Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery – L. Dixon, C. A. Hall – 6th Edition

Este libro se concibió originalmente como un texto para estudiantes en su último año de lectura para obtener una licenciatura en ingeniería que incluía turbomaquinaria como tema principal. También resultó ser un apoyo útil para los estudiantes que se embarcan en cursos de posgrado a nivel de maestría. El libro fue escrito para ingenieros más que para matemáticos, aunque algunos conocimientos de matemáticas serán de gran utilidad. Además, se supone desde el principio que los lectores habrán completado cursos preliminares de mecánica de fluidos. Se hace hincapié en la física real de los flujos y se reduce al mínimo el uso de métodos matemáticos especializados.

En comparación con la quinta edición, esta nueva edición ha tenido una gran cantidad de cambios realizados en el estilo de presentación, nuevas ideas y claridad en la explicación. Se da más énfasis a los efectos de la compresibilidad para igualar los avances realizados en el uso de mayor flujo y velocidades de pala en turbomaquinaria. En el Capítulo 1, siguiendo la definición de una turbomáquina, se introducen las leyes fundamentales de la continuidad del flujo, las ecuaciones de energía y entropía, así como la importantísima ecuación del trabajo de Euler, que se aplica a todas las turbomáquinas.

En el Capítulo 2 se da el énfasis principal a la aplicación de las “leyes de similitud”, al análisis dimensional de todos los tipos de turbomáquinas y sus características de desempeño. Las ideas importantes de velocidad específica y diámetro específico surgen de estos conceptos y su aplicación se ilustra en el Diagrama de Cordier, que muestra cómo seleccionar la máquina que brindará la mayor eficiencia para una tarea determinada. ¿Te diste cuenta de que el taladro dental es en realidad una turbomáquina que encaja muy bien con estas leyes? Además, en este capítulo se examinan los conceptos básicos de la cavitación en bombas y turbinas hidráulicas. La medición y comprensión de la aerodinámica en cascada es la base del diseño y análisis de las turbomáquinas axiales modernas. En el Capítulo 3, el tema de la aerodinámica en cascada se presenta como preparación para los siguientes capítulos sobre turbinas axiales y compresores.

Este capítulo ha sido completamente reorganizado con respecto a la quinta edición. Comienza presentando los parámetros que definen la geometría de la sección del álabe y el rendimiento de cualquier turbomáquina axial. A continuación, se presentan las consideraciones particulares para los álabes de los compresores axiales, seguidas de las de los álabes de las turbinas axiales. El énfasis está en comprender las características del flujo que limitan el diseño de las palas de las turbomáquinas y la predicción básica del rendimiento en cascada. El flujo transónico puede modificar drásticamente las características de una fila de álabes y se presta especial atención a los efectos de la compresibilidad en la aerodinámica en cascada. Los capítulos 4 y 5 cubren turbinas axiales y compresores axiales, respectivamente. En el Capítulo 4, se ha desarrollado material nuevo para cubrir el diseño preliminar y el análisis de turbinas axiales de una y varias etapas. Se cubren los cálculos necesarios para fijar el tamaño, el número de etapas, el número de perfiles aerodinámicos en cada fila de palas y los triángulos de velocidad.

Se consideran los méritos de los diferentes estilos de diseño de turbinas, incluidas las implicaciones para el diseño mecánico, como los niveles de tensión centrífuga y el enfriamiento en turbinas de alta velocidad y alta temperatura. Mediante el uso de algunas correlaciones relativamente simples, se presentan las tendencias en la eficiencia de la turbina con los principales parámetros de la turbina. En el Capítulo 5, se cubre el análisis y diseño preliminar de todos los tipos de compresores axiales. Esto incluye una nueva presentación de cómo las mediciones de pérdida de cascada y giro pueden traducirse en el rendimiento de una etapa de compresor.

En el capítulo se cubren tanto los casos incompresibles como los compresibles y es interesante ver cómo los compresores de alta velocidad pueden lograr un aumento de presión a través de un proceso de flujo bastante diferente al de una máquina de baja velocidad. La enorme importancia del rendimiento fuera del diseño se cubre con cierto detalle, incluida la forma en que el diseñador puede influir en el rango operativo del compresor en las primeras etapas de diseño. También hay una selección de nuevos ejemplos y problemas relacionados con el análisis de flujo compresible de compresores de alta velocidad. El Capítulo 6 cubre los efectos tridimensionales en turbomáquinas axiales. El objetivo de este capítulo es brindarle al lector una comprensión de las variaciones de flujo a lo largo del tramo y presentar algunas de las características principales del flujo que no se capturan en el análisis de línea media. Incluye una breve introducción al tema de la dinámica de fluidos computacional, que ahora juega un papel importante en el diseño y análisis de turbomaquinaria.

La cobertura detallada de los métodos computacionales está más allá del alcance de este libro. Sin embargo, todos los principios detallados en este libro son igualmente aplicables a estudios numéricos y experimentales de turbomáquinas. La turbomaquinaria radial sigue siendo muy importante para una gran cantidad de aplicaciones, como la turboalimentación para motores de combustión interna, el transporte de petróleo y gas y la licuefacción de aire.