Diseño y construcción de un equipo experimental para pruebas de Investigación de alabes axiales

Abstract

En la actualidad las turbinas juegan un papel muy importante en la energética, transporte, fuerza motriz, etc. La posibilidad que brindan estas máquinas de aumentar cada vez su potencia unitaria hace que sean loe principales transformadores de energía. Las turbinas tanto hidráulicas como térmicas, tienen por finalidad transformar la energía potencial de los fluidos que a través de ellas pasan, en energía mecánica. Si bien es cierto que este proceso tiene una secuencia bastante sencilla, los métodos de cálculo todavía no han alcanzado su máxima madures. Proceso inverso al de las turbinas se llevan a cabo en los compresores en las cuales, la energía potencial es obtenida de la energía mecánica, con el objeto de que el fluido alcance las presiones que en cada caso se necesiten. La construcción de las turbinas como de los compresores ha hecho posible gracias a que se ha alcanzado alto nivel de desarrollo tecnológico. También es necesario en este caso señalar que aun cuando las potencias unitarias son altas, las eficiencias son todavía bajas. Esto resulta ser todavía un problema de actualidad ya que el aumento de la temperatura máxima de admisión en las turbinas está limitado por los materiales que se usan. Actualmente en las turbinas a vapor se han alcanzado ya temperaturas igual.es a 500 °C; el aumento de está temperatura hasta 535 °C aumenta el costo de la turbina en un 10 % y si se eleva a 565 °C el costo aumenta aún más en 7 y 9 %, hay plantas que operan con temperaturas de 600 y 650 °C. Alcanzar mayores temperaturas solo será posible cuando se hallan descubierto mayores materiales. En cuanto a las turbinas a gas las temperaturas máximas son más elevadas y llegan a los 1200 °C. Esto es posible gracias al uso de sistemas de refrigeración muy sofisticados que permiten garantizar el trabajo estable de estas máquinas durante periodos de tiempo suficientemente largos como para que sean rentables. El problema en el desarrollo de las plantas con turbinas a gas, se encuentra en que las potencias que requieren los compresores son muy elevadas, por ejemplo: si se desea construir una planta con turbina a gas de 100 MV. la turbina debe desarrollar una potencia aproximadamente de 200 MW; está situación ha traído como consecuencia que las plantas con turbinas a vapor tengan una relativa ventaja. El diseño de una turbina así como a un compresor más eficientes se logran actualmente, gracias a los resultados de las investigaciones teórico experimentales que se llevan a cabo en Institutos, Universidades, Fábricas etc. que están detalladas al estudio minucioso de fenómenos específicos ; por ejemplo z la erosión en los alabes , el diseño de mejores perfiles, la disminución y cambio de niveles de vibración, el mejor manejo de las ondas de expansión como de compresión, la disminución de las pérdidas de energía y otros. En la presente tesis se tiene por objeto construir un equipo experimental, que permita medir las fuerzan de sustentación y arrastre que se originan en los alabes como resultado de la interacción de fueras entre el fluido que los alabes y ellos. También se calcularán loa valores experimentales de los coeficientes de sustentación y arrastre; con el objeto de tener resultados experimentales en nuestro laboratorio de Máquinas Térmicas de la Universidad Nacional de Ingeniería. Estos resultados se podrán recomendar a los estudiantes de ingeniería, para el cálculo de los escalones respectivos de turbinas. Durante loe experimentos se visualizó las líneas de corriente en los canales de los sistemas de alabes y se pudo observar que el bañado de los perfiles era satisfactorio puesto que no se observó desprendimientos de la capa limite. Finalmente el equipo diseñado y construido, brinda la posibilidad a los futuros ingenieros de percibir en forma objetiva y clara toda suma de fenómenos importantes que sin el equipo sería más difícil.