Termotecnia y Mecánica de Fluidos (DMN) Mecánica de Fluidos y Termodinámica (ITN) MF. T6.- Máquinas Hidráulicas

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1 Termotecia y Mecáica de Fluidos (DMN) Mecáica de Fluidos y Termodiámica (ITN) MF. T6.- Máquias Hidráulicas Las trasparecias so el material de apoyo del profesor para impartir la clase. No so aputes de la asigatura. Al alumo le puede servir como guía para recopilar iformació (libros, ) y elaborar sus propios aputes Departameto: Area: Igeiería Eléctrica y Eergética Máquias y Motores Térmicos CARLOS J RENEDO Despachos: ETSN 36 / ETSIIT S Tlf: ETSN / ETSIIT Triágulos de velocidades.- Bombas cetrífugas 3.- Turbias hidráulicas 4.- Vetiladores 5.- Compresores 6.- Hélices.- Triágulos de velocidades (I) M.H. comuica o extrae eergía de u fluido Suele teer u elemeto giratorio (rodete), que tiee ua serie de álabes co uos determiados águlo de icidecia del fluido, siedo los de etrada ( ), y los de salida ( ). La velocidad del rotor es diferete a la del fluido, hay varias velocidades y águlos, que defie los triágulos de velocidades.

2 .- Triágulos de velocidades (II) Fluido (C) Rotor (U) Relativa (C-U) Etrada C U W (C -U ) Salids C U W (C -U ) Forma del álabe α C^U β W^U π r π r (m / s) U (m / s) 6 6 U U C C se α C se α W se β W se β cos α + W cos β C se α cos α + tg β C U se α cos α + tg β C Caudal C A A A C π r π r Acho ro det e Si α 9º C U tgβ (m / s) 3.- Triágulos de velocidades (III) Fluido (C) Rotor (U) Relativa (C-U) Etrada C U W (C -U ) Salids C U W (C -U ) Forma del álabe α C^U β W^U El salto creado por la bomba, H: c H u cos α c g u cos α Si α H max γ El par motor, C: C (c r cos α c r cos α) g La potecia hidráulica, N: N C vel ag γ H Gra ifluecia de los álabes e el comportamieto de la máquia. 4

3 .- Bombas cetrífugas (I) rovoca el movimieto de u líquido, veciedo las resistecias que impoe el circuito hidráulico a su paso, cosume eergía Existe pricipalmete dos tipos de bombas: De desplazamieto positivo: de embolo, rotativas y de torillo Cetrífugas; so las empleadas e los sistemas de climatizació, calefacció ; produce u flujo cotiuo de agua; el par de arraque es pequeño, lo que hace fácil su accioamieto Características: caudal (m 3 /h o l/h) la presió o altura sumiistrada, h la altura de aspiració la potecia cosumida la presió máxima que puede soportar 5.- Bombas cetrífugas (II) Vetajas: de secilla costrucció, o requiere toleracias estrictas o ecesita válvulas, o tiee movimietos alterativos compacta y poco peso, fácil mateimieto y de vida prologada Icoveietes: bajos redimietos co caudales pequeños o se autoceba (valvula pie pozo) Las partes de la bomba so: el rodete. aspiració. carcasa o voluta., puede icluir u difusor (sistema de álabes fijos). empaquetaduras y cierres mecáicos. 6

4 .- Bombas cetrífugas (III) Existe bombas de rotor húmedo (si mateimieto, meos ruido, peor redimieto y para circuitos cerrados) y de rotor seco. Se llama bomba multifase o multietapa a las bombas que tiee varios rodetes ecerrados e ua úica carcasa (rodetes e serie) Eje horizotal Eje vertical 7.- Bombas cetrífugas (IV) Tipos de rodetes: Cerrados: el habitual, mejor redimieto, posibles problemas de obstrucció Semiabiertos: si problemas de obstrucció, se emplea co fluidos sucios Abiertos: si problemas de obstrucció, muy malos redimietos hidráulicos por fugas iteras Doble aspiració: compesa esfuerzos axiales, para grades caudales 8

5 .- B. C.: Cavitació Cavitació: vaporizació del agua por la depresió creada e la etrada (ruidos, desgaste de piezas, vibracioes, ) El peligro aumeta co agua caliete Las bombas cetrífugas tiee ua altura de aspiració limitada NSH (altura eta de succió positiva): es la presió míima por debajo de la cual se produce cavitació e la bomba Hay dos NSH: NSH requerida: es ua característica de la bomba NSH dispoible: es ua característica del circuito de aspiració patm psat NSHd Δcota Hper Tub γ NSHd NSHr +,5m 9.- B.C.: Leyes de Semejaza Al velocidad de giro (), el caudal () proporcioalmete, y la presió o altura (H) sumiistrada proporcioalmete a La potecia absorbida ( abs ) es proporcioal a 3 ( abs γ H) Al el diámetro del rodete (D r ), y H proporcioalmete Al la achura del rodete, proporcioalmete rpm rpm Drodete ó Drodete H H / abs abs /3 Al los águlos o el º de álabes cambia la forma de la curva H- La curva H- se ve afectada por m, y es sesible a la T; ara mateer u caudal determiado si T (μ) η, abs y H Se amplia e vetiladores

6 .- B.C.: uto de Fucioamieto (I) El puto de fucioamieto está marcado por la itersecció etre la curva de la bomba y la de la tubería ( k ) Circuito abierto:.estática + Fric. Tubería Circuito cerrado Fricció e Tubería.- B.C.: uto de Fucioamieto (II) ara variar el puto de fucioamieto de la bomba: Istalado u depósito de acumulació para las putas de demada Istalado varias bombas e paralelo Co u bypass y ua válvula etre la impulsió y la aspiració rovocado ua pérdida de carga co ua válvula situada e la tubería de impulsió Variado la velocidad de giro

7 .- B.C.: uto de Fucioamieto (III) N γ H Comparado cosumos: 3.- B.C.: uto de Fucioamieto (IV) Cotrol co velocidad variable: ojo al pto de fucioamieto cte 4

8 .- B.C.: uto de Fucioamieto (V) E las bombas co covertidor electróico: Bypas to al to Covertidor to al to 3 ot γ H Area Regulació co presió variable mi para el correcto fucioamieto de válvulas de cotrol 5.- B.C.: uto de Fucioamieto (V) E las bombas co covertidor electróico: Bypas to al to Covertidor to al to 3 ot γ H Area Regulació co presió variable to 3 mi para el correcto fucioamieto de válvulas de cotrol 6

9 .- B.C.: Acoplamietos (I) E paralelo para cada altura coseguida el caudal es la suma de los caudales de todas las bombas acopladas Hay que colocar ua válvula atiretoro e cada ua de las bombas Si las bombas so distitas puede suceder situacioes o deseables E serie para cada caudal sumiistrado la altura es la suma de la coseguida por cada ua de las bombas acopladas 7.- B.C.: Acoplamietos (II) E paralelo Sólo la bomba mayor 8

10 .- B.C.: Acoplamietos (III) E serie Sólo la bomba mayor 9.- B.C.: Motaje e Istalació Se debe teer e cueta: Lugar accesible Fácil aspiració Cebado, válvulas de pie de pozo Alieació Uioes flexibles Válvulas de reteció Coos difusores Elemetos de medida

11 .- B.C.: Selecció (I) Hay que acudir a las curvas del fabricate: Gráfico de selecció rápida B.C.: Selecció (II) Hay software de fabricates Tipo de circuito Fluido de trabajo E vetiladores es similar Resultados

12 .- B.C.: Otras B; Autocebates (I) Bajos redimietos (-4%) De aillos de agua: Rodete excétrico Lumbreras de etrada y salida e las paredes perpediculares al eje Como bombas de vacío co gases ( D a) d º alabes ( b a ) acho π ) s B.C.: Otras B; Autocebates (II) De caales de derivació: Rodete cocétrico E ua, o las dos paredes hay caales de derivació (espiral) Lumbreras de etrada y salida e cada ua de las paredes Trabaja mejor co líquidos 4

13 .- B.C.: Otras B; Egraajes (I) ara líquidos viscosos: aceites, gasóleos, cte cte H ot γ H cte3 H 5.- B.C.: Otras B; Egraajes (II) 6

14 .- B.C.: Otras B; Torillo (I) Líquidos viscosos Hasta presioes > bar Limitar esfuerzos axiales 7.- B.C.: Otras B; Torillo (II) 8

15 .- B.C.: Otras B; istoes Caudal cte 9.- B.C.: Otras B; Axiales (I) Recirculadoras Agitador 3

16 3.- Turbias Hidráulicas Aprovecha la eergía potecial o ciética de u líquido para trasformarla e eergía mecáica Existe múltiples tipos; su clasificació se suele hacer e de acció y de reacció Turbia elto: de acció, cazoletas e iyector, e saltos grades co pequeños caudales. Turbia Fracis: de reacció, álabes, distribuidor, e pequeños saltos y grades caudales. Turbia Kapla: de reacció, similar a ua hélice. ara pequeños saltos hidráulicos Vetiladores (I) Destiados a producir movimieto de aire. Los coceptos fudametales so: Caudal volumétrico. Icremeto de la presió estática. otecia dispoible. Redimieto del vetilador. Ruido, las dimesioes, o el modo de arrastre Tres tipos de presioes: resió estática, sobre las paredes del coducto Diámica, al covertir la eergía ciética e presió Total que es la suma de las dos 3

17 4.- Vetiladores (II) Clasificació (I): or la diferecia de presió estática: Alta presió: 8 < Δp > 3 mm.c.a. Media presió: 9 < Δp < 8 mm.c.a. Baja presió: Δp < 9 mm.c.a. or el sistema de accioamieto: Accioamieto directo Accioamieto idirecto por trasmisió or el modo de trabajo: Vetiladores axiales: mueve grades caudales co icremetos de presió estática baja. Hélice Tubo axial: e ua evolvete, da mayores presioes, geera mucho ruido Vetiladores (III) Clasificació (II): or el modo de trabajo (II): Vetiladores cetrífugos: el flujo de salida es perpedicular al de etrada. De alabes curvados hacia delate De alabes curvados hacia atrás De álabes rectos a radiales; captació de residuos Vetiladores trasversales; la trayectoria del aire e el rodete es ormal al eje tato a la etrada como a la salida. Vetiladores helicocetrífugos; so itermedios etre los cetrífugos y los axiales, e ellos el aire etra como e los helicoidales y sale como e los cetrífugos 34

18 4.- V.: Curvas Características (I) V.: Curvas Características (II) 36

19 37 Variació de la velocidad de giro: 3 ot ot + 5 log Lw Lw Variació del diámetro del rodete: 3 D D D D 5 D D ot ot + D D 7 log Lw Lw Variació de la desidad del aire: ot ot + log Lw Lw 4.- V.: Leyes de semejaza (I) caudal, resió, ot otecia absorbida, Lw ruido So iguales para las B.C. 38 Variació de las prestacioes: 4 / 4 / / D D 4 3 / 4 3 / / ot ot + + log log Lw Lw Variació varios parámetros: 3 D D 5 5 D D ot ot log 5 log D D 7 log Lw Lw 4 3 / 4 3 / / 4.- V.: Leyes de semejaza (II) So iguales para las B.C.

20 4.- V.: to Fucioamieto Depede del sistema de distribució de aire (es cambiate, filtros) Cotrol del caudal ara variable ara cte No V.: Acoplamieto (I) E serie e cotrarrotació 4

21 4.- V.: Acoplamieto (I) E paralelo V.: Selecció (I) Datos geerales Datos del coducto 4

22 4.- V.: Selecció (II) Vetilador Curva Compresores (I) Clasificació por el accioamieto Eléctrico, más habituales, problema de saturació de la líeas eléctricas or motores de gas, fácil regulació de velocidad, requiere de istalació adicioal y mateimieto. 44

23 5.- Compresores (II) Clasificació por separació del compresor y el accioamieto Abiertos, separació etre el compresor y el accioamieto, tiee partes accesibles, problema de estaqueidad e el eje. Herméticos, geeralizados e los equipos de pequeña potecia, hay iteracció de las averías. Semiherméticos, herméticos co cierta accesibilidad Compresores (III) Clasificació por el modo de compresió (I) Alterativos: Flujo pulsate (varios cilidros) Necesita válvulas (ruido) La presió de descarga se auto ajusta La capacidad se puede regular descargado cilidros 46

24 5.- Compresores (IV) Clasificació por el modo de compresió (II) Rotativos (I): o tiee válvulas de admisió De aletas: sileciosos, pero muy sesibles a la etrada de líquido. De Rodillo Compresores (V) Clasificació por el modo de compresió (III) Rotativos (II): De Doble Torillo: el sellado etre la alta y la baja presió se realiza co el aceite lubricate. Si válvulas, tiee fija la relació de compresió Regulació de capacidad y relació de compresió co lumbrera de descarga 48

25 5.- Compresores (VI) Clasificació por el modo de compresió (IV) Rotativos (III): De Torillo Simple: el cotrol de capacidad se realiza co u aillo. Scroll: so dos espirales. Tiee relació de compresió fija la regulació de la capacidad se hace co varias lumbreras de descarga Compresores (VII) Clasificació por el modo de compresió (V) Rotativos (IV): De Egraajes: Cetrífugos: grades volúmees, co baja relació de compresió V. atirretoro Flujo Axial 5

26 6.- Hélices (I) ricipio de Acció-Reacció Empuja agua hacia atrás, el barco reaccioa adelate ΔF a (axial), produce el empuje, e propulsió iteresa maximizarla ΔF u (tagecial) F A(p p ) (v v) Hélices (II) La fuerza resultate se puede descompoer e: ΔF a (axial), produce el empuje e propulsió iteresa maximizarla ΔF u (tagecia, rotació) Estela Catidad de Movimieto dv F ma ( Vol) ( dt) dt dv dt dv Fuerza ropulsiva F (v v) A (p p ) F / A F A 5

27 6.- Hélices (II) Fuerza ropulsiva (v v ) F Estela otecia de Accioamieto ac m (v v ) Eergía E cietica [ Vol ] (v v ) [ t] (v v ) (v t t t t t v ) otecia ropulsiva prop Wprop Fprop d F v t t [ (v v) ] v Redimieto de la ropulsió η prop prop ac v v + v 53

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