Máquinas Hidráulicas - Universidad Politécnica de Cartagena

1 M quinas Hidr ulicas Teor a y Problemas Blas Zamora Parra Antonio Viedma Robles M quinas Hidr ulicas Teor a y Problemas Blas Zamora Parra Antonio Viedma Robles Universidad Polit cnica de Cartagena 2016, Blas Zamora Parra, Antonio Viedma Robles 2016, Universidad Polit cnica de Cartagena CRAI biblioteca Plaza del Hospital, 1. 30202 Cartagena 968325908. Primera edici n, 2016. ISBN: 978-84-16325-19-1. Imagen de la cubierta: Elaboraci n del autor. Esta obra est bajo una licencia de Reconocimiento-NO comercial-Sin Obra Derivada (by-nc-nd): no se permite el uso comercial de la obra original ni la generaci n de obras derivadas. M quinas Hidr ulicas (Teor a y Problemas).

2 Contenido PR LOGO .. ix LISTA DE S MBOLOS .. xi BLOQUE I. INTRODUCCI N A LAS M QUINAS HIDR ULICAS .. 1. 1. GENERALIDADES SOBRE LAS M QUINAS HIDR ULICAS. ENERG A HIDR 2. Introducci n a las m quinas hidr ulicas .. 2. Clasificaci n de las m quinas de fluidos .. 4. Elementos caracter sticos de una turbom quina hidr ulica .. 6. Clasificaci n y tipos de turbom quinas hidr ulicas .. 7. Clasificaci n de las turbom quinas seg n la direcci n del flujo .. 7. Tipos y denominaciones caracter sticos de turbinas hidr ulicas .. 7. Otros criterios de clasificaci n .. 9. La Energ a Hidr ulica .. 9. Energ a Hidr ulica Convencional .. 10. Las Energ as Hidr ulica, Minihidr ulica y Microhidr ulica.

3 11. La Energ a del Mar .. 11. El Recurso Hidr ulico .. 12. La Energ a Hidr ulica como energ a renovable .. 12. Bibliograf a consultada .. 13. 2. BALANCE ENERG TICO DE UNA M QUINA HIDR ULICA. INSTALACIONES DE BOMBEO Y. TURBINADO .. 14. Introducci n .. 14. i Blas Zamora Parra y Antonio Viedma Robles Ecuaci n de conservaci n de la energ 14. Ecuaci n de conservaci n de la energ a interna .. 17. Ecuaci n de conservaci n de la energ a mec nica .. 18. Balance de energ a mec nica y rendimientos en bombas hidr 18. Balance de energ a mec nica y rendimientos en turbinas hidr ulicas .. 20. Instalaciones de bombeo y turbinado .. 22. Instalaciones de bombeo. C lculo de las p rdidas de carga.

4 22. Instalaciones de turbinado .. 24. Punto de funcionamiento de una instalaci n hidr 25. Bibliograf a consultada .. 25. 3. AN LISIS DIMENSIONAL Y SEMEJANZA F SICA EN TURBOM QUINAS .. 29. Introducci n a la herramienta de la semejanza f sica .. 29. Variables de funcionamiento en una turbom quina .. 30. Reducci n del n mero de par metros adimensionales. Efecto de la viscosidad .. 31. Curvas caracter sticas de bombas hidr ulicas .. 32. Curvas caracter sticas de turbinas hidr ulicas .. 35. Coeficientes adimensionales. Velocidad espec fica y potencia espec fica .. 37. Di metro espec fico. Diagrama de Cordier .. 39. Bibliograf a consultada .. 40. PROBLEMAS RESUELTOS.

5 BLOQUE I .. 42. PROBLEMAS PROPUESTOS. BLOQUE 58. Bloque II. TEOR A DE TURBOM QUINAS HIDR ULICAS .. 65. 4 TEOR A GENERAL DE TURBOM QUINAS HIDR ULICAS .. 66. Introducci n a la teor a general de turbom 66. Tratamiento general de las turbom quinas hidr ulicas .. 66. Enfoque de flujo 67. Sistemas de referencia .. 67. Tri ngulos de velocidades .. 69. Volumen de control. Ecuaci n de continuidad .. 70. Ecuaci n de conservaci n del momento cin tico. Teorema de Euler .. 71. Discusi n de la Ecuaci n de Euler .. 72. Forma alternativa de la Ecuaci n de Euler .. 74. Formas particulares de la Ecuaci n de 74. Ecuaci n de Bernoulli en el movimiento 75. ii M quinas Hidr ulicas (Teor a y Problemas).

6 Flujo ideal a trav s del rodete .. 75. Flujo real a trav s del 76. Grado de reacci n .. 77. Bibliograf a consultada .. 78. 5. TEOR A UNIDIMENSIONAL DE TURBOM QUINAS HIDR ULICAS .. 79. Hip tesis y objetivos de la teor a 79. Ecuaci n de continuidad. Distribuci n de velocidad meridiana .. 80. Ecuaci n de Euler. Distribuci n de velocidad 83. Teor a unidimensional para turbom quinas axiales .. 84. Aplicaci n al estudio del comportamiento de una bomba centr fuga .. 86. Bibliograf a consultada .. 88. 6. TEOR A BIDIMENSIONAL DE TURBOM QUINAS RADIALES .. 89. Introducci n. Influencia del n mero de labes .. 89. Flujo a trav s del canal de paso en un rodete centr fugo.

7 90. Ecuaciones del 90. Sistema de coordenadas intr nseco .. 91. Forma final de las ecuaciones y del perfil de velocidad relativa .. 93. Desviaci n angular del flujo en un rodete centr fugo .. 94. Correcciones de la teor a unidimensional. Stodola, Pfleiderer y Eck .. 95. Correcci n de Stodola .. 95. Correcci n de 96. Coeficiente de disminuci n de trabajo. Correcci n de Eck .. 97. Bibliograf a consultada .. 98. 7. TEOR A BIDIMENSIONAL DE TURBOM QUINAS AXIALES .. 99. Hip tesis de la teor a bidimensional de turbom quinas 99. Flujo ideal en una cascada de labes 100. Conceptos sobre la teor a del labe aislado .. 101. Teorema de Kutta-Joukowski para una cascada de labes.

8 102. Soluci n te rica de Weining para una cascada de placas planas .. 103. Consideraciones sobre el flujo bidimensional a trav s de una cascada .. 104. Flujo ideal a trav s de una cascada de labes m vil .. 105. Flujo ideal en un escal n rotor-est tor. Grado de reacci 106. Equilibrio radial en una turbom quina axial. Ecuaci n fundamental del 108. Bibliograf a consultada .. 110. iii Blas Zamora Parra y Antonio Viedma Robles PROBLEMAS RESUELTOS. BLOQUE II .. 111. PROBLEMAS PROPUESTOS. BLOQUE 126. Bloque III. FLUJO REAL, P RDIDAS Y CAVITACI N EN TURBOM QUINAS HIDR 132. 8. FLUJO REAL EN TURBOM QUINAS HIDR 133. Introducci n a los efectos reales en turbom quinas.

9 133. Los efectos viscosos en las turbom quinas hidr ulicas .. 134. Capas l mite y flujos secundarios en turbom quinas radiales .. 135. Ecuaciones del movimiento medio .. 135. Ecuaciones de la capa l mite junto al labe .. 137. Desprendimientos de la corriente .. 137. Flujo en las paredes laterales del rodete .. 139. Otros flujos secundarios .. 140. Capas l mite y flujos secundarios en turbom quinas axiales .. 141. Flujos secundarios en las paredes de los labes .. 142. Flujos secundarios en la ra z de los labes .. 143. Flujos secundarios globales .. 144. Bibliograf a consultada .. 145. 9. P RDIDAS Y CURVAS CARACTER STICAS DE BOMBAS Y TURBINAS DE REACCI 147. Introducci n.

10 147. P rdidas por fricci n en el disco y por fugas en una bomba centr fuga .. 147. P rdidas por fricci n en el disco .. 147. P rdidas por fugas .. 149. P rdidas, rendimientos y curvas caracter sticas en una bomba centr fuga .. 151. P rdidas por fricci 151. P rdidas por incidencia fuera del punto de dise o o por choque .. 152. Curva caracter stica real de una bomba centr fuga .. 152. Curvas de rendimiento en una bomba centr fuga .. 154. Curvas caracter sticas de bombas axiales y de flujo mixto .. 155. Curvas caracter sticas de las turbinas de reacci n en funci n del caudal .. 155. Curvas caracter sticas de las turbinas de reacci n en funci n del r gimen de giro.