Apuntes Maquinas Hidraulicas

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UNIVERSIDAD

NACIONAL

DE EDUCACIÓN A DISTANCIA

IMPRTh1E : REPROGRAFIA U.N.E.D

Curso 2005 - 2006

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Importante:
Estos apuntes están exc1usivalTIente destinados pal"a su utilización por los alumnos de las asignaturas Mecánica de fluidos y máquhlashidráulicas y Máquinas hidráulicas de la E.T.S. de Ingenieros Industriales de la UNED. Fueron elaborados durant.e el curso 1990-1991 en la Universidad de Murcia, ETS de Ingenieros Industriales (hoy Universidad Politécnica de Cartagena). En la presente versión, que no ha sufrido ninguna modificación desde 1991, no se hall incluido las figuras que en su momento aparecerán en una versión final en la quese completarán los capítulos restaJ.ltes. En algunos casos se hace referencia a figuras de los textos-que se recomlendaJ.l E'.nla guía; del curso para seguir la. é1Signatm-a. J UllOHernández Rodríguez Catedrático de Mecánica de Fluidos Universidad- Nacional de-Educación a Distanci-a

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Indice General
Prefacio Nomenclatura 111 vii

1 1 Introducción 1 1.1 Clasificación de lasmáquinas de fluidos. . . . . . . . . . . . 1.1.1 Máquinas generadoras, motoras, reversibles y trans1 misoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.1.2 Máquinas hidráulicas y máquinas de flujo compresible 1.1.3 Máquinas roto dinámicas y máquinas de desplazamien3 to positivo. . . . - . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Descripción-general de las--turbomáquinas hidráulicas.. . . . 4 4{ 1.2.1 Elementos característicos de una turbomáquina-. . . . -¡ 1.2.2 Características y disposiciones constructivas generales t de diferentes tipo.s de turbomáquinas hidráulicas -. . 81 1..2.3 Turbinas Pelton, Francis, hélice, Kaplan y-tubulares . 11 1.2.4 Bombas centrÍÍu-gas, n.elicocentrífllgas y-axiales . . .. 25 Turbomáquinas utilizadas en centrales de acumula1.2.5 ción por bombeo.. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 26 1.3 Introducción al estudio de problemas fluido mecánicos en máquinas . hidráulicas. . . . . . . . . . . . ; . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2 Balance de energía en máquinas hidráulicas 2.1 Introducción 2.2 Ecuación de conservación de la energía total fluidos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Concepto de energía potencial. . . . 2.2.2Balance de energía total en máquinas 35 35 en máquinas . . . . . . . . . . . . . . de fluidos. de . .. . .. . .. 35 36 38

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.tsii.un.d ÍNDICE GENERAL

2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8

Ecuación de conservación de la energía interna en máquinas hidráulicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ecuación de conservación de la energía mecánica en máquinas hidráulicas. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Balance de energía mecánica en bombas hidráulicas. . . . . Balance de energía mecánica enturbi.na.s hidráuli.ca.s . '.' . Calentamiento por fricción en bombas y turbinas hidráulicas Pérdidas de energía en la instalación. . . . . . . . . . . . . general de turbomáquinas hidráulicas

. 40 . 41 . 43 . 47 50 . 51

3 Teoría

55 3.1Introducción........................ 55 3.2 Sistemas de referencia. ,.Triángulos de. velocidades. . . . . . . 56 3.3 Ecuación de continuidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.4 Ecuación de conservación del momento cinético. Teorema de Euler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.4.1 Ecuación de conservación del momento cinético . . . . 60 3.4.2 Relación entre par de giro yvariación de momento cinético. Teorema de Euler . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.4.3 Relación entre altura útil y variación de momento cinético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 3.5 Deducción alternativa de la ecuación de Euler . . . . . . . . . 66 3-.'6 Simplificación de la ecuación de Euler . . . . . . . . . . - . . 68 3.7 Grado d~ reacción de una turbomáquina . . . . . . . ....