Fluidos, bombas e instalaciones hidráulicas

1 ENGINYERIESINDUSTRIALSF luidos, bombas e instalaciones hidr ulicasUPCGRAUUPCGRAUF luidos, bombas e instalaciones hidr ulicasSalvador de las HerasSalvador de las , bombas e instalaciones hidr ulicasSalvador de las Heras (Vitoria, 1967) es Doctor Ingeniero Industrial, profesor titular desde 1998 y, en la actualidad, director del Departamento de Mec nica de Fluidos de la UPC. Durante los ltimos a os, ha publicado m s de cuarenta art culos t cnicos, tanto en revistas especializadas como de divulgaci n, y ha participado en numerosos congresos nacionales e internacionales, as como en varias mesas redondas.

2 Adem s de su actividad docente e investigadora, es autor de tres libros y de dos patentes de invenci n, y ha desarrollado procedimientos alternativos para el c lculo del caudal a trav s de v lvulas y la detecci n de fugas en sistemas hidr obra describe los principios fundamentales que rigen el funcionamiento de las bombas y las instalaciones hidr ulicas m s usuales, sus caracter sticas operativas y los criterios de dise o y selecci contenido del libro se estructura en tres grupos b sicos. Los dos primeros temas tratan de la mec nica de los fl uidos y sus propiedades: los principios y las leyes de conservaci n, el an lisis dimensional y las condiciones especiales del fl ujo.

3 Los temas tercero y cuarto se ocupan de las bombas hidr ulicas: el tercer tema se centra en su descripci n funcional, mientras que el cuarto se dedica a la teor a general que fundamenta el dise o de las turbom quinas. Los dos temas siguientes se refi eren al dimensionado y al c lculo de los sistemas hidr ulicos y oleohidr ulicos, e incluyen una descripci n de sus componentes, sus medios de regulaci n y los problemas de explotaci n m s comunes. Finalmente, se presentan algunas recomendaciones sobre el mantenimiento y la gesti n de las instalaciones tratadas en la , bombas e instalaciones hidr ulicasSalvador de las HerasPrimera edici n: diciembre de 2011 Dise o y dibujo de la cubierta: Jordi SoldevilaDise o maqueta interior: Jordi Soldevila Salvador de las Heras, 2011 Iniciativa Digital Polit cnica, 2011 Oficina de Publicacions Acad miques Digitals de la UPC Jordi Girona Salgado 31, Edifici Torre Girona, D-203, 08034 Barcelona Tel.

4 : 934 015 885 Fax: 934 054 101 E-mail: n: SERVICE POINT Pau Casals, 161-163 08820 El Prat de Llobregat (Barcelona)Dep sito legal: B-41914-2011 ISBN: 978-84-7653-893-7 Cualquier forma de reproducci n, distribuci n, comunicaci n p blica o transformaci n de esta obra s lo puede realizarse con la autorizaci n de sus titulares, salvo excepci n prevista en la ley. Amb el suport de la Factoria de Recursos Docents de la UPC A mis hijos Sandro e Irene, el Sol y la Luna de mis d as, y a la memoria de mi buen amigo Paco, 7 Pr logo Este libro surge de la necesidad de adaptar el contenido de las asignaturas relacionadas con las m quinas y los sistemas hidr ulicos a los diferentes grados de ingenier a que se han puesto en marcha en la UPC, como consecuencia de la implantaci n de los planes de estudios enmarcados en el Espacio Europeo de Educaci n Superior (EEES).

5 Es dif cil encontrar una obra concreta que cubra, de forma adecuada, los conceptos b sicos de la mec nica de fluidos, el funcionamiento de las m quinas hidr ulicas m s comunes y la regulaci n y explotaci n de los sistemas en los que son instaladas, tanto desde el punto de vista te rico como pr ctico. Por norma general, el alumno halla por separado libros espec ficos de mec nica de fluidos o de m quinas hidr ulicas, pero no dispone de ambos contenidos asociados adecuadamente en una sola obra. Este libro pretende cubrir este hueco, pues, aunque trata b sicamente de m quinas hidr ulicas e instalaciones , incluye los principios de mec nica de fluidos suficientes para poder in-terpretarlas sin necesidad de consultar otras fuentes.

6 Los diversos grados existentes actualmente en ingenier a tienen una caracter stica com n: todos cubren, en mayor o menor medida, contenidos asociados a las m quinas y a las instalaciones hidr ulicas. El profesor de tales materias, en el ejercicio responsa-ble de su profesi n y con la intenci n ben vola de facilitar el aprendizaje a sus alum-nos, se preocupa por reunir en unos apuntes propios los contenidos m nimos exigibles que presentar en las clases expositivas y, paralelamente, elabora una lista de referen-cias de consulta que sabe que a menudo es desatendida por los alumnos. Esto es as porque el ritmo impuesto en los planes de estudios actuales, con un gran n mero de asignaturas diferentes en un per odo cuatrimestral, apenas concede al alumno el tiempo necesario para la lectura contrastada y sosegada de otros textos t cnicos, si no es au-mentando notablemente las horas de dedicaci n.

7 Debe existir, por tanto, un equilibrio entre lo deseable y lo posible, y el profesor es el responsable de encontrarlo y mante-nerlo para que el alumno aproveche al m ximo sus capacidades y sus posibilidades de xito aumenten. Esta obra est dividida en seis temas, de los cuales los dos primeros hacen referencia a la mec nica de fluidos; los dos siguientes, a las bombas hidr ulicas, y los dos ltimos, a Fluidos, bombas e instalaciones hidr ulicas 8 las instalaciones . Al final del libro, el lector encontrar un anexo en el que se hace un resumen de las recomendaciones relativas al mantenimiento y a la gesti n de las insta-laciones hidr ulicas.

8 En el primer tema, titulado Conceptos de mec nica de fluidos , se explican las defini-ciones, herramientas y propiedades que permiten interpretar el campo fluido, as como aquellos teoremas matem ticos que son de utilidad en la formulaci n de los principios y las leyes fundamentales. Este primer apartado concluye con la descripci n de las fuerzas a las que puede estar sometido un fluido y su relaci n con su consiguiente d e-formaci n, lo que finalmente conduce a la conocida ecuaci n de Navier-Stokes para la cantidad de movimiento. El segundo tema presenta los principios de conservaci n de masa, cantidad de movi-miento y energ a, y otras ecuaciones que permiten ampliar el entorno te rico, como las de la energ a interna, la entalp a, la entrop a o la ecuaci n de la vorticidad.

9 La formula-ci n integral de estos principios consiste en un balance referido a un sistema fluido o a un volumen de control de fronteras abiertas por las cuales se pueden definir los flujos de masa, cantidad de movimiento y energ a, y su relaci n temporal con las acciones externas aplicadas. Este tipo de an lisis no proporciona detalles del flujo en el interior del volumen, pero s permite obtener soluciones aproximadas, que resultan v lidas desde una perspectiva industrial. El m todo diferencial es m s general ya que revela todos los detalles del flujo pero, aunque los principios generales y las ecuaciones de este tema, junto con las ecuaciones de estado, constituyen un marco anal tico completo que permite resolver cualquier problema de mec nica de fluidos, a menudo su resolu-ci n no es posible y es preciso recurrir a otros procedimientos de an lisis.

10 Los obst cu-los que m s dificultan la obtenci n de resultados anal ticos v lidos son, adem s de la complejidad intr nseca de las ecuaciones, las condiciones de contorno, la geometr a del problema y las propiedades del fluido. La ingenier a hace frente a estos problemas combinando la simulaci n por ordenador, la experimentaci n y el an lisis dimensional, el cual se fundamenta en el orden de magnitud observado de los diferentes t rminos que aparecen en las ecuaciones y su descripci n mediante grupos adimensionales. El tercer tema se centra en la descripci n funcional de las bombas hidr ulicas m s comunes, mientras que el cuarto trata de la teor a general de las turbom quinas hidr u-licas.