Abstract:
En el presente trabajo se llevó a cabo el diseño teórico de la primera etapa de una
turbina axial en la cual se implementó una configuración contra-rotativa y sin
corona de álabes estatores.
Para llevar a cabo este diseño se tomaron los fundamentos aerotermodinámicos
de turbinas axiales convencionales y se aplicaron a turbinas contra-rotativas, con
los cuales se definió una metodología de diseño teórico para esta configuración y
que permitió realizar: la selección del tipo de etapa, la definición de los modelos
tridimensionales para generar la geometría y establecer los criterios de selección
de los valores de los parámetros de diseño para el cálculo de la turbina.
Con estos valores se llevaron a cabo los cálculos de los triángulos de velocidades
para obtener los ángulos del diseño geométrico de la etapa de turbina contrarotativa,
posteriormente se calcularon el número de etapas requeridas para
realizar el proceso de expansión, los coeficientes de carga para cada rotor y con
estos la eficiencia total de la turbina, obteniéndose como resultado un valor de
𝜂𝑡 = 0.8687.
Para validar los resultados obtenidos en el diseño teórico se llevó a cabo un
diseño preliminar de la turbina contra-rotativa mediante la herramienta
computacional de diseño de turbomáquinas AxStream, utilizando los parámetros
anteriormente seleccionados y como condiciones de frontera las presiones totales
de entrada y salida, temperatura total de entrada, flujo másico y velocidades
radiales de los rotores.
Finalmente, se pudo comprobar que los valores obtenidos de manera analítica
tuvieron desviaciones menores al 8% respecto a los simulados, debido a la
influencia de factores como el modelo de pérdidas seleccionado, el modelo
tridimensional utilizado para generar los álabes y que no se llevó a cabo un
proceso de optimización de la turbina generada computacionalmente para utilizar
el mismo ángulo de flujo utilizado a la salida del primer rotor. Sin embargo, debido
al porcentaje de desviación relativamente bajo se pueden considerar válidos los
cálculos del diseño de la turbina contra-rotativa.
Description:
Tesis (Maestría en Ingeniería Mecánica), Instituto Politécnico Nacional, SEPI, ESIME Zacatenco, 2015, 1 archivo PDF, (151 pàginas). tesis.ipn.mx
