Concepto de Turbomáquinas (Ing. Mecánica)

La turbomáquina se refiere a las máquinas que tiene como aparato principal un rodete, por medio del cual transita un fluido de manera continua, variando éste sus medidas de movimiento por la actividad de la máquina. Se da así un traspaso de energía entre el fluido y la máquina cuando el rodete sea en sentido máquina-fluido tal cual como una bomba hidráulica, o fluido-máquina como una turbina.

Turbomáquinas (Ing. Mecánica)

Las turbomáquinas se diferencian de las demás máquinas térmicas en la manera en que actúan de forma continua y no moderado, como una bomba de vapor a pistón o los compresores de émbolo. Además de las otras máquinas, las turbomáquinas son principalmente transformadores de energía y de movimiento alternativo. Por ejemplo, se diferencia del motor eléctrico en que el cambio de energía se ejecuta usando un fluido de labor. En las turbomáquinas de labor logra ser un líquido, gas o vapor, denominadas hidráulicas.

El fluido de labor se usa para transformar la energía según esta
jerarquía:

  • Energía térmica trabaja con calor.
  • Energía potencial trabaja con presión.
  • Energía cinética trabaja con velocidad.
  • Intercambio de cantidad de movimiento.
  • Energía mecánica.

No todas las turbomáquinas se encuentran en esta jerarquía algunas solo contienen varias energías de las mencionadas. Las turbomáquinas que recorren la jerarquía en la orientación indicada se llaman motrices, en orientación opuesta se les llama operadoras.

Las turbomáquinas motrices toman las siguientes designaciones:

  • Si laboran con líquidos se les denomina turbinas hidráulicas.
  • Si laboran con gases se les denomina turbinas de vapor o de gases de combustión.
  • Las turbomáquinas operadoras se les mencionan:
  • Si laboran con líquidos se les denomina bombas hidráulicas.
  • Si laboran con gases se les denomina compresores, ventiladores o sopladores.

Además las turbomáquinas se diferencian según el trayecto que normalmente sigue el fluido:

  • Si el movimiento es principalmente semejante al eje de rotación se le llama turbomáquinas axiales.
  • Si es básicamente normal al eje de rotación son turbomáquinas radiales.
  • Si es de forma intermedia son turbomáquinas mixtas.

También se puede referir a las turbomáquinas a la que desempeñan la
Ecuación de Euler se dan en el caso que solo tienen una dimensión. Esta clase de máquina es utilizada actualmente para generar energía eléctrica donde trabaja con las tecnologías empleadas, como mecanismo de impulso para vehículo, tales como turbina de vapor, gas hidráulica o eólica. Igualmente en aviones tales como turborreactores y turbofanes, para los ferrocarriles o barcos las turbinas de gas.

En el contexto de las turbomáquinas el triángulo de velocidades describe el triángulo creado por tres vectores que son los siguientes:

  • Velocidad absoluta del fluido “c”.
  • Velocidad relativa del fluido en relación al rotor “w”.
  • Velocidad lineal del rotor “u”.

Estos tres vectores crean un triángulo por la sumas w+u en un mismo punto es semejante c en ese punto por reglas del movimiento referente de la mecánica tradicional.

Las turbomáquinas se clasifican dependiendo de algunos criterios como la composición, sentido o funcionamiento del flujo de energía.

Por el flujo de energía:

  • Motoras: la energía es otorgada por el fluido a la máquina, y esta da trabajo mecánico. Mayormente las turbomáquinas motoras son denominadas turbinas, pero en este tipo también se encuentran los molinos de viento. Simultáneamente la energía mecánica puede ser cambiada en otro tipo de energía, tal como es la energía eléctrica para las turbinas eléctricas.
  • Generadoras: la energía es otorgada por la máquina al fluido, y la actividad se adquiere de este. En este tipo de máquinas se encuentran los sopladores, bombas y ventiladores.