Sesion n1 Maquinas Hidraulicas

ASIGNATURA: MAQUINAS HIDRAULICAS

DOCENTE:Dr. Jos Morales Valencia

BIBLIOGRAFIA

1. Hidrulica aplicada H. Addison2. Curso de Maquinas Hidrulicas Miguel Reye Aguirre3. Mecnica de Fluidos y Maquinas Hidrulicas. C. Mataix4. Turbomquinas Hidrulicas Polo Encinas.5. Fundamentos de la Hidrulica. Paschal Silvestre.

MAQUINAS HIDRULICAS (TURBOMAQUINAS)

DEFINICION.-Una turbomquina es una mquina cuyo elemento principal es un rodete (rotor) a travs del cual pasa un fluido de forma continua, cambiando ste su cantidad de movimiento por accin de la mquina, dndose as una transferencia de energa entre la mquina y el fluido, la cual puede ser en sentido mquina-fluido o fluido-mquina

Es una maquina que recibe energa y transfiere energa a un fluido que fluye continuamente, gracias a la accin dinmica de una o varias hileras de alabes mviles, la palabra turbo es de origen latino y significa algo que gira.

Una maquina hidrulica es un transformador de energa, esto es, recibe energa mecnica que puede proceder de un motor elctrico, trmico, etc., y la convierte en energa que un fluido adquiere en forma de presin, de posicin, o de velocidad.

Otra definicin puede ser: mquina hidrulica, es un dispositivo empleado para elevar, transferir o comprimir lquidos y gases. En todas ellas se toman medidas para evitar la cavitacin (formacin de un vaco), que reducira el flujo y daara la estructura de la maquia.

Es conveniente no confundirse con la funcin que realiza una turbina, ya que la turbina realiza una funcin inversa al de una bomba, una bomba transfiere energa al fluido, la turbina recibe energa del fluido y transforma en energa mecnica.

IMAGENES DE MAQUINAS HIDRAULICAS

Bomba Prensa elevador

Clasificacin de las mquinas hidrulicas (Turbomquinas)

Se clasifican en:

I.- Por el sentido de la transferencia de Energa

a) Motoras: la energa es entregada por el fluido a la mquina, y esta entrega trabajo mecnico. La mayora de las turbomquinas motoras son llamadas "turbinas", pero dentro de este gnero tambin entran los molinos de viento.

Posteriormente la energa mecnica puede ser transformada en otro tipo de energa, como la energa elctrica en el caso de las turbinas elctricas.

Una Turbina

b) Generadoras: la energa es entregada por la mquina al fluido, y el trabajo se obtiene de este. En este gnero entran las bombas, sopladores, turbocompresores, ventiladores, y otros.

Una bomba

II.- Por la direccin del flujo en el rotora) M. Radial: Si la trayectoria que sigue el fluido es principalmente normal al eje de rotacin (centrfuga o centrpeta segn la direccin de movimiento), el flujo de salida es en forma radial.

b) M. Axial: Cuando la trayectoria del fluido es fundamentalmente paralelo al eje de rotacin, el flujo llega y sale en forma axial.

c) M. Tangencial: Cundo la trayectoria del Flujo es tangencial al eje de rotacin

Turbina Pelton, sta es una turbomquina transversal de admisin parcial..

III.- Por el tipo de fluido que manejan a) Trmicas: Cuando el cambio en la densidad del fluido es significativo dentro de la mquina, como en compresores, varia de volumen especifico y de peso especifico.

b) Hidrulicas: Cuando el cambio en la densidad del fluido no es significativo dentro de la mquina, como en bombas o ventiladores, no vara sensiblemente de peso especifico ni de su volumen especifico.

IV.- Por la variacin de la presin atravs del rotora) Accin: no existe un cambio de presin en el paso del fluido por el rotor, disminucin de la energa cintica ( pelton)

b) Reaccin: existe un cambio de presin en el paso del fluido por el rotor, disminucin de la presion(Francis, Kaplan)

V.- Por el tipo de admisin a) Total: todo el rotor es tocado por el fluido de trabajo.

b) Parcial: no todo el rotor es tocado por el fluido de trabajo.

Elementos de las turbomquinas

Una turbomquina consta de diversas partes y accesorios dependiendo de su tipo, aplicacin y diseo. Por ejemplo un ventilador puede ser una turbomquina que slo conste de un rbol, motor, rotor y soporte, mientras que un compresor centrfugo o una bomba semi-axial puede tener muchas partes que incluso no comparta con las dems turbomquinas existentes. Sin embargo, la mayora de las turbomquinas comparten el hecho de tener partes estticas y rotativas; y dentro de estos conjuntos puede haber diversos elementos los cuales muchas turbomquinas comparten y una enumeracin competente puede ser la siguiente:

Turbina Kaplan, sta es una turbomquina motora hidrulica de fujo axial. Vase en rojo las partes rotativas entre las que se encuentra un Generador elctrico en este caso. I. Partes rotativas a) El rotor.- (disco + alabes) es el corazn de toda turbomquina y el lugar donde aviene el intercambio energtico con el fluido.

Est constituido por un disco que funciona como soporte a palas, tambin llamadas labes, o cucharas en el caso de las turbinas Pelton.

Los tipos de rotores pueden ser axiales, radiales, mixtos o tangenciales, para su fcil identificacin y distincin se hace uso de representaciones por proyeccin especficas.

Rotor Radial. Rotor Axial.

b) Eje o rbol de transmisin.- Tiene la doble funcin de trasmitir potencia (desde el eje hacia el rotor) y ser el soporte sobre el que yace el rotor.

En el caso de las turbomquinas generadoras ste siempre est conectado a alguna clase de motor, como puede ser un motor elctrico, o incluso una turbina como es comn en los turborreactores.

Rotor de una turbina

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II. Partes estticas a) El Estator.- Es el conjunto de todas las partes estticas de la turbomquina.es el instrumento esttico que proyecta el fluido hacia el rotor, sus partes son los sistemas de alabes estticos.

b) Los labes directores.- Llamados palas directoras, son labes fijos al estator, por los cuales pasa el fluido de trabajo, antes o despus de pasar al rotor a realizar el intercambio energtico. Muchas turbomquinas carecen de ellos, pero en aquellas donde si figuran stos son de vital importancia.

c) Cojinetes, rodamientos.- Son elementos de mquina que permiten el movimiento del eje mientras lo mantienen solidario a la mquina, pueden variar de tipos y tamaos entre todas las turbomquinas.

Estator de una turbina

III. La carcasa.- Es la que contribuye como soporte, cubre al rotor y permite aumentar la presin.

Carcasa de una turbinaCRITERIO DE SEMEJANZA EN TURBOMAQUINAS

Las consideraciones generales de semejanza hidrulica aplicadas a las turbomquinas, intentan describir el funcionamiento de una mquina dada, por comparacin con el funcionamiento experimentalmente conocido de otra mquina modelo, o bien de la misma mquina bajo condiciones de operacin algo modificadas tales como un cambio de velocidad de rotacin o en el salto.

Para que la prediccin del comportamiento de una mquina de tamao natural (prototipo) a partirde los ensayos realizados con un modelo sea vlida, exige en general 3 condiciones:

1- Semejanza Geomtrica2.- Semejanza Cinemtica3.- Semejanza Dinmica

1.- Semejanza geomtrica.- El modelo y prototipo son geomtricamente semejantes, es decir sea proporcional en todas sus direcciones, esto exige que se conserven todos los ngulos y direccin del flujo, la relacin geomtrica de escala entre modelo y prototipo en forma general ser:

Dm / Dp =

2.- Semejanza cinemtica En un punto homlogos de modelo y prototipo, los diagramas de velocidades obligatoriamente deben de ser semejantes y en particular en la entrada y salida del rodete.

m = p (ngulos iguales)

Zm = Zp (nmero de alabes iguales)

3.- Semejanza Dinmica: Se cumple dicha semejanza cuando en prototipo y modelo son iguales para puntos homlogos, los diagramas de fuerza son proporcionales, dado que la principal fuerza es la viscosidad, esto es equivalente a decir que en modelo y prototipo el Nmero de Reynolds debe de coincidir.

Rep = Rem

NR = v D / (Nmero de Reynolds) , donde: v = velocidad del flujo D = dimetro del rotor = densidad del fluido = viscosidad dinmica

NE = v2 / p (Numero de Euler) donde: v = velocidad del flujo P = presin del flujo = densidad del fluido

3ra Ley de semejanzas.- Las potencias son directamente proporcionales a los cubos de los nmeros de revoluciones.

P1 / p2 = (N1/ N2)3 donde: P = potencia de la bomba N = velocidad de giro

CIFRAS ADIMENCIONALES EN TURBOMAQUINAS

Q = caudal ( L3T-1 ) H = altura (L) N = velocidad de rotacin (T-1 ) V = velocidad (L T-1 )D = dimetro ( L) = densidad ( L-4 F T2 ) = viscosidad absoluta ( F T L-2 )

CIFRAS CARACTERISTICASa) Nmero especifico de revoluciones de Caudal (Nq)

Nq = N Q1/2 / H3/4 donde: Q = caudal H = altura manomtrica

b) Nmero especifico de revoluciones de Potencia (Ns)

Ns = N P1/2 / H 5/4 donde: P = potencia til H = altura manomtrica

c) Cifra de caudal (q)

q = 4 Q / U D2 donde: Q = caudal U = velocidad circunferencial D = dimetro = 3,1416

d) Cfra de Presin () = 2 g H/ U2 Donde: g = aceleracin de la gravedad H = altura manomtrica U = velocidad circunferencial.

FIN DE LA PRESENTACION