Máquinas Hidráulicas: Fundamentos, Clasificación y Funcionamiento

Máquinas Hidráulicas: Transformadores de Energía

Una máquina es un dispositivo que absorbe energía de una clase y la restituye transformada, ya sea en otra clase de energía o en la misma. En el campo de la tecnología industrial, las máquinas se clasifican principalmente en tres grandes grupos:

• Máquinas de fluido
• Máquinas herramientas
• Máquinas eléctricas

Clasificación de las Máquinas de Fluido

Las máquinas de fluido son aquellas en las que un fluido es el medio para el intercambio de energía. Esto puede ocurrir de dos maneras:

1. El fluido proporciona la energía que la máquina absorbe (ej. una turbina).
2. El fluido es el receptor de la energía mecánica que la máquina le transfiere (ej. una bomba).

A su vez, las máquinas de fluido se dividen en dos categorías fundamentales según las propiedades del fluido de trabajo.

Máquinas Hidráulicas

Una máquina hidráulica es aquella en la que el fluido que intercambia su energía no varía sensiblemente de densidad en su paso a través de la máquina. Por lo tanto, para su estudio y diseño, se considera que la densidad del fluido es constante.

Máquinas Térmicas

Una máquina térmica es aquella en la que el fluido, al pasar a través de la máquina, varía sensiblemente de densidad y volumen específico. En este caso, estas variaciones no pueden suponerse constantes y son cruciales para el diseño y estudio de la máquina.

Tipos de Máquinas Hidráulicas

Las máquinas hidráulicas se clasifican según su principio de funcionamiento en dos grupos principales:

Turbomáquinas (o Máquinas de Corriente)

En las turbomáquinas, el órgano transmisor de la energía, conocido como rodete, se mueve siempre con movimiento rotativo. El intercambio de energía se basa fundamentalmente en los cambios en la dirección y el valor absoluto de la velocidad del fluido. Estos cambios dinámicos juegan un papel esencial en su funcionamiento.

Máquinas de Desplazamiento Positivo (o Máquinas Volumétricas)

En las máquinas de desplazamiento positivo, el órgano intercambiador de energía cede energía al fluido (o el fluido a él) en forma de energía de presión, creada por la variación de un volumen confinado. Este órgano puede tener tanto un movimiento alternativo como rotativo. A diferencia de las turbomáquinas, los cambios en la velocidad del fluido no juegan un papel esencial.

Subdivisión: Máquinas Motoras y Generadoras

Tanto las turbomáquinas como las máquinas de desplazamiento positivo se subdividen en motoras y generadoras:

• Motoras: Absorben energía del fluido y restituyen energía mecánica (ej. turbinas).
• Generadoras: Absorben energía mecánica y restituyen energía al fluido (ej. bombas, compresores).

Principios Fundamentales de las Turbomáquinas

Ecuación Fundamental de las Turbomáquinas o Ecuación de Euler

La ecuación de Euler es la ecuación fundamental para el estudio de todas las turbomáquinas, tanto hidráulicas como térmicas. Esta ecuación expresa la energía intercambiada en el rodete de estas máquinas, relacionando las velocidades del fluido a la entrada y salida del mismo.

Grado de Reacción

El grado de reacción define el modo en que trabaja el rodete. Por ejemplo, en una bomba, es necesario distinguir la altura de presión que proporciona el rodete. La energía total transferida por la bomba suele ser mayor que la del rodete, ya que componentes como el difusor se encargan de transformar la energía dinámica (cinética) generada en el rodete en energía de presión útil en el sistema.

Aplicación Práctica: Las Bombas

Una bomba es un claro ejemplo de máquina hidráulica generadora. Su función es absorber energía mecánica (de un motor eléctrico, por ejemplo) y restituirla al líquido que la atraviesa en forma de energía hidráulica (presión y velocidad).

Las bombas se emplean para impulsar toda clase de líquidos y son fundamentales en innumerables procesos industriales y civiles. Sus aplicaciones incluyen:

• Suministro de agua potable.
• Sistemas de riego.
• Procesos químicos.
• Bombeo de líquidos espesos o con sólidos en suspensión, como pasta de papel, melaza, fango, aguas residuales, etc.