Introducción a las Máquinas Hidráulicas

Transcripción

Universidad de Jaén
Departamento de Ingeniería Mecánica y Minera
MÁQUINAS E INSTALACIONES DE FLUIDOS
PROFESOR: PATRICIO BOHÓRQUEZ
Despacho
Tutorias:
A-305 A (Linares) y A3-073 (Jaén)
ver http://blogs.ujaen.es/prmedina
Prácticas:
Laboratorio de Mecánica de Fluidos
Planificación de la asignatura (14 semanas)
 Teoría: 42 horas.
 Tutorías C.: 5 horas.
 Prácticas: 10 horas (3 de laboratorio y 7 de aula de informática).
 Prácticas de laboratorio:
Bombas funcionando en serie/paralelo.
Curvas características de una bomba centrífuga.
Caracterización de una turbina Pelton.
Práctica Virtual de una turbina Axial.
 Hay 1 grupo de prácticas
 Memorias accesibles desde DV
 Clave para acceder a DV: mif2012
Las sesiones de laboratorio se suelen complementar con sesiones
en el aula de informática para la realización de las memorias.
EVALUACIÓN: ENTREGA DE MEMORIAS (40%)+ EXAMEN (50%)
+ EVALUACIÓN CONTÍNUA (10%)
2
Ejemplo de bombas funcionando en serie/paralelo
3
Curvas características de una bomba centrífuga
4
Turbina Pelton
5
Turbina Axial
6
Simulación estática de una bomba centrífuga
7
Simulación numérica de una turbina axial
8
Bibliografía
 Básica:
 Mataix C. Turbomáquinas hidráulicas:turbinas, bombas, ventiladores.
Universidad de Comillas, 2009. ISBN 978-84-8468-252-3
 Fernández-Feria R., del Pino-Peñas C. y Parras L. Turbomáquinas
Hidráulicas. Universidad de Málaga, 2010.
 Viedma A y Zamora B. Teoría y problemas de máquinas hidráulicas.
Universidad de Cartagena, 2000.
 Avanzada:
 Nourbakhsh A., Jaumotte A. B., Hirsch Ch. & Parizi H. B. Turbopumps
and Pumping Systems. Springer, 2008.
 Turton R. K. Principles of Turbomachinery. Chapman & Hall, 1995.
 Dixon S.L. Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery,
5th, Elsevier, 2005.
9
Introducción a las Máquinas Hidráulicas
 Máquinas de Fluido: sistema mecánico que intercambia una cierta cantidad
de energía (cinética, potencial, presión o térmica) con el fluido que está
contenido o que circula a través de ella.
Si la máquina absorbe energía del fluido: Motor hidráulico o turbina.
Si la máquina suministra energía al fluido: Bomba.
 Máquinas Térmicas: El fluido de trabajo es compresible y gran parte de la
energía intercambiada es térmica.
Máquina Hidráulica: Efectos de compresibilidad del fluido despreciables
(intercambio de energía cinética, potencial o de presión). Energía Mecánica.
 Flujo generalmente turbulento, tridimensional y no estacionario.
 Análisis dimensional y semejanza física, teoría simplificada
(unidimensional, bidimensional), ensayos experimentales.
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Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Bomba
11
La espectacular Noria
Grande, en Abarán, con sus
12 metros de diámetro, pasa
por ser la más grande en
funcionamiento de toda
Europa. Es capaz de elevar
más de 30 litros por
segundo..
12
Tornillo de Arquímedes (siglo III a.C.)
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Bomba
Impulsión
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Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Turbina
15
central
16
aliviaderos
17
aliviadero
canal de acceso
tubería forzada
central
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Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Clasificación
Máquinas Hidráulicas
Motores hidráulicos
Ruedas
Turbinas
Hidráulicas de Agua
Motores
Hidráulicos
recíprocos
Dinámicas o turbobombas
Centrífugas Axiales
Bombas
Motores
Hidráulicos
Rotativos
Desplazamiento positivo
Mixtas
Transmisiones hidráulicas
Recíprocas
Rotativas
De chorro
Neumáticas
Elevadores
Unidades
neumáticas
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tubo de
succión
empaquetadura
tubo de
descarga
émbolo
succión
descarga
a)Embolo.
válvula de
descarga
válvula
de succión
Bombas de desplazamiento positivo:
b)Bomba externa de engranajes.
cilindro
(a)
(b)
c)Bomba de tornillo doble.
d)Paleta deslizante.
e)Bomba de tres lóbulos.
f)Doble pistón circunferencial.
g)Tubo flexible barredor.
(c)
(d)
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(e)
Bombas de intercambio de cantidad de movimiento
Según la dirección del flujo a la salida del rodete, podemos
hablar de,
• bombas centrífugas (perpendicular al eje)
• bombas hélice (flujo paralelo al eje)
• bombas helicocentrífugas (flujo mixto).
centrífuga
centrífuga
eje de
rotación
helicocentrífuga
hélice
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Turbomáquinas o máquinas hidráulicas dinámica: existencia de un rotor, u órgano
dotado de álabes que gira, a través del cual el fluido cambia su momento cinético e
intercambia energía con él.
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Radiales o centrífugas: el flujo es fundamentalmente radial, las trayectorias de las
partículas fluidas está contenidas en planos perpendiculares al eje.
Axiales: el flujo es axial con las trayectorias de las partículas fluidas contenidas en
superficies de revolución paralelas al eje.
Mixtas o diagonales: las trayectorias de las partículas fluidos están contenidas en
superficies de revolución no cilíndricas. Se acercan o alejan del eje a la vez que
tienen un componente axial de la velocidad importante.
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Introducción: Bombas
Bomba centrífuga de 1 etapa
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Bomba axial
Bomba mixta
Bomba centrífuga
multietapa
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Desplazamiento
Altura, Hn (feet)
positivo
Centrífuga
Mixta
Flujo axial
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Caudal, Q (Gallons per Minute)
Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Bombas
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Instalación en paralelo
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Conjunto de bombas en paralelo
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Conjunto de bombas en paralelo
Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Turbinas
Turbinas de acción o impulso: No hay variaciones de presión estática a través del
rotor y toda la energía comunicada es en forma de energía cinética. Turbinas Pelton.
Características de desniveles superiores a 400 m.
Turbinas de reacción: El fluido cambia su presión al paso por el rótor. Según la
dirección del flujo en turbinas radiales, mixtas (Turbinas Francis) o axiales (Kaplan).
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Depósito Amortiguador
Embalse
de transitorios
Compuertas
Tubería
Plena carga
Carga parcial
Rueda Pelton
Deflector inactivo
Deflector activo
Inyector
Nivel del mar
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Rodetes de turbinas hidráulicas
33
Rango de aplicación de algunas turbinas hidráulicas en función de la altura y caudal
de trabajo (Dixon, p. 292).
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Introducción a las Máquinas Hidráulicas

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