Fundamentos de Máquinas Hidráulicas: Bombas, Turbinas y Fenómenos Operativos

Máquinas Hidráulicas: Conceptos Fundamentales

Las máquinas hidráulicas agrupan todos los mecanismos destinados a efectuar la transformación de la energía hidráulica en energía mecánica y viceversa.

Motores Hidráulicos

Son aquellos en los cuales la energía de una corriente líquida es capaz de accionar otra máquina. Ejemplos incluyen:

• Las ruedas hidráulicas
• Las turbinas
• Los molinetes regadores

Máquinas Elevadoras (Bombas)

Son aquellas que, accionadas por un agente exterior, generan energía hidráulica. Ejemplos son:

• Las bombas de émbolo
• Las bombas centrífugas

Conceptos de Salto Hidráulico

Salto o Caída

Consiste en el desnivel de agua utilizado por un motor hidráulico. La energía hidráulica proviene de la energía potencial que dispone el salto.

Salto Bruto

Se refiere al desnivel existente entre la superficie libre del agua inmediatamente antes e inmediatamente después de la máquina hidráulica.

Salto Neto

Se refiere a la diferencia de energía que posee la corriente líquida inmediatamente antes e inmediatamente después de la máquina hidráulica.

Cálculo de la Potencia Hidráulica

La potencia hidráulica se calcula considerando el peso específico del fluido. (Expresada comúnmente en kgm/s o vatios).

Bombas Centrífugas: Funcionamiento y Componentes

Bomba Centrífuga

Es actualmente la máquina más utilizada para bombear líquidos en general. Son siempre rotativas y transforman la energía mecánica de un impulsor en energía cinética o de presión para un fluido incompresible.

Elementos Principales

Los elementos que constituyen una bomba centrífuga son:

• Carcasa
• Cuerpo de bomba
• Soporte de cojinete
• Tapa de aspiración
• Apertura del eje
• Cierre del eje
• Eje

Turbinas Hidráulicas: Tipos y Principios

Turbinas de Acción

En este tipo de turbina, toda la energía potencial del salto se transforma en energía cinética antes de que el fluido penetre en el rotor.

Turbinas de Reacción

El agua llega al rotor con una presión hidrostática mayor que la atmosférica, es decir, entra con energía potencial de presión. Dentro del rotor, esta energía se transforma en energía cinética.

Fenómenos Críticos en Sistemas Hidráulicos

Golpe de Ariete

El golpe de ariete es, junto a la cavitación, el principal causante de averías en tuberías e instalaciones hidráulicas. Se origina debido a que el fluido es ligeramente elástico. En consecuencia, cuando se cierra bruscamente una válvula o un grifo instalado en el extremo de una tubería de cierta longitud, las partículas de fluido que se han detenido son empujadas por las que vienen inmediatamente detrás y que siguen aún en movimiento. Esto origina una sobrepresión que se desplaza por la tubería a una velocidad que puede superar la velocidad del sonido en el fluido. Esta sobrepresión tiene dos efectos principales: comprime ligeramente el fluido, reduciendo su volumen, y dilata ligeramente la tubería.

Cavitación

La cavitación, también conocida como aspiraciones en vacío, es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por una arista afilada. Esto provoca una descompresión del fluido debido a la conservación de la constante de Bernoulli. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido, de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades.