Fundamentos de Mecánica de Fluidos: Bombas, Semejanza y Capa Límite

Problema 3: Bombas Hidráulicas

Para resolver el problema se lleva a cabo el mismo procedimiento que en el problema 2, añadiendo Hb (energía aportada por la bomba) a la izquierda del balance de energía.

Rendimiento de la bomba

Se utiliza la fórmula dada por el enunciado. Se establece que la bomba es eficiente si el rendimiento supera el 65%.

Reparto de la potencia consumida

Para calcular cómo se reparte la potencia consumida por la bomba, se utilizan las siguientes expresiones:

• Pr = σ * Q * Hr
• Psec = σ * Q * Hsec, etc.

Si el enunciado pregunta por el criterio de Bonnet:

Problema 3: Servicio en Ruta

Aunque a lo largo del servicio en ruta el reparto no sea uniforme, así lo vamos a considerar a efectos de cálculo.

Cuando la instalación cuenta con un servicio en ruta, debemos añadir las pérdidas de carga del servicio en ruta a la derecha del balance de energía.

Para trabajar con el servicio en ruta del mismo modo que si fuera una tubería normal, es necesario operar con un caudal equivalente (Qeq) dado por una de las siguientes expresiones:

• Sabiendo que Qf = Qi - Qsr y que Qsr = Qentra - Qsale.
• Si Qf = 0, entonces Qsr = Qi.

Si tuviésemos que buscar el porcentaje del consumo de la bomba que es debida a pérdidas de carga en el servicio en ruta: Psr = σ * Qsr * Hreq.

Semejanza en Mecánica de Fluidos

Es un concepto fundamental para la experimentación en mecánica de fluidos y está muy relacionado con diferentes adimensionales característicos de determinados tipos de procesos. Permite relacionar resultados de pruebas experimentales realizadas sobre un modelo para extraer información aplicable a un prototipo.

Lo habitual para realizar ensayos es fabricar modelos a escala más reducida (semejanza geométrica). Al tratarse de un movimiento de un objeto inmerso en un fluido que se mueve a velocidades subsónicas, el adimensional que marca la semejanza es el número de Reynolds (Nre prototipo = Nre modelo). En caso de ir a velocidades supersónicas, el parámetro de referencia es el número de Mach (Ma). Otra ventaja es poder utilizar fluidos diferentes entre el modelo y el prototipo.

Capa Límite

Es la capa en la que se producen los fenómenos de fricción existentes entre una superficie y un fluido que está en movimiento. Esta capa incluye toda la zona del fluido que ve modificada su velocidad por el contacto con la superficie, desde el valor nulo justo en la superficie hasta el 99% de la velocidad del fluido sin perturbar.

Fuera de esta capa, el fluido se comportaría como no viscoso. En el caso general de las superficies curvadas, además de la resistencia por contacto, se produce una resistencia asociada a la forma. En determinadas circunstancias, si la velocidad es alta, se puede producir el desprendimiento de la capa límite, en cuyo caso tendrá lugar la formación de estelas bajo el objeto sumergido. Estas estelas serían una fuente de disipación de energía.