Diseño y caracterización experimental de una microturbina centrípeta

Abstract

[ES] El presente proyecto trata de abarcar, desde un punto de vista innovador y creativo, el desarrollo de un estudio de carácter experimental vinculado al funcionamiento de una turbomáquina.

Las turbomáquinas térmicas cuentan con numerosas aplicaciones y, entre ellas, resultan ser elementos imprescindibles de los motores de aviación. Su desarrollo en este campo está ligado a numerosas condiciones que hacen que su diseño resulte ser un trabajo minucioso y muy complejo. Es por esto por lo que este trabajo está enfocado en el diseño fluidodinámico de una turbomáquina, en concreto, de una turbina centrípeta de pequeñas dimensiones. De esta manera, a partir de un diseño propio fabricado mediante técnicas de impresión aditiva con ácido poliláctico (PLA), se estudia de forma experimental el comportamiento del modelo diseñado frente al paso del fluido de trabajo, mediante su acoplamiento directo a un generador de imanes permanentes.

A modo general, el trabajo consta de una primera parte, donde se justifica su interés y se realiza una descripción de las turbomáquinas. A continuación, se analizan los tipos de turbomáquinas radiales y, en especial, las turbinas; haciéndose referencia, además, a una serie de condiciones generales y recomendaciones de diseño de estas, las cuales se tienen en cuenta en el desarrollo de este proyecto. Posteriormente, la parte central del trabajo se compone de la descripción del proceso de prediseño, así como del modelado 3D de la microturbina centrípeta y del experimento realizado con ella. Seguidamente, se analizan los resultados obtenidos de forma experimental y, finalmente, se presentan una serie de conclusiones y posibles trabajos futuros en relación con el proyecto mencionado.

[EN] This project tries to cover, from an innovative and creative point of view, the development of an experimental study linked to the functioning of a turbomachine.

Thermal turbomachines have plenty applications and, among them being essential elements of aviation engines. Its development in this field is associated with many conditions that turn its design into a thorough and very complex work. Therefore, this work is focused on the fluid ¿ dynamic design of a turbomachine, specifically, a small centripetal turbine. This way, starting from a self ¿ made design made by using additive printing techniques with polylactic acid (PLA), the behavior of the designed model is experimentally tested, against the running of the working fluid, by its direct coupling to a permanent magnet generator.

Overall, the work comprises a first part, where its interest is justified, and a description of the turbomachines is made. Next, the types of radial turbomachines and turbines are analysed, specially the later. In addition, a series of general conditions and design recommendations for these are included, which are taken into account in the development of this project. Subsequently, the central part of the work consists of the description of the pre ¿ design process, as well as the 3D modelling of the centripetal microturbine and the experiment carried out with it. Then, the results are analysed and, finally, a series of conclusions and possible future works in relation to this project are presented.

[CA] Aquest projecte tracta de comprendre, des d'un punt de vista innovador i creatiu, el desenvolupament d'un estudi de caràcter experimental vinculat al funcionament d'una turbomàquina. Les turbomàquines tèrmiques tenen nombroses aplicacions i, entre elles, resulten ser elements imprescindibles dels motors d'aviació. El seu desenvolupament en aquest camp està lligat a nombroses condicions que fan que el seu disseny resulte ser un treball minuciós i molt complex. Per aixó, aquest treball està enfocat al disseny fluidodinàmic d'una turbomàquina, en concret, d'una turbina centrípeta de xicotetes dimensions. Així, a partir d'un disseny propi fabricat per mitjà de tècniques d'impressió additiva amb àcid polilàctic (PLA), s'estudia de forma experimental el comportament del model dissenyat enfront del pas del fluid de treball, mitjançant el seu acoblament directe a un generador d'imants permanents. A mode general, el treball consta d'una primera part, on es justifica el seu interés i es realitza una descripció de les turbomàquines. A continuació, s'analitzen els tipus de turbomàquines radials i, principalment, les turbines; fent-se referència, a més, a una sèrie de condicions generals i recomanacions de disseny d'aquestes, les quals s’han tingut en compte en el desenvolupament d'aquest projecte. Posteriorment, la part central del treball està formada per la descripció del procés de predisseny, així com del modelatge 3D de la microturbina centrípeta i de l'experiment realitzat amb ella. A continuació, s'analitzen els resultats obtinguts de forma experimental i, finalment, es presenten una sèrie de conclusions i possibles treballs futurs en relació amb el projecte mencionat.