Semejanza En Maquinas Hidraulicas

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL COMAHUE
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE MECÁNICA APLICADA
LABORATORIO DE MAQUINAS HIDRÁULICAS (LA.M.HI.)

SIMILITUD HIDRÁULICA Y
SEMEJANZA

Ing. Ariel R. Marchegiani
Septiembre de 2006
(V. 1.2)

MAQUINAS HIDRÁULICAS
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SIMILITUD EN TURBOMÁQUINAS HIDRÁULICAS
Condiciones Generales de Similitud
Las consideraciones generales de similitud hidráulicaaplicadas a las turbomáquinas, intentan
describir el funcionamiento de una máquina dada, por comparación con el funcionamiento –
experimentalmente conocido – de otra máquina modelo, o bien de la misma máquina bajo
condiciones de operación algo modificadas tales como un cambio de velocidad de rotación o en el
salto.
Para que la predicción del comportamiento de una máquina de tamaño natural(prototipo) a partir
de los ensayos realizados con un modelo sea válida, exige en general 3 condiciones:
Semejanza Geométrica
Semejanza Cinemática
Semejanza Dinámica
La Semejanza geométrica en una turbomáquina hidráulica (TMH) exige que toda la parte de la
maquina ocupada por el flujo se realice a escala en el modelo: Cámara espiral, pre-distribuidor,
distribuidor, rotor etc., es decir, no soloentre los, pasajes fluidos sino también entre los
escurrimientos respectivos dentro de dichos pasajes.
La Semejanza cinemática en una TMH se reduce a que en todos los puntos, y en particular en la
entrada y salida del rodete los triángulos de velocidad sean semejantes. Las velocidades fluidas
deberán tener la misma dirección en puntos homólogos, lo que significa que no solo las
velocidadestotales deberán totales deberán cambiar proporcionalmente sino también sus
componentes (Fig. 1).

Figura 1

Semejanza Dinámica: El problema de la similitud de condiciones de escurrimiento puede
describirse por una pregunta: ¿Bajo que condiciones se producen escurrimientos similares de gas
o líquido alrededor o dentro de cuerpos geométricamente similares?. La respuesta es que, no solo
lassuperficies sino también las fuerzas que actúan sobre un fluido deben estar similarmente
dispuestas, pues de otro modo el fluido seria forzado a seguir las trayectorias no similares, pese a
la similitud de los pasajes fluidos.

Ing. Ariel R. Marchegiani

SIMILITUD HIDRÁULICA Y SEMEJANZA
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Distribuciones de velocidades similares serán acompañadas por distribuciones similares de
fuerzas,solo sí las fuerzas tienen la misma relación respecto a las velocidades fluidas en todos los
puntos homólogos de los sistemas comparados. Este es el caso si solamente se consideran las
fuerzas de inercia y de masa como únicas fuerzas intervinientes. Se sigue de aquí que, bajo estas
condiciones, los contornos geométricamente semejantes, producirán escurrimientos
geométricamente semejantes [1].Cuando los contornos no presentan movimientos relativos entre sí, el caso anterior no ofrece
dificultades. Por esta razón, las consideraciones de similitud en fluidomecánica general se refieren
a la existencia de diferentes tipos de fuerzas que conducen a diferentes condiciones de similitud,
por ejemplo, fuerzas de inercia, de viscosidad, de elasticidad, etc.
En turbomáquinas, en cambio,existen siempre movimientos relativos entre los contornos, esto es,
entre el rotor y las partes estacionarias. Esto afecta la geometría del sistema e introduce por ello un
factor que hace preferible partir de las más simples premisas posibles, una de ellas será la de que
solo actúan fuerzas de inercia. Además, se considerará al fluido como incompresible y, en general,
incapaz de cambios de estadodurante su pasaje a través de la máquina. Estas son las condiciones
fundamentales de similitud y a ellas podrán agregarse ulteriormente los efectos de la intervención
de la viscosidad, de la compresibilidad y de la cavitación.
En las TMH de reacción donde no intervienen superficies libres en contacto con la atmósfera y por
lo tanto la fuerza de la viscosidad es preponderante, se verificara la...