Àlep

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Aquest article tracta sobre Àlep (Turbomàquines). Vegeu-ne altres significats a «Alep».
Àleps de la turbina Olympus per al Concorde.

Es denomina àlep a cadascuna de les paletes corbades a turbines hidràuliques, de gas i a altres turbomàquines. La seva funció és deflectar un flux continu de fluid, podent ésser dissenyats per canviar-li la pressió i modificar-ne totes les components de velocitat.

Es tracta d'un perfil allargat que es col·loca a les màquines rotatives formant conductes estàtics i mòbils. El fluid passa a través del conducte en forma d'anell que deixen entreveure aquestes cascades d'àleps. Tenen aparença esvelta i solen ser metàl·lics.

Característiques[modifica | modifica el codi]

Àleps estàtics de turbina Francis posicionats pel cas de tenir baix flux d'aigua.
Àleps estàtics de turbina Francis posicionats per gestionar un alt flux d'aigua.

Els àleps tenen forma de perfils aerodinàmics que reben el fluid i el fan canviar de velocitat i pressió, transformant així l'energia. D'aquesta manera interfereixen amb el fluid canviant les seves propietats i amb la seva interfície mecànica, que pot ser un disc o un tambor connectat a un eix.[1] El conjunt format pel disc i els àleps també s'anomena rodet.

Segons el tipus de màquina, solen tenir les seccions forma de perfil aerodinàmic. Els áleps solen anar solidaris a un disc, un tambor o una carcassa, de manera que es dissenyen per subjectar-s'hi a ells mitjançant arrels amb diferents formes.[2]

A l'extrem contrari al suport principal solen disposar de mitjans per a segellar el fluid, tractant que tot el fluid passi entre les superfícies aerodinàmiques i que no se'n derivi fluid, provocant distorsions o pèrdues de pressió.

El segellament de cascades d'àleps, ja sigui fet per la part estàtica o la dinàmica, ha de permetre cert contacte entre parts rotatives a grans velocitats i parts estàtiques. A la part del rotor s'aconsegueix amb la punta dels àleps rotatius i amb els segells de laberint a prop del tambor o com a extensió del disc. A la part de l'estator el segellament s'aconsegueix pel recorregut que tracen els àleps dinàmics amb l'estator i per la part estàtica enfrontada al segell de laberint. Per tal d'evitar excessius desgastaments, aquestos contactes han de ser materialment endurits a les parts rotatives i ablanits a les parts estàtiques.[3]

Formació d'etapes[modifica | modifica el codi]

S'ha de tenir en compte que una etapa és la combinació d'una cascada estàtica d'àleps i d'una cascada dinàmica. Així doncs la part dinàmica s'anomena rotor i l'estàtica estator. Els estators i rotors de cada etapa tenen, en general, la funció de transformar energia mecànica en energia cinètica o de pressió (o al contrari) i tenen requeriments relatius a les seves pròpies característiques mecàniques per a les càrregues de disseny i també el de gestionar les components de les velocitats del fluid i les propietats termodinàmiques del fluid a l'entrada i a la sortida.

També és usual trobar-se amb cascades estàtiques o dinàmiques d'àleps individuals. En aquestes configuracions l'ús d'estators d'àleps sol emprar-s'hi amb l'objectiu de dirigir el fluid, normalment modificant o corregint així la component tangencial. Se solen fer servir petits àleps per donar-li vorticitat a un fluid en aplicacions de combustió.[4]

Grau de reacció de l'etapa[modifica | modifica el codi]

Àlep de turbina de vapor.

Només a les turbines, es pot distingir segons el grau de reacció amb què s'ha dissenyat l'etapa d'aquesta turbina.[5] El grau de reacció és la relació entre l'entalpia que s'extreu del rotor i l'entalpia que s'extreu a l'etapa en total (rotor+estator):

K \equiv \frac{h_r}{h_r+h_e}

Així doncs es poden distingir els dissenys de les etapes com:

  • Etapa de reacció: En aquestes etapes, la funció dels àleps del rotor és extraure treball gràcies a la deflexió del fluid amb què operen i a la disminució de pressió del fluid que el travessa. La variació d'entalpia al rotor es va tornant predominant conforme el grau de reacció s'allunya de 0 (el límit és 1).
  • Etapa d'acció pura: Es tracta d'una etapa amb un grau de reacció igual a zero. Al rotor, l'estat termodinàmic del fluid que el travessa és el mateix que a l'entrada. El treball s'extreu basant-se en la disminució de l'energia cinètica del fluid, és a dir: Es modifiquen les components de les velocitats de sortida respecte a les d'entrada. Així doncs, els àleps rotatius a aquestes etapes tenen l'única funció de deflectar adequadament la corrent.


Fabricació i Muntatge[modifica | modifica el codi]

Àlep dinàmic amb detalls de la secció i de l'arrel.

El disseny i mecanitzat dels àleps és molt complicat, ja que s'han d'adaptar als requisits de disseny que els permetran suportar les condicions de treball a les que es sotmetran. Per això mateix, la seva rigidesa ha de ser molt alta, i la distribució de les càrregues ha de ser uniforme. En els casos de turbines de gas, a la turbina, s'han de dissenyar i de fabricar per poder suportar els esforços requerits a altes temperatures d'operació.[6]

Al formar part de turbomàquines estan sotmesos a grans esforços deguts a la seva pròpia massa, ja que giren a grans velocitats al voltant d'un eix i han de ser fortament subjectats formant una roda. A més, el desequilibri inherent a la precisió de la instal·lació i de l'equilibratge sotmetrà aquestes peces a càrregues de fatiga d'alt cicle. Les càrregues tèrmiques també s'han de tenir en compte en el seu disseny, sobretot als àleps de turbines tèrmiques i als d'etapes finals de compressors. S'ha de tenir en compte també, que les màquines amb freqüents parades, posades en marxa i exigències variables d'operació seran sotmeses a fatiga amb esforços més grans, encara que a cicles amb menys freqüència.

Degut a aquestes grans velocitats, és necessari que la seva construcció i muntatge es facin amb molta precisió, per evitar que hi apareguin vibracions durant el funcionament de la màquina.

Aplicacions[modifica | modifica el codi]

Els àleps formen part de turbines de gas, turbines de vapor, compressors, ventiladors, turbines hidràuliques i bombes, a les seves parts estàtiques i dinàmiques.

Ambigüitat del terme 'àlep'[modifica | modifica el codi]

En català, el terme àlep és vàlid per referir-se tant als perfils estàtics com als perfils que es mouen rotativament. S'ha de fer notar que en altres llengües trobarem que s'ha fet distinció entre l'àlep estàtic i el dinàmic. De fet, la major part dels textos de turbomàquines fan referència als termes anglesos vanes per als àleps estàtics i blades per als àleps dinàmics. Es pot trobar la traducció de l'homòleg castellà amb els anglesos a:.[7]

Notes i referències[modifica | modifica el codi]

  1. Desconegut. «Compressor Section». [Consulta: 02-01-2009].
  2. Alexander S Leyzerovich, consultant, Mountain View, CA, USA (2007). Modern Power Systems. «Steam turbines: how big can they get?, Blade design challenges». Progressive Media Markets Ltd. [Consulta: 02-01-2009].
  3. NX Zheng, MA Däubler, KK Schweitzer, W Hensle, H Schlegel (2003), Development of air seal systems for modern jet engines, Paper Published by: MTU Aero Engines GmbH, pg. 1-2, «PDF».
  4. Roger Marmion. «The Combustion Chamber». http://www.users.zetnet.co.uk/gas/. [Consulta: 02-01-2009].
  5. Manuel Martinez Sanchez. «Rocket Propulsion Lecture 27: Turbines». http://ocw.mit.edu. [Consulta: 02-01-2009].
  6. Wilfried Ulm, OMMI (Vol.2, Issue 3) December 2003. «The situation in steam turbine construction and current development trends». [Consulta: 02-01-2009].
  7. Diccionario de Ciencias Hortícolas, Per Prensa Mundi, Sociedad Española de Ciencias Hortícolas, Editat per Mundi-Prensa Libros, 1999, ISBN 8471148188. No 4, pg. 41.


A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Àlep Modifica l'enllaç a Wikidata