UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS.

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS

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QUÍMICA INDUSTRIAL

“TURBOMÁQUINAS Y SUS APLICACIONES”

DOCTOR MONSALVO VAZQUEZ RAÚL

SÁNCHEZ GAMBOA MÓNICA

MARTÍNEZ CASTRO GIL ROBERTO

ZACAPALA MARROQUÍN BRAITON ARTURO

PINEDA XOCHIHUA DANIEL

Diciembre 2015

INDICE

Introducción………………………………………………………………….    3

Hipótesis……………………………………………………………………..    4

Objetivos……………………………………………………………………..    5

Marco téorico…………………………………………………………………   6

-Introducción a las turbomaquinas …………………………………   6

          -Turborreactor …………………………………………………….…..  8        

          -Turbofanes …………………………………………………………..   9

-Turbina de gas ………………………………………………………  10

-Turbina de vapor ……………………………………………………. 11

-Motor aeronáutico …………………………………………………... 12

-Evolución del motor aeronautico ………………………………….. 13

-Motor rotativo ………………………………………………………... 15

-Ciclo Brayton ………………………………………………………… 16

               -Ventajas y desventajas de los turborreactores …………………... 18

Conclusión ……………………………………………………………………. 19

Bibliografía …………………………………………………………………….. 20

Anexos …………………………………………………………………………. 21

• INTRODUCCIÓN

Para comenzar, explicaremos que son las turbomáquinas, como funcionan, sus principales componentes y sus aplicaciones industriales.

Una turbomáquina es una máquina cuyo elemento principal es un rotor giratorio, a través del cuál pasa un fluido de forma continua, cambiando éste su cantidad de movimiento por acción de la máquina.

Las turbomáquinas absorben energía de un fluido y restituyen generalmente energía mecánica en el eje, como una turbina de vapor, una turbina hidráulica o bien, absorben energía mecánica en el eje y restituyen energía a un fluido.

El eje está dotado de movimiento rotativo; de allí la palabra Turbo o Turbinis de origen latín que significa que la máquina gira.

Las turbomáquinas se clasifican según tres criterios:

• Según la compresibilidad del fluido.

En éstas podemos encontrar:

• Turbomáquinas Térmicas
• Turbomáquinas Hidráulicas

• Según el sentido de intercambio de energía.

• Turbomáquinas Motoras
• Turbomáquinas Generadoras

• Según la dirección del flujo.

• Turbomáquinas de flujo axial
• Trubomáquinas de flujo radial
• Turbomáquinas de flujo mixto

En éste documento estudiaremos a fondo los Turborreactores y algunas  Turbomáquinas Motoras, las cuales se componen por Turbinas de vapor, Turbinas de Gas y las Turbinas hidrahulicas.

• HIPÓTESIS

• La potencia, representada en caballos de fuerza (hp), producida por un motor alimentado por un gas monoatómico es mayor a la producida por un motor que es alimentado con un gas diatomico, en este caso aire.

• En las máquinas térmicas como compresores y motores, sistemas de refrigeración o de calentamiento,  total es igual al trabajo ( total.[pic 3][pic 4]

• OBJETIVOS

Los objetivos en esta investigación, primordialmente, son:

- Conoceremos los procesos termodinámicos que componen a los distintos ciclos aplicados en las turbomáquinas, y al mismo tiempo resolveremos las incognitas que en ellos se presenten para obtener los datos numericos requeridos, y de esa manera, conocer la eficiencia de las turbinas estudiadas.

- Interpretaremos el comportamiento de los procesos iso en los ciclos termodinámicos que se llevan a cabo en el funcionamiento de las turbomáquinas, es decir, si en estos procesos termodinámicos se lleva a cabo una expansión o una compresión, para así obtener la magnitud del trabajo total efectuado por la máquina.

- Realizaremos una serie de calculos  para poder conocer y comparar el funcionamiento de una turbina de vapor al ser alimentada por dos gases distintos, uno monoatomico y el otro diatomico y comparar la eficiencia que ésto produce sobre la Turbomáquina.

- Conoceremos los valores de la energía interna de todos los procesos que integran el ciclo y resolveremos la hipotesis de las maquinas termicas en cuanto a la igualdad de  por medio de la resolución de incognitas presentadas en los problemas de motores en un ciclo cerrado.[pic 5]

• MARCO TEÓRICO

INTRODUCCIÓN A LAS TURBOMÁQUINAS

A lo largo de la historia de la humanidad, el hombre ha modificado y manipulado su entorno para realizar un trabajo en el menor tiempo y esfuerzo posible. Con esta finalidad se han construido máquinas con diferentes niveles de complejidad. Por lo tanto, una máquina es un dispositivo que convierte la energía para realizar un determinado trabajo. Para realizar este trabajo, las máquinas pueden utilizar cualquier tipo de energía disponible, por ejemplo la energía térmica del sol, la energía eólica del viento, la energía hidráulica de corrientes naturales de agua, energía mecánica, energía eléctrica, etc. En nuestro caso, nos enfocaremos solo al estudio de las máquinas que funcionan con una corriente fluida, es decir con líquidos y gases.

Para su funcionamiento, éste tipo de máquinas efectúan una transformación de parte de la energía contenida en un fluido en energía mecánica, y viceversa. Es decir, que parte de la energía potencial que contiene un fluido, con respecto a un determinado nivel de referencia, es convertida en energía mecánica, disponible generalmente como un momento o potencia motriz. Ésta transformación se lleva a cabo a través de la interacción entre una corriente fluida y un elemento mecánico que forma parte de la máquina misma. Como se ha mencionado, solo se convierte una parte de la energía disponible en un fluido, ya que todo proceso de transformación de la energía se lleva a cabo con un determinado rendimiento, y por lo tanto siempre tendremos pérdidas de potencia.

Existen diferentes criterios para la clasificación de las máquinas que funcionan con fluidos:

•        Teniendo en cuenta del tipo de fluido con el cual operan, cuando una máquina utiliza para su funcionamiento una corriente líquida, ésta se llama máquina hidráulica; cuando utiliza una corriente de fluido aeriforme (gas o vapor de agua), recibe el nombre de máquina térmica.

• Teniendo en cuenta el sentido de la transformación de la energía, una máquina será motriz cuando convierte la energía potencial que contiene un fluido en energía mecánica, que se traduce en un trabajo útil; mientras una máquina será operatríz cuando utiliza energía mecánica para suministrarla a un fluido, por ejemplo aumentando su energía potencial. En este último la máquina absorbe energía mecánica.
• Teniendo en cuenta el movimiento del elemento mecánico que transfiere el trabajo generado en la conversión de la energía, una máquina puede ser alternativa o rotativa.

Con respecto a la variación en el tiempo del caudal de fluido con el que funcionan las máquinas, éstas pueden ser máquinas volumétricas cuando funcionan con un volumen de fluido finito, es decir que durante el funcionamiento elaboran una determinada cantidad de fluido que será o comprimida (como en el caso de un compresor volumétrico) o expandida (como en el caso de un motor a combustión interna durante la fase de expansión de los gases combustos), por lo tanto estas máquinas serán constituidas de una cámara y serán caracterizadas por una fase de admisión y escape. Si las máquinas funcionan con un caudal continuo en el tiempo, éstas se llaman turbomáquinas.

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