INFORME N° 05

BOMBAS Una bomba hidráulica es

una máquina generadora que transforma

la energía (generalmente energía

mecánica) con la que es accionada en

energía del fluido incompresible que

mueve. El fluido incompresible puede

ser líquido o una mezcla de líquidos

y sólidos como puede ser el hormigón

antes de fraguar o la pasta de papel.

Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión,

su velocidad o su altura, todas

ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En

general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de

un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para

mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra

de mayor presión o altitud.

Existe una ambigüedad en la utilización del término bomba, ya

que generalmente es utilizado para referirse a las máquinas

de fluido que transfieren energía, o bombean fluidos

incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su

fluido de trabajo, a diferencia de otras máquinas como lo son

los compresores, cuyo campo de aplicación es la neumática y

no la hidráulica. Pero también es común encontrar el

término bomba para referirse a máquinas que bombean otro

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Antigua bomba manual de

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tipo de fluidos, así como lo son las bombas de vacío o

las bombas de aire

TIPO DE BOMBAS

Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas , en las que el

principio de funcionamiento está basado en la

hidrostática, de modo que el aumento de presión se realiza

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 que también se denominan bombas

volumétricas. En caso de poder variar el volumen máximo 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

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Bombas de émbolo alternativo , en las que existe uno o

varios compartimentos fijos, pero de volumen variable, por

la acción de un émbolo o de una membrana. En estas

máquinas, el movimiento del fluido es discontinuo y los

procesos de carga y descarga se realizan por válvulas que

abren y cierran alternativamente. Algunos ejemplos de este

tipo de bombas son la bomba alternativa de pistón,

la bomba rotativa de pistones o la bomba pistones de

accionamiento axial.

Bombas volumétricas rotativas o rotoestáticas , en las que una

masa fluida es confinada en uno o varios compartimentos

que se desplazan desde la zona de entrada (de baja

presión) hasta la zona de salida (de alta presión) de la

máquina. Algunos ejemplos de este tipo de máquinas son

la bomba de paletas, la bomba de lóbulos, la bomba de

engranajes, la bomba de tornillo o la bomba peristáltica.

Bombas rotodinámicas, en las que el

principio de funcionamiento está basado

en el intercambio de cantidad de

movimiento entre la máquina y el

fluido, aplicando la hidrodinámica. En

este tipo de bombas hay uno o varios

rodetes con álabes que giran generando un campo de

presiones en el fluido. En este tipo de máquinas el flujo

del fluido es continuo. Estas turbomáquinas hidráulicas

generadoras pueden subdividirse en:

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Radiales o centrífugas, cuando el movimiento del fluido

sigue una trayectoria perpendicular al eje del rodete

impulsor.

Axiales, cuando el fluido pasa por los canales de los

álabes siguiendo una trayectoria contenida en un cilindro.

Diagonales o helicocentrífugas cuando la trayectoria del

fluido se realiza en otra dirección entre las anteriores,

es decir, en un cono coaxial con el eje del rodete.

Según el tipo de accionamiento

Electrobombas. Genéricamente, son

aquellas accionadas por un motor

eléctrico, para distinguirlas de

las motobombas, habitualmente accionadas

por motores de combustión interna.

Bombas neumáticas que son bombas de desplazamiento

positivo en las que la energía de entrada es neumática,

normalmente a partir de aire comprimido.

Bombas de accionamiento hidráulico, como la bomba de

ariete o la noria.

Bombas manuales. Un tipo de bomba manual es la bomba de

balancín.

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MOTORES

Un motor hidráulico es un actuador mecánico que convierte

presión hidráulica y flujo en un par de torsión y un

desplazamiento angular, es decir, en una rotación o giro. Su

funcionamiento es pues inverso al de las bombas hidráulicas y

es el equivalente rotatorio del cilindro hidráulico. Se

emplean sobre todo porque entregan un par muy grande a

velocidades de giro pequeñas en comparación con los motores

eléctricos.

Motor hidráulico Staffa.

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TIPOS DE MOTORES

Motores de engranajes

Son de tamaño reducido y pueden girar en los dos sentidos,pero el par es pequeño, son ruidosos, pueden trabajar a altasvelocidades pero de forma análoga a los motores de paletas,su rendimiento cae a bajas velocidades.Motores de paletas

Tienen la misma estructura que las bombas de paletas, pero elmovimiento radial de las paletas debe ser forzado, mientrasque en las bombas se debe a la fuerza centrífuga.Motores de pistones

Son los más empleados de todos ya que se consiguen lasmayores potencias trabajando a altas presiones. En función dela posición de los pistones con respecto al eje podemosencontrar:

Motores de pistones axiales: Los pistones van dispuestosen la dirección del eje del motor. El líquido entra por labase del pistón y lo obliga desplazarse hacia fuera. Comola cabeza del pistón tiene forma de rodillo y apoya sobreuna superfice inclinada, la fuerza que ejerce sobre ellase descompone según la dirección normal y según ladirección tangencial a la superficie. Esta últimacomponente la obligará a girar, y con ella solidariamente,el eje sobre la que va montada. Variando la inclinación dela placa o el basculamiento entre el eje de entrada ysalida se puede variar la cilindrada y con ella el par yla potencia.

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Motor de pistones radiales: Los pistones vandispuestos perpendicularmente al eje del motor. Elprincipio de funcionamiento es análogo al de los axialespero aquí el par se consigue debido a la excentricidad,que hace que la componente transversal de la fuerza que elpistón ejerce sobre la carcasa sea distinta en dosposiciones diametralmente opuestas, dando lugar a unaresultante no nula que origina el par de giro.

.

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ORIFICIOS

Denominamos orificio, en hidráulica, a una abertura de forma regular, que se practica en la pared o el fondo del recipiente, a través del cual eroga el líquido contenido en dicho recipiente, manteniéndose el contorno del orificio totalmente sumergido.

A la corriente líquida que sale del recipiente se la llama vena líquida o chorro.

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Si el contacto de la vena líquida con la pared tiene lugar enuna línea estaremos en presencia de un orificio en pared delgada. Si el contacto es en una superficie se tratará de unorificio en pared gruesa (más adelante se precisará con más detalle el concepto).

e Ωc: Sección

e

contraída

a

a

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PARED DELGADA

PARED GRUESA

(arista viva)

Figura 1

Orificios en Pared Gruesa y Delgada

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En la práctica, se suele considerar:

1

- Pared delgada:

e <

a

2

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- Pared gruesa:

e > 3a

El movimiento permanente o estacionario ocurre cuando el escurrimiento tiene lugar a carga constante.

La salida libre tiene lugar cuando el nivel del líquido en elcanal de salida, o en el recipiente inferior, está por debajode la arista o borde inferior del orificio.

El orificio es sumergido cuando el nivel del líquido en el canal de salida o recipiente inferior está por arriba de la arista o borde superior del orificio.

Asimismo la pared puede encontrarse vertical o inclinada, ya sea hacia aguas abajo o aguas arriba, afectando obviamente dicha inclinación, la descarga producida por dicho orificio.

Se mencionan todas estas condiciones pues no es muy difícil intuir que las mismas tienen influencia en el caudal que serácapaz de erogar dicho orificio.

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h h

PARED VERTICAL

PARED INCLINADA

Figura 2

Pared vertical y pared inclinada

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∆h

h

h

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SALIDA LIBRE

ORIFICIO SUMERGIDO

Figura 3

Orificios Libres y Sumergidos

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VERTEDEROS

Otra estructura utilizada en los proyectos hidráulicos (más frecuentemente que los orificios) está constituida por los vertederos en sus distintas variantes, de los cuales existen,según la aplicación, diferentes diseños.

Ya sea como estructura de control de aprovechamientos hidráulicos o bien como estructura para medición de caudales en obras de saneamiento, su aplicación es muy difundida y unade las razones es porque permiten tener un adecuado control del caudal por encima de su cresta siendo necesario únicamente medir una variable que es el tirante sobre dicha cresta.

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Según la forma geométrica del contorno de apertura, pueden distinguirse vertederos rectangulares, trapeciales, triangulares, parabólicos, etc.

Además, según el espesor de la pared del vertedero o, más precisamente, la forma en que la vena líquida toca la parte superior de la estructura, se clasifican en Vertederos de Pared Gruesa o Delgada.

h

e

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VERTEDERO DE PARED DELGADA

VERTEDERO TIPO KREAGER

Figura 5

Vertedero

Nota: El perfil Kreager o similar, es de uso frecuente en lossistemas de aprovisionamiento de agua, cuando la captación debe realizarse en ríos de bajo tirante y, consecuentemente, es necesario elevar el nivel para captar aguas con seguridad y mayor calidad, dado que serán más claras por el efecto provocado al alentar la sedimentación al reducir la velocidad. Ese tipo de aprovechamiento recibe el nombre de “Azud”.

Los vertederos, resultan según la relación del espesor con respecto a la carga sobre la cresta:

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e <

1

h ; pared de lg ada

2

e > 3h ; pared gruesa

Se denomina cresta, umbral o coronamiento del vertedero a la arista o superficie inferior de la escotadura.

Se denomina longitud del vertedero rectangular a la distancia“b” entre las paredes verticales o inclinadas (flancos) que lo limitan sobre el umbral.

La altura o espesor de la masa líquida existente sobre el nivel del umbral aguas arriba de éste se denomina carga. Ésta

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se mide en la zona en la que la superficie libre del líquido puede considerarse horizontal.

Como en el caso de los orificios, es necesario distinguir en el escurrimiento sobre vertederos, descarga libre y sumergida, según que el nivel de salida está por debajo o porencima del nivel del umbral.

Teorema π de Vaschy-Buckingham

El Teorema de Π (pi) de Vaschy-Buckingham es

el teorema fundamental del análisis dimensional. El teorema

establece que dada una relación física expresable mediante

una ecuación en la que están involucradas n magnitudes

físicas o variables, y si dichas variables se expresan en

términos de k cantidades físicas dimensionalmente

independientes, entonces la ecuación original puede

escribirse equivalentemente como una ecuación con una serie

de n - k números adimensionales construidos con las variables

originales.

Este teorema proporciona un método de construcción de

parámetros adimensionales, incluso cuando la forma de la

ecuación es desconocida. De todas formas la elección de

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parámetros adimensionales no es única y el teorema no elige

cuáles tienen significado físico.

Si tenemos una ecuación física que refleja la relación

existente entre las variables que intervienen en un cierto

problema debe existir una función f tal que:

(a)

en donde Ai son las n variables o magnitudes físicas

relevantes, y se expresan en términos de k unidades físicas

independientes. Entonces la anterior ecuación se puede

reescribir como:

en donde son los parámetros adimensionales construidos

de n − k ecuaciones de la forma:

en donde los exponentes mi son números enteros. El número de

términos adimensionales construidos n - k es igual a la

nulidad de la matriz dimensional en donde k es elrango de la

matriz.

La notación de πi como parámetros adimensionales fue

introducida por Edgar Buckingham en su artículo de 1914, de

ahí el nombre del teorema. No obstante, la autoría del mismo

debe adscribirse a Aimé Vaschy, quien lo enunció en 1892.

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BIBLIOGRAFIA

Victor Streeter, E Benjamin Wylie, Keith W. Bedford (2007). Mecánica de Fluidos. 9na Edición

Robert L. Mot (2006). Mecánica de Fluidos. 6ta Edición

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