Abstract
En este trabajo, se realiza un estudio del comportamiento fuera de diseño de las turbinas axiales. Para ello, se ha desarrollado un programa de simulación en ©MATLAB orientado a su utilización por parte de los alumnos de ingeniería en las asignaturas relacionadas con las turbomáquinas térmicas.
Dada la importancia que tienen las turbomáquinas térmicas en la industria, es habitual que los estudiantes de ingeniería tengan asignaturas relacionadas con estas. Este trabajo se presenta con el objetivo de que dichos alumnos dispongan de un programa que les permita estudiar en detalle el comportamiento de las turbinas axiales fuera de diseño. En concreto, de las turbinas axiales en las que se produce la expansión de un gas no condensable, esto es, turbinas de gas. Los usuarios del programa podrán modificar tanto los parámetros de diseño de la turbina axial como sus condiciones de operación fácilmente. Los resultados serán presentados de forma que sean fácilmente visualizable y que ayuden a la comprensión del problema por parte del alumno.
En primer lugar y tras una breve introducción y planteamiento del problema, se presentará el modelo matemático de ecuaciones que contiene el programa. Así mismo, se expondrán las hipótesis y simplificaciones consideradas, todas ellas debidamente justificadas. La parte más importante de este modelo matemático es el cálculo de pérdidas en las coronas de álabes. Este se hará haciendo uso de la correlación de Ainley y Mathieson.
En segundo lugar, se detallará de qué forma se realiza la simulación en el programa para conseguir los dos objetivos principales de este: obtener el diseño de la turbina axial y hallar sus curvas características. Se explicarán también distintas funcionalidades del programa complementarias que ayudan a la visualización y comprensión de los resultados obtenidos con la simulación.
En tercer lugar, se expondrán y comentarán para tres casos distintos los resultados que se obtienen con el programa. Estos casos son: turbina axial de un solo escalonamiento de acción, turbina axial de un solo escalonamiento de reacción y turbina axial de tres escalonamientos: uno de acción y dos de reacción.
En último lugar, en las conclusiones de este trabajo, se realizará una comparación de las curvas características obtenidas, con las de la bibliografía elaboradas de forma empírica. Resultando en que ambas tienen un comportamiento muy similar.
