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Turbina s turbina


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T U R B I N A S

        



Turbina, es un motor rotativo que convierte en energía mecánica la energía de una corriente de agua, vapor de agua o gas. El elemento básico de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas, hélices, cuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia, de tal forma que el fluido en movimiento produce una fuerza tangencial que impulsa la rueda y la hace girar.

Esta energía mecánica se transfiere a través de un eje para proporcionar el movimiento de una máquina, un compresor, un generador eléctrico o una hélice. 

 

¿Qué es la Hidráulica? Es el proceso mediante el cual la energía potencial del agua se convierte en energía eléctrica a través del trabajo de rotación de una turbina.

    


Las turbinas se clasifican en turbinas hidráulicas o de agua, turbinas de vapor y turbinas de combustión. Hoy la mayor parte de la energía eléctrica mundial se produce utilizando generadores movidos por turbinas. Los molinos de viento que producen energía eléctrica se llaman turbinas de viento. 

      


  • ¿Cómo funcionan las Turbinas hidráulicas?

                       

Para mantener una salida constante de voltaje en una instalación hidroeléctrica la velocidad de la turbina debe mantenerse constante, independientemente de las variaciones de la presión del agua que las mueve.

Esto requiere gran número de controles que, tanto en la turbina de Francis como en la de Kaplan, varían el ángulo de las palas. En las instalaciones de ruedas Pelton, el flujo del agua se controla abriendo y cerrando las boquillas eyectoras. En este caso, se utiliza una boquilla de derivación de descarga, dado que los cambios rápidos de corriente en canales de caída largos podrían producir aumentos repentinos en la presión, llamados martillos de agua, que pueden ser muy dañinos.

Con estos ajustes, se mantiene constante el flujo de agua a través de las boquillas. Para ello se cierran las boquillas de descarga, lo que se hace con mucha lentitud para evitar martillos de agua. 

               


  • Avances en el diseño de las turbinas

Las turbinas pueden ser de varios tipos, según los tipos de centrales: Pelton (saltos grandes y caudales pequeños), Francis (salto más reducido y mayor caudal), Kaplan (salto muy pequeño y caudal muy grande) y de hélice. Las centrales dependen de un gran embalse de agua contenido por una presa. El caudal de agua se controla y se puede mantener casi constante. El agua se transporta por unos conductos o tuberías forzadas, controlados con válvulas para adecuar el flujo de agua por las turbinas con respecto a la demanda de electricidad. El agua sale por los canales de descarga.

 

La tendencia en las turbinas hidráulicas modernas es utilizar caídas mayores y máquinas más grandes. Según el tamaño de la unidad, las turbinas Kaplan se utilizan en caídas de unos 60 m, y en el caso de las turbinas Francis de hasta 610 m.    



 

Muchas de las pequeñas instalaciones en presas construidas antes de 1930 han sido abandonadas debido a su alto coste de mantenimiento y la mano de obra que requieren. Sin embargo, el aumento de los costos de los combustibles fósiles ha hecho volver la mirada hacia este tipo de sistemas de poca caída. Con el desarrollo de turbinas de hélice normalizadas con ejes casi horizontales, las instalaciones pequeñas han recuperado su atractivo original. 

            

Se han diseñado turbinas que actúan como bombas cuando funcionan a la inversa, invirtiendo el generador eléctrico para que funcione como un motor. Dado que no es posible almacenar la energía eléctrica de forma económica, este tipo de bombas turbina se utiliza para bombear agua hacia los embalses, aprovechando la energía eléctrica generada por las centrales nucleares y térmicas durante las horas de poco consumo. El agua embalsada se emplea de nuevo para generar energía eléctrica durante las horas de consumo elevado. En los últimos años se han desarrollado turbinas para caídas de hasta 600 m y con capacidades de más de 400 MW. 

       


           

En las presas se genera electricidad liberando un flujo controlado de agua a alta presión a través de un conducto forzado. El agua impulsa unas turbinas que mueven los generadores y producen así una corriente eléctrica.

A continuación, esta corriente elevada de baja tensión pasa por un elevador de tensión que la transforma en una corriente reducida de alta tensión. La corriente se transporta por cables de alta tensión hasta las subestaciones eléctricas donde se reduce la tensión para ser empleada por los usuarios. El agua sale de la presa por el desagüe. 



BREVE HISTORIA DE LAS TURBINAS HIDRÁULICAS
Las ruedas hidráulicas comunes que obran principalmente por el peso del agua, por ser las más elementales y obvias fueron también las primeras turbinas que construyó el hombre. Las primeras ruedas hidráulicas se construyeron posiblemente .

Diferentes tipos de ruedas hidráulicas:
a) alimentación superior (rueda gravitatoria pura)

b) alimentación lateral;

c) de paletas planas;

d) de impulsión inferior;

e) paletas de alimentación inferior;

f) turbina Banki


En Asia, China y la India, hace unos 2200 años; de Asia pasaron a Egipto y desde allí a Europa (unos 600 años después que en Asia) y América. Leonardo Da Vinci, Galileo y Descartes , entre otros, realizaron estudios teóricos y matemáticos sobre las ruedas hidráulicas. Mención especial merece el francés Parent (1666- 1716) físico y matemático de París y miembro de la Real Academia de Ciencias, estudia por vez primera el funcionamiento de las ruedas hidráulicas, y genialmente prevé que existe una relación óptima entre la velocidad de la rueda y la velocidad de la corriente de agua. Las mejoras hechas a las ruedas comunes dieron como resultado la construcción de las ruedas de impulso y de reacción las cuales presentan la ventaja de aprovechar la energía cinética y, por lo tanto, ser de menor tamaño.
Las figuras siguientes presentan los tipos principales de ruedas hidráulicas y en ellas se puede notar su evolución en el uso, no sólo de la energía gravitacional sino también de la variación de la cantidad de movimientos (principio de Euler), constituyéndose así estas ruedas en las precursoras de las modernas turbinas hidráulicas. El uso de la energía hidráulica no es nada nuevo y se remonta a más de 2000 años atrás, pero se desarrollo lentamente durante espacio de 18 siglos, debido al inconveniente de que las instalaciones deberían situarse junto a los ríos; mientras que las maquinas de vapor se podían instalar en cualquier lado.
Al evolucionar la tecnología de la transmisión eléctrica, está permitió el gran desarrollo de las plantas hidroeléctricas y por consiguiente, de las turbinas hidráulicas. En este nuevo esquema de transformación de energías: energía hidráulica energía eléctrica energía mecánica, las ruedas hidráulicas-debido en gran parte a que en ellas el agua entra y actúa únicamente en parte de la circunferencia no así en .
Turbina hidráulica propuesta por Euler las turbinas en las cuales el agua lo hace en toda la circunferencia - tienen dos desventajas fundamentales: rendimiento bajo y velocidad de rotación muy lenta (4 a 10 rpm). Las turbinas hidráulicas nacieron para superar estas desventajas, y su evolución ha sido el aumento cada vez mayor de la velocidad de rotación y de su eficiencia con el fin de conseguir potencias específicas más altas, lo que permite generación eléctrica a más bajo costo.
El estudio de las turbomáquinas hidráulicas como ciencia no se crea hasta que Euler en 1754 publica su famosa memoria de Berlín sobre maquinaria hidráulica, en la que expone su teoría de las máquinas de reacción :"Théorie plus compléte des machines qui sont mises en mouvement par la reaction de l' eau" 1.
En esta memoria desarrolla Euler por vez primera la ecuación fundamental de las turbomáquinas, deducidas igualando el par a la variación de la cantidad de movimiento del fluido en su paso por el rotor. En la figura 2 puede verse un dibujo de la turbina hidráulica ideada por Euler. Posteriormente el ingeniero francés Claude Burdin (1790- 1873), profesor de la escuela de minas de Saint Etienne, en su célebre memoria de la academia de Ciencias desarrolla la teoría "des turbines hydrauliques ou machines rotatoire á grande vitesse" 2 acuña por vez primera la palabra "turbina " para el vocabulario Nota del editor: "Teoría más completa de máquinas que son puestas en movimiento por la reacción del agua" 2 Nota del editor: "Teoría de turbinas hidráulicas o máquinas rotatorias a gran velocidad" técnico. La palabra turbina viene del latín turbo- INEM , que significa rotación o giro.
Burdin fue un ingeniero teórico; pero su discípulo Fourneyron (1802-1867) fue un ingeniero práctico, y logró en 1827 construir la primera turbina hidráulica experimental digna de tal nombre; más aún a lo largo de su vida, Fourneyron construirá un centenar más de turbinas hidráulicas para diferentes partes del mundo.
Esta turbina que tuvo un éxito clamoroso, porque era capaz de explotar saltos mayores que los explotables con las antiguas ruedas hidráulicas, era radial centrífuga, de inyección total, y escape libre; aunque Fourneyron previó también el tubo de aspiración, cuyo estudio realizó él mismo.
Desde 1837 las turbinas hidráulicas de Henschel y Jonval compiten con las de Fourneyron . Otras turbinas hidráulicas anteriores al siglo XX fueron la de Fontaine , y sobre todo la desarrollada en 1851 por Girard , que era de acción de inyección total y que alcanzó una notable difusión en Europa.

Los tipos mencionados no son los únicos, y, aunque algunas de estas turbinas han logrado sobrevivir y aún siguen en funcionamiento, han dejado de construirse por las razones siguientes:


1) rendimiento bajo sobre todo en cargas parciales de (70-75% a plena carga hasta 50-55% a 50% de la carga).

2) velocidad de giro muy reducida, y, como consecuencia,

3) potencia por unidad muy baja.
En 1891 la central de Niágara causó sensación con una potencia instalada de 1470 kW. A comienzos del siglo XX aparecen las turbinas hidráulicas de gran velocidad y gran rendimiento, únicas que se construyen en la actualidad.
A grandes rasgos se puede resumir así el desarrollo de las turbinas hidráulicas:
El siglo XVIII es el siglo de su gestación.
El siglo XIX el de su nacimiento (en este siglo nacieron en América las Turbinas Pelton y las Turbinas Francis ) .
El siglo XX el de su desarrollo.

A principios de este siglo aparecen las turbinas hidráulicas de gran velocidad.


1905 ­ en USA existen turbinas hidráulicas de 7360 kW girando a 250 rpm (turbinas Francis gemelas), Y 1915- creación de la Turbina Kaplan, Y 1918- la turbina Banki Y 1914- la turbina Turgo Y 1950- la turbina Deriaz Y 1970- la turbina Bulbo Las turbinas hidráulicas, como ha podido notarse, son máquinas cuyo desarrollo no pertenece a las últimas décadas.
Hace más de 2000 años que el hombre hace uso de ellas y poco más de un siglo que las principales casas constructoras de Europa, Asia y América realizan un esfuerzo sistemático con el objeto de perfeccionarlas.

Su evolución no ha terminado sino por el contrario se ha acelerado en los últimos años ya que las necesidades de energía limpia cada día son mayores y los sitios disponibles exigen turbinas más rápidas, más compactas y sobre todo más eficientes. En el campo de la ciencia y la tecnología así como en todas las ramas del saber humano siempre habrá algo que descubrir y mejorar, por lo que la investigación debe ser permanente, tal como lo muestra el desarrollo de las turbinas hidráulicas, y, que se ilustra en la siguiente narración titulada "El error del obispo Wright".


tomada del libro. "La oración de la rana" de Anthony de Mello, S.J.: Hace muchos años, un obispo de la costa este de los Estados Unidos se hallaba visitando una pequeña universidad religiosa de la costa oeste, alojándose en casa del rector de la universidad, un joven y progresista catedrático de Física y Química. Un día el rector invitó a los miembros

de su facultad a cenar con el obispo, para que pudieran beneficiarse del saber y la experiencia de éste.


Después de la cena, la conversación se centró en torno al tema del milenio, del que el obispo aseguró que no podía tardar en llegar. Y una de las razones que adujo para ello era que ya se había descubierto todo en el terreno de la naturaleza y se habían hecho todos los inventos posibles.
El rector, con toda cortesía, mostró su desacuerdo y dijo que, en su opinión, la humanidad se encontraba en los umbrales de una era de grandes descubrimientos.

El obispo desafió al rector a que mencionara uno de ellos, y el rector dijo que tenia esperanza de que en el plazo de cincuenta años, más o menos, los humanos podrían volar. Aquello le produjo al obispo un ataque de risa. "Si Dios hubiera querido que los humanos voláramos, nos habría dado alas.


El volar está reservado a las aves y a los ángeles."El obispo se apellidaba Wright y tenía dos hijos llamados Orville y Wilbur, que fueron los inventores del aeroplano.
Turbinas Hidráulicas

       En la actualidad, los motores hidráulicos que se utilizan exclusivamente en centrales eléctricas, son las denominadas turbinas hidráulicas, cuyo principio de funcionamiento es el mismo que el de las ruedas hidráulicas, descritas anteriormente. Ahora, también la energía de movimiento del agua se transforma en el movimiento de giro de un eje.

       Sin embargo, se diferencian de las ruedas hidráulicas en su construcción y en las mayores velocidades obtenidas, de forma que su rendimiento es mucho más elevado que el de las ruedas hidráulicas y, además pueden construirse para potencias mucho mayores.

       Las turbinas hidráulicas tienen formas constructivas muy variadas, para adaptarse a las distintas características de altura y caudal de los saltos de agua que se han de aprovechar. Ante todo, hay turbinas de acción y turbinas de reacción según el principio de funcionamiento de ambos tipos de motores. 

       También hay turbinas radiales si el agua choca radialmente sobre el rodete de la turbina, turbinas axiales, si el agua choca siguiendo la dirección del eje de la turbina y turbinas radiales-axiales, si la entrada el agua se efectúa radialmente y la salida se realiza en la dirección del eje. Además hay turbinas de eje horizontal y turbinas de eje vertical.

       Por lo general, las turbinas de acción se emplean para saltos de agua de pequeño caudal y gran altura de salto; las turbinas de reacción se utilizan para saltos y caudales medios y, también, para saltos de gran caudal y poca altura.



Generalidades de las Turbinas

       Las condiciones de funcionamiento de las turbinas hidráulicas difieren esencialmente de las correspondientes a los motores térmicos ya que en estos puede suponerse que se dispone siempre del agente motor (combustible, vapor, etc.) mientras que el funcionamiento de las turbinas hidráulicas varía con las forzosas oscilaciones del caudal disponible.

Cierto es que con embalses adecuados puede conseguirse, en algunos casos, cierta regulación del caudal, diurna, mensual o anual, consiguiendo un caudal constante o un caudal proporcional a la carga instantánea; pero, en otras ocasiones, esto no es posible.

Como, por otra parte, ha de intentarse conseguir el máximo aprovechamiento económico del agua disponible, es de gran interés conocer las relaciones entre caudal, altura de salto, potencia, velocidad y rendimiento, con objeto de conocer, en cada caso, cuál es el tipo más adecuado de turbina y, también el porqué de la elección de un tipo determinado de turbina,

para un aprovechamiento hidroeléctrico dado.
 

Bombas Centrífugas

       En la bomba centrífuga la dirección de flujo es entrada axial y salida radial. 


Se distinguen de acuerdo con su construcción, diversos tipos de bombas centrífugas.

Esto se debe a las condiciones bajo las cuales tienen que funcionar, como son altura de elevación y caudal. 



Bombas centrífugas de una sola etapa

       La construcción más simple de una bomba centrífuga corresponde a una bomba de una sola etapa con rodete radial, rueda de guía de salida y envolvente circular.

       Respecto al funcionamiento se puede notar que el efecto producido por la rotación del rodete surge de la tendencia del fluido adyacente a las caras anteriores de las paletas, a desplazarse radialmente hacia afuera como consecuencia de la fuerza centrífuga, siendo lanzado desde los bordes de las paletas hacia la envolvente.

Como resultado de este movimiento, se origina una menor presión en el centro; para reemplazar el fluido descargado por el ventilador, se genera un flujo axialmente hacia dentro del rodete. 

       Después de salir del rodete, el líquido recurre la rueda de guía, donde la energía cinética se transforma en energía de presión, y sale después por la envolvente circular a la cañería de presión.

Bombas centrífugas de varias etapas

       Al no poderse obtener, por razones prácticas, una gran diferencia de nivel o un gran caudal con una sola etapa, se construyen bombas con dos o más etapas, que dejan pasar el líquido sucesivamente por varios rodetes y ruedas de guía.

Tratándose de presiones altas, las etapas se conectan en serie, y para caudales importantes en paralelo, pudiéndose hacer toda clase de combinaciones. 

       Después de la última etapa el líquido pasa por un recipiente circular o en espiral comunicado con la cañería de presión. 

       Los rendimientos por etapas son bajos, y se alcanzan altas presiones con menor caudal.
 Turbó bombas: son aquellas en que el incremento de energía que recibe el fluido se debe a la variación del momento cinético que experimenta el mismo al pasar por el rodete.

Dentro de este grupo podemos establecer tres tipos en función de la trayectoria que sigue el fluido a lo largo del rodete.

     Centrifugas: caudales moderados y alturas notables (H/Q alto)

     Axiales: grandes caudales y altura reducida (H/Q bajo)

     Helicocentrífugo: es un tipo intermedio a los otros dos (H/Q intermedio)

   Bombas de desplazamiento positivo: se aplica una determinada fuerza a una serie de cámaras de trabajo que se van llenando y vaciando de forma periódica, trasladando con ello pequeñas cantidades discretas de fluido desde la aspiración hasta la impulsión. El aumento de la energía del fluido se efectúa directamente en forma de energía de presión.

Las bombas centrifugas son las más empleadas en sistemas de distribución de agua y presentan un tratamiento mas sencillo como consecuencia de que los filetes fluidos que atraviesan su rodete se comportan, al menos teóricamente, del mismo modo. Por este motivo estudiaremos su comportamiento.

Una turbó máquina consta fundamentalmente de una rueda de álabes, llamada rodete, que gira libremente alrededor de un eje pasando un fluido por su interior.

En el rodete tiene lugar una transformación de energía mecánica en energía de flujo en el eje de la maquina.

A este tipo de turbomáquinas consumidoras de energía mecánica corresponden las bombas hidráulicas, los ventiladores y los turbocompresores.

Según la dirección del flujo en el rodete, las turbomáquinas pueden clasificarse en:

   Axiales: el desplazamiento del fluido en el rodete es paralelo al eje, no tiene componente radial, solo componentes tangencial y axial.

   Radiales: el desplazamiento del flujo en el rodete es perpendicular al eje

   Mixtas: el desplazamiento del flujo en el rodete tiene las tres componentes: axial, radial y tangencial.

Vamos a centrarnos en el estudio de las bombas hidráulicas.

La importancia que tiene las bombas como convertidores de energía mecánica (procedente del motor que los arrastra) en energía hidráulica (fundamentalmente en forma de energía cinética y de presión) es tal que podemos afirmar que después de los motores eléctricos, son las bombas los elementos que con mayor frecuencia encontramos en la industria.


La clasificación más común que se hace de las bombas es aquella que atiende a su principio de funcionamiento. De aquí se obtiene dos grandes grupos de bombas:

 Las bombas centrifugas podemos distinguir los siguientes componentes:

 

   Una entrada unida a la tubería de aspiración



   Un rodete móvil solidario al eje que transmite la rotación desde el motor.

   Un difusor que reduce la velocidad de salida

   Una cámara espiral CE (voluta o caracol) que recoge todos los filetes a la salida del difusor y conducirlos hasta la sección de salida.

   Sección de salida donde se acopla la tubería de impulsión.

 
El rodete es elemento que posibilita el intercambio de energía mecánica en energía hidráulica, en tanto el difusor y la cámara espiral una parte de energía adquirida por el fluido en forma cinética se transforma en energía de presión.

De los rodetes definidos anteriormente, es el centrifugo el que admite un tratamiento teórico mas simple y por ello se ha realizado su estudio para llevarlo a la práctica.

 

El comportamiento real de las bombas centrifugas se deduce de las curvas características reales de la bomba, las cuales obtiene el fabricante ensayando la bomba en un banco de pruebas. A su vez, desde el punto de vista conceptual, estas curvas características se pueden obtener a partir del comportamiento teórico de la bomba.


Las curvas características de mayor interés son:

 

     Altura en función del caudal: H = H(Q)



     Potencia en función del caudal: P = P(Q)

     Rendimiento en función del caudal: h = h(Q)

 

Todas ellas deben venir detalladas en los catálogos de bombas, y caracterizan perfectamente las prestaciones y calidad de la turbomáquina.


Cada una de ellas se puede obtener de las otras dos a través de la formula siguiente.
 

 

donde:



Pa: es la potencia consumida por el motor

Q: caudal impulsado por la bomba

Hb: altura manométrica que proporciona la bomba

g: peso especifico del fluido

hg: rendimiento global de la bomba

 

Por tanto las curvas características empleadas son dos:



 

   Altura en función de caudal.





Hb = A + B Q + C Q2

 

   Rendimiento en función del caudal.

 


hg = D Q + E Q2

Las leyes de semejanza hidráulica sirven en general para predecir el comportamiento de turbomáquinas hidráulicas geométricamente semejantes, cuando se conoce el comportamiento de una de estas maquinas girando a una velocidad de rotación determinada.


Las expresiones de las leyes de semejanza aplicadas a puntos de funcionamiento homólogos de una misma bomba son:

 
;

 
donde a es la relación de velocidades de giro de la bomba.
 

 

En muchas aplicaciones no es necesario mantener la velocidad constante a lo largo del tiempo, para ello utilizaremos las leyes de semejanza para trasladar las curvas características a las correspondientes velocidades de funcionamiento.



 

Para obtener las nuevas ecuaciones de las curvas características de la bomba, nos valdremos de las leyes de semejanza:

 
-Ecuación curva característica altura-caudal a distinta velocidad.

 

Hbo= A + B Qo + C Qo2 ; ;


A través de las tres ecuaciones anteriores obtenemos:




Hb = A a2 + B a Q + C Q2

-Ecuación curva característica rendimiento-caudal a distinta velocidad.
hg = D Qo + E Qo2 ;

A través de las dos ecuaciones anteriores obtenemos:





Primero deberemos obtener la ecuación de la curva característica de la bomba dada por el fabricante, para ello escogeremos tres puntos de la curva y hallaremos su correspondiente curva teórica (semejante a una parábola) por el método de Gauss-Jordan o por el método de mínimos cuadrados.




Q(m3/h)

Hb(m)

50

104

250

90

400

74

Con estos dos métodos conseguiremos obtener las constantes de la curva A, B y C, así como su curva característica:




A:

106,1905

B:

-138,8571

C:

-1357,7143



Hb = 106,1905 - 138,8571 Q -1357,7143 Q2

Después tendremos que hallar la frecuencia a la cual debe de ir el motor para el punto requerido. Para ello despejaremos N1 de la ecuación:


2

Para obtener N1 tendremos que resolver un sistema de ecuación de segundo grado, y así podremos saber la velocidad a la que girara la bomba para el caudal y la altura dada.



Grupos de presión

Cuando mediante los cálculos realizados y tras recalcular toda la red, o parte de ella, con velocidades menores, la presión disponible sea menor de la exigida o la diferencia, sea grande en los períodos punta, debe de disponerse de un grupo de elevación o hidroneumático.


Este consta, de un depósito regulador o rompedor, de donde tomará el agua la bomba, el grupo electro-bomba, el cuadro eléctrico y un depósito de presión de pequeña capacidad.
Es muy importante por ello, calcular bien este elemento, fundamental para la buena marcha del conjunto de la instalación.
Un grupo hidroneumático viene definido por:

A.- El caudal de la bomba.
B.- Altura manométrica de la bomba y potencia de la misma.
C.- Volumen del depósito (de presión).
D.- Eventualmente, capacidad del depósito de regulación de la (o las) bombas.
El esquema es el siguiente:

  1. Caudal de la bomba

Se determina, considerando que debe introducir en el depósito la misma cantidad del período punta, o sea, el caudal máximo de proyecto, (si se introducen dos grupos, el caudal de cada uno será la mitad del máximo demandado), o solución más económica, del 70% del máximo.

Puede venir dado en m³/h, l/h, min o l/s. Habitualmente, se suele hacer en l/s, adoptando los valores unitarios de la NBA para cada uno de los diferentes aparatos y el coeficiente de simultaneidad correspondiente.

La determinación de caudales, se puede hacer, en las viviendas, directamente con los valores de la tabla siguiente:



N.º de viviendas
5
Hasta 8
Hasta 11
Hasta 14
Hasta 17
Hasta 20
Hasta 23
Hasta 26
Hasta 29
Hasta 32
Hasta 35
Hasta 38
Hasta 41
Hasta 44
Hasta 47
Hasta 50

Tipo medio caudal l/h
3.000
3.900
4.500
5.200
5.900
6.300
6.900
7.300
7.800
8.100
8.700
9.200
9.400
9.700
9.900
10.200

Tipo lujo caudal l/h
4.000
4.900
5.600
6.180
6.750
7.310
7.860
8.400
8.930
9.450
9.960
10.460
10.950
11.430
11.900
12.360


Tipo medio: baño, aseos y cocina, únicamente.
Tipo lujo: dos baños completos, aseo y cocina.
En todo caso la norma del ministerio, establece que los caudales no serán inferiores a los de la tabla siguiente:

Suministros
0 a 10
11 a 20
21 a 30
31 a 50
51 a 75
76 a 100
101 a 150

Tipo A
25
40
60
90
150
200
250

Tipo B
35
60
75
150
220
270
300

Tipo C
50
85
110
180
250
290
320

Tipo D
60
100
140
220
290
320
-

Tipo E
75
125
180
280
320
-
-

B. Altura manométrica de la bomba (presión manométrica)


Nos vendrá dada por la siguiente suma:


a.- Altura geométrica, existente entre el nivel más bajo de aspiración de la bomba hasta la salida a presión más elevada de la instalación.


b.- Presión que se desea en el punto más elevado o desfavorable. Esta presión residual, debe ser de 8 a 10 m, pues con este valor, funcionan correctamente los calentadores de gas y el servicio de duchas es agradable. Según la NBA, deberá ser de 15 m c.d.a. en el grifo más desfavorable.


c.- Pérdidas de carga en el circuito de tuberías, (en viviendas se puede tomar entre el 10 y el 20% de la altura geométrica del grifo más alto).


d.- Margen diferencial, (del colchón de aire en el depósito), generalmente se considera:

- 10 m c.d.a. para equipos de presión, mínima inferior a 2 kg/cm², (20 m).


- 15 m c.d.a. para equipos de presión, mínima inferior a 7 kg/cm², (70 m).
- 20 m c.d.a. para equipos de presión, mínima superior.

Una simplificación, es considerar como presión diferencial 1,5 kg/cm², (15 m c.d.a.) siempre.

El cálculo de la potencia de las bombas, propiamente dichas, se realiza en base a la conocida fórmula:

Q (l/s) =caudal. Es preferible poner siempre dos bombas.
Hm = altura manométrica.
= peso específico del agua =1
= rendimiento que varía entre 0,7 y 0,8.
P = potencia (cv).

C. Volumen del depósito (del grupo de presión o autoclave)

Se determina, en función del número de ciclos por hora de bombeo, (habitualmente entre 4 y 6 ciclos por hora), y de las presiones máximas y mínimas de la instalación.


Existe un sistema simplificado y otro más estricto.




a) El simplificado, consiste en aplicar la norma del ministerio de industria, que establece que el volumen del depósito (agua más aire), en litros, será, como mínimo, el que resulte de multiplicar los coeficientes de la tabla siguiente, por el número de viviendas que alimenta:
Sin compresor:

Tipo de vivienda
Coeficiente

A
40

B
50

C
60

D
70

E
80


Con compresor:

El volumen resultante, puede reducirse en este caso, (siempre que en ausencia de agua, el compresor sea capaz de comprimir el aire del recipiente entre 30 y 35 m c.d.a.) multiplicando por los coeficientes siguientes, según el tipo de las viviendas:



Tipo de vivienda
Coeficiente

A
15

B
18

C
20

D
23

E
25


b) el estricto, exigirá aplicar:

Con compresor:

siendo:
Q= caudal de la bomba en (l/s).


P máx= presión máxima permitida a la instalación, 60 a 80 m c.d.a. y de existir grifería cerca del autoclave, se limitará a 40 m c.d.a.
P mín= H + J + Pr 1,20 mH + 8 m c.d.a.
Nc= número de ciclos de la bomba, (entre 4 y 6 por hora).



Sin compresor:


Debe cumplirse que:


Siendo los valores los mismos del caso anterior.

Es importante considerar que cuando la capacidad del depósito de presión exceda de 4.000 l, debe acudirse a varias unidades que sumen la capacidad deseada.


Datos de la instalación ejemplo:

Caudal: 30.000 lts/hora.


Altura geométrica aspiración: 4 metros.
Altura geométrica impulsión: 60 metros.

Tubo de aspiración:

Tubo de impulsión:


longitud: 6 mts.
diámetro: 100 mm (4'').
1 curva de 90º.
1 válvula de pie.
1 reducción.

longitud: 90 mts.
diámetro: 65 mm (2'' 1/2).
3 curvas de 90º.
1 válvula de retención.
1 válvula de compuerta.
1 reducción.



Considerando que los cálculos se han realizado para tubería y accesorios nuevos, conviene ir ligeramente sobrado al elegir la bomba en altura y caudal, ya que el envejecimiento de la instalación comportará una mayor pérdida de carga.


En todos los casos es necesario calcular la altura de aspiración e impulsión por separado, con la finalidad de comprobar que la bomba es capaz de aspirar sin dificultades.


Hidráulico
El estudio de las fuerzas y de los movimientos encontró en líquidos, como agua o los aceites, se conocen como hidráulicos. Es parte de un campo más grande del mecánico del líquido que incluye flujos y la aerodinámica del gas. El hidráulico se utiliza para proyectar sistemas de bombas, de propulsores, de turbinas hidráulicas del agua, de prensas, y de dispositivos de la medida de flujos. Se subdivide en la hidrostática (ve Hidrosta), eso que es el estudio de las fuerzas encontradas en líquidos en resto, y la hidrodinámica, el estudio de líquidos en el movimiento.

El hidráulico es aplicable, esencialmente, los incompressíveis, los líquidos flúidos que él no contrae debajo de la presión, y flujo de aire de poca velocidad.


La hidrostática

El matemático francés Paschal Blaise declaró que la presión a cualquier punto a la misma subida de un líquido confinado es la misma.


Considerando que la presión es fuerza para la unidad del área, la fuerza total demostrada en un cuerpo que contenga un líquido es proporcional al área de la superficie exhibida al líquido.
Esta forma el principio de la prensa hidráulica. Los pistones de hermético se proporcionan en dos brazos de un frasco en U de diversas secciones transversales, y la presión en ambos los pistones es la misma. Si el área del gran pistón es 50 veces del pistón pequeño, la fuerza total en el gran pistón es 50 veces de la pequeña.
El trabajo hecho (distancia de la fuerza x), sin embargo, está igual en la ausencia friccional (agotamiento). Así el pistón pequeño se debe empujar con una poca fuerza 50 veces de eso la fuerza que será aplicada en el pistón más grande.
Esta amplificación de la fuerza se utiliza en los alzamientos hidráulicos para levantar los automóviles, para construir flagstone y en pora hidráulico de las prensas forjar y formar componentes de él corroceria del coche, de secciones de aeroplanos, del etc...

Archimedes descubrió en la CA del siglo III que un cuerpo sumergido en un líquido crea una fuerza flotante, de la dirección vertical y sentido para la tapa, igual al peso del líquido dislocado (y un cuerpo flotante disloca su peso apropiado en el líquido) (ve Archimedes).


De acuerdo con esta idea, una nave que pese 10.000 toneladas

flotará a una profundidad donde disloca el peso en agua iguales.


Archimedes también notó aumentos de la presión en el cuerpo sumergido que tenía la profundidad y al peso del líquido.
El aumento en la presión es proporcional a la densidad del líquido y de la altura de la columna líquida en el cuerpo sumergido.
Este principio se aplica en los manómetros que se utilizan para medir la presión del agua que fluye en una pipa en la presión atmosférica. Una una pierna instale tubos en el mercurio U, fulled el profundo, está conectado con la pipa.
En otra pierna se abre en la atmósfera. El agua empuja el mercurio para la tapa, en la pierna abierta, y las medidas diferencia entra en las columnas del agua y el mercurio en la pipa en el principio de U.


Hidrodinámica

De la continuidad en hidrodinámica se basa en la asunción que el fluir un líquido, continuamente para una pipa, ésta tiene un impuesto del flujo del volumen constante en cualesquiera de sus secciones transversales.


El impuesto del flujo del volumen a cada intervalo del tiempo es igual a la velocidad del líquido en el área de la sección transversal. Con la reducción del área de la sección transversal, la velocidad del líquido tiene eso a aumentar. Para un líquido ideal (incompresible), y sin el agotamiento, la energía es mecánicos totales preservados en el flujo del líquido para cualquier pipa de acuerdo con el principio de Daniel Bernoulli, considerado en 1738.(Veja Bernoulli) de acuerdo con este principio, es los mecánicos del total de la energía, a cualquier sección transversal de la pipa, preservada.
El principio de Bernoulli es representado por la ecuación siguiente:

Aquí P = presión, V = velocidad, g = aceleración debida la gravedad, y Z = subida en una línea horizontal arbitraria.

El teorema de Torricelli, considerado para el matemático italiano Evangelista Torricelli en 1644, se basa en el principio de Bernoulli. Califica la predicción de la velocidad del flujo para un "pico pequeño" el profundo de un tanque más grande abierto.

Desde entonces que la presión es normal en la tapa del tanque y de este "pico", la diferencia en energía potencial en la tapa del líquido para el "pico" se convierte en la energía cinética (recuerda eso cuando la afiladura de la sección transversal en una pipa la aumenta velocidad del líquido).

Si se asume que la velocidad a la tapa es esencialmente cero, la ecuación de Bernoulli se puede utilizar para calcular la velocidad de la salida del líquido en el tanque con la ecuación de Torricelli:

En esta ecuación V que es la velocidad del líquido que fluye en el "pico", g está la aceleración debida la gravedad, y H está en la distancia entre la superficie líquida y el centro del "pico".


La ecuación de Bernoulli y la ecuación de Torricelli son solamente aplicables al flujo fijo de los líquidos de los incompressíveis y sin el agotamiento. (ella ve Torricelli) deben ser ajustadas según flujos del gas de los flujos de alta velocidad, inestables, y de prever la fricción que se encuentran en todos los usos verdaderos. Aunque la necesidad para modificar estas ecuaciones era sabida ningún finales más largo del siglo XVIII, no hay solución disponible.
Diversas correcciones se parecían aplicables para lento, d'água de los aceites de la corriente que fluyen las velocidades normales. La explicación fue encontrada por Osborne Reynolds en 1883. Demostró que si el tinte fuera inyectado cuidadosamente en un flujo del líquido de la velocidad baja en una pipa, cuando el fluir demostraría que este líquido no dispersado, pero, antes, está en láminas.
Ése es flujo de la llamada de la galjanoplastia. En otro momento, la velocidad del flujo fue aumentada y consistida en el cual el líquido fluye 39 torbellino.
Reynolds encontró que este flujo turbulento está relacionado con la viscosidad del líquido, proporcional una característica líquida a la fuerza requerida para pararla. El flujo turbulento sucede cuando la relación de la velocidad, del diámetro, y de la densidad para la viscosidad, ahora llamó el número de reynolds, excede de 2,500 aproximadamente. Sigue habiendo el flujo siempre platear abajo de 2,100.
La experiencia de Reynolds conduce a una comprensión de los comportamientos que distinguen flujo laminar y flujo turbulento en la tapa de superficies como el ala y andamios de la nave y en canales.
También puso la base para hidráulico moderno y la dinámica flúida. Otro avance importante fue hecho por Ludwig Prandtl que en 1904 sugirió que la viscosidad (fricción) efectuada en un cuerpo aerodinámico esté limitada a una capa delgada la larga de la superficie del cuerpo. Este plomo del descubrimiento los progresos en aerodinámica y formas básicas para muchos avances de máquinas hidráulicas.

Sistemas, presas y canales tubulares que el hidráulico inscribe en el proyecto y la construcción de los sistemas del agua en muchas ciudades.

El agua se toma de un lago o de un río, a través de bombas, después de tratado, para un sistema de la distribución para los usuarios.

El sistema se hace uso de asegurar que exactamente el usuario más distante, exactamente de situaciones del uso extremo de los sistemas, tiene el producto listo para el uso.

La construcción de las presas para el control del flooding y de la generación de la fuerza (electricidad) también es una tarea para el ingeniero hidráulico. Debido a el aumento de la presión con la profundidad del agua, la presa debe ser más gruesa en la profunda que a la tapa.

Otros usos hidráulicos implican el proyecto de la alcantarilla y de sistemas de la irrigación y de los canales de la nave y de floodgates.



Maquinaria hidráulica

Las bombas, los propulsores, y las turbinas hidráulicos de la maquinaria son ejemplos de la maquinaria hidráulica.

En una máquina centrífuga de la bomba un impeledor da velocidad tangencial al líquido para las palas que son dirigidas por una fuente de la fuerza externa (considera la bomba y el compresor). Las palas aumentan la energía cinética, y a los tiempos la presión, del flujo.

En propulsores de la nave la diferencia en la presión entre la parte delantera y la pieza detrás de las láminas crea el impulso que proporciona la nave.

La fecha del d'água de las ruedas de las épocas romanas en que el agua fulled una pala que dio vuelta a una rueda que creaba la fuerza bastante al movimiento una roca a la rutina. Sin embargo, este d'água de la rueda extrajo solamente una porción pequeña de la energía del flujo.

Las máquinas hidráulicas modernas, conocidas como turbinas, funcionan en diversos principios (ve la turbina).




El proyecto de ellas depende de la altura entre el depósito y la salida de la turbina.


Para una diferencia de 40 se utilizan los grandes impuestos bajos del flujo de e, la turbina de Pelton. Aquí el agua que fluye en una pipa, aceleró para un "pico" al extremo del sistema.
El agua en velocidad entonces se dirige en una rueda. Las turbinas de Pelton se utilizan típicamente si la tapa es mayor que aproximadamente 500 pies (150 metros). Para pocas alturas la turbina de Francis es comúnmente usado. Es las contrapartes de una máquina del centrífugo de la bomba.
El agua fluye en la turbina en una dirección radial y se descarga para el punto bajo a una poca presión casi axialmente. Para las alturas pequeñas y los altos impuestos del flujo, las líneas del propulsor o las turbinas verticales de Kaplan están instaladas. Considerando que en propulsores de la nave el propulsor de inclinación mueve el agua, agua actual del uso de las turbinas dar vuelta al propulsor.
Otra máquina hidráulica, el convertidor del esfuerzo de torsión de un automóvil, permite una transmisión suave de la energía de la máquina para la dirección (está a tal de la dirección hidráulica). Las fuerzas flúidas transmitidas en una pipa tienen muchos usos.
El freno hidráulico en un coche depende de la presión demostrada en un depósito flúido para el pedal de freno. Esta fuerza entonces es transmitida por las líneas de la transmisión del aceite para mover las tabletas del freno. La fuerza que dirige un sistema hidráulico para aumentar el esfuerzo de torsión se aplicó a la rueda de la dirección para dar vuelta al coche.
La fuerza hidráulica también se utiliza en aeroplanos para mover controles, en fecha la cola y el timón.
BIBLIOGRAFIA:

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