Dimensionamiento, Diseo.

Dalvert Bayln Miramontes Said Czares Tarn Ivn Lpez.

Las turbina de gas, compuestas por: Compresor Cmara de Combustin Turbina

5MW Componente de una turbo mquina Cualidades requeridas f( requerimientos )=demanda de su aplicacin Interrelaciones, Turbo mquina-Trabajo que desempear

La tarea de calcular con precisin el flujo a travs de las coronas de labes del compresor. Leyes fundamentales de movimiento Movimiento del aire es tridimensional Viscosidad y la inestabilidad del flujo Perfiles aerodinmicos

Sir Charles Parsons, 1901 Baja relacin de compresin, rendimientos de 55%

En favor de los compresores centrfugos, 70%-80% Dificultad de lograr un flujo libre Capa lmite sobre los labes y las paredes anulares

Flujo incompresible. Andrew Vazsonyi. Chung-Hua Wu. Configuracin de flujo, a travs de una turbo mquina. Walter Traupel. Flujo axismtrico dentro de las turbo mquinas Howard W. Emmons, El flujo a trves de un compresor no se obtienen soluciones tericas; fallan al predecir el comportamiento. Chung-Hua Wu, Establece ecuaciones para el flujo 3D (Velocidad, entalpia total y entropa)

El diseador tiene dos grados de libertad a su disposicin Variacin deseada de propiedades de gases. 8 variables

Superficies de flujo

Comprime su fluido de trabajo Acelerndolo (rotor) Desacelerndolo (estator) Incremento de velocidad en un incremento de presin

Relacin de presin, temperatura y tipo de flujo. Flujo ideal, existe cuando no hay transferencia de calor entre el gas y sus alrededores. (Entropa constante)

PV = mRT

Altos nmeros de Mach,

M= V/a

Para fluidos incomprensibles V tiende a

FLUJO ISOENTRPICO

Relacin de propiedades isoentrpicas estticas totales, Y la relacin de Presin total y esttica.

Masa del gas.

Teora elemental del perfil

Tringulos de Velocidad

Grado de Reaccin

Cambio de entalpa esttica con la entalpia de paso

Factor de Difusin

Mide el fluido a travs de alabe Menor a 0.4 para punta del labe y menor a 0.6 en la raz de los alabes de rotor y estator

Diseo Aerodinmico del Compresor Axial

Perspectiva general del diseo El diseo preliminar comienza con un anlisis de los requerimientos especficos del sistema Cuatro requerimientos que debe cumplir un diseador para que sus proyectos sean exitosos y a los cuales denomina: factores de expectacin, factores orales, factores no orales y factores de excitacin

Anlisis del Ciclo. El anlisis del ciclo estima algunos aspectos que brindan una idea general del desempeo de la turbo mquina, como los son la geometra, condiciones de operacin y opciones de diseo.

Anlisis de la Configuracin de la Turbo mquina.

Seleccin de las Condiciones de Diseo. El diseo comenzar empleando algn software que nos permita simular el desempeo de la turbo mquina.

Anlisis Paramtrico. El tamao de la turbo mquina es completamente arbitrario, ya que variar en relacin a la demanda de potencia. El diseo paramtrico es de suma importancia para definir el ciclo especfico de la turbo mquina

Diseo Preliminar del Compresor Axial. El paso final en la metodologa de diseo preliminar de un compresor axial, es la disear sus componentes. Los resultados obtenidos durante el anlisis paramtrico servirn ahora como el punto de partida dentro del diseo del compresor axial.

Metodologa de Diseo Los datos de entrada son un aspecto fundamental en el diseo, pues de ellos depender la exactitud del modelo final obtenido, sin olvidar tambin que el diseo es una actividad recursiva sujeta al ensayo y al error

Seleccin de labes.

Perfiles

Para resolver el diseo de los perfiles, se ha elaborado en el LABINTHAP, un programa para dicho fin

Nuevo ngulo de combadura

Solo resta elaborar pruebas experimentales con cascadas de los perfiles obtenidos en el tnel de viento, labor que se ha llevado a cabo en el LABINTHAP

Desarrollo del Programa y Aplicacin

programa de cmputo empleando el lenguaje FORTRAN 90 Diseo de la geometra del compresor axial Presiones estticas, temperatura, velocidades del flujo, nmero de Mach, secciones transversales, densidad.

Resultados

INDUCCION DE UN COMPRESOR AXIAL

El aumento de la velocidad del flujo msico y presin dentro de la turbina es proporcional El flujo y presin tiende a ser constante El uso del compresor de geometra variable nos ayuda a reducir los flujos turbulentos dentro de nuestra turbina En principio del funcionamiento de la turbina se tienen bajas velocidades que afectan directamente al desempeo

Compresor chokeA altas velocidades superiores, a mach 1 la turbina tiene a ahogarse debido a que entra menos flujo en la turbina de lo que se debe procesar

Bloqueo individual de palas Este tipo de prdida se produce cuando todas las hojas alrededor del anillo compresor puesto de forma simultnea sin que se produzca un mecanismo de propagacin puesto.

Rotacin de bloqueo

se compone de zonas de parada grande que cubre varios pasajes de la hoja y se propaga en la direccin de la rotacin y en una fraccin de la velocidad del rotor

Puesto flutter Este fenmeno es causado por la auto-excitacin de la hoja Es una flexin de torsin, vibracin que se produce cuando la velocidad de corriente libre ms una seccin del ala o superficie de sustentacin alcanza una velocidad crtica determinada

Flutter a 5800 rpm

Flutter a 6800 rpm

InvestigacinAspect Ratio = 9 Cubiertas medias y cubiertas de punta Disminuye eficiencia Angulo 12 grados FALLA! AR= 4

Pruebas de Cascada NACA Lewis NACA 65 - MACH

Materiales Forjado Extrusion o Mecanizado Acero inoxidable 403 o 403Cb Relacion de Presion 30:1 y 40:1 Entrada 482 C 538 C621 C