TRABAJO DE TURBOMAQUINA

2. Introducción
El movimiento de fluidos para su utilización, requiere que a éstos se le entregue energía, se
presenta con frecuencia la situación opuesta: un fluido dispone de energía y se la desea
aprovechar en una forma u otra. En ambos casos se realiza un intercambio de energía entre
un fluido y una máquina apropiada.
La palabra turbo maquina es derivada de la palabra latina Turbo, lo que significa que gira o
rota, esta definición incluye varios tipos de máquinas, cuya característica principal es que
tienen una flecha que gira y sobre la cual están montados un número de alabes que se
mueven, porque el fluido de trabajo entra en contacto con ellos, Se diferencian de las
máquinas de desplazamiento positivo en que existe continuidad entre el fluido que entra y
sale; por tanto, el intercambio energético se produce de forma continua.

3. Desarrollo:
Turbomaquina:
Una Turbomaquina, es aquella máquina cuyo componente principal es un rotor a
través del cual pasa un fluido de forma continua cambiando su cantidad de movimiento,
siendo esto aprovechado como una entrega de energía del fluido a la máquina
(turbomáquinas motoras) o de la máquina al fluido (turbomáquinas generadoras)
Las variables básicas que intervienen en el estudio de turbomáquinas:
• Variables geométricas: (diámetros, ángulos, espesores, por nombrar algunas).
• Variables mecánicas (par, velocidad de giro, potencia en el eje, esfuerzos, por nombrar
algunas).
• Variables fluidodinámicas: (presión, velocidad , caudal, temperatura, densidad,
viscosidad, por nombrar algunas)
Aspectos importantes de las Turbomáquinas
• Están compuestas principalmente de un rodete, también llamado rotor o alabes
móviles.
• Por el rotor pasa un fluido continuo, no tiene que ser constante sólo continuo (no
se acumula ni se pierde fluido, éste sólo entra y sale del rotor de manera continua).
• Existe un cambio de la cantidad de movimiento del fluido, generando fuerzas que
se aplican al rotor.
Clasificación de las Turbomáquinas
• Según su aprovechamiento de energía.
• Según el tipo de fluido de trabajo.
• Según la forma del rodete o la proyección que tiene el fluido cuando pasa a través
de la turbomáquinas.
• Según el cambio de presión del fluido al pasar a través del rodete

4. CLASIFICACIÓN
• Fluido que manejan
1. Turbomáquinas de fluido compresible
2. Turbomáquinas de fluido incompresible
• Aprovechamiento de energía
1. Generadoras de energía al fluido
2. Receptoras de energía del fluido
• Cambio de presión en el rodete.
1. Turbinas de reacción
La energía disponible en forma de presión es convertida en energía mecánica
2. Turbinas de acción
No hay variación de presión en el rotor.
Solamente la energía cinética se transforma en energía mecánica.
• Forma del rodete
Axiales
Radiales
Mixtas

5. En líneas generales:
Productoras de energía mecánica
- turbinas hidráulicas
- turbinas de vapor
- turbinas de gas
Consumidoras de energía mecánica
- bombas hidráulicas
- ventiladores
- turbocompresores

6. Otra manera de Clasificar a las turbo maquinas:

7. Triángulos de Velocidades en Turbomáquinas
En una turbomáquina, un fluido en movimiento atraviesa un rodete que también se
mueve. Eso implica que, en cualquier punto de contacto entre el fluido y el rodete, se puede
hablar de tres vectores de velocidad:
la velocidad absoluta del fluido (de módulo c), la velocidad relativa del fluido con respecto
al rodete (de módulo w) y la velocidad del rodete (de módulo u) lineal (en dirección
tangencial). Dado que el rodete gira con velocidad angular ω, el módulo de la velocidad del
rodete está relacionado con ésta y la posición radial del punto considerado:
u = ω⋅r [longitud/tiempo]
Donde las unidades de la velocidad angular deberían expresarse en radianes
(adimensional) por unidad de tiempo. Los tres vectores, c, w y u, no son independientes
entre sí, sino que están relacionados en los llamados triángulos de velocidades, de modo
que se cumple siempre que: C= W+ U estableciéndose una relación entre los vectores.
Aplicado al rodete de una turbomáquinas, sólo hay dos puntos importantes a considerar: el
punto de entrada del fluido al rodete (1) y el punto de salida del fluido del rodete (2). Para
el punto de entrada, de este modo, la ecuación, queda: C1= W1+ U1 , análogamente para la
salida,
C2= W2+ U2.
Aunque las ecuaciones que se obtienen en son válidas tanto para turbomáquinas
generadoras como para turbomáquinas motoras, conviene fijar una de ellas en el desarrollo,
para establecer un criterio de signos claro y una visualización más sencilla.
INTERCAMBIO DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO:
Teorema de Euler:
El balance de energía permite computar las transformaciones de energía calórica en
potencial y cinética. Para completar la cascada de energía es necesario poder evaluar la
transformación de energía cinética en energía mecánica en el eje de la máquina. Esta
transformación tiene lugar en las turbomáquinas en el paletado, conjunto de paletas o álabes
de forma aerodinámica, montado en la periferia de un disco giratorio, sobre el cual actúa el
fluido dotado de energía cinética. La acción del fluido sobre las paletas causa la aparición

8. de fuerzas sobre ellas. Esta fuerzas, actuando en la periferia del disco, causan un torque
sobre el eje, torque que, multiplicado por la velocidad de rotación del eje, resulta en la
potencia mecánica entregada o recibida por el eje de la turbomáquina. La acción del fluído
sobre el paletado es un intercambio de cantidad de movimiento que puede computarse por
medio del Teorema de Euler, consistente en la aplicación a las paletas del disco giratorio la
segunda ley de Newton para sistemas rotativos:
Impulsión angular igual a cambio en el momento de la cantidad de movimiento.
Para deducir la fórmula de Euler reemplazamos el disco con su paletado por un volumen
cilíndrico de control alrededor del eje, el cual es atravesado por el fluido como se ilustra:
Volumen de control para el Teorema de Euler (Shepherd)
Consideramos flujo adiabático reversible (no viscoso ni turbulento), velocidad del
rotor W constante, y caudal másico por unidad de área constante en la cara de entrada 1.
El fluido posee componentes de velocidad axial, radial y tangencial, tanto a la entrada
como a la salida; de éstas, sólo las componentes tangenciales tienen influencia en el torque.
La segunda ley de Newton aplicada a una pequeña cantidad de masa (dm) diferencial de
masa se escribe como: T dt= dm* Vu1 *r1 – dm* Vu2* r2 , siendo t el torque. Si indicamos
con G el caudal másico dm/dt, y con N la potencia, igual al torque por la velocidad angular,
obtenemos: N = G(Vu1 *r1 - Vu2* r2 )W. La velocidad periférica del disco será U = r.w,
(no confundir con la energía interna) por lo que la fórmula de Euler resulta: La potencia por
unidad de caudal másico, o, lo que es lo mismo, la energía por unidad de masa, resultan:
N = G(Vu1 *U1 - Vu2* U2 ) La potencia por unidad de caudal másico, o, lo que es lo
mismo, la energía por unidad de masa, resultan: e =Vu1* U1- Vu2* U2
Si el resultado es positivo se trata de un torque aplicado al eje y una potencia
entregada al eje, por lo que se trata de una turbomáquina motriz (turbina). Si el resultado

9. es negativo el torque se opone al movimiento del eje, se trata de una máquina a la cual se
debe entregar energía mecánica, es decir, una máquina operativa (compresor, bomba). En
este último caso, por conveniencia, se invierten los signos de la ecuación de Euler para
trabajar con cantidades positivas.
Notar que las unidades de e, son las mismas que las de la entalpía, vale decir,
energía por unidad de masa, o bien m2
/s 2
. La fórmula de Euler nos permite computar la
conversión de energía cinética en energía mecánica en el eje o viceversa, completando las
herramientas necesarias para evaluar la cascada de energía en las turbomáquinas.
BOMBA HIDRAULICA:
Una bomba hidráulica es una máquina generadora que transforma la energía
(generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía del fluido
incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de
líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al
incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas
ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para
incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el
fluido de una zona de menor presión a otra de mayor presión, otra definición de bomba
hidráulica aparato que aprovecha la energía cinética del caudal del agua para mover parte
del líquido a un nivel superior.
Según el principio de funcionamiento:
La principal clasificación de las bombas según el funcionamiento en que se base:
Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas, en las que el principio de
funcionamiento está basado en la hidrostática, de modo que el aumento de presión se
realiza por el empuje de las paredes de las cámaras que varían su volumen. En este tipo de

10. bombas, en cada ciclo el órgano propulsor genera de manera positiva un volumen dado o
cilindrada, por lo que también se denominan bombas volumétricas. En caso de poder
variar el volumen máximo de la cilindrada se habla de bombas de volumen variable. Si ese
volumen no se puede variar, entonces se dice que la bomba es de volumen fijo. A su vez
este tipo de bombas pueden subdividirse en:
Bombas de émbolo alternativo, en las que existe uno o varios compartimentos
fijos, pero de volumen variable, por la acción de un émbolo o de una membrana. En estas
máquinas, el movimiento del fluido es discontinuo y los procesos de carga y descarga se
realizan por válvulas que abren y cierran alternativamente. Algunos ejemplos de este tipo
de bombas son la bomba alternativa de pistón, la bomba rotativa de pistones o la bomba
pistones de accionamiento axial.
Bombas volumétricas rotativas o rotoestáticas, en las que una masa fluida es
confinada en uno o varios compartimentos que se desplazan desde la zona de entrada (de
baja presión) hasta la zona de salida (de alta presión) de la máquina. Algunos ejemplos de
este tipo de máquinas son la bomba de paletas, la bomba de lóbulos, la bomba de
engranajes, la bomba de tornillo o la bomba peristáltica.
Bombas rotodinámicas, en las que el principio de funcionamiento está basado en el
intercambio de cantidad de movimiento entre la máquina y el fluido, aplicando la
hidrodinámica. En este tipo de bombas hay uno o varios rodetes con álabes que giran
generando un campo de presiones en el fluido. En este tipo de máquinas el flujo del fluido
es continuo. Estas turbomáquinas hidráulicas generadoras pueden subdividirse en:
Radiales o centrífugas, cuando el movimiento del fluido sigue una trayectoria
perpendicular al eje del rodete impulsor.
Axiales, cuando el fluido pasa por los canales de los álabes siguiendo una trayectoria
contenida en un cilindro.
Diagonales o helicocentrífugas cuando la trayectoria del fluido se realiza en otra
dirección entre las anteriores, es decir, en un cono coaxial con el eje del rodete.

11. Según el tipo de accionamiento
Electrobombas. Genéricamente, son aquellas accionadas por un motor eléctrico, para
distinguirlas de las motobombas, habitualmente accionadas por motores de combustión
interna.
Bombas neumáticas que son bombas de desplazamiento positivo en las que la energía
de entrada es neumática, normalmente a partir de aire comprimido.
Bombas de accionamiento hidráulico, como la bomba de ariete o la noria.
Bombas manuales. Un tipo de bomba manual como la bomba de balancín.
COMPRESOR:
Son turbomáquinas térmicas generadoras, la maquina comunica energía al fluido
que sirve para comprimir el gas, los compresores pueden ser radiales y axiales. En los
ciclos de turbina de gas se encuentra presente el compresor, el cual absorbe parte de la
potencia producida por la turbina.
La función del Compresor:
El compresor es el primer elemento que forma parte de la turbina de gas
propiamente dicha, su función es aumentar la presión del aire de admisión que proporciona
el oxigeno comburente para la cámara de combustión en relaciones de compresión que
oscilan entre 1:15 y 1:30.
En el compresor se realiza la primera transición indicada por el ciclo Brayton, “la
compresión idealmente isoentrópica”, como puede apreciarse en la figura abajo indicada; la

12. presión y la temperatura aumentan, disminuye el volumen y la entropía se mantiene
constante en condiciones ideales. Básicamente existen dos tipos de compresores:
 Los Centrífugos:
La corriente de salida es perpendicular a la entrada, tienen saltos de presión mayores.
 Los Axiales:
Ambas corrientes son paralelas al eje de rotación, tienen como ventaja respecto del
anterior dispuesto la facilidad de integración en el conjunto de la turbina hace que estos
sean preferibles, el problema principal de su baja relación de compresión, se soluciona
fácilmente colocando múltiples etapas, cada etapa impulsa el aire hacia la etapa siguiente,
aumentando su presión en una relación de compresión por etapa que oscila entre 1:1.15 y 1:
1.35, hasta conseguir la relación de presión indicada. Nota: El diseño de los
turbocompresores axiales entraña una gran dificultad ya que el diseño de los álabes
responde a estrictos criterios aerodinámicos.
Ventilador:
Un ventilador esencialmente es una bomba de gas en vez de liquido, por tanto un
ventilador es una turbomáquinas de fluido generadora para gases, en un ventilador el gas
no varía sensiblemente de densidad y por tanto de volumen especifico, por lo que se puede
considerar incompresible, esto se debe a que el incremento de presiones es pequeño, los
ventiladores se clasifican en centrífugos y axiales.

13. Los ventiladores axiales proporcionan en general, mayor caudal y menor salto de
presión que los centrífugos, siendo por tanto recomendables por ejemplo, para la
ventilación forzada a través de conductos cortos y de gran diámetro, los ventiladores
centrífugos en cambio, son más apropiados para la ventilación forzada a través de
conducciones largas y ramificadas, de conductos de gran tamaño.

14. Aplicaciones de las turbo maquinas
Propulsión con turbina de gas
Generación de energía con turbinas de viento

15. Rotor de turbina a vapor
Regenerativa bomba planta Quimica

16. Rotor de Turbina
Sistema de Alimentación con Bomba Hidráulica

17. Ventilador

18. REFERENCIAS BIBLIOFRAFICAS:
 Pfleiderer, C.: "Bombas Centrífugas y Turbo compresores"; Edit. Labor, España,
1960. Karassik, Messina, Cooper, Heald: Pump Handbook, 3ª ed..; Ed. Mc.
Graw-Hill, USA, 2001
 .Dixon, S. L.: “Fluid Mechanics, thermodynamics of turbomachinery”, 4ª ed.,
Butterworth-Heinemann, 1998.
 Anexos recursos web turbomaquinas y aplicaciones.