Formato: 17 x 24

Págs.: 349

 

TURBOMAQUINAS TERMICAS

 

El libro Turbomáquinas térmicas va dirigido a estudiantes de Ingeniería y sus contenidos abordan los temas más frecuentemente tratados en las asignaturas que se imparten en las Escuelas Técnicas Superiores de Ingenieros. Se exponen los principios fundamentales de funcionamiento de estas máquinas y a la vez los conceptos necesarios para introducir al alumno en las tareas de diseño, así como para el mejor entendimiento de sus prestaciones.

Este último aspecto es esencial para el alumno puesto que en su vida profesional su relación con las turbomáquinas térmicas será fundamentalmente como usuario. El tratamiento de cada una de las distintas tipologías de turbomáquinas se ha realizado intentando aprovechar las sinergias que entre ellas existen para elaborar un cuerpo de doctrina unificado que facilite el aprendizaje.

 

Índice:

ECUACION FUNDAMENTAL DE LAS TURBOMAQUINAS

  • Ecuación fundamental de las turbomáquinas. Ecuación de la energía referida a ejes fijos y móviles. Turbomáquinas térmicas elementales: Turbinas axiales. Turbina radial (Turbina centrípeta). Turbocompresor axial. Turbocompresor radial (Turbocompresor centrífugo).

ESCALONAMIENTOS EN LAS TURBOMAQUINAS

  • Introducción. Escalonamientos en las turbinas. Relación entre los rendimientos del escalonamiento y de la turbina: factor de recuperación. Factor de recuperación de una turbina con un número infinito de escalonamientos. Factor de recuperación. Escalonamientos en los turbocompresores. Rendimiento de un turbocompresor en función de su rendimiento politrópico.

CASCADAS DE ALABES

  • Introducción. Nomenclatura de la cascada de álabes. Pérdidas de energía. Coeficientes característicos. Relación entre las componentes deducidas de los triángulos de velocidades y las componentes aerodinámicas. Coeficientes de sustentación y resistencia. Circulación y sustentación. Teorema de Kutta-Joukowski. Rendimiento de una cascada de álabes: Rendimiento de una cascada de álabes de compresor. Rendimiento de una cascada de álabes de turbina.

ACTUACION DE LAS CASCADAS DE ALABES

  • Introducción. Actuación de una cascada de álabes de compresor: Correlaciones de Howell. Correlación de Lieblein. Coeficiente global de pérdidas en una corona de álabes de compresor axial. Influencia de los números de Reynolds y de Mach y Mathieson, y de Soderberg: Correlación de Ainley y Mathieson. Correlación de Soderberg. Relación paso/cuerda óptima de cascadas de álabes de turbina. Criterio de Zweifel.

TURBINAS DE FLUJO AXIAL. ESTUDIO BIDIMENSIONAL

  • Introducción. Diagrama de velocidades. Parámetros empleados para definir la geometría de los triángulos de velocidades: Coeficiente de carga ¥. Coeficiente de flujo ø. Grado de reacción R. Formas de los triangulos de velocidades al variar ¥, ø y R. Diseños básicos de escalonamientos de turbinas axiales. Grado de reacción cero. Grado de reacción 0,5. Velocidad de salida axial. Pérdidas en el escalonamiento y rendimientos. Elección de los parametros de diseño (¥, ø y R) de un escalonamiento de turbina. Relaciones cinemáticas de máximo rendimiento con coeficientes de pérdidas constantes. Grado de reacción 0,5. Rendimientos total a estático y total a total: Energía cinética de salida del escalonamiento perdida. Energía cinética de salida recuperada. Conclusiones más importantes. Grado de reacción R= 0. Rendimientos total a total y total a estático: Energía cinética de salida del escalonamiento perdida. Energía cinética de salida recuperada. Conclusiones más importantes. Escalonamiento de acción con presión constante en el rotor. Escalonamientos de velocidad. Rueda Curtis.

TURBOCOMPRENSORES AXIALES. ANALISIS BIDIMENSIONAL

  • Introducción. Análisis bidimensional del escalonamiento. Diagrama de velocidades. Factor de trabajo realizado. Pérdidas en el escalonamiento. Rendimiento. Elección del grado de reacción, del coeficiente de flujo y del coeficiente de carga. Influencia de los parámetros de diseño en el funcionamiento fuera del diseño.

ANALISIS TRIDIMENSIONAL SIMPLIFICADO DEL FLUJO EN TURBOMAQUINAS TERMICAS AXIALES

  • Introducción. Origen de los flujos radiales: Componente tangencial de la velocidad. Distribución de espesores del álabe. Componente radial del esfuerzo del álabe. Flujo no libre de torbellino. Forma del tambor y de la envolvente. Ecuaciones generales del flujo tridimensional en una turbomáquina térmica. Leyes torsionales: Ley de torbellino libre. Ley torsional de grado de reacción constante. Distribución general de torbellino. Diseño con flujo másico específico constante. Diseño con ángulo de salida del estátor constante.

TURBINAS AXIALES DE ÁLABES REFRIGERADOS

  • Introducción. Termodinámica de la turbina refrigerada. Métodos de refrigeración de álabes: Refrigeración por líquidos. Refrigeración por aire. Aproximación al análisis de la transmisión de calor en álabes refrigerado por convección: Estimación del gasto de aire refrigerante requerido para una temperatura media del álabe dada. Evaluación del coeficiente de transmisión de calor interior hc. Determinación del coeficiente de transmisión de calor exterior hg. Consideraciones sobre la problemática general de la refrigeración de álabes: Aspectos termodinámicos. Aspectos aerodinámicos. Apectos relacionados con el flujo. Apectos térmicos. Aspectos internos.

TURBOCOMPRESORES CENTRÍFUGOS

  • Introducción. Triángulos de velocidades de entrada y salida. Ecuaciones generales. Grado de reacción. Influencia del ángulo de salida del álabe en el trabajo específico. Influencia del ángulo de entrada. Coeficientes del deslizamiento y de potencia. Relación de compresión y número de Mach. Consideraciones de diseño para la selección de entrada de rotor. Consideraciones sobre las condiciones del fluido a la salida del rotor. El difusor: Difusor sin álabes. Difusor con álabes. El colector o voluta. Pérdidas en el escalonamiento: Pérdida de origen aerodinámico. Pérdidas por rozamiento del disco. Pérdidas intersticiales.

TURBINAS RADIALES

  • Introducción. La turbina centrípeta. Ecuaciones generales. Grado de reacción. Efectos de ángulo de entrada del rodete. Rendimiento. Análisis unidimensional del flujo: Voluta de admisión. Toberas de admisión. Espacio sin álabes. Rotor. Pérdidas en el escalonamiento: Pérdidas de origen aerodinámico. Pérdidas por rozamiento del disco. Pérdidas intersticiales.

CURVAS CARACTERÍSTICAS DE LAS TURBOMÁQUINAS TÉRMICAS

  • Análisis dimensional: Introducción. Variables que intervienen. Obtención de los parámetros adimensionales. Otros parámetros utilizados para representar las características de funcionamiento de una turbomáquina. Curvas características de los turbocomprensores. Inestabilidades de funcionamiento de los turbocompresores. Inestabilidad local. Desprendimiento rotativo. Inestabilidad del escalonamiento. Inestabilidad global del compresor, el fenómeno de bombeo. Bloqueo del compresor. Curvas características de los turbocompresores centrífugos. Curvas características de los turbocompresores axiales. Curvas características de las turbinas. Curvas características de las turbinas radiales. Curvas características de las turbinas axiales. Otras formas de representación de las características de una turbina. Determinación del área de la tobera equivalente a una turbina. Turbinas de geometría variable. Control del gasto en turbocompresores. Control del gasto en turbocompresores centrífugos. Control del gasto en turbocompresores axiales.