Turbomaquinas

Introducción

Una turbomaquina 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).

Es por ello que la Ecuación de Euler es la ecuación fundamental para el estudio de las turbomaquinas, tanto hidráulicas como térmicas. Constituye pues la ecuación básica tanto para el estudio de las bombas, ventiladores, turbinas hidráulicas, como para el estudio de los turbocompresores, turbinas de vapor o gas. Es la ecuación que expresa la energía intercambiada en el rodete de estas maquinas.

Las Turbomaquinas están estructuradas por un conjuntos de venas liquidas, o mejor dicho por canales que contendrán esas venas liquidas. Este conjunto de venas quedara dispuesto de varias maneras según la trayectoria que el liquido rige en la maquina, para ello es necesario realizar el análisis de triangulo de velocidades formado por una velocidad tangencial, una velocidad relativa y una velocidad absoluta para determinar y definir los parámetros de los rodetes o alabes de la turbomaquinas.

1) Turbomaquinas

Las Turbomaquinas son aquellas que absorben energía de un fluido y restituyen generalmente energía mecánica en el eje, como una turbina de vapor, una turbina hidráulica o bien absorben energía mecánica en el eje y restituyen energía a un fluido como una bomba, un ventilador. Las turbomaquinas se llaman también máquinas de corriente o máquinas dinámicas y en ellas el intercambio de energía es debido a la variación del momento cinético del fluido en su paso por el órgano intercambiador de energía, dotado de movimiento rotativo, que se llama rodete.

2) Partes de una Turbomaquina

Una turbomaquina consta de diversas partes y accesorios dependiendo de su tipo, aplicación y diseño. Por ejemplo un ventilador puede ser una turbomaquinas que sólo conste de un árbol, motor, rotor y soporte, mientras que un compresor centrífugo o una bomba semi-axial puede tener muchas partes que incluso no comparta con las demás turbomaquinas existentes. Sin embargo, la mayoría de las turbomaquinas comparten el hecho de tener partes estáticas y rotativas; y dentro de estos conjuntos puede haber diversos elementos los cuales muchas turbomaquinas comparten y una enumeración competente puede ser la siguiente:

a) Partes rotativas:

• Rodete:

El Rodete es el corazón de toda turbomaquina y el lugar donde aviene el intercambio energético con el fluido. Se suelen emplear los índices 1 y 2 para establecer la entrada y salida del rodete. Está constituido por un disco que funciona como soporte a palas, también llamadas álabes, o cucharas en el caso de las turbinas Pelton. La geometría con la cual se realizan los álabes es fundamental para permitir el intercambio energético con el fluido; sobre éstas reposa parte importante del rendimiento global de toda la turbomaquina y el tipo de cambio energético generado (si la energía será transferida por cambio de presión o velocidad). Los tipos de rotores pueden ser axiales, radiales, mixtos o tangenciales, para su fácil identificación y distinción se hace uso de representaciones por proyección específicas.

Rotor Radial Roto Axial

• 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. En el caso de las turbomaquinas motoras éste siempre está conectado a alguna clase de motor, como puede ser un motor eléctrico, o incluso una turbina como es común en los turborreactores, muchas veces entre el árbol y el motor que mueve a la turbomaquina se encuentra algún sistema de transmisión mecánica, como puede ser un embrague o una caja reductora. En el caso de las turbomaquinas generadoras, es frecuente encontrar un generador eléctrico al otro extremo del árbol, o incluso hay árboles largos que soportan al rotor en el medio y en un extremo se encuentra una turbomaquina generadora y al otro un generador.

b) Partes estáticas:

Al conjunto de todas las partes estáticas de la turbomaquina (y en otras máquinas también) se le suele denominar estator.

• Entradas y Salidas :

Estas partes son comunes en todas las turbomaquinas, pero pueden variar de forma y geometría entre todas. Existen turbomaquinas generadoras de doble admisión, es decir, que tienen dos entradas diferenciadas y una salida única de fluido. Estas partes pueden constar de una brida en el caso de la mayoría de las bombas y compresores, pero en las turbinas hidráulicas grandes, sólo son grandes tuberías y la salida muchas veces tiene forma de difusor. En los molinos de viento, por ejemplo, la entrada y la salida sólo pueden ser superficies imaginarias antes y después del rotor. El distribuidor, es el órgano cuya misión es conducir el fluido desde la sección de entrada hacia el rodete. Se suelen utilizar los índices 0 y 1 para designar las magnitudes a la entrada del distribuidor y a la salida (entrada en el rodete). Por otro lado, el difusor es un elemento que se encuentra a la salida del rodete y que disminuye la velocidad del fluido, además de acondicionar hidráulicamente el fluido para su conducción.

• Álabes directores:

También llamados palas directoras, son álabes fijos al estator, por los cuales pasa el fluido de trabajo antes o después de pasar al rotor a realizar el intercambio energético. Muchas turbomaquinas carecen de ellos, pero en aquellas donde si figuran éstos son de vital importancia. En las turbomaquinas motoras se encargan de dirigir el fluido en un cierto ángulo, así como acelerarlo para optimizar el funcionamiento de la máquina. En las turbomaquinas generadoras se encuentran a la salida del rotor. Los álabes directores también pueden llegar a funcionar como reguladores de flujo, abriéndose o cerrándose a manera de válvula para regular el caudal que entra a la máquina.

• Cojinetes, rodamientos o rolineras:

Son elementos de máquina que permiten el movimiento del eje mientras

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