REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL P. P. PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL DE ARAGUA

“FEDERICO BRITO FIGUEROA”

LA VICTORIA – ESTADO ARAGUA

Profesor: Autores:

Javier Sumoza Castillo Carlos C.I: V-22.295.366

Sánchez Yoel C.I: V-25.386.194

Solano John C.I: V-20.770.254

Mecánica, Sección 2

La Victoria, Venezuela

Octubre, 2014

BOMB

AS Y

VENTI

LADO

R ES

INTRODUCCIÓN

Normalmente un generador hidráulico (bomba) es accionado por un motor eléctrico, térmico, etc. mientras que un motor hidráulico (turbina) acciona un generador eléctrico. Tratándose de fluidos compresibles el generador suele llamarse compresor y el motor puede ser una turbina de aire, gas o simplemente un motor térmico. Antes de conocer los fundamentos de operación de las bombas es necesario distinguir las diferentes clases de bombas que existen, y para esto la clasificación dada por el “Hidraulic Institute” de EE.UU. (1984) parece ser la más adecuada.

Existe una diversidad de clasificación de bombas que ocasionalmente puede causar confusión al intentar ubicarlas dentro de un cierto tipo, clave u otra distinción, sin embargo la más adecuada para propósitos de este trabajo es la proporcionada por el Instituto de Hidráulica de los EE.UU.

Esta clasificación toma en cuenta la forma cómo el fluido se desplaza dentro de los elementos de la bomba, así para aquellos en los que el fluido se desplaza a presión dentro de una carcasa cerrada, como resultados del movimiento suavizada de un pistón o embolo, se le denominan “bombas de desplazamiento positivo”, mientras que las bombas en las cuales el fluido es desplazado por el movimiento circular de uno o varios impulsores provistos de alabe, se les denomina “Bombas Centrifugas” y es en el presente trabajo a estas últimas a las que se hará referencia.

BOMBAS

Una bomba es una máquina que absorbe energía mecánica que puede provenir de un motor eléctrico, térmico, etc., y la transforma en energía que la transfiere a un fluido como energía hidráulica la cual permite que el fluido pueda ser transportado de un lugar a otro, a un mismo nivel y/o a diferentes niveles y/o a diferentes velocidades, en

otras palabras las bombas se utilizan para impulsar líquidos a través de un sistema de tuberías. La ecuación general de la energía se determina con la energía que una bomba agrega al fluido.

CLASIFICACIÓN

Primer Grupo (Dinámicas)

Bombas Centrifugas: Son aquellas en que el fluido ingresa a ésta por el eje y sale siguiendo una trayectoria periférica por la tangente.

Bombas Periféricas: Son también conocidas como bombas tipo turbina, de vértice y regenerativas, en este tipo se producen remolinos en el líquido por medio de los álabes a velocidades muy altas, dentro del canal anular donde gira el impulsor.

Segundo Grupo (De desplazamiento positivo)

Bombas Reciprocantes: Llamadas también bombas alternativas, en estas máquinas, el elemento que proporciona la energía al fluido lo hace en forma lineal y alternativa. La característica de funcionamiento es sencilla.

Bombas Rotatorias: Llamadas también rotoestáticas, debido a que son máquinas de desplazamiento positivo, provistas de movimiento rotatorio, y son diferentes a las rotodinámicas. Estas bombas tienen muchas aplicaciones según el elemento impulsor. El fluido sale de la bomba en forma constante, puede manejar líquidos que contengan aire o vapor.

CARACTERÍSTICAS

Caudal: Se define de la forma donde m es el flujo másico y d la densidad del fluido.

Vida Útil: A lo largo de su ciclo de vida útil el rendimiento de una bomba se deteriora principalmente debido a desgastes mecánicos y fenómenos de oxidación.

Carga Hidrostática: Se define de la forma y representa la diferencia de energía que el fluido tiene antes y después de pasar por la bomba.

Potencia: Puede ser de 2 tipos: potencia útil y potencia al freno.

Eficiencia: La eficiencia óptima de una bomba depende de la velocidad específica, se observa si tiene la capacidad de levantar cierto fluido teniendo en cuenta el volumen.

CURVAS CARATERÍSTICAS

Las curvas características se trazan casi siempre para una velocidad de giro de la bomba constante. El caudal (Q) se toma como la variable independiente básica, y como variable dependiente suelen tomarse la altura manométrica (H), la potencia y el rendimiento (n) consumido por la bomba.

Curva Característica respecto al Caudal (Q) y a la Altura (H)

APLICACIÓN EN SISTEMAS DE FLUJO

El estudio del flujo en sistemas de tuberías es una de las aplicaciones más comunes de la mecánica de fluidos, esto ya que en la mayoría de las actividades humanas se ha hecho común el uso de sistemas de tuberías. Por ejemplo:

La distribución de agua y de gas en las viviendas, el flujo de refrigerante en neveras y sistemas de refrigeración.

El flujo de aire por ductos de refrigeración, flujo de gasolina, aceite, y refrigerante en automóviles, flujo de aceite en los sistemas hidráulicos de maquinarias.

El flujo de gas y petróleo en la industria petrolera, flujo de aire comprimido y otros fluidos que la mayoría de las industrias requieren para su funcionamiento, ya sean líquidos o gases.

El transporte de estos fluidos requiere entonces de la elaboración de redes de distribución que pueden ser de varios tipos:

Tuberías en serie. Tuberías en paralelo. Tuberías ramificadas. Redes de tuberías.

SELECCIÓN DE BOMBAS

Criterios para la selección de Bombas.

Naturaleza del líquido por bombear. Capacidad requerida (flujo volumétrico). Condiciones del lado de succión de la bomba. Condiciones del lado de descarga de la bomba. Carga total sobre la bomba. Tipo de sistema donde la bomba impulsa el fluido. Tipo de fuente de potencia (motor eléctrico o diesel). Limitaciones de espacio, peso y posición. Condiciones ambientales. Costos de adquisición e instalación de la bomba.

VENTILADORES

Un ventilador es una máquina de fluido, más exactamente, una máquina neumática, concebida para producir una corriente de aire. Se utiliza para producir corrientes de aire, es decir, mover el aire para usos muy diversos. Entre ellos, ventilar los ambientes habitados, refrescar objetos o máquinas o para mover gases (principalmente el aire) por un sistema de conducciones. En su versión más corriente, un ventilador es una máquina que absorbe energía mecánica y la transfiere a un gas, proporcionándole un incremento de presión no mayor de 10 kPa, por lo que da lugar a una variación muy pequeña del volumen específico y suele ser considerada una máquina hidráulica (más propiamente, una máquina neumática).

CLASIFICACIÓN

Existen dos tipos principales de ventiladores: axiales y centrífugos.

Ventiladores Axiales: Posee un rotor que contiene como máximo trece aspas. El movimiento del aire es en forma recta. Pueden ser clasificados en: vane, turbo o propulsor.

Ventiladores Centrífugos: Genera que la corriente de aire cambie su orientación, desde el lugar donde ingreso, hasta la salida en un ángulo de noventa grados. Pueden ser utilizados para la calefacción o la refrigeración, para trabajar los materiales, entre otras aplicaciones. Pueden ser clasificados en paletas radiales, inclinado hacia adelante o hacia atrás, redondeado hacia adelante, tipo radial y airfoil.

CARACTERÍSTICAS

Caudal (Q): Es el volumen de fluido que circula por el ventilador en la unidad de tiempo. En realidad esta definición es exacta para ventiladores de media y baja presión, pues en los de alta presión debería tenerse en cuenta la compresibilidad del fluido variando entonces la definición de la siguiente forma:

Es la masa de aire (o fluido) que circula por el ventilador en la unidad de tiempo, para una masa de aire (o de fluido) en las condiciones normales de presión y temperatura.

Temperatura 20 °CHumedad Relativa 65%Presión 760 mmHg

Presión (P): Se define como la diferencia algebraica entre las presiones totales medias en las bocas de impulsión y aspiración las cuales se expresan en milímetros de columna de agua (760 mmHg = 10.332 mm.c.d.a.).

Rendimiento: La calidad aérea y mecánica de un ventilador se juzga por su rendimiento, que se define como el cociente entre la potencia utilizada y la suministrada.

CURVAS CARACTERÍSITCAS

Los ventiladores centrífugos, en general, son capaces de manejar presiones altas (P) con caudales (Q) bajos.

Se observa una curva característica de un ventilador centrífugo en términos de la presión total, la presión estática y la presión dinámica.

Curva Característica de un Ventilador Centrífugo

El ventilador debe ser utilizado como es lógico, su

rendimiento máximo. Es inexacta la creencia de que un ventilador trabaja solamente

bajo una presión constante. La presión de utilización es

función del caudal demandado y aquella se determina sobre la curva característica del aparato.

Curva Característica de un Ventilador Axial:

APLICACIÓN EN SISTEMAS DE FLUJO

Por parte de los Axiales:

Ventilador Helicoidal: Se aplica en circulación y extracción de aire en naves industriales.

Ventilador de tejado: Extracción a través de cubiertas y tejados para la renovación ambiental de parkings, hoteles, talleres, instalaciones agropecuarias, etc.

Tubo Axial: Se utiliza en instalaciones de ventilación, calefacción y aire acondicionado que requieran altos caudales con presión media a baja.

Vane Axial: Tiene aplicaciones similares a los tubo axial, pero con la ventaja de tener un flujo más uniforme y la posibilidad de obtener presiones mayores

Centrofil: Las mismas aplicaciones que el ventilador Vane Axial.

Por parte de los Centrífugos:

Curva hacia adelante: Se utiliza en instalaciones de ventilación, calefacción y aire acondicionado de baja presión.

Inclinadas hacia atrás: Se emplea para ventilación, calefacción y aire acondicionado. También puede ser usado en aplicaciones industriales, con ambientes corrosivos y/o bajos contenidos de polvo.

Palas Radiales: Empleado básicamente para instalaciones industriales de manipulación de materiales. Se le puede aplicar recubrimientos especiales anti-desgaste. También se emplea en aplicaciones industriales de alta presión.

SELECCIÓN DE VENTILADORES

Algunos de los puntos de vista más importantes a tener en cuenta en la elección de un ventilador son:

Rendimiento óptimo: Para ello se debe escoger el ventilador según el número específico de revoluciones requerido.

Mínimo nivel de ruido: Para ello se debe escoger el ventilador con un coeficiente de presión elevado y número de revoluciones bajo.

Gran caudal: Para ello se debe escoger un ventilador con coeficiente de caudal elevado.

Gran potencia específica: (volumen y masa de máquina reducidos para la potencia deseada).

Forma y dimensiones determinadas en la admisión y salida.

Curvas características planas: En todo el campo de trabajo del ventilador a fin de que el rendimiento se mantenga elevado.

Potencia mínima absorbida a caudal nulo.

TURBINAS

Una turbina es una máquina a través de la cual transita un fluido de manera continua, y que la atraviesa en un movimiento rotativo de un eje. Es común la confusión entre una turbina y un turborreactor, tipo de motor empleado en jets comerciales; en este contexto en estricto rigor la turbina es solo un componente del turborreactor, que consta de otras etapas como las de compresión e ignición. Tampoco hay que confundir la turbina con los generadores, ya que en ocasiones se aprovecha el movimiento rotatorio del eje de la turbina para generar por ejemplo electricidad, como veremos más adelante.

CLASIFICACIÓN

De acuerdo al cambio de presión en el rodete o al grado de reacción:

Turbinas de acción: Son aquellas en las que el fluido de trabajo no sufre un cambio de presión importante en su paso a través de rodete.

Turbinas de reacción: Son aquellas en las que el fluido de trabajo si sufre un cambio de presión importante en su paso a través de rodete

De acuerdo al diseño del rodete:

Turbina Kaplan: Son turbinas axiales, que tienen la particularidad de poder variar el ángulo de sus palas durante su funcionamiento.

Turbina Hélice: Son exactamente iguales a las turbinas kaplan, pero a diferencia de estas, no son capaces de variar el ángulo de sus palas.

Turbina Pelton: Son turbinas de flujo transversal, y de admisión parcial. Directamente de la evolución de los antiguos molinos de agua, y en vez de contar con álabes o palas se dice que tiene cucharas. Están diseñadas para trabajar con saltos de agua muy grandes, pero con caudales pequeños (Turbina de acción).

Turbina Francis: Son turbinas de flujo mixto y de reacción. Existen algunos diseños complejos que son capaces de variar el ángulo de sus álabes durante su funcionamiento. Están diseñadas para trabajar con saltos de agua medios y caudal medios.

Turbina Ossberger / Banki / Michell: La turbina OSSBERGER es una turbina de libre desviación, de admisión radial y parcial. Debido a su número específico de revoluciones cuenta entre las turbinas de régimen lento. El distribuidor imprime al chorro de agua una sección rectangular, y éste circula por la corona de paletas del rodete en forma de cilindro, primero desde fuera hacia dentro y, a continuación, después de haber pasado por el interior del rodete, desde dentro hacia fuera.

CARACTERÍSTICAS

Las grandes turbinas se diseñan de forma individual para cada emplazamiento, a efectos de lograr la máxima eficiencia posible, habitualmente más del 90%. Son muy costosas de diseñar, fabricar e instalar, pero pueden funcionar durante décadas.

La experiencia en el trabajo y en la construcción de turbo maquinas señala que las variables que caracterizan su funcionamiento son las siguientes:

La mencionada energía transmitida por unidad de masa (H.g) se define como la diferencia entre los trinomios de Bernoulli multiplicados por g en las secciones de entrada y de salida de la máquina.

CURVAS CARACTERÍSTICAS

Curva característica para una turbina térmica:

Las curvas de nivel de trazo discontinuo de color rojo muestran líneas de isorendimiento del compresor. Las curvas de trazo continuo de color negro muestran como varían el caudal másico (en abscisas) y la relación de compresión (en ordenadas) a régimen de giro adimensional N=cte.

APLICACIÓN EN SISTEMAS DE FLUJO

Sobre turbinas a vapor:

Instalaciones más compactas. Menos dispositivos auxiliares. No necesitan condensador. No necesitan agua. Lubricación más simple. Fácil control. Cimientos ligeros. Escape limpio (no necesita chimenea). Relación peso / potencia más pequeña. No existen limitaciones impuestas por las características de las hélices.

Sobre turbinas a gas:

Generación de electricidad. Propulsión de buques y aviones.

SELECCIÓN DE TURBINAS

Uno de los principales criterios que se deben manejar a la hora de seleccionar el tipo de turbina a utilizar en una central, es la velocidad específica (Ns) cuyo valor exacto se obtiene a partir de la siguiente ecuación:

Dónde:

(ne) son revoluciones por minuto, (N) es la potencia del eje o potencia al freno y (h) es la altura neta o altura del salto. Estos son los valores para el rendimiento máximo.

Velocidad específica Ns Tipo de Turbina

De 5 a 30 Pelton con un inyector

De 30 a 50 Pelton con varios inyectores

De 50 a 100 Francis lenta

De 100 a 200 Francis normal

De 200 a 300 Francis rápida

De 300 a 500 Francis doble gemela rápida o express

Más de 500 Kaplan o hélice

Tal como se mencionó anteriormente (Ns) sirve para clasificar las turbinas según su tipo. De hecho, (Ns) se podría denominar más bien característica, tipo o algún nombre similar, puesto que indica el tipo de turbina.

Al analizar la ecuación 1 se comprueba que a grandes alturas, para una velocidad y una potencia de salida dadas, se requiere una máquina de velocidad específica baja como una rueda de impulso. En cambio, una turbina de flujo axial con una alta (Ns), es la indicada para pequeñas alturas. Sin embargo, una turbina de impulso puede ser adecuada para una instalación de poca altura si el caudal (o la potencia requerida) es pequeño, pero, a menudo, en estas condiciones el tamaño necesario de la rueda de impulso llega a ser exagerado.

HIDRONEUMÁTICOS

Un Hidroneumático es un sistema ahorrador de agua que proporciona un suministro de líquido constante y una presión uniforme en todas las salidas de agua, siempre y cuando este bien instalado y bien seleccionado. Su funcionamiento es de manera automática. Se le llama hidroneumático porque es un equipo que requiere para su operación una combinación adecuada de aire y agua. Cuenta con un tanque precargado de aire y un diafragma de acción controlada que se llena de agua y que evita tener contacto con el metal del tanque la cual pudiera provocar olores y sabores desagradables

CLASIFICACIÓN

Hidroneumáticos Simples: Consiste en un sistema hidroneumático (agua-aire) completo en forma de paquete que proporciona agua a presión en toda la red hidráulica de la casa. Solo requiere un suministro de electricidad y conectar la succión de la bomba al tanque y descarga del equipo de tuberías esta diseñado para uso residencial y comercial fabricado con el criterio de alta calidad para lograr una excelente operación durante muchos años sin problemas de mantenimiento.

Hidroneumáticos Múltiples: Consiste en un sistema hidroneumático (agua-aire) completo en forma de paquete que proporciona agua a presión en toda la red hidráulica de la casa. Solo requiere un suministro de electricidad y conectar la succión de la bomba al tanque y descarga del equipo de tuberías está diseñada para uso industrial y comercial fabricado con el criterio de alta calidad para lograr una excelente operación durante muchos años sin problemas de mantenimiento.

CARACTERÍSTICAS

Constan de un orificio de entrada y uno de salida para el agua (en este se debe mantener un sello de agua para evitar la entrada de aire en la red de distribución), y otro para la inyección de aire en caso de que este falte.

Válvula de retención en cada una de las tuberías de descarga de las bombas al estanque hidroneumático.

Los hidroneumáticos constan de interruptores de presión para arranque a presión mínima y parada a presión máxima, arranque aditivo de la bomba en turno y control del compresor.

Indicador exterior de los niveles en el tanque de presión. (Puede suprimirse en caso de viviendas unifamiliares).

Dispositivo de drenaje del tanque hidroneumático y su correspondiente llave de paso.

CURVAS CARACTERÍSTICAS

Para bombas centrifugas de Voluta:

APLICACIÓN EN SISTEMAS DE FLUJO

Hidroneumáticos Residenciales:

Aumentar la presión en regaderas al momento de bañarse o en llaves de fregadero al momento de lavar los trastes.

Aumentar la presión del agua que alimenta los aparatos electrodomésticos como lavadoras o lava vajillas, permitiendo que se llenen más rápido y que enjuaguen la ropa o los trastes con mayor presión.

Hidroneumáticos para aplicaciones comerciales:

Aumentar la presión en tramos de tuberías muy largos como por ejemplo en centros comerciales, hospitales o edificios de oficinas; permitiendo que haya una presión uniforme y constante en todas las llaves de agua del edificio o instalaciones.

Aumentar la presión en cafeterías o restaurantes para que funcionen con mayor eficiencia las cafeteras o lavadoras de trastes industriales, por mencionar algunas aplicaciones.

Hidroneumáticos para aplicaciones industriales:

Aumentar la presión en líneas hidráulicas que alimentan equipos de producción que requieren una presión específica para poder funcionar correctamente.

Para aumentar la presión en las redes hidráulicas de protección contra incendios,

Para aumentar la presión y poder trasladar el agua con mayor eficacia de un punto a otro en una planta industrial

Para equipos de aire acondicionado y muchas aplicaciones más.

SELECCIÓN DE HIDRONEUMÁTICOS

En cuanto a la bomba:

Cuando se selecciona el tipo o tamaño de bomba, se debe tener en cuenta que la bomba por si sola debe ser capaz de abastecer la demanda máxima dentro de los rangos de presiones y caudales, existiendo siempre una bomba adicional para alternancia con la (o las) otra (u otras) y cubrir entre todas, por lo menos el 140% de la demanda máxima probable. Además debe trabajar por lo menos contra una carga igual a la presión máxima del tanque.

La potencia de la bomba puede calcularse, de la siguiente manera:

Dónde:    

HP: Potencia de la bomba en caballos de fuerza

Q: Capacidad de la bomba

n: Eficiencia de la bomba, Para efectos de cálculos teóricos se supone de un 60%.

En cuanto al tanque de presión:

Las dimensiones del tanque a presión, se escogen tomando en cuenta como parámetros de cálculo, el caudal de bombeo (Qb), los ciclos por hora (U), y las presiones de operación. El procedimiento de selección es el siguiente:

a. Determinación del tipo de ciclo de bombeo: (Tc) Representa el tiempo transcurrido entre dos arranque consecutivo de las bombas, y se expresa así:

 

b. Cálculo del porcentaje del volumen útil (% Vu): Representa la relación entre el volumen utilizable y el volumen total del tanque, y se podrá calcular a través de:

c. Cálculo del Volumen del Tanque (Vt):

CONCLUSIÓN

El uso de las turbinas tiene un margen muy amplio de tamaños y potencias, ya que se pueden utilizar desde maquinas con baja potencia (bombas, compresores), y también en aquellas que poseen 1.500.000 Kw. para generar electricidad. Estas turbinas son utilizadas en la generación de energía de origen nuclear, como en la propulsión de los buques con plantas nucleares, así también como en aplicaciones de cogeneración que requieran calor, y en ciclos combinados con un generador de vapor que recupera el calor que se perdería.

Por otra parte, los ventiladores se utilizan para producir corrientes de aire, es decir, mover el aire para usos muy diversos. Entre ellos, ventilar los ambientes habitados, refrescar objetos o máquinas o para mover gases (principalmente el aire) por un sistema de conducciones.

Los usos más comunes de los tanques hidroneumáticos están en los procesos del pozo de agua. También se pueden encontrar en las bombas de riego y bombas de aspersión. Disposición es el término utilizado para describir la cantidad de agua que un sistema particular utiliza durante un ciclo hídrico. Esta cantidad de agua o disposición debe conocerse antes de elegir el tamaño del tanque de agua hidroneumático. Los tanques también pueden tener revestimientos o vejigas que separan el agua del interior del depósito de metal.

BIBLIOGRAFÍAS

Internet.

http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/TBombas.htm

https://es.scribd.com/doc/137267279/Ventiladores-Clasificacion-Aplicacion-y-Calculo

https://es.scribd.com/doc/90928991/Caracteristicas-Generales-y-Funcionamiento-de-Las-Turbinas

http://www.buenastareas.com/ensayos/Tanque-Hidroneumatico/2453792.html

http://es.slideshare.net/luisangelgarciamanzanillo/hidroneumaticos

http://www.fing.edu.uy/imfia/sites/default/files/2-Centrif.pdf

https://es.scribd.com/doc/97370539/Bomba-Hidraulica-Monografias

http://html.rincondelvago.com/bombas-y-sus-aplicaciones.html

http://www.aguamarket.com/productos/productos.asp?producto=22332&nombreproducto=tanque++hidroneumatico

http://manuelvdf.blogspot.com/2012/03/curvas-caracteristicas-de-turbomaquinas.html