Carga teórica y carga neta.   

 

Sólo  en  condiciones  ideales  toda  la  energía  cedida  por  el  fluido  a  su  paso  por  la máquina puede ser tomada por los álabes en una turbina, o viceversa, la energía de los álabes puede ser comunicada al  fluido en una bomba. En condiciones reales siempre hay  una  diferencia  entre  esas  dos  energías,  diferencia  que  cuantifica  las  pérdidas hidráulicas,  por  flujo  circulatorio,  (número  finito  de  álabes),  fricción,  choques, recirculación, turbulencias, perdidas por  fricción que se verifican en el  flujo desde    la entrada de la máquina hasta la entrada del rodete y desde la salida del rodete hasta la salida de la máquina.  

Se llama carga teórica   a la energía teóricamente transferida entre fluido y los álabes del rodete (número infinito de álabes).   

Se llama carga neta     al gradiente de carga dinámica entre la entrada y la salida de la máquina. Para una turbina hidráulica, entre la entrada al caracol y la salida del tubo de desfogue. Para una bomba, entre  la entrada a  la  carcasa  y  la  salida de  la  voluta difusor.  

La  "carga  neta"       se  llama  también,  particularmente  en  las  bombas,  "altura manométrica".  

 

Evolución de la altura piezometrica del flujo en una Bomba. 

 

 

 

Evolución de la altura piezometrica del flujo en una Turbina 

 

Si se representan por    las pérdidas hidráulicas antes señaladas, entre la entrada y  

la salida, se tiene  

                       (Bombas) 

                      (Turbinas) 

Rendimientos 

 

En una TMH se definen varios tipos de rendimientos.  

a) Rendimiento hidráulico o manométrico, que muestra la relación existente entre la carga teórica y la carga neta.  

                   (Bombas) 

               (Turbinas) 

Este  rendimiento  caracteriza  la  capacidad de  la máquina   para  intercambiar energía con el fluido.  

Según  Wislicenus,  el  rendimiento  hidráulico  se  puede  obtener,  para  el  punto  de operación  de mejor  eficiencia  global  de  la  TMH,  aproximadamente  de  la  expresión empírica siguiente:  

 1   1    

 

En  la que k representa una constante con valor aproximado de 2/3 para máquinas de velocidad específica media y baja.  

b) Rendimiento volumétrico. Cuantifica el efecto  sobre el  intercambio energético de dos tipos de “fugas” de fluido.  

Fuga por  los  sellos, estoperos o  retenes  (bombas  y  turbinas): No  todo el  fluido que entre en una  turbina está en posibilidad de  intercambiar energía  con  los  álabes del rotor; Ni todo el fluido que sale a presión del rodete de una bomba sale por el ducto de descarga  de  la  bomba.  En  ambos  casos    parte  del  fluido  se  fuga  por  los  sellos, estoperos o retenes, antes de tener esa oportunidad. 

Fuga de recirculación (bombas) : Debida a la diferencia de presión entre la salida  y la entrada, se origina una cantidad de fugas  que vuelve a circular y entra al rodete  con el flujo de entrada. 

 Las  fugas  disminuyen  la  capacidad  volumétrica  y  aumenta  la  potencia  al    freno necesaria. Se define así  un rendimiento volumétrico 

            (Bomba) 

        (Turbina) 

 

en  donde   significa  el  gasto  volumétrico  que  entra  en  la  turbina  o  el  gasto 

volumétrico que sale de  la bomba y    las  fugas expresadas en  la misma unidad de caudal.  

 

 

Este rendimiento es muy alto en las máquinas modernas (próximo  al 100%), pues hoy día  se  cuenta  con  buenos materiales  para  sellos  (como  el  neopreno),  que  soportan bien la acción abrasiva que se produce entre los elementos de máquina en movimiento y las partes fijas. Pero en algunos casos se propicia una ligera fuga (lacrimeo), que evita la resequedad del sello y mejora las condiciones de deslizamiento. Es frecuente en las máquinas hidráulicas.  

c) Rendimiento mecánico. Tiene en cuenta  las pérdidas por rozamiento mecánico en chumaceras, cojinetes y órganos de regulación. Estas pérdidas llegan a ser  iguales al 2 ‐ 4% de la potencia al freno.  Su valor es difícil de precisar y generalmente se calcula en forma indirecta a través de los otros rendimientos que se están considerando.  

En  bombas,  la  eficiencia mecánica  es  la  relación  entre  la  potencia  suministrada  al fluido por el impulsor (carga teórica), a  la potencia al freno recibida en el eje.  

    

 

 En turbinas, El rendimiento mecánico es la relación de la potencia al freno desarrollado en el eje de la máquina a  la potencia suministrada por el fluido al  rotor  de la turbina.   

    

 

 

d)  Rendimiento  global  o  rendimiento  energético  total,  que  es  la  relación  entre  la potencia al freno de la máquina y la potencia hidráulica cedida o tomada por el fluido  

      (Turbinas) 

      (Bombas) 

Desde luego  

  

      (Turbinas) 

 

  

       (Bombas) 

Para los dos tipos de máquinas: 

 

Expresión  que muestra  la  distribución  características  de  pérdidas  en  dispositivos  en serie:  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rodamientos ‐ Rodete

  

1    

 

Entrada‐Rodete ‐Difusor Fugas 

   

Flujo de energía y pérdidas  en  una Bomba 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rodete‐Rodamientos 

   

 

Entrada‐Rodete‐Difusor Fugas 

 

1    

 

Flujo de energía y pérdida  en una Turbina