Instituto politecnico nacional

Escuela superior de ingeniera unidad culhuacan

ASIGNATURA: LABORATORIO DE HIDRAULICA

GRUPO: 7MV3

INTEGRANTES: Ezquivel PacoyMartinez jimenez Ronaldinho JacobTodd Prez Guillermo Ral

Introduccin.UnaMquina hidrulicaes una variedad demquina de fluidoque emplea para su funcionamiento las propiedades de un fluido incompresible o que se comporta como tal, debido a que sudensidaden el interior del sistema no sufre variaciones importantes.Convencionalmente se especifica para losgasesun lmite de 100 mbarpara el cambio depresin; de modo que si ste es inferior, la mquina puede considerarse hidrulica. Dentro de las mquinas hidrulicas el fluido experimenta unproceso adiabtico, es decir no existe intercambio decalorcon el entorno.

Las mquinas hidrulicas se pueden clasificar atendiendo a diferentes criterios.Segn la variacin de energa.En losmotoreshidrulicos, laenergadel fluido que atraviesa la mquina disminuye, obtenindoseenerga mecnica, mientras que en el caso de generadores hidrulicos, el proceso es el inverso, de modo que el fluido incrementa su energa al atravesar la mquina.Atendiendo al tipo de energafluido dinmicaque se intercambia a travs de la mquina tenemos:Mquinas en las que se produce una variacin de laenerga potencial, como por ejemplo eltornillo de Arqumedes.Mquinas en las que se produce una variacin de laenerga cintica, como por ejemploaerogeneradores,hlicesoturbina Pelton. Estas se denominan mquinas de accin y no tienen carcasa.Mquinas en las que se produce una variacin de laentalpa(presin), como por ejemplo lasbombas centrfugas. Estas mquinas se denominan mquinas dereaccin.Segn el tipo de intercambio Teniendo en cuenta el modo en el que se intercambia la energa dentro de la mquina su clasificacin puede ser as:Mquinas dedesplazamiento positivo o volumtrico. Se trata de uno de los tipos ms antiguos de mquinas hidrulicas y se basan en el desplazamiento de unvolumende fluido comprimindolo. El ejemplo ms claro de este tipo de mquinas es la bomba de aire para bicicletas. Suministran uncaudalque no es constante, para evitarlo en ocasiones se unen varias para lograr una mayor uniformidad. Estas mquinas son apropiadas para suministros de alta presin y bajos caudales.Segn el encerramientoAtendiendo a la presencia o no de carcasa:Mquinas no entubadas como pueden ser lasmquinas de accin.Mquinas entubadas.Segn el movimientoExisten otros criterios, como la divisin en rotativas y alternativas, dependiendo de si el rgano intercambiador de energa tiene un movimiento rotativo o alternativo, esta clasificacin es muy intuitiva pero no atiende al principio bsico de funcionamiento de estas mquinas.

Investigacin.

Turbina Francis.Laturbina Francisfue desarrollada porJames B. Francis. Se trata de unaTurbomquinasmotora areacciny de flujo mixto.Las turbinas Francis sonturbinas hidrulicasque se pueden disear para un amplio rango de saltos y caudales, siendo capaces de operar en rangos de desnivel que van de los dos metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el ms ampliamente usado en el mundo, principalmente para laproduccin de energa elctricaencentrales hidroelctricas.

DesarrolloLas norias y turbinas hidrulicas han sido usadas histricamente para accionar molinos de diversos tipos, aunque eran bastante ineficientes. En elsiglo XIXlas mejoras logradas en las turbinas hidrulicas permitieron que, all donde se dispona de un salto de agua, pudiesen competir con lamquina de vapor.En1826Benoit Fourneyron desarroll una turbina de flujo externo de alta eficiencia (80%). El agua era dirigida tangencialmente a travs del rodete de la turbina provocando su giro. Alrededor de1820Jean V. Poncelet dise una turbina de flujo interno que usaba los mismos principios, y S. B. Howd obtuvo en1838una patente en los EE.UU. para un diseo similar.En1848James B. Francis mejor estos diseos y desarroll una turbina con el 90% de eficiencia. Aplic principios y mtodos de prueba cientficos para producir la turbina ms eficiente elaborada hasta la fecha. Ms importante, sus mtodos matemticos y grficos de clculo mejoraron el nivel de desarrollo alcanzado (estado del arte) en lo referente al diseo e ingeniera de turbinas. Sus mtodos analticos permitieron diseos seguros de turbinas de alta eficiencia.

Partes.-Cmara espiral.Tiene como funcin distribuir uniformemente el fluido en la entrada del rodete. La forma en espiral ocaracolse debe a que la velocidad media del fluido debe permanecer constante en cada punto de la misma. La seccin transversal de la misma puede ser rectangular o circular, siendo esta ltima la ms utilizada.-PredistribuidorEst compuesto por labes fijos que tienen una funcin netamente estructural, para mantener la estructura de la caja espiral y conferirle rigidez transversal,que adems poseen una forma hidrodinmica para minimizar las prdidas hidrulicas.-DistribuidorEs un rgano constituido porlabesmviles directores, cuya misin es dirigir convenientemente el agua hacia los labes delrodete(fijos) y regular el caudal admitido, modificando de esta forma la potencia de la turbina de manera que se ajuste en lo posible a las variaciones de carga de la red elctrica, a la vez de direccionar el fluido para mejorar el rendimiento de la mquina. Este recibe el nombre dedistribuidor Fink.-Rotor o rodeteEs el corazn de la turbina, ya que aqu tiene lugar el intercambio de energa entre la mquina y elfluido. En forma general, la energa del fluido al momento de pasar por el rodete es una suma deenerga cintica,energa de presinyenerga potencial. La turbina convierte esta energa enenerga mecnicaque se manifiesta en el giro del rodete. El rodete a su vez transmite esta energa por medio de un eje a ungenerador elctricodnde se realiza la conversin final enenerga elctrica. El rotor puede tener diversas formas dependiendo del nmero especfico de revoluciones para el cual est diseada la mquina, que a su vez depende del salto hidrulico y del caudal de diseo.-Tubo de aspiracinEs la salida de la turbina. Su funcin es darle continuidad al flujo y recuperar el salto perdido en las instalaciones que estn por encima del nivel de agua a la salida. En general se construye en forma dedifusor, para generar un efecto de aspiracin, el cual recupera parte de la energa que no fuera entregada al rotor en su ausencia.

AplicacionesSe utilizan para produccin de electricidad. Las grandes turbinas Francis se disean de forma individual para cada aprovechamiento hidroelctrico, a efectos de lograr el mximo rendimiento posible, habitualmente ms del 90%. Son muy costosas de disear, fabricar e instalar, pero pueden funcionar durante dcadas.Tambin pueden utilizarse para el bombeo y almacenamiento hidroelctrico, utilizando dos embalses, uno a cota superior y otro inferior (contraembalse); el embalse superior se llena mediante la turbina (en este caso funcionando comobomba) durante los perodos de baja demanda elctrica, y luego se usa como turbina para generar energa durante los perodos de alta demanda elctrica.Se fabrican micro turbinas Francis baratas para la produccin individual de energa para saltos menores de 52 metros.

Turbina Pelton.Unaturbina Peltones uno de los tipos ms eficientes deturbina hidrulica. Es unaturbomquinamotora, de flujo radial, admisin parcial y de accin. Consiste en una rueda (rodete o rotor) dotada de cucharas en su periferia, las cuales estn especialmente realizadas para convertir laenergade un chorro de agua que incide sobre las cucharas.Lasturbinas Peltonestn diseadas para explotar grandes saltos hidrulicos de bajo caudal. Lascentrales hidroelctricasdotadas de este tipo de turbina cuentan, la mayora de las veces, con una larga tubera llamadagalera de presinpara trasportar al fluido desde grandes alturas, a veces de hasta ms de doscientos metros. Al final de la galera de presin se suministra el agua a la turbina por medio de una o variasvlvulasde aguja, tambin llamadas inyectores, los cuales tienen forma detoberapara aumentar la velocidad del flujo que incide sobre las cucharas.

Aplicaciones Existen turbinas Pelton de muy diversos tamaos. Hay turbinas de varias toneladas montadas en vertical sobre cojinetes hidrulicos en las centrales hidroelctricas. Las turbinas Pelton ms pequeas, solo de unos pocos centmetros, se usan en equipamientos domsticos.En general, a medida que la altura de la cada de agua aumenta, se necesita menor caudal de agua para generar la mismapotencia. La energa es la fuerza por la distancia, y, por lo tanto, una presin ms alta puede generar la misma fuerza con menor caudal.Cada instalacin tiene, por lo tanto, su propia combinacin depresin, velocidadyvolumende funcionamiento ms eficiente. Usualmente, las pequeas instalaciones usan paletas estandarizadas y adaptan la turbina a una de las familias de generadores y ruedas, adecuando para ello las canalizaciones. Las pequeas turbinas se pueden ajustar algo variando el nmero de toberas y paletas por rueda, y escogiendo diferentes dimetros por rueda. Las grandes instalaciones de encargo disean el par torsos y volumen de la turbina para hacer girar un generador estndar.

Bombas serie-paraleloEn los procesos u operaciones industriales existen requerimientos de flujo en los que es necesario utilizar un sistema de bombeo con ms de una bomba; esto puede ser porque la demanda de gasto o de carga del proceso sea excesivamente variable.El uso de dos o ms bombas, en lugar de una, permite que cada una de ellas opere en su mejor regin de eficiencia la mayor parte del tiempo de operacin, an cuando los costos iniciales pueden ser mayores, el costo de operacin ms bajo y la mayor flexibilidad en la operacin ayuda a pagar la inversin inicial.De acuerdo con la necesidad, se pueden presentar casos en que es necesario que el sistema est integrado por pares motor bomba iguales o pares diferentes. La siguiente matriz muestra los diferentes arreglos y situaciones en que se pueden operar los sistemas en serie y paralelos.De esta matriz el trmino BAJO significa que una unidad puede satisfacer la demanda de gastos o carga. El trmino ALTO es cuando a una unidad le es imposible satisfacer una demanda de gasto o carga.Cuando la necesidad de operacin sea la de tener alta carga a gasto constante es necesario utilizar un sistema en serie como lo ilustra la figura 1.Si la demanda en el proceso es la de tener un alto gasto con una carga constante (no necesariamente) se debe utilizar un arreglo en paralelo como se indica en la figura

Bombas centrifugas.Las Bombas centrfugas tambin llamadas Rotodinamicas, son siempre rotativas y son un tipo debomba hidrulicaque transforma la energade un impulsor . Elfluidoentra por el centro del rodete, que dispone de unoslabespara conducir el fluido, y por efecto de lafuerza centrfugaes impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo conduce hacia las tuberas de salida o hacia el siguiente rodete se basa en la ecuacin de Euler y su elemento transmisor de energa se denomina impulsor rotatorio llamadorodeteenenerga cinticaypotencialrequeridas y es este elemento el que comunica energa al fluido en forma de energa cintica.

Las Bombas Centrfugas se pueden clasificar de diferentes maneras:

Por la direccin del flujo en: Radial, Axial y Mixto. Por la posicin del eje de rotacin o flecha en: Horizontales, Verticales e Inclinados. Por el diseo de la coraza (forma) en: Voluta y las deTurbina. Por el diseo de la mecnico coraza en: Axialmente Bipartidas y las Radialmente Bipartidas. Por la forma de succin en: Sencilla y Doble.

Aunque la fuerza centrfuga producida depende tanto de la velocidad en la periferia del impulsor como de ladensidaddel lquido, la energa que se aplica por unidad demasadel lquido es independiente de la densidad del lquido. Por tanto, en una bomba dada que funcione a cierta velocidad y que maneje un volumen definido de lquido, la energa que se aplica y transfiere al lquido, (enpascales, Pa, metros de columna de agua m.c.a. o o pie-lb/lb de lquido) es la misma para cualquier lquido sin que importe su densidad. Tradicionalmente la presin proporcionada por la bomba en metros de columna de agua o pie-lb/lb se expresa en metros o enpiesy por ello que se denomina genricamente como "altura", y aun ms, porque las primeras bombas se dedicaban a subir agua de los pozos desde una cierta profundidad (o altura).Las bombas centrfugas tienen un uso muy extendido en la industria ya que son adecuadas casi para cualquier uso. Las ms comunes son las que estn construidas bajo normativa DIN 24255 (en formas e hidrulica) con un nico rodete, que abarcan capacidades hasta los 500 m/h y alturas manomtricas hasta los 100 metros con motores elctricos de velocidad normalizada. Estas bombas se suelen montar horizontales, pero tambin pueden estar verticales y para alcanzar mayores alturas se fabrican disponiendo varios rodetes sucesivos en un mismo cuerpo de bomba. De esta forma se acumulan las presiones parciales que ofrecen cada uno de ellos. En este caso se habla de bomba multifsica o multietapa, pudindose lograr de este modo alturas del orden de los 1200 metros para sistemas de alimentacin de calderas.Constituyen no menos del 80% de la produccin mundial de bombas, porque es la ms adecuada para mover ms cantidad de lquido que la bomba de desplazamiento positivo.No hay vlvulas en las bombas de tipo centrfugo; el flujo es uniforme y libre de impulsos de baja frecuencia.Los impulsores convencionales de bombas centrfugas se limitan a velocidades en el orden de 60 m/s (200 pie/s).

Bombas de engranes.Unabomba de engranajeses un tipo debomba hidrulicaque consta de dosengranajesencerrados en un alojamiento muy ceido.1Transforma laenerga cinticaen forma depar motor, generada por unmotor, enenerga hidrulicaa travs del caudal deaceitegenerado por la bomba.Este caudal de aceite apresinse utiliza para generar, normalmente, el movimiento del actuador instalado en lamquina/aplicacin.

ComponentesEl elemento principal de la bomba es el par de engranajes acoplados. El par de engranajes est formado por el eje conductor/motor (el que es accionado por el eje del motor) y el eje conducido. El eje conductor hace girar al eje conducido bajo el principio del desplazamiento provocado por el contacto entre los dientes de los engranajes de los ejes.

FuncionamientoAl accionarse la bomba, el aceite entra por el orificio de entrada (aspiracin) de la bomba debido a la depresin creada al separarse los dientes de uno respecto a los del otro engranaje. El aceite es transportado a travs de los flancos de los dientes del engranaje hasta llegar al orificio de salida de la bomba, donde, al juntarse los dientes del eje conductor con los del conducido, el aceite es impulsado hacia el orificio de salida (presin).El uso de las bombas de engranajes externos en el mercado es muy comn debido a que es un producto compacto, potente, robusto y competitivo a nivel de coste.

Bombas regenerativas.Tambin se conocen como bombas de vrtice, perifricas y regenerativas; en este tipo se producen remolinos en el lquido por medio de los labes a velocidades muy altas dentro del canal anular en el que gira el impulsor. El lquido va recibiendo impulsos de energa. Las bombas del tipo difusor de pozo profundo, se llaman frecuentemente bombas turbinas. Sin embargo, asemejan a la bomba turbina regenerativa en ninguna y no deben confundirse con ella. Tipos de Flujo Mixto y de Flujo Axial.- Las bombas de flujo mixto desarrollan su columna parcialmente por fuerza centrfuga y parcialmente. Por el impulsor de los labes sobre el lquido. El dimetro de descarga de los impulsores es mayor que el de entrada. Las bombas de flujo axial desarrollan su columna por la accin de impulso o elevacin de las paletas sobre el lquido.Una bomba regenerativa es una bomba centrifuga radial de varias etapas: varios rotores montados sobre un eje; el flujo que sale de cada etapa reingresa centralmente a la etapa siguiente.

AplicacionesSi bien la bomba regenerativa fue originalmente desarrollada para llenar cilindros de propano, ha encontrado su lugar en muchas otras aplicaciones, especialmente en trasiegos de lquidos voltiles. Se usa comnmente para alimentar sistemas de vaporizadores industriales y llenadores de aerosol, y para trasegar gases licuados como NH3, CO2, SO2, y gases refrigerantes.

Bombas reciprocants.Las bombas reciprocants son unidades de desplazamiento positivo descargan una cantidad definida de lquido durante el movimiento del pistn o mbolo a travs de la distancia de carrera. Sin embargo, no todo el lquido llega necesariamente al tubo de descarga debido a escapes o arreglo de pasos de alivio que puedan evitarlo. Despreciando stos, elvolumendel lquido desplazado en una carrera del pistn o mbolo es igual alproductodel rea del pistn por la longitud de la carrera.Existen bsicamente dos tipos de bombas reciprocants las de accin directa, movidas por vapor y las bombas depotencia. Pero existen muchas modificaciones de los diseos bsicos, construidas para servicios especficos en diferentes campos. Algunas Se clasifican como bombas rotatorias por los fabricantes, aunque en realidad utilizan movimiento reciprocants de pistones o mbolos para asegurar la accin de bombeo.

Bombas de Accin Directa.- En este tipo, una varilla comn de pistn conecta un pistn de vapor y uno de lquido o mbolo. Las bombas de accin directa se constituyen de simplex (un pistn de vapor y un pistn de lquido, respectivamente) y duplex (dos pistones de vapor y dos de lquido). Los extremos compuestos y de triple expansin, que fueron usados en alguna poca no se fabrican ya como unidades normales.

Bombas de Potencia.- Estas tienen un cigeal movido por una fuente externa generalmente un motor elctrico, banda o cadena. Frecuentemente se usan engranes entre el motor y el cigeal para reducir la velocidad de salida del elemento motor. Cuando se mueve a velocidad constante, las bombas de potencia proporcionan un gasto casi constante para una amplia variacin de columna, y tienen buenaeficiencia. El extremo lquido, que puede ser del tipo de pistn o mbolo, desarrollar una presin elevada cuando se cierra la vlvula de descarga. Por esta razn, es prctica comn el proporcionar una vlvula de alivio para descarga, con objeto de proteger la bomba y su tubera. Las bombas de accin directa, se detienen cuando la fuerza total en el pistn delaguaiguala a la del pistn de vapor; las bombas de potencia desarrollan una presin muy elevada antes de detenerse. La presin de parado es varias veces la presin de descarga normal de las bombas de potencia. Las bombas de potencia se encuentran particularmente bien adaptadas para servicios de alta presin y tienen algunos usos en laalimentacindecalderas, bombeo en lneas de tuberas,procesode petrleos y aplicaciones similares.

Bombas del Tipo Potencia de Baja Capacidad.- Estas unidades se conocen tambin como bombas de capacidad variable, volumen controlado y de "proporcin". Su uso principal es para controlar el flujo de pequeas cantidades de lquido para alimentar calderas, equipos de proceso y unidades similares. Como tales ocupan un lugar muy importante en muchasoperacionesindustriales en todo tipo deplantas. La capacidad de estas bombas puede variarse cambiando la longitud de la carrera. Puede usarse un diafragma para bombear el lquido que se maneja, accionado por un mbolo que desplaza aceite dentro de la cmara de la bomba. Cambiando la longitud de la carrera del mbolo se vara el desplazamiento del diafragma.Bombas del Tipo de Diafragma. La bomba combinada de diafragma y pistn generalmente se usa slo para capacidades pequeas. Las bombas de diafragma se usan paragastoselevados de lquidos, ya sea claros o conteniendo slidos. Tambin son apropiados para pulpas gruesas, drenajes, lodos, solucionescidas y alcalinas, as comomezclasde agua con slidos que puedan ocasionarerosin. Un diafragma de material flexible no metlico, puede soportar mejor la accin corrosiva o erosiva que las partes metlicas de algunas bombas reciprocants.

Conclusiones..La introduccin del laboratorio en nuestra opinin es algo de suma importancia ya que con estas, se tiene las bases mnimas para poder utilizar el laboratorio con mayor provecho y ms rapidez, por eso esta prctica es de gran importancia ya que a partir de esta se inicia todo lo que se aprender en este curso de mquinas hidrulicas.