0 Silabo Turbomaquinas-eap Electrica

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE INGENIERA ELECTRNICA Y ELCTRICA

ESCUELA ACADMICA PROFESIONAL DE INGENIERA ELCTRICA

I. DATOS GENERALES

1. CDIGO 192096

2. CARCTER Obligatorio

3. CRDITOS 3

4. PERIODO ACADMICO 2013-1

5. PRERREQUISITO 192056 : Dinmica de fluidos

6. HORAS Tericas: 2 Prcticas: 2

7. DOCENTE Ing. Hiplito Rodrguez Casavilca

II. SUMILLA DE LA ASIGNATURA

Asignatura de naturaleza tericoprctica, que tiene como propsito lograr el diseo, construccin y mantenimiento de equipos y sistemas de la especialidad de ingeniera elctrica, proporcionando a los alumnos los criterios generales de funcionamiento, seleccin, explotacin y servicio de las turbomquinas motrices (turbinas) y turbomquinas accionadas (bombas de gas y lquido). Los grandes temas abarcan elementos de las turbomquinas, compresores centrfugos, comprensores axiales, turbinas radiales, turbinas de vapor, turbinas de gas y cogeneracin.

III. ASPECTOS DEL PERFIL QUE APOYA LA ASIGNATURA

Disea, construye y mantiene equipos y sistemas de su especialidad.

Posee capacidad y habilidad para innovar Sistemas, procesos o equipos, con criterios de calidad y eficiencia, utilizando tecnologas modernas.

IV. COMPETENCIA

Evala el funcionamiento, seleccin, explotacin y servicio de las turbomquinas hidrulicas y trmicas, diseando estrategias que le permitan afrontar satisfactoriamente las tareas de mantenimiento y operacin.

SLABO DE TURBQUINAS

V. ORGANIZACIN DE LOS APRENDIZAJES

UNIDAD SEMANA CONOCIMIENTOS PROCEDIMIENTOS ACTITUDES

I

1

2

Video de presentacin de la asignatura

Unidad I: Turbinas

Tema N 1: Introduccin a las Turbomquinas 1. Definicin de Turbomquinas 2. Principio de funcionamiento.

Tema N 2: Elementos de las Turbomquinas 3. Clases, morfologa y arquitectura, segn sus

aplicaciones.

1. Explica la clasificacin general de las turbinas. 2. Diferencia las cantidades escalares en la ecuacin

fundamental de Turbomquinas: Ec. de Euler. 3. Aplica la teora de vectores en la solucin de

problemas. 4. Explica cmo obtener las curvas caractersticas. 5. Utiliza los vectores en ejemplos prcticos. 6. Explica problemas escalares y vectoriales.

Actividad N 1

Resuelve ejercicios y problemas.

1.

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2.

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3.

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3

4

Tema N 3: Compresores centrfugos

1. Conversin de EP en EC: Toberas y Difusores. 2. Velocidad isentrpica del sonido. 3. Condiciones de remanso. 4. Conductos con cambio de seccin.

5. Rendimiento de toberas: factor . 6. Comprensores centrfugos. Tipos. Componentes.

Dimensionamiento. Performance. Funcionamiento anormal.

Tema N 4: Compresores axiales 1. Teora alar. 2. Compresores multietapa. 3. Mapa del compresor.

Lectura seleccionada 1

Autoevaluacin N 1

7. Identifica los tipos de rotores abiertos, cerrados y de doble entrada (Shepherd).

8. Explica las inclinaciones de las paletas. 9. Aplica las funciones y deslizamiento. 10. Explica y resuelve problemas utilizando mapas

elementales y diagramas i-s. 11. Identifica las fuerzas de presin sobre el perfil alar

(Kermode). 12. Predice la distribucin de presiones en una rueda

fija (Balje). 13. Diferencia en un mapa, el desempeo del

compresor axial multietapa (Stepanoff).

Actividad N 2


Control de Lectura N 1

II 5

Unidad II: Transferencia de Trabajo

Tema N 5: Turbinas radiales. Turbomquinas hidrulicas: bombas y turbinas hidrulicas 1. Turbina radial. General. Turbocompresores para

1. Percibe el aspecto de la turbina radial para gases calientes (Wilson).

2. Identifica los clculos en un esquema de turbocompresor.

motores de CI. Funcionamiento. Diagramas de velocidades. Proceso en la turbina. Mapa de turbina.

2. Turbomquinas hidrulicas. Bombas hidrulicas. Turbinas hidrulicas. Turbina de chorro (Pelton). Turbinas de admisin plena. Turbinas radiales y mixtas. Turbinas axiales.

3. Eficiencias.

Tema N 6: Turbinas de vapor. Operacin. Eficiencias. Prdidas.

1. Clasificacin. 2. Turbina de accin de una etapa: Turbina de

Laval. Funcionamiento. Diagrama i-s. Rendimiento.

3. Turbinas de accin multietapa. Escalonamientos. Turbina Curtis. Operacin. Diagrama i-s. Rendimiento. Turbina Rateau. Operacin. Diagrama i-s. Rendimiento.

4. Turbina de reaccin: Turbina Parsons. Operacin. Diagrama i-s. Rendimiento.

5. Comparacin. Prdidas en los labes. Recalentamiento. Empuje axial. Rendimiento de las turbinas de vapor.

3. Aplica los diagramas de velocidades en la descripcin del funcionamiento (Shepherd).

4. Extrapola los cambios en el flujo en la turbina (Balje).

5. Jerarquiza el progreso de las turbomquinas hidrulicas motrices (Shepherd).

6. Compara las prdidas y punto de operacin econmica.

7. Explora el balanceo del empuje axial por mbolo compensador (Mattaix).

8. Utiliza los rendimientos de las turbinas de vapor.

Actividad N 3


6

7

Tema N 7: Diagramas h-s para turbinas y comprensores. 1. Grado de reaccin. 2. Mquinas axiales. Comprensin axial. Turbina

axial. 3. Mquinas radiales. Compresor radial. Turbina

radial. 4. Velocidad y dimetro especficos. Seleccin de

turbomquinas. Velocidad y dimetro especficos. Seleccin de turbomquinas.

Tema N 8: Regulacin y control de turbinas de vapor

9. Interpreta el grado de reaccin para compresores

axiales (Vavra). 10. Utiliza las condiciones de funcionamiento de una

turbomquina en general (turbina o comprensor de cualquier tipo) definidas con seis parmetros.

11. Explora la seleccin de turbomquinas, resumiendo las familias de curvas de eficiencia en el plano ns-ds.

12. Analizar los consumos de una turbina de vapor (Church).

13. Adapta la regulacin controlando la potencia en la primera etapa por medio de la segmentacin del disco de toberas (Mattaix).

1. Introduccin. 2. Lnea de Willans. 3. Regulacin. 4. Regulacin ideal cuantitativa o por toberas. 5. Regulacin cualitativa o por estrangulacin. 6. Regulacin por toberas de la primera etapa. 7. Sobrecargas. 8. Regulacin por by-pass. 9. Sistemas de control y regulacin.

Lectura seleccionada 2 Autoevaluacin N 2

14. Expresa en su proyecto, los elementos de supervisin y control ms comunes a turbinas de vapor.

Actividad N 4


Tarea Acadmica N 1

8 E X A M E N P A R C I A L

III

9

10

Unidad III: Transferencia de Energa

Tema N 9: Juntas de estanqueidad 1. Juntas de estanqueidad. Sellos mecnicos, sellos

hidrulicos. 2. Sellos labernticos. 3. Curvas de Fanno.

1. Interpreta el ciclo Brayton ideal y real. 2. Representa el rendimiento del ciclo Brayton real. 3. Presenta el esquema de instalacin del ciclo

Brayton terico regenerativo (o con recuperacin de calor).

Actividad N 5


11

12

Tema N 10: Turbinas de gas ciclo Brayton y otros 1. Introduccion. 2. Ciclo Brayton simple ideal. 3. Ciclo Brayton simple, real. 4. Ciclo de Brayton terico regenerativo (o por

recuperacin de calor).

5. Ciclo regenerativo real (1). 6. Ciclo Ericsson. 7. Ciclo Compound (Brayton regenerativo con

enfriamiento y recalentamiento intermedios). 8. Combustin.

Lectura seleccionada 3 Autoevaluacin N 3

4. Representa el punto de operacin de la turbina de gas (Vivier).

5. Explica el control de velocidad contante (Vivier). 6. Diagrama la turbina de dos ejes en ciclo Compound

(Vivier).

Actividad N 6


Control de Lectura N 2

IV

13

14

Unidad IV: Actuaciones

Tema N 11: Turbinas de gas: Arranque; influencia de las condiciones ambientales; propulsin area 1. Punto de operacin. 2. Control de la TG. 3. Arranque de la TG. 4. Influencia de la temperatura ambiente. 5. Propulsin area.

1. Efecta la secuencia de arranque tpica (P & W). 2. Analiza la influencia de la temperatura ambiente.

Actividad N 7


15

Tema N 12: Generadores de Vapor 1. Calderas humotubulares. 2. Calderas acuotubulares. 3. Ciclos de vapor. 4. Condensadores. 5. Agua, aire, combustible.

Tema N 13: Cogeneracin, Ciclo Combinado, Exerga 1. Cogeneracin. 2. Ciclo combinado gas-vapor. 3. Pinch point y temperatura de escape. 4. Exerga, rendimiento del ciclo combinado. Lectura seleccionada 4

Autoevaluacin N 4

3. Analiza la caldera humotubular de un paso (Shield). 4. Representa la caldera acuotubular de 2 pasos de

humos y circulacin natural (Shield). 5. Interpreta la estructura de la caldera tipo Benson

(Shield). 6. Utiliza el esquema bsico de cogeneracin para

explicar su instalacin bsica. 7. Efecta los clculos del ciclo combinado gas-vapor

y el esquema de la instalacin simple de ciclo combinado.

8. Investiga sobre las temperaturas en la caldera de recuperacin y la entalpa utilizable y no utilizable.

Actividad N 8


Tarea Acadmica N 2

16 E X A M E N F I N A L

VI. METODOLOGA

VII. EVALUACIN

UNIDAD SEMANA RUBROS2 INDICADORES INSTRUMENTOS (*)

I 3ra.

4ta.

CONTROL DE LECTURA 1,2

Realiza un resumen de la lectura encargada.

Cuestionarios, con lmites, intentos y

mtodos de calificacin

II 5ta.

6ta.

TAREA ACADMICA

1,2

Resuelve ejercicios y problemas con eficacia utilizando las propiedades y frmulas adecuadas.

Tarea, subida avanzada de archivos

8va. EXAMEN PARCIAL

Presenta avance al proyecto final de diseo y modelamiento.

Portafolio y exposicin oral.

III 11va.

12va.

CONTROL DE LECTURA 3,4

Realiza un resumen de la lectura encargada.

Cuestionarios, con lmites, intentos y

mtodos de calificacin

IV 13va.

14va.

TAREA ACADMICA

3,4

Resuelve ejercicios y problemas con eficacia utilizando las propiedades y frmulas adecuadas.

Tarea, subida avanzada de archivos

16va. EXAMEN

FINAL Presenta proyecto final de diseo y modelamiento.

Portafolio y exposicin oral.

(*) La fecha y hora de entrega o aplicacin del instrumento, se programar en el aula virtual, http://campus.hipolito.net/

Obtencin del promedio

RUBROS(*) PESO FORMULA DEL PROMEDIO FINAL

PC = PC1+ + PCn n

0,33 P = PC(0,33) + EP(0,33) + EF(0,34)

EP 0,33

La asignatura se desarrolla en la modalidad semipresencial con evaluacin final del proyecto de diseo y modelamiento.

La asignatura presenta esta secuencia didctica:

Video de introduccin a la asignatura, presentado en el aula virtual.

La resolucin de actividades tipo tarea y cuestionario en el aula virtual.

Sesiones presenciales y de ser necesario, virtuales por video conferencia.

Estudio del material de clase, desde la seccin recursos.

Actividades dirigidas que permiten aplicar conocimientos, y son programadas en el aula virtual: Estudios de casos, solucin de incidentes crticos o problemas, elaboracin de organizadores visuales, redaccin de ensayos, informes y ejercicios.

Interactividad de los estudiantes con el docente, mediante los recursos tecnolgicos programados del aula virtual: enlaces, carpetas, foro de discusin y e-mail, estos son elegidos en base a la naturaleza de esta asignatura.

EF 0,34

La frmula contempla los siguientes rubros:

PC1,n = Prctica Calificada 1, n, en actividades como Controles de Lecturas y Tareas Acadmicas. EP = Examen Parcial. EF = Examen Final.

VIII. BIBLIOGRAFA

7.1 BSICA

Lecuona A. y Nogueira J. I. (2000) Turbomquinas. Procesos, anlisis y tecnologa. Editorial Ariel.

TECSUP (2010). Turbinas. Instituto Superior Tecnolgico TECSUP. Wilson D. G. y Korakianitis T. (1998) The Design of High-Efficiency Turbomachinery

and Gas Turbines. Prentice Hall, 2nd ed.

7.2 COMPLEMENTARIA

Balje O. E. (1981) Turbomachines. Wiley Interscience. Cohen H., Rogers G. F. C. y Saravanamuttoo, H. I. H. (1975). Teora de las

Turbinas de Gas. Ed. Marcombo Cumpsty N. A. (1989) Compressor Aerodynamics. Longman Scientific & Technical Dixon S. L. (1981) Termodinmica de las Turbomquinas. Editorial Dossat. Hill P. G., Peterson C. R. (1970) Mechanics and Thermodynamics of Propulsion.

Addison Wesley Publishing Company Horlock J. H. (1985) Axial Flow Turbines. Fluid Mechanics and Thermodynamics.

Butterworths. Mataix, C. (1973/1983) Turbomquinas Trmicas. Dossat Oates, G. C. (1985) Aerothermodynamics of Aircraft Engine Components. AIAA Schegliaiev A. V. (1978) Turbinas de Vapor, 2 Vols.. Editorial Mir Whitfield A., Baines N. C. (1990) Design of Radial Turbomachines. Longman

Scientific & Technical Logan, E. ed. (1995) Handbook of Turbomachinery / edited by Earl Logan, ISBN:

0824792637, New York, Marcel Dekker,. Turton R. K.(1995) Principles of Turbomachinery, segunda edicin. Chapman &

Hall. Krivchenko G. (1994) Hydraulic Machines: Turbines and Pumps, segunda edicin.

Lewis Publishers. Moody L. F. Zowski T. (1969) Hydraulic Machinery, seccin 26 en Handbook of

Applied Hydraulics, 3 edicin, editado por C. V. Davis y K. E. Sorensen, McGraw-Hill.

Wilson D. G. (1999) The Design of High Efficiency Turbomachinery and Gas Turbines 2 edicin, MIT Press.

Csanady G. T., (1964) Theory of Turbomachines, McGraw-Hill, New York. Henry P. (1992) Turbomachines Hydrauliques, Presses Polytechniques et

Universitaires Romandes. Mataix C. (1975) Turbomquinas Hidrulicas, Editorial ICAI. Karassik, I. J., ed. (1986) Pump handbook, 2 ed. ISBN: 0070333025, New York,

McGraw-Hill. Eckert B. Schell H. (1961) Axial und Radial Kompressoren, 2 ed. Springer. Dalgleish W., Whitaker J. (1971) Scale Effects for Backward Curved Centrifugal

Fans, National Engineering Laboratory Report 940, Noviembre. Lewis R. I. (1996) Turbomachinery Performance Analysis, John Wiley. Wislicenus G. F. (1965) Fluid Mechanics of Turbomachinery, Dover. Norrie D. H. (1963) An Introduction to Incompressible Flow Machines, Edward

Arnold. Mattingly J. D. (1996) Elements of Gas turbine Propulsion ISBN: 0079121969, New

York, McGraw-Hill. Horlock J. H. (1958) Axial Flow Compressors, Butterworths.

Wright T. (1999) Fluid Machinery, Performance, Analysis and Design, CRC Press. Eck B. ( 1973) Fans: Design and Operation of Centrifugal, Axial-flow and Cross-

flow Fans, Ram S. Azad and David R. Scott ISBN: 0080158722, Oxford, Pergamon Press.

Lucini M. (1947) Turbomquinas de Vapor y de Gas, su Clculo y Construccin, Editorial Labor, Barcelona.

Dixon S. L. (1998) Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery 4th ed., Bitterworth Heinemann.

McKenzie A. B. (1980) The Design of Axial Compressor Blading Based on Test of a Low Speed Compressor, Proc. Instn. Mech. Engrs., 194, 6.

Duncan W. J., TOM, A. S., Young A. D. Mechanics of Fluids, 2 ed. Edward Arnold, 1970.

Wu C. H. (1952) A General Theory of Three-Dimensional Flow in Subsonic and Supersonic Turbomachines of Axial, Radial and Mixed Flow Types, trans. Amer. Soc. Mech. Engrs. Noviembre 1952, NACA TN 2604.

Lakshminarayana B. (1996) Fluid Dynamics and Heat Transfer of Turbomachinery, John Wiley & Sons, ISBN 0471855464.

Weinig F., (1935) Die Strmung um die Schaufeln und Turbomaschinen , Joh Ambr. Barth; Leipzig.

Collar A. R. (May 1941) The Flow of a Perfect Fluid through Cascades of Aerofoils, J. R. Aero. Soc.

Miralles J. (1983) Turbo Sobrealimentacin de Motores Rpidos. Ediciones CEAC, Barcelona.

Treager I. E., (1979) Aircraft Gas Turbine Engine, 2 ed., New York: McGraw-Hill, ISBN: 0070651582.

Johnsen I. A., Bullock, R. O. (1965) Aerodynamic Design of Axial-Flow Compressors, NASA SP-36, Washington.

ESDU (1980) A Guide to Fan Selection and Performance, ESDU Item 79037. Kerrebrock J. L. (1972) Aircraft Engines and Gas Turbines, M. I. T. Press. Wislicenus G. F. (1947) Fluid Mechanics and Turbo Machinery, McGraw-Hill.

IX. RECURSOS DIGITALES

8.1. BASES DE DATOS

ProQuest - base de datos de 5,5 millones de pginas de informacin del mundo

acadmico http://search.proquest.com/index BASES DE DATOS: Suscripcin (EBSCO, THOMSON GALE, ISI, SpringerLink,

IEEE).

8.2. ENLACES DE INTERS

http://www.unioviedo.es/Areas/Mecanica.Fluidos/docencia/_asignaturas/meca

nica_de_fluidos/05_06/10.TURBOMAQUINAS.pdf Turbomquinas - Escuela Politcnica Superior de Ingeniera de Gijn - Universidad de Oviedo, 2006.

http://webserver.dmt.upm.es/zope/DMT/Members/jmtizon/turbomaquinas/ Turbomquinas - Departamento de Motopropulsin y Termofluidodinmica - Universidad Politcnica de Madrid, 2011.

http://ocw.uc3m.es/ingenieria-termica-y-de-fluidos/turbomaquinas Turbomquinas - openCourseWare - Universidad Carlos III de Madrid, 2011.

Lima, marzo del 2013

Hiplito Rodrguez Casavilca Docente Responsable de Asignatura

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