Bombas Y Turbinas

1. Investigar sobre la clasificación general de las turbinas según la dirección del flujo y según el grado de reacción.

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

Turbinas de acción: aquellas en las que el fluido de trabajo no sufre un cambio de presión importante en su paso a través de rodete. Son aquellas que para que impulsar el rodete solo se aprovecha la velocidad del fluido por lo que previamente se desea transformar toda la energía de presión del flujo en energía cinética.

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, además de aprovechar la energía cinética del fluido absorben en el rodete la energía de presión del mismo.

De acuerdo a la dirección del flujo:

Turbina Kaplan: son turbinas axiales, que pueden variar el ángulo de sus palas mediante su funcionar. Su diseño es ideal para trabajar con saltos de agua pequeños y con grandes caudales.(Turbina de reacción)

Turbina Pelton: Son turbinas de flujo transversal, y de admisión parcial. Su diseño es 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. Su diseño es ideal para trabajar con saltos de agua medios y caudal medios.

Referencia Bibliográfica: Libro Energía Hidroeléctrica de José Francisco Sanz Osorio Edición 2008 Pagina 150.

2. Clasificación de las bombas hidráulicas según su funcionamiento, la dirección del flujo y la velocidad especifica. Indique sus aplicaciones según carga y caudal.

Según el principio de funcionamiento:

Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas: su funcionamiento se basa en el principio de la hidrostática, de tal manera que el aumento de presión se efectúa por el empuje de las paredes de las cámaras que varían su volumen. En este tipo de bombas, en cada ciclo el órgano propulsor genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, por lo cual también se les conoce como bombas volumétricas.

Bombas de émbolo alternativo: en las que existe uno o más compartimentos fijos, pero con volumen variable, por la acción de un émbolo o de una membrana. Algunos tipos de bombas de este son la bomba alternativa de pistón, la bomba rotativa de pistones o la bomba pistones de accionamiento axial.

Bombas volumétricas rotativas o rotoestáticas: son las que en una masa fluida es confinada en uno o mas compartimentos que se mueven desde la zona de entrada (de baja presión) hasta la zona de salida (de alta presión) de la máquina. Algunos tipos de máquinas de este tipo son la bomba de paletas, la bomba de lóbulos, la bomba de engranajes, la bomba de tornillo o la bomba peristáltica.

Bombas rotodinámicas: el principio de funcionamiento de esta bomba tiene que ver con el intercambio de cantidad de movimiento entre la máquina y el fluido, con la hidrodinámica.En este tipo de máquinas el flujo del fluido es continuo.

Según la dirección del flujo:

Radiales o centrífugas: en las que las trayectorias de las partículas fluidas están contenidas principalmente en planos perpendiculares al eje como ocurre en las bombas centrifugas y en las turbinas centrípetas.

Axiales: en las que las líneas de corriente están contenidas en superficies de revolución paralelas al eje esto es cilíndrica.

Diagonales o helicocentrífugas: las trayectorias están contenidas en superficies de revolución no cilíndricas por lo que se acercan o alejan al eje, a la vez que tiene una componente muy importante paralela a dicho eje.

Referencia Bibliográfica: Teoría de máquinas hidráulicas Antonio Viedma Robles, Blas Zamorra Parra Edición 1997 Pagina 1-4.

3. Explique como podemos distinguir en campo, entre una bomba y una turbina; y como podemos distinguir, en el caso de diferentes bombas, a que tipo corresponde cada una de ellas.

Una de las diferencias fundamentales es que el intercambio de energía de fluido se efectúa siempre con variación de presión a diferencia de la turbomáquina en las que el intercambio de energía se realiza con variación de energía cinética.

La curva característica QH de una bomba centrifuga revela que esta puede dar una altura (presión) máxima que según la ecuación de Euler depende de la forma del rodete. Por lo contrario en una bomba de embolo el gasto va depender de la carga del sistema (fricción en las tuberías, codos, etc) sino que dependerá del desplazamiento y la velocidad. Además si las paredes son lo suficientemente robustas y el motor tiene la suficiente capacidad, la bomba proporcionara toda la presión que se desea o teóricamente la curva Q-H de una bomba de desplazamiento positivo.

Las turbomáquinas basadas en la ecuación de Euler por lo general no son reversibles. Si una bomba centrifuga trabaja como turbina se reduce su eficiencia y en algunos casos la bomba no produce ninguna potencia útil.

Las bombas de desplazamiento positivo se emplean casi exclusivamente en las transmisiones y controles quedando prácticamente las turbomáquinas fuera de esta área. Para ello existen dos razones:

a) En las turbomáquinas al variar la presión varía el caudal.

b) Una bomba rotodinámica tiene una presión máxima.

Referencia Bibliográfica: Libro Bombas, teoría, diseño y aplicaciones de Manuel Viejo Zubicaray Edicion 2003 Pag.82

4. Investigar sobre el fenómeno de cavitación, explicando su formación, sus causas y consecuencias en las bombas.

La cavitación es el cambio súbito de fase líquido a vapor que ocurre siempre que la presión local es igual o menor que la presión de vapor. La primera aparición de cavitación sucede en la posición de la presión más baja en el campo de flujo. Cuatro tipos de cavitación han sido identificados:

Cavitación viajera: La cual existe cuando las burbujas o cavidades de vapor que se forman son arrastradas corriente abajo y se colapsan.

Cavitación fija: la que existe cuando una cavidad de vapor se forma como una región separada. La región separada puede volverse adherir al cuerpo o la region separada encerrando la parte posterior del cuerpo y es contenida por el flujo principal en cuyo caso se conoce como super cavitación.

Cavitación vorticial: La encontrada en el núcleo de un vórtice de alta velocidad y por lo tanto de baja presión a menudo observada en el vórtice de punta que abandona un hélice.

Cavitación vibratoria: la que existe cuando una onda de presión se desplaza en un líquido. Una onda de presión se compone de un pulso de presión que consiste en una alta presión seguida de una baja presión. La parte bajo presión de la onda puede provocar cavitación.

Cuando hay cavitación el rendimiento de la bomba se degrada con serenidad conforme el flujo volumétrico desciende. La bomba se hace ruidosa y genera un sonido fuerte e intermitente, como si hubiera grava en el fluido. Si se permitiera que esto continuara la bomba se destruiría en poco tiempo. De apagarse rápido e identificar la causa de la cavitación para corregirla antes de reiniciar la operación.

Si se hubieran formado burbujas de vapor en el puerto de succión debido a una presión baja en exceso, colapsarían cuando llegaran a las zonas de presión más alta. El colapso de las burbujas liberaría cantidades grandes de energía lo que afectaría las aspas del impulsor y ocasionaría la erosión rápida de su superficie.

Si el fluido es un líquido como el agua es necesario es necesario considerar la compresibilidad porque los líquidos son muy poco compresibles. Conforme el líquido fluye después que pasa un cuerpo la presión estática baja. Si la presión disminuye lo suficiente el líquido se evapora y forma burbujas. Cuando las burbujas de vapor colapsan cerca de la superficie del cuerpo ocurre una erosión rápida o se forma hoyos. La cavitación tiene otros efectos adversos cuando se da cerca de las superficies de control de las embarcaciones o de las hélices. Las burbujas en el agua disminuyen las fuerzas ejercidas sobre los timones y otras paletas de control y hacen que disminuyan el empuje y el rendimiento de las propelas.

Los efectos de la cavitación en una bomba rotodinámica son varios por un lado la implosión de una burbuja asimétrica en la vecindad de una pared causa un microchorro de alta velocidad que impacta sobre su superficie. La presión de impacto asociada a la cantidad de movimiento puede alcanzar valores extremadamente elevados (del orden de miles

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