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Generadores eléctricos, compresores, bombas y ventiladores


Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - Generadores eléctricos, compresores, bombas y ventiladores, MAQUINARIA AUXILIAR Y EQUIPOS DE ELEVACIÓN    

Bomba centrífuga. https://es.wikipedia.org/

 

El punto de funcionamiento o de operación de una bomba centrifuga se define como el flujo volumétrico de fluido que esta enviara cuando se instale en un sistema dado. El régimen de trabajo se determina por el punto de intersección de las características de la bomba y de la tubería, y por eso, al ser la característica de la conducción (tubería) invariable, salvo que se actúe sobre la válvula de impulsión, el cambio del número de revoluciones de la bomba provocará el desplazamiento del punto de trabajo a lo largo de la característica de la tubería. Si ésta corta a una parábola de regímenes semejantes, al cambiar el número de revoluciones y pasar a otra curva característica, la semejanza se conservará, pudiéndose considerar en este caso que el cambio del número de revoluciones de la bomba no alterará la semejanza de los regímenes de trabajo.

Para aclarar un poco más este tema, os dejo un problema resuelto con los conceptos básicos resueltos. Espero que os sea de interés.

Referencia:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

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26 febrero, 2018
 

Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - Generadores eléctricos, compresores, bombas y ventiladores, MAQUINARIA AUXILIAR Y EQUIPOS DE ELEVACIÓN    

Un compresor de pistón, compresor volumétrico alternativo o compresor de émbolo es un compresor de gases que funciona por el desplazamiento de un émbolo dentro de un cilindro (puede tener varios) movido por un cigüeñal para obtener gases a alta presión. El gas a comprimir entra, a presión ambiental, por la válvula de admisión en el cilindro, donde se comprime con el pistón, que tiene un movimiento alternativo mediante un cigüeñal y un biela, y se descarga, comprimido, por la válvula de descarga.

Es uno de los compresores más antiguos y conocidos, aunque hoy se emplean especialmente los compresores rotativos. El principio de funcionamiento del compresor alternativo, basado en el desalojamiento del aire por el émbolo, permite fabricar máquinas con pequeño diámetro y un recorrido insignificante del pistón, que desarrollan alta presión con un caudal relativamente pequeño.

Los compresores de pistones pueden clasificarse atendiendo a distintas características:

Por el número de cilindros:

  • Monocilíndricos.
  • Bicilíndricos.
  • Policilíndricos

Por la forma de trabajar el émbolo:

  • De simple efecto: la compresión se efectúa por una cara del pistón.
  • De doble efecto: la compresión se realiza por las dos caras del pistón

Por el número de etapas empleadas en la compresión:

  • Monoetápico.
  • Bietápicos.
  • Polietápicos.

Por la disposición de los pistones:

  •  Horizontales.
  • Verticales.
  • En V.
  • A escuadra.

Compresor de pistón

Los compresores monoetápicos son de poca potencia. La presión final alcanzada es de 4 a 5 bares, con una temperatura de salida entorno a los 180ºC (±20ºC). La refrigeración es por aire. Los compresores bietápicos son los más utilizados. Primero se llega de 2 a 3 bares para luego alcanzar unos 8 bares, con una temperatura de salida de 150ºC (±15ºC). La refrigeración puede ser por aire con un ventilador o por una corriente de agua.

Algunos de los compresores más habituales en el mercado presentan las siguientes características:

  • De simple efecto, monoetápicos y refrigeración por aire: capacidad hasta 1 m3/min, relación potencia (CV)/capacidad (m3/min) inferior a 10.
  • De simple efecto, bietápicos y refrigeración por aire: capacidad de 2 a 10 m3/min, relación potencia (CV)/capacidad (m3/min) de 7,5 a 8,5.
  • De doble efecto, bietápicos y refrigeración por agua: capacidad de 10 a 100 m3/min, relación potencia (CV)/capacidad (m3/min) de 6,5 a 7,5.

 

En la Figura siguiente se representan las cuatro fases del ciclo termodinámico que se desarrollan en el caso más simple de un compresor monoetápico de un cilindro de simple efecto.

  • Fase 1, admisión (4-1): Con la válvula de aspiración abierta, el pistón situado en el punto 4 inicia su avance hasta el 1 en el que se cierra la válvula. Entra aire a una presión P1.
  • Fase 2, compresión (1-2): Al cerrarse la válvula de admisión, el pistón retrocede hasta 2 y el aire se comprime hasta la presión P2.
  • Fase 3, expulsión (2-3): En 2 se abre la válvula de expulsión y el pistón al seguir retrocediendo hasta 3 va expulsando el aire y dejando el volumen V3 correspondiente al espacio muerto del cilindro.
  • Fase 4, expansión (3-4): En 3 se cierra la válvula de expulsión y el aire encerrado en el cilindro se expansiona haciendo avanzar el pistón hasta 4. En ese instante se abre la válvula de admisión, reiniciándose de nuevo el ciclo.

 

Ciclo termodinamico piston

Ciclo termodinámico de un compresor alternativo de un cilindro

Os dejo a continuación una animación sobre un compresor de pistón de doble efecto:

También os dejo una presentación del profesor Pedro Loja sobre el compresor de pistón:

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

15 febrero, 2018
 

Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - Generadores eléctricos, compresores, bombas y ventiladores, MAQUINARIA AUXILIAR Y EQUIPOS DE ELEVACIÓN    

El compresor helicoidal de dos rotores, es un aparato rotativo de desplazamiento positivo, en la que la compresión del aire se efectúa mediante dos rotores (husillos roscados). Está constituido por dos o tres tornillos helicoidales engranados entre sí. La longitud de los tornillos debe ser superior, al menos de 1,5 a 2 veces su paso, para asegurar la estanqueidad de las cámaras formadas entre las hélices. Funcionan a velocidades elevadas, debido a la ausencia de válvulas y fuerzas mecánicas desequilibrantes, por lo que sus dimensiones son muy pequeñas en relación con su capacidad.

El perfil del tornillo conductor es convexo, mientras que el del conducido es cóncavo; el rotor conductor, conectado al eje motor, gira más rápido que el conducido. El aire que penetra por la cavidad de aspiración, situada en uno de los extremos del compresor, llena por completo cada una de las cámaras de trabajo helicoidales del rotor conducido. Durante el giro de los rotores, las cámaras de trabajo limitadas entre los filetes de los rotores y las superficies internas del estator, dejan de estar en comunicación directa con la cavidad de aspiración y se desplazan junto con el aire a lo largo de los ejes de rotación.

Estos compresores son los más utilizados en obras públicas y en refrigeración industrial. Son una solución idónea para producciones que superen los 10 m3/min, con rendimientos por encima del 85%. Se pueden alcanzar presiones de hasta 50 bares.

Podemos distinguir dos tipos:

  • Con engranajes exteriores para transmitir el movimiento en entre ambos rotores. Presentan cierto juego entre sí, lo que evita el desgaste y hace innecesaria la lubricación.
  • Con flujo de aceite a través de la máquina para lubricar y sellar, así como para refrigerar el gas comprimido. En este caso, los engranajes pueden suprimirse transmitiéndose el movimiento directamente por el contacto entre ambos rotores.

Se apuntan como ventajas la ausencia de oscilaciones y ruidos, la gran fiabilidad por la ausencia de rozamientos, el menor mantenimiento y el poco espacio que usan. Además, el compresor de tornillo tiene un rendimiento energético superior al alternativo cuando la instalación se encuentra a plena producción. Como inconveniente podría citarse el precio elevado de sus piezas, por la gran precisión requerida para el ajuste en el montaje y una mano de obra especializada para su mantenimiento.

Os dejo algunos vídeos explicativos que espero os gusten.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

13 febrero, 2018
 

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turbin4La turbina Francis, desarrollada por James B. Francis, es una turbomáquina motora a reacción y de flujo mixto. Son turbinas hidráulicas que se pueden diseñar para un amplio rango de saltos y caudales,  capaces de operar en desniveles que van de los dos metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el más usado en el mundo, principalmente para la producción de energía eléctrica en centrales hidroeléctricas.  Son muy costosas de diseñar, fabricar e instalar, pero pueden funcionar durante décadas.

Estas turbinas presentan un diseño hidrodinámico que garantiza un alto rendimiento debido a las bajas pérdidas hidráulicas. Son robustas, con bajo costo de mantenimiento. Sin embargo, no se recomienda su instalación con alturas de agua mayores de 800 m ni cuando existen grandes variaciones de caudal. Asimismo es muy importante controlar la cavitación.

Espiral de entrada de una turbina Francis, Presa Grand Coulee.

Las partes de una turbina Francis son las siguientes:

  • Cámara espiral: distribuye uniformemente el fluido en la entrada del rodete. La forma en espiral o caracol se debe a que la velocidad media del fluido debe permanecer constante en cada punto de la misma. La sección transversal  puede ser rectangular o circular, siendo esta última la más utilizada.
  • Predistribuidor:  formado por álabes fijos que tienen una función netamente estructural, para mantener la estructura de la caja espiral y conferirle rigidez transversal, que además poseen una forma hidrodinámica para minimizar las pérdidas hidráulicas.
  • Distribuidor: constituido por álabes móviles directores, cuya misión es dirigir convenientemente el agua hacia los álabes del rodete (fijos) y regular el caudal admitido, modificando de esta forma la potencia de la turbina de manera que se ajuste en lo posible a las variaciones de carga de la red eléctrica, a la vez de direccionar el fluido para mejorar el rendimiento de la máquina. Este recibe el nombre de distribuidor Fink.
  • Rotor o rodete: es el corazón de la turbina, pues aquí tiene lugar el intercambio de energía entre la máquina y el fluido. En forma general, la energía del fluido al momento de pasar por el rodete es una suma de energía cinéticaenergía de presión y energía potencial. La turbina convierte esta energía en energía mecánica que se manifiesta en el giro del rodete. El rodete a su vez transmite esta energía por medio de un eje a un generador eléctrico dónde se realiza la conversión final en energía eléctrica. El rotor puede tener diversas formas dependiendo del número específico de revoluciones para el cual esté diseñada la máquina, que a su vez depende del salto hidráulico y del caudal de diseño.
  • Tubo de aspiración: es la salida de la turbina. Su función es darle continuidad al flujo y recuperar el salto perdido en las instalaciones que están por encima del nivel de agua a la salida. En general se construye en forma de difusor, para generar un efecto de aspiración, el cual recupera parte de la energía que no fuera entregada al rotor en su ausencia.

 

Las turbinas Francis se pueden clasificar en función de la velocidad específica del rotor y de las características del salto:

  • Turbina Francis lenta: para saltos de gran altura, alrededor de 200 m o más
  • Turbina Francis normal: indicada en saltos de altura media, entre 200 y 20 m
  • Turbina Francis rápidas y extrarrápidas: apropiadas para saltos de pequeña altura, inferiores a 20 m

 

A continuación os paso un par de vídeos explicativos que espero os sean de utilidad:

Os paso un vídeo de una Turbina Francis de la Central Hidroeléctrica de la Presa Susqueda en funcionamiento produciendo 27,5 MW por caída hidráulica de 162 m.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

12 febrero, 2018
 

Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - Generadores eléctricos, compresores, bombas y ventiladores, MAQUINARIA AUXILIAR Y EQUIPOS DE ELEVACIÓN    

La bomba centrífuga constituye el tipo más frecuentemente utilizado. Puede bombear todo tipo de líquidos, incluso con sólidos en suspensión. Se utilizan en toda clase de bombeos excepto si la carga a vencer es demasiado elevada. Esta clase de bomba se indica para caudales moderados y alturas notables. La bomba puede ser sumergible o estar instalada en seco. En éste último caso, la instalación puede estar en aspiración o en carga.

Son máquinas hidráulicas donde el líquido, al entrar en la cámara por la parte central y en la dirección del eje del rotor, es impulsada por éste y al girar lanzada hacia el exterior por la fuerza centrífuga. El líquido adquiere energía cinética que en el difusor se convierte en un aumento de presión. Transforman, por tanto, un trabajo mecánico en otro de tipo hidráulico, siendo su funcionamiento análogo, pero inverso, a las turbinas hidráulicas.

Los elementos constitutivos de que constan son:

  1. Una tubería de aspiración, que concluye prácticamente en la brida de aspiración.
  2. El impulsor o rodete, formado por una serie de álabes de formas distintas que giran dentro de una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente al eje y es la parte móvil de la bomba.
  3. Una tubería de impulsión, donde el líquido adquiere la presión cedida por la energía cinética en la voluta de la bomba.

 

Perspectiva de una bomba centrífuga

Os dejo a continuación un vídeo explicativo de cómo se instala una bomba centrífuga. Espero que os sea de utilidad.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

5 diciembre, 2017
 
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Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

1 noviembre, 2017
 
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Electrobomba sumergible para pozos (McNaughton)

Electrobomba sumergible para pozos (McNaughton)

Son bombas con rodetes radiales o semiaxiales de múltiples etapas superpuestas diseñadas para bombear desde pozos profundos (hasta 350 m) y de pequeña sección (4” a 14”). Se pueden impulsar caudales de hasta 450 m3/h. Constan de un motor eléctrico del tipo “jaula de ardilla” de 2 a 250 kW, provisto de estator con bobinado de conducciones especialmente aislado con PVC y compensador de dilataciones y contracciones por cambios de temperatura.

El factor más desfavorable para este tipo de bombas es la presencia de arena (daños a partir de más de 25 g de arena por m3). Análogamente hay que determinar la composición del agua, su pH, el contenido de CO2, etc. Estas circunstancias son importantes en el momento de elegir la bomba adecuada a la presencia de estos componentes corrosivos o abrasivos.

No son imprescindibles los cuidados de mantenimiento, no se producen averías por heladas, ni ocurren problemas de aspiración ni de ruido; estas circunstancias justifican la economía de su uso, siempre que los grupos utilizados estén bien proyectados y sean resistentes y equilibrados. Sin embargo, en caso de avería del motor se debe extraer toda la columna.

Os dejo un par de vídeos sobre la instalación de este tipo de bombas.

Referencia:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

29 octubre, 2017
 
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Las estaciones de bombeo son estructuras destinadas a elevar un fluido desde un nivel energético inicial a un nivel energético mayor. Su uso es muy extendido en los varios campos de la ingeniería, así, se utilizan en:

  • Redes de abastecimiento de agua potable, donde su uso es casi obligatorio, salvo en situaciones de centros poblados próximos de cadenas montañosas, con manantiales situados a una cota mayor;
  • Red de alcantarillado, cuando los centros poblados se sitúan en zonas muy planas, para evitar que las alcantarillas estén a profundidades mayores a los 4 – 5 m;
  • Sistema de riego, en este caso son imprescindibles si el riego es con agua de pozos no artesianos;
  • Sistema de drenaje, cuando el terreno a drenar tiene una cota inferior al recipiente de las aguas drenadas;
  • En muchas plantas de tratamiento tanto de agua potable como de aguas servidas, cuando no puede disponerse de desniveles suficientes en el terreno;
  • Un gran número de plantas industriales.

Las estaciones de bombeo tienen por elemento principal a los grupos de bombas. El papel que juegan las mismas es el de proporcionar caudal y presión al conjunto del sistema y es muy importante conocer cómo van a comportarse en el mismo en base a sus curvas motrices. A continuación os dejo un Polimedia de la profesora Petra Amparo López Jimenez donde se describe cómo se llega a las curvas motrices de las bombas desde sus características geométricas y se introduce la teoría que explica el comportamiento de las mismas a partir del conocimiento de sus datos básicos de geometría y velocidad.

Las bombas hidráulicas tienen unas curvas motrices características que representan el caudal y presión que pueden proporcionar en una instalación. La instalación de dichas bombas en unas condiciones u otras, su asociación en serie o paralelo, su arranque o condiciones de cebado, determinarán el caudal, presión, potencia absorbida y posibles aplicaciones en las instalaciones concretas. En el siguiente vídeo se describen estos aspectos de las estaciones de bombeo.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

21 octubre, 2017
 

Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - Generadores eléctricos, compresores, bombas y ventiladores, MAQUINARIA AUXILIAR Y EQUIPOS DE ELEVACIÓN    

Bomba de engranaje

Bomba de engranaje

Una bomba es una máquina destinada al transporte y elevación de líquidos, para lo cual absorbe fluido dentro de sí misma a través de un orificio de entrada y lo impulsa hacia fuera a través de una lumbrera de salida. Para accionarlas precisan de la energía proporcionada por un motor, que suele ser en la mayoría de los casos eléctricos, y en otros de combustión.

En ingeniería civil son empleadas para la elevación de agua de pozos para el abastecimiento de poblaciones, agotamientos de niveles freáticos, aspiración de fondos marinos, bombeos de líquidos de un lugar a otro, elevación de aguas negras, etc.

Los parámetros básicos necesarios para seleccionar una bomba son los siguientes:

  1. El caudal de diseño.
  2. Los parámetros que definen el líquido a transportar.
  3. La altura manométrica en el caso de una instalación de bombeo o las necesidades de oxígeno si se trata de un agitador para una planta depuradora.

Las bombas se pueden clasificar atendiendo a diversos criterios. En la figura siguiente se establece la clasificación habitual de las bombas atendiendo a su forma de trabajo.

Figura

Clasificación de las bombas hidráulicas

Otra posible clasificación se establece atendiendo al régimen de funcionamiento:

  1. Bombas de caudal constante: donde el caudal de salida es proporcional al régimen de giro de la bomba, es decir, que el caudal de líquido desplazado por cada revolución es fijo. Estas máquinas no consideran la necesidad de presión del sistema y por tanto debe existir un medio capaz de reconducir el caudal sobrante. Las bombas de engranajes son de caudal constante.
  2. Bombas de caudal variable: el caudal a la salida es independiente de la velocidad de la bomba, por lo que el caudal de líquido desplazado por cada revolución es variable. En este caso el caudal desplazado es el que necesita el sistema. Las bombas de paletas y pistones pueden ser tanto de caudal constante como variable.

En la Tabla siguiente se comparan las características más importantes de las bombas hidráulicas.

Comparación de las propiedades generales de las bombas

Comparación de las propiedades generales de las bombas

Os dejo uno vídeos explicativos sobre este tema.

Aquí os dejo una serie de vídeos divulgativos sobre las bombas hidráulicas.

Referencia:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814.

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Compresor móvil insonorizado de 3,5 m3 a 7,5 bares

Compresor móvil insonorizado de 3,5 m3 a 7,5 bares

La primera decisión que ha de tomarse cuando se planifica una instalación de aire comprimido es saber si se establece un compresor único centralizado o una serie de unidades situadas cerca de los puntos de consumo. Si bien las centralizadas tienen las ventajas de requerir menor potencia, menores costes de mantenimiento y mayores rendimientos, en obras lineales o con conducciones muy largas se recomienda la utilización de pequeños compresores móviles.

El motor y el compresor forman una sola unidad que cuenta con un panel de mando que controla la presión y temperatura del aire, la presión del aceite, el arranque y la parada, etc. Suelen componerse de compresores alternativos (de dos etapas con uno o más pistones) o rotativos (más frecuentes de tornillo) y un motor de accionamiento. La refrigeración en los de pistones se efectúa por aire y en los de tornillo por medio de aceite. Cada toma de aire cuenta con su llave y acoplamiento normalizado a ¾”, mientras que las mangueras comunes en obras públicas tienen un diámetro inferior a los 19 mm.

Se pueden clasificar atendiendo a la potencia del motor:

  • Ligeros: con una potencia inferior a los 25 CV, aptos para una sola herramienta de tipo medio, o dos ligeras de forma intermitente.
  • Medios: con potencia de 25-50 CV.
  • Pesados: Potencias mayores de 50 CV, con capacidad para atender varias herramientas con 6 u 8 puntos de toma.

Cuando el moto-compresor alimenta varias máquinas, la presión de trabajo deberá ser la del que requiera mayor presión. El resto de equipos debe protegerse con un mano-reductor. La instalación debe estar sobredimensionada, de forma que la presión de trabajo esté un mínimo de 1.5 a 2 bares por debajo de la presión máxima. Si el caudal de aire es escaso, tanto la presión como el rendimiento disminuyen, de forma que un 20% de merma en el caudal significa una pérdida de rendimiento en los equipos del 35%. Ello implica que el caudal de aire deba ser superior al consumo de todas las herramientas más una reserva de aproximadamente un 20%. Tampoco es aconsejable dimensionarlo en exceso, pues la presión no utilizada equivale a desaprovechar la energía.

A continuación os dejo un vídeo de un compresor móvil M250 885 CFM. Espero que os guste.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

 

28 junio, 2017
 
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