TERMODINAMICA

Toberas, principios y dimensionamiento

Para que sirven las toberas

 TURBOMAQUINAS  JET NOZZLE  PROYECCION DE LIQUIDOS  MEDICION  TORCHAS  IMPRESORAS

QUE SON LAS TOBERAS

La tobera es un conducto con área de sección transversal variable en el cual se acelera un flujo de vapor o gas, transformando su energía potencial manifestada en alta temperatura y presión en energía cinética.

1. TURBOMÁQUINAS: Clasificación.

Las turbomáquinas se diferencian de otras máquinas térmicas en que son de funcionamiento continuo, no alternativo o periódico como el motor de explosión o la bomba de vapor a pistón.

A semejanza de otras máquinas las turbomáquinas son esencialmente transformadoras de energía, y de movimiento rotativo. Sin embargo, se diferencian, por ejemplo, del motor eléctrico, en que la transformación de energía se realiza utilizando un fluído de trabajo.

En las turbomáquinas el fluído de trabajo pude ser un líquido (comúnmente agua, aunque para el caso de las bombas de líquido la variedad de fluídos es muy grande) o un gas o vapor (comúnmente vapor de agua o aire, aunque nuevamente para los compresores la variedad de gases a comprimir puede ser muy grande). Las turbomáquinas cuyo fluído de trabajo es un líquido se denominan turbomáquinas HIDRAULICAS; no hay una denominación especial para las demás.

Este fluído de trabajo se utiliza para convertir la energía según una cascada que puede enunciarse

CASCADA DE LA ENERGIA

· Energía térmica (calor) · Energía potencial (presión) · Energía cinética (velocidad) · Intercambio de cantidad de movimiento · Energía mecánica

•

•

• .

• m=A r

V

d

V

/

V

dA/A+d r / r +d

V

/

V

=0 dA/A=-d r / r • vdP+

V

d

V

=0 dq=du+Pdv+vdP+dE k +dE p +dW • v =1/ r dP/ r +

V

d

V

=0 r =- dP/

V

d

V

• dA/A=-d r / (- dP/

V

d

V

) - d

V

/

V

d

V

/

V

dA/A=

V

d

V

/ ( dP/ d r ) s • dA/A=d

V

/

V

(

V

2 / a 2 – 1)= d

V

/

V

( M 2 – 1)

•

•

•

•

•

•

•

TRABAJO EN CONDICIONES DIFERENTES A LAS DE DISEÑO

 1. Sub expansión 2. Expansión en condiciones de diseño 3. Sobre expansión 4. Onda de choque normal a la salida 5. Onda de choque normal en el interior 6. Límite sónico 7. Flujo subsónico

Efectos de la variación de la presión de descarga

•

• Fotografía de una tobera en condiciones de sub-expansión

• Fotografía de una tobera en condiciones desub-expansión.

Reflexión regular (Cortesía de Jack D. Mattingly) condiciones desub expansión.

Patrón de reflexión Mach (Cortesía de Jack D. Mattingly)

• Fotografía de una tobera en condiciones de ondas de choque normal en el interior

• • c=(C p (T 0 -T)) 1/2

c

=((R g / g -1) (T 0 -T)) 1/2 •

c

=(( g / g -1) (P 0 v 0 -Pv)) 1/2 •

c

=(( g / g -1) P 0 v 0 (1-Pv/P 0 v 0 )) 1/2 •

c

=(( g / g -1) P 0 v 0 (1-(v 0 /v) g -1 )) 1/2

• Calculo grafico de toberas - Metodo de Kolbe

• 4´j / OO 1 = Oj / O 1 C • O 1 C= Oj * OO 1 / 4 ´j • A 4 = v 4 m/c 4 • D 4 =2 (A 4 / p) 1/2