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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA - FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

MÁQUINAS HIDRÁULICAS Febrero de 2015

Fuente: MATAIX, Claudio. Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas. 2 ed. México: Harla, 1982. 660 p.

TURBOMÁQUINAS HIDRÁULICAS. GENERALIDADES1 DEFINICIÓN DE MÁQUINA Una máquina es un transformador de energía. Una máquina absorbe energía de una clase y restituye energía de otra clase o de la misma clase pero transformada

Ejemplos: Un motor eléctrico absorbe energía eléctrica y restituye energía mecánica

Motor eléctrico monofásico Motor eléctrico trifásico http://www.baldor.com/products

Un generador eléctrico absorbe energía mecánica y restituye energía eléctrica

Generadores Eléctricos Portáliles Generador Hidroeléctrica de Itaipú http://www.baldor.com/products http://w4.siemens.de/archiv/images/preview/1978_itaipu.jpg

Un motor de combustión interna recibe energía química y restituye energía mecánica

1 Fuente: MATAIX, Claudio. Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas. 2 ed. México: Harla, 1982. 660 p.

Numerales 18.1 y 18.2

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Motor de un vehículo Ford Motor Vehículo Audi. 525 CV (386 KW) http://www.ford.com.co/pick-ups/f-150#overlay=1249021121861 http://www.audi.com.co/ Una grúa y un torno absorben energía mecánica y restituye energía mecánica

Max. Load capacity 220 t

Telescopic boom 68 m

Lattice boom 37,2 m

Max. Lifting height 108 m

Full counterweight 71 t

http://www.schmidbauer-group.com/company/news/details/archive/2014/oktober/02/news/neu-am-standort-ingo-2.html

http://www.famasa.com/product.php?id=649

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CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS

Las máquinas se clasifican en máquinas de fluido, máquinas-herramientas

2, máquinas eléctricas, etc.

¿Qué es una máquina de fluido? Son aquellas máquinas en que el fluido, o bien proporciona la energía que absorbe la máquina o bien aquellas en que el fluido es el receptor de energía, al que la máquina restituye la energía mecánica absorbida

En toda máquina de fluido hay un intercambio entre energía del fluido y energía mecánica. Ejemplos: El agua que se suministra a una turbina hidráulica posee una energía, sustancialmente de presión, proveniente de la energía geodésica que poseía en el embalse y que la turbina transforma en energía mecánica. El vapor que se suministra a una turbina de vapor posee una energía (expresada, en mayor proporción, por el término entalpía) y el cambio entálpico entre la entrada y la salida del vapor es una medida de la transformación de esta energía en energía mecánica en la turbina. En una bomba centrífuga, la energía mecánica que absorbe del motor de accionamiento se comunica por el rodete al líquido y éste, a la salida, tiene una presión mayor que a la entrada.

Las máquinas de fluido se diseñan de muchas formas y tienen un sin fin de aplicaciones. Ejemplos de máquinas de fluido: Fresa neumática de un dentista que gira a 500.000 rpm Las turbinas Hidráulicas de la central de Itaipú, tipo Francis, de 740 MW cada una Turbina Kaplan. Planta Hidroeléctrica de Guangxi Dahua. 110 MW Las turbobombas de la central de acumulación por bombeo de Vianden (Luxemburgo) de 68.3 MW Las bombas de desplazamiento positivo alternativas para concreto La bomba de lubricación de engranajes externos (o internos) de un motor de combustión Las bombas de desplazamiento positivo rotativas de lóbulos para la industria alimenticia Compresores de aire o gases.

Rodete de una de las turbinas de Itaipú. Brasil –Paraguay. Peso aprox. 300 toneladas

Rodete Kaplan. Planta Hidroeléctrica de Guangxi Dahua. 110 MW

http://www.itaipu.gov.br/index.php?q=pt/ node/370&id_imagem=1581&pagina=5&categoria=0

http://www.tbhic.cn/en/productp.asp?id=8

2 Es incorrecto decir máquinas y herramientas.

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Rotor de 48 toneladas. Turbobombas de 68.3 MW. Planta

hidroeléctrica de Vianden. Bomba para concreto

VIEJO ZUBICARAY, Manuel. Bombas. Teoría, Diseño y Aplicaciones. Segunda Edición. México : Limusa. 1990. 290 p.

http://www.kleingmbh.de/en/quality.htm

Bomba de engranajes externos Bomba de engranajes internos. Tipo Gerotor

Bomba de desplazamiento positivo rotativa de cuatro lóbulos

http://vikingpump.com/en/products/seriesDisplay/fluidPo

wer/hydraulicPumps.html http://vikingpump.com/en/products/serie

sDisplay/internal/gerotor.html

http://www.csidesigns.com/alfalaval/pump-

lit.php

Compresor de aire de pistones JOY Compresor centrífugo Ingersoll Rand http://www.industrialairpower.com/wp-content/uploads/2008/10/joy-wn-compressor.jpg

http://www.ingersollrandproducts.com/eu-es/products/air/centrifugal-air-compressor

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CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS DE FLUIDO

Las máquinas de fluidos se clasifican en máquinas hidráulicas y máquinas térmicas

MÁQUINA HIDRÁULICA: Es aquella en que el fluido que intercambia su energía no varía sensiblemente su

densidad en su paso a través de la máquina, por lo cual en el diseño y estudio de la misma se hace la hipótesis

de que = cte. Un ventilador se considera una máquina hidráulica porque el incremento de presión es inferior a 100 mbar y, entonces, el cambio de densidad es despreciable. Ejemplos: Bombas centrífugas que manipulen cualquier líquido. Bombas de engranajes, bombas de pistones. Turbinas de centrales hidroeléctricas. Ventiladores.

MÁQUINA TÉRMICA: Es aquella en que el fluido en su paso a través de la máquina varía sensiblemente de

densidad y volumen específico, el cual en el diseño y estudio de la máquina ya no puede suponerse constante Ejemplos: Compresores, turbinas de gas, turbinas de vapor

Ventilador Axial. Máquina Hidráulica Bomba de desplazamiento positivo. “sanitary rotary lobe pump”

http://chicagoblowercanada.com/ http://www.grundfos.com/products/find-product/novalobe.html

Rodete turbina hidráulica tipo Kaplan. Turbomáquina Hidráulica

Compresor de Tornillo. Máquina Térmica

http://www.ethistory.ethz.ch/besichtigungen/touren/konjunkturkurven/index_EN/

http://www.gardnerdenverproducts.com

Rotor de una turbina de Vapor. Máquina Térmica Turbina de gas Rolls Royce. Máquina Térmica http://www.ge-energy.com/ http://www.rolls-

royce.com/energy/energy_products/gas_turbines/501/index.jsp

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CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS HIDRÁULICAS

Las máquinas hidráulicas se clasifican en turbomáquinas y máquinas de desplazamiento positivo Turbomáquinas: Se denominan también máquinas de corriente. En estos equipos los cambios en la dirección y valor absoluto de la velocidad del fluido juegan un papel esencial. El órgano transmisor de la energía (rodete) se mueve siempre con movimiento rotativo. El principio de funcionamiento de las turbomáquinas es la ecuación de Euler. Máquinas de desplazamiento positivo: Son también llamadas máquinas volumétricas, el órgano intercambiador de energía cede energía al fluido o el fluido a él en forma de energía de presión creada por la variación de volumen. Los cambios en la dirección y valor absoluto de la velocidad del fluido no juegan papel esencial alguno. El órgano transmisor de la energía puede moverse tanto con movimiento alternativo como con movimiento rotativo (según el tipo de máquina). El principio de funcionamiento de estas máquinas es el principio del desplazamiento positivo. Las turbomáquinas y máquinas de desplazamiento positivo se subdividen en motoras y generadoras. Las primeras absorben energía del fluido y restituyen energía mecánica; mientras que las segundas absorben energía mecánica y restituyen energía al fluido (puede hacerse un símil con los motores y generadores eléctricos, donde el fluido es la energía eléctrica).

Bomba Centrífuga Multietapa. Turbomáquina Hidráulica generadora

Rodete de turbina hidráulica tipo Deriaz. Turbomáquina motora

http://www.atb.com.mx/producto/0102/Bombas+ centrifugas+Grundfos+horizontales+multietapas+CM%2CCME.html

http://www.mhi.co.jp/en/products/detail/water_turbine_for_power_generation.html

Ventilador Flujo Mixto. Turbomáquina Hidráulica generadora

Ventilador Centrífugo. Turbomáquina Hidráulica generadora

http://www.howden.com/en/Products/AxialFans/default.htm http://www.cincinnatifan.com/centrifugal-pbs.htm

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Bomba de Engranajes Internos. Máquina de Desplazamiento Positivo generadora

Bomba de Pistones de acción directa. Fluido motor: vapor Máquina de Desplazamiento Positivo generadora (para el caso del agua) y

motora (para el caso del vapor) http://vikingpump.com/en/products /seriesDisplay/internal/univSeal.html

http://www.ddl-ltd.com/steam_pumps.php

Bomba de desplazamiento positivo rotativa de tres lóbulos Máquina generadora

Motor Hidráulico de desplazamiento positivo de engranajes externos. Máquina motora

http://www.gpmpump.com/prod_ssp_series_s_images_large_vert_open.htm

http://www.boschrexroth.com/