Turbomáquinas

Las Turbomáquinas son máquinas que se caracterizan por poseer un rotor giratorio, denominado rodete y es la principal estructura de estas, porque es por donde pasa un fluido en forma continua.

Turbomáquinas

En este tipo de máquinas se produce una transferencia de energía entre la máquina y el fluido por medio del rodete ya sea en sentido máquina –fluido, como una bomba hidráulica, o fluido –máquina.

Qué son las turbomáquinas

Las turbomáquinas son máquinas cuya pieza principal para realizar sus funciones es un rotor giratorio, por el cual pasa un líquido de manera permanente, modificando este su cantidad de movimiento por acción de la máquina.

El término turbo proviene del latín y significa máquina que gira. Estas máquinas se caracterizan por funcionar de modo continuo y no como los compresores, las bombas de vapor que funcionan de manera discreta. Estas máquinas que toman la energía de un fluido y suplantan energía mecánica en el eje, como una turbina a vapor o puede ser lo contrario toman la energía mecánica en el eje y suplantan energía a un fluido como una bomba o un ventilador.

El fluido que se usa puede ser un gas o un líquido y el dispositivo que se encarga de ejecutar el intercambio de energía mecánica y de fluido, está provisto de movimiento rotativo o de giro.

Para qué sirven las turbomáquinas

Las turbomáquinas sirven para generación de energía eléctrica, sobre todo en la mayoría de las turbinas de gas, turbina de vapor, turbina eólica y turbina hidráulica; y como dispositivo de impulso para vehículos que utilizan turborreactores, turbohélices y en los turbos fanes en aviones y también es empleada en turbinas a gas en los ferrocarriles y los barcos.

Además, se emplean para hacer trabajar un fluido, como en las bombas hidráulicas, de los sistemas que proporcionan agua, en turbocompresores de motores para vehículos o en edificaciones industriales donde emplean ventiladores de varios usos.

Clasificación de las turbomáquinas

Las turbomáquinas se clasifican según los siguientes criterios;

Según la compresibilidad del fluido

  • Turbomáquinas térmicas: son aquellas donde el líquido con el que trabaja tiene una modificación de la densidad al atravesar la máquina. Ejemplo: turbinas de vapor y turbinas de gas.
  • Turbomáquinas hidráulicas: el fluido que se usa debe ser incompresible y puede ser cualquier líquido, no necesariamente tiene que ser agua. Ejemplo: una bomba, una turbina hidráulica o un ventilador.

Según la dirección del intercambio de energía

  • Turbomáquinas motoras: en estas el fluido cede energía cinética a la máquina, es decir, se va reduciendo la energía del fluido a medida que atraviesa la máquina. Se caracterizan porque producen potencia expandiendo el fluido hasta obtener una presión muy baja. Ejemplo: turbina de vapor, turbina de gas y turbina hidráulica.
  • Turbomáquinas generadoras: la máquina entrega energía al fluido. La energía se va incrementando en su paso por la máquina. Captan la potencia para aumentar la presión del fluido. Ejemplos: bombas, sopladores, compresores y ventiladores.

Según la dirección del flujo

  • Turbomáquinas de flujo axial: son máquinas donde el recorrido del flujo que pasa por la máquina es paralelo al eje de rotación.
  • Turbomáquinas de flujo radial: son máquinas donde la corriente se encuentra perpendicular al eje de rotación. Ejemplos: ventilador centrífugo, bomba centrífuga.
  • Turbomáquinas de flujo mixto: son las que trabajan de dos formas como la radial y la axial.

Según el cambio de presión en el rotor

  • Turbomáquinas de acción: no se produce modificación en la presión cuando pasa el fluido por el rotor.
  • Turbomáquinas de reacción: si existe un cambio de presión al pasar el fluido por el rotor, sucede una transformación de energía potencial en energía cinética.

Según el tipo de admisión

  • Total: en estas todo el rotor es tocado por el fluido de trabajo.
  • Parcial: en estas no todo el fluido es tocado por el fluido de trabajo.

Ecuación fundamental de las turbomáquinas

La ecuación fundamental de las turbomáquinas o ecuación de Euler es la que señala el comportamiento de una turbomáquina tanto térmica como hidráulica y el estudio de bombas y turbinas, expresando la energía intercambiada en el rodete de dichas máquinas, bajo la aproximación de flujo unidimensional.

La ecuación de Euler se expresa de esta manera:

Ecuación de Euler

Donde:
W : es la potencia trasvasada por la máquina.
m : es el caudal másico que pasa por la máquina.
c : es la velocidad total del fluido.
u : es la velocidad recta del rodete.

Preguntas Frecuentes sobre Turbomáquinas

¿Para qué sirven las turbomáquinas térmicas?

Sirven para generar energía eléctrica como en las turbinas a gas, turbina a vapor, turbina hidráulica, turbina eólica, sirve además como mecanismo de propulsión de vehículos y aviones. Por ejemplo las turbinas a vapor convierten la energía que posee el vapor en energía mecánica, la cual es utilizada por el generador para transformarla en energía eléctrica. Leer más

¿Cuáles son las aplicaciones de las turbomáquinas?

Las aplicaciones son las siguientes:

  • En ventiladores industriales.
  • Rotor de helicóptero cerrado llamado frenestor.
  • Turbina de gas rolls Royce aeroderivada.
  • Sistema de bombeo de aguas residuales.
  • Sistemas de impulso para barcos y trenes.
  • Sistemas de propulsión de aviones.
  • En la generación de energía eléctrica en las centrales de combustión de fósil y en las centrales nucleares.
  • En la refrigeración industrial y doméstica.
  • En la industria siderúrgica en el enfriamiento de molinos y hornos.

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¿Para qué se utiliza la ecuación de Euler en las turbomáquinas?

La ecuación de Euler se emplea en esta para señalar el comportamiento de las turbomáquinas térmicas e hidráulicas, y para realizar estudios y diseños a las bombas y turbinas.

Asimismo, la ecuación de Euler se usa para expresar la energía por unidad de masa intercambiada en el rodete, por lo tanto, conforma el soporte de análisis para el diseño principal de una turbomáquina. Leer más

¿Por qué son necesarios los ensayos experimentales en las turbomáquinas?

Los ensayos experimentales en este tipo de máquinas son necesarios para efectuar la fabricación de turbomáquinas más eficientes y que estas puedan ejecutar un mejor uso de la energía. Además, logra que se diseñen máquinas más sofisticadas y más potentes y esto contribuye a que se efectúen más estudios en el futuro relacionados con esta área. Leer más


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