Definiciones Básicas
Sistema: Un sistema es un conjunto de elementos interdependientes orientados hacia la realización de un objetivo determinado.
Proceso: Un proceso es un conjunto de actividades mutuamente relacionadas que transforman entradas en resultados.
Propiedades de los Fluidos
Ley de Newton de la Viscosidad
En un fluido, el esfuerzo de corte es directamente proporcional a la viscosidad.
Viscosidad Dinámica vs. Cinemática
La viscosidad dinámica es la resistencia de un fluido a los esfuerzos de corte; en cambio, la viscosidad cinemática es la resistencia de un fluido al desplazamiento sin esfuerzo de corte.
Presión Manométrica y Atmosférica
La presión manométrica es la diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica. La presión atmosférica es la fuerza por unidad de área que ejerce el aire sobre la superficie terrestre.
Densidad y Densidad Relativa
Densidad es la cantidad de masa en un determinado volumen. Densidad relativa es una comparación de la densidad de una sustancia con la de otra (que se toma como referencia).
Tensión Superficial
Es el trabajo que se requiere para formar superficie.
Capilaridad
Confiera la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar, y depende de la tensión superficial.
Energía Libre de Gibbs
Es la fracción de variación total de energía que es capaz de efectuar trabajo cuando se tiende al equilibrio.
Número de Reynolds
Es un número adimensional que caracteriza el movimiento de un fluido.
Flujo Laminar y Turbulento
Un fluido tiene régimen laminar cuando su número de Reynolds es menor a 2000, y sigue un régimen turbulento cuando supera los 4000. Cuando está entre ambos, es flujo transitorio.
Pérdidas y Altura en Sistemas de Fluidos
Pérdida de Carga
Es la pérdida de presión de un fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y por accesorios. Existen pérdidas primarias (por largo de tubería) y secundarias (por transiciones y accesorios).
Altura Manométrica (Hm)
La altura de elevación total de la bomba es el incremento de energía adquirido por 1 kg de líquido entre la entrada y salida de la bomba. Por ejemplo, decir que una bomba da un caudal de 3 [m3/hr] con una altura manométrica de 12 mca, significa que esta bomba logra elevar a 3 [m3/hr] hasta una altura máxima de 12 metros.
Bombas: Funcionamiento y Fenómenos Asociados
Bombas en Paralelo y Serie
Cuando las bombas están en paralelo, se genera más caudal, y la altura es la misma; situación contraria a cuando están en serie (más altura y mismo caudal).
NPSH (Altura Neta de Aspiración)
Es la caída interna de presión que sufre un fluido cuando ingresa al interior de una bomba centrífuga. Si la presión de entrada es demasiado pequeña, la NPSH hará que la presión del interior de la bomba disminuya por debajo de la presión de evaporación del líquido, produciendo cavitación.
Golpe de Ariete y Cavitación
El golpe de ariete se produce ante el corte brusco del paso del fluido en el extremo de una tubería. Las partículas del fluido que se han detenido son empujadas por las que vienen detrás y continúan en movimiento, lo que origina una sobrepresión que se desplaza por la tubería a alta velocidad (comprimiendo ligeramente el fluido y dilatando ligeramente la tubería). Estos efectos provocan otra onda de presión en el sentido contrario; al estar la válvula cerrada se produce una depresión, pudiendo pasar el fluido a estado gaseoso formando una burbuja mientras la tubería se contrae. Si la onda se disipa en el otro extremo de la tubería, se reflejará siendo mitigada progresivamente por la propia resistencia a la compresión del fluido y la dilatación de la tubería.
La cavitación se produce cuando el fluido se satura a presión de vacío, cambiando a estado gaseoso y generando burbujas. Estas viajan a zonas de mayor presión e implosionan desprendiendo material de la superficie interior de la bomba.
Bombas de Desplazamiento Positivo vs. No Positivo
Una bomba de desplazamiento positivo transforma energía mecánica en energía hidráulica, mientras una bomba de desplazamiento no positivo cede energía cinética al fluido mediante fuerza centrífuga, sin generar trabajo, su caudal varía en función de la contrapresión que encuentra el fluido a su salida.
Potencia y Punto de Funcionamiento
Relación entre Potencia de Accionamiento y Útil
La potencia de accionamiento corresponde a la potencia de entrada a la bomba, es la potencia que permite su funcionamiento. La potencia útil es la potencia de salida de la bomba, esta siempre será menor que la potencia de accionamiento.
Obtención del Punto de Funcionamiento
El punto de funcionamiento de una bomba corresponde a la intersección entre la curva de funcionamiento de la bomba con todos sus accesorios y el caudal. Se obtiene determinando la altura del sistema en función del caudal mediante la ecuación de Bernoulli, y el caudal requerido.