Prueba de M. Hidráulica de mañana

Ventilador

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 (1.000 mm.c.a. aproximadamente), 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).

Tipos de ventiladores

Ventilador centrífugo.

En principio existen dos tipos principales de ventiladores: axiales y centrífugos.

El ventilador axial es el que recoge e impulsa el aire (u otro gas) en la misma dirección que el eje de rotación de sus aspas.

El ventilador centrífugo toma el aire en la misma dirección que su eje de rotación, pero lo centrifuga contra una carcasa envolvente y acaba impulsándolo por una boca de esa carcasa, en una dirección que forma angulo recto con el eje de rotación.

Cualquiera de los dos tipos sirve para cualquier uso, pero el centrífugo suele ser el preferido cuando se trata de impulsar aire por sistemas de conductos.

Tipos de ventiladores según su uso

Industriales: centrífugos, helicocentrífugos, helicoidales de distintas presiones y caudales.

Extractores: generalmente axiales, se sitúan en un hueco en la pared o en la ventana del local para extraer el aire (o impulsar hacia dentro) del local a ventilar.

De pared: se fijan a la pared, permitiendo una mayor circulación en lugares pequeños, donde el uso de ventiladores de otro tipo sería engorroso debido al tamaño o a la disposición del local, o en conjunto con otros ventiladores, proporcionando una mayor circulación de aire.

De mesa: son ventiladores axiales de baja potencia utilizados especialmente en oficinas o en ambientes donde necesitan poca ventilación. A veces también los hay centrífugos.

De piso: son portátiles y silenciosos, posibilitan que sean colocados en el suelo en cualquier ambiente de una casa, pudiendo ser trasladados a cualquier parte. Podemos encontrarlos en varios modelos y formas.

De techo: son ventiladores verticales, sus aspas están en posición horizontal, y por lo tanto el aire va hacia abajo. Muy comunes, utilizados en habitaciones donde no hay espacio disponible en las paredes o el suelo, pueden ser muy peligrosos si no están correctamente fijados al techo.

Sin Aspas: son ventiladores con una forma circular tradicional pero en lugar de tener aspas impulsan el aire por medio de canales de aire que genera la misma función, e incluso más constante.

Componentes Principales de las Máquinas Hidráulicas

Órgano Intercambiador De Energía: Es donde ocurre La transferencia de energía hacia el fluido o viceversa. Es el corazón de toda máquina. En las máquinas hidráulicas rotativas, el órgano intercambiador de energía es el rodete, que está constituido por un disco que funciona como soporte o palas, también llamadas álabes, o cucharas en el caso de los rodetes de las turbinas. La geometría con la cual se realizan los álabes es fundamental para permitir el intercambio energético con el fluido; sobre éstas reposa parte importante del rendimiento global de toda la máquina y el tipo de cambio energético generado (si la energía será transferida por el cambio de presión o velocidad). Los tipos de rotores pueden ser cerrados, abiertos y semi-cerrados.

Impulsores Cerrados

• Álabes Unidos Al Disco

• Para Bombas Centrífugas Se Fabrican Por Fundición

• Para Ventiladores Y Compresores Se Fijan Por Medio De Remaches O Tornillos

• Se Emplean En Soluciones Limpias

• Generalmente Son De Ancho Constante, B1=B2

Impulsores Semi-abiertos

• Compuesto Por Álabes Y Disco Trasero

• Necesitan Gran Ajuste Entre Carcasa Y Álabes Para Evitar Recirculación Del Fluido

Impelentes Abiertos

• Los Álabes Se Fijan Directamente Al Eje.

• Se Emplean, Generalmente, En Bombas Pequeñas, De Bajo Costo.

• Se Emplean Para El Trasiego De Sustancias Abrasivas.

• Se Utilizan Nervios En La Unión Con El Eje, Para Reforzar Su Resistencia.

El rodete es un tipo de rotor situado dentro de una tubería o un conducto y encargado de impulsar un fluido. Generalmente se utiliza este término para referirse al elemento móvil de todas las máquinas rotativas. Consiste en un disco perpendicular al eje de giro, compuesto de álabes que pueden tener diversas configuraciones, (recto, curvado en dirección contraria al movimiento ó en dirección al movimiento). Según los esfuerzos que debe soportar y la agresividad del medio que debe impulsar, debe ser diseñado el rodete de la máquina. En el caso de las máquinas de desplazamiento positivo o volumétrico, el órgano intercambiador de energía puede ser un émbolo, pistón, membrana, diafragma, tornillo sin fin, lóbulos, engranes, entre otros.

Eje o Árbol de Transmisión: Tiene la doble función de transmitir potencia (desde o hacia el rotor) y ser el soporte sobre el que yace el rotor. En el caso de las máquinas generadoras éste siempre está conectado a alguna clase de motor, como puede ser un motor eléctrico, o

incluso una turbina como es común en los turborreactores, muchas veces entre el árbol y el motor que mueve a la Turbomáquina se encuentra algún sistema de transmisión mecánica, como puede ser un embrague o una caja reductora. En el caso de las Turbomáquinas generadoras, es frecuente encontrar un generador eléctrico al otro extremo del árbol, o incluso hay árboles largos que soportan al rotor en el medio y en un extremo se encuentra una Turbomáquina generadora y al otro un generador.

Partes Estáticas: Al conjunto de todas las partes estáticas de la Turbomáquina (y en otras máquinas también) se le suele denominar estator.

Carcasa: Es la parte fija de las máquinas que recubren los componentes de las máquinas, existen diversas formas y características que se adaptan a los requerimientos de la máquina.

Entradas y Salidas: Estas partes son comunes en todas las máquinas, pero pueden variar de forma y geometría entre todas. El conducto de entrada, conduce el fluido hacia el impelente y el conducto de descarga conduce el fluido hacia la salida de la máquina. Existen además, máquinas generadoras de doble admisión, es decir dos entrada diferenciadas y una salida única de fluido. Estas partes pueden constar de una brida en el caso de la mayoría de las bombas y compresores, pero en las turbinas hidráulicas grandes, solo son grandes tuberías y la salida muchas veces tiene forma de difusor. En los molinos de viento, por ejemplo, la entrada y la salida solo pueden ser superficies imaginarias antes y después del rotor.

Alabes directrices: También llamados palas directoras, son álabes fijos al estator, por los cuales pasa el fluido de trabajo antes o después de pasar al rotor realizar el intercambio energético. Muchas Turbomáquinas carecen de ellos, pero en aquellas donde si figuran éstos son de vital importancia. En las Turbomáquinas motoras se encargan de dirigir el fluido en un cierto ángulo, así como acelerarlo para optimizar el funcionamiento de la máquina. En las Turbomáquinas generadoras se encuentran a la salida del rotor. Los álabes directores también pueden llegar a funcionar como reguladores de flujo, abriéndose o cerrándose a manera de válvula para regular el caudal que entra a la máquina.

Cojinetes ó Rodamientos: Son elementos de máquina que permiten el movimiento del eje mientras lo mantienen solidario a la máquina, pueden variar de tipos y tamaño entre todas las máquinas.

Sellos Mecánicos: Son dispositivos que impiden la salida del fluido de la máquina. Cumplen una función crítica principalmente en los acoplamientos móviles como en los rodamientos. Pueden variar de tipos y ubicación dentro de la máquina a otra. Están destinados a sustituir cada vez en mayor grado a la junta o empaquetadura tradicional en ejes rotativos. Su uso se atribuye principalmente a una elevada seguridad de servicio, bajo o nulo mantenimiento y larga duración. La diversidad de aplicaciones y usos que el sello mecánico está destinado a cubrir, presupone un conocimiento específico del problema a resolver.

Caudal de aire

Volumen de aire que un equipo de Aire Acondicionado es capaz de hacer circular. La unidad de medida son los metros cúbicos por hora. Durante el funcionamiento de la unidad el caudal de aire variará según la velocidad de salida de aire seleccionada.

Presión dinámica (Pd)

Es la fuerza por unidad de superficie provocada por el movimiento del aire y se manifiesta en el mismo sentido que la dirección de éste. Dicha presión es siempre positiva.

Presión estática (Pe)

Es el valor de la fuerza que ejerce el aire sobre las paredes de las tuberías, en sentido perpendicular a ellas. Esta presión es positiva cuando es mayor que la atmosférica. Si las paredes de la tubería fuesen elásticas, veríamos como se dilatan. (Sobrepresión). Cuando es negativa, es decir, menor que la presión atmosférica, las paredes se contraerían (depresión).

Compresor (máquina)

Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir.

Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable.

Tipos de compresores

Clasificación según el método de intercambio de energía:

Hay diferentes tipos de compresores atmosféricos, pero todos realizan el mismo trabajo: toman aire de la atmósfera, lo comprimen para realizar un trabajo y lo regresan para ser reutilizado.

El compresor de desplazamiento positivo. Las dimensiones son fijas. Por cada movimiento del eje de un extremo al otro tenemos la misma reducción en volumen y el correspondiente aumento de presión (y temperatura). Normalmente son utilizados para altas presiones o poco volumen. Por ejemplo el inflador de la bicicleta. También existen compresores dinámicos. El más simple es un ventilador que usamos para aumentar la velocidad del aire a nuestro entorno y refrescarnos. Se utiliza cuando se requiere mucho volumen de aire a baja presión.1

El compresor de émbolo

Es un compresor atmosférico simple. Un vástago impulsado por un motor (eléctrico, diésel, neumático, etc.) es impulsado para levantar y bajar el émbolo dentro de una cámara. En cada movimiento hacia abajo del émbolo, el oxígeno es introducido a la cámara mediante una válvula. En cada movimiento hacia arriba del émbolo, se comprime el oxígeno y otra válvula es abierta para evacuar dichas moléculas de oxígeno comprimidas; durante este movimiento la primera válvula mencionada se cierra. El oxígeno comprimido es guiado a un tanque de reserva. Este tanque permite

el transporte del oxígeno mediante distintas mangueras. La mayoría de los compresores atmosféricos de uso doméstico son de este tipo.

• ¿Cómo funciona un compresor de pistón? En el esquema de abajo se muestra el esquema de un compresor de pistón típico. Es en esencia una máquina con un mecanismo pistón-biela-cigüeñal. Todos los compresores son accionados por alguna fuente de movimiento externa. Lo común es que estas fuentes de movimiento sean motores, lo mismo de combustión como eléctricos. En la industria se mueven compresores accionados por máquinas de vapor o turbinas. En este caso, cuando el cigüeñal gira, el pistón desciende y crea vacío en la cámara superior, este vacío actúa sobre la válvula de admisión (izquierda), se vence la fuerza ejercida por un resorte que la mantiene apretada a su asiento, y se abre el paso del aire desde el exterior para llenar el cilindro. El propio vacío, mantiene cerrada la válvula de salida (derecha).

• El compresor de tornillo: Aún más simple que el compresor de émbolo, el compresor de tornillo también es impulsado por motores (eléctricos, diésel, neumáticos, etc.). La diferencia principal radica que el compresor de tornillo utiliza dos tornillos largos para comprimir el oxígeno dentro de una cámara larga. Para evitar el daño de los mismos tornillos, aceite es insertado para mantener todo el sistema lubricado.

• Sistema pendular Taurozzi: consiste en un pistón que se balancea sobre un eje generando un movimiento pendular exento de rozamientos con las paredes internas del cilindro, que permite trabajar sin lubricante y alcanzar temperaturas de mezcla muchos mayores.

• Alternativos o reciprocantes: utilizan pistones (sistema bloque-cilindro-émbolo como los motores de combustión interna). Abren y cierran válvulas que con el movimiento del pistón aspira/comprime el gas. Es el compresor más utilizado en potencias pequeñas. Pueden ser del tipo herméticos, semiherméticos o abiertos. Los de uso doméstico son herméticos, y no pueden ser intervenidos para repararlos. Los de mayor capacidad son semiherméticos o abiertos, que se pueden desarmar y reparar.

• De espiral (orbital, scroll).

• Rotativo de paletas: en los compresores de paletas la compresión se produce por la disminución del volumen resultante entre la carcasa y el elemento rotativo cuyo eje no coincide con el eje de la carcasa (ambos ejes son excéntricos). En estos compresores, el rotor es un cilindro hueco con estrías radiales en las que las palas (1 o varias) comprimen y ajustan sus extremos libres interior del cuerpo del compresor, comprimiendo así el volumen atrapado y aumentando la presión total.

• Rotativo-helicoidal (tornillo, screw): la compresión del gas se hace de manera continua, haciéndolo pasar a través de dos tornillos giratorios. Son de mayor rendimiento y con una regulación de potencia sencilla, pero su mayor complejidad mecánica y costo hace que se emplee principalmente en elevadas potencias, solamente.

• Rotodinámicos o turbomáquinas: utilizan un rodete con palas o álabes para impulsar y comprimir al fluido de trabajo. A su vez éstos se clasifican en axiales

TURBOMAQUINAS

HIDRAULICAS (Flujo Incompresibles)

Generadoras

Aumento de Presión Bombas

Aumento de Presión Tornillo de Arquimedes

Generacion de Energia Cinetica Helices (marinas)

Receptoras o Motoras

Disminución de Energía Cinetica Turbinas Pelton (Acción)

Disminución de Presión

Turbinas Kaplan (Axiales)

Turbinas Francis (Centrifuga y Mixtas)

Turbinas de Flujo Cruzado (Ossberger)

TERMICAS (Flujo Compresibles)

Generadoras

Aumento de Energia Cinetica

Ventiladores (∆P ≤ 7 kPa)

Helices (Aeronautica)

Aumento de Presión

Soplantes (∆P < 300 kPa)

Compresores (∆P ≥ 300 kPa)

Receptoras o Motoras

Disminución de Entalpia

Turbinas de Vapor

Turbinas de Gas

Disminución de Energía Cinética Aeroturbinas

LA LEY DE BOYLE“A temperatura constante, la presión de una masa dada de gas es inversamente proporcional a su volumen”

LEY DE GAY LUSSAC“A presión constante, el volumen de un gas aumenta en proporción a la temperatura“, por lo tanto,

TRANSFORMACIÓN ISOCÓRICA“Con un volumen constante, la presión es proporcional a la temperatura”, por lo tanto, (En las expresiones superiores se debe utilizar la escala de temperatura Kelvin, es decir °C+ 273 = °K)Las relaciones anteriores se combinan para proporcionar la “ecuación general de los gases perfectos“. Esta ley proporciona una de las bases teóricas principales para el cálculo a la hora de diseñar o elegir un equipo neumático, cuando sea necesario tener en cuenta los cambios de temperatura.

TRANSFORMACIÓN ADIABÁTICALas leyes anteriores se referían siempre a cambios lentos, con solamente dos variables cambiando al mismo tiempo. En la práctica, por ejemplo, cuando el aire entra en un cilindro, no tiene lugar un camino de estas características, sino un cambio adiabático. La ley de Boyle de p V = cte. cambia a p V k = cte.El diagrama ilustra la diferencia con suficiente claridad. Vemos que tenemos una pérdida de volumen cuando la presión aumenta rápidamente. Nos encontramos nuevamente esta ley, cuando hablemos acerca del consumo de los cilindros.