REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICADE LA FUERZA ARMADA NACIONAL BOLIVARIANAAGUASAY- MONAGAS

TURBINAS Y ALABES

Profesor(a): Bachilleres:ING. ROSMARCIA ALVAREZ JUAN BORREGALES C.I:19.446.799 CARMEN HERNNDEZ C.I:22.706.784 ING. Mecnica VIII Seccin U

Aguasay, Julio del 2015.I N D I C E G E N E R A LPp

INTRODUCCION3

TURBINAS..4

CLASIFICACION DE LAS TURBOMAQUINAS ...5

PARTES DE UNA TURBOMAQUINA6

RENDIMIENTO DE LAS TURBOMQUINAS..8

ALABES DE TURBINAS..11

ALABES DEL ROTOR Y LABES DEL ESTATOR...11

DISEO DE COMPRESORES AXIALES..13

FLUJO EN LOS LABES DE UNA TURBINA.14

CONCLUSION17

ANEXOS18

BIBLIOGRAFIA.23

INTRODUCCIONA lo largo de la historia de la humanidad, el hombre ha modificado y manipulado su entorno para realizar un trabajo en el menor tiempo y esfuerzo posible. Con esta finalidad se han construido mquinas con diferentes niveles de complejidad. Por lo tanto, una mquina es un dispositivo que convierte la energa para realizar un determinado trabajo. Para realizar este trabajo, las mquinas pueden utilizar cualquier tipo de energa disponible, por ejemplo la energa trmica del sol, la energa elica del viento, la energa hidrulica de corrientes naturales de agua, energa mecnica, energa elctrica, etc. En nuestro caso, nos enfocaremos solo al estudio de las mquinas que funcionan con una corriente fluida, es decir con lquidos y gases.Para su funcionamiento este tipo de mquinas efectan una transformacin de parte de la energa contenida en un fluido en energa mecnica, y viceversa. Es decir, que parte de la energa potencial que contiene un fluido, con respecto a un determinado nivel de referencia, es convertida en energa mecnica, disponible generalmente como un momento o potencia motriz.

TURBINAS (Turbomquinas)Una turbomquina es una mquina cuyo elemento principal es un rodete (rotor) a travs del cual pasa un fluido de forma continua, cambiando ste su cantidad de movimiento por accin de la mquina, dndose as una transferencia de energa entre la mquina y el fluido, la cual puede ser en sentido mquina-fluido o fluido-mquina. Las turbomquinas se diferencian de otras mquinas trmicas en el hecho de que funcionan de manera continua y no discreta, como es el caso de los compresores de mbolo, las bombas de vapor a pistn o los populares motores de pistn, las cuales son mquinas de desplazamiento volumtrico o positivo. A semejanza de otras mquinas trmicas, son transformadoras de energa, lo cual es una caracterstica fundamental, entregndole energa mecnica al fluido de trabajo convirtindola en presin (energa potencial), energa trmica o energa cintica del fluido, pudiendo ser este intercambio en sentido contrario.Bajo muchas formas las turbomquinas estn presentes en nuestra vida cotidiana, desde los sencillos ventiladores y las bombas centrfugas que son de uso comn, hasta las grandes turbinas hidrulicas de las centrales hidroelctricas y las turbinas de vapor o a gas de las centrales trmicas son turbomquinas. Es importante destacar que las turbomquinas son fundamentales en la conversin electromecnica de energa, es decir, la generacin elctrica. Es este hecho el cual convierte a las turbomquinas en un objeto de gran importancia dentro de la ingeniera mecnica, la cual dedica mucho a su estudio y proyeccin, e igualmente, pero en menor medida, la ingeniera civil. Las turbomquinas como todo elemento mecnico se clasifican dependiendo a una serie de criterios ya establecidos, a continuacin se presentarn las clasificaciones ms comunes de las turbinas o turbomaquinas.CLASIFICACION DE LAS TURBOMAQUINAS Las turbomquinas pueden clasificarse de acuerdo a varios criterios como funcionamiento, composicin o sentido de flujo de la energa.De acuerdo con el sentido del flujo de energa Generadoras: la energa es entregada por el fluido a la mquina, y esta entrega trabajo mecnico. La mayora de las turbomquinas motoras son llamadas "turbinas", pero dentro de este gnero tambin entran los molinos de viento. Posteriormente la energa mecnica puede ser transformada en otro tipo de energa, como la energa elctrica en el caso de las turbinas elctricas. Motoras: la energa es entregada por la mquina al fluido, y el trabajo se obtiene de este. En este gnero entran las bombas, sopladores, turbocompresores, ventiladores, y otros.De acuerdo con la forma que presenta el fluido proyectado a travs del rotor Radial: Si la trayectoria que sigue el fluido es principalmente normal al eje de rotacin (centrfugas o centrpetas segn la direccin de movimiento). Axial: Cuando la trayectoria del fluido es fundamentalmente paralelo al eje de rotacin. Diagonal: Flujo diagonal al eje de rotacin.De acuerdo con el tipo de fluido que manejan Trmicas: Cuando el cambio en la densidad del fluido es significativo dentro de la mquina, como en compresores.. Hidrulicas: Cuando el cambio en la densidad del fluido no es significativo dentro de la mquina, como en bombas o ventiladores.De acuerdo con el cambio de presin en el rotor Accin: no existe un cambio de presin en el paso del fluido por el rotor. Reaccin: existe un cambio de presin en el paso del fluido por el rotor.De acuerdo con el tipo de admisin Total: todo el rotor es tocado por el fluido de trabajo. Parcial: no todo el rotor es tocado por el fluido de trabajo.

PARTES DE UNA TURBOMAQUINAUna turbomquina consta de diversas partes y accesorios dependiendo de su tipo, aplicacin y diseo. Por ejemplo un ventilador puede ser una turbomquina que slo conste de un rbol, motor, rotor y soporte, mientras que un compresor centrfugo o una bomba semi-axial puede tener muchas partes que incluso no comparta con las dems turbomquinas existentes. Sin embargo, la mayora de las turbomquinas comparten el hecho de tener partes estticas y rotativas; y dentro de estos conjuntos puede haber diversos elementos los cuales muchas turbomquinas comparten y una enumeracin competente puede ser la siguiente:Partes rotativas Rodete: El Rodete es el corazn de toda turbomquina y el lugar donde aviene el intercambio energtico con el fluido. Se suelen emplear los ndices 1 y 2 para establecer la entrada y salida del rodete. Est constituido por un disco que funciona como soporte a palas, tambin llamadas labes, o cucharas en el caso de las turbinas Pelton. La geometra con la cual se realizan los labes es fundamental para permitir el intercambio energtico con el fluido; sobre stas reposa parte importante del rendimiento global de toda la turbomquina y el tipo de cambio energtico generado (si la energa ser transferida por cambio de presin o velocidad). Los tipos de rotores pueden ser axiales, radiales, mixtos o tangenciales, para su fcil identificacin y distincin se hace uso de representaciones por proyeccin especficas. Eje o rbol: Tiene la doble funcin de trasmitir potencia (desde o hacia el rotor) y ser el soporte sobre el que yace el rotor. En el caso de las turbomquinas motoras ste siempre est conectado a alguna clase de motor, como puede ser un motor elctrico, o incluso una turbina como es comn en los turborreactores, muchas veces entre el rbol y el motor que mueve a la turbomquina se encuentra algn sistema de transmisin mecnica, como puede ser un embrague o una caja reductora. En el caso de las turbomquinas generadoras, es frecuente encontrar un generador elctrico al otro extremo del rbol, o incluso hay rboles largos que soportan al rotor en el medio y en un extremo se encuentra una turbomquina generadora y al otro un generador.

Partes estticasAl conjunto de todas las partes estticas de la turbomquina (y en otras mquinas tambin) se le suele denominar estator. Entradas y Salidas: Estas partes son comunes en todas las turbomquinas, pero pueden variar de forma y geometra entre todas. Existen turbomquinas generadoras de doble admisin, es decir, que tienen dos entradas diferenciadas y una salida nica de fluido. Estas partes pueden constar de una brida en el caso de la mayora de las bombas y compresores, pero en las turbinas hidrulicas grandes, slo son grandes tuberas y la salida muchas veces tiene forma de difusor. En los molinos de viento, por ejemplo, la entrada y la salida slo pueden ser superficies imaginarias antes y despus del rotor. El distribuidor, es el rgano cuya misin es conducir el fluido desde la seccin de entrada hacia el rodete. Se suelen utilizar los ndices 0 y 1 para desisgnar 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, adems de acondicionar hidralicamente el fluido para su conduccin. labes directores: Tambin llamados palas directoras, son labes fijos al estator, por los cuales pasa el fluido de trabajo antes o despus de pasar al rotor a realizar el intercambio energtico. Muchas turbomquinas carecen de ellos, pero en aquellas donde si figuran stos son de vital importancia. En las turbomquinas motoras se encargan de dirigir el fluido en un cierto ngulo, as como acelerarlo para optimizar el funcionamiento de la mquina. En las turbomquinas generadoras se encuentran a la salida del rotor. Los labes directores tambin pueden llegar a funcionar como reguladores de flujo, abrindose o cerrndose a manera de vlvula para regular el caudal que entra a la mquina. Cojinetes, rodamientos o rolineras: Son elementos de mquina que permiten el movimiento del eje mientras lo mantienen solidario a la mquina, pueden variar de tipos y tamaos entre todas las turbomquinas. Sellos: Son dispositivos que impiden la salida del fluido de la turbomquina. Cumplen una funcin crtica principalmente en los acoplamientos mviles como en los rodamientos. Pueden variar de tipos y ubicacin dentro una turbomquina a otra.RENDIMIENTO DE LAS TURBOMQUINASEn las turbomquinas el concepto de rendimiento es de suma importancia. El rendimiento o eficiencia, puede verse como la razn existente entre los beneficios que pueden obtenerse idealmente de una mquina y aquellos que son obtenidos en la realidad. En otras palabras el rendimiento total de una turbomquina se define como la razn entre la potencia restituida y la potencia absorbida:

En las turbomquinas motoras la potencia absorbida es toda aquella entregada por el fluido de trabajo en su paso por la mquina, y la potencia restituida es aquella que se encuentra en el eje del rotor. Al contrario ocurre en las turbomquinas generadoras, ya que la potencia absorbida se encuentra en el eje del rotor, y la energa restituida es aquella que es entregada efectivamente al fluido de trabajo. El discurso sobre el rendimiento utiliza ampliamente los conceptos de la termodinmica. La primera ley de la termodinmica nos indica que la potencia restituida jams podr ser mayor a la potencia absorbida, ya que esto implicara la creacin espontnea de energa. La segunda ley de la termodinmica nos dice que la potencia absorbida siempre ser mayor que la potencia restituida, ya que la energa se suministra al fluido en un nmero finito de etapas (es un proceso irreversible). De esta forma podemos afirmar que:

De esta manera, por ejemplo, para que un compresor axial entregue una cantidad Eentregada (energa restituida por la mquina) de energa a un fluido, este deber absorber una cantidad de energa Eabsorbida definitivamente mayor a la entregada efectivamente al fluido de trabajo. La diferencia entre la energa absorbida y la energa restituida se conoce con el nombre de prdidas:Eabsorbida - Eentregada = EperdidaPodemos escribir la misma relacin para la potencia derivando respecto al tiempo:Nabsorbida - Nentregada = NperdidaLa potencia perdida es aquella que resulta invertida en otros fenmenos distintos a aquellos deseados para los fines de la turbomquina, que es entregar energa til al fluido. As la potencia perdida resulta en el calentamiento del fluido, vencer las fuerzas viscosas dentro del fluido, etc... Para simplificar el estudio de la eficiencia o rendimiento se clasifican diversos tipos de rendimiento, cada uno asociado a un fenmeno distinto de prdida de energa.Estudio adimensional de las turbomquinas Ms arriba hemos dado luces acerca de la complejidad de la dinmica del fluido de trabajo en su paso por la turbomquina, de hecho las ecuaciones que predicen el movimiento del fluido son de tal complejidad que an no se conoce una solucin general, sino soluciones particulares que requieran grandes simplificaciones, que sin embargo aportan mucha informacin sobre el verdadero comportamiento del fluido. A su vez, la construccin comercial de turbomquinas ya haba empezado antes de que stas ecuaciones se conocieran, o fueran difundidas en la comunidad cientfica e ingenierstica, por lo cual los constructores de turbomquinas se vieron obligados en buscar un mtodo prctico de modelar estas mquinas. Un mtodo obvio es la construccin de modelos, y la correlacin entre modelos est determinada por la teora de la similitud y el anlisis dimensional.

ALABES DE TURBINASUn labe es la paleta curva de una turbomquina o mquina de fluido rotodinmica. Forma parte del rodete y, en su caso, tambin del difusor o del distribuidor. Los labes desvan el flujo de corriente, bien para la transformacin entre energa cintica y energa de presin por el principio de Bernoulli, o bien para intercambiar cantidad de movimiento del fluido con un momento de fuerza en el eje.En el caso de las mquinas generadoras, esto es, bombas y compresores, los labes del rodete transforman la energa mecnica del eje en entalpa. En las bombas y compresores con difusor, los labes del esttor recuperan energa cintica del fluido que sale del rotor para aumentar la presin en la brida de impulsin. En las bombas, debido al encarecimiento de la mquina que ello conlleva, se dispone de difusor nicamente cuando obtener un alto rendimiento es muy importante, por ejemplo en mquinas de mucha potencia que funcionan muchas horas al ao.En las mquinas motoras, ya sean turbinas hidrulicas o trmicas, el rodete transforma parte de la entalpa del fluido en energa mecnica en el eje. Los labes del distribuidor conducen la corriente fluida al rodete con una velocidad adecuada en mdulo y direccin, transforman parte de la energa de presin en energa cintica y, en aquellos casos en que los labes son orientables, tambin permiten regular el caudal.

EL FUNCIONAMIENTO DEL COMPRESOR DE FLUJO AXIAL: ALABES DEL ROTOR Y LABES DEL ESTATOREl compresor de flujo axial consta de mltiples rotores a los que estn fijados los labes cuyo perfil es aerodinmico. El rotor gira accionado por la turbina, de manera que el aire es aspirado continuamente hacia el compresor, dnde es acelerado por los labes rotativos y barrido hacia la hilera adyacente del labes del estator.Este movimiento, por tratarse los labes de perfiles aerodinmicos, crea una baja presin en el lado convexo (extrados o lado de succin) y una zona de alta presin en el lado cncavo (intrados o lado de presin). El aire, al pasar por los labes, sufre un aumento de velocidad sobre la parte convexa inicial del perfil, para reducirse luego cuando prosigue el movimiento hacia el borde de salida. Ocurre por lo tanto un proceso de difusin. Este proceso se desarrolla a lo largo de todas las etapas que componen el compresor.La elevacin de presin del flujo de aire se debe a este proceso de difusin, que tiene lugar en los pasajes de los labes del rotor y en un proceso similar realizado en los labes del estator. El estator sirve adems para corregir la deflexin dada al aire por los labes del rotor y para que el aire pueda presentar el aire con el ngulo correcto a la siguiente etapa, hacia la prxima etapa de los labes del rotor. La ltima hilera de los labes del estator actan como enderezadores del aire a fin de limitar la turbulencia de manera que el aire ingrese al sistema de combustin a una velocidad axial suficientemente uniforme.A travs de cada etapa el aumento de presin es muy pequeo, entre 1:1,15 y 1:1,35. La razn que motiva tan pequeo aumento de presin es que si se desea evitar el desprendimiento de la capa lmite y la consiguiente entrada en prdida aerodinmica de los labes, el rgimen de difusin y el ngulo de incidencia deben mantenerse dentro de ciertos lmites. La pequea elevacin de presin en cada etapa, junto con la trayectoria uniforme del flujo de aire, contribuye a lograr la alta eficiencia del compresor axial.A medida que el aire avanza a travs de las diferentes etapas del compresor la densidad del aire aumenta, a la vez que la presin. Para mantener constante la velocidad axial del aire a medida que se incrementa su densidad, desde el extremo de baja presin hacia el de alta presin existe una reduccin gradual en el rea anular de circulacin de aire, entre el eje del rotor y el alojamiento del estator.ASPECTOS A TENER EN CUENTA EN EL DISEO DE COMPRESORES AXIALES La velocidad tangencial del extremo del labe: el nmero MachLa velocidad tangencial del extremo del labe del rotor. En las cercanas o ms all de la velocidad del sonido se producen ondas de choque muy perjudiciales para la estructura mecnica del compresor. De hecho, esa limitacin constituye una de las principales limitaciones para construir turbinas ms potentes. La velocidad del sonido depende de la temperatura y la presin, por lo que para facilitar el estudio, entre otros, del comportamiento de un objeto movindose a altas velocidades se define el nmero de Mach como la relacin existente entre la velocidad de un objeto en unas condiciones de presin y temperatura determinadas y la velocidad del sonido en esas mismas condiciones

As, se definen 4 posibles velocidades: Velocidad subsnica, M < 0,7 Velocidad transnica 0,7 < M < 1,2 Velocidad supersnico 1,2 < M < 5 Velocidad hipersnico M > 5

COMPORTAMIENTO DEL FLUJO EN LOS LABES DE UNA TURBINA

El flujo en las turbomquinas es el flujo ms complejo en el estudio de la dinmica de fluidos, dicha complejidad est principalmente en las siguientes reas, primeramente en la viscosidad y la geometra compleja, la cual es denominada por flujos vrtices que causan varias formas de flujo secundario, en segundo lugar, la inestabilidad inherente al movimiento relativo entre el rotor y el estator, como tercer rea tenemos el patrn de flujo de las regiones cercanas de la pared del estator la cual incluyen flujos laminares, transicionales y turbulentos, tambin tenemos que los flujos pueden ser comprensibles, subsnico, transnico o supersnico, algunos flujos en turbomquinas pueden incluir todos estos regmenes, por ultimo tenemos las limitaciones de espacio de flujo, donde hay fuertes interacciones de las superficies con la paredes slidas.El flujo en los alabes de una turbina es altamente inestable por las distorsiones de flujo peridicamente encontrados, generado por los alabes que se encuentran aguas arriba y aguas abajo, esta inestabilidad tiene importantes consecuencias para la eficiencia de la turbina, la carga de los alabes, problemas de transferencia de calor, fatiga mecnica debido al aleteo en los alabes, fatiga trmica y generacin de ruido. Los principales factores generadores de estos flujos inestables pueden ser clasificados basados en los mecanismos fsicos involucrados y pueden ser los siguientes:Interaccin potencial, el campo potencial asociado con un alabe puede propagarse corrientes arriba y corrientes abajo, la magnitud de este efecto depende del nmero Mach y la distancia axial de los alabes, en flujos con nmero de Mach altos, la interaccin potencial tiende a ser ms fuerte que en nmeros de Mach inferiores. A diferencia de la influencia potencial, en los alabes se realiza un proceso de conveccin hacia el flujo aguas debajo de los alabes este fenmeno se conoce como estela y puede ser caracterizado por un dficit de velocidad, tomando en cuenta que la presin esttica no vara significativamente.Interacciones de onda de choque, que se realizan cuando la turbina opera transnico, ocurren las ondas de choques, en adicin a las prdidas producidas por el movimiento peridico del choque mismo, dichas ondas de choques pueden causar intensos efectos de inestabilidad. Otro factor generador de los flujos inestables, es la generacin de vrtices en sentido de la corriente de flujo, en este sentido, en los alabes de bajo relacin de aspecto, se realiza una fuga de flujo en la tolerancia respectiva del alabe y el estator y tambin estn los puntos calientes, este fenmeno describe que en la salida del combustor hay lneas o puntos calientes con temperaturas no uniformes en varias direcciones, se realiza una conveccin en el flujo aguas abajo del alabe y tendr efectos significativo en la aerodinmica y la trasferencia de calor para los alabes aguas abajo. Otro de los aspectos que hay que resaltar en el comportamiento del flujo en los alabes de una turbina, es, sin duda la perdida de presin, para determinar las magnitudes de perdida de presin en los alabes de una turbina se debe tomar en cuenta la influencia que tiene las variables tales como son: la forma del alabe, el espaciado, el nmero de Mach y el nmero de Reynolds del flujo que se maneja, las prdidas de presin general de presin pudiera ser convenientemente subdivididos por componentes de perdidas, siendo influenciada por alguna variable que se definen por la forma de la aerodinmica del flujo y otras variables que se definen por la forma geomtrica del labe, las perdidas ms frecuentes que consideradas son:La primera perdida ms frecuentemente vista en las turbomaquinarias se denomina perdida de perfil, esta prdida es debido a la friccin de superficie, el cual toma lugar con un flujo uniforme bidimensional que choca en contra de las paredes de la superficie de los alabes, tambin existe una prdida de presin secundaria, la cual resulta de la uniformidad de un flujo tridimensional a travs de los labes, en particular estas prdidas son debido a las interacciones entre el lmite del labe y la capa lmite de las paredes, por ultimo estn las prdidas de presin por la tolerancia entre el alabe y el estator, o perdida debido a la filtracin de flujo alrededor del alabe y las paredes del estator. En las turbomaquinarias, cualquier caracterstica de flujo que reduzca la eficiencia, ser llamada perdida, hay muchas definiciones de coeficiente de prdidas en uso regular para labes individuales, el coeficiente de perdida ms til para propsitos de diseo es el coeficiente de perdida de entalpia, en este sentido se puede decir que para los labes el coeficiente de perdida se determina de la siguiente manera:

En donde la entalpia isentrpica final es el valor obtenido en una expansin o compresin isentrpica para la misma presin esttica final que el proceso que se lleva a cabo, el aumento de entropa es una de las definiciones ms comunes del coeficiente de perdida, en realidad la nica medida acertada en la prdida de un flujo es la entropa, la entropa es una medida particularmente conveniente debido a que, a diferencia de la presin de estancamiento, entalpia de estancamiento o energa cintica, su valor no depende de un marco de referencia. Para un flujo adiabtico a travs de unos labes estacionarios, la temperatura de estancamiento es constante y la entropa aumenta dependiendo solo de los cambios de la presin de estancamiento. En un flujo estable, la entropa aumenta y el coeficiente de prdida de presin de estancamiento puede ser usado para determinar las prdidas, sin embargo en una turbomaquinaria real, los flujos son inestables y la presin de estancamiento relativa y la temperatura pueden cambiar. Actualmente se cuenta con mayor informacin y modelos por computadoras de esta manera se reducen las prdidas que son causadas por el flujo y su interaccin con los labes.CONCLUSIONLas turbinas han evolucionado mucho desde que surgieron como unas simples ruedas, despus empezaron a conectarse a otros aparatos para utilizarse con mquinas como las de un molino de papel, pero aqu no se detuvo su evolucin y sigui evolucionando hasta las centrales, normalmente elctricas de hoy en da. Un ejemplo de una de las centrales hidroelctricas ms importantes que funcionan en Venezuela como es el caso de la central hidroelctrica del Guri o como la central termoelctrica Josefa Camejo, estas centrales, usan los principios fundamentales de las turbinas para convertir el trabajo mecnico producido en energa elctrica La aplicacin de las turbinas es muy frecuente para obtener energa elctrica ya sea por cualquier mtodo posible. Un claro ejemplo es que las turbinas se pueden utilizar de muchas maneras como, por ejemplo, en una central trmica, una hidroelctrica o una geotrmica.

ANEXOS

Esquema de turbofan

Turbina Pelton

Turbina Francis

Alabes de turbinas (Estator y rotor )

BIBLIOGRAFIA COMPRESORES AXIALES (n.d) extraido 18/07/2015 disponible en lnea:http://www.turbinasdegas.com/index.php/el-compresor

TurbomquinaFuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=60347800 Contribuyentes: Andreina cristians, Carabs, Castrilloc, Emilio Juanatey, Gdqhadqsn, HUB, Humberto, Ilafuente, Leonpolanco, Madalberta, Maldoror, Matdrodes, Mgarciafernandez, Petronas, Rafa606, Rafael.heras, RoyFocker, Tano4595, Vatelys, 61 ediciones annimas2