Universidad técnica particular de Loja

Por: Jackson Sánchez Alverca

Componente: Mecánica de Fluidos

Fecha: 12 de julio de 2016

1 Tipos de bombas:

Las Bombas se utilizan para impulsar líquidos a través de sistemas de tuberías.

Clasificación:

Bombas de desplazamiento fijo.- Se caracterizan porque entregan un producto fijo a velocidad constante. Este tipo de bomba se usa más comúnmente en los circuitos industriales básicos de aplicación mecánica de la hidráulica.

1.1 Bombas de engranes o piñones.- Bombas de engranes de baja presión, bombas de engranes de alta presión, bombas de engranes de 1500 lb/plg2. (Tándem), bomba de engranes de 2000 lb/plg2, bomba de engranes de 2000 lb/plg2 – serie 37-x.

1.2 Bombas de paletas.- Bombas de paletas desequilibradas o de eje excéntrico, bombas de paletas equilibradas de 1000 lb/plg2 de presión, bombas de paletas equilibradas de 2000 lb/plg2 de presión.

1.3 Bombas de pistón.- Bomba de pistón radial, bombas de pistón axial, bombas de pistón de barril angular, bomba de pistón de placa de empuje angular, bomba diseño dynex.

2 Bombas de volumen variable.

- Los volúmenes variables para bombas de engranes únicamente son utilizables si se varía la velocidad de impulsión de la bomba.

- Las bombas de paletas pueden adaptarse para producir volúmenes variables, pero las restricciones de la conversión generalmente lo limitan.

- Las bombas de pistón son las mejores adaptadas para diseños de volumen variable, y las bombas axiales de pistón generalmente son consideradas como las más eficientes de todas las bombas, y son por sí solas las mejores para cualquier condición de volumen variable. 

2 Tipos de turbinas:

La turbina es una maquina rotativa que transforma en energía mecánica una parte de la energía de la corriente circulante de un fluido, esa energía mecánica puede ser aplicada seguidamente a un trabajo útil, tal como la generación de electricidad en una central eléctrica.

Las turbinas pueden clasificarse en dos subgrupos principales: hidráulicas y térmicas.

2.1 Turbinas hidroeléctricas:

2.1.1 Turbina Pelton.- Una de la más eficiente energéticamente. Consiste en una rueda que está rodeada por una seria de palas o cucharas que son encargadas de soportar la caída del agua. Las Pelton son unas turbinas de flujo transversal.

2.1.2 Turbina Kaplan.- Consiste en una turbina de flujo axial, con una forma muy parecida a la hélice de un barco. Tiene la peculiaridad de sus hélices son regulares, por lo tanto se adapta a diferentes

2.2 Turbinas térmicas:Son aquéllas cuyo fluido de trabajo sufre un cambio de densidad considerable a través de su paso por la máquina, pueden ser: turbinas a vapor, turbinas a gas, turbinas a acción, turbinas a reacción, turbinas de alta presión, turbinas de media presión, turbinas de baja presión.

3 Cavitación y golpe de ariete:

La cavitación es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido a la conservación de la constante de Bernoulli. 

Descripción del fenómeno.

- Consiste en un cambio rápido y explosivo de fase liquida a vapor. Si el líquido fluye a través de una región donde la presión es menor que su presión de vapor, este hierve y forma burbujas. Estas burbujas son transportadas por el líquido hasta llegar a una región de mayor presión, donde el vapor regresa al estado líquido de manera súbita aplastándose bruscamente las burbujas.

- La cavitación es un fenómeno físico, mediante el cual un líquido, en determinadas condiciones, pasa a estado gaseoso y unos instantes determinadas condiciones, pasa a estado gaseoso y unos instantes después pasa nuevamente a estado 1 que pasa nuevamente a estado líquido.

Este fenómeno tiene dos fases: a) Cambio de estado l estado líquido a estado gaseoso, b) Cambio de estado gaseoso estado gaseoso a estado l estado líquido.

Efectos de la cavitación.- Ruidos y golpeteos, vibraciones, erosiones del material.

La cavitación en bombas puede producirse de dos formas diferentes:

3.1 Cavitación de succión.- Ocurre cuando la succión de la bomba se encuentra en unas condiciones de baja presión/alto vacío que hace que el líquido se transforme a vapor a la

entrada del rodete. Este vapor es transportado hasta la zona de descarga de la bomba donde el vacío desaparece y el vapor del líquido es de nuevo comprimido debido a la presión de descarga. Se produce en ese momento una violenta implosión sobre la superficie del rodete. Un rodete que ha trabajado bajo condiciones de cavitación de succión presenta grandes cavidades producidas por los trozos de material arrancados por el fenómeno, esto origina el fallo prematuro de la bomba.

3.2 Cavitación de la descarga.- Sucede cuando la descarga de la bomba está muy alta. Esto ocurre normalmente en una bomba que está funcionando a menos del 10% de su punto de eficiencia óptima. La elevada presión de descarga provoca que la mayor parte del fluido circule por dentro de la bomba en vez de salir por la zona de descarga, a este fenómeno se le conoce como ´´slippage´´. A medida que el líquido fluye alrededor del rodete debe de pasar a una velocidad muy elevada a través de una pequeña apertura entre el rodete y el tajamar de la bomba. Esta velocidad provoca el vacío en el tajadar lo que provoca que el líquido se transforme en vapor. Una bomba funcionando bajo estas condiciones muestra un desgaste prematuro del rodete, tajamar y alabes. Además y debido a la alta presión de funcionamiento es de esperar un fallo prematuro de las juntas de estanqueidad y rodamientos de la bomba. Bajo condiciones extremas puede llegar a romperse el eje del rodete.

4 Golpe de ariete en bombas:

El golpe de ariete es una gran fuerza destructiva que puede presentarse en cualquier sistema de bombeo, cuando en este el caudal cambia repentinamente de un momento a otro cualquiera que sea la causa.

Se denomina golpe de ariete al choque violento que se produce sobre las paredes de un conducto forzado, cuando el movimiento líquido es modificado bruscamente. 

Al cerrarse rápidamente una válvula en la tubería durante el escurrimiento, el flujo a través de la válvula se reduce, lo cual incrementa la carga del lado aguas arriba de la válvula, iniciándose un pulso de alta presión que se propaga en la dirección contraria a la del escurrimiento.  Esta onda provoca sobrepresiones y depresiones las cuales deforman las tuberías y eventualmente la destruyen. Desde el punto de vista energético puede considerarse la transformación de la energía cinética del fluido en energía potencial elástica (cambios de presión) y viceversa. Si la tubería carece de roce y es indeformable y por lo tanto no hay pérdidas de energía, el fenómeno se reproduce indefinidamente.  Si hay roce y la tubería es elástica parte de la energía se va perdiendo y las sobrepresiones son cada vez menores hasta que el fenómeno se extingue.

Golpe de ariete en líneas de descarga.- El caso más importante de golpe de ariete en una línea de descarga de bombas accionadas por motores eléctricos, se verifica luego de una interrupción de energía eléctrica. El cálculo riguroso del golpe de ariete en una instalación

de bombeo exige el conocimiento previo de datos relativos a los sistemas de bombeo, que influyen en el fenómeno:

a. El momento de inercia de las partes relativas de la bomba y el motor.b. Características internas de la bomba (efectos sobre la disipación de energía,

funcionamiento como turbina).c. Condiciones de la bomba en la rama de descarga y comportamiento de la onda de

presión

Medidas generales contra el golpe de ariete:

1. Limitación de la velocidad en tuberías.2. Cierre lento de válvulas o registros. Construcción de piezas que no permitan la

obstrucción muy rápida.3. Empleo de válvulas o dispositivos mecánicos especiales. Válvulas de alivio, cuyas

descargas impiden valores excesivos de presión.4. Fabricación de tubos con espesor aumentado, teniendo en cuenta

la sobrepresión admitida.5. Construcción de pozos de oscilación, capaces de absorber los golpes de ariete,

permitiendo la oscilación del agua. Esta solución es adoptada siempre que las condiciones topográficas sean favorables y las alturas geométricas pequeñas. Los pozos de oscilación deben ser localizados tan próximos como sea posible de la casa de máquinas.

6. Instalación de cámaras de aire comprimido que proporcionen el amortiguamiento de los golpes. El mantenimiento de estos dispositivos requiere ciertos cuidados, para que sea mantenido el aire comprimido en la cámara

4 Válvulas:

Es una pieza mecánica usada para modificar el flujo o el fluido que pasa a través de ella, la acción de la válvula es causada por el movimiento de cierre de un elemento (puede ser una bola, puerta, disco, tapón, etc.) El cual está conectado a un cuello localizado fuera de este y a su vez tiene un sistema para cambiar el control de la posición del elemento de cierre, protegiendo la tubería y las bombas de la sobre presurización, ayudando a prevenir flujos contrarios en las bombas y remover aire en estas.

Tipos de Válvulas:

4.1 Válvulas de Control.- El término válvula de control se refiere más a la función que al tipo de válvula, es decir es cualquier válvula que sirva para regular el estado del flujo a través de la tubería. Las válvulas de control son interesantes por su uso en flujos sin crear exceso de cavitación o pérdidas de cabeza y pueden ser usadas en cualquier condición de flujo.

4.2 Válvulas de Compuerta.- Este tipo de válvula posee un cuerpo totalmente encerrado con un disco o puerta de forma rectangular o circular, la cual se mueve perpendicular a la

dirección del flujo. La válvula de compuerta supera en número a los otros tipos de válvulas en servicio en donde se requiere circulación interrumpida y poca caída de presión. Cuando la válvula está abierta del todo, se eleva por completo la compuerta fuera del conducto del flujo, por lo cual el fluido pasa en línea recta por un conducto que suele tener el mismo diámetro de la tubería.

4.3 Válvulas de Cono, Bola y Macho.- Estos tres tipos de válvulas son similares en su función; la parte móvil de la válvula es generalmente en forma cónica con un agujero a través de la válvula por el cual el fluido atraviesa. Cuando la válvula esta completamente abierta no hay bloqueos para el flujo y por lo tanto no existen perdidas en la cabeza. Cuando la válvula no se encuentra abierta completamente existen dos puntos de regulación, uno en la entrada y otro en la salida, esta característica da a la válvula de cono mejores características que la válvula de puerta y de mariposa.

4.4 Válvulas de Globo.- Este estilo de válvulas son ampliamente utilizadas tanto con control manual como con control automático. El flujo normal es de izquierda a derecha pero esta válvula puede operar en reversa. Con el cambio del tipo de control una válvula de globo puede mantener constante la presión de entrada, la presión de salida, la rata de flujo, actúa como un controlador de la presión y de posibles oleajes en la tubería.

Clases de válvulas por función definida y usos más comunes:

Para servicio de bloqueo o cierre son: válvulas de compuerta, válvulas de macho, válvulas de bola, válvulas de mariposa.

Para servicio de estrangulación: válvulas de globo, válvulas de aguja, válvulas en Y, válvulas de ángulo, válvulas de mariposa.

Bibliografía:

2011, I. (febrero de 2008). Google. Obtenido de Http://ingenieros2011unefa.blogspot.com/2008/01/cavitacion.html

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