TURBO MAQUINAS
Profesor Cristian Carroza
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Turbo máquinas - contenidos 1. Principios de funcionamiento. funcionamiento. Comparación con máquinas de desplazamiento positivo Triangulo de velocidades Altura de aspiración Cavitación
Turbo máquinas - contenidos 1. Principios de funcionamiento. funcionamiento. Comparación con máquinas de desplazamiento positivo Triangulo de velocidades Altura de aspiración Cavitación
Turbo máquinas - contenidos 2.Bombas centrífugas. Bombas de una y varias etapas Bombas de profundidad Bombas de líquidos contaminados y especiales Componentes de la bomba
Turbo máquinas - contenidos 3.Compresores centrífugos. Ventiladores Compresores de una y varias etapas Compresores radiales y axiales Componentes
Turbo máquinas - contenidos 4.Turbinas. Principio de funcionamiento Turbinas hidráulicas comunes Turbinas de vapor Turbinas de gas
Turbo máquinas - contenidos 5. Hélices para agua y aire. Principio de funcionamiento Formas mas usuales
Turbo máquinas – Metodología de trabajo
Clase expositiva con apoyo de medios audiovisuales Investigación propia de los participantes Exposición de los alumnos de los temas Visitas a terreno en la propia Sede Laboratorio de Termo fluidos de la Casa Central de la UTFSM Trabajo con banco de bombas Desarme y análisis de elementos individuales
Turbo máquinas – Bibliografia
Streeter, Mecánica de Fluidos , The Mc Graw-Hill , 2000. A.Lecuona/J.I.Nogueira , Turbo máquinas, Ariel, 1999 Muñoz/Collado/Moreno , Turbo máquinas Térmicas , Prensas Universitarias de Zaragoza , 1999. G.A.Gaffert , Centrales de Vapor , Reverte , 1968.
Turbo máquinas - Introduccion
Las turbomaquinas se dividen de forma natural en aquellas que añaden energía a un fluido( bombas) y aquellas que extraen energía de el ( turbina). Turbo : palabra latina que denomina Giro.
Turbo máquinas - Principios de funcionamiento
Las turbo máquinas son equipos diseñados para conseguir un intercambio energético entre un fluido y un eje de rotación con rodetes de álabes (fijos y/o móviles).
Los nombres que reciben los rodetes fijos y móviles son: rodete, impulsor hélice, según el tipo de máquina)
Turbo máquinas - Principios de funcionamiento Los nombres que recibe el estator es:
Voluta Carcasa
Turbo máquinas - Principios de funcionamiento
Turbo máquinas mas comunes:
Turbo máquinas - Principios de funcionamiento
Test de conocimientos ¿ Que es una bomba centrifuga? ¿ Que es un compresor? ¿Qué diferencia hay entre un extractor y un ventilador? ¿ Cual es el funcionamiento de una turbina?
Turbo máquinas - Principios de funcionamiento
Juntarse en grupos de 5 personas
Turbo máquinas - Principios de funcionamiento
Turbo máquinas - Principios de funcionamiento
Cavitación Procede del latín “cavus”, que significa espacio hueco o cavidad. También se define como ‘la
rápida formación y colapso de cavidades en zonas de muy baja presión en un flujo líquido.
Turbo máquinas - Cavitación
Bombas Centrifugas
Turbo máquinas - Bombas
Bombas de desplazamiento positivo ( BDP) : Tienen un contorno movil que, por cambios de volumen, obligan al fluido a avanzar a través de la maquina. Bombas Dinamicas : Añaden simplemente cantidad de movimiento al fluido por medio de paletas, alabes giratorios o ciertos dispositivos especiales.
Turbo máquinas - Bombas BDP Alternativas
Piston o embolo Diafragma Rotativas
Bombas Dinámicas
Rotativas Centrifugas Flujo Axial
1. Rotor Simple paletas deslizantes Tornillo Peristáltica 2. Rotor Múltiple Engranaje Lóbulo Tornillo
Flujo Mixto ( entre radial y axial) Diseños especiales Bombas de eyector Bombas electromagnéticas para metales líquidos Actuadores: martinetes hidráulicos
Turbo máquinas - Bombas
¿ BDP o Dinamicas? Bombas dinamicas Las bombas dinamicas necesitan ser cebadas, proporcionan para poder lograr generalmente mayor succionar el liquido caudal que las BDP situado por debajo. BDP son mas efectivas BDP son autocebantes en para bombear liquidos la mayor parte de las muy viscosos. aplicaciones
Turbo máquinas – Bombas de Piston
Bomba de Piston o embolo Las bombas de pistón son utilizadas generalmente en la industria por su alto rendimiento y por la facilidad de poder trabajar a presiones superiores 2000 lb/plg2 y tienen una eficiencia volumétrica aproximadamente de 95 a 98%.
Turbo máquinas – Bombas de Piston
Turbo máquinas – Bombas de Pistón
Turbo máquinas – Bombas de Paletas
resistencia a la contaminación del aceite debido al diseño de la paleta de doble labio. Amplia variedad de opciones ( de cilindrada por el cambio de cartuc ho, de ejes de salida y de posición de bocas) Ideales para aplicaciones de baja presión, baja velocidad y una alta viscosidad ya que se consigue una reducción del consumo de energía. El diseño constructivo constructivo de los cartuchos lo hacen ideal para aplicaciones pesadas. Los orificios laterales reducen el drenaje interno , ayuda a equilibrar equilibrar el balance de presiones internas y mejora la lubricación además de actuar como refrigerante.
Turbo máquinas – Bombas de Paletas
Turbo máquinas – Bombas de Paletas
Turbo máquinas – Bombas de Tornillo
Turbo máquinas – Bombas de Tornillo
Turbo máquinas – Bombas peristalticas
Las bombas peristálticas no tienen sellos, válvulas o partes móviles en contacto con el producto, haciéndola ideal para el manejo de lodos abrasivos. El funcionamiento de la bomba es muy sencillo: La acción de bombeo es lograda por la compresión de una manguera de elastómero con dos zapatas diametralmente opuestas. El movimiento de rotación de las zapatas desplaza al fluido por la manguera a moverse delante de cada zapata. Cuando cada zapata llega al final de la manguera, el tubo reforzado regresa a su forma original, mejorando así la succión y el cebado.
Turbo máquinas – Bombas peristálticas
Algunas Aplicaciones En aplicaciones de lodos abrasivos, las bombas peristálticas son completamente reversibles y pueden trabajar en seco sin dañarse. En la minería también se aplican en el bombeo de lodos viscosos, lodos de arcilla, pulpa de carbón, sulfato de plomo, lodos de pirita. En la producción de cerámica, se usa para transferencia de pasta gruesa, llenado de moldes, alimentación de filtroprensas.
Turbo máquinas – Bombas peristálticas
Problemas que resuelve la bomba peristáltica Fugas en los sellos mecánicos. Elevados costos de mantenimiento debido al desgaste por la abrasión o el trabajo en seco. Bajo flujo debido a grandes alturas de succión o alta viscosidad. Dificultades en altas presiones de descarga. Vida corta de la bomba al tranferir líquidos con alto o bajo pH.
Turbo máquinas – Bombas de Engranajes
Este tipo de bomba produce caudal al transportar el fluido entre los dientes de dos engranajes acoplados. Uno de ellos es accionado por el eje de la bomba (motriz), y este hace girar al otro (libre). La bomba de engranajes funciona por el principio de desplazamiento, un piñón es impulsado y hace girar al otro en sentido contrario.
Turbo máquinas – Bombas de Engranajes
Las bombas de engranajes Se utilizan para bombear aceite de lubricación, y casi siempre tienen un componente de vibración fuerte en la frecuencia del engranaje, que es el número de dientes en el engrane por las RPM. Este componente dependerá fuertemente de la presión de salida de la bomba. Si la frecuencia del engranaje se cambia de manera significativa, y hay una aparición de armónicos o de bandas laterales, en el espectro de vibración, este podría ser una indicación de un diente cuarteado ó dañado de otra manera.
Turbo máquinas – Bombas de Engranajes
Bomba engranajes internos Se constituye de elementos como , engranajes de dientes externos ( motriz) y dientes internos ( conducida), y una placa de forma de media luna. Existe una zona donde los dientes engranan completamente en la cual no es posible alojar algún aceite entre los dientes. Los engranajes están ubicados excéntricamente y comienzan a separarse generando un aumento del espacio con lo cual se produce una disminución de presión, logrando una aspiración del fluido.
Turbo máquinas – Bombas de Engranajes
Turbo máquinas – Bombas de Lobulos
Mediante un engranaje exterior son accionados los lóbulos quedando el fluido atrapado entre los lóbulos y las paredes del cilindro siendo impulsados a su salida como se aprecia en la figura 3, poseen un mayor desplazamiento, un coste superior así como bajas prestaciones si se habla de presiones y volúmenes de trabajo. No suelen ser muy utilizadas.
Turbo máquinas – Bombas de Lobulos
Turbo máquinas – Bombas de Lobulos
Turbo máquinas – Bombas Centrifugas
Turbo máquinas – Bombas Centrifugas
Turbo máquinas – Bombas Centrifugas
Turbo máquinas – Bombas eyector
El eyector es una bomba estática, sin partes mecánicas en movimiento seguridad de funcionamiento fiabilidad de funcionamiento con el tiempo amplia gama de ejecuciones libre de mantenimiento sin partes eléctricas El eyector es una bomba estática, constituido principalmente por una tobera y un difusor de sección cónica.
Turbo máquinas – Turbinas Pelton
La turbina PELTON debe su nombre al ingeniero norteamericano Lester Allen Pelton (1829-1908), quien en busca de oro en California concibió la idea de una rueda con cucharas periféricas que aprovecharan la energía cinética del agua que venía de una tubería y actuaba tangencialmente sobre la rueda. Por fin en 1880 patentó una turbina con palas periféricas de muy particular diseño, de tal manera que el chorro proveniente de la tubería golpea el centro de cada pala o cuchara con el fin de aprovechar al máximo el empuje del agua.
Turbo máquinas – Turbinas Pelton
Los alabes tienen la forma de doble cuchara, con una arista diametral sobre la que incide el agua produciéndose una desviación simétrica en dirección axial, buscando un equilibrio dinámico de la máquina en esa dirección. En las siguientes imágenes veremos y analizaremos la forma del álabe. CLASIFICACIÓN DE LAS TURBINAS PELTON Las turbinas PELTON se clasifican generalmente por la posición del eje que mueven, por lo tanto existen dos clasificaciones: EJE HORIZONTAL Y EJE VERTICAL.
Turbo máquinas – Turbinas Pelton
DISPOSICIÓN VERTICAL En esta disposición solo se pueden instalar turbinas de uno o dos chorros como máximo, debido a la complicada instalación y mantenimiento de los inyectores. Sin embargo, en esta posición, la inspección de la rueda en general es mas sencilla, por lo que las reparaciones o desgastes se pueden solucionar sin necesidad de desmontar la turbina.
Turbo máquinas – Turbinas Pelton
DISPOSICIÓN HORIZONTAL
En esta posición se facilita la colocación de alimentación en un plano horizontal y con esto es posible aumentar el número de chorros sin aumentar el caudal y tener mayor potencia por unidad. Se acorta la longitud entre la turbina y el generador, disminuyen las excavaciones y hasta disminuir al diámetro de la rueda y aumentar la velocidad de giro. Se debe hacer referencia que en la disposición vertical, se hace mas difícil y, por ende, mas caro su mantenimiento, lo cuál nos lleva a que esta posición es más conveniente para aquellos lugares en donde se tengan aguas limpias y que no produzcan gran efecto abrasivo sobre los álabes.
Turbo máquinas – Turbinas Kaplan
Se emplean en saltos de pequeña altura (alrededor de 50 m y menores alturas), con caudales medios y Grandes aproximadamente de 15 m3/s en adelante). Debido a su singular diseño, permiten desarrollar elevadas velocidades específicas, obteniéndose buenos rendimientos, incluso dentro de extensos límites de variación de caudal. Normalmente se instalan con el eje en posición vertical, si bien se prestan para ser colocadas de forma horizontal o inclinada
Turbo máquinas – Turbinas Kaplan
Una de las características fundamentales de las turbinas Kaplan constituye el hecho que las palas del rotor están situadas a una cota más baja que la cota del distribuidor, de modo que el flujo del agua incide sobre las palas en su parte posterior en dirección paralela al eje de la turbina
Turbo máquinas – Turbinas Kaplan
Turbo máquinas – Turbinas Kaplan
Turbo máquinas – Turbinas Kaplan
Turbo máquinas – Turbinas Kaplan
Turbo máquinas – Turbinas Francis
También conocidas como turbinas de sobrepresión, de admisión total, turbinas radial-axial o como turbinas de reacción. Las turbinas Francis son de muy buen rendimiento, pero solamente entre determinados márgenes de descarga, entre 60 % y 100 % del caudal máximo. Al igual que las turbinas Pelton, las turbinas Francis pueden ser instaladas con el eje en posición horizontal o en posición vertical, siendo la posición vertical del eje la más generalizada por estar ampliamente experimentada, especialmente en el caso de
Turbo máquinas – Turbinas Francis
Turbo máquinas – Turbinas Francis
Aplicaciones Las grandes turbinas Francis se diseñan de forma individual para cada emplazamiento, a efectos de lograr la máxima eficiencia posible, habitualmente más del 90%. Son muy costosas de diseñar, fabricar e instalar, pero pueden funcionar durante décadas. Además de para la producción de electricidad, pueden usarse para el bombeo y almacenamiento hidroeléctrico, donde un embalse superior se llena mediante la turbina (en este caso funcionando como bomba) durante los períodos de baja demanda eléctrica, y luego se usa como turbina para generar energía durante los períodos de alta demanda eléctrica. Se fabrican micro turbinas Francis baratas para la producción individual de energía para saltos mínimos de 52 metros.
Turbo máquinas – Turbinas Francis Ventajas Su diseño hidrodinámico permite bajas perdidas hidráulicas, por lo cual se garantiza un alto rendimiento. Su diseño es robusto, de tal modo se obtienen décadas de uso bajo un costo de mantenimiento menor con respecto a otras turbinas. Junto a sus pequeñas dimensiones, con lo cual la turbina puede ser instalada en espacios con limitaciones física también permiten altas velocidades de giro. Junto a la tecnología y a nuevos materiales, las nuevas turbinas requieren cada vez menos mantenimiento. Desventajas No es recomendado para altura mayores de 800 m, por las presiones existentes en los sellos de la turbina. Hay que controlar el comportamiento de la cavitación. No es la mejor opción para utilizar frente a grandes variaciones de caudal, por lo que se debe tratar de mantener un flujo de caudal constante previsto, antes de la instalación
Turbo máquinas – Turbinas Francis
Turbo máquinas – Turbinas Ossberger
La turbina OSSBERGER es una turbina de libre desviación, de admisión radial y parcial. Debido a su número específico de revoluciones cuenta entre las turbinas de régimen lento. El distribuidor imprime al chorro de agua una sección rectangular, y éste circula por la corona de paletas del rodete en forma de cilindro, primero desde fuera hacia dentro y, a continuación, después de haber pasado por el interior del rodete, desde dentro hacia fuera.
Turbo máquinas – Turbinas Ossberger
El rendimiento total medio de las turbinas OSSBERGER se calcula para potencias pequeñas con un 80% para todo el campo de trabajo. Estos rendimientos son generalmente superados en la práctica. Para las unidades medianas y grandes del programa de fabricación se han medido rendimientos de hasta un 86%. la turbina OSSBERGER se desprende claramente la superioridad en la zona de carga parcial. Algunos ríos llevan a menudo durante varios meses muy poca agua. De la línea característica de rendimiento de cada turbina depende si durante ese tiempo se sigue produciendo energía eléctrica. En las centrales fluviales con caudales irregulares, las turbinas con un elevado rendimiento máximo, pero con un comportamiento menos favorable bajo carga parcial, alcanzan una potencia anual inferior a la obtenida, con turbinas cuya curva de rendimiento aparece más aplanada.
Turbo máquinas – Turbinas Ossberger
Turbo máquinas – Turbinas Ossberger
Turbo máquinas – Mantención General de Turbinas
Mantenimiento de la turbina
· Trabajos de lubricación Las partes móviles de una turbina son muchas y por eso algunas necesitan lubricación para disminuir su desgaste, entre ellas están las toberas y la válvula de tobera de freno son lubricados por la operación y no requieren lubricación adicional, los cojinetes articulados del varillaje de regulación y el pistón de guía del servomotor del deflector deben engrasarse una ves por mes, y los órganos de cierre si es necesario deben engrasare trimestralmente. Los deflectores están guiados en cojinetes de teflón reforzados con fibra de vidrio exentos de mantenimiento y no requieren lubricación.
· Controles funcionales Mensualmente deben controlarse el funcionamiento de los sistemas de seguridad, como interruptores limites, presostatos, medición de velocidad, etc. Trimestralmente se debe controlar el funcionamiento de los empaques por medio del caudal de aceite y de agua de fuga. Anualmente debe controlarse el funcionamiento y el hermetismo de todas las válvulas y grifos.
Turbo máquinas – Mantención General de Turbinas
Trabajo de mantenimiento resultante del servicio Con el fin de eliminar sedimentos de arena en la tubería anular se debe lavar la tubería abriendo la válvula de vaciado. La limpieza de cilindro de agua del servomotor del deflector de cuerpos extraños se realiza cerrando la alimentación de agua, retirar el tornillo de vaciado del cilindro de agua y lavar la tubería y el cilindro abriendo la válvula. La manutención de los filtros de los filtros de aceite y de agua debe hacerse de acuerdo a las instrucciones del fabricante, la frecuencia de estos trabajos de mantenimiento se rige de acuerdo al grado de ensuciamiento de cada componente.
Turbo máquinas – Mantención General de Turbinas
Controles periódicos en el rodete Desde el momento de la puesta en servicio de un rodete debe controlarse a fisuras y desgastes en los periodos indicados a continuación: 24 horas de servicio Control visual 450 horas de servicio Control visual 900 horas de servicio Control a fisuras superficiales en los cangilones y en la raíz de los mismos. 1800 horas de servicio Control visual 4000 horas de servicio Control a fisuras superficiales en todo el rodete. Este control debe repetirse cada 4000 horas. Estos intervalos de tiempo se repiten para rodetes en los que fueron efectuados soldaduras de reparación.
