Diseño y análisis de una turbina radial para el grupo de sobrealimentación de un motor alternativo

Abstract

Este Trabajo de Fin de Grado se encuadra dentro de la intensificación de Sistemas de Producción de Potencia del Grado de Ingeniería de la Energía, en particular dentro de la asignatura de Turbomáquinas Térmicas, en la cual se realiza un amplio estudio de las distintas máquinas junto con los principios de funcionamiento y los parámetros fundamentales que rigen su comportamiento. El objetivo de este trabajo es profundizar en la materia permitiendo comprobar mediante el diseño de una turbina radial como existe una fuerte relación entre la geometría de la máquina, sus prestaciones y los parámetros mencionados anteriormente. La metodología seguida para la obtención de un diseño óptimo está basada en el uso del software AxSTREAM de la compañía SoftInWay, una herramienta que permite obtener, analizar y editar soluciones para diferentes tipos de turbomáquinas a partir de unas determinadas condiciones de contorno. El trabajo consta de una primera parte donde justifica su interés y realiza una introducción a las turbomáquinas. Continúa con un desarrollo de la teoría de turbinas radiales y recomendaciones de diseño para estas. Posteriormente en la parte central del trabajo, se describen el proceso de diseño de una turbina radial en AxSTREAM, software que previamente se ha definido y explicado. Una vez se obtienen las soluciones, estas son estudiadas y analizadas con ayuda de los parámetros estudiados en turbomaquinas termicas, discutiendo los resultados obtenidos. Tambien se realiza un estudio fuera del punto de diseño de estas soluciones para finalmente escoger la más adecuada para nuestra aplicación. Por último, se realiza un cálculo de linea media de la solución definitiva. Finalmente se incluye una evaluación del diseño final analizando todos sus aspectos, y como cierre, se presentan una serie de conclusiones y posibles desarrollos futuros a partir de este trabajo.

This Final Degree Project is part of the intensification of Power Production Systems of the Degree in Energy Engineering, in particular within the subject of Thermal Turbomachines, in which an extensive study of the different machines is carried out including operating principles and the fundamental parameters that govern their behavior. The aim of this work is to deepen in this matter designing a radial turbine and learning the strong relationship between the geometry of the machine, its performance and the parameters mentioned above. For it, the proposed objective is the design and subsequent analysis of a radial turbine of the supercharging group for an alternative engine located in a tourism. The methodology followed to obtain a valid design is based on the use of AxSTREAM software from SoftInWay, a tool that allows obtaining, analyzing and editing solutions for different types of turbomachinery from certain boundary conditions. The work consists of a first part where it is justified his interest and it is made an introduction to the turbomachinery. It continues with a development of the theory of radial turbines and design recommendations for these. The central part of the work is shown later where the steps followed to arrive at the design of a radial turbine in AxSTREAM are described. Once the solutions are obtained, they are studied and analyzed with the help of the parameters studied in Thermal Turbomachines, discussing the results obtained. A study is also carried out outside the design point of these solutions to finally choose the most suitable for our application. Finally, an evaluation of the final design is including its matching with the compressor, and a series of conclusions and possible future developments from this work.