Turbomáquina

Turbomquina

Ventilador de escritorio Westinghouse antiguo, fcilmente se puede identificar que es una turbomquina, obsrvese que intercambia energa con el aire que impulsa y que su parte principal es una rueda con palas.Unaturbomquinaes unamquinacuyo elemento principal es unrodete(rotor giratorio) a travs del cual pasa unfluidode forma continua, cambiando ste sucantidad de movimientopor accin de la mquina. Se da as una transferencia deenergaentre la mquina y el fluido a travs del momento del rotor sea en sentido mquina-fluido (como en el caso de unabomba hidrulica) o fluido-mquina (como en el caso de unaturbina).Las turbomquinas se diferencian de otras mquinas trmicas en el hecho de que funcionan de manera continua y no discreta como es el caso de loscompresoresde mbolo, lasbombas de vapora pistn o los popularesmotores alternativosde pistn (todas ellasmquinas de desplazamiento volumtricoo positivo). Adems, a diferencia demotores rotativoscomo elmotor Wankel, dicho intercambio de energa se produce por un intercambio de momento debido al giro del rotor. De forma aproximada, se suele referir a las turbomquinas como aquellas que cumplen laecuacin de Euler, si bien esta solo es exacta para el caso unidimensional:

Este tipo de mquinas son muy usadas en la actualidad parageneracin de energa elctricadonde se usa en casi todas las tecnologas empleadas (turbina de gas,turbina de vapor,turbina elica,turbina hidrulica), como mecanismo de propulsin para vehculos (turborreactores,turbohlicesyturbofanesen aviones,turbinas de gaspara algunos ferrocarriles y barcos) y para accionar un fluido (bombas hidrulicasen sistemas de abastecimiento de agua,turbocompresoresen motores para vehculos e instalaciones industriales,ventiladoresde mltiples usos).

Esquema de un "turbofn", un motor que combina diversos tipos de turbomquinas trmicas.ndice[ocultar] 1Conceptos bsicos 1.1Tringulo de velocidades 2Clasificacin 2.1De acuerdo con el sentido del flujo de energa 2.2De acuerdo con la forma que presenta el fluido proyectado a travs del rotor 2.3De acuerdo con el tipo de fluido que manejan 2.4De acuerdo con el cambio de presin en el rotor 2.5De acuerdo con el tipo de admisin 3Partes de una turbomquina 3.1Partes rotativas 3.1.1Rodete 3.1.2Eje o rbol 3.2Partes estticas 3.2.1Entradas y Salidas 3.2.2labes directores 3.2.3Cojinetes, rodamientos o rolineras 3.2.4Sellos 4Intercambio de energa entre el fluido y la turbomquina 4.1Turbomquinas Generadoras 4.1.1Turbomquinas radiales 4.1.2Turbomquinas axiales (T.M.A.) 4.2Turbomquinas Motoras 4.3Consecuencias de la ecuacin general de las turbomquinas 4.4Grado de reaccin 4.5Limitaciones de la Teora Euleriana 4.5.1labes largos 4.5.2labes muy distanciados entre ellos en relacin al dimetro del rotor 5Rendimiento de las Turbomquinas 6Estudio adimensional de las turbomquinas 7Bibliografa 8Referencias 9Vase tambinConceptos bsicos[editar]Tringulo de velocidades[editar]En el lenguaje de las turbomquinas se habla detringulo de velocidadespara referirse al tringulo formado por tres vectores los cuales son:

Tringulo de velocidades. La velocidad absoluta del fluido La velocidad relativa del fluido respecto al rotor La velocidad lineal del rotorEstos tres vectores forman un tringulo ya que la sumaen un mismo punto es igual aen ese punto por leyes del movimiento relativo de lamecnica clsica(transformacin de Galileoo composicin de velocidades).El ngulo entre los vectoresyes denotadoy el ngulo entre los vectoresyes denotado. Esta nomenclatura ser utilizada a travs de todo este artculo y esnorma DIN1331.Clasificacin[editar]Las turbomquinas pueden clasificarse de acuerdo a varios criterios como funcionamiento, composicin o sentido de flujo de la energa.De acuerdo con el sentido del flujo de energa[editar] Motoras: la energa es entregada por el fluido a la mquina, y esta entrega trabajo mecnico. La mayora de las turbomquinas motoras son llamadas "turbinas", pero dentro de este gnero tambin entran los molinos de viento. Posteriormente la energa mecnica puede ser transformada en otro tipo de energa, como laenerga elctricaen el caso de las turbinas elctricas. Generadoras: la energa es entregada por la mquina al fluido, y el trabajo se obtiene de este. En este gnero entran las bombas, sopladores, turbocompresores,ventiladores, y otros.De acuerdo con la forma que presenta el fluido proyectado a travs del rotor[editar]

Turbina Pelton, sta es una turbomquina transversal de admisin parcial. Radial: Si la trayectoria que sigue el fluido es principalmente normal al eje de rotacin (centrfugas o centrpetas segn la direccin de movimiento). Axial: Cuando la trayectoria del fluido es fundamentalmente paralelo al eje de rotacin. Diagonal: Flujo diagonal al eje de rotacin.De acuerdo con el tipo de fluido que manejan[editar] Trmicas: Cuando el cambio en ladensidaddel fluido es significativo dentro de la mquina, como en compresores. Hidrulicas: Cuando el cambio en la densidad del fluido no es significativo dentro de la mquina, como en bombas o ventiladores.De acuerdo con el cambio de presin en el rotor[editar] Accin: no existe un cambio depresinen el paso del fluido por el rotor. Reaccin: existe un cambio de presin en el paso del fluido por el rotor.De acuerdo con el tipo de admisin[editar] Total: todo el rotor es tocado por el fluido de trabajo. Parcial: no todo el rotor es tocado por el fluido de trabajo.Partes de una turbomquina[editar]

Una turbina Kaplan, sta es una turbomquina motora hidrulica de fujo axial. Vase en rojo las partes rotativas entre las que se encuentra unGenerador elctricoen este caso.Una turbomquina consta de diversas partes y accesorios dependiendo de su tipo, aplicacin y diseo. Por ejemplo un ventilador puede ser una turbomquina que slo conste de un rbol, motor, rotor y soporte, mientras que uncompresorcentrfugo o una bomba semi-axial puede tener muchas partes que incluso no comparta con las dems turbomquinas existentes. Sin embargo, la mayora de las turbomquinas comparten el hecho de tener partes estticas y rotativas; y dentro de estos conjuntos puede haber diversos elementos los cuales muchas turbomquinas comparten y una enumeracin competente puede ser la siguiente:Partes rotativas[editar]Rodete[editar]ElRodetees el corazn de toda turbomquina y el lugar donde aviene el intercambio energtico con el fluido. Se suelen emplear los ndices 1 y 2 para establecer la entrada y salida del rodete. Est constituido por un disco que funciona como soporte a palas, tambin llamadas labes, o cucharas en el caso de lasturbinas Pelton. La geometra con la cual se realizan los labes es fundamental para permitir el intercambio energtico con el fluido; sobre stas reposa parte importante delrendimientoglobal de toda la turbomquina y el tipo de cambio energtico generado (si la energa ser transferida por cambio de presin o velocidad). Los tipos de rotores pueden ser axiales, radiales, mixtos o tangenciales, para su fcil identificacin y distincin se hace uso de representaciones por proyeccin especficas. Rotor radial. Rotor axial.

Eje o rbol[editar]Artculo principal:rbol de transmisinTiene la doble funcin de trasmitir potencia (desde o hacia el rotor) y ser el soporte sobre el que yace el rotor. En el caso de las turbomquinas motoras ste siempre est conectado a alguna clase demotor, como puede ser unmotor elctrico, o incluso unaturbinacomo es comn en losturborreactores, muchas veces entre el rbol y el motor que mueve a la turbomquina se encuentra algn sistema detransmisin mecnica, como puede ser unembragueo unacaja reductora. En el caso de las turbomquinas generadoras, es frecuente encontrar ungenerador elctricoal otro extremo del rbol, o incluso hay rboles largos que soportan al rotor en el medio y en un extremo se encuentra una turbomquina generadora y al otro un generador.Partes estticas[editar]Al conjunto de todas las partes estticas de la turbomquina (y en otras mquinas tambin) se le suele denominarestator.Entradas y Salidas[editar]Estas partes son comunes en todas las turbomquinas, pero pueden variar de forma y geometra entre todas. Existen turbomquinas generadoras de doble admisin, es decir, que tienen dos entradas diferenciadas y una salida nica de fluido. Estas partes pueden constar de una brida en el caso de la mayora de las bombas y compresores, pero en las turbinas hidrulicas grandes, slo son grandes tuberas y la salida muchas veces tiene forma de difusor. En los molinos de viento, por ejemplo, la entrada y la salida slo pueden ser superficies imaginarias antes y despus del rotor. El distribuidor, es el rgano cuya misin es conducir el fluido desde la seccin de entrada hacia el rodete. Se suelen utilizar los ndices 0 y 1 para desisgnar las magnitudes a la entrada del distribuidor y a la salida (entrada en el rodete). Por otro lado, el difusor es un elemento que se encuentra a la salida del rodete y que disminuye la velocidad del fluido, adems de acondicionar hidralicamente el fluido para su conduccin.labes directores[editar]Tambin llamados palas directoras, son labes fijos al estator, por los cuales pasa el fluido de trabajo antes o despus de pasar al rotor a realizar el intercambio energtico. Muchas turbomquinas carecen de ellos, pero en aquellas donde si figuran stos son de vital importancia. En las turbomquinas motoras se encargan de dirigir el fluido en un cierto ngulo, as como acelerarlo para optimizar el funcionamiento de la mquina. En las turbomquinas generadoras se encuentran a la salida del rotor. Los labes directores tambin pueden llegar a funcionar como reguladores de flujo, abrindose o cerrndose a manera de vlvula para regular el caudal que entra a la mquina.Cojinetes, rodamientos o rolineras[editar]Son elementos de mquina que permiten el movimiento del eje mientras lo mantienen solidario a la mquina, pueden variar de tipos y tamaos entre todas las turbomquinas.Sellos[editar]Artculo principal:Sello (ingeniera)Son dispositivos que impiden la salida del fluido de la turbomquina. Cumplen una funcin crtica principalmente en los acoplamientos mviles como en los rodamientos. Pueden variar de tipos y ubicacin dentro una turbomquina a otra.Intercambio de energa entre el fluido y la turbomquina[editar]Cuando elfluido de trabajopasa a travs de la turbomquina la naturaleza del intercambio de energa es muy compleja debido a la cantidad de procesos termodinmicos irreversibles que ocurren, adems de la naturaleza complicada y muchas veces catica del movimiento del fluido en el seno del rotor. Para obtener una primera consideracin de este intercambio energtico se deben hacer consideraciones tericas sobre la naturaleza del fluido y su comportamiento a travs del rotor, esto con la finalidad de simplificar el modelado matemtico del fluido en su paso por el rotor. El fluido que pasa por el rotor es unfluido potencial. Todas laslneas de corrientetienen la misma forma que cada uno de loslabes o paletasdel rotor, esto sera equivalente a decir que el rotor tiene un "infinito" nmero de labes. Las caractersticas del rgimen de flujo no varan en el tiempo, es decir, el flujo se encuentracompletamente desarrollado, o en otras palabras, nos encontramos enrgimen permanente.Una vez declaradas estas simplificaciones podemos aludir a las leyes de conservacin de lamecnicay a laecuacin de transporte de Reynoldsde manera sencilla; pero dependiendo de la trayectoria del flujo de fluido a travs del rotor las formulaciones sern distintas.Turbomquinas Generadoras[editar]Turbomquinas radiales[editar]

Cinemtica de una turbomquina radial generadora. Conservacin de la cantidad de movimiento lineal:Las fuerzas que actan sobre el volumen de control son debidas a las presiones en la entrada y en la salida del rotor, si stas se consideran iguales en toda la salida e iguales en toda la entrada, entonces las fuerzas lineales quedan anuladas por cuestin de simetra. Conservacin de la cantidad de movimiento angular:En este caso se define la propiedad extensivamomento angularcomo, y su anloga propiedad intensiva ser, dondees elcampo vectorialde velocidades yun radio vector desde la referencia hasta cada diferencial de masa.La ecuacin de transporte de reynolds relaciona el cambio de momento angular en el tiempo, que por leyes de la mecnica es igual a la suma demomentosaplicados, con su anloga propiedad intensiva que definimos arriba de la siguiente manera:

Como se supone que la situacin es de flujo estable, ningn trmino depende del tiempo, por lo cual el primer sumando del lado derecho de la ecuacin se hace cero. El siguiente sumando es una integral que se evala en toda la superficie de control y se supondr que el rotor es de unaturbomquina generadora:

el vectorpuede escribirse en coordenadas cilndricas comolo que permite llegar a la siguiente expresin:

Por las suposiciones anteriores se puede considerar a la velocidadindependiente dey deya que todas las lneas de corriente son iguales; esto permite evaluar estas integrales as:

Dondees el grueso del rotor. Como el rgimen es estable se cumple que la misma masa que entra sale, es decir. Esta integral representa el producto de la densidad del fluido por el rea en la que evaluamos la integral por la componente de la velocidad normal a esta rea, por lo tanto sies el flujo msico que circula a travs del rotor se puede escribir:

Dondees la totalidad de los momentos aplicados sobre el volumen de control, y se resumen en el torque aplicado por el rotor para mantener el flujo de fluido. Para obtener datos energticos en vez de mecnicos recurrimos a la definicin depotencia, dondees la velocidad angular y podemos reescribir la anterior relacin mecnica como una relacin energtica:

Esta ecuacin es conocida como la ecuacin general de las turbomquinas y fue hallada porEuleren 1754.Turbomquinas axiales (T.M.A.)[editar]En la formulacin euleriana de las turbomquinas axiales se supone, adems de las simplificaciones tericas declaradas ms arriba, que la altura de las palas es muy pequea en relacin al dimetro del rotor. Esta suposicin implica necesariamente que la diferencia de la velocidad perifrica a lo largo de las palas es muy pequea, as haremos un anlisis del intercambio de cantidad de movimiento de una proyeccin cilndrica imponiendo que la velocidad perifrica es la misma a lo largo de cada uno de los labes.

Tringulos de velocidades.En vez de utilizar laecuacin de transporte de Reynolds, que sera completamente vlida y concluira exactamente lo mismo, haremos un anlisis de fuerzas ms sencillo para dar otra perspectiva al lector. A efectos del intercambio de energa con el rotor, el cambio de cantidad de movimiento en direccin dees el que determinan la fuerza tangenciales() sobre la periferia del rotor (vase figura anexa), es decir:

Para determinar la potencia suministrada por la mquina al fluido (recurdese que estamos hablando de turbomquinas motoras), multiplicamos a ambos lados por el radio del rotory por la velocidad angular del mismo, de esta forma, en el lado derecho de la igualdad anterior se tendr la velocidad perifrica:

Turbomquinas Motoras[editar]El desarrollo hecho arriba para determinar la transferencia de energa fue hecho, como ya dijimos, para turbomquinas motoras, es decir, la energa del fluido de trabajo aumenta luego de pasar por el rotor de la turbomquina. Para el caso de turbomquinas generadoras, en las cuales el fluido de trabajo le cede energa a la mquina stas ecuaciones siguen siendo vlidas, pero el signo de la potencia ser negativo. Para evitar esto, es costumbre en el estudio y prctica de las turbomquinas cambiar el signo de la ecuacin invirtiendo los trminos algebraicos de lado derecho de la igualdad de Euler: Turbomquinas generadoras radiales:

Turbomquinas generadoras axiales:

En todo caso, para turbomquinas motoras y generadoras, se puede observar que la ecuacin para las turbomquinas radiales es completamente general.Consecuencias de la ecuacin general de las turbomquinas[editar]De esta ecuacin fundamental se desprenden muchas interpretaciones del fenmeno de intercambio energtico que se desarrolla en el rotor, el cual hemos evidenciado estar determinado por la cinemtica del fluido en el rodete.De ahora en adelante, en este pargrafo nos referiremos a turbomquinas generadoras y dejamos al lector la extrapolacin de los conceptos a las turbomquinas motoras.En primer lugar, el concepto de tringulo de velocidades enunciado ms arriba, permite reescribir la ecuacin de Euler:

Dondese conoce comolaborotrabajopor unidad de masa que pasa al fluido, tambin conocido comotrabajo especfico. Luego, si aplicamos elteorema del cosenoal triangulo de velocidades obtendremos la siguiente expresin.

Si sustituimos en la ecuacin general obtendremos una expresin del trabajo especfico nicamente en funcin de los cambios de velocidades al cuadrado, es decir formas de energa cintica:

Turborreactor Rolls Royce, donde puede observarse la admisin de aire a la izquierda y el fluido que sale por los extremos del rotor hacia la cmara de combustin.De los tres trminos de esta ecuacin, el primero es conocido como componente dinmico, y es el cambio de energa cintica especfica sufrido por el fluido en el rotor. Los otros dos trminos restantes reciben el nombre de componente esttico, y para encontrar su significado se necesita recurrir a un balance entre la energa del fluido y el trabajo entregado por el rotor:

En el cambio de energa del fluido no aparece la energa potencial gravitatoria: efectivamente, los cambios de cota en el rodete son nfimos en comparacin con los dems cambios energticos, por lo cual este trmino se desprecia. Adems, esta ecuacin es independiente del tipo de fluido que pasa por la turbomquina, si ste fuese incompresible el cambio entlpico sera igual al cambio de presin nicamente.La expresin anterior revela, que la componente esttica de la energa suministrada al fluido por la turbomquina, es equivalente al cambio entlpico del fluido en su paso por el rotor, y este cambio entlpico es proporcional a un cambio de presin. Es decir,existen dos formas fundamentales en que una turbomquina puede entregar energa a un fluido, en forma de energa cintica y en forma de presin. Es importantsimo notar que todo cambio de presin implica un cambio de entalpa.

Consideraciones posteriores sobre esta frmula arrojan pistas sobre qu forma debe tener la corriente de fluido en el rotor para maximizar el trabajo euleriano que se entrega al fluido, y una obvia es minimizar todos los trminos que tengan un signo menos. De hecho, casi todas las turbomquinas generadoras radiales son centrfugas y todas las turbomquinas motoras radiales son centrpetas, as la velocidad perifrica de entrada y salida se minimiza correspondientemente.Grado de reaccin[editar]La idea de que la transferencia de energa entre el fluido y el rodete se realiza bajo forma de energa cintica y deenerga de flujo(el trmino, o tambin el cambio de presin, lo que implica un cambio de entalpa) lleva a la definicin degrado de reaccin, que es la fraccin de energa total entregada al fluido que es dada en forma de presin:

La magnitud fsicapresin(fuerza por unidad de rea) no tiene un significado energtico directo, en cambio sta est ntimamente ligada a la entalpa, la cual si tiene un grandsimo significado energtico. Por esta razn en el lenguaje de las turbomquinas es frecuente hablar de cambios de presin para referirse a cambios de entalpa o viceversa. Ms an, si la energa interna de un fluido vara poco en su paso por el rotor, el cambio de entalpa ser proporcional al cambio de presin, y as es posible escribir otra definicin degrado de reaccin:

y por las expresiones arriba mencionadas:

Limitaciones de la Teora Euleriana[editar]La descripcin dada arriba del intercambio energtico dado en el paso del fluido de trabajo por el seno del rodete de la turbomquina se conoce como teora euleriana. Esta teora resulta satisfactoria en muchos casos, en los cuales son vlidas la suposiciones efectuadas para concluir la ecuacin fundamental de las turbomquinas. Por otro lado cuando estas suposiciones no son verificadas no es posible obtener una descripcin satisfactoria a partir de la teora euleriana, y en cada caso se deben tomar las medidas competentes para realizar un diseo correcto.labes largos[editar]Tal como ocurre en las etapas de baja presin dentro de las turbinas de vapor, en muchos casos, las palas de una turbomquina axial pueden llegar a sar tan largas que exigen un anlisis tridimensional completo del intercambio de cantidad de movimiento.labes muy distanciados entre ellos en relacin al dimetro del rotor[editar]Si los labes de una turbomquina axial estn muy distanciados, se pierde el efecto de "canal" que permite la suposicin de tener un "nmero infinito de labes", entonces las fuerzas intercambiadas entre el fluido y el rotor deben ser estudiadas desde la perspectiva de lateora alar.Rendimiento de las Turbomquinas[editar]En las turbomquinas el concepto de rendimiento es de suma importacia. Elrendimientoo eficiencia, puede verse como la razn existente entre los beneficios que pueden obtenerse idealmente de una mquina y aquellos que son obtenidos en la realidad. En otras palabras el rendimientototalde una turbomquina se define como la razn entre la potencia restituida y la potencia absorbida:

En las turbomquinas motoras la potencia absorbida es toda aquella entregada por el fluido de trabajo en su paso por la mquina, y la potencia restituida es aquella que se encuentra en el eje del rotor. Al contrario ocurre en las turbomquinas generadoras, ya que la potencia absorbida se encuentra en el eje del rotor, y la energa restituida es aquella que es entregada efectivamente al fluido de trabajo.El discurso sobre el rendimiento utiliza ampliamente los conceptos de la termodinmica. La primera ley de la termodinmica nos indica que la potencia restituida jams podr ser mayor a la potencia absorbida, ya que esto implicara la creacin espontnea de energa. La segunda ley de la termodinmica nos dice que la potencia absorbida siempre ser mayor que la potencia restituida, ya que la energa se suministra al fluido en un nmero finito de etapas (es un proceso irreversible). De esta forma podemos afirmar que

De esta manera, por ejemplo, para que un compresor axial entregue una cantidad(energa restituida por la mquina) de energa a un fluido, este deber absorber una cantidad de energadefinitivamente mayor a la entregada efectivamente al fluido de trabajo. La diferencia entre la energa absorbida y la energa restituida se conoce con el nombre de prdidas:

Podemos escribir la misma relacin para la potenciaderivandorespecto al tiempo:

La potencia perdida es aquella que resulta invertida en otros fenmenos distintos a aquellos deseados para los fines de la turbomquina, que es entregar energa til al fluido. As la potencia perdida resulta en el calentamiento del fluido, vencer las fuerzas viscosas dentro del fluido, etc.. Para simplificar el estudio de la eficiencia o rendimiento se clasifican diversos tipos de rendimiento, cada uno asociado a un fenmeno distinto de prdida de energa.Estudio adimensional de las turbomquinas[editar]Ms arriba hemos dado luces acerca de la complejidad de la dinmica delfluido de trabajoen su paso por la turbomquina, de hecho las ecuaciones que predicen el movimiento del fluido son de tal complejidad que an no se conoce una solucin general, sino soluciones particulares que requieran grandes simplificaciones, que sin embargo aportan mucha informacin sobre el verdadero comportamiento del fluido. A su vez, la construccin comercial de turbomquinas ya haba empezado antes de que stas ecuaciones se conocieran, o fueran difundidas en la comunidad cientfica e ingenierstica, por lo cual los constructores de turbomquinas se vieron obligados en buscar un mtodo prctico de modelar estas mquinas. Un mtodo obvio es la construccin de modelos, y la correlacin entre modelos est determinada por lateora de la similitudy elanlisis dimensional.Lanaturaleza experimentalde la construccin de mquinas lleva a la construccin de modelos, luego la correlacin entre los modelos y su equivalente real est determinado por los modelos tericos ya mencionados, especialmente a travs delTeorema de Pi-Buckingham.Ms an, Baljie encontr que si dos mquinassmilestienen el mismo rendimiento, entonces cada tipo de turbomquina tiene un lugar "adimensional" de mximo rendimiento.1Bomba hidrulica

Antigua bomba manual de balancn.Unabomba hidrulicaes unamquinageneradora que transforma la energa (generalmenteenerga mecnica) con la que es accionada en energa del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede serlquidoo una mezcla de lquidos y slidos como puede ser el hormign antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar laenergadel fluido, se aumenta su presin, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas segn elprincipio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presin de un lquido aadiendo energa al sistema hidrulico, para mover el fluido de una zona de menor presin o altitud a otra de mayor presin o altitud.Existe una ambigedad en la utilizacin del trminobomba, ya que generalmente es utilizado para referirse a lasmquinas de fluidoque transfieren energa, obombeanfluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido de trabajo, a diferencia de otras mquinas como lo son loscompresores, cuyo campo de aplicacin es laneumticay no lahidrulica. Pero tambin es comn encontrar el trminobombapara referirse a mquinas quebombeanotro tipo de fluidos, as como lo son lasbombas de vacoo lasbombas de aire.ndice[ocultar] 1Historia 2Tipos de bombas 2.1Segn el principio de funcionamiento 2.2Segn el tipo de accionamiento 3Tipos de bombas de mbolo 3.1Bomba aspirante 3.2Bomba impelente 4Cebado de bombas rotodinmicas 5Sellado de bombas 6Vase tambin 6.1Teora y funcionamiento 6.2Tipos de bombas 6.3Otras bombas y aplicaciones especiales 6.4Mquinas de fluido 7Referencias 8Enlaces externosHistoria[editar]La primera bomba conocida fue descrita porArqumedesy se conoce comotornillo de Arqumedes, descrito porArqumedesen elsiglo IIIa.C., aunque este sistema haba sido utilizado anteriormente porSenaquerib, rey deAsiriaen elsiglo VIIa.C.1En elsiglo XII,Al-Jazaridescribi e ilustr diferentes tipos de bombas, incluyendo bombas reversibles, bombas de doble accin, bombas de vaco, bombas de agua y bombas de desplazamiento positivo.23Tipos de bombas[editar]

Bomba de lbulos dobles.

Bomba de engranajes.

Bomba rotodinmica axial.

Bomba centrfuga de 5 etapas.

Segn el principio de funcionamiento[editar]La principal clasificacin de las bombas segn el funcionamiento en que se base:Bombas dedesplazamiento positivoovolumtricas, en las que el principio de funcionamiento est basado en lahidrosttica, de modo que el aumento de presin se realiza por el empuje de las paredes de las cmaras que varan su volumen. En este tipo de bombas, en cada ciclo el rgano propulsor genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, por lo que tambin se denominanbombas volumtricas. En caso de poder variar el volumen mximo de la cilindrada se habla de bombas de volumen variable. Si ese volumen no se puede variar, entonces se dice que la bomba es de volumen fijo. A su vez este tipo de bombas pueden subdividirse en Bombas de mbolo alternativo, en las que existe uno o varios compartimentos fijos, pero de volumen variable, por la accin de un mbolo o de una membrana. En estas mquinas, el movimiento del fluido es discontinuo y los procesos de carga y descarga se realizan por vlvulas que abren y cierran alternativamente. Algunos ejemplos de este tipo de bombas son labomba alternativa de pistn, labomba rotativa de pistoneso la bomba pistones de accionamiento axial. Bombas volumtricas rotativasorotoestticas, en las que una masa fluida es confinada en uno o varios compartimentos que se desplazan desde la zona de entrada (de baja presin) hasta la zona de salida (de alta presin) de la mquina. Algunos ejemplos de este tipo de mquinas son labomba de paletas, labomba de lbulos, labomba de engranajes, labomba de tornilloo labomba peristltica.Bombasrotodinmicas, en las que el principio de funcionamiento est basado en el intercambio decantidad de movimientoentre la mquina y el fluido, aplicando la hidrodinmica. En este tipo de bombas hay uno o varios rodetes con labes que giran generando un campo de presiones en el fluido. En este tipo de mquinas el flujo del fluido es continuo. Estasturbomquinashidrulicas generadoraspueden subdividirse en: Radiales o centrfugas, cuando el movimiento del fluido sigue una trayectoria perpendicular al eje del rodete impulsor. Axiales, cuando el fluido pasa por los canales de los labes siguiendo una trayectoria contenida en un cilindro. Diagonalesohelicocentrfugascuando la trayectoria del fluido se realiza en otra direccin entre las anteriores, es decir, en un cono coaxial con el eje del rodete.Segn el tipo de accionamiento[editar] Electrobombas. Genricamente, son aquellas accionadas por un motor elctrico, para distinguirlas de lasmotobombas, habitualmente accionadas por motores de combustin interna. Bombas neumticasque son bombas de desplazamiento positivo en las que la energa de entrada esneumtica, normalmente a partir deaire comprimido. Bombas de accionamiento hidrulico, como labomba de arieteo lanoria. Bombas manuales. Un tipo de bomba manual es la bomba de balancn.Tipos de bombas de mbolo[editar]Bomba aspirante[editar]

Bomba aspirante de mbolo alternativo.En una "bomba aspirante", uncilindroque contiene unpistnmvil est conectado con el suministro de agua mediante untubo. Unavlvulabloquea la entrada del tubo al cilindro. La vlvula es como una puerta con goznes, que solo se abre hacia arriba, dejando subir, pero no bajar, el agua. Dentro del pistn, hay una segunda vlvula que funciona en la misma forma. Cuando se acciona la manivela, el pistn sube. Esto aumenta el volumen existente debajo delpistn, y, por lo tanto, la presin disminuye. La presin del aire normal que acta sobre la superficie del agua, del pozo, hace subir el lquido por el tubo, franqueando la vlvula-que se abre- y lo hace entrar en el cilindro. Cuando el pistn baja, se cierra la primera vlvula, y se abre la segunda, que permite que el agua pase a la parte superior del pistn y ocupe el cilindro que est encima de ste. El golpe siguiente hacia arriba hace subir el agua a la espita y, al mismo tiempo, logra que entre ms agua en el cilindro, por debajo del pistn. La accin contina mientras el pistn sube y baja.Una bomba aspirante es de accin limitada, en ciertos sentidos. No puede proporcionar un chorro continuo de lquido ni hacer subir el agua a travs de una distancia mayor a 10 m. entre la superficie del pozo y la vlvula inferior, ya que la presin normal del aire slo puede actuar con fuerza suficiente para mantener una columna de agua de esa altura. Una bomba impelente vence esos obstculos.Bomba impelente[editar]La bomba impelente consiste en un cilindro, un pistn y un cao que baja hasta el depsito de agua. Asimismo, tiene una vlvula que deja entrar el agua al cilindro, pero no regresar. No hay vlvula en el pistn, que es completamente slido. Desde el extremo inferior del cilindro sale un segundo tubo que llega hasta una cmara de aire. La entrada a esa cmara es bloqueada por una vlvula que deja entrar el agua, pero no salir. Desde el extremo inferior de la cmara de aire, otrocaolleva el agua a untanquede laazoteao a unamanguera.Cebado de bombas rotodinmicas[editar]Para el correcto funcionamiento de las bombas rotodinmicas se necesita que estn llenas defluidoincompresible, es decir, de lquido, pues en el caso estar llenas de fluido compresible (cualquiergascomo elaire) no funcionaran correctamente.El cebado de la bomba consiste en llenar de lquido la tubera de aspiracin succin y la carcasa de la bomba, para facilitar la succin de lquido, evitando que queden bolsas de aire en el interior. Al ser necesaria esta operacin en las bombas rotodinmicas, se dice que no tienen capacidad autocebante. Sin embargo,las bombas de desplazamiento positivo son autocebantes, es decir, aunque estn llenas de aire son capaces de llenar de fluido el circuito de aspiracin.

Esquema de una bomba instalada por encima del nivel de agua.En un circuito como el mostrado en el esquema adjunto sin ningn dispositivo adicional, al detener labomba centrfugael fluido del circuito de aspiracin cae hacia el depsito vacindose la bomba por el vaco creado por el circuito primario.La altura de elevacinque proporciona la bomba es siempre la misma y responde a la siguiente frmula:

dondees lapresinde impulsin,es la presin de aspiracin,es la densidad del fluido yla aceleracin de la gravedad.Despejando la diferencia de presiones se tiene que:

De esta frmula se puede observar que la diferencia de presiones que consigue la bomba entre la impulsin y la aspiracin es mayor cuanto mayor sea ladensidaddel fluido a mover. De tal forma que para el caso concreto delaguase tiene:

Con lo cual:

Es decir, si la bomba est llena de aire la presin de aspiracin es 0,00129 veces la que conseguira dicha bomba si estuviese llena de agua, es decir, si estuviese cebada. Por lo que si la bomba est vaca la altura que se eleva el agua en el circuito de aspiracin sobre el nivel del agua en el depsito es mnima y totalmente insuficiente para que el agua llegue a la bomba.Por otra parte el funcionamiento de una bomba centrfuga en vaco puede estropear el sellado de la bomba debido a una deficiente refrigeracin dado que no circula fluido por su interior que ayuda a mejorar la disipacin del calor producido por la bomba.Por lo tanto en instalaciones de bombeo cuyo esquema coincide con el indicado en el esquema adjunto es necesario un sistema adicional para evitar que la bomba se descebe. Algunos de estos sistemas se enumeran a continuacin: Se puede construir un orificio en la parte superior de la carcasa de la bomba y arrojar agua sobre el mismo para que la bomba al encenderse est llena de agua y pueda bombear correctamente. No se trata de un sistema muy eficiente. Se puede usar unavlvulade pie (Vlvula antirretorno). Permite el paso del lquido hacia la bomba pero impiden su regreso al depsito una vez se ha apagado la bomba con lo que impide el descebe de latuberade impulsin. Puede presentar problemas cuando el fluido tiene suciedad que se deposita en el asiento de la vlvula disminuyendo su estanqueidad, por otra parte supone unaprdida de cargams o menos importante en la tubera de impulsin por lo que aumenta el riesgo de que se produzcacavitacinen la bomba. Uso de unabomba de vaco. La bomba de vaco es una bomba de desplazamiento positivo que extrae el aire de la tubera de impulsin y hace que el fluido llegue a la bomba centrfuga y de este modo quede cebada. Por ltimo otra posibilidad consiste en instalar la bomba bajo carga, es decir por debajo del nivel del lquido, aunque esta disposicin no siempre es posible, a no ser que se instale sumergida, con lo cual la bomba tiene que ser especial.Sellado de bombas[editar]

Bomba de engranajes.

Bomba de engranajes.

Bomba de engranajes.Las bombas precisan desellos hidrulicospara impedir que los fluidos que estn siendo impulsados salgan al exterior de la mquina a travs de la va de transmisin de movimiento desde el motor a los internos mviles de la bomba.En el campo delrefino de petrleoy de lapetroqumicaexistensellos mecnicosde bombas estandarizados por API (American Petroleum Institute) que, aunque se trata de una asociacin estadounidense, son de aplicacin en todo el mundo. Cada tipo de sello recibe el nombre de PLAN API. Estos sellos pueden ser simples o dobles y, adems, pueden disponer o no de un sistema de refrigeracin.Tambin existe una clasificacin de sellos de bombas segnANSI.A continuacin se incluye la equivalencia API - ANSI de los sistemas de sellado o planes ms utilizados:4 PLAN API 11 (ANSI PLAN 7311) PLAN API 12 (ANSI PLAN 7312) PLAN API 21 (ANSI PLAN 7321) PLAN API 22 (ANSI PLAN 7322) PLAN API 31 (ANSI PLAN 7331) PLAN API 41 (ANSI PLAN 7341) PLAN API 13 (ANSI PLAN 7313) PLAN API 23 (ANSI PLAN 7323) PLAN API 32 (ANSI PLAN 7332) PLAN API 62 (ANSI PLAN 7362) PLAN API 52 (ANSI PLAN 7352) PLAN API 53 (ANSI PLAN 7353) PLAN API 54 (ANSI PLAN 7354)Vase tambin[editar]Teora y funcionamiento[editar] Hidrulica Hidrosttica Hidrodinmica Principio de BernoulliTipos de bombas[editar] Bomba de engranajes Bomba de tornillo Tornillo de Arqumedes Bomba peristltica Bomba centrfuga Bomba de ariete Golpe de ariete NoriaOtras bombas y aplicaciones especiales[editar] Bomba de aire Bomba de vaco Bomba neumtica Inyector-bomba Bomba sumergibleMquinas de fluido[editar] Mquina de fluido Mquina hidrulica Turbomquina Turbina hidrulica Compresor