From Wikipedia, the free encyclopedia
Unha turbomáquina é unha máquina cuxo elemento principal é unha roda (rotor) a través da cal pasa un fluído de forma continua, cambiando este a súa enerxía en forma de cantidade de movemento ou presión pola acción da máquina, significando este feito unha transferencia de enerxía entre a máquina e o fluído, a cal pode ser en sentido máquina-fluído ou fluído-máquina (motor).
As turbomáquinas diferéncianse doutras máquinas en que funcionan de xeito continuo e non discreta, como os compresores de émbolo e as bombas de vapor a pistón, as cales son máquinas de desprazamento volumétrico ou positivo. A semellanza doutras máquinas, son transformadoras de enerxía, entregándolle enerxía mecánica ao fluído de traballo converténdoa en presión (enerxía potencial), enerxía térmica ou enerxía cinética do fluído, podendo ser este intercambio en sentido contrario.
As turbomáquinas poden clasificarse de acordo a moitos criterios relativos ao funcionamento e composición das mesmas, estes son:
Cando o fluído de traballo pasa a través da turbomáquina a natureza do intercambio de enerxía é moi complexa debido á cantidade de procesos termodinámicos irreversibles que ocorren, ademais da natureza complicada e moitas veces caótica do movemento do fluído no seo do rotor. Para obter unha primeira consideración deste intercambio enerxético débense facer consideracións teóricas sobre a natureza do fluído e o seu comportamento a través da roda, isto coa finalidade de simplificar a modelaxe matemática do fluído no seu paso e poden ser:
Unha vez declaradas estas simplificacións podemos aludir ás leis de conservación da mecánica e á ecuación de transporte de Reynolds de xeito sinxelo; pero dependendo da forma do fluído a través do rotor as formulacións serán distintas.
A superficie de control que se utiliza para estudar o intercambio enerxético na turbomáquina encerra ao rodete e xeralmente en turbomaquinaria utilízanse dúas superficies separadas por un infinitesimal, unha tocando ao rodete, e outra un infinitesimal antes de tocar ao rodete, as cales xeran dúas entradas e dúas saídas do rodete (unha logo da outra en ambos os casos), as cales reciben o seu nome do seu enumeración en orde crecente de acordo ao sentido do fluído de traballo do cero (0) ao tres (3).
Na linguaxe das turbomáquinas fálase de triángulo de velocidades para referirse ao triángulo formado por tres vectores os cales son:
Estes tres vectores forman un triángulo xa que a suma nun mesmo punto é igual a nese punto por leis do movemento relativo.
O ángulo entre os vectores e é denotado e o ángulo entre os vectores e denotase . Esta nomenclatura é unha norma DIN 1331.
As forzas que actúan sobre o volume de control son debidas ás presións na entrada e na saída do rodete, se estas se consideran iguais na saída e na entrada, entón as forzas lineares son anuladas por cuestión de simetría.
A ecuación de transporte de Reynolds relaciona o cambio de momento angular no tempo, que por leis da mecánica é igual a suma de momentos aplicados, coa súa análoga propiedade intensiva que definimos arriba da seguinte maneira:
Como se supón que a situación é de fluxo estábel (estacionario), ningún termo depende do tempo, polo cal o primeiro sumando do lado dereito da ecuación é cero. O seguinte sumando é unha integral que se avalía en toda a superficie de control. Suporase que o rodete é dunha turbomáquina xeradora:
o vector pode escribirse en coordenadas cilíndricas como o que permite chegar a seguinte expresión:
Pódese considerar a velocidade independente de e de xa que todas as liñas de corrente son iguais; isto permite avaliar estas integrais así:
Onde é o groso del rodete. Como o réxime é estábel se a mesma masa que entra sae, isto é . Esta integral representa o produto da densidade do fluído pola área na que avaliamos a integral pola compoñente da velocidade normal a esta área, polo tanto se é o fluxo másico que circula a través do rodete pódese escribir:
Onde é a totalidade dos momentos aplicados sobre o volume de control, e se resume no torque aplicado polo rotor para manter o fluxo de fluído. Para obter datos enerxéticos en vez de mecánicos recorremos á definición de potencia , onde a velocidade angular e podemos reescribir a anterior relación mecánica como unha relación enerxética:
Esta ecuación é coñecida como a ecuación xeral das turbomáquinas e foi enunciada por Euler en 1754.
Unha turbomáquina consta de diversas partes e accesorios dependendo do seu tipo, aplicación e deseño. Por exemplo un ventilador pode ser unha turbomáquina que só conste dunha árbore, motor, rodete e soporte, mentres que un compresor centrífugo ou unha bomba semi-axial pode ter moitas partes que ata non comparta coas demais turbomáquinas existentes. Con todo, a maioría das turbomáquinas comparten o feito de ter partes estáticas e rotativas; e dentro destes conxuntos poden haber diversos elementos os cales moitas turbomáquinas comparten e unha enumeración competente pode ser a seguinte:
Estas partes poden constar dunha brida no caso da maioría das bombas e compresores, pero nas turbinas hidráulicas grandes só son grandes tubaxes e a saída moitas veces ten forma de difusor. Nos muíños de vento a entrada e a saída só poden ser superficies imaxinarias antes e despois do rodete.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.