Universidad de Jaén MÁQUINAS E INSTALACIONES DE FLUIDOS

Transcripción

1 Universidad de Jaén Departamento de Ingeniería Mecánica y Minera MÁQUINAS E INSTALACIONES DE FLUIDOS PROFESOR: PATRICIO BOHÓRQUEZ Despacho Tutorias: A-305 A (Linares) y A3-073 (Jaén) ver Prácticas: Laboratorio de Mecánica de Fluidos

2 Planificación de la asignatura (14 semanas) Teoría: 42 horas. Tutorías C.: 5 horas. Prácticas: 10 horas (3 de laboratorio y 7 de aula de informática). Prácticas de laboratorio: Bombas funcionando en serie/paralelo. Curvas características de una bomba centrífuga. Caracterización de una turbina Pelton. Práctica Virtual de una turbina Axial. Hay 1 grupo de prácticas Memorias accesibles desde DV Clave para acceder a DV: mif2012 Las sesiones de laboratorio se suelen complementar con sesiones en el aula de informática para la realización de las memorias. EVALUACIÓN: ENTREGA DE MEMORIAS (40%)+ EXAMEN (50%) + EVALUACIÓN CONTÍNUA (10%) 2

3 Ejemplo de bombas funcionando en serie/paralelo 3

4 Curvas características de una bomba centrífuga 4

5 Turbina Pelton 5

6 Turbina Axial 6

7 Simulación estática de una bomba centrífuga 7

8 Simulación numérica de una turbina axial 8

9 Bibliografía Básica: Mataix C. Turbomáquinas hidráulicas:turbinas, bombas, ventiladores. Universidad de Comillas, ISBN Fernández-Feria R., del Pino-Peñas C. y Parras L. Turbomáquinas Hidráulicas. Universidad de Málaga, Viedma A y Zamora B. Teoría y problemas de máquinas hidráulicas. Universidad de Cartagena, Avanzada: Nourbakhsh A., Jaumotte A. B., Hirsch Ch. & Parizi H. B. Turbopumps and Pumping Systems. Springer, Turton R. K. Principles of Turbomachinery. Chapman & Hall, Dixon S.L. Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery, 5th, Elsevier,

10 Introducción a las Máquinas Hidráulicas Máquinas de Fluido: sistema mecánico que intercambia una cierta cantidad de energía (cinética, potencial, presión o térmica) con el fluido que está contenido o que circula a través de ella. Si la máquina absorbe energía del fluido: Motor hidráulico o turbina. Si la máquina suministra energía al fluido: Bomba. Máquinas Térmicas: El fluido de trabajo es compresible y gran parte de la energía intercambiada es térmica. Máquina Hidráulica: Efectos de compresibilidad del fluido despreciables (intercambio de energía cinética, potencial o de presión). Energía Mecánica. Flujo generalmente turbulento, tridimensional y no estacionario. Análisis dimensional y semejanza física, teoría simplificada (unidimensional, bidimensional), ensayos experimentales. 10

11 Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Bomba 11

12 Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Bomba La espectacular Noria Grande, en Abarán, con sus 12 metros de diámetro, pasa por ser la más grande en funcionamiento de toda Europa. Es capaz de elevar más de 30 litros por segundo.. 12

13 Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Bomba Tornillo de Arquímedes (siglo III a.c.) 13

14 Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Bomba Bomba Impulsión 14

15 Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Turbina 15

16 Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Turbina central 16

17 Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Turbina aliviaderos 17

18 Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Turbina aliviadero canal de acceso tubería forzada central 18

19 Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Clasificación Máquinas Hidráulicas Motores hidráulicos Bombas Transmisiones hidráulicas Turbinas Hidráulicas Ruedas de Agua Motores Hidráulicos recíprocos Motores Hidráulicos Rotativos Dinámicas o turbobombas Desplazamiento positivo De chorro Neumáticas Centrífugas Axiales Mixtas Recíprocas Rotativas Elevadores Unidades neumáticas 19

20 Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Bomba tubo de succión émbolo empaquetadura tubo de descarga succión descarga Bombas de desplazamiento positivo: válvula de succión cilindro (a) válvula de descarga (b) a)embolo. b)bomba externa de engranajes. c)bomba de tornillo doble. d)paleta deslizante. e)bomba de tres lóbulos. f)doble pistón circunferencial. g)tubo flexible barredor. (c) (d) 20 (e)

21 Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Bomba Bombas de intercambio de cantidad de movimiento Según la dirección del flujo a la salida del rodete, podemos hablar de, bombas centrífugas (perpendicular al eje) bombas hélice (flujo paralelo al eje) bombas helicocentrífugas (flujo mixto). centrífuga eje de rotación helicocentrífuga hélice 21

22 Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Bomba Turbomáquinas o máquinas hidráulicas dinámica: existencia de un rotor, u órgano dotado de álabes que gira, a través del cual el fluido cambia su momento cinético e intercambia energía con él. 22

23 Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Bomba Radiales o centrífugas: el flujo es fundamentalmente radial, las trayectorias de las partículas fluidas está contenidas en planos perpendiculares al eje. Axiales: el flujo es axial con las trayectorias de las partículas fluidas contenidas en superficies de revolución paralelas al eje. Mixtas o diagonales: las trayectorias de las partículas fluidos están contenidas en superficies de revolución no cilíndricas. Se acercan o alejan del eje a la vez que tienen un componente axial de la velocidad importante. 23

24 Introducción: Bombas Bomba centrífuga de 1 etapa 24

25 Introducción: Bombas Bomba axial Bomba mixta Bomba centrífuga multietapa 25

26 Introducción: Bombas Despla- zamiento positivo Altura, Hn (feet) Centrífuga Mixta Flujo axial Caudal, Q (Gallons per Minute) 26

27 Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Bombas Instalación en paralelo 27

28 Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Bombas Conjunto de bombas en paralelo 28

29 Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Bombas Conjunto de bombas en paralelo 29

30 Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Turbinas Turbinas de acción o impulso: No hay variaciones de presión estática a través del rotor y toda la energía comunicada es en forma de energía cinética. Turbinas Pelton. Características de desniveles superiores a 400 m. Turbinas de reacción: El fluido cambia su presión al paso por el rótor. Según la dirección del flujo en turbinas radiales, mixtas (Turbinas Francis) o axiales (Kaplan). 30

31 Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Turbinas Embalse Depósito Amortiguador de transitorios Compuertas Tubería Plena carga Carga parcial Rueda Pelton Deflector inactivo Deflector activo Nivel del mar Inyector 31

32 Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Turbinas 32

33 Rodetes de turbinas hidráulicas 33

34 Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Turbinas Rango de aplicación de algunas turbinas hidráulicas en función de la altura y caudal de trabajo (Dixon, p. 292). 34