Fundamentos de Hidráulica, Bombas y Termodinámica Aplicada

Conceptos de Hidráulica y Funcionamiento de Bombas

Rendimiento total: Es la relación entre la potencia útil ($P_u$) y la potencia de accionamiento ($P_a$), expresada como $P_u / P_a$.

Bomba de desplazamiento positivo (volumétrico): Se realiza un aumento de presión por el empuje de las paredes de las cámaras que varían su volumen. En cada ciclo, el órgano propulsor genera de manera positiva un volumen dado.

Bomba de desplazamiento negativo: El principio de funcionamiento está basado en el intercambio de cantidad de movimiento entre la máquina y el fluido, el cual es continuo.

Fenómeno de la Cavitación en Fluidos

Cavitación: Efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a una gran velocidad, produciendo una descomposición del fluido debido a la conservación de la constante de Bernoulli. Es un fenómeno físico que se produce cuando la presión del agua o cualquier otro fluido disminuye por debajo de la presión de vapor del fluido a la temperatura de proceso.

Relación NPSHr y NPSHd: El NPSH es una carga neta de aspiración positiva. Es la relación de la cual se determinará si habrá cavitación o no en la instalación de la bomba. Si NPSHr > NPSHd, habrá cavitación. La cavitación puede producir daños en los componentes y pérdidas de rendimiento.

Fundamentos de la Termodinámica

Termodinámica: Ciencia que estudia las propiedades físicas macroscópicas, tratando la cantidad de transferencia de calor a medida que un sistema pasa de un estado a otro (estado de equilibrio) y la energía necesaria para pasar de un estado a otro.

Principios de la Termodinámica:

• Principio 0: La temperatura como propiedad (equilibrio térmico).
• Principio 1: Conservación de la energía.
• Principio 2: Entropía no conservativa.
• Principio 3: Cero absoluto (0 K).

Transferencia de Calor y Propiedades Térmicas

Transferencia de calor: Se basa en el tiempo del proceso termodinámico y la descripción continua en el espacio y tiempo de la evolución de la temperatura y el calor. Donde la fuerza impulsora es la temperatura y la velocidad depende del gradiente (Q y V).

Calor: Forma de energía que se puede transferir de un cuerpo a otro como resultado de la diferencia de temperatura. Está relacionado directamente con la energía cinética de las partículas.

Temperatura: Medida del calor (magnitud) o energía térmica (cinética) asociada al movimiento de las moléculas y partículas de un cuerpo.

Diferencias entre Calor y Temperatura:

• Temperatura (T): Depende de la velocidad (v), se mide en Joules o grados, es una sensación térmica y se utiliza el termómetro.
• Calor (C): Depende de la velocidad (v), el número de partículas, el tamaño y el tipo de sustancia; se mide con el calorímetro y su unidad absoluta es el Kelvin.

Escalas y Conversiones:

• $T_c = (T_f - 32) / 1,8$
• $T_c = T_k - 273,15$
• dT: Fuerza impulsora.
• Kelvin (K): Escala absoluta que explica la materia a nivel macroscópico y microscópico.

Propiedades de la Materia y Flujo Térmico

Propiedades Extensivas: Dependen de la cantidad de materia. Ejemplos: masa, volumen, energía, entalpía y entropía.

Propiedades Intensivas: No dependen de la temperatura o la masa. Ejemplos: velocidad, punto de ebullición, densidad, viscosidad y concentración.

Flujo de calor: Es una transferencia de energía que se lleva a cabo como consecuencia de las diferencias de temperatura, definida como $dQ/dt$.

Calor específico: Cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad.