Turbomáquinas: Tipos, Componentes y Funcionamiento

Principio de Funcionamiento de las Turbomáquinas según Luicini

Estator

Formado por los álabes unidos a la carcasa de la turbina. Como su nombre indica, representa la parte fija de la turbina.

Rotor

Lo componen ruedas de álabes unidas al eje que constituyen la parte móvil de la turbina. Reciben la energía procedente del fluido y la transforman en energía mecánica.

Escalonamiento

Cada pareja formada por una corona estator y otra corona rotor se conoce con el nombre de etapa o escalonamiento. En las turbinas, el escalonamiento comienza con una corona estator seguida de una corona de rotor.

¿Qué es una Turbina?

Es una máquina hidráulica que intercambia energía entre el fluido y el entorno, cediéndola en función de las necesidades y condiciones de diseño de la instalación.

La turbina puede clasificarse en:

• Acción (Admisión parcial)
• Reacción (Admisión total) (axial)

Elementos que Constituyen una Turbina Axial

• Conducción de entrada
• Caja espiral
• Distribuidor
• Rodete
• Tubo de aspiración

Sistemas de Álabes Tangenciales

Las turbinas pueden ser de flujo radial, de flujo radio-axial, de flujo axial y de flujo tangencial. En las turbinas de flujo tangencial, la entrada del flujo es tangente al rodete. Por ejemplo, las turbinas Pelton.

Turbina de Flujo Tangencial

Estas máquinas operan bajo la acción de uno o varios chorros libres a alta velocidad. Cada chorro, de diámetro d, se acelera hasta obtener el máximo de velocidad C mediante una tobera externa al rodete de la turbina. El chorro impacta en el álabe, comunicándole una velocidad periférica u y le imparte al rotor un movimiento giratorio w alrededor del eje de la turbina.

Turbomáquinas

Las turbomáquinas 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 intercambiador de energía, que tiene un movimiento rotativo, que se llama rodete.

Turbomáquinas Generadoras

Son las turbomáquinas que absorben energía mecánica y restituyen energía al fluido. Cuando el fluido que manejan es líquido, reciben el nombre de bombas; mientras que, si el fluido es gaseoso, reciben el nombre de ventiladores.

Turbomáquinas Motoras

Son las turbomáquinas que absorben energía del fluido y restituyen energía mecánica. Se denominan, en general, turbinas independientemente del fluido que manejen.

Ecuación de Euler en las Turbomáquinas

La ecuación de Euler es la ecuación fundamental para el estudio de las turbomáquinas, tanto de las turbomáquinas hidráulicas, como de las turbomáquinas 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 y turbinas de gas.

Planos de Representación de una Turbomáquina

Los dos planos de representación de una turbomáquina son el plano o corte meridional y el plano o corte transversal.

Triángulo de Velocidades en las Turbomáquinas

El triángulo de velocidades se refiere al triángulo formado por tres vectores de velocidad:

• c: velocidad absoluta del fluido
• w: velocidad relativa del rotor respecto al fluido
• u: velocidad lineal del rotor

El ángulo formado entre la velocidad absoluta y relativa se denomina α y el formado por la velocidad relativa y lineal se denomina β.

Turbinas de Hélice

Tienen comportamiento axial, son turbinas rápidas. El rodete posee pocas palas teniendo una forma de hélice de barco, llegando a tener el rodete un diámetro 0.4 del tubo de aspiración.

Turbina Francis

Diferencia: velocidad específica > 400, el agua no se puede guiar o conducir con precisión. La turbina Francis puede reemplazar a la turbina axial.

Elementos que Componen una Turbina

• Conducción de entrada
• Caja espiral
• Distribuidor
• Rodete
• Tubo de aplicación

Caja Espiral

Permite la velocidad constante del agua.

Distribuidor

Transforma parte de la energía de presión en cinética minimizando las pérdidas. El más utilizado es el distribuidor Kink. El distribuidor está constituido por: palas, bielas, fusibles mecánicos, servomecanismo.

Análisis Dimensional de una Turbomáquina

Se puede considerar que el comportamiento del fluido sobre una turbomáquina hidráulica depende de las siguientes variables: