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Industria y MaterialesIndustria y Materiales

Bombas, compresores y turbinas Hidráulica. Maquinaria. Bomba centrífuga y rotatoria. Turbina de vapor y

eólica. Compresor

Enviado por: Willian Alvarez

Idioma: castellano

País: Venezuela

24 páginas24 páginas

Instituto Universitario deInstituto Universitario deTecnologíaTecnología

“Antonio José de Sucre”“Antonio José de Sucre”

Bombas, Compresores yBombas, Compresores yTurbinasTurbinas

Caracas, Junio del añoCaracas, Junio del año20022002

ÍNDICEÍNDICE

IntroducciónIntroducción

……………………………………………………… 3……………………………………………………… 3

Bombas Centrifugas………………………………………........... 4Bombas Centrifugas………………………………………........... 4

Características ……. …………………………………………….. 5Características ……. …………………………………………….. 5

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Tipos ……………………………………………………………… 8Tipos ……………………………………………………………… 8

Turbinas …………………………………………………………..10Turbinas …………………………………………………………..10

Turbinas de Vapor ………………………………………………..13Turbinas de Vapor ………………………………………………..13

Turbinas Eòlicas …………………………………………………. 18Turbinas Eòlicas …………………………………………………. 18

Turbinas de Combustión …………………………………………19Turbinas de Combustión …………………………………………19

Compresores ……………………………………………………. 21Compresores ……………………………………………………. 21

Conclusión ……………………………………………………….. 23Conclusión ……………………………………………………….. 23

Bibliografía ……………………………………………………….. 24Bibliografía ……………………………………………………….. 24

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

El presente trabajo tiene como finalidad ampliar mis conocimientos sobreEl presente trabajo tiene como finalidad ampliar mis conocimientos sobrelas bombas centrífugas, rotativas, reciprocantes, turbinas y compresores.las bombas centrífugas, rotativas, reciprocantes, turbinas y compresores.

Las bombas son maquinas hidráulicas donde se transfiere energía delLas bombas son maquinas hidráulicas donde se transfiere energía delrotor al fluido, produciendo una conversión de energía cinética de presión.rotor al fluido, produciendo una conversión de energía cinética de presión.

Por su parte las bombas centrífugas, también denominadas rotativas,Por su parte las bombas centrífugas, también denominadas rotativas,tienen un rotor de paletas giratorio que esta sumergido en el líquido.tienen un rotor de paletas giratorio que esta sumergido en el líquido.

El líquido entra en la bomba cerca del eje del rotor, y las paletas loEl líquido entra en la bomba cerca del eje del rotor, y las paletas loarrastran hacia sus extremos a alta presión.arrastran hacia sus extremos a alta presión.

También encontraremos sus tipos, características.También encontraremos sus tipos, características.

De igual formo se investigara sobre las turbinas y compresores su utilidadDe igual formo se investigara sobre las turbinas y compresores su utilidady que son dentro de la tecnología mecánica.y que son dentro de la tecnología mecánica.

Durante la realización del mismo se explicara de manera más detallada yDurante la realización del mismo se explicara de manera más detallada yespecífica los puntos antes mencionados, sus aplicaciones y laespecífica los puntos antes mencionados, sus aplicaciones y laimportancia que tiene para la mecánica, de igual forma se dejaran claroimportancia que tiene para la mecánica, de igual forma se dejaran clarocuales son los elementos que hacen que estos sean de gran utilidad.cuales son los elementos que hacen que estos sean de gran utilidad.

BOMBASBOMBAS

Antes de explicar las bombas centrífugas es importante conocer queAntes de explicar las bombas centrífugas es importante conocer queson las bombas.son las bombas.

Una bomba es una maquina hidráulica donde la transferencia de energíaUna bomba es una maquina hidráulica donde la transferencia de energíaes del rotor al fluido, produciendo una conversión de energía cinética dees del rotor al fluido, produciendo una conversión de energía cinética depresión.presión.

BOMBAS CENTRÍFUGAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

Las bombas centrífugas, también denominadas rotativas, tienen un rotorLas bombas centrífugas, también denominadas rotativas, tienen un rotorde paletas giratorio sumergido en el líquido. El líquido entra en la bombade paletas giratorio sumergido en el líquido. El líquido entra en la bombacerca del eje del rotor, y las paletas lo arrastran hacia sus extremos a altacerca del eje del rotor, y las paletas lo arrastran hacia sus extremos a altapresión. El rotor también proporciona al líquido una velocidadpresión. El rotor también proporciona al líquido una velocidadrelativamente alta que puede transformarse en presión en una parterelativamente alta que puede transformarse en presión en una parteestacionaria de la bomba, conocida como difusor. En bombas de altaestacionaria de la bomba, conocida como difusor. En bombas de altapresión pueden emplearse varios rotores en serie, y los difusorespresión pueden emplearse varios rotores en serie, y los difusoresposteriores a cada rotor pueden contener aletas de guía para reducir pocoposteriores a cada rotor pueden contener aletas de guía para reducir poco

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empezar a funcionar, es decir, debe estar rodeado de líquido cuando seempezar a funcionar, es decir, debe estar rodeado de líquido cuando searranca la bomba. Esto puede lograrse colocando una válvula dearranca la bomba. Esto puede lograrse colocando una válvula deretención en el conducto de succión, que mantiene el líquido en la bombaretención en el conducto de succión, que mantiene el líquido en la bombacuando el rotor no gira. Si esta válvula pierde, puede ser necesario cebarcuando el rotor no gira. Si esta válvula pierde, puede ser necesario cebarla bomba introduciendo líquido desde una fuente externa, como ella bomba introduciendo líquido desde una fuente externa, como eldepósito de salida. Por lo general, las bombas centrífugas tienen unadepósito de salida. Por lo general, las bombas centrífugas tienen unaválvula en el conducto de salida para controlar el flujo y la presión.válvula en el conducto de salida para controlar el flujo y la presión.

En el caso de flujos bajos y altas presiones, la acción del rotor es en granEn el caso de flujos bajos y altas presiones, la acción del rotor es en granmedida radial. En flujos más elevados y presiones de salida menores, lamedida radial. En flujos más elevados y presiones de salida menores, ladirección de flujo en el interior de la bomba es más paralela al eje deldirección de flujo en el interior de la bomba es más paralela al eje delrotor (flujo axial). En ese caso, el rotor actúa como una hélice. Larotor (flujo axial). En ese caso, el rotor actúa como una hélice. Latransición de un tipo de condiciones a otro es gradual, y cuando lastransición de un tipo de condiciones a otro es gradual, y cuando lascondiciones son intermedias se habla de flujo mixto.condiciones son intermedias se habla de flujo mixto.

Los tipos de bombas centrifugas:Los tipos de bombas centrifugas:

VoluteVolute

DiffuserDiffuser

Regenerative-turbineRegenerative-turbine

Vertical-turbineVertical-turbine

mixed-flowmixed-flow

axial-flow (propeller)axial-flow (propeller)

Estos seis tipos de bombas centrifugas, pueden ser Single-stage o multi-Estos seis tipos de bombas centrifugas, pueden ser Single-stage o multi-stage.stage.

Características de la Bombas CentrifugasCaracterísticas de la Bombas Centrifugas

La figura muestra la sección axial de un compresor centrífugo de tresLa figura muestra la sección axial de un compresor centrífugo de tresescalonamientos de presión, con las denominaciones de los diferentesescalonamientos de presión, con las denominaciones de los diferenteselementos de que está constituida la máquina.elementos de que está constituida la máquina.

A Cubierta inferiorA Cubierta inferior

B Cubierta superiorB Cubierta superior

C Tapa del cojineteC Tapa del cojinete

D Mitad inferior del cojineteD Mitad inferior del cojinete

E Mitad superior del cojineteE Mitad superior del cojinete

F Tapa del agujero de engraseF Tapa del agujero de engrase

G Anillo de engraseG Anillo de engrase

H Anillo de retención de aceiteH Anillo de retención de aceite

I RodeteI Rodete

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L Manguito del árbolL Manguito del árbol

M Tapa del prensaestopas (mitad)M Tapa del prensaestopas (mitad)

N Pernos del prensaestopasN Pernos del prensaestopas

O Aros de cierre de la cubiertaO Aros de cierre de la cubierta

P Aros de cierre del rodeteP Aros de cierre del rodete

Q Anillo linternaQ Anillo linterna

R Platos de acoplamientoR Platos de acoplamiento

S Collar de empujeS Collar de empuje

R Pernos y tuercas del acoplamientoR Pernos y tuercas del acoplamiento

U Bujes del acoplamientoU Bujes del acoplamiento

V Extremo de la caja prensaestopasV Extremo de la caja prensaestopas

BOMBAS ROTATORIASBOMBAS ROTATORIAS

En resumen una bomba rotatoria, es una maquina de desplazamientoEn resumen una bomba rotatoria, es una maquina de desplazamientopositivo, dotada de movimiento rotativo.positivo, dotada de movimiento rotativo.

Estas bombas se clasifican en dos grupos:Estas bombas se clasifican en dos grupos:

Según el órgano desplazadorSegún el órgano desplazador

Maquinas de ÉmbolosMaquinas de Émbolos

Maquinas de engranajesMaquinas de engranajes

Maquinas de paletasMaquinas de paletas

Según la variedad del CaudalSegún la variedad del Caudal

Maquinas de desplazamiento fijoMaquinas de desplazamiento fijo

Maquinas de desplazamiento variableMaquinas de desplazamiento variable

Tipos de bombas rotatoriasTipos de bombas rotatorias

Bomba de leva y pistónBomba de leva y pistón

Bomba de engranajes exterioresBomba de engranajes exteriores

Bomba de dos lóbulosBomba de dos lóbulos

Bomba de tres lóbulosBomba de tres lóbulos

Bomba de cuatro lóbulosBomba de cuatro lóbulos

Bomba de tornillo simpleBomba de tornillo simple

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Bomba de paletas oscilantesBomba de paletas oscilantes

Bomba de paletas deslizantesBomba de paletas deslizantes

Bomba de bloque deslizanteBomba de bloque deslizante

TURBINASTURBINAS

Se denomina turbina al motor rotativo que convierte en energía mecánicaSe denomina turbina al motor rotativo que convierte en energía mecánicala energía de una corriente de agua, vapor de agua o gas. El elementola energía de una corriente de agua, vapor de agua o gas. El elementobásico de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas, hélices,básico de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas, hélices,cuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia, de tal formacuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia, de tal formaque el fluido en movimiento produce una fuerza tangencial que impulsa laque el fluido en movimiento produce una fuerza tangencial que impulsa larueda y la hace girar. Esta energía mecánica se transfiere a través de unrueda y la hace girar. Esta energía mecánica se transfiere a través de uneje para proporcionar el movimiento de una máquina, un compresor, uneje para proporcionar el movimiento de una máquina, un compresor, ungenerador eléctrico o una hélice.generador eléctrico o una hélice.

Las turbinas se clasifican en turbinas hidráulicas o de agua, turbinas deLas turbinas se clasifican en turbinas hidráulicas o de agua, turbinas devapor y turbinas de combustión. Hoy la mayor parte de la energía eléctricavapor y turbinas de combustión. Hoy la mayor parte de la energía eléctricamundial se produce utilizando generadores movidos por turbinas. Losmundial se produce utilizando generadores movidos por turbinas. Losmolinos de viento que producen energía eléctrica se llaman turbinas demolinos de viento que producen energía eléctrica se llaman turbinas deviento.viento.

Tipos de Turbinas:Tipos de Turbinas:

Turbinas HidráulicasTurbinas Hidráulicas

Turbinas de VaporTurbinas de Vapor

Turbinas EòlicasTurbinas Eòlicas

Turbinas de CombustiónTurbinas de Combustión

Turbinas Hidráulicas:Turbinas Hidráulicas:

El tipo más antiguo y más simple de turbina hidráulica es la ruedaEl tipo más antiguo y más simple de turbina hidráulica es la ruedahidráulica, utilizada por primera vez en Grecia y empleada durante lahidráulica, utilizada por primera vez en Grecia y empleada durante laantigüedad y la edad media para moler cereales. Consistía en un ejeantigüedad y la edad media para moler cereales. Consistía en un ejevertical con un conjunto de aspas o palas radiales situadas en unavertical con un conjunto de aspas o palas radiales situadas en unacorriente de agua a gran velocidad. La potencia de la rueda era de unoscorriente de agua a gran velocidad. La potencia de la rueda era de unos0,5 caballos de vapor (CV). La rueda hidráulica horizontal (o sea, un eje0,5 caballos de vapor (CV). La rueda hidráulica horizontal (o sea, un ejehorizontal conectado a una rueda de palas vertical), descrita por primerahorizontal conectado a una rueda de palas vertical), descrita por primeravez por el arquitecto e ingeniero romano Vitrubio en el siglo I a.C., tenía elvez por el arquitecto e ingeniero romano Vitrubio en el siglo I a.C., tenía elsegmento inferior de la rueda de palas insertada en la corriente, ysegmento inferior de la rueda de palas insertada en la corriente, yactuaba como una rueda hidráulica de empuje inferior.actuaba como una rueda hidráulica de empuje inferior.

Hacia el siglo II d.C. se empezó a utilizar en las regiones montañosas laHacia el siglo II d.C. se empezó a utilizar en las regiones montañosas larueda hidráulica de empuje superior. En este caso, el agua se vertía sobrerueda hidráulica de empuje superior. En este caso, el agua se vertía sobrelas palas desde arriba, y se obtenía energía adicional de la inercia dellas palas desde arriba, y se obtenía energía adicional de la inercia del

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La transición de la rueda hidráulica a la turbina es sobre todo semántica.La transición de la rueda hidráulica a la turbina es sobre todo semántica.El primer intento de formular la base teórica para el diseño de ruedasEl primer intento de formular la base teórica para el diseño de ruedashidráulicas en el siglo XVIII corresponde al ingeniero civil británico Johnhidráulicas en el siglo XVIII corresponde al ingeniero civil británico JohnSmeaton, que demostró que la rueda de empuje superior era más eficaz.Smeaton, que demostró que la rueda de empuje superior era más eficaz.Sin embargo, el ingeniero militar francés Jean Víctor Poncelet diseñó unaSin embargo, el ingeniero militar francés Jean Víctor Poncelet diseñó unarueda de empuje inferior cuyas palas curvadas aumentaban elrueda de empuje inferior cuyas palas curvadas aumentaban elrendimiento casi un 70%. El uso de esta máquina se extendiórendimiento casi un 70%. El uso de esta máquina se extendiórápidamente. Otro ingeniero militar francés, Claude Burdin, inventó elrápidamente. Otro ingeniero militar francés, Claude Burdin, inventó eltérmino turbina, como parte de un análisis teórico en que se daba unatérmino turbina, como parte de un análisis teórico en que se daba unagran importancia a la velocidad de rotación. Benoit Fourneyron, ungran importancia a la velocidad de rotación. Benoit Fourneyron, unalumno de Burdin en la Escuela de Minería de Saint Étienne, diseñó yalumno de Burdin en la Escuela de Minería de Saint Étienne, diseñó yconstruyó ruedas que alcanzaban velocidades de rotación de 60 rpmconstruyó ruedas que alcanzaban velocidades de rotación de 60 rpm(revoluciones por minuto) o más y que proporcionaban hasta 50 CV en las(revoluciones por minuto) o más y que proporcionaban hasta 50 CV en lasfactorías metalúrgicas francesas. Por último, Fourneyron construyófactorías metalúrgicas francesas. Por último, Fourneyron construyóturbinas que trabajaban a 2.300 rpm, desarrollando 60 CV y unturbinas que trabajaban a 2.300 rpm, desarrollando 60 CV y unrendimiento de más del 80%.rendimiento de más del 80%.

A pesar de esta eficiencia excepcional, la turbina de Fourneyron teníaA pesar de esta eficiencia excepcional, la turbina de Fourneyron teníaalgunos inconvenientes causados por el flujo centrífugo del agua que laalgunos inconvenientes causados por el flujo centrífugo del agua que laatravesaba. Esto provocaba problemas si se reducía el flujo de agua o suatravesaba. Esto provocaba problemas si se reducía el flujo de agua o sucarga. El ingeniero estadounidense nacido en Gran Bretaña James B.carga. El ingeniero estadounidense nacido en Gran Bretaña James B.Francis diseñó una turbina en la que el flujo se producía hacia el interior.Francis diseñó una turbina en la que el flujo se producía hacia el interior.La llamada turbina de reacción o turbina Francis se convirtió en la turbinaLa llamada turbina de reacción o turbina Francis se convirtió en la turbinahidráulica más utilizada con presiones de agua, o alturas de caída,hidráulica más utilizada con presiones de agua, o alturas de caída,equivalentes a una columna de agua de 10 a 100 m. Este tipo de turbinaequivalentes a una columna de agua de 10 a 100 m. Este tipo de turbinafunciona debido a la expansión del agua mientras fluye a través de losfunciona debido a la expansión del agua mientras fluye a través de losespacios entre las palas, lo que produce una fuerza neta, o reacción, conespacios entre las palas, lo que produce una fuerza neta, o reacción, conun componente tangencial que pone la rueda en movimiento.un componente tangencial que pone la rueda en movimiento.

La rueda Pelton, cuyo nombre proviene del ingeniero estadounidenseLa rueda Pelton, cuyo nombre proviene del ingeniero estadounidenseLester Allen Pelton, se empezó a aplicar durante la segunda mitad delLester Allen Pelton, se empezó a aplicar durante la segunda mitad delsiglo XIX, en instalaciones donde la presión del agua era equivalente asiglo XIX, en instalaciones donde la presión del agua era equivalente auna columna de agua de entre 90 y 900 m. En este tipo de turbinas, eluna columna de agua de entre 90 y 900 m. En este tipo de turbinas, elagua se conduce desde un depósito a gran altura a través de un canal oagua se conduce desde un depósito a gran altura a través de un canal ouna conducción forzada hasta una boquilla eyectora que convierte launa conducción forzada hasta una boquilla eyectora que convierte laenergía cinética del agua en un chorro a presión. Dado que la acción de laenergía cinética del agua en un chorro a presión. Dado que la acción de larueda Pelton depende del impulso del chorro sobre ella, en lugar de larueda Pelton depende del impulso del chorro sobre ella, en lugar de lareacción del agua en expansión, este tipo de turbina se denomina tambiénreacción del agua en expansión, este tipo de turbina se denomina tambiénturbina de acción.turbina de acción.

El aumento de las necesidades de energía hidroeléctrica durante losEl aumento de las necesidades de energía hidroeléctrica durante losalbores del siglo XX puso de manifiesto la necesidad de turbinas quealbores del siglo XX puso de manifiesto la necesidad de turbinas quepudieran aprovechar caídas de agua de 3 a 9 m, que se podrían utilizar enpudieran aprovechar caídas de agua de 3 a 9 m, que se podrían utilizar enmuchos ríos construyendo pequeños embalses de agua. En 1913, elmuchos ríos construyendo pequeños embalses de agua. En 1913, elingeniero austriaco Víctor Kaplan planteó por primera vez la turbina deingeniero austriaco Víctor Kaplan planteó por primera vez la turbina dehélice, que actúa al contrario que la hélice de un barco. Kaplan mejoró lahélice, que actúa al contrario que la hélice de un barco. Kaplan mejoró laturbina haciendo que las palas pudieran pivotar sobre su eje. Los distintosturbina haciendo que las palas pudieran pivotar sobre su eje. Los distintosángulos de las palas aumentaban el rendimiento ajustando el ángulo alángulos de las palas aumentaban el rendimiento ajustando el ángulo alvolumen de la caída de agua.volumen de la caída de agua.

Para mantener una salida constante de voltaje en una instalaciónPara mantener una salida constante de voltaje en una instalaciónhidroeléctrica, la velocidad de la turbina se debe mantener constante,hidroeléctrica, la velocidad de la turbina se debe mantener constante,independientemente de las variaciones de la presión del agua que lasindependientemente de las variaciones de la presión del agua que las

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cerrando las boquillas eyectoras. En este caso, se utiliza una boquilla decerrando las boquillas eyectoras. En este caso, se utiliza una boquilla dederivación de descarga, dado que los cambios rápidos de corriente enderivación de descarga, dado que los cambios rápidos de corriente encanales de caída largos podrían producir aumentos repentinos en lacanales de caída largos podrían producir aumentos repentinos en lapresión, llamados martillos de agua, que pueden ser muy dañinos. Conpresión, llamados martillos de agua, que pueden ser muy dañinos. Conestos ajustes, se mantiene constante el flujo de agua a través de lasestos ajustes, se mantiene constante el flujo de agua a través de lasboquillas. Para ello se cierran las boquillas de descarga, lo que se haceboquillas. Para ello se cierran las boquillas de descarga, lo que se hacecon mucha lentitud para evitar martillos de agua.con mucha lentitud para evitar martillos de agua.

Avances en el Diseño de las Turbinas HidráulicasAvances en el Diseño de las Turbinas Hidráulicas::

La tendencia en las turbinas hidráulicas modernas es utilizar caídasLa tendencia en las turbinas hidráulicas modernas es utilizar caídasmayores y máquinas más grandes. Según el tamaño de la unidad, lasmayores y máquinas más grandes. Según el tamaño de la unidad, lasturbinas Kaplan se emplean en caídas de unos 60 m, y en el caso de lasturbinas Kaplan se emplean en caídas de unos 60 m, y en el caso de lasturbinas Francis de hasta 610 m. La instalación de caída más alta delturbinas Francis de hasta 610 m. La instalación de caída más alta delmundo (1.770 m) se encuentra en Reisseck, en Austria, y las turbinas másmundo (1.770 m) se encuentra en Reisseck, en Austria, y las turbinas másgrandes del mundo están en una planta generadora de la presa de Itaipú,grandes del mundo están en una planta generadora de la presa de Itaipú,entre Paraguay y Brasil, donde se utilizan 18 turbinas de tipo Francis deentre Paraguay y Brasil, donde se utilizan 18 turbinas de tipo Francis de700 megavatios (MW) de potencia cada una, que consiguen un total de700 megavatios (MW) de potencia cada una, que consiguen un total de12.600 MW.12.600 MW.

Muchas de las pequeñas instalaciones en presas construidas antes deMuchas de las pequeñas instalaciones en presas construidas antes de1930 han sido abandonadas debido a su alto coste de mantenimiento y la1930 han sido abandonadas debido a su alto coste de mantenimiento y lamano de obra que requieren. Sin embargo, el aumento de los costos demano de obra que requieren. Sin embargo, el aumento de los costos delos combustibles fósiles ha hecho volver la mirada hacia este tipo delos combustibles fósiles ha hecho volver la mirada hacia este tipo desistemas de poca caída. Con el desarrollo de turbinas de hélicesistemas de poca caída. Con el desarrollo de turbinas de hélicenormalizadas con ejes casi horizontales, las instalaciones pequeñas hannormalizadas con ejes casi horizontales, las instalaciones pequeñas hanrecuperado su atractivo original.recuperado su atractivo original.

Se han diseñado turbinas que actúan como bombas cuando funcionan a laSe han diseñado turbinas que actúan como bombas cuando funcionan a lainversa, invirtiendo el generador eléctrico para que funcione como uninversa, invirtiendo el generador eléctrico para que funcione como unmotor. Dado que no es posible almacenar la energía eléctrica de formamotor. Dado que no es posible almacenar la energía eléctrica de formaeconómica, este tipo de bombas turbina se utiliza para bombear aguaeconómica, este tipo de bombas turbina se utiliza para bombear aguahacia los embalses, aprovechando la energía eléctrica generada por lashacia los embalses, aprovechando la energía eléctrica generada por lascentrales nucleares y térmicas durante las horas de poco consumo. Elcentrales nucleares y térmicas durante las horas de poco consumo. Elagua embalsada se emplea de nuevo para generar energía eléctricaagua embalsada se emplea de nuevo para generar energía eléctricadurante las horas de consumo elevado. En los últimos años se handurante las horas de consumo elevado. En los últimos años se handesarrollado turbinas para caídas de hasta 600 m y con capacidades dedesarrollado turbinas para caídas de hasta 600 m y con capacidades demás de 400 MW.más de 400 MW.

Turbinas de Vapor: Turbinas de Vapor:

El éxito obtenido con las turbinas de agua condujo a utilizar el principio deEl éxito obtenido con las turbinas de agua condujo a utilizar el principio dela turbina para extraer energía del vapor de agua. Mientras que lala turbina para extraer energía del vapor de agua. Mientras que lamáquina de vapor de vaivén desarrollada por el inventor e ingenieromáquina de vapor de vaivén desarrollada por el inventor e ingenieroescocés James Watt utilizaba la presión del vapor, la turbina consigueescocés James Watt utilizaba la presión del vapor, la turbina consiguemejores rendimientos al utilizar también la energía cinética de éste. Lamejores rendimientos al utilizar también la energía cinética de éste. Laturbina puede ser más pequeña, más ligera y más barata que unaturbina puede ser más pequeña, más ligera y más barata que unamáquina de vapor de vaivén de la misma potencia, y puede ser de unmáquina de vapor de vaivén de la misma potencia, y puede ser de untamaño mucho mayor que las máquinas de vapor convencionales.tamaño mucho mayor que las máquinas de vapor convencionales.

Desde el punto de vista de la mecánica, tiene la ventaja de producirDesde el punto de vista de la mecánica, tiene la ventaja de producirdirectamente un movimiento giratorio sin necesidad de una manivela odirectamente un movimiento giratorio sin necesidad de una manivela oalgún otro medio de convertir la energía de vaivén en energía rotatoria.algún otro medio de convertir la energía de vaivén en energía rotatoria.Como resultado de ello, la turbina de vapor ha reemplazado a lasComo resultado de ello, la turbina de vapor ha reemplazado a las

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Las turbinas de vapor se utilizan en la generación de energía eléctrica deLas turbinas de vapor se utilizan en la generación de energía eléctrica deorigen nuclear y en la propulsión de los buques con energía nuclear. Enorigen nuclear y en la propulsión de los buques con energía nuclear. Enlas aplicaciones de cogeneración que requieran tanto calor (el utilizado enlas aplicaciones de cogeneración que requieran tanto calor (el utilizado enun proceso industrial) como electricidad, se genera vapor a altasun proceso industrial) como electricidad, se genera vapor a altaspresiones en una caldera y se extrae desde la turbina a la temperatura y lapresiones en una caldera y se extrae desde la turbina a la temperatura y lapresión que necesita el proceso industrial. Las turbinas de vapor sepresión que necesita el proceso industrial. Las turbinas de vapor sepueden utilizar en ciclos (escalones) combinados con un generador depueden utilizar en ciclos (escalones) combinados con un generador devapor que recupera el calor que se perdería. Las unidades industriales sevapor que recupera el calor que se perdería. Las unidades industriales seutilizan para poner en movimiento máquinas, bombas, compresores yutilizan para poner en movimiento máquinas, bombas, compresores ygeneradores eléctricos. La potencia que se obtiene puede ser de hastageneradores eléctricos. La potencia que se obtiene puede ser de hasta1.300 MW.1.300 MW.

La turbina de vapor no fue inventada por una única persona, sino que fueLa turbina de vapor no fue inventada por una única persona, sino que fueel resultado del trabajo de un grupo de inventores a finales del siglo XIX.el resultado del trabajo de un grupo de inventores a finales del siglo XIX.Algunos de los participantes más notables en este desarrollo fueron elAlgunos de los participantes más notables en este desarrollo fueron elbritánico Charles Algernon Parsons y el sueco Carl Gustaf Patrik de Laval.británico Charles Algernon Parsons y el sueco Carl Gustaf Patrik de Laval.Parsons fue responsable del denominado principio de escalones, medianteParsons fue responsable del denominado principio de escalones, medianteel cual el vapor se expandía en varias fases, aprovechándose su energíael cual el vapor se expandía en varias fases, aprovechándose su energíaen cada una de ellas. De Laval fue el primero en diseñar chorros y palasen cada una de ellas. De Laval fue el primero en diseñar chorros y palasadecuados para el uso eficiente de la expansión del vapor.adecuados para el uso eficiente de la expansión del vapor.

Funcionamiento de la turbina de vapor:Funcionamiento de la turbina de vapor:

El funcionamiento de la turbina de vapor se basa en el principioEl funcionamiento de la turbina de vapor se basa en el principiotermodinámico que expresa que cuando el vapor se expande disminuye sutermodinámico que expresa que cuando el vapor se expande disminuye sutemperatura y se reduce su energía interna. Esta reducción de la energíatemperatura y se reduce su energía interna. Esta reducción de la energíainterna se transforma en energía mecánica por la aceleración de lasinterna se transforma en energía mecánica por la aceleración de laspartículas de vapor, lo que permite disponer directamente de una granpartículas de vapor, lo que permite disponer directamente de una grancantidad de energía. Cuando el vapor se expande, la reducción de sucantidad de energía. Cuando el vapor se expande, la reducción de suenergía interna en 400 calorías puede producir un aumento de laenergía interna en 400 calorías puede producir un aumento de lavelocidad de las partículas a unos 2.900 km/h. A estas velocidades lavelocidad de las partículas a unos 2.900 km/h. A estas velocidades laenergía disponible es muy elevada, a pesar de que las partículas sonenergía disponible es muy elevada, a pesar de que las partículas sonextremadamente ligeras.extremadamente ligeras.

Si bien están diseñadas de dos formas diferentes, las partesSi bien están diseñadas de dos formas diferentes, las partesfundamentales de las turbinas de vapor son similares. Consisten enfundamentales de las turbinas de vapor son similares. Consisten enboquillas o chorros a través de los que pasa el vapor en expansión,boquillas o chorros a través de los que pasa el vapor en expansión,descendiendo la temperatura y ganando energía cinética, y palas sobredescendiendo la temperatura y ganando energía cinética, y palas sobrelas que actúa la presión de las partículas de vapor a alta velocidad. Lalas que actúa la presión de las partículas de vapor a alta velocidad. Ladisposición de los chorros y las palas depende del tipo de turbina. Ademásdisposición de los chorros y las palas depende del tipo de turbina. Ademásde estos dos componentes básicos, las turbinas cuentan con ruedas ode estos dos componentes básicos, las turbinas cuentan con ruedas otambores sobre los que están montadas las palas, un eje para las ruedastambores sobre los que están montadas las palas, un eje para las ruedaso los tambores, una carcasa exterior que retiene el vapor dentro de lao los tambores, una carcasa exterior que retiene el vapor dentro de lazona de la turbina, y varios componentes adicionales como dispositivos dezona de la turbina, y varios componentes adicionales como dispositivos delubricación y controladores.lubricación y controladores.

Tipos de turbina de vaporTipos de turbina de vapor

La forma más sencilla de turbina de vapor es la denominada turbina de La forma más sencilla de turbina de vapor es la denominada turbina deacción, en la que los chorros de la turbina están sujetos a un punto dentroacción, en la que los chorros de la turbina están sujetos a un punto dentrode la carcasa de la turbina, y las palas están dispuestas en los bordes dede la carcasa de la turbina, y las palas están dispuestas en los bordes deruedas que giran alrededor de un eje central. El vapor pasa a través de lasruedas que giran alrededor de un eje central. El vapor pasa a través de lasboquillas y alcanza las palas. Éstas absorben una parte de la energíaboquillas y alcanza las palas. Éstas absorben una parte de la energíacinética del vapor en expansión, lo que hace girar la rueda y con ella el ejecinética del vapor en expansión, lo que hace girar la rueda y con ella el eje

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En la turbina de reacción la energía mecánica se obtiene de la aceleraciónEn la turbina de reacción la energía mecánica se obtiene de la aceleracióndel vapor en expansión. Las turbinas de este tipo cuentan con dos gruposdel vapor en expansión. Las turbinas de este tipo cuentan con dos gruposde palas, unas móviles y las otras fijas. Las palas están colocadas dede palas, unas móviles y las otras fijas. Las palas están colocadas deforma que cada par actúa como una boquilla a través de la cual pasa elforma que cada par actúa como una boquilla a través de la cual pasa elvapor mientras se expande. Las palas de las turbinas de reacción suelenvapor mientras se expande. Las palas de las turbinas de reacción suelenmontarse en un tambor en lugar de una rueda. El tambor actúa como ejemontarse en un tambor en lugar de una rueda. El tambor actúa como ejede la turbina.de la turbina.

Para que la energía del vapor se utilice eficientemente en ambos tipos dePara que la energía del vapor se utilice eficientemente en ambos tipos deturbina, es necesario utilizar varios escalones en cada uno de los cualesturbina, es necesario utilizar varios escalones en cada uno de los cualesse convierte en energía cinética una parte de la energía térmica del vapor.se convierte en energía cinética una parte de la energía térmica del vapor.Si se hiciera toda la conversión de los dos tipos de energía en un soloSi se hiciera toda la conversión de los dos tipos de energía en un soloescalón, la velocidad rotatoria de la rueda sería excesiva. Por lo general,escalón, la velocidad rotatoria de la rueda sería excesiva. Por lo general,se utilizan más escalones en las turbinas de reacción que en las turbinasse utilizan más escalones en las turbinas de reacción que en las turbinasde acción. Se puede comprobar que, con el mismo diámetro y la mismade acción. Se puede comprobar que, con el mismo diámetro y la mismacantidad de energía, la turbina de reacción necesita el doble de escalonescantidad de energía, la turbina de reacción necesita el doble de escalonespara obtener un rendimiento máximo. Las turbinas más grandes, quepara obtener un rendimiento máximo. Las turbinas más grandes, quenormalmente son de acción, emplean hasta cierto grado la reacción alnormalmente son de acción, emplean hasta cierto grado la reacción alprincipio del recorrido del vapor para que el flujo de vapor sea eficaz.principio del recorrido del vapor para que el flujo de vapor sea eficaz.Muchas de las turbinas de reacción utilizan primero un escalón de controlMuchas de las turbinas de reacción utilizan primero un escalón de controlde acción, lo que reduce el número de escalones necesarios.de acción, lo que reduce el número de escalones necesarios.

A causa del aumento de volumen del vapor cuando se expande, esA causa del aumento de volumen del vapor cuando se expande, esnecesario aumentar en cada escalón el tamaño de las aberturas a travésnecesario aumentar en cada escalón el tamaño de las aberturas a travésde las cuales pasa el vapor. Durante el diseño real de las turbinas, estede las cuales pasa el vapor. Durante el diseño real de las turbinas, esteaumento se consigue alargando las palas de un escalón a otro yaumento se consigue alargando las palas de un escalón a otro yaumentando el diámetro del tambor o la rueda a la que están acopladasaumentando el diámetro del tambor o la rueda a la que están acopladaslas palas. También se agregan dos o más secciones de turbina en paralelo.las palas. También se agregan dos o más secciones de turbina en paralelo.Como resultado de esto, una turbina industrial pequeña puede serComo resultado de esto, una turbina industrial pequeña puede serprácticamente cónica, con el diámetro más pequeño en el extremo deprácticamente cónica, con el diámetro más pequeño en el extremo deentrada, de mayor presión, y el diámetro mayor en el extremo de salida.entrada, de mayor presión, y el diámetro mayor en el extremo de salida.Las grandes turbinas de una central eléctrica nuclear pueden tener cuatroLas grandes turbinas de una central eléctrica nuclear pueden tener cuatrorotores con una sección de alta presión con flujo doble, seguida de tresrotores con una sección de alta presión con flujo doble, seguida de tressecciones de baja presión y flujo doble.secciones de baja presión y flujo doble.

Las turbinas de vapor son máquinas simples que tienen prácticamenteLas turbinas de vapor son máquinas simples que tienen prácticamenteuna sola parte móvil, el rotor. Sin embargo, requieren algunosuna sola parte móvil, el rotor. Sin embargo, requieren algunoscomponentes auxiliares para funcionar: cojinetes de contacto plano paracomponentes auxiliares para funcionar: cojinetes de contacto plano parasostener el eje, cojinetes de empuje para mantener la posición axial delsostener el eje, cojinetes de empuje para mantener la posición axial deleje, un sistema de lubricación de los cojinetes y un sistema deeje, un sistema de lubricación de los cojinetes y un sistema deestanqueidad que impide que el vapor salga de la turbina y que el aireestanqueidad que impide que el vapor salga de la turbina y que el aireentre en ella. La velocidad de rotación se controla con válvulas en laentre en ella. La velocidad de rotación se controla con válvulas en laadmisión de vapor de la máquina. La caída de presión en las palasadmisión de vapor de la máquina. La caída de presión en las palasproduce además una fuerza axial considerable en las palas móviles, lo queproduce además una fuerza axial considerable en las palas móviles, lo quese suele compensar con un pistón de equilibrado, que crea a su vez unse suele compensar con un pistón de equilibrado, que crea a su vez unempuje en sentido opuesto al del vapor.empuje en sentido opuesto al del vapor.

La eficiencia de expansión de las turbinas modernas de varios escalonesLa eficiencia de expansión de las turbinas modernas de varios escaloneses alta, dado el avanzado estado de desarrollo de los componenteses alta, dado el avanzado estado de desarrollo de los componentesutilizados en las turbinas y la posibilidad de recuperar las pérdidas de unutilizados en las turbinas y la posibilidad de recuperar las pérdidas de unescalón en los siguientes, con un sistema de recalentamiento. Elescalón en los siguientes, con un sistema de recalentamiento. Elrendimiento que se obtiene al transformar en movimiento la energíarendimiento que se obtiene al transformar en movimiento la energía

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Turbinas Eòlicas:Turbinas Eòlicas:

Funcionan como un molino de viento, pero en lugar de impulsar unaFuncionan como un molino de viento, pero en lugar de impulsar unamuela, controla un generador.muela, controla un generador.

Es una fuente de energía limpia y económica. Para extraer la mayorEs una fuente de energía limpia y económica. Para extraer la mayorcantidad posible de energía la turbina cuenta con unas enormes aspas decantidad posible de energía la turbina cuenta con unas enormes aspas dehasta 10 metros.hasta 10 metros.

Los censores de viento permiten que el ordenador de la turbina controle elLos censores de viento permiten que el ordenador de la turbina controle elmovimiento de las aspas para producir la emergía óptima en todas lasmovimiento de las aspas para producir la emergía óptima en todas lascondiciones de viento.condiciones de viento.

Los componentes de las turbinas Eòlicas son:Los componentes de las turbinas Eòlicas son:

AspasAspas

Censores de VientoCensores de Viento

Generador eléctricoGenerador eléctrico

Poste giratorioPoste giratorio

Caja de cambiosCaja de cambios

Turbina de combustiónTurbina de combustión::

Suelen llamarse también turbina de gas es un motor que utiliza el flujo deSuelen llamarse también turbina de gas es un motor que utiliza el flujo degas como medio de trabajo para convertir energía térmica en energíagas como medio de trabajo para convertir energía térmica en energíamecánica. El gas se produce en el motor como resultado de la combustiónmecánica. El gas se produce en el motor como resultado de la combustiónde determinadas materias. Unas toberas estacionarias lanzan chorros dede determinadas materias. Unas toberas estacionarias lanzan chorros dedicho gas contra los álabes (paletas) de una turbina, y el impulso de losdicho gas contra los álabes (paletas) de una turbina, y el impulso de loschorros hace girar el eje de la turbina. Una turbina de combustión de ciclochorros hace girar el eje de la turbina. Una turbina de combustión de ciclosimple incluye un compresor que bombea aire comprimido a la cámara desimple incluye un compresor que bombea aire comprimido a la cámara decombustión. El combustible, en forma gaseosa o nebulizada, también secombustión. El combustible, en forma gaseosa o nebulizada, también seinyecta en dicha cámara, donde se produce la combustión. Los productosinyecta en dicha cámara, donde se produce la combustión. Los productosde la combustión salen de la cámara a través de las toberas y hacende la combustión salen de la cámara a través de las toberas y hacenmoverse la turbina, que impulsa el compresor y una carga externa comomoverse la turbina, que impulsa el compresor y una carga externa comoun generador eléctrico.un generador eléctrico.

En una turbina o un compresor, una fila de alabes fijos y una filaEn una turbina o un compresor, una fila de alabes fijos y una filacorrespondiente de alabes móviles unidos a un rotor se denominan unacorrespondiente de alabes móviles unidos a un rotor se denominan unaetapa. Las máquinas grandes emplean compresores y turbinas de flujoetapa. Las máquinas grandes emplean compresores y turbinas de flujoaxial con varias etapas.axial con varias etapas.

La eficiencia del ciclo de una turbina de combustión está limitada por laLa eficiencia del ciclo de una turbina de combustión está limitada por lanecesidad de un funcionamiento constante a temperaturas altas en lanecesidad de un funcionamiento constante a temperaturas altas en lacámara de combustión y en las primeras etapas de la turbina. Una turbinacámara de combustión y en las primeras etapas de la turbina. Una turbinade gas pequeña de ciclo simple puede tener una eficiencia termodinámicade gas pequeña de ciclo simple puede tener una eficiencia termodinámicarelativamente baja en comparación con un motor de gasolina corriente.relativamente baja en comparación con un motor de gasolina corriente.Los avances en los materiales resistentes al calor, los recubrimientosLos avances en los materiales resistentes al calor, los recubrimientosprotectores y los sistemas de enfriamiento han hecho posible, grandesprotectores y los sistemas de enfriamiento han hecho posible, grandesunidades con una eficiencia en ciclo simple del 34% o más.unidades con una eficiencia en ciclo simple del 34% o más.

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recuperado se usa para producir vapor, que alimenta una turbina de vaporrecuperado se usa para producir vapor, que alimenta una turbina de vaporasociada. El rendimiento combinado es un 50% mayor que el de la turbinaasociada. El rendimiento combinado es un 50% mayor que el de la turbinade gas por sí sola. Hoy se instalan turbinas de ciclo combinado con unade gas por sí sola. Hoy se instalan turbinas de ciclo combinado con unaeficiencia térmica del 52% y más. Las turbinas de combustión se empleaneficiencia térmica del 52% y más. Las turbinas de combustión se empleanpara propulsar barcos y trenes. En los aviones se usa una formapara propulsar barcos y trenes. En los aviones se usa una formamodificada de la turbina de combustión, el turborreactor. En algunosmodificada de la turbina de combustión, el turborreactor. En algunospaíses las turbinas de combustión pesadas, tanto de ciclo simple comopaíses las turbinas de combustión pesadas, tanto de ciclo simple comocombinado, ocupan un lugar importante en la generación de electricidad acombinado, ocupan un lugar importante en la generación de electricidad agran escala. Es posible obtener una potencia por unidad superior a losgran escala. Es posible obtener una potencia por unidad superior a los200 megavatios (MW), y la potencia de una turbina de ciclo combinado200 megavatios (MW), y la potencia de una turbina de ciclo combinadopuede superar los 300 MW.puede superar los 300 MW.

Las turbinas de combustión emplean como combustible gas natural oLas turbinas de combustión emplean como combustible gas natural olíquidos como queroseno o gasoil. También puede usarse carbón, una vezlíquidos como queroseno o gasoil. También puede usarse carbón, una veztransformado en gas en un gasificador aparte.transformado en gas en un gasificador aparte.

COMPRESORESCOMPRESORES

Los compresores son mecanismos para comprimir los gases y los líquidosLos compresores son mecanismos para comprimir los gases y los líquidos

Se suele llamar bomba de aire, esta maquina se encarga de disminuir elSe suele llamar bomba de aire, esta maquina se encarga de disminuir elvolumen de una determinada cantidad de aire y aumentar su presión porvolumen de una determinada cantidad de aire y aumentar su presión porprocedimientos mecánicos. El aire comprimido posee una gran energíaprocedimientos mecánicos. El aire comprimido posee una gran energíapotencial, ya que si eliminamos la presión exterior, se expandiríapotencial, ya que si eliminamos la presión exterior, se expandiríarápidamente. El control de esta fuerza expansiva proporciona la fuerzarápidamente. El control de esta fuerza expansiva proporciona la fuerzamotriz de muchas máquinas y herramientas, como martillos neumáticos,motriz de muchas máquinas y herramientas, como martillos neumáticos,taladradoras, limpiadoras de chorro de arena y pistolas de pintura.taladradoras, limpiadoras de chorro de arena y pistolas de pintura.

Existen hoy en día dos tipos de compresores:Existen hoy en día dos tipos de compresores:

AlternativosAlternativos

RotatoriosRotatorios

Los compresores alternativos o de desplazamiento:Los compresores alternativos o de desplazamiento:

Se utilizan para generar presiones altas mediante un cilindro y un pistón.Se utilizan para generar presiones altas mediante un cilindro y un pistón.Cuando el pistón se mueve hacia la derecha, el aire entra al cilindro por laCuando el pistón se mueve hacia la derecha, el aire entra al cilindro por laválvula de admisión; cuando se mueve hacia la izquierda, el aire seválvula de admisión; cuando se mueve hacia la izquierda, el aire secomprime y pasa a un depósito por un conducto muy fino.comprime y pasa a un depósito por un conducto muy fino.

Los compresores Rotatorios:Los compresores Rotatorios:

Los Compresores rotatorios producen presiones medias y bajas. EstánLos Compresores rotatorios producen presiones medias y bajas. Estáncompuestos por una rueda con palas que gira en el interior de un recintocompuestos por una rueda con palas que gira en el interior de un recintocircular cerrado. El aire se introduce por el centro de la rueda y escircular cerrado. El aire se introduce por el centro de la rueda y esacelerado por la fuerza centrífuga que produce el giro de las palas. Laacelerado por la fuerza centrífuga que produce el giro de las palas. Laenergía del aire en movimiento se transforma en un aumento de presiónenergía del aire en movimiento se transforma en un aumento de presiónen el difusor y el aire comprimido pasa al depósito por un conducto fino.en el difusor y el aire comprimido pasa al depósito por un conducto fino.El aire, al comprimirlo, también se calienta. Las moléculas de aire chocanEl aire, al comprimirlo, también se calienta. Las moléculas de aire chocancon más frecuencia unas con otras si están más apretadas, y la energíacon más frecuencia unas con otras si están más apretadas, y la energíaproducida por estas colisiones se manifiesta en forma de calor. Para evitarproducida por estas colisiones se manifiesta en forma de calor. Para evitareste calentamiento hay que enfriar el aire con agua o aire frío antes deeste calentamiento hay que enfriar el aire con agua o aire frío antes dellevarlo al depósito. La producción de aire comprimido a alta presión siguellevarlo al depósito. La producción de aire comprimido a alta presión sigue

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ConclusiónConclusión

Después de finalizar el presente trabajo he notado la importancia queDespués de finalizar el presente trabajo he notado la importancia quetienen las bombas, compresores y turbinas en nuestra vida diaria, tambiéntienen las bombas, compresores y turbinas en nuestra vida diaria, tambiénla relevancia que tienen en la tecnología mecánica.la relevancia que tienen en la tecnología mecánica.

Este trabajo es realmente importante para mi desarrollo profesional y paraEste trabajo es realmente importante para mi desarrollo profesional y parala consulta de todos los estudiantes y personas interesadas en estala consulta de todos los estudiantes y personas interesadas en estamateria.materia.

De igual forma se puede decir que es fundamental para ampliar yDe igual forma se puede decir que es fundamental para ampliar yprofundizar mucho mas en lo que son la turbo maquinas y su utilidad enprofundizar mucho mas en lo que son la turbo maquinas y su utilidad ennuestra sociedad.nuestra sociedad.

BibliografíaBibliografía

Pump Application Engineering Hicks and Edwards.Pump Application Engineering Hicks and Edwards.

Biblioteca de la U.S.B.Biblioteca de la U.S.B.

Mecánica de los fluidos y maquinas hidráulicas. Claudio Mataix. BibliotecaMecánica de los fluidos y maquinas hidráulicas. Claudio Mataix. Bibliotecade la U.S.B.de la U.S.B.

Bombas y Maquinas Soplantes Centrifugas. A.H. Church.Bombas y Maquinas Soplantes Centrifugas. A.H. Church.

Biblioteca de la U.S.B.Biblioteca de la U.S.B.

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