Última actualización: 20/05/2022


Curso Académico: 2022/2023

Diseño de Turbomáquinas
(15362)
Titulación: Grado en Ingeniería Aeroespacial (251)


Coordinador/a: DISCETTI , STEFANO

Departamento asignado a la asignatura: Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Aeroespacial

Tipo: Optativa
Créditos: 6.0 ECTS

Curso:
Cuatrimestre:




Requisitos (Asignaturas o materias cuyo conocimiento se presupone)
Mecánica de Fluidos I Mecánica de Fluidos II Ingeniería Térmica
Objetivos
El objetivo de este curso es que los/las estudiantes adquieran un conocimiento teórico y aplicado de las técnicas y procedimientos de diseño de turbomáquinas axiales y radiales, y de su aplicación a la resolución de problemas de diseño en el ámbito de la propulsión aeroespacial.
Competencias y resultados del aprendizaje
Descripción de contenidos: Programa
Introducción. Análisis dimensional - Definición de turbo-máquina. Tipologías y aplicaciones - Variables principales, dimensiones y propiedades de los fluidos. Unidades. - Análisis dimensional y actuaciones. Análisis de flujo compresible. Velocidad especifica: selección de la maquina adecuada. Ensayos de modelos. Mecánica de fluidos y ecuaciones de termodinámica - Ecuaciones en forma integral - Ecuación de Euler de las turbo-máquinas - Definición de rotalpía - Definición de eficiencia politrópica y adiabática. Diagramas entalpía/entropía. - Ecuaciones en forma diferencial Cascadas de alabes - Introducción. Definición de superficie de corriente - Nomenclatura en cascadas para compresores y turbinas - Cinemática de las cascadas. Triángulos de velocidad. Dinámica de las cascadas: fuerzas. Variaciones de entalpía y de entropía. Pérdidas. - Actuaciones de cascadas de compresores. Características del compresor: incremento de entalpía y de presión, desviación y pérdida. Carga de alabe: distribución de velocidades sobre la superficie, coeficiente de difusión. Correlaciones para cascadas de compresor: solidez óptima, curva polar. Eficiencia de difusión. - Actuaciones de cascadas de turbina. Características de la turbina: giro de la corriente, coeficiente de Zweifel. Distribución de las velocidades sobre la superficie. Parámetro de difusión. Correlaciones para cascadas de turbinas: pérdidas, ratio óptimo entre pitch y cuerda. - Ensayos en túnel de viento de cascadas. Descripción de túneles y medidas. No estacionaridad. Turbinas axiales: Teoría de etapas 2D - Análisis dimensional de etapa de turbina. Triángulos de velocidad, carga y parámetros de flujo, reacción. Hipótesis de repeating stage. - Termodinámica de una etapa de turbina. Eficiencia total-total. Relaciones de eficiencia de etapa. - Grado de reacción. Efectos sobre la eficiencia. Reacción óptima. - Diagrama de Smith. Empírico contra reversible. - Características de una turbina multi-etapa - Directrices de diseño. Análsis de tensiones. Refrigeración. Compresores axiales. Teoría de etapas 2D - Análisis dimensional de etapa de compresor. Triángulos de velocidad, carga y parámetros de flujo, reacción. Hipótesis de "repeating stage". - Termodinámica de una etapa de turbina. Eficiencia total-total. Relaciones de eficiencia de etapa. - Diagrama de coeficiente de carga. Elección de grado de reacción. Sustentación y resistencia en términos de parámetros de flujo y de carga. Factor de difusión y selección de la solidez. - - Estimación de la eficiencia de compresor. Actuaciones simplificadas fuera de diseño. - Teoría del elemento de alabe. - Fenómenos de "stall" y "surge". Flujos 3D en turbo-máquinas axiales - Teoría de equilibrio radial. Problema indirecto: flujo free-vortex, flujo forced-vortex, distribución generalizada de ángulo. Problema directo - Flujo compresible en líneas de alabes - Flujo con masa específica constante - Actuaciones fuera de diseño de una etapa (turbina free-vortex) - Disco actuador. Interacción entre alabes. Métodos para resolución numérica del problema through-flow. - Pérdidas 3D: tipologías y modalidades - Características de diseño 3D: lean, sweep, bow. Compresores centrífugos, ventiladores, bombas - Introducción y definiciones. Componentes de compresores centrífugos - Análisis teoría de compresores centrífugos. Parámetros adimensionales. Ecuaciones de entrada, impeller y difusor. - Selección y diseño de alabes para turbo-máquinas radiales. - Factor de slip. Correlaciones - Actuaciones de compresores centrífugos. - Sistemas de difusión. Difusores con y sin vanos. - Bloqueo en etapas de compresores centrífugos. Turbinas radiales - Introducción. Tipologías de turbina radial "inward flow". - Termodinámica de la turbina IFR 90 grados - Diseño básico de rotor. Definición de eficiencia de rotor. Relaciones de número de Mach. Coeficientes de pérdida. - Consideraciones para la eficiencia óptima. Mínimo número de alabes - Criterios de diseño. Límites de ratio de presiones.
Actividades formativas, metodología a utilizar y régimen de tutorías
Clases de teoría. Clases de problemas trabajando de forma individual y en grupo Sesiones de laboratorio.
Sistema de evaluación
  • Peso porcentual del Examen Final 25
  • Peso porcentual del resto de la evaluación 75
Calendario de Evaluación Continua
Bibliografía básica
  • R. I. Lewis. Turbomachinery Performance Analysis. John Wiley & Sons Inc. 1996
  • S Larry Dixon, Cesare Hall. Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery, Seventh Edition. BH (Butterworth-Heinemann). 2013
Bibliografía complementaria
  • Budugur Lakshminarayana. Fluid Dynamics and Heat Transfer of Turbomachinery. John Wiley & Sons Inc. 1995
  • Korpela,S.A.. Principles of Turbomachinery. Wiley&Sons. 2011
  • Saeed Farokhi. Aircraft Propulsion. John Wiley & Sons Inc. 2008

El programa de la asignatura podría sufrir alguna variación por causa de fuerza mayor debidamente justificada o por eventos académicos comunicados con antelación.