de rotación (centrífugas o centrípetas según la dirección de movimiento).

• Axial: Cuando la trayectoria del fluido es fundamentalmente paralelo al eje de rotación.

• Diagonal: Flujo diagonal al eje de rotación.

De acuerdo con el tipo de fluido que manejan

• Térmicas: Cuando el cambio en la densidad del fluido es significativo dentro de la máquina, como en compresores.

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