MAQUINARIA HIDRAULICA

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) 1

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.

MECANICA DE FLUIDOS

2

1

MAQUINARIA HIDRAULICA

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. 3

2.- Bombas centrífugas (III) Existen bombas de rotor húmedo (sin mantenimiento, menos ruido, peor rendimiento y para circuitos cerrados) y de rotor seco.

Se llama bomba multifase o multietapa a las bombas que tienen varios rodetes encerrados en una única carcasa.

4

MECANICA DE FLUIDOS

2

MAQUINARIA HIDRAULICA

2.- Bombas centrífugas (IV) 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 característica de la bomba

una

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

2.- Bombas centrífugas (V) 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.

rpm1 Drodete1 Q1  P1  ó = =  rpm2 Drodete2 Q2  P2 

MECANICA DE FLUIDOS

1/2

 Pabs1  =   Pabs2 

1/3

6

3

MAQUINARIA HIDRAULICA

2.- Bombas centrífugas (VI) 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

7

2.- Bombas centrífugas (VII) 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 8

MECANICA DE FLUIDOS

4

MAQUINARIA HIDRAULICA

2.- Bombas centrífugas (VIII) En las bombas con convertidor electrónico: •Bypas Pto1 al Pto 2 •Convertidor Pto 1 al Pto 3 Regulación con presión variable

9

2.- Bombas centrífugas (IX) 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.

10

MECANICA DE FLUIDOS

5

MAQUINARIA HIDRAULICA

2.- Bombas centrífugas (X) 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

11

2.- Bombas centrífugas (XI) Para la selección hay que acudir a las curvas del fabricante:

Gráfico de selección rápida

12

MECANICA DE FLUIDOS

6

MAQUINARIA HIDRAULICA

2.- Bombas centrífugas (XII) Fluido de trabajo Tipo de circuito

Resultados

13

2.- Bombas de engranajes

14

MECANICA DE FLUIDOS

7

MAQUINARIA HIDRAULICA

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. 15

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.

16

MECANICA DE FLUIDOS

8

MAQUINARIA HIDRAULICA

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.

17

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.

18

MECANICA DE FLUIDOS

9

MAQUINARIA HIDRAULICA

4.- Ventiladores (IV) Las curvas características (I):

19

4.- Ventiladores (V) Las curvas características (II):

20

MECANICA DE FLUIDOS

10

MAQUINARIA HIDRAULICA

4.- Ventiladores (VI) Las leyes de los ventiladores: • Variación de la velocidad de giro: Q = Q0

 n P = P0    n0 

n n0

2

 n Pot = Pot 0    n0 

3

• Variación del diámetro del rodete: D  Q = Q0   D0 

3

D   P = P0   D0 

 D  Pot = Pot 0   D0 

2

• Variación de la densidad del aire:

• Variación varios parámetros: 3

 D  Pot = Pot 0   D0  1/ 2

5

 ρ  Lw = Lw 0 + 20 log    ρ0 

 Q  P  + 20 log   Lw = Lw 0 + 10 log   P   0  Q0 

5

 n  ρ    n 0  ρ0

P    P0 

D   Lw = Lw 0 + 70 log   D0 

• Variación de las prestaciones:  Q  P    Pot = Pot 0   Q0  P0 

 D  n  Q = Q 0    D 0  n0

Q  n = n0  0  Q   

5

 ρ  Pot = Pot 0    ρ0 

 ρ  P = P0    ρ0 

Q = Q0

 n Lw = Lw 0 + 50 log    n0 

3/ 4

 ρ0    ρ   

 Q   D = D0    Q0 

1/ 2

P   P   0

1/ 4

1/ 4

 ρ    ρ   0

3/4

Q  n = n0  0  Q   

 D   n  ρ   + 50 log   + 20 log  0  Lw = Lw 0 + 70 log   D0   n0   ρ0 

1/ 2

P  P   0

3/ 4

 ρ0    ρ   

3/4

21

4.- Ventiladores (VII) El punto de funcionamiento del ventilador depende del sistema de distribución del aire, que es cambiante. Para Q variable

Para Q cte

Control del caudal suministrado

No

22

MECANICA DE FLUIDOS

11

MAQUINARIA HIDRAULICA

4.- Ventiladores (VIII) Acoplamiento de ventiladores • Serie

• Paralelo en contrarotación

23

5.- Compresores (I) Atendiendo al modo de accionamiento del compresor: • 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.

24

MECANICA DE FLUIDOS

12

MAQUINARIA HIDRAULICA

5.- Compresores (II) Atendiendo a la separación compresor-accionamiento: • 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.

25

5.- Compresores (III) 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

MECANICA DE FLUIDOS

26

13

MAQUINARIA HIDRAULICA

2.- Tipos de 5.- Compresores (IV) Atendiendo al modo de compresión (II): • Rotativos (I): no tienen válvulas de admisión – De Paletas: silenciosos, pero muy sensibles a la entrada de líquido. – De Rodillo

27

2.- Tipos de5.Compresores Compresores (V)(V) Atendiendo al modo de compresión (III): • Rotativos (II): – De Doble Tornillo: el sellado entre la alta y la baja presión se realiza con el aceite lubricante. Sin válvulas, tiene fija la relación de compresión

Regulación de capacidad y relación de compresión con lumbrera de descarga 28

MECANICA DE FLUIDOS

14

MAQUINARIA HIDRAULICA

2.- Tipos de 5.- Compresores (V) (VI) Atendiendo al modo de compresión (IV): • 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.

29

5.- Compresores (VII) Atendiendo al modo de compresión (V): • Rotativos (IV): – De Engranajes:

• Centrífugos: grandes volúmenes, con baja relación de compresión

• Flujo Axial

30

MECANICA DE FLUIDOS

15