Conversion de energia Turbomaquinaria /
- 1
- Limusa
- 324 páginas Ilustraciones, Tablas y Gráficas 22.9 cm x 15.3 cm
Incluye Referencias Bibliográficas
Prólogo
1. PRINCIPIOS DE TURBOMAQUINARIA
La turbomáquina 9. Máquinas de desplazamiento positivo y turbo-máquinas 11. Estados estáticos y de estancamiento 15. Aplicación de la primera y segunda ley a las turbomáquinas 19. Eficiencia de las turbomáquinas 22. Características de rendimiento y análisis di-mensional 29. Problemas 44.
5
9
2. INTERCAMBIO DE ENERGIA EN LAS TURBOMAQUINAS
La ecuación de Euler para turbinas 49. Cambios en la energía de los fluidos 54. Impulso y reacción 58. Turbinas, factor de utiliza-ción 62. Compresores y bombas 74. Problemas 82.
49
3. FLUJO A TRAVES DE TOBERAS Y PASAJES ENTRE ALABES
Introducción 87. Flujo permanente a través de toberas 88. Cam-bios de área en el flujo isentrópico uni-dimensional 95. Efecto de la fricción en el flujo por los pasajes 98. Características de las to-beras convergente-divergentes 101. Flujo del valor húmedo a tra-vés de las toberas 103. Difusores 111.
4. TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS
Etapas de impulso 117. Composición de la velocidad y la presión 118. Efectos de las pérdidas en álabes y toberas 122. Etapas de reacción 130. Factor de recalentamiento en turbinas 141. El problema del equilibrio radial 147. Características de funcionamiento de las turbinas de vapor 151.
5. VENTILADORES, SOPLADORES Y COMPRESORES ROTATORIOS
Introducción 163. Soplador centrífugo 164. Tipos de conforma-ción de las paletas 165. Tamaño y velocidad de la máquina 169. La eficiencia y la forma de las paletas 169. Los esfuerzos y la for-ma de las paletas 170. Las características y la forma de las paletas 171. Características actuales de rendimiento 173. El coeficiente de resbalamiento 176. Leyes y características de los ventiladores 179. El compresor centrifugo 183. Funcionamiento de los com-presores centrífugos 186. La compresibilidad y el prerremolino 187. El compresor de flujo axial 193. Rendimiento del compre-sor en cascada 196. Rendimiento del compresor de flujo axial 198. El precalentamiento en los compresores 205. Problemas 206.
163
6. TURBINAS HIDRAULICAS
Uso de la energía hidráulica 209. El hidrograma y la energía hidráu-lica 212. Clasificación de las turbinas hidráulicas 214. La rueda Pelton 215. Triángulos de velocidad 217. Eficiencia de la turbina y eficiencia volumétrica 218. Proporciones de operación de las rue-das Pelton 218. Turbinas Francis y Deriaz 225. Triángulos de ve-locidad y eficiencia 226. Diseño de la turbina Francis 228. El tubo de aspiración 232. Turbina de hélice y turbinas Kaplan 237. Apli-cación de la teoría del ala a las hélices 240. Problemas 243.
209
247
265
281
321
7. BOMBAS CENTRIFUGAS Y AXIALES La bomba centrifuga 247. Algunas definiciones 248. Rendimien-to y eficiencia de las bombas 250. Bombas centrífugas de etapas múltiples 252. Bombas axiales 258. Problemas 260.
8. CARACTERISTICAS DE LAS TURBOMAQUINAS HIDRAULICAS
Introducción 265. Las características principales 265. Caracterís-ticas de operación 269. Curvas de eficiencia constante 272. La ca-vitación en maquinaria hidráulica 273. Problemas 279. 9. TURBOMAQUINAS TRANSMISORAS DE POTENCIA Introducción 281. Teoría 283. Acoplamiento fluido o hidráulico 285. Convertidor de torque 290. Problemas 297. Apéndice 301.
Después de impartir una serie de cursos sobre conversión de energía en el Instituto Hindú de Tecnología (IHT), en Kanpur, durante más de seis años llegamos a observar que el diseño de turbomaquinaria lo aprenden mejor los estudiantes si se les da un curso general que trate de los principios básicos de los distintos tipos de turbomaquinaria. La costumbre general, en la mayoría de las escuelas en la India es enseñar principios y diseño de turbinas de vapor y de gas, turbinas hidráulicas y bombas, compresores, etc., por separado en una serie de cursos más o menos inconexos, de manera que el estudiante no se da cuenta de los factores en común que los sustentan y de las semejanzas en sus diseños. La idea de que las leyes primera y segunda de la termodinámica son básicas en el diseño, que la eficiencia adiabática, el trazado de triángulos de velocidad y otras características son comunes a todos estos dispositivos, apenas se menciona en dichos tratamientos. Este volumen se preparó para trabajar con factores comunes a diversas turbomaquinarias y para indicar que una vez que se aprenden los prin-cipios, pueden aplicarse esencialmente en todos los casos (con ligeras diferencias de detalle que dependen del dispositivo en cuestión).
Este volumen comienza con la definición de la turbomáquina, y una compa-ración entre sistemas de desplazamiento positivo y las turbomáquinas. Después de estudiar la aplicación de las leyes primera y segunda de la termodinámica a estos sistemas, incluye una sección sobre análisis dimensional y sus aplicaciones a la turbomaquinaria. Se presenta a continuación la ecuación general de la turbina de Euler y sus aplicaciones, junto con el uso de triángulos de velocidad y la de-terminación del torque, la potencia de salida, etc. Se han descrito diversas turbomáquinas de flujo compresible, como las turbinas de vapor y de gas y dis-tintos tipos de compresores, antes de pasar a tratar de la turbomaquinaria hidráulica. Los principios de diseño de la rueda Pelton, la turbina Francis y la turbina Kaplan se han tratado primero y después se han descrito bombas centrí-fugas y axiales. El último capítulo trata de transmisiones hidráulicas, con la intención de destacar el hecho de que las turbomáquinas transmiten potencia de un modo parecido a como lo hacen los trenes de engranajes, además de sus bien conocidos papeles en el desarrollo de la energía y en su absorción. Se ha estado enseñando con regularidad el material de esta división durante un semestre, a estudiantes del cuarto año de ingeniería mecánica, en el IHT, Kanpur.
En este caso, como en los dos volúmenes anteriores, se debe mencionar que muy poco del material de este texto es original. Se ha tomado de numerosos textos sobre la misma materia, escritos por diferentes autores, como puede fá-cilmente comprobarse en la lista de referencias al final de cada capítulo. Sin embargo, la distribución de la materia que se trata y el método de presentación son totalmente nuestros. Esperamos, en verdad, que el libro contribuya de manera provechosa a los libros escritos acerca de turbomaquinaria, y que será un texto de utilidad para estudiantes de ingeniería mecánica.
Resulta un agradable deber dar gracias a todos aquellos que han ayudado de diversas maneras, dirigiendo sus esfuerzos hacia la exitosa terminación del volumen. El profesor B. Zimmerman, que se encontraba de visita en el IHT en Kanpur, de 1962 a 1964 dictó conferencias sobre turbomaquinaria y de ellas se obtuvieron muchas de las ideas sobre lógica y presentación, cuando uno de nosotros (VK) asistió a sus conferencias. Estamos en deuda de gratitud con todos los estudiantes del cuarto año de ingeniería mecánica, que pacientemente nos acompañaron mientras el libro pasaba por diversas etapas preliminares. Nos señalaron distintos errores tipográficos y nos ayudaron considerablemente a llevar el libro a su forma presente. Deseamos dar gracias a R.N. Srivastava y M.R. Nathwani por la excelente transcripción mecanográfica del manuscrito, así como a Chakrapani y B.N. Srivastava por sus trabajos de dibujo y trazado de todas las figuras.
La ayuda financiera necesaria para preparar el manuscrito la aportó el Profesor C.N.R. Rao, director del Programa de Desarrollo Educacional. Tenemos una profunda deuda con el EDC por esta ayuda. Y finalmente, aunque no por su importancia, nos gustaría dar las gracias a Mithili Kadambi, quien ha sido servicial de muchas maneras tangibles e intangibles, mientras se escribía el material.