TURBOMAQUINAS HIDRAULICAS Ph. D. Edgar Paz Pérez

MAQUINAS DE FLUIDOS Máquina es un transformador de energía. La maquina absorbe una clase de energía y restituye otra clase de energía.   Ejemplos: ventilador, motor eléctrico, molinos, motor de combustión, torno, cierra eléctrica, etc. Máquina de fluido es aquella en que el intercambio de energía se realiza a través de un fluido, ya sea suministrando la energía a la maquina (como el caso de las turbinas) o absorbiéndola (como en el caso de las bombas, ventiladores, compresores).

CLASIFICACIÓN DE MÁQUINAS DE FLUIDO   1.- Principio de Funcionamiento: Turbomáquinas De desplazamiento positivo. 2.- Compresibilidad del fluido: De fluido compresible De fluido incompresible 3.- Sentido de transmisión de la Motoras energía: Generadoras se utilizara como criterio de clasificación mas general el principio de funcionamiento

Según Principio de Funcionamiento Turbomáquinas Maquinas de desplazamiento positivo Maquinas de desplazamiento Positivo en una maquina de desplazamiento positivo una cantidad determinada de fluido es retenida en su paso a través de la maquina, experimentando una variación de presión gracias a la variación de volumen del órgano de retención. El órgano de retención puede ser un diafragma o membrana, un embolo (Alternativas,) o un elemento giratorio (rotativas)

de engranajes de husillo de lóbulo Peristáltica de paletas de pistones de diafragma

Turbomáquina (Maquinas de flujo) Máquinas de fluido en que el Intercambio Energético se debe a la variación de la cantidad de movimiento del fluido, que pasa entre los Alabes de un elemento rotatorio, llamado Rotor. W: Energía intercambiada fluido - rotor por unidad de masa que ingresa en los alabes o atraviesa el rotor

CLASIFICACIÓN DE TURBOMÁQUINAS Según compresibilidad del fluido Turbomáquinas hidráulicas y térmicas Turbomáquinas hidráulicas Son aquellas en que el volumen especifico del fluido no varia o varia en medida despreciable durante su recorrido al interior de la maquina (ventiladores, turbo bombas, turbinas hidráulicas, turbinas eólicas). Turbomáquinas térmicas son aquellas en que hay variación apreciable del volumen especifico del fluido que atraviesa la máquina. (compresores, turbinas de gas y de vapor).

Según el sentido de la transmisión de energía Turbomáquinas generadoras u operativas: en las cuales las paredes Sólidas móviles ceden trabajo al fluido. turbomáquinas hidráulicas generadoras: turbo bombas y ventiladores turbomáquinas térmicas generadoras: compresores centrífugos y axiales Turbomáquinas motrices: en las cuales el fluido cede trabajo a la paredes sólidas móviles. turbomáquinas hidráulicas motrices: turbinas Pelton, Francis, Kaplan, Bulbo, Michell-Banki, eólicas turbomáquinas térmicas motrices: turbinas de vapor y de gas.

PRINCIPALES TURBOMÁQUINAS TÉRMICAS Turbina de vapor Turbina de gas Compresor

PRINCIPALES TURBOMÁQUINAS HIDRÁULICAS Bomba Ventilador T. Pelton T. Michell-Banki T. Francis T. Kaplan T. Bulbo T. Eólica

Diagonales (Semiaxiales) Tangenciales CLASIFICACIÓN SEGÚN DIRECCIÓN DEL FLUJO EN EL ROTOR Radiales Axiales Diagonales (Semiaxiales) Tangenciales

DESCRIPCIÓN DE LAS PRINCIPALES TURBOMÁQUINAS HIDRAULICAS

Turbobomba Turbomáquina hidráulica utilizada para impulsar un liquido. En algunos casos son utilizados para bombear, pastas y líquidos con sólidos. Aplicaciones: Bombeo de agua residencial Pozos tubulares Agricultura Combate a incendios Industrias: petroquímicas, de alimentos, agroindustrias y otras.

Funcionamiento de una bomba centrifuga VIDEO

principales elementos de una bomba Brida de salida Sello mecánico voluta eje Brida de entrada Conducto de alimentación rodamientos rotor

TIPOS DE ROTORES DE BOMBAS CENTRIFUGAS cerrado Semiabierto Semiabierto

Ventiladores Es una Turbomáquina que impulsa un fluido gaseoso. En algunos casos se impulsa un gas con partículas. Aplicaciones: Aire para combustión Gases de combustión Aire caliente para procesos Ventilación Secado

Elementos de un ventilador centrifugo

Turbinas hidráulicas Turbomáquina que aprovecha la energía hidráulica de una caída de agua para transformarla en energía mecánica de rotación. Son utilizadas principalmente para generar energía en centrales hidroeléctricas.

Turbina Pelton Inventada por Lester Allen Pelton (1880). También llamada de chorro libre. Es una turbina de acción, tangencial, de admisión parcial Utilizada en grandes alturas y pequeños caudales. Tiene un rendimiento máximo de 92%.

Funcionamiento de una turbina Pelton

Elementos de una turbina pelton

Detalles constructivos

Detalles constructivos

Turbina Michell-Banki También conocida como turbina de Flujo Cruzado, (Cross-Flow), de Flujo Transversal, Michell y Michell-Ossberger. Es una turbina de acción, de entrada radial, de admisión parcial y de flujo transversal. Características Pueden operar en amplios intervalos de caudal fuera del punto óptimo, teniendo una variación suave de su eficiencia. su construcción es simple y puede ser construida en pequeños talleres. Debido a su simplicidad de construcción y funcionamiento, para bajas caídas, es la turbina que presenta los menores costos iniciales, de operación y de mantenimiento. Son turbinas que se adaptan muy bien para ser usadas en el medio rural y en centrales Hidroeléctricas pequeñas.

Elementos de una turbina Michell-Banki

Turbina Francis Inventada por Bicheno Francis aproximadamente en 1850. Son turbinas centrípetas de reacción y de admisión total. Son utilizadas en medianas y bajas alturas y en caudales intermedios. Actualmente su rendimiento máximo llega a superar 95%.

Funcionamiento de una turbina Francis

Elementos de una turbina Francis

Voluta

Distribuidor

Rotor

Tubo de succión

Turbina Kaplan Inventada por Víctor Kaplan en 1912. Son turbinas de reacción, de alabes orientables. Utilizadas en pequeñas alturas y grandes caudales. Son las turbinas mas económicas para medianas y grandes potencias. Actualmente su rendimiento máximo llega a superar 95%.

Funcionamiento de una turbina Kaplan

Elementos de una turbina Kaplan Eje Voluta Rotor Tubo de succión

Rotor

Turbina Bulbo Llamadas también turbinas pelton modificadas. Ocupan menos espacio que estas debido a que no tienen la caja espiral y la parte vertical del tubo de succión. Utilizadas en alturas muy pequeñas, donde no es posible utilizar las turbinas Kaplan. Son ideales para aplicarlas en centrales mareomotrices.

Detalles constructivos

Turbinas eólicas

Elementos de un turbina eólica

TEORÍA DE TURBO BOMBAS

ALTURA ÚTIL (H) Generalmente los términos y son despreciables   Así que podemos escribir:

RENDIMIENT TOTAL DE LA BOMBA CAUDAL DE LA BOMBA (Q) está definida como el volumen de fluido que en la unidad de tiempo atraviesa la brida de entrada (o de salida) de la bomba.   RENDIMIENT TOTAL DE LA BOMBA se define como el cociente entre la energía “útil” cedida al fluido en la unidad de tiempo y la potencia del eje (n)

CURVAS CARACTERISTICAS DE LAS BOMBAS

SIMILITUD DE BOMBAS dos bombas son geométricamente símiles cuando el cociente entre longitudes correspondientes de las dos bombas se encuentra siempre el mismo valor que llamamos “relación de similitud geométrica”.   dos bombas operan con campos de velocidades símiles cuando el cociente entre velocidades (absoluta, relativa, de arrastre) correspondientes se encuentra siempre el mismo valor. dos bombas geométricamente símiles tienen iguales rendimientos (volumétrico, hidráulico y orgánico)

BOMBA QUE OPERA EN DISTINTAS ROTACIÓN

NÚMERO DE VUELTAS ESPECÍFICO   Dos bombas geométricamente símiles que operan con campos de velocidades símiles, TIENEN EL MISMO VALOR DE NÚMERO DE VUELTAS ESPECÍFICO ne

CAVITACIÓN Fenómeno que se da por la formación de burbujas de vapor en las zonas de baja presión de la bomba (o turbina); que al seguir la corriente, en las zonas de mayor presión, condensa violentamente. La pronta condensación de las gotas produce un terrible martilleo sobre la superficie del álabe, fuertes vibraciones y también un calentamiento local que en combinación origina la erosión y corrosión que en poco tiempo provocan la destrucción del álabe

NET POSITIVE SUCTION HEAD (NPSH) para que no haya cavitación tiene que ser: NET POSITIVE SUCTION HEAD DISPONIBLE NET POSITIVE SUCTION HEAD REQUERIDO POR LA BOMBA

TEORÍA DE TURBINAS HIDRAULICAS

RENDIMIENT TOTAL DE LA TURBINA   Se define como el cociente entre la potencia del eje (N) y la potencia hidráulica cedida por el fluido.

SIMILITUD EN TURBINAS dos turbinas geométricamente símiles cuando el cociente entre dos longitudes correspondientes de las dos turbinas se encuentra siempre el mismo valor que llamamos “relación de similitud geométrica”.   dos turbinas operan con campos de velocidades símiles cuando el cociente entre dos velocidad (absoluta, relativa, de arrastre) correspondientes a los dos campos se encuentra siempre el mismo valor. dos turbinas geométricamente símiles tienen iguales rendimientos (volumétrico, hidráulico y orgánico)

NÚMERO DE VUELTAS ESPECÍFICO   Dos turbinas geométricamente símiles que operan con campos de velocidades símiles, TIENEN EL MISMO VALOR DE NÚMERO DE VUELTAS ESPECÍFICO ne y ns.

Campo de Aplicación de la Turbinas hidráulicas

Campo de Aplicación de la Turbinas hidráulicas

Grado de reacción El grado de reacción establece si existe variación de presión a través del rotor de la turbina. Este parámetro es el cociente entre la altura de presión del rotor y la altura total. Donde: r : Grado de reacción Hp : Altura de presión He : Altura de Euler

Clasificación de las turbinas hidráulicas según el grado de reacción Turbinas de acción Turbinas de reacción. Son aquellas en que el grado de reacción es cero (r =0). Esto quiere decir que en este tipo de turbinas no ocurre variación de presión a través del rotor. Las turbinas de acción no presentan tubo de succión. Entre estas turbinas tenemos: las turbinas Pelton, Michell-Banki y Turgo.

Turbinas de reacción En estas turbinas el grado de reacción es diferente de cero, Esto quiere decir que hay variación de presión a través del rotor. Las turbinas de reacción en la mayoría de los casos presentan tubo de succión. Entre estas turbinas tenemos: las turbinas Francis, Kaplan, Deriaz, Bulbo entre otras.