Historia de las turbomaquinas
La historia de las turbomáquinas se remonta a la antigua Persia y china, donde se usaron molinos de viento. Las norias, que consiste en una gran rueda con aletas transversales que se coloca parcialmente sumergida en un curso de agua, el cual, gracias a las aletas, imprime a la rueda un movimiento continuo. Ésta, posee en su perímetro una hilera de recipientes (usualmente cangilones), que con el movimiento de la rueda se llenan de agua, la elevan y la depositan en un conducto asociado a la noria que la distribuye. Noria en Algeciras, España. Estas han formado parte habitual del paisaje europeo durante siglos, así como los molinos de agua y de viento, formando ambos parte sustancial del entramado social e industrial, hasta la revolución de la máquina de vapor. La máquina de vapor, de embolo fue dejando paso progresivamente a la turbina de vapor en grandes tamaños, mientras que se dio lugar a los motores alternativos en los pequeños. Las primeras aplicaciones de turbinas de vapor con repercusión industrial son de mediados del siglo XIX, aunque se conocían con c on anterioridad. Su desarrollo fue rápido y exitoso, dadas las condiciones favorables del flujo en ellas y las no muy altas alt as solicitaciones térmicas por la temperatura moderada del vapor, de pocos cientos de grados centígrados. También favoreció su fácil y exitoso desarrollo el hecho de que la compresión en un ciclo de vapor se realiza con agua lo cual requiere de poca potencia y pueda obteners e fácilmente. La turbina de gas a que se desarrollaran compresores de la suficiente eficiencia para permitir que la diferencia entre la potencia consumida por este elemento y la obtenida por la turbina asociada, diese un remanente de potencia útil. Esto no ocurrió hasta finales de la década de 1930. No obstante la fuerte motivación que supuso el interés en el desarrollo del turborreactor provoco un rápido progreso hasta nuestros días.
INICIO DE LAS TURBOMAQUINAS
Hacia el año 1000 se registraban en Irán un número basto de norias en el rio Ahwaz. Los árabes hacían referencia a las ruedas hidráulicas como saqiya. Con este término también se conocía a las norias de tracción animal y la un tipo particular de canales. En diversos tratados se hace referencia a este tipo de artefactos como názura, dawlab, as-saniya, y hattara, aunque el más común resulta ser el de na´ura. Podemos encontrarnos tanto ruedas de madera (las más usuales) como de hierro. Los elementos constructivos de las mismas quedan reflejados en los siguientes dibujos.
INTRODUCCION A LAS TURBOMAQUINAS
Una maquina es un transformador de energía Una maquina absorbe energía de una clase y restituye energía de otra clase (un motor eléctrico, por ejemplo, absorbe energía eléctrica y restituye energía mecánica) o de la misma clase pero transformada ( una grúa o un torno, por ejemplo, absorben y restituyen energía mecánica). Las maquinas se clasifican en grupos: maquinas de fluido, maquinasherramientas, maquinas eléctricas, etc. Las maquinas hidráulicas pertenecen a un grupo muy importante de maquinas que se llaman maquinas de fluido. Aunque rara es la maquina en que no intervienen uno o varios fluidos como refrigerantes, lubricantes, etc.; eso solo no es suficiente para incluir dicha maquina en el grupo de maquinas de fluido. Maquinas de fluido son aquellas maquinas en que el fluido, o bien proporciona la energía que absorbe la maquina (por ejemplo, el agua que se suministra a una turbina posee una energía preferentemente de presión, proveniente de la energía geodésica que poseía en el embalse y que a su vez la turbina transforma en energía mecánica) o bien aquellas en que el fluido es el receptor de energía, al que la maquina restituye la energía mecánica absorbida. En toda máquina de fluido hay un intercambio entre energía de fluido y energía mecánica ( por ejemplo, el agua sale de una bomba con más presión que la que tenia a la entrada de la misma, porque la bomba ah restituido al agua la energía absorbida en el eje). Las maquinas de fluido revisten infinidad de formas y encuentran un sinfín de aplicaciones en la técnica. Basta ver que dentro de este grupo se hallan comprendidas maquinas tan diversas como la diminuta fresa neumática de un dentista, que gira a 500.000 rpm, y la gigantesca turbina de vapor de 1200 MW; o como la bomba de membrana para combustible de un automóvil y un cohete de combustible liquido. Las maquinas de fluido se clasifican en maquinas hidráulicas y maquinas térmicas. Etimológicamente maquina hidráulica es una maquina de fluido en que el fluido es agua y no obstante la turbina de vapor funciona con agua y no es una maquina hidráulica, sino una maquina térmica. Por el contario a pesar
de que un ventilador no bombea agua, sino aire, el ventilador es una maquina hidráulica. Las bombas que bombean líquidos distintos del agua (gasolina, acidos, etc.) también son maquinas hidráulicas. Aunque el liquido bombeado este caliente la maquina no es una maquina térmica, sino que seguirá siendo hidráulica. Aunque el nombre de maquina hidráulica, según lo dicho, no sea apropiado, la clasificación misma de las maquinas de fluido en maquinas hidráulicas y térmicas es rigurosa y científica. Maquina hidráulica es aquella en el que el fluido intercambia su energía no varia sensiblemente de densidad en su paso a través de la maquina, por lo cual en el diseño y estudio de la misma se hace la hipótesis de que ῥ= cte. Maquina térmica es aquella en que el fluido en su paso a través de la maquina sensiblemente de densidad y volumen especifico, el cual en el diseño y estudio de la maquina ya no puede suponerse cons tante. La compresibilidad e incompresibilidad del fluido que se traduce en la variación o volumen especifico es fundamental en el diseño de una maquina. Todo cuerpo solido, líquido o gas es comprensible .sin embargo, el diseño de una bomba, por ejemplo, se hace suponiendo que el liquido bombeado es incompresible o de densidad constante: la bomba es, pues, una maquina hidráulica. El diseño de un turborreactor, por el contrario, no puede hacerse sin tener en cuenta la variación del volumen especifico del aire a través de la maquina: el turborreactor, pues, es una maquina térmica. En un compresor el fluido es un gas y un gas es muy comprensible, y ,por tanto, su volumen especifico varia grandemente. Sin embargo, si el incremento de presión es pequeño (inferior a 100 mbar) el diseño del compresor llevado a cabo con la hipótesis de que el volumen especifico del gas es contante resulta con frecuencia satisfactorio. Es este caso la maquina se llama ventilador: el ventilador, pues, es una maquina hidráulica. No obstante si la relación de compresión es grande (superior a 100 mbar), no puede despreciarse la variación del volumen especifico del gas a través de la maquina. En este caso la maquina se llama compresor, pues es una maquina térmica.
CLASIFICACION DE LAS TURBOMAQUINAS
ANALISIS DIMENSIONAL El análisis dimensional es un método para verificar ecuaciones y planif icar experimentos sistemáticos. A partir del análisis dimensional se obtienen una serie de grupos a dimensionales, que van a permitir utilizar los resultados experimentales obtenidos en condiciones limitadas, a situaciones en que se tengan diferentes dimensiones geométricas, cinemáticas y dinámicas; y muchas veces en casos en que las propiedades del fluido y del flujo son distintas de las que se tuvieron durante los experimentos La importancia del análisis dimensional viene dada por la dificultad del establecimiento de ecuaciones en determinados flujos, además de la dificultad de su resolución, siendo imposible obtener relaciones empíricas.
