conceptos de flujo de fluidos
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Química
Flujo quimico; En química se puede decir, que es una sustancia que facilita la fusión
dentro de la mezcla
Fluido
En la animación, el fluido de abajo es másviscoso que el de arriba, eso conlleva que al caer un objeto sobre él
tengan comportamiento cualitativamente diferentes.
Se denomina fluido a un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas sólo hay una fuerza de atracción débil. La propiedad definitoria es que los fluidos pueden cambiar de forma sin que aparezcan en su seno fuerzas restitutivas tendentes a recuperar la forma "original" (lo cual constituye la principal diferencia con un sólido deformable, donde sí hay fuerzas restitutivas).
Un fluido es un conjunto de partículas que se mantienen unidas entre si por fuerzas cohesivas débiles y las paredes de un recipiente; el término engloba a los líquidos y los gases. En el cambio de forma de un fluido la posición que toman sus moléculas varía, ante una fuerza aplicada sobre ellos, pues justamente fluyen. Los líquidos toman la forma del recipiente que los aloja, manteniendo su propio volumen, mientras que los gases carecen tanto de volumen
como de forma propias. Las moléculas no cohesionadas se deslizan en los líquidos, y se mueven con libertad en los gases. Los fluidos están conformados por los líquidos y los gases, siendo los segundos mucho menos viscosos (casi fluidos ideales).
Índice
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1 Características
2 Propiedades
o 2.1 Propiedades primarias
o 2.2 Propiedades secundarias
3 Descripción de los fluidos
o 3.1 Clasificación
o 3.2 Descripción matemática
o 3.3 Agitación molecular
4 Referencias
o 4.1 Bibliografía
Características[editar]
Movimiento no acotado de las moléculas. Son infinitamente deformables, los
desplazamientos que un punto material o moléculapuede alcanzar en el seno del fluido no
están acotados (esto contrasta con los sólidos deformables, donde los desplazamientos
están mucho más limitados). Esto se debe a que sus moléculas no tienen una posición de
equilibrio, como sucede en los sólidos donde la mayoría de moléculas ejecutan pequeños
movimientos alrededor de sus posiciones de equilibrio.
Compresibilidad . Todos los fluidos son compresibles en cierto grado. No obstante, los
líquidos son altamente incompresibles a diferencia de los gases que son altamente
compresibles. Sin embargo, la compresibilidad no diferencia a los fluidos de los sólidos, ya
que la compresibilidad de los sólidos es similar a la de los líquidos.
Viscosidad , aunque la viscosidad en los gases es mucho menor que en los líquidos. La
viscosidad hace que la velocidad de deformación puede aumentar las tensiones en el
seno del medio continuo. Esta propiedad acerca a los fluidos viscosos a los sólidos
viscoelásticos.
Distancia Molecular Grande: Esta es una de las características de los fluidos en la cual
sus moléculas se encuentran separadas a una gran distancia en comparación con los
sólidos y esto le permite cambiar muy fácilmente su velocidad debido a fuerzas externas y
facilita su compresión.
Fuerzas de Van der Waals : Esta fuerza fue descubierta por el físico holandés Johannes
Van der Waals, el físico encontró la importancia de considerar el volumen de las
moléculas y las fuerzas intermoleculares y en la distribución de cargas positivas y
negativas en las moléculas estableciendo la relación entre presión, volumen, y
temperatura de los fluidos.
Ausencia de memoria de forma , es decir, toman la forma del recipiente que lo contenga,
sin que existan fuerzas de recuperación elástica como en los sólidos. Debido a su
separación molecular los fluidos no poseen una forma definida por tanto no se puede
calcular su volumen o densidad a simple vista, para esto se introduce el fluido en un
recipiente en el cual toma su forma y así podemos calcular su volumen y densidad, esto
facilita su estudio. Esta última propiedad es la que diferencia más claramente a fluidos
(líquidos y gases) de sólidos deformables.
Para el estudio de los fluidos es indispensable referirnos a la mecánica de fluidos que es la ciencia que estudia los movimientos de los fluidos y una rama de la mecánica de medios continuos. También estudia las interacciones entre el fluido y el contorno que lo limita.
Propiedades[editar]
Las propiedades de un fluido son las que definen el comportamiento y características del mismo tanto en reposo como en movimiento. Existen propiedades primarias y propiedades secundarias del fluido.
Propiedades primarias[editar]
Propiedades primarias o termodinámicas:
Presión
Densidad
Temperatura
Energía interna
Entalpía
Entropía
Calores específicos
Viscosidad
Peso y volumen específicos
Propiedades secundarias[editar]
Caracterizan el comportamiento específico de los fluidos.
Viscosidad
Conductividad térmica
Tensión superficial
Compresibilidad
Capilaridad
Descripción de los fluidos[editar]
Clasificación[editar]
Los fluidos se pueden clasificar de acuerdo a diferentes características, de acuerdo con su comportamiento viscosos que presentan en:
Fluidos perfectos o superfluidos
Fluidos newtonianos
Fluidos no newtonianos
Respecto a su densidad y tipo de movimiento de las moléculas y el estado físico un fluido puede ser clasificado en:
Líquido
Vapor
Gas
Incluso el plasma puede llegar a modelarse como un fluido, aunque este contenga cargas eléctricas.1
Descripción matemática[editar]Artículo principal: Mecánica de fluidos
Si bien las moléculas que forman los fluidos pueden cambiar su posición relativa y son elementos discretos y separables unos de otros. La manera de estudiarlos y predecir su comportamiento la mayor parte de situaciones es tratarlos como un medio continuo. De esta forma, las variables de estado del material, tales como lapresión, la densidad y la velocidad podrán ser consideradas como funciones continuas del espacio y del tiempo, conduciendo naturalmente a la descripción de los fluidos como un conjunto de campos vectoriales y escalares, que coevolucionan a medida que una masa de fluido se deplaza como un todo o cambia de forma. Lasecuaciones de movimiento que describen el comportamiento macroscópico de un fluidos bajo diversas condiciones exteriores son ecuaciones diferenciales que involucran las derivadas de diferentes magnitudes (escalares o vectoriales) respecto a las coordenadas. La ecuación que relaciona las fuerzas sobre un fluido con el llamado tensor tensión que representa las fuerzas entre diferentes moléculas es común a la de los sólidos deformables:
(*)
Aquí representan las componentes del tensor de tensiones, mientras que las representan las componentes de las fuerzas volumétricas y son las componentes del campo de velocidades.
La diferencia entre un fluido y un sólido deformable es que en un fluido dicho tensor tensión no depende de la deformación absoluta sino como mucho de lavelocidad de deformación. Así para un fluido newtoniano la ecuación constitutiva que da el tensor tensión en términos del tensor velocidad de deformación es:
que substituida en la ecuación (*) proporciona las ecuaciones de Navier-Stokes.
Agitación molecular[editar]
Al dividir la longitud del recorrido libre promedio de las moléculas por la longitud característica del sistema, se obtiene un número adimensional denominado número de Knudsen. Calculando el número de Knudsen es fácil saber cuándo puede describirse el comportamiento de líquidos y gases mediante las ecuaciones de la dinámica de los fluidos. En efecto, si el número de Knudsen es menor a la unidad, la hipótesis del continuo podrá ser aplicada; si el número de Knudsen es similar a la unidad o mayor, deberá recurrirse a las ecuaciones de la mecánica estadística para describir el comportamiento del sistema.
Es por ello que la región de números de Knudsen cercanos o mayores a la unidad se denomina también región de gases raros.
1. LOS FLUIDOS:Fluido, sustancia que cede inmediatamente a cualquier fuerza tendente a alterar su forma, con lo que fluye y se adapta a la forma del recipiente. Los fluidos pueden ser líquidos o gases. Las partículas que componen un líquido no están rígidamente adheridas entre sí, pero están más unidas que las de un gas. El volumen de un líquido contenido en un recipiente hermético permanece constante, y el líquido tiene una superficie límite definida. En contraste, un gas no tiene límite natural, y se expande y difunde en el aire disminuyendo su densidad. A veces resulta difícil distinguir entre sólidos y fluidos, porque los sólidos pueden fluir muy lentamente cuando están sometidos a presión, como ocurre por ejemplo en los glaciares. (Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos).
TIPOS DE FLUIDOS..........
Se denominan Fluidos a las sustancias en general, aquellas que se deforman cuando se le aplica una presión o tensión en su superficie, las que conocemos como agua o gasolina que adoptan la forma del recipiente que los contiene, pero no todos los fluidos se comportan de la misma manera a las fuerzas externas que reciben, esto se debe a la viscosidad que presentan, laviscosidad es la resistencia de un fluido a moverse o cambiar de forma por una acción aplicada.
FLUIDOS NEWTONIANOSson los que tienen un comportamiento normal, como por ejemplo el agua, tiene muy poca viscosidad y esta no varía con ninguna fuerza que le sea aplicada, si le damos un golpe a la superficie del agua en una piscina esta se deforma como es lógico.
A medida que aumenta la temperatura de un fluido líquido, disminuye su viscosidad. Esto quiere decir que la viscosidad es inversamente proporcional al aumento de la temperatura.
FLUIDO NO NEWTONIANOtienen un comportamiento extraño o fuera de lógica, este tipo de fluidos no cumplen con las leyes de newton, presentan mayor viscosidad, la cual ademáspuede variar con las tensiones (fuerzas) que se le aplican, lo que hace que se comporte en ocasiones como un sólido ante mayor fuerza y como un líquido con menos tensión aplicada.
Estos fluidos se pueden caracterizar mejor mediante otras propiedades reológicas, propiedades que tienen que ver con la relación entre el esfuerzo y los tensores de tensiones bajo diferentes condiciones de flujo, tales como condiciones de esfuerzo cortante oscilatorio.
EJEMPLOS
Tipo de fluidoComportam
ientoCaracterís
ticasEjemplos
Plásticos Plástico perfecto
La aplicación de una
Metales dúctiles una vez superado el límite elástico
deformación no conlleva un esfuerzo de resistencia en sentido contrario
Plástico de Bingham
Relación lineal, o no lineal en algunos casos, entre el esfuerzo cortante y el gradiente de deformación una vez se ha superado un determinado valor del esfuerzo cortante
Barro, algunos coloides
Limite seudoplastico
Fluidos que se comportan como seudoplásticos a partir de un determinado valor del esfuerzo cortante
Limite dilatante
Fluidos que se comportan como dilatantes a partir de un determinado valor del esfuerzo cortante
Fluidos que siguen la Ley de la Potencia
seudoplástico
La viscosidad aparente se reduce con el gradiente del esfuerzo cortante
Algunos coloides, arcilla, leche, gelatina,sangre.
Dilatante
La viscodidad aparente se incrementa con el gradiente del esfuerzo cortante
Soluciones concentradas de azúcar en agua, suspensiones de almidón de maíz o de arroz.
Fluidos viscoelásticos
Material de Maxwell
Combinación lineal "serie" de efectos elásticos y viscosos
Metales, Materiales compuestos
Fluido Oldroyd-B
Combinación lineal de comportamiento como fludio Newtoniano y como material de Maxwel
Betún, Masa panadera, nailon, PlastilinaMaterial de
Kelvin
Combinación lineal "paralela" de efectos elásticos y viscosos
Plástico
Estos materiales siempre vuelven a un estado de reposo predefinido
Fluidos cuya viscosidad depende del tiempo
Reopéctico
La viscosidad aparente se incrementa con la duración del esfuerzo aplicado
Algunos lubricantes
Tixotrópico La viscosidad
Algunas variedades de mieles, kétchup, algunas
aparente decrece con la duración de esfuezo aplicado
pinturas antigoteo.
Mecánica de fluidosLa mecánica de fluidos es la rama de la mecánica de medios continuos, rama de la física a su vez, que estudia el movimiento de los fluidos (gases y líquidos) así como las fuerzas que lo provocan.1 La característica fundamental que define a los fluidos es su incapacidad para resistir esfuerzos cortantes (lo que provoca que carezcan de forma definida). También estudia las interacciones entre el fluido y el contorno que lo limita.
Índice
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1 Hipótesis básicas.
o 1.1 Hipótesis del medio continuo
o 1.2 Concepto de partícula fluida
o 1.3 Descripciones lagrangiana y euleriana del movimiento de un fluido
2 Ecuaciones generales de la mecánica de fluidos
3 Véase también
4 Referencias
5 Enlaces externos
Hipótesis básicas.[editar]
Como en todas las ramas de la ciencia, en la mecánica de fluidos se parte de hipótesis en función de las cuales se desarrollan todos los conceptos. En particular, en la mecánica de fluidos se asume que los fluidos verifican las siguientes leyes:
conservación de la masa y de la cantidad de movimiento.
primera y segunda ley de la termodinámica.
Hipótesis del medio continuo[editar]
La hipótesis del medio continuo es la hipótesis fundamental de la mecánica de fluidos y en general de toda la mecánica de medios continuos. En esta hipótesis se considera que el fluido es continuo a lo largo del espacio que ocupa, ignorando por tanto su estructura molecular y las
discontinuidades asociadas a esta. Con esta hipótesis se puede considerar que las propiedades del fluido (densidad, temperatura, etc.) son funciones continuas.
La forma de determinar la validez de esta hipótesis consiste en comparar el camino libre medio de las moléculas con la longitud característica del sistema físico. Al cociente entre estas longitudes se le denomina número de Knudsen. Cuando este número adimensional es mucho menor a la unidad, el material en cuestión puede considerarse un fluido (medio continuo). En el caso contrario los efectos debidos a la naturaleza molecular de la materia no pueden ser despreciados y debe utilizarse la mecánica estadística para predecir el comportamiento de la materia. Ejemplos de situaciones donde la hipótesis del medio continuo no es válida pueden encontrarse en el estudio de los plasmas.
Concepto de partícula fluida[editar]
Este concepto está muy ligado al del medio continuo y es sumamente importante en la mecánica de fluidos. Se llama partícula fluida a la masa elemental de fluido que en un instante determinado se encuentra en un punto del espacio. Dicha masa elemental ha de ser lo suficientemente grande como para contener un gran número de moléculas, y lo suficientemente pequeña como para poder considerar que en su interior no hay variaciones de las propiedades macroscópicas del fluido, de modo que en cada partícula fluida podamos asignar un valor a estas propiedades. Es importante tener en cuenta que la partícula fluida se mueve con la velocidad macroscópica del fluido, de modo que está siempre formada por las mismas moléculas. Así pues un determinado punto del espacio en distintos instantes de tiempo estará ocupado por distintas partículas fluidas.
Descripciones lagrangiana y euleriana del movimiento de un fluido[editar]
A la hora de describir el movimiento de un fluido existen dos puntos de vista. Una primera forma de hacerlo es seguir a cada partícula fluida en su movimiento, de manera que buscaremos unas funciones que nos den la posición, así como las propiedades de la partícula fluida en cada instante. Ésta es la descripción Lagrangiana. Una segunda forma es asignar a cada punto del espacio y en cada instante, un valor para las propiedades o magnitudes fluidas sin importar que en ese instante, la partícula fluida ocupa ese volumen diferencial. Ésta es la descripción Euleriana, que no está ligada a las partículas fluidas sino a los puntos del espacio ocupados por el fluido. En esta descripción el valor de una propiedad en un punto y en un instante determinado es el de la partícula fluida que ocupa dicho punto en ese instante.
La descripción euleriana es la usada comúnmente, puesto que en la mayoría de casos y aplicaciones es más útil. Usaremos dicha descripción para la obtención de las ecuaciones generales de la mecánica de fluidos.
Ecuaciones generales de la mecánica de fluidos[editar]
Artículo principal: Ecuaciones de Navier-Stokes
Las ecuaciones que rigen toda la mecánica de fluidos se obtienen por la aplicación de los principios de conservación de la mecánica y la termodinámica a un volumen fluido. Para generalizarlas usaremos el teorema del transporte de Reynolds y el teorema de la divergencia (o teorema de Gauss) para obtener las ecuaciones en una forma más útil para la formulación euleriana.
Las tres ecuaciones fundamentales son: la ecuación de continuidad, la ecuación de la cantidad de movimiento, y la ecuación de la conservación de la energía. Estas ecuaciones pueden darse en su formulación integral o en su forma diferencial, dependiendo del problema. A este conjunto de ecuaciones dadas en su forma diferencial también se le denomina ecuaciones de Navier-Stokes (las ecuaciones de Euler son un caso particular de la ecuaciones de Navier-Stokes para fluidos sin viscosidad).
No existe una solución general a dicho conjunto de ecuaciones debido a su complejidad, por lo que para cada problema concreto de la mecánica de fluidos se estudian estas ecuaciones buscando simplificaciones que faciliten la resolución del problema. En algunos casos no es posible obtener una solución analítica, por lo que hemos de recurrir a soluciones numéricas generadas por ordenador. A esta rama de la mecánica de fluidos se la denomina mecánica de fluidos computacional. Las ecuaciones son las siguientes:
Ecuación de continuidad:
-Forma integral:
-Forma diferencial:
Ecuación de cantidad de movimiento:
-Forma
integral:
-Forma diferencial:
Ecuación de la energía
-Forma integral:
-Forma diferencial:
Hidráulica
Hidráulica e hidrostática ilustrada.
La hidráulica es una rama de la mecánica de fluidos y ampliamente presente en la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los líquidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa y a las condiciones a que esté sometido el fluido, relacionadas con la viscosidad de este.
CLASIFICACIÓN DEL FLUJO
El movimiento de los fluidos puede clasificarse de muchas maneras, según diferentes criterios y según sus diferentes características, este puede ser:
Flujo turbulento: Este tipo de flujo es el que mas se presenta en la practica de ingeniería. En este tipo de flujo las partículas del fluido se
mueven en trayectorias erráticas, es decir, en trayectorias muy irregulares sin seguir un orden establecido, ocasionando la transferencia de cantidad de movimiento de una porción de fluido a otra, de modo similar a la transferencia de cantidad de movimiento molecular pero a una escala mayor.
En este tipo de flujo, las partículas del fluido pueden tener tamaños que van desde muy pequeñas, del orden de unos cuantos millares de moléculas, hasta las muy grandes, del orden de millares de pies cúbicos en un gran remolino dentro de un río o en una ráfaga de viento.
Cuando se compara un flujo turbulento con uno que no lo es, en igualdad de condiciones, se puede encontrar que en la turbulencia se desarrollan mayores esfuerzos cortantes en los fluidos, al igual que las pérdidas de energía mecánica, que a su vez varían con la primera potencia de la velocidad.
La ecuación para el flujo turbulento se puede escribir de una forma análoga a la ley de Newton de la viscosidad:
donde:
: viscosidad aparente, es factor que depende del movimiento del fluido y de su densidad.
En situaciones reales, tanto la viscosidad como la turbulencia contribuyen al esfuerzo cortante:
En donde se necesita recurrir a la experimentación para determinar este tipo de escurrimiento.
FLUJO TURBULENTO
Factores que hacen que un flujo se torne turbulento:
La alta rugosidad superficial de la superficie de contacto con el flujo, sobre todo cerca del borde de ataque y a altas velocidades, irrumpe en la zona laminar de flujo y lo vuelve turbulento.
Alta turbulencia en el flujo de entrada. En particular para pruebas en túneles de viento, hace que los resultados nunca sean iguales entre dos túneles diferentes.
Gradientes de presión adversos como los que se generan en cuerpos gruesos, penetran por atrás el flujo y a medida que se desplazan hacia delante lo "arrancan".
Calentamiento de la superficie por el fluido, asociado y derivado del concepto de entropía, si la superficie de contacto está muy caliente, transmitirá esa energía al fluido y si esta transferencia es lo suficientemente grande se pasará a flujo turbulento.
Flujo laminar: Se caracteriza porque el movimiento de las partículas del fluido se produce siguiendo trayectorias bastante regulares, separadas y perfectamente definidas dando la impresión de que se tratara de laminas o capas mas o menos paralelas entre si, las cuales se deslizan suavemente unas sobre otras, sin que exista mezcla macroscópica o intercambio transversal entre ellas.
La ley de Newton de la viscosidad es la que rige el flujo laminar:
Esta ley establece la relación existente entre el esfuerzo cortante y la rapidez de deformación angular. La acción de la viscosidad puede amortiguar cualquier tendencia turbulenta que pueda ocurrir en el flujo laminar.
En situaciones que involucren combinaciones de baja viscosidad, alta velocidad o grandes caudales, el flujo laminar no es estable, lo que hace que se transforme en flujo turbulento.
FLUJO LAMINAR
Flujo incompresible: Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro son despreciables, mientras se examinan puntos dentro del campo de flujo, es decir:
Lo anterior no exige que la densidad sea constante en todos los puntos. Si la densidad es constante, obviamente el flujo es incompresible, pero seria una condición mas restrictiva.
Flujo compresible: Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro no son despreciables.
Flujo permanente: Llamado también flujo estacionario.
Este tipo de flujo se caracteriza porque las condiciones de velocidad de escurrimiento en cualquier punto no cambian con el tiempo, o sea que permanecen constantes con el tiempo o bien, si las variaciones en ellas son tan pequeñas con respecto a los valores medios. Así mismo en cualquier punto de un flujo permanente, no existen cambios en la densidad, presión o temperatura con el tiempo, es decir:
Dado al movimiento errático de las partículas de un fluido, siempre existe pequeñas fluctuaciones en las propiedades de un fluido en un punto, cuando se tiene flujo turbulento. Para tener en cuenta estas fluctuaciones se debe generalizar la definición de flujo permanente según el parámetro de interés, así:
donde:
Nt: es el parámetro velocidad, densidad, temperatura, etc.
El flujo permanente es mas simple de analizar que el no permanente, por la complejidad que le adiciona el tiempo como variable independiente.
Flujo no permanente: Llamado también flujo no estacionario.
En este tipo de flujo en general las propiedades de un fluido y las características mecánicas del mismo serán diferentes de un punto a otro dentro de su campo, además si las características en un punto determinado varían de un instante a otro se dice que es un flujo no permanente, es decir:
donde:
N: parámetro a analizar.
El flujo puede ser permanente o no, de acuerdo con el observador.
Flujo uniforme: Este tipo de flujos son poco comunes y ocurren cuando el vector velocidad en todos los puntos del escurrimiento es idéntico tanto en magnitud como en dirección para un instante dado o expresado matemáticamente:
Donde el tiempo se mantiene constante y s es un desplazamiento en cualquier dirección.
Flujo no uniforme: Es el caso contrario al flujo uniforme, este tipo de flujo se encuentra cerca de fronteras sólidas por efecto de la viscosidad
Flujo unidimensional: Es un flujo en el que el vector de velocidad sólo depende de una variable espacial, es decir que se desprecian los cambios de velocidad transversales a la dirección principal del escurrimiento. Dichos flujos se dan en tuberías largas y rectas o entre placas paralelas.
Flujo bidimensional: Es un flujo en el que el vector velocidad sólo depende de dos variables espaciales.
En este tipo de flujo se supone que todas las partículas fluyen sobre planos paralelos a lo largo de trayectorias que resultan idénticas si se comparan los planos entre si, no existiendo, por tanto, cambio alguno en dirección perpendicular a los planos.
Flujo tridimensional: El vector velocidad depende de tres coordenadas espaciales, es el caso mas general en que las componentes de la velocidad en tres direcciones mutuamente perpendiculares son función de las coordenadas espaciales x, y, z, y del tiempo t.
Este es uno de los flujos mas complicados de manejar desde el punto de vista matemático y sólo se pueden expresar fácilmente aquellos escurrimientos con fronteras de geometría sencilla.
Flujo rotacional: Es aquel en el cual el campo rot v adquiere en algunos de sus puntos valores distintos de cero, para cualquier instante.
Flujo irrotacional: Al contrario que el flujo rotacional, este tipo de flujo se caracteriza porque dentro de un campo de flujo el vector rot v es igual a cero para cualquier punto e instante.
En el flujo irrotacional se exceptúa la presencia de singularidades vorticosas, las cuales son causadas por los efectos de viscosidad del fluido en movimiento
Flujo ideal: Es aquel flujo incompresible y carente de fricción. La hipótesis de un flujo ideal es de gran utilidad al analizar problemas que tengan grandes gastos de fluido, como en el movimiento de un aeroplano o de un submarino. Un fluido que no presente fricción resulta no viscoso y los procesos en que se tenga en cuenta su escurrimiento son reversibles
Natalia Rodríguez
¿Podría indicar un ejemplo a cada tipo de flujo?
¿Podrá un flujo ideal ser rotacional?
FLUIDOS EN MOVIMIENTO
CONCEPTO DE FLUJO Y LÍNEA DE CORRIENTE.
Se define como flujo a un fluido en movimiento. Vamos a describir el flujo de un fluido en función de ciertas variables físicas como presión, densidad y velocidad en todos los puntos del fluido. Vamos a describir el movimiento de un fluido concentrándonos en lo que ocurre en un determinado punto del espacio (x, y, z) en un determinado instante de tiempo t. Así, la
densidad de un flujo, por ejemplo, vendrá dada por , y la
velocidad del flujo en el instante t en ese mismo punto será .
Las partículas dentro de un flujo pueden seguir trayectorias definidas denominadas “líneas de corriente”. Una línea de corriente es una línea continua trazada a través de un fluido siguiendo la dirección del vector velocidad en cada punto. Así, el vector velocidad es tangente a la línea de corriente en todos los puntos del flujo. No hay flujo a través de una línea de corriente, sino a lo largo de ella e indica la dirección que lleva el fluido en movimiento en cada punto.
Para observar el flujo de un fluido, se pueden inyectar en el mismo diferentes sustancias, como partículas brillantes, tinte o humo, y así rastrear el movimiento de las partículas. Los rastros que dejan estas sustancias se denominan “líneas de emisión”.
Se define un “tubo de corriente” a una porción del flujo formado por todas las líneas de corriente que cruzan transversalmente una pequeña área determinada.
TIPOS DE FLUJO
Vamos a ver los diferentes tipos de flujos que nos podemos encontrar:
FLUJO ESTACIONARIO -> Se da este tipo de flujo cuando las variables que lo caracterizan son constantes en el tiempo. Estas variables ya no dependerán del tiempo, como por ejemplo la velocidad la cual puede
tener un determinado valor constante en el punto (x1,y1,z1), pero pudiera cambiar su valor en otro punto (x2,y2,z2). Así se cumple que:
Un flujo es no estacionario si las variables físicas que lo caracterizan
dependen del tiempo en todos los puntos del fluido , entonces:
Como en un flujo estacionario la velocidad en un punto es constante en el tiempo, todas las partículas del fluido que llegan a un determinado punto seguirán moviéndose a lo largo de la línea de corriente que pasa por ese punto. Por tanto, en este tipo de flujo la trayectoria de las partículas es la propia línea de corriente y no puede haber dos líneas de corriente que pasen por el mismo punto, es decir, las líneas de corriente no se pueden cruzar. En un flujo estacionario el patrón de las líneas de corriente es constante en el tiempo.
Si el flujo no es estacionario, las líneas de corriente pueden cambiar de dirección de un instante a otro, por lo que una partícula puede seguir una línea de corriente en un instante y al siguiente seguir otra línea de corriente distinta.
FLUJO UNIFORME -> Tenemos este tipo de flujo cuando la variable física es igual en todos los puntos del flujo. Por ejemplo, en un flujo uniforme la velocidad de todas las partículas es la misma en cualquier instante de tiempo, por tanto, la velocidad no va a depender de la posición de la
partícula de fluido, aunque puede variar en el tiempo :
Cuando las variables físicas varían de punto a punto, se dice que el flujo es no uniforme.
FLUJO INCOMPRESIBLE -> Cuando se comprime un flujo de fluido, si la densidad permanece constante, se dice que el flujo es incompresible. En caso contrario, se dice que el flujo es compresible.
FLUJO VISCOSO -> Ya sabemos que la viscosidad en un fluido es la resistencia que presenta éste a los esfuerzos tangenciales. Se pudiera considerar el equivalente de la fricción en el movimiento de cuerpos sólidos. Cuanto mayor sea la viscosidad en un flujo, mayor deberán ser las fuerzas externas que hay que aplicar para conservar el flujo. Cuando el efecto de la viscosidad en el flujo es despreciable, se considera que estamos ante un flujo no viscoso.
FLUJO IRROTACIONAL -> Cuando se tiene un fluido que se desplaza en una corriente circular, pero las partículas del fluido no giran alrededor del eje que pasa por su centro de masas, se dice que el flujo es irrotacional. En caso contrario estamos ante un flujo rotacional.
FLUJO LAMINAR Y FLUJO TURBULENTO -> Un flujo es laminar cuando sus partículas se mueven a lo largo de trayectorias suaves en láminas o capas, de manera que una capa se desliza suavemente sobre otra capa adyacente. Este tipo de flujos cumple la Ley de Viscosidad de Newton.
Un flujo es turbulento cuando sus partículas se mueven en trayectorias muy irregulares que causan colisiones entre las partículas, produciéndose un importante intercambio de cantidad de movimiento entre ellas. La turbulencia establece esfuerzos de cizalla importantes y causa pérdidas de energía en todo el flujo.
La acción de la viscosidad amortigua la turbulencia en un flujo. Por tanto, si tenemos un fluido con baja viscosidad, alta velocidad y de gran extensión, moviéndose con un flujo laminar, éste se convertiría muy rápidamente en un flujo turbulento.
La naturaleza laminar o turbulenta de un flujo se indica mediante el “número de Reynolds”.
NÚMERO DE REYNOLDS
En número de Reynolds es la relación entre la inercia presente en el flujo debido a su movimiento y la viscosidad del fluido.
Para una tubería circular de diámetro Φ, por la que fluye un fluido de densidad ρ y viscosidad η, con una rapidez v, el número de Reynolds se puede calcular mediante la expresión:
Un flujo turbulento que fluye por un tubo de vidrio se vuelve laminar cuando la velocidad se redude hasta alcanzar un número de Reynold igual a 2000. Este valor se denomina “número crítico inferior de Reynolds”. Todos los flujos para los que , son flujos laminares.
En una instalación de tuberías un flujo laminar cambiará a turbulento en el
rango . Por encima de 4000 el flujo se considera turbulento. Experimentalmente se ha comprobado que ciertos flujos muy especiales siguen teniendo un comportamiento laminar con un número de Reynolds superior a 12000.
Ecuación de Darcy-WeisbachEn dinámica de fluidos, la ecuación de Darcy-Weisbach es una ecuación empírica que relaciona la pérdida de carga hidraúlica (o pérdida de presión) debido a la fricción a lo largo de una tubería dada con la velocidad media del flujo del fluido. La ecuación obtiene su nombre en honor al francés Henry Darcy y al alemán Julius Weisbach (ingenieros que proporcionaron las mayores aportaciones en el desarrollo de tal ecuación).
La ecuación de Darcy-Weisbach contiene un factor adimensional, conocido como el factor de fricción de Darcy o de Darcy-Weisbach, el cual es cuatro veces el factor de fricción de Fanning (en honor al ingeniero estadounidense John Fanning), con el cuál no puede ser confundido.1
Índice
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1 Definición
o 1.1 Fórmula general
o 1.2 Fórmula en función del caudal
o 1.3 Fórmula estándar de la pérdida de carga
o 1.4 La pérdida de carga por rugosidad hidráulica
2 Factor de fricción
o 2.1 Para flujos laminares
o 2.2 Para flujo en transición y turbulento
3 Véase también
4 Referencias
Definición[editar]
La ecuación de Darcy-Weisbach es una ecuación ampliamente usada en hidráulica. Permite el cálculo de la pérdida de carga debida a la fricción dentro unatubería llena. La ecuación fue inicialmente una variante de la ecuación de Prony, desarrollada por el francés Henry Darcy. En 1845 fue refinada por Julius Weisbach, de Sajonia.
Esta fórmula permite la evaluación apropiada del efecto de cada uno de los factores que inciden en la pérdida de energía en una tubería. Es una de las pocas expresiones que agrupan estos factores. La ventaja de esta fórmula es que puede aplicarse a todos los tipos de flujo hidráulico (laminar, transicional y turbulento), debiendo el coeficiente de fricción tomar los valores adecuados, según corresponda.
Fórmula general[editar]
La forma general de la ecuación de Darcy-Weisbach es:
siendo:
= pérdida de carga debida a la fricción. (m)
= factor de fricción de Darcy. (adimensional)
= longitud de la tubería. (m)
= diámetro de la tubería. (m)
= velocidad media del fluido. (m/s)
= aceleración de la gravedad ≈ 9,80665 m/s².2
Ecuaciones empíricas, principalmente la ecuación de Hazen-Williams, son ecuaciones que, en la mayoría de los casos, eran significativamente más fáciles de calcular. No obstante, desde la llegada de las calculadoras la facilidad de cálculo no es mayor problema, por lo que la ecuación de Darcy-Weisbach es la preferida.
Previo al desarrollo de la computación otras aproximaciones como la ecuación empírica de Prony eran preferibles debido a la naturaleza implícita del factor de rozamiento.
Fórmula en función del caudal[editar]
La fórmula de Darcy–Weisbach puede ser escrita, en función del
caudal , como:
La formula de Darcy–Weisbach puede ser re-escrita en el formato estándar de pérdida de carga como:
o simplificando por el valor estandar de para el sistema internacional de unidades
siendo:
Fórmula estándar de la pérdida de carga[editar]
La pérdida de carga hidráulica o de energía en una conducción forzada o tubería es igual a:
siendo:
~ Pérdida de carga o de energía en una tubería.
~ Coeficiente en función del diámetro de tubería y de un factor de pérdida
adimensional (En algunos casos se considera el Número de Reynolds).
~ Longitud de tubería.
~ Caudal que circula por la tubería.
~ Exponente que afecta al caudal. Usualmente este toma el valor de 2, como en la
fórmula de Darcy-Weisbach. En otros casos adquiere un valor fraccionario o decimal,
como en la fórmula de Hazen-Williams (lo que hace alusión a su origen estadístico).
La fórmula estándar de la pérdida de carga hidráulica o de energía en una conducción forzada debe ser re-escrita en la forma resumida:
(1)
siendo:
~ Pérdida de Carga o de energía en una tubería
~ Rugosidad hidráulica, cuyo valor esta en función de la Longitud, el Diámetro de
tubería y de un factor de pérdida adimensional, según diversos autores.
~ Caudal que circula por la tubería.
~ Exponente que afecta al caudal. Usualmente este toma el valor de 2, como en la
formula de Darcy-Weisbach. En otros casos adquiere un valor fraccionario o decimal,
como en la fórmula de Hazen-Williams.
Ecuación de Darcy-Weisbach
En dinámica de fluidos, la ecuación de Darcy-Weisbach es una ecuación empírica que relaciona la pérdida de carga hidraúlica (o pérdida de presión) debido a la fricción a lo largo de una tubería dada con la velocidad media del flujo del fluido. La ecuación obtiene su nombre en honor al francés Henry Darcy y al alemán Julius Weisbach (ingenieros que proporcionaron las mayores aportaciones en el desarrollo de tal ecuación).
La ecuación de Darcy-Weisbach contiene un factor adimensional, conocido como el factor de fricción de Darcy o de Darcy-Weisbach, el cual es cuatro veces el factor de fricción de Fanning (en honor al ingeniero estadounidense John Fanning), con el cuál no puede ser confundido.1
Índice
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1 Definición
o 1.1 Fórmula general
o 1.2 Fórmula en función del caudal
o 1.3 Fórmula estándar de la pérdida de carga
o 1.4 La pérdida de carga por rugosidad hidráulica
2 Factor de fricción
o 2.1 Para flujos laminares
o 2.2 Para flujo en transición y turbulento
3 Véase también
4 Referencias
Definición[editar]
La ecuación de Darcy-Weisbach es una ecuación ampliamente usada en hidráulica. Permite el cálculo de la pérdida de carga debida a la fricción dentro unatubería llena. La ecuación fue inicialmente una variante de la ecuación de Prony, desarrollada por el francés Henry Darcy. En 1845 fue refinada por Julius Weisbach, de Sajonia.
Esta fórmula permite la evaluación apropiada del efecto de cada uno de los factores que inciden en la pérdida de energía en una tubería. Es una de las pocas expresiones que agrupan estos factores. La ventaja de esta fórmula es que puede aplicarse a todos los tipos de flujo hidráulico (laminar, transicional y turbulento), debiendo el coeficiente de fricción tomar los valores adecuados, según corresponda.
Fórmula general[editar]
La forma general de la ecuación de Darcy-Weisbach es:
siendo:
= pérdida de carga debida a la fricción. (m)
= factor de fricción de Darcy. (adimensional)
= longitud de la tubería. (m)
= diámetro de la tubería. (m)
= velocidad media del fluido. (m/s)
= aceleración de la gravedad ≈ 9,80665 m/s².2
Ecuaciones empíricas, principalmente la ecuación de Hazen-Williams, son ecuaciones que, en la mayoría de los casos, eran significativamente más fáciles de calcular. No obstante, desde la llegada de las calculadoras la facilidad de cálculo no es mayor problema, por lo que la ecuación de Darcy-Weisbach es la preferida.
Previo al desarrollo de la computación otras aproximaciones como la ecuación empírica de Prony eran preferibles debido a la naturaleza implícita del factor de rozamiento.
Fórmula en función del caudal[editar]
La fórmula de Darcy–Weisbach puede ser escrita, en función del caudal , como:
La formula de Darcy–Weisbach puede ser re-escrita en el formato estándar de pérdida de carga como:
o simplificando por el valor estandar de para el sistema internacional de unidades
siendo:
Fórmula estándar de la pérdida de carga[editar]
La pérdida de carga hidráulica o de energía en una conducción forzada o tubería es igual a:
siendo:
~ Pérdida de carga o de energía en una tubería.
~ Coeficiente en función del diámetro de tubería y de un factor de pérdida adimensional (En algunos casos se considera el Número de Reynolds).
~ Longitud de tubería.
~ Caudal que circula por la tubería.
~ Exponente que afecta al caudal. Usualmente este toma el valor de 2, como en la fórmula de Darcy-Weisbach. En otros casos adquiere un valor fraccionario o decimal, como en la fórmula de Hazen-Williams (lo que hace alusión a su origen estadístico).
La fórmula estándar de la pérdida de carga hidráulica o de energía en una conducción forzada debe ser re-escrita en la forma resumida:
(1)
siendo:
~ Pérdida de Carga o de energía en una tubería
~ Rugosidad hidráulica, cuyo valor esta en función de la Longitud, el Diámetro de tubería y de un factor de pérdida adimensional, según diversos autores.
~ Caudal que circula por la tubería.
~ Exponente que afecta al caudal. Usualmente este toma el valor de 2, como en la formula de Darcy-Weisbach. En otros casos adquiere un valor fraccionario o decimal, como en la fórmula de Hazen-Williams.
La expresión estándar presentada aquí, es una forma general de agrupar a casi todas las fórmulas existentes para el cálculo de la pérdida de carga en una conducción cerrada.
El teorema de Oros establece una relación de afinidad entre sistemas eléctricos simples (circuitos de resistores en serie y paralelo, sistemas mixtos serie-paralelo y/o paralelo-serie) con los sistemas de tuberías en serie y paralelo, sistemas mixtos de tuberías serie-paralelo y/o paralelo-serie.
La Pérdida de carga , el Caudal circulante por la tubería y la Rugosidad de las tuberías , están relacionados entre sí.
La pérdida de carga por rugosidad hidráulica[editar]
Para comprender el concepto de Rugosidad Hidráulica, se deben considerar las siguientes observaciones:
la viscosidad del fluido es uniforme a través del sistema de tubería. Esta magnitud física solo es afectada directamente por la temperatura del mismo fluido;
la temperatura del fluido es uniforme a través del sistema de tuberías, mientras circula a través del sistema de tuberías;
los efectos combinados de la viscosidad y de la temperatura no ejercen influencia sobre el comportamiento físico del flujo en el sistema de tuberías.
La “rugosidad hidráulica”, en su nueva concepción debe ser igual a:
Reescribiendo la fórmula de la pérdida de carga hidráulica o de energía, esta toma la forma:
(2)
Que es la forma reducida de la fórmula de la pérdida de carga hidráulica o de energía, presentada en (1).
Factor de fricción[editar]
El factor de fricción es adimensional y varía de acuerdo a los parámetros de la tubería (rugosidad y diámetro) y del tipo de flujo (número de Reynolds).
Para flujos laminares[editar]
Como consecuencia de la Ley de Poiseuille, se relaciona con el número de Reynolds ( ) como:
Para flujo en transición y turbulento[editar]
Para un número de Reynolds 2300 < < 4000, se considera que el fluido presenta régimen de
flujo transicional. En la zona de transición, los valores de son inciertos, ya que el flujo se comporta de manera dual, laminar y turbulentamente, mostrando gran inestabilidad.
Para > 4000, en el régimen de flujo turbulento, muchos investigadores se han esforzado en
calcular tanto a partir de resultados de experimentos propios como de resultados obtenidos por otros investigadores.
La ecuación más usada para calcular el factor de fricción en este tipo de régimen de flujo es Ecuación de Colebrook-White.
Diagrama de MoodyEl diagrama de Moody es la representación gráfica en escala doblemente logarítmica del factor de fricción en función del número de Reynolds y la rugosidad relativa de una tubería.
En la ecuación de Darcy-Weisbach aparece el término que representa el factor de fricción de Darcy, conocido también como coeficiente de fricción. El cálculo de este coeficiente no es inmediato y no existe una única fórmula para calcularlo en todas las situaciones posibles.
Se pueden distinguir dos situaciones diferentes, el caso en que el flujo sea laminar y el caso en que el flujo sea turbulento. En el caso de flujo laminar se usa una de las expresiones de la ecuación de Poiseuille; en el caso de flujo turbulento se puede usar la ecuación de Colebrook-White además de algunas otras cómo ecuación de Barr, ecuación de Miller, ecuación de Haaland.
En el caso de flujo laminar el factor de fricción depende únicamente del número de Reynolds. Para flujo turbulento, el factor de fricción depende tanto del número de Reynolds como de la rugosidad relativa de la tubería, por eso en este caso se representa mediante una familia de
curvas, una para cada valor del parámetro , donde k es el valor de la rugosidad absoluta, es decir la longitud (habitualmente en milímetros) de la rugosidad directamente medible en la tubería.
En la siguiente imagen se puede observar el aspecto del diagrama de Moody.
Expresión matemática[editar]
Ecuación de Colebrook-White:
k/D = rugosidad relativa total
Re = Número de Reynolds
λ = factor de fricción
D = diámetro interno de la cañería
Ecuación de Barr:
k/D = rugosidad relativa
Re = Número de Reynolds
λ = factor de fricción
Mejor respuesta
Adolfo respondido hace 4 años
EL DIAGRAMA DE MOODY TE AYUDA A DETERMINAR EL TIPO DE FLUJO EN UNA TUBERIA, YA SEA LAMINAR O TURBULENTO; CONTIENE 3 VARIABLES A TOMAR EN CONSIDERACIÓN: EL NUMERO DE REYNOLDS, LA RUGOSIDAD RELATIVA Y EL FACTOR DE FRICCIÓN.-
Source:MECÁNICA DE FLUIDOS DE VICTOR STREETER, Mc GRAW HILL
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Para otros usos de este término, véase Tubería (desambiguación).
Tuberías en una sala de calderas
Una tubería o cañería es un conducto que cumple la función de transportar agua u
otros fluidos. Se suele elaborar con materiales muy diversos. Cuando el líquido transportado
es petróleo, se utiliza el término oleoducto. Cuando el fluido transportado es gas, se utiliza el
término gasoducto. También es posible transportar mediante tuberías materiales que, si bien
no son un fluido, se adecuan a este sistema: hormigón, cemento, cereales, documentos
encapsulados, etcétera.
Índice
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1 Materiales
o 1.1 Tubos de acero
o 1.2 Tubos de acero galvanizado
o 1.3 Tubos o conductos de chapa galvanizada
o 1.4 Tubos de hierro fundido
o 1.5 Tubos de cobre
o 1.6 Tubos de fibrocemento
o 1.7 Tubos de gres
1.7.1 Ventajas
1.7.2 Desventajas
o 1.8 Tubos de hormigón
1.8.1 Ventajas
1.8.2 Desventajas
o 1.9 Tubos de materiales plásticos
2 Usos de las tuberías
o 2.1 Sistemas de abastecimiento de agua
o 2.2 Desagües
o 2.3 Gas
o 2.4 Calefacción, climatización
o 2.5 Uso industrial
2.5.1 Energía
2.5.2 Petroquímica
3 Códigos Internacionales
o 3.1 ISO/EN/ASME/ANSI
o 3.2 EUROCÓDIGO
4 Véase también
5 Referencias
o 5.1 Notas
6 Enlaces externos
Materiales[editar]
Las tuberías se fabrican en diversos materiales en función de consideraciones técnicas y
económicas. Suele usarse el poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV), hierro
fundido, acero, latón, cobre, plomo, hormigón, polipropileno, PVC,1 y termoplástico polietileno
de alta densidad (PEAD), etcétera.
Tubos de acero[editar]
Hay tres métodos de fabricación de tuberías de acero:
Acero estirado o Sin costura (sin soldadura). La tubería es un lingote cilíndrico que se
calienta en un horno antes de la extrusión. En la extrusión se hace pasar por un dado
cilíndrico y posteriormente se hace el agujero mediante un penetrador. La tubería sin
costura es la mejor para la contención de la presión gracias a su homogeneidad en todas
sus direcciones. Además, es la forma más común de fabricación y por tanto la más
comercial.
Con costura longitudinal. Se parte de una lámina de chapa, la cual se dobla para darle
forma a la tubería. La soldadura que une los extremos de la chapa doblada cierra el
cilindro. Por tanto, es una soldadura recta que sigue toda una generatriz. Variando la
separación entre los rodillos se obtienen diferentes curvas y con ello diferentes diámetros
de tubería. Esta soldadura será la parte más débil de la tubería y marcará la tensión
máxima admisible.
Con soldadura helicoidal (o en espiral). La metodología es la misma que el punto
anterior, con la salvedad de que la soldadura no es recta sino que recorre la tubería
siguiendo la tubería como si fuese roscada.
Tubos de acero galvanizado[editar]
La tubería de acero galvanizado es una tubería de acero (estirado o con soldadura), como en
el caso anterior, pero a la que se ha sometido a un proceso de galvanizado interior y
exteriormente. El galvanizado se aplica después de formado el tubo. Al igual que la de acero
al carbón, se dobla la placa a los diámetros que se requiera. Existen con costura y sin costura
y se utiliza para transportar agua potable, gases o aceites.
Tubos o conductos de chapa galvanizada[editar]
Son conductos utilizados para aire (instalaciones de climatización) que se pueden hacer de
dos modos:
De sección circular: suelen construirse de chapa arrollada helicoidalmente y engatillada.
De sección rectangular: se construyen de cualquier dimensión mediante la suma de
chapas planas embutidas someramente, generalmente en punta de diamante, para darle
mayor rigidez.
Tubos de hierro fundido[editar]
Una tubería de hierro fundido se fabrica mediante una colada en un molde o mediante
inyección del hierro fundido en un proceso llamado fundición, en el cual la tubería sale sin
costura. La ventaja de este sistema es que las tuberías tienen gran durabilidad y resistencia al
uso. Por contra son más frágiles ante los golpes.
Tubos de cobre[editar]
Tubos de fibrocemento[editar]
Las tuberías de fibrocemento comenzaron a utilizarse en las primeras décadas del 1900, y
hasta la década de 1960-1970 se utilizó ampliamente tanto en sistemas de abastecimiento de
agua potable como en sistemas de riego por presión.2
En Europa, a partir de la década de 1980 su uso empieza a decaer y para la de 1990 se
comienza a prohibir en algunos países europeos; en España se prohíbe su uso y
comercialización a partir de junio de 2002, ya que la exposición frecuente al amianto, por
medio de la inhalación de sus pequeñas fibras, podría ocasionar enfermedades irreversibles,
como la asbestosis y el cáncer de pulmón. Al 2010, la mayoría de los organismos
financiadores multilaterales tenían prohibido su uso..
Tubos de gres[editar]
Ventajas[editar]
Los tubos de gres, sobre todo los vitrificados, son muy resistentes a la abrasión, y al
ataque de muchas sustancias químicas.
Desventajas[editar]
Los tramos de tubos son cortos, y generalmente no superan una longitud de un metro, lo
que incrementa el número de uniones y, consecuentemente, aumenta el peligro de fugas.
Tubos de hormigón[editar]
La tubería de cemento, hormigón u hormigón armado es eficaz, económica y ecológica para
redes hidráulicas que trabajan en régimen libre o en baja presión. La experiencia en su
utilización es amplia, ya que el uso del hormigón como material de construcción es muy
antiguo y ha tenido, a lo largo del tiempo, muchas modificaciones, tanto en la composición de
los materiales utilizados para el hormigón como en los procedimientos constructivos.
Los tubos de hormigón pueden ser de:
hormigón centrifugado
hormigón armado
hormigón pretensado
Evidentemente las tuberías de hormigón, como todas las otras tuberías, tienen ventajas e
inconvenientes. Las principales son:
Ventajas[editar]
Los tubos de hormigón pueden ser construidos en lugares próximos al lugar donde serán
empleados, con parte de los materiales encontrados en el lugar.
Los procedimientos constructivos son relativamente simples.
Pueden construirse en una faja de dimensiones muy amplia.
Son relativamente fáciles de instalar.
Una de las ventajas diferenciales del tubo de hormigón armado es que permite adecuar el
tubo a las cargas del terreno y sobrecargas externas a que en cada posición del trazado
esté sometida la tubería, y la resistencia de la tubería puede adaptarse a las
circunstancias reales a que vaya a estar sometida.
Desventajas[editar]
Son susceptibles a la corrosión interna y externa, en presencia de sulfuros.3
Exige un número considerable de juntas, lo que propicia las infiltraciones, ya sea desde
adentro de la tubería, con lo cual puede contaminarse el suelo, o desde el externo del
tubo, lo que produce un incremento del caudal transportado.
Tubos de materiales plásticos[editar]
Usos de las tuberías[editar]
Sistemas de abastecimiento de agua[editar]
Véanse también: Red de abastecimiento de agua potable e Instalación de distribución de agua
en edificios.
Los materiales más comunes con los que se fabrican tubos para la conducción de agua
son: PRFV, cobre, PVC,1 polipropileno, polietileno (PEAD, acero y hierro dúctil (ISO-2531)
（GB/T13295-2008）.
Hasta la década de 1960-1970 eran muy utilizadas las tuberías de fibrocemento. Se dejaron
de utilizar al hacerse cada vez más evidentes las propiedades cancerígenas del asbesto que
se utilizaba en la fabricación del fibrocemento. Actualmente ya casi no se utiliza el
fibrocemento, y las redes construidas con este material se han ido sustituyendo
paulatinamente por otros materiales.
Entre los sistemas de abastecimiento de agua, está el abastecimiento a los sistemas de
protección de incendios, tanto para llevar agua a las bocas equipadas (BIE) y a las no
equipadas (hidrantes de incendio) como a los sistemas de rociadores que se abren cuando la
temperatura supera cierto nivel, dejando pasar el agua para controlar incendios.
Desagües[editar]
Véanse también: Alcantarillado e Instalación de saneamiento de edificios.
Los materiales más comunes para el desalojo de aguas servidas son: PRFV, hierro fundido,
PVC,1 hormigón o fibrocemento.4 Hasta la década de 1950-1960 se utilizaban tubos de
desagüe en plomo nota 1 .
Los nuevos materiales que están reemplazando a los tradicionales son el PRFV (poliéster
reforzado con fibra de vidrio), PEAD (polietileno de alta densidad) y PP(polipropileno).
Gas[editar]
Suelen ser de cobre o acero (dúctil o laminar, según las presiones aplicadas), según el tipo de
instalación, aunque si son de un material metálico es necesario realizar una conexión a la red
de toma de tierra.nota 2 También se están comenzando a elaborar de PRFV, polietileno
reforzado con fibra de vidrio.5 en el caso de tuberías de conducción con requerimientos
térmicos y mecánicos menos exigentes; además, soportan altas presiones.
Calefacción, climatización[editar]
Artículos principales: Calefacción y Climatización.
Tradicionalmente se ha usado el acero negro, el más adecuado para radiadores de ese
material o de fundición. Actualmente se usa el cobre, material muy usado en las instalaciones
nuevas, pero da problemas por contacto con otros metales en presencia de agua
(corrosiones) especialmente con emisores de aluminio (muy corrosible), por lo que también se
utilizan tuberías de material plástico. No deben emplearse tuberías galvanizadas porque el
agua, a temperaturas superiores a 60 °C, destruye la protección de cinc.
En redes enterradas se emplea tubería preaislada.
Uso industrial[editar]
Energía[editar]
Artículo principal: Energía
En el transporte de vapor de alta energía6 se emplea acero aleado con cromo y molibdeno.
Para grandes caudales de agua (refrigeración) se emplea poliéster reforzado con fibra de
vidrio (PRFV-hasta DN3200), hierro fundido dúctil (hasta 2m de diámetro) o acero al carbono.
En el caso de la última, la tubería se fabrica a partir de chapa doblada que posteriormente es
soldada (tubería con costura).
En el ámbito de la producción de energía hidráulica se llama tubería forzada.
Petroquímica[editar]
Artículo principal: Petroquímica
Dada la variedad de productos transportados se encuentran materiales muy distintos para
atender a las necesidades de corrosión, temperatura y presión. Cabe reseñar materiales como
el PRFV, Monel o el Inconel para productos muy corrosivos.
Códigos Internacionales[editar]
Accesorio
Batería eléctrica. Accesorio de automóvil.
Se suele llamar accesorio a aquellos elementos que pueden hacer parte de un sistema o de
una máquina pero se pueden complementar en un sistema preterminado, (tienen que ser
compatibles) y son necesarios para realizar funciones ejecutudas por medio de la conexión de
un sistema y el acesorio, aquellos accesorios tienen que llevar una conexión elctronica para
que todos cumplan una función vital dentro de un sistema mutuamente.
Un caso típico es el del tractor con sus aperos agrícolas que lo complementan para realizar las
diferentes operaciones en las labores agrícolas.
Entran dentro de la definición de "accesorio" los elementos que son necesarios en cada etapa
de la vida humana, como los elementos necesarios para un bebe o los de una boda o de la
asistencia a la escuela.
1. expansión
nombre femenino
1. 1.Ampliación del espacio que ocupa algo.
"la expansión de un gas; muchas ciudades de provincia llevaron a cabo pequeñas expansiones y renovaron las fachadas de los centros antiguos"
2. 2.Difusión o divulgación de noticias, ideas, doctrinas, etc."la expansión del arte griego en el Mediterráneo"
3.4.5.6.
expansión Entradas similares: expansion
Contenidos
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1 Español
o 1.1 Sustantivo femenino
o 1.2 Locuciones
o 1.3 Información adicional
o 1.4 Véase también
o 1.5 Traducciones
2 Referencias y notas
Españolexpansión
Pronunciación: [ eks.panˈsjon ] (AFI)
Etimología: del latín expansio, expansiōnis.1
Sustantivo femenino[editar]Singular Plural
expansión expansiones
1
Proceso y resultado de expandir, dilatarse, ensancharse, ocupar más espacio
o aumentar en tamaño y volumen.1
Uso: se emplea también en sentido figurado para describir procesos de
crecimiento en naciones, empresas, etc.
Relacionados: alargamiento, ampliación, crecimiento, dilatación, ensanchamient
o, extensión.
Antónimos: achicamiento, compresión, empequeñecimiento.2
Acción o efecto de sacar o manifestar una emoción o pensamiento con vehemencia,
especialmente después de estar reprimidos.1
3
Periodo de tiempo o actividad que permite
sentir libertad, descanso, diversión o relajación entre periodos
de trabajo, estudio o tensión.
Relacionados: asueto, recreo, solaz, vacación.1
Locuciones[editar]
vaso de expansión (Mecånica): Depósito o conducto que proporciona
espacio adicional para la circulación de un fluido.1
Información adicional[editar]
Vinculados
etimológicamente: expandir, expansibilidad, expansible, expansionar, ex
pansionismo, expansionista, expansivo, expansión.
Véase también[editar]
Wikipedia tiene un artículo sobre expansión
ombaLa palabra bomba puede referirse a:
Índice
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1 Mecánica
2 Explosivos
o 2.1 Bombas aéreas
o 2.2 Bombas atómicas
3 Ciencia
o 3.1 Informática
o 3.2 Geología
o 3.3 Material de laboratorio
o 3.4 Medicina
4 Artes y espectáculos
5 Gastronomía
6 Ingeniería
o 6.1 Sistemas de bombeo
7 Geografía
8 Otros
9 Véase también
10 Enlaces externos
Mecánica[editar]
Inyector-bomba , unidad que une la generación de presión, con la inyección del
combustible dentro de la cámara de combustión.
Bomba inyectora , dispositivo capaz de elevar la presión de un fluido.
Bomba de combustible , responsable de subministrar el combustible al resto del sistema
hasta llegar al motor.
Explosivos[editar]
Bomba , un dispositivo explosivo. Puede presentarse de muchas formas.
Bomba de mano , pequeña bomba con material combustible, del tamaño, forma y peso
adecuado para ser arrojada con la mano.
Bomba Mills , granada de fragmentación británica.
Bomba lapa , tipo de explosivo que se adhiere a cualquier tipo de superficie de un
vehículo motorizado.
Bomba sucia , término que se usa para denominar a los artefactos explosivos que
diseminan elementos radiactivos en la atmósfera.
Bomba Orsini , artefacto explosivo esférico que se activa por contacto mediante unos
resaltes llenos de fulminato de mercurio.
Bomba de tinta , explosivo por radio control, usado por algunos bancos para frustrar un
atraco.
Bomba termobárica , contenedor de un líquido volátil o gas a alta presión que en algunos
modelos está mezclado con un explosivo y cargas explosivas separadas.
Bomba incendiaria , dispositivo diseñado para iniciar fuego.
Bomba globo , globo de hidrógeno que llevaba una carga explosiva e incendiaria.
Bomba caminera , un artefacto explosivo improvisado.
Bomba de barril , un artefacto explosivo improvisado lanzado desde el aire.
Bombas aéreas[editar]
Bomba de propósito general , tipo de bomba destinada a ser lanzada desde el aire por
aviones de ataque contra objetivos blandos debido a su capacidad de fragmentación tras
la explosión.
Bomba de racimo , bomba que al alcanzar una cierta altura se abre dejando caer cientos
de sub-municiones.
Bomba guiada , tipo de bomba con una serie de ingenios para aprovechar su energía
cinética y poder maniobrar durante su caída.
Bomba de rebote , bomba diseñada para rebotar sobre la superficie del agua.
Bomba antipista , sistema de ataque que incluye bombas diseñadas para inutilizar la
superficie de las pistas de un aeropuerto.
Bomba Disney, bomba de penetración antibúnker acelerada por cohete.
Bomba terremoto , tipo de bomba de aviación.
Bomba Tallboy, bomba de sismo desarrollada que pesaba unas cinco toneladas.
Bomba Grand Slam, bomba usada contra grandes objetivos estratégicos.
Bombas atómicas[editar]
Bomba atómica , dispositivo que obtiene una gran cantidad de energía explosiva con
reacciones nucleares.
Bomba de neutrones , arma nuclear que se emplezó a desplegar a finales de los
años 70.
Bomba de plutonio , bomba de tipo implosivo.
Bomba del Zar , bomba de hidrógeno desarrollada por la Unión Soviética.
El término bomba también puede estar precedido de otro sustantivo que se refiere a un objeto
donde se ha dispuesto una bomba - en este sentido de habla de:
Cartas bomba , sobre o paquete enviado por vía postal que contiene algún dispositivo
que, al abrirse, hace explosión.
Coches bomba , vehículo automotor en cuyo interior se ha colocado una bomba o
artefacto explosivo.
etc.
Ciencia[editar]
Bomba , sistema natural de movimiento de fluidos en transporte celular.
Bomba sodio-potasio , proteína integral de membrana.
Bomba de presión , instrumento utilizado para medir el potencial hídrico aproximado de
los tejidos de una planta.
Bomba de Abbot , bomba portátil que se utiliza para administrar soluciones
medicamentosas.
Bomba de insulina , producto sanitario que permite administrar insulina de manera
continua.
Bomba de solubilidad , proceso físico-químico que transporta carbono desde la superficie
del océano hacia su interior.
Bomba sodio-potasio , proteína integral de membrana fundamental en la fisiología de las
células.
Bomba de hidrogeniones gástrica , proteína transmenbrana del tipo canal ligando
dependiente.
Informática[editar]
Bomba lógica , en informática, es un tipo de programas, llamado así por analogía con los
explosivos.
Bomba fork , forma de ataque del tipo denegación de servicio sobre un computador que
implementa la operación fork.
Geología[editar]
Bomba volcánica , glóbulo de roca fundida cuyo tamaño iguala o supera los 64 mm de
diámetro.
Material de laboratorio[editar]
Bomba Venturi , equipo de laboratorio que permite producir un vacío en un espacio
confinado mediante una corriente de agua.
Medicina[editar]
Bomba de insulina , producto sanitario que permite administrar insulina de manera
continua al organismo por medio de un catéter.
Bomba de cobalto , máquina de radioterapia.
Bomba de protones , complejos enzimáticos integrales de membrana que es capaz de
movilizar protones.
Bomba de hidrogeniones gástrica , proteína transmenbrana del tipo canal ligando
dependiente.
Bomba de vacío para pene , bomba para estimular una erección.
Artes y espectáculos[editar]
Bomba (folclore) , versos en rima que suelen ser usados para hacer reír.
Bomba del Chota , un género musical afrodescendiente originario del Valle del Chota
(Ecuador).
Bomba (música) , un género del folclor musical de Puerto Rico.
Bomba yucateca , versículo de carácter festivo utilizado en la Jarana yucateca.
Bomba Estéreo , un grupo de música.
«Bomba», una canción.
Barril de bomba , un instrumento musical.
Gastronomía[editar]
Arroz bomba , variedad de arroz (oryza sativa) cuyo grano no se rompe al cocerse.
Bomba toledana , un puré de patatas relleno de carne picada típico de la gastronomía de
la provincia española de Toledo.
Ingeniería[editar]
Bomba de calor , máquina térmica que permite transferir energía mediante calor de un
ambiente a otro.
Sistemas de bombeo[editar]
Bomba hidráulica , máquina generadora que transforma la energía en energía hidráulica
del fluido incompresible que mueve.
Bomba manual , bomba que usa la fuerza humana y la ventaja mecánica para mover
los líquidos o el aire.
Bomba de ariete , bomba hidráulica cíclica que utiliza la energía cinética de un golpe
de ariete.
Bomba de engranajes , bomba hidráulica que consta de dos engranajes encerrados
en un alojamiento muy ceñido.
Bomba de pistón , bomba hidráulica que genera el movimiento en el mismo mediante
el movimiento de un pistón.
Bomba peristáltica , bomba hidráulica de desplazamiento positivo usada para
bombear una variedad de fluidos.
Bomba centrífuga , tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de
un impulsor.
Bomba de tornillo , bomba que utiliza un tornillo helicoidal excéntrico.
Bomba peristáltica , bomba hidráulica de desplazamiento positivo usada para
bombear una variedad de fluidos.
Bomba sumergible , bomba que tiene un impulsor sellado a la carcasa.
Bomba de varilla , parte superficial de una bomba impelente de pistón, instalada en una
perforación petrolera.
Bomba de vacío , bomba que extrae moléculas de gas de un volumen sellado, para crear
un vacío parcial.
Bomba turbomolecular , bomba que se utiliza para obtener y mantener alto vacío.
Bomba de membrana , tipo de bomba de desplazamiento positivo.
Bomba de sentina , bomba de agua diseñada para eliminar el agua u otros líquidos de la
sentina de un barco.
Bomba de aire , máquina de fluido de desplazamiento expresamente diseñada para
trabajar con aire.
Bomba de bicicleta , tipo de bomba de aire diseñada para inflar neumáticos de
bicicleta.
Bombas de agua eólicas , mecanismo de bombeo que funciona accionado por la fuerza
del viento.
Geografía[editar]
omba hidráulica
Antigua bomba manual de balancín.
Una bomba hidráulica es una máquina generadora que transforma la energía
(generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía del fluido incompresible
que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como
puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del
fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según
el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un
líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor
presión o altitud a otra de mayor presión o altitud.
Existe una ambigüedad en la utilización del término bomba, ya que generalmente es utilizado
para referirse a las máquinas de fluido que transfieren energía, o bombean fluidos
incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido de trabajo, a diferencia de
otras máquinas como lo son los compresores, cuyo campo de aplicación es la neumática y no
lahidráulica. Pero también es común encontrar el término bomba para referirse a máquinas
que bombean otro tipo de fluidos, así como lo son las bombas de vacío o las bombas de aire.
Índice
[ocultar]
1 Historia
2 Tipos de bombas
o 2.1 Según el principio de funcionamiento
o 2.2 Según el tipo de accionamiento
3 Tipos de bombas de émbolo
o 3.1 Bomba aspirante
o 3.2 Bomba impelente
4 Cebado de bombas rotodinámicas
5 Sellado de bombas
6 Véase también
o 6.1 Teoría y funcionamiento
o 6.2 Tipos de bombas
o 6.3 Otras bombas y aplicaciones especiales
o 6.4 Máquinas de fluido
7 Referencias
8 Enlaces externos
Historia[editar]
La primera bomba conocida fue descrita
por Arquímedes y se conoce como tornillo
de Arquímedes, descrito
por Arquímedes en el siglo III a. C. ,
aunque este sistema había sido utilizado
anteriormente por Senaquerib, rey
de Asiria en el siglo VII a. C. 1
En el siglo XII, Al-Jazari describió e ilustró
diferentes tipos de bombas, incluyendo
bombas reversibles, bombas de doble
acción, bombas de vacío, bombas de
agua y bombas de desplazamiento
positivo.2 3
Tipos de bombas[editar]
Según el principio de funcionamiento[editar]
Bomba de lóbulos dobles.
Bomba de engranajes.
Bomba rotodinámica axial.
Bomba centrífuga de 5
etapas.
La principal clasificación de las bombas según el funcionamiento en que se base:
Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas, en las que el principio de
funcionamiento está basado en la hidrostática, de modo que el aumento de presión se realiza
por el empuje de las paredes de las cámaras que varían su volumen. En este tipo de bombas,
en cada ciclo el órgano propulsor genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada,
por lo que también se denominan bombas volumétricas. En caso de poder variar el volumen
máximo de la cilindrada se habla de bombas de volumen variable. Si ese volumen no se
puede variar, entonces se dice que la bomba es de volumen fijo. A su vez este tipo de bombas
pueden subdividirse en
Bombas de émbolo alternativo, en las que existe uno o varios compartimentos fijos,
pero de volumen variable, por la acción de un émbolo o de una membrana. En estas
máquinas, el movimiento del fluido es discontinuo y los procesos de carga y descarga se
realizan por válvulas que abren y cierran alternativamente. Algunos ejemplos de este tipo
de bombas son la bomba alternativa de pistón, la bomba rotativa de pistones o la bomba
pistones de accionamiento axial.
Bombas volumétricas rotativas o rotoestáticas, en las que una masa fluida es
confinada en uno o varios compartimentos que se desplazan desde la zona de entrada
(de baja presión) hasta la zona de salida (de alta presión) de la máquina. Algunos
ejemplos de este tipo de máquinas son la bomba de paletas, la bomba de lóbulos,
la bomba de engranajes, la bomba de tornillo o la bomba peristáltica.
Bombas rotodinámicas, en las que el principio de funcionamiento está basado en el
intercambio decantidad de movimiento entre la máquina y el fluido, aplicando la hidrodinámica.
En este tipo de bombas hay uno o varios rodetes con álabes que giran generando un campo
de presiones en el fluido. En este tipo de máquinas el flujo del fluido es continuo.
Estasturbomáquinas hidráulicas generadoras pueden subdividirse en:
Radiales o centrífugas, cuando el movimiento del fluido sigue una trayectoria
perpendicular al eje del rodete impulsor.
Axiales, cuando el fluido pasa por los canales de los álabes siguiendo una trayectoria
contenida en un cilindro.
Diagonales o helicocentrífugas cuando la trayectoria del fluido se realiza en otra
dirección entre las anteriores, es decir, en un cono coaxial con el eje del rodete.
Según el tipo de accionamiento[editar]
Electrobombas. Genéricamente, son aquellas accionadas por un motor eléctrico, para
distinguirlas de las motobombas, habitualmente accionadas por motores de combustión
interna.
Bombas neumáticas que son bombas de desplazamiento positivo en las que la energía
de entrada es neumática, normalmente a partir de aire comprimido.
Bombas de accionamiento hidráulico, como la bomba de ariete o la noria.
Bombas manuales. Un tipo de bomba manual es la bomba de balancín.
Tipos de bombas de émbolo[editar]
Bomba aspirante[editar]
Bomba aspirante de émbolo alternativo.
En una "bomba aspirante", un cilindro que contiene un pistón móvil está conectado con el
suministro de agua mediante un tubo. Una válvulabloquea la entrada del tubo al cilindro. La
válvula es como una puerta con goznes, que solo se abre hacia arriba, dejando subir, pero no
bajar, el agua. Dentro del pistón, hay una segunda válvula que funciona en la misma forma.
Cuando se acciona la manivela, el pistón sube. Esto aumenta el volumen existente debajo
del pistón, y, por lo tanto, la presión disminuye. La presión del aire normal que actúa sobre la
superficie del agua, del pozo, hace subir el líquido por el tubo, franqueando la válvula-que se
abre- y lo hace entrar en el cilindro. Cuando el pistón baja, se cierra la primera válvula, y se
abre la segunda, que permite que el agua pase a la parte superior del pistón y ocupe el
cilindro que está encima de éste. El golpe siguiente hacia arriba hace subir el agua a la espita
y, al mismo tiempo, logra que entre más agua en el cilindro, por debajo del pistón. La acción
continúa mientras el pistón sube y baja.
Una bomba aspirante es de acción limitada, en ciertos sentidos. No puede proporcionar un
chorro continuo de líquido ni hacer subir el agua a través de una distancia mayor a 10 m. entre
la superficie del pozo y la válvula inferior, ya que la presión normal del aire sólo puede actuar
con fuerza suficiente para mantener una columna de agua de esa altura. Una bomba
impelente vence esos obstáculos.
Bomba impelente[editar]
La bomba impelente consiste en un cilindro, un pistón y un caño que baja hasta el depósito de
agua. Asimismo, tiene una válvula que deja entrar el agua al cilindro, pero no regresar. No hay
válvula en el pistón, que es completamente sólido. Desde el extremo inferior del cilindro sale
un segundo tubo que llega hasta una cámara de aire. La entrada a esa cámara es bloqueada
por una válvula que deja entrar el agua, pero no salir. Desde el extremo inferior de la cámara
de aire, otro cañolleva el agua a un tanque de la azotea o a una manguera.
Cebado de bombas rotodinámicas[editar]
Para el correcto funcionamiento de las bombas rotodinámicas se necesita que estén llenas
de fluido incompresible, es decir, de líquido, pues en el caso estar llenas de fluido compresible
(cualquier gas como el aire) no funcionarían correctamente.
El cebado de la bomba consiste en llenar de líquido la tubería de aspiración succión y la
carcasa de la bomba, para facilitar la succión de líquido, evitando que queden bolsas de aire
en el interior. Al ser necesaria esta operación en las bombas rotodinámicas, se dice que no
tienen capacidad autocebante. Sin embargo,las bombas de desplazamiento positivo son
autocebantes, es decir, aunque estén llenas de aire son capaces de llenar de fluido el circuito
de aspiración.
Esquema de una bomba instalada por encima del nivel de agua.
En un circuito como el mostrado en el esquema adjunto sin ningún dispositivo adicional, al
detener labomba centrífuga el fluido del circuito de aspiración cae hacia el depósito
vaciándose la bomba por el vacío creado por el circuito primario.
La altura de elevación que proporciona la bomba es siempre la misma y responde a la
siguiente fórmula:
donde es la presión de impulsión, es la presión de aspiración, es la densidad del
fluido y la aceleración de la gravedad.
Despejando la diferencia de presiones se tiene que:
De esta fórmula se puede observar que la diferencia de presiones que consigue la bomba
entre la impulsión y la aspiración es mayor cuanto mayor sea la densidaddel fluido a mover.
De tal forma que para el caso concreto del agua se tiene:
Con lo cual:
Es decir, si la bomba está llena de aire la presión de aspiración es 0,00129 veces la que
conseguiría dicha bomba si estuviese llena de agua, es decir, si estuviese cebada. Por lo que
si la bomba está vacía la altura que se eleva el agua en el circuito de aspiración sobre el nivel
del agua en el depósito es mínima y totalmente insuficiente para que el agua llegue a la
bomba.
Por otra parte el funcionamiento de una bomba centrífuga en vacío puede estropear el sellado
de la bomba debido a una deficiente refrigeración dado que no circula fluido por su interior que
ayuda a mejorar la disipación del calor producido por la bomba.
Por lo tanto en instalaciones de bombeo cuyo esquema coincide con el indicado en el
esquema adjunto es necesario un sistema adicional para evitar que la bomba se descebe.
Algunos de estos sistemas se enumeran a continuación:
Se puede construir un orificio en la parte superior de la carcasa de la bomba y arrojar
agua sobre el mismo para que la bomba al encenderse esté llena de agua y pueda
bombear correctamente. No se trata de un sistema muy eficiente.
Se puede usar una válvula de pie (Válvula antirretorno). Permite el paso del líquido hacia
la bomba pero impiden su regreso al depósito una vez se ha apagado la bomba con lo
que impide el descebe de la tubería de impulsión. Puede presentar problemas cuando el
fluido tiene suciedad que se deposita en el asiento de la válvula disminuyendo su
estanqueidad, por otra parte supone una pérdida de carga más o menos importante en la
tubería de impulsión por lo que aumenta el riesgo de que se produzca cavitación en la
bomba.
Uso de una bomba de vacío. La bomba de vacío es una bomba de desplazamiento
positivo que extrae el aire de la tubería de impulsión y hace que el fluido llegue a la bomba
centrífuga y de este modo quede cebada.
Por último otra posibilidad consiste en instalar la bomba bajo carga, es decir por debajo
del nivel del líquido, aunque esta disposición no siempre es posible, a no ser que se
instale sumergida, con lo cual la bomba tiene que ser especial.
Sellado de bombas[editar]
Bomba de engranajes.
Bomba de engranajes.
Bomba de engranajes.
Las bombas precisan de sellos hidráulicos para impedir que los fluidos que están siendo
impulsados salgan al exterior de la máquina a través de la vía de transmisión de movimiento
desde el motor a los internos móviles de la bomba.
En el campo del refino de petróleo y de la petroquímica existen sellos mecánicos de bombas
estandarizados por API (American Petroleum Institute) que, aunque se trata de una asociación
estadounidense, son de aplicación en todo el mundo. Cada tipo de sello recibe el nombre de
PLAN API. Estos sellos pueden ser simples o dobles y, además, pueden disponer o no de un
sistema de refrigeración.
También existe una clasificación de sellos de bombas según ANSI.
A continuación se incluye la equivalencia API - ANSI de los sistemas de sellado o planes más
utilizados:4
PLAN API 11 (ANSI PLAN 7311)
PLAN API 12 (ANSI PLAN 7312)
PLAN API 21 (ANSI PLAN 7321)
PLAN API 22 (ANSI PLAN 7322)
PLAN API 31 (ANSI PLAN 7331)
PLAN API 41 (ANSI PLAN 7341)
PLAN API 13 (ANSI PLAN 7313)
PLAN API 23 (ANSI PLAN 7323)
PLAN API 32 (ANSI PLAN 7332)
PLAN API 62 (ANSI PLAN 7362)
PLAN API 52 (ANSI PLAN 7352)
PLAN API 53 (ANSI PLAN 7353)
PLAN API 54 (ANSI PLAN 7354)
Véase también[editar]
Teoría y funcionamiento[editar]
Hidráulica
Hidrostática
Hidrodinámica
Principio de Bernoulli
Tipos de bombas[editar]
Bomba de engranajes
Bomba de tornillo
Tornillo de Arquímedes
Bomba peristáltica
Bomba centrífuga
Bomba de ariete
Golpe de ariete
Noria
Otras bombas y aplicaciones especiales[editar]
Bomba de aire
Bomba de vacío
Bomba neumática
Inyector-bomba
Bomba sumergible
Máquinas de fluido[editar]
Clasificación de las bombas hidráulicas.
La ciencia de la hidráulica se ha considerado desde los primeros días de la civilización humana. A pesar de su antigüedad, la hidráulica se constituye en una de las ramas de la ingeniería civil con mayor influencia en el desarrollo de las sociedades, porque a diario su utilización es vital para vencer distintos obstáculos o para desarrollar diferentes actividades, sin importar que todavía presenta algún grado de incertidumbre.
Algunas de las actividades en las cuales se utiliza la hidráulica son por ejemplo la irrigación de cultivos y el suministro de agua para las comunidades en donde se hace indispensable el uso de algunos dispositivos, en los que se encuentra la bomba hidráulica.
La definición de una bomba hidráulica que generalmente se encuentra en los textos es la siguiente: "Una bomba hidráulica es un medio para convertir energía mecánica en energía fluida o hidráulica". Es decir las bombas añaden energía al agua.
Cuando se pretende desarrollar una clasificación de los diferentes tipos de bombas hidráulicas se debe tener claridad en algunos términos para así poder evaluar los méritos de un tipo de bomba sobre otro. Dichos términos son:
Amplitud de presión: Se constituyen en los límites máximos de presión con los cuales una bomba puede funcionar adecuadamente. Las unidades son Lb/plg2.
Volumen: La cantidad de fluido que una bomba es capaz de entregar a la presión de operación. Las unidades son gal/min.
Amplitud de la velocidad: Se constituyen en los límites máximo y mínimo en los cuales las condiciones a la entrada y soporte de la carga permitirán a la bomba funcionar satisfactoriamente. Las unidades son r.p.m.
Eficiencia mecánica: Se puede determinar mediante la relación entre el caballaje teórico a la entrada, necesario para un volumen especifico en una presión especifica y el caballaje real a la entrada necesario para el volumen especifico a la presión especifica.
Eficiencia volumétrica: Se puede determinar mediante la relación entre el volumen teórico de salida a 0 lb/plg2 y el volumen real a cualquier presión asignada.
Eficiencia total: Se puede determinar mediante el producto entre la eficiencia mecánica y al eficiencia volumétrica.
Para que la clasificación de los diferentes tipos de bombas sea más amena se presenta a continuación una tabla donde se muestran los criterios de clasificación de cada una de estas.
BOMBAS
Amplitud
Presión Volumen
Amplitud
Velocidad
Eficiencia
Volum.
Eficiencia Total
Bomba de engrane Baja Presión
0 Lb/plg2 5 Gal/min 500 rpm 80 % 75 – 80 %
Bomba engrane 1500 Lb/plg2
1500 Lb/plg2 10 Gal/min 1200 rpm80 % 75 – 80 %
Bomba engrane 2000 Lb/plg2
2000 Lb/plg2 15 Gal/ min 1800 rpm
90 %
80 - 85%
Bomba Paleta equilib. 1000 Lb/plg2
1000 Lb/plg2 1.1 – 55 Gal/min 1000 rpm > 90 % 80 – 85 %
Bomba Pistón Placa empuje angular
3000 Lb/plg2
5000 Lb/plg2
2 – 120 Gal/min
7.5 – 41 Gal/min
1200–1800 rpm
90 %
90 %
> 85 %
> 80 %
Diseño Dynex 6000 – 8000 Lb/plg2
2.9 – 4.2 Gal/min 1200 – 2200 rpm
90 % > 85 %
Las bombas se clasifican de la siguiente manera:
1. Bombas de volumen fijo o bombas de desplazamiento fijo.
Estas bombas se caracterizan porque entregan un producto fijo a velocidad constante. Este tipo de bomba se usa más comúnmente en los circuitos industriales básicos de aplicación mecánica de la hidráulica.
Fig. 1 Bomba de engranes Simple.
1.1 Bombas de engranes o piñones.
La bomba de engranes se denomina también "caballo de carga" y se puede asegurar que es una de las más utilizadas. La capacidad puede ser grande o pequeña y su costo variará con su capacidad de presión y volumen. Además la simplicidad de su construcción permite esta ventaja de precio. Las bombas de engranes exhiben buenas capacidades de vacío a la entrada y para las situaciones normales también son autocebantes; otra característica importante es la cantidad relativamente pequeña de pulsación en el volumen producido. En este tipo de bombas de engrane, el engranado de cada combinación de engranes o dientes producirán una unidad o pulso de presión.
1.1.1 Bombas de engranes de baja presión.
Su funcionamiento es a grandes rasgos el siguiente: La flecha impulsora gira, los dos piñones como están engranados, girarán en direcciones opuestas. La rotación es hacia el orificio de entrada desde el punto de engrane. Conforme los dientes de los dos piñones se separan, se formará una cavidad y se producirá un vacío en el orificio de entrada. Este vacío permitirá a la presión atmosférica forzar el fluido al lado de entrada de la bomba. El fluido será confinado en el espacio entre los dientes del engrane. La rotación continuada de los engranes permitirá que el fluido llegue hasta la salida.
Una desventaja de este tipo de bombas son los escapes o perdidas internas en la bomba producidas en la acción o esfuerzo para bombear un fluido a presión. El desgaste de este tipo de bombas generalmente es causado por operar a presiones arriba de la presión prevista en el diseño, aunque también puede ser usado por cojinetes inadecuados.
1.1.2 Bombas de engranes de alta presión.
Los factores que mejoran la capacidad de una bomba para desarrollar un vacío alto en la admisión, también producirán incrementos muy favorables en la eficiencia volumétrica y total de la bomba.
La capacidad relativamente alta de vacío en la admisión de las bombas de engrane, las ha hecho más adaptables a los problemas que se presentan en el equipo móvil y para minería.
1.1.3 Bombas de engranes de 1500 lb/plg 2 . (Tándem)
También se les conoce como bombas de la serie "Commercial D". En este tipo de bombas se incorporan engranes dentados rectificados con acabados lisos y con tolerancias muy cerradas. Estos engranes tienen el contorno de los dientes diseñado para mejorar la eficiencia de la bomba y disminuir el nivel de ruido en la operación.
Un mejoramiento adicional se ha logrado machihembrando los engranes con respecto al diámetro y espesor.
La aplicación de esta clase de controles de producción, permite el ensamblado de todas las piezas operativas de la bomba con ajustes apretados y produce también los incrementos convenientes de eficiencia.
La bomba de la serie D tiene bajas perdidas por escape. La reducción complementaria de escape interior en las caras de los engranes es producida por un dispositivo desarrollado por la compañía Commercial llamado placas de empuje de presión embolsada.
La presión embolsada proporcionada por los cierres de bolso permite que floten las placas de empuje y mantengan un contacto uniforme con las caras de los engranes. Esta acción es controlada por la presión de bombeo sobre una zona muy pequeña y esta indicada para aumentar el esfuerzo de cierre conforme se aumenta la presión de la bomba.
El diseño de esta bomba ofrece una ventaja adicional al proporcionar la facilidad de que el volumen producido pueda ser alterado al cambiar el tamaño de los engranes, además mediante la adición de un cojinete central portador y un ensamblado de caja y engranes para cada unidad, hasta seis unidades de bombeo pueden construirse para funcionar con una sola flecha de impulso.
Fig. 2 Bomba de engranes en Tándem Commercial Serie D.
1.1.4 Bomba de engranes de 2000 lb/plg 2 .
La bomba Commercial de la serie H esta indicada para tener un valor de presión máximo de 2000 lb/plg2, y para la mayoría de las bombas de la serie H es una versión
mejorada y más pesada que la unidad de serie D. Los fundamentos de operación son casi idénticos, pero ninguna de las partes son intercambiables entre estos dos tipos de diseños.
El funcionamiento con las cargas mayores a presión de 2000 lb/plg2, ha exigido el uso de cajas mucho más gruesas y resistentes. El cojinete impulsor principal TIMKEN es el único ofrecido en este tipo de bombas. Los tamaños de engranes y cojinetes han sido aumentados hasta el máximo que el espacio permite, y dichos engranes han sido modificados de la forma de engranes rectos de la serie D a engranes helicoidales.
En este tipo de bombas se da la misma atención al acabado y a las tolerancias de tamaños y también se utiliza el diseño de abolsado de la presión, funcionando aún la placa de empuje más pesada como espiga y control de escapes o fugas terminales.
Una buena práctica de diseño seria sustituir una unidad de la serie D requerida para trabajar a 1500 lb/plg2 por una unidad de la serie H y en esta forma se conseguiría tener un sistema más seguro.
Fig. 3 Bomba Commercial en Tándem de la Serie H.
1.1.5 Bomba de engranes de 2000 lb/plg 2 – Serie 37-X.
Los cambios de diseño en el modelo 37-X confirman la existencia de la zona crítica analizada en relación con los diseños de la serie D y serie H. Cojinetes verdaderamente masivos de trabajo pesado y del tipo de baleros de corona han sustituido a los cojinetes de aguja marcados como inadecuados. Para tener espacio para estos cojinetes agrandados se ha utilizado un concepto enteramente nuevo sobre el diseño de los engranes para bombas. Los nuevos engranes tienen dientes rectos de tipo involuta. Dichos diente son más pocas en número, cortados más profundamente y más fuertes, entregando más descarga por pulgada de anchura del engrane que los diseños ordinarios o convencionales.
Se señala que la bomba 37-X puede constituir un avance importante en el diseño de bombas de engranes. Durante muchos años la debilidad de los cojinetes de las bombas de engranes y las fallas han constituido una plaga a los usuarios de esas unidades. Deberían realizarse reducciones de vital necesidad en los costos de bombeo hidráulico mediante un decisivo mejoramiento de la duración de los cojinetes de las bombas.
Fig. 4 Bomba Commercial en Tándem de la Serie 37-X.
1.2 Bombas de paletas.
1.2.1 Bombas de paletas desequilibradas o de eje excéntrico.
Con este diseño un rotor ranurado es girado por la flecha impulsora. Las paletas planas rectangulares se mueven acercándose o alejándose de las ranuras del rotor y siguen a la forma de la carcasa o caja de la bomba. El rotor esta colocado excéntrico con respecto al eje de la caja de la bomba.
La rotación en el sentido de las manecillas del reloj del rotor en virtud de la mayor área que hay entre dicho rotor y la cavidad de la caja, producirá un vacío en la admisión y la entrada del aceite en los volúmenes formados entre las paletas.
La bomba mostrará desgaste interior de la caja y en las aristas de las paletas, causado por el deslizamiento de contacto entre las dos superficies.
Este tipo de bomba tendrá la misma situación en lo que se refiere a la carga sobre los cojinetes que el caso de las bombas de engranes.
Fig. 5 Bomba de Paletas desequilibradas.
1.2.2 Bombas de paletas equilibradas de 1000 lb/plg 2 de presión.(Vickers)
La compañía Vickers Incorporated ha sido acreditada por haber desarrollado el diseño de bomba de paletas equilibrada.
El balance hidráulico logrado en este diseño, permite a los cojinetes de las flechas dedicarse a la carga de impulsión de la bomba. La carga hidráulica o de presión esta equilibrada y queda completamente contenida dentro de la unidad de cartucho de la bomba. La unidad de cartucho esta compuesta por, dos bujes, un rotor, doce paletas, un anillo de leva y una espiga de localización.
El sentido de la operación de esta bomba puede alterarse para ajustarlo a la necesidad que se tenga. Al sustituir el anillo de levas con uno más grande o uno más pequeño, se pueden tener diversos volúmenes de rendimiento o salida de la bomba, pero en ciertas conversiones, el rotor, las paletas y el cabezal también deben cambiarse para acomodar el nuevo anillo.
Procurando incorporar un cabezal modificado o corregido y una flecha impulsora, podemos construir una bomba Vickers en Tándem.
El tipo de diseño de esta bomba ha gozado de amplia utilización y aceptación en la industria de las máquinas – herramientas y en otras aplicaciones similares de tipo estacionario.
Fig. 6 Bomba de Paletas Vickers.
1.2.3 Bombas de Paletas equilibradas de 2000 lb/plg 2 de presión. (Denison)
Las bombas de paletas Denison emplean la misma condición de equilibrio descrita en el análisis de las bombas de paletas Vickers mediante la incorporación de dos orificios de admisión o entrada y de dos orificios de salida con una separación de 180 .
Una diferencia en estos dos diseños consiste en que el valor de la presión máxima sube hasta 2000 lb/plg2 por medio de una construcción más pesada y de la alteración de los diseños de paletas y del rotor para asegurar un contacto adecuado de las paletas en todo tiempo. Esta condición de contacto constante de las paletas con el anillo de levas, permitirá a la unidad funcionar como bomba o como motor sin alteración mecánica.
El balance hidráulico de la caja de bombeo y en este caso la carga equilibrada de las paletas, permite a estas bombas funcionar durante periodos más prolongados con condiciones máximas de presión.
Las bombas de paletas equilibradas pueden ofrecer el sistema hidráulico más económico utilizable para situaciones en donde el buen diseño no sufre limitaciones por falta de espacio y falta de control operativo y de comprensión de las características de funcionamiento.
Fig. 7 Bomba de Paletas Denison.
1.3 Bombas de pistón
Las bombas de pistón generalmente son consideradas como las bombas que verdaderamente tienen un alto rendimiento en las aplicaciones mecánicas de la hidráulica. Algunas bombas de engranes y de paletas funcionarán con valores de presión cercanos a los 2000 lb/plg2, pero sin embargo, se les consideraran que trabajan con mucho esfuerzo. En cambio las bombas de pistón, en general, descansan a las 2000 lb/plg2 y en muchos casos tienen capacidades de 3000 lb/plg2 y con frecuencia funcionan bien con valores hasta de 5000lb/plg2.
1.3.1 Bomba de Pistón Radial.
La bomba de pistón radial, aloja los pistones deslizantes dentro de un bloque del cilindro que gira alrededor de un perno o clavija estacionaria o flecha portadora.
En las bombas de pistón radial se logra una eficiencia volumétrica alta debido a los ajustes estrechos de los pistones a los cilindros y por el cierre adecuado entre el bloque del cilindro y el perno o clavija alrededor del cual gira.
1.3.2 Bombas de Pistón Axial.
Las bombas de pistón axial son las bombas más comunes que se encuentran. Las bombas de pistón axial derivan su nombre del hecho que los pistones se mueven dentro y fuera sobre un plano paralelo al eje de la flecha impulsora.
1.3.3 Bombas de Pistón de Barril angular.(Vickers)
Las varillas del pistón van conectadas al pistón con una junta socket de bola y también el bloque del cilindro o barril va conectado a la flecha de impulsión por una junta combinada universal de velocidad constante de tipo Williams.
Las cargas para impulsión de la bomba y las cargas de empuje por la acción del bombeo van soportadas por tres cojinetes de bolas de hilera simple y un cojinete de bolas de hilera doble.
El arranque inicial de este tipo de bombas no debe intentarse hasta que su caja se haya llenado de aceite, esto se denomina "cebado". Pero la bomba no se ceba para poder bombear sino para asegurar la lubricación de los cojinetes y de las superficies de desgaste.
Este diseño de bomba ha dado un excelente servicio a la industria aeronáutica.
Fig. 8 Bomba Vickers de Pistón de desplazamiento Fijo.
1.3.4 Bomba de Pistón de Placa de empuje angular.(Denison)
El diseño de este tipo de bombas incorpora zapatas de pistón que se deslizan sobre la placa de empuje angular o de leva.
Esta bomba debe llenarse con aceite antes de arrancarla.
La contaminación causará raspaduras y pérdida ligera de eficiencia. La falta de lubricación causará desgaste.
1.3.5 Bomba Diseño Dynex.
La placa de empuje angular se llama placa excéntrica, dicha placa va acuñada a la flecha impulsora y esta soportada por cuatro hileras de cojinetes de bolas. Las principales cargas de empuje de bombeo están a cargo de cojinetes colocados a cada lado de la placa excéntrica.
Este diseño de bomba ha tenido una utilización considerable en el equipo móvil.
La compañía fabricante Dynex señala que esta bomba ha mostrado una mayor compatibilidad con respecto al polvo que las bombas normales de pistón. Las bombas
Dynex son indicadas como de mejor capacidad para resistir la contaminación del aceite y las ondas de presión mientras trabajan a niveles bajos de ruido y con velocidades altas.
Fig. 9 Bomba de Pistón axial Dynex.
2. Bombas de volumen variable.
La acción de bombeo de las bombas de volumen variable es a grandes rasgos similar a la acción de bombeo de las bombas de volumen fijo.
Los volúmenes variables para bombas de engranes únicamente son utilizables si se varía la velocidad de impulsión de la bomba. El factor de escape uniforme prohibe la eficiencia constante con velocidad variable y elimina a las bombas de engranes para uso potencial de volumen variable.
Las bombas de paletas pueden adaptarse para producir volúmenes variables, pero las restricciones de la conversión generalmente lo limitan. Una bomba de paletas de volumen variable no puede ofrecer una carga hidráulica balanceada en la caja interna de bombeo. Los volúmenes variables pueden conseguirse con bombas de paletas si se cambia la excentricidad del anillo de desgaste, en relación al rotor y las paletas.
Las bombas de pistón son las mejores adaptadas para diseños de volumen variable, y las bombas axiales de pistón generalmente son consideradas como las más eficientes de todas las bombas, y son por sí solas las mejores para cualquier condición de volumen variable. Las bombas radiales de pistón son también utilizables para producir volúmenes variables.
BIBLIOGRAFIA
L.S. McNickle, Jr. HIDRÁULICA SIMPLIFICADA. Ed Continental. 4ed. Pag 51 – 90.
Zubicarag Viejo, Manuel. BOMBAS, TEORÍA, DISEÑO Y APLICACIONES. Ed Limusa. 2 ed. 1979.
Kenneth J. McNaughton. BOMBAS, SELECCIÓN, USO Y MANTENIMIENTO. Ed Mc Graw Hill.