Teoría de máquinas e instalaciones de fluidos Juan Antonio García Rodríguez y Esteban Calvo Bernad

Transcripción

1 Teoría de máquinas e instalaciones de fluidos Juan Antonio García Rodríguez y Esteban Calvo Bernad Prensas de la Universidad de Zaragoza Textos Docentes, , 210 p., 17 x 23 cm euros Este libro recoge los contenidos teóricos que se imparten en la asignatura Máquinas e Instalaciones de Fluidos de los grados en Ingeniería de Tecnologías Industriales y en Ingeniería Mecánica que se imparten en la Escuela de Ingeniería y Arquitectura (EINA) de la Universidad de Zaragoza. Se incluyen también algunos aspectos no tratados en la actual asignatura con la intención de que el texto sirva como una primera aproximación para el tratamiento de las máquinas y de las instalaciones de fluidos.

2 ÍNDICE PREFACIO CONCEPTO Y CLASIFICACIÓN DE MÁQUINAS DE FLUIDOS Desarrollo histórico Intercambio de energía Clasificación Máquinas volumétricas ALGUNOS CONCEPTOS BÁSICOS DE MECÁNICA DE FLUIDOS. APLICACIÓN A TURBINA PELTON Volumen fluido y volumen de control Herramientas de cálculo integral y diferencial Derivada de una propiedad Γ asociada a un volumen de control y a un volumen fluido El Teorema de Transporte de Reynolds El teorema de Gauss La derivada sustancial Leyes físicas La conservación de la masa: ecuación de continuidad Consecuencias de la ecuación de continuidad La ecuación de la cantidad de movimiento La ecuación del momento angular La ecuación de la energía total La ecuación de la energía mecánica La ecuación de la energía interna Un ejemplo práctico: la turbina Pelton ANÁLISIS DIMENSIONAL EN TUBERÍAS Y TURBOMÁQUINAS Revisión de conceptos Semejanza geométrica Semejanza cinemática Semejanza dinámica Semejanza física rigurosa Teorema de Vaschy-Buckingham Aplicación del análisis dimensional al flujo en tuberías... 47

3 208 J.A. García, E. Calvo Factor de fricción para régimen laminar Aplicación del análisis dimensional a turbomáquinas hidráulicas INSTALACIONES DE BOMBEO Y VENTILACIÓN Funcionamiento de línea de bombeo o ventilación Conceptos básicos de cálculo de redes Nociones sobre bombas Arranque de las bombas Bombas en paralelo y en serie Bombas en paralelo Bombas en serie Instalaciones con nodo común Resolución de redes malladas Anexo I: Diagrama de Moody Anexo II: Hoja de catálogo con curvas características de una bomba REGULACIÓN DE CAUDAL EN INSTALACIONES DE BOMBEO Y VENTILACIÓN El problema de la regulación de caudal Regulación por modificación de la curva de instalación H I (Q) Válvula de regulación en serie Válvula en derivación (baipás) Comparación entre los métodos con válvula en serie y con válvula en derivación Regulación por modificación de H B (Q) Variación de la velocidad de rotación de la bomba Cambios en la orientación de los álabes Distribuidor en turbinas Uso de prerrotadores TRANSITORIOS EN INSTALACIONES. GOLPE DE ARIETE Establecimiento del flujo Fórmulas de Joukowsky Descripción del golpe de ariete Elementos amortiguadores GEOMETRÍA Y CINEMÁTICA DE TURBOMÁQUINAS HIDRÁULICAS Aspectos geométricos Detalles geométricos generales Geometría del rodete Planos característicos

4 Teoría de máquinas e instalaciones de fluidos Definiciones cinemáticas, triángulo de velocidades POTENCIAS Y RENDIMIENTOS Aplicación de la ecuación de la energía total al rodete Aplicación de la ecuación de la energía mecánica al rodete Pérdidas hidráulicas Potencias Rendimientos TEORÍA FUNDAMENTAL DE TURBOMÁQUINAS HIDRÁULICAS Introducción Ecuación del momento cinético: teorema de Euler Características del teorema de Euler Teorema de Euler en sistemas rotantes Equivalencia entre sistema fijo y sistema rotante Teoría 1D de turbomáquinas Introducción e hipótesis Curva H-Q en aproximación 1D de máquinas radiales Aplicación de la teoría 1D a máquinas axiales y mixtas Curva característica de intercambio energético neto H(Q) Grado de reacción Difusores Axiales o lineales Radiales Volutas o difusores tangenciales AERODINÁMICA APLICADA A MÁQUINAS DE FLUIDOS Disco actuador Fuerzas de sustentación y resistencia Teoría del elemento de pala TEORÍA DE SEMEJANZA EN TURBOMÁQUINAS Y PARÁMETROS ESPECÍFICOS Relación de escalas. Modelización Semejanza para obtener curvas características de funcionamiento Variación de la velocidad de giro N Variación del diámetro de rodete D Variación de la densidad del fluido ρ Cambio de varias variables Parámetros específicos Relación de los parámetros específicos con la geometría CAVITACIÓN Fenómeno de cavitación en turbomáquinas hidráulicas

5 210 J.A. García, E. Calvo Cavitación en bombas Cavitación en turbinas Referencia en depósito o pozo Análisis del NPSHA Interpretación del NPSHR Determinación del inicio de cavitación Efectos de la cavitación Modificación de curvas características Perturbaciones y daños mecánicos Criterios del inicio de la cavitación Semejanza en cavitación Ensayos de cavitación Números específicos de cavitación La cavitación en el problema de regulación de caudal Cavitación en la regulación con válvula en baipás Cavitación en la regulación variando N BIBLIOGRAFÍA