Post on 06-Mar-2018
8-TURBINAS AXIALES8-TURBINAS AXIALES
Turbomáquinas Térmicas CT-3412
Prof. Nathaly Moreno SalasIng. Victor Trejo
Contenido
� Historia
� Generalidades
� Premisas para el estudio de una turbina axial
� Etapa de una turbina axial axial� Etapa de una turbina axial axial
� Triángulos de velocidad y diagrama h-s
� Etapa de expansión
� Etapa normal
� Triángulos de velocidad
Historia
� Herón de Alejandría (120 a.C) demuestra que se puede obtener movimiento rotativo a través de la expansión través de la expansión de vapor a través de toberas
Eolipilia
Historia
� Karl de Laval (1845-1913)
� 1882: Introduce su concepto de turbina de vapor de impulso.
1887: Construye su � 1887: Construye su primer prototipo de turbina de vapor.
� 1890: diseña la tobera convergente-divergente, base de la propulsión moderna
Historia
� Charles Parsons (1854-1931)
� 1891: Desarrolla la primera turbina multiaxial de vapor: 15 multiaxial de vapor: 15 etapas, 100 kW @ 4.800 rpm.
� 1897: el Turbinia es accionado por una turbina Parsons de 1.570 kW
Generalidades
� Son utilizadas en la generación de energía eléctrica (turbinas de vapor) o como parte de turbinas a gas.turbinas a gas.
� Propulsión área (como parte de turbinas a gas)
� Para accionamiento de turbcompresores.
� En aeromodelismo (microturbinas)
Premisas para el estudio de las turbinas axiales
� Análisis bidimensional o “quasi 2D”. La velocidad en la dirección radial es igual a cero → flujo paralelo al eje.
� Se estudia en el plano medio del álabe (representativo de la etapa)(representativo de la etapa)
� Si la relación de envergadura respecto a la cuerda no es grande
� Infinitos álabes
� Régimen permanente
� Flujo Incompresible
Etapa de una Turbina Axial (1/3)
� En una turbina axial el flujo entra en una corona de álabes fijos (estator) que actúan como toberas que aumentan su velocidad y direccionan el flujo para pasar al rotor.
1
2
3
1
2
3
Etapa de una Turbina Axial (2/3)
� Etapa de expansión:� Estator (direccionamiento del flujo, aumento de la velocidad)velocidad)
� Rotor
Etapa de expansión (turbina axial)
Etapa de una Turbina Axial (3/3)
Turbina axial � En el estator:
12
12
pp
cc
<>
012 =∆ th
� En el rotor:
23 cc <
Fuente: Presentaciones de la asignatura Fundamentos de los turbomáquinas térmicas de la universidad de Stuttgart
� Segunda forma de la ecuación de Euler:
( ) ( ) ( )[ ]23
22
22
23
22
2323 2
1wwuuccwt −+−+−=
023 <∆ th
23
23
23
ww
pp
cc
><<
En las turbomáquinas axiales: 23 uu ≈
Etapa de expansión
� Canal de flujo en forma de tobera (disminución del área de flujo)
� Aceleración:
Absoluta (estator):
� Grandes deflexiones en contra de la dirección de giro de entrada (40°-100°)
Perfiles más gruesos, con � Absoluta (estator):
� Relativa (rotor):
� Disminución de la componente periférica:
12 CC >
23 WW >
23 yy CC <
Fuente: Presentaciones de la asignatura Fundamentos de los turbomáquinas térmicas de la universidad de Stuttgart
� Perfiles más gruesos, con mayor curvatura y con borde de ataque redondeado
α2
2Wr
2Cr
β2α3
3Wr
3Cr
β3
Ur
xCr
Etapa normal
� En el diseño de turbomáquinas axiales multietapas es común elegir triángulos de velocidad idénticos o muy similares en todas las etapas para disminuir costos de diseño y construcción. Para ello es necesario:� Mantener constante la velocidad axial
� Mantener constante el radio medio
Es cierto que la densidad y el área son constantes en la etapa?
� Mantener constante el radio medio
� Una etapa normal implica entonces:
constante31
31
===
medio
xx
r
cc
αα
Fuentes: Principles of turbomachinery in air-breathing engines – Baskharone, E.Fluid mechanics and thermodynamics of turbomachinery – Dixon, S.
etapa?
31 CCrr
=⇒
Etapa Normal
� Como C1 = C3 en todas las etapas, la Altura de los álabes de cada etapa debe aumentar aumentar gradualmente para compensar la disminución de la densidad y compensar la ecuación de continuidad