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MAQUINARIA HIDRAULICA MECANICA DE FLUIDOS 1 1 1.- Triángulo de velocidades En la máquinas hidráulicas o se comunica o extrae energía de un fluido. Las máquinas suele tener un elemento giratorio (rodete), que tiene una serie de álabes con unos determinados ángulo de incidencia del fluido, siendo los de entrada ( 1 ) , y los de salida ( 2 ). La velocidad del rotor es diferente a la del fluido, hay varias velocidades y ángulos, que definen los triángulos de velocidades. Fluido (C) Rotor (U) Relativa (C - U) α β Entrada C 1 U 1 W 1 (C 1 -U 1 ) C^U W^-U Salida C 2 U 2 W 2 (C 2 -U 2 ) 2 2.- Bombas centrífugas (I) La misión es provocar el movimiento del agua por la instalación, venciendo las resistencias que impone el circuito hidráulico al paso del agua, mediante la aplicación de una energía. . Existen principalmente dos tipos de bombas: •De desplazamiento positivo: de embolo, rotativas y de tornillo. Centrífugas; son las empleadas en los sistemas de climatización, calefacción o refrigeración; producen un flujo continuo de agua; el par de arranque es pequeño, lo que hace fácil su accionamiento. Características: caudal (m 3 /h o l/h), la presión suministrada o altura h, la altura de aspiración, la potencia consumida y la presión máxima que puede soportar.

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Page 1: MAQUINARIA HIDRAULICA - Rafaelramirezr's Blog | Just ... · PDF fileMAQUINARIA HIDRAULICA MECANICA DE FLUIDOS 4 7 El punto de funcionamiento está marcado por la intersección entre

MAQUINARIA HIDRAULICA

MECANICA DE FLUIDOS 1

1

1.- Triángulo de velocidades

En la máquinas hidráulicas o se comunica

o extrae energía de un fluido.

Las máquinas suele tener un elemento

giratorio (rodete), que tiene una serie de

álabes con unos determinados ángulo de

incidencia del fluido, siendo los de

entrada (1) , y los de salida (2).

La velocidad del rotor es diferente a la del

fluido, hay varias velocidades y ángulos,

que definen los triángulos de velocidades.

Fluido (C) Rotor (U) Relativa (C - U) α β

Entrada C1 U1 W1 (C1 - U1) C^U W^-U

Salida C2 U2 W2 (C2 - U2)

2

2.- Bombas centrífugas (I)

La misión es provocar el movimiento del agua por la instalación,

venciendo las resistencias que impone el circuito hidráulico al paso del

agua, mediante la aplicación de una energía.

.Existen principalmente dos tipos de bombas:

•De desplazamiento positivo: de embolo,

rotativas y de tornillo.

•Centrífugas; son las empleadas en los

sistemas de climatización, calefacción o

refrigeración; producen un flujo continuo de

agua; el par de arranque es pequeño, lo que

hace fácil su accionamiento.

Características: caudal (m3/h o l/h), la presión

suministrada o altura h, la altura de

aspiración, la potencia consumida y la

presión máxima que puede soportar.

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MAQUINARIA HIDRAULICA

MECANICA DE FLUIDOS 2

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2.- Bombas centrífugas (II)

Ventajas: de sencilla construcción, no requieren tolerancias estrictas, no

necesitan válvulas, no tienen movimientos alternativos, compacta y poco

peso, de vida prolongada y fácil mantenimiento.

Como inconvenientes tiene que presenta bajos rendimientos con

caudales pequeños; y no se autoceban.

Las partes de la bomba son:

•El rodete.

•Aspiración.

•Carcasa o voluta., puede incluir un difusor (sistema de álabes fijos).

•Empaquetaduras y cierres mecánicos.

4

2.- Bombas centrífugas (III)

Se llama bomba multifase o multietapa a las

bombas que tienen varios rodetes encerrados

en una única carcasa.

Existen bombas de rotor húmedo (sin mantenimiento, menos ruido,

peor rendimiento y para circuitos cerrados) y de rotor seco.

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MECANICA DE FLUIDOS 3

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Cavitación es la vaporización del agua dentro de la bomba por efecto de la depresión interior creada en la entrada de la misma; debe evitarse por ser fuente de ruidos y provocar el desgaste de las piezas por la vibraciones y por el golpeo; hay mayor peligro cuando se trabaja con agua caliente.

Las bombas centrífugas tienen una altura de aspiración limitada; se llama NPSH: altura neta de succión positiva: es la presión mínima por debajo de la cual se produce cavitación en la bomba, existen dos NPSH:

NPSH requerida: es una característica de la bomba

NPSH disponible: es una característica del circuito de aspiración, debe superar al requerido en un orden de 0,5m.

2.- Bombas centrífugas (IV)

6

Las leyes de semejanza de las B.C. Son:

Al variar la velocidad de giro (n) aumentan o disminuyen el caudal

proporcionalmente, y la presión proporcionalmente a n2.

La potencia empleada es proporcional a n3.

Al variar el diámetro del rodete, varían el caudal y la presión

proporcionalmente.

Variando la anchura del rodete, varía el caudal proporcionalmente.

Variando el ángulo o el nº de álabes cambia la forma de la curva H-Q.

Se ve afectada por la viscosidad, es sensible a la Tª; al aumentar la

viscosidad, disminuye el rendimiento, aumenta la potencia absorbida y

disminuye la presión suministrada para un caudal determinado.

1/3

2

11/2

2

1

2

1

2

1

2

1

Pabs

Pabs

P

P

Q

Q

Drodete

Drodeteó

rpm

rpm

=

==

2.- Bombas centrífugas (V)

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MAQUINARIA HIDRAULICA

MECANICA DE FLUIDOS 4

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El punto de funcionamiento está marcado por la intersección entre la

curva de la bomba y la de la tubería, pero si la tubería transporta agua de

un depósito de un nivel inferior la curva esta desplazada.

Circuito abierto/cerrado:⇒ P.estática

Variación de la velocidad

2.- Bombas centrífugas (VI)

8

Para variar el punto de funcionamiento de la bomba:

• Instalando un depósito de acumulación para las puntas de demanda.

• Instalando varias bombas en paralelo.

• Con un bypass entre la impulsión y la aspiración.

• Provocando una pérdida de carga con una

válvula situada en la tubería de impulsión

• Variando la velocidad de giro.

Comparando el

consumo eléctrico

2.- Bombas centrífugas (VII)

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MAQUINARIA HIDRAULICA

MECANICA DE FLUIDOS 5

9

En las bombas con convertidor electrónico:

•Bypas Pto1 al Pto 2

•Convertidor Pto 1 al Pto 3

Regulación con presión variable

2.- Bombas centrífugas (VIII)

10

Acoplamiento de bombas en paralelo, para cada altura conseguida el caudal es la suma de los caudales de todas las bombas acopladas.

Hay que colocar una válvula antiretorno en cada una de las bombas.

Si las bombas son distintas pueden suceder situaciones no deseables.

Acoplamiento de bombas en serie para

cada caudal suministrado la altura es la

suma de la conseguida por cada una de las

bombas acopladas.

2.- Bombas centrífugas (IX)

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MAQUINARIA HIDRAULICA

MECANICA DE FLUIDOS 6

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El montaje e instalación debe tener en cuenta:

•Lugar accesible

•Fácil aspiración

•Cebado, válvulas de pie de pozo

•Alineación

•Uniones flexibles

•Válvulas de retención

•Conos difusores

•Elementos de medida

2.- Bombas centrífugas (X)

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Gráfico de selección rápida

Para la selección hay que acudir a las curvas del fabricante:

2.- Bombas centrífugas (XI)

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MAQUINARIA HIDRAULICA

MECANICA DE FLUIDOS 7

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Fluido de trabajo

Tipo de circuito

Resultados

2.- Bombas centrífugas (XII)

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2.- Bombas de engranajes

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MECANICA DE FLUIDOS 8

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3.- Turbinas hidráulicas

Son dispositivos que aprovechan la energía potencial o cinética de un

líquido para transformarla en energía mecánica.

Existen múltiples tipos; su clasificación se suele hacer en turbinas de

acción y de reacción.

•Turbina Pelton: de acción,

cazoletas e inyector, en saltos

grandes con pequeños caudales.

•Turbina Francis: de reacción,

álabes, distribuidor, en pequeños

saltos y grandes caudales.

•Turbina Kaplan: de reacción,

similar a una hélice. Para

pequeños saltos hidráulicos.

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4.-Ventiladores (I)

Los ventiladores son máquinas destinadas a producir movimiento de aire. Los conceptos fundamentales son:

– Caudal volumétrico.

– Incremento de la presión estática.

– Potencia disponible.

– Rendimiento del ventilador.

– Ruido, las dimensiones, o el modo de arrastre

Tres tipos de presiones:

– Presión estática, sobre las paredes del conducto.

– Dinámica, al convertir la energía cinética en presión.

– Total que es la suma de las dos.

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MAQUINARIA HIDRAULICA

MECANICA DE FLUIDOS 9

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4.- Ventiladores (II)

Clasificación de los ventiladores:

• Por la diferencia de presión estática:

– Alta presión: 180 < ∆p > 300 mm.c.a.– Media presión: 90 < ∆p < 180 mm.c.a.

– Baja presión: ∆p < 90 mm.c.a.

• Por el sistema de accionamiento:– Accionamiento directo.– Accionamiento indirecto por transmisión.

• Por el modo de trabajo:

– Ventiladores axiales: mueven grandes caudales

con incrementos de presión estática baja.

– Hélice.

– Tubo axial: en una envolvente, dan mayores presiones, generan mucho ruido.

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4.- Ventiladores (III)

Clasificación de los ventiladores (II):

• Según el modo de trabajo (II):

– Ventiladores centrífugos: el flujo de salida es perpendicular al de entrada.

– De alabes curvados hacia delante.

– De alabes curvados hacia atrás.

– De álabes rectos a radiales; captación de residuos.

– Ventiladores tranversales; la trayectoria del aire en el rodete es normal al

eje tanto a la entrada como a la salida.

– Ventiladores helicocentrífugos; son intermedios entre los centrífugos y los axiales, en ellos el aire entra como en los helicoidales y sale como en los centrífugos.

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Las curvas características (I):

4.- Ventiladores (IV)

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Las curvas características (II):

4.- Ventiladores (V)

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4.- Ventiladores (VI)

Las leyes de los ventiladores:

• Variación de la velocidad de giro:

0

0n

nQQ =

2

0

0n

nPP

=

3

0

0n

nPotPot

=

+=

0

0n

nlog50LwLw

• Variación del diámetro del rodete:3

0

0D

DQQ

=

2

0

0D

DPP

=

5

0

0D

DPotPot

=

+=

0

0D

Dlog70LwLw

• Variación de la densidad del aire:

0QQ =

ρ

ρ=

0

0PP

ρ

ρ=

0

0PotPot

ρ

ρ+=

0

0 log20LwLw

• Variación de las prestaciones:

4/1

0

4/1

0

2/1

0

0P

P

Q

QDD

ρ

ρ

=

4/3

0

4/3

0

2/1

00

P

P

Q

Qnn

ρ

ρ

=

=

00

0P

P

Q

QPotPot

+

+=

00

0P

Plog20

Q

Qlog10LwLw

• Variación varios parámetros:

0

3

0

0n

n

D

DQQ

=

0

5

0

5

0

0n

n

D

DPotPot

ρ

ρ

=

ρ

ρ+

+

+=

0

0

00

0 log20n

nlog50

D

Dlog70LwLw

4/3

0

4/3

0

2/1

00

P

P

Q

Qnn

ρ

ρ

=

22

4.- Ventiladores (VII)

El punto de funcionamientodel ventilador depende del

sistema de distribución del

aire, que es cambiante.

Para Q ctePara Q variable

Control del caudal suministrado

No

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MAQUINARIA HIDRAULICA

MECANICA DE FLUIDOS 12

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4.- Ventiladores (VIII)

Acoplamiento de ventiladores

• Serie • Paralelo

en contrarotación

24

Atendiendo al modo de accionamiento del compresor:

5.- Compresores (I)

• Eléctrico, más habituales, problema de

saturación de la líneas eléctricas en

verano y en centros urbanos.

• Accionados por motores de gas,

favorecido por las compañías, fácil

regulación de velocidad, requieren de

instalación adicional y mantenimiento.

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MECANICA DE FLUIDOS 13

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Atendiendo a la separación compresor-accionamiento:

5.- Compresores (II)

• Abiertos, separación entre el compresor y

el accionamiento, tiene partes accesibles,

problema de estanqueidad en el eje.

• Herméticos, generalizados en los equipos

de pequeña potencia, hay interacción de

las averías.

• Semiherméticos, herméticos con cierta

accesibilidad.

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Atendiendo al modo de compresión (I):

• Alternativos:

– Flujo pulsante (varios cilindros)

– Necesitan válvulas

– La presión de descarga se ajusta a la

del condensador

La capacidad se puede regular descargando cilindros

5.- Compresores (III)

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MECANICA DE FLUIDOS 14

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Atendiendo al modo de compresión (II):

2.- Tipos de Compresores (IV)

• Rotativos (I): no tienen válvulas de admisión

– De Paletas: silenciosos, pero muy sensibles a la entrada de líquido.

– De Rodillo

5.- Compresores (IV)

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Atendiendo al modo de compresión (III):

2.- Tipos de Compresores (V)

• Rotativos (II):

– De Doble Tornillo: el sellado entre la alta y la baja presión se realiza

con el aceite lubricante.

Regulación de capacidad y relación de compresión con lumbrera de descarga

Sin válvulas, tiene fija la relación de

compresión

5.- Compresores (V)

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MAQUINARIA HIDRAULICA

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Atendiendo al modo de compresión (IV):

2.- Tipos de Compresores (V)

• Rotativos (III):

– De Tornillo Simple: el control de

capacidad se realiza con un anillo.

– Scroll: son dos espirales.

Tiene relación de compresión fija, la regulación de la capacidad se hace con varias lumbreras de descarga.

5.- Compresores (VI)

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Atendiendo al modo de compresión (V):

• Rotativos (IV):

– De Engranajes:

• Centrífugos: grandes volúmenes,

con baja relación de compresión

• Flujo Axial

5.- Compresores (VII)