Fundamentos de Ingeniería de Fluidos: Bombas, Ventiladores y Válvulas

Cálculos de Presión y Golpe de Ariete

ΔP_se = (ρ_int - ρ_ext) * g * H

ΔP_pérdidas = ΔP_se + P_v

Fenómeno de Golpe de Ariete

• Cierre rápido (T_c < 2L/a): Δh = (a * Δv) / g; P_máx = H_v + Δh; P_mín = H_v - Δh
• Cierre lento (T_c > 2L/a): Δh = (2L * Δv) / (g * T_c)

V, V, F, V, F, F, V.

4. Aparatos de Medida

• Sonda de Presión Estática: Se utiliza para medir la presión estática de un fluido en movimiento, independientemente de su velocidad. La toma se realiza sin interferir con la corriente del fluido.
• Tubo de Prandtl: Dispositivo empleado para medir la velocidad de un fluido. Combina una toma de presión total y una estática; mediante la diferencia entre ambas y la ecuación de Bernoulli, se determina la velocidad.

5. Regulación de Bombas mediante Recirculación (By-pass)

Se efectúa conectando el espacio de alojamiento con el colector de salida mediante un tubo de pequeña sección. Al ser mayor la presión en la salida, se crea una recirculación hacia el cierre mecánico, logrando una renovación constante del fluido.

Recomendable en:

• Líquidos que decantan produciendo acumulación de sólidos.
• Condiciones de trabajo cerca del punto de evaporación o congelación.
• Aumento del caudal y potencia.
• Bombas de vacío.

6. Concepto de Lavado o Flush

Consiste en inyectar un líquido limpio en el espacio de montaje del cierre mecánico a mayor presión que la existente en la cajera. Se emplea en los mismos casos que la regulación por by-pass.

1. Regulación de Bombas Volumétricas

• Variación de revoluciones: El caudal es proporcional a la velocidad; al aumentar las revoluciones, aumenta el caudal.
• Recirculación del caudal: Disposición de una tubería con válvula regulable que conecta la descarga con la aspiración.
• Válvula de regulación en la descarga (Estrangulamiento): Aumenta la curva del sistema. En bombas volumétricas, el cierre parcial no regula el caudal, solo aumenta la presión.
• Válvula de regulación en la succión: Mismo efecto que en la descarga. Disminuye el NPSH disponible, pudiendo comprometer la condición NPSH_d > NPSH_r.

2. Ventiladores Axiales (Relación de diámetros D_b/D)

• D_b/D < 0,35: Bajos incrementos de presión, usados como ventiladores murales. La mayor parte de la energía es cinética. Son los de menor rendimiento.
• D_b/D = 0,35 - 0,7: Los más empleados en ventilación y extracción de edificios. Se debe evitar la zona de inestabilidad a la izquierda del punto de máxima presión.
• D_b/D > 0,7: Producen altas presiones con caudales medios. Son más compactos que los centrífugos. Diseño aerodinámico de álabes.

Componentes y Válvulas en el Sector Naval

• a) Válvula termostática de tres vías: Regula la temperatura mezclando flujos. Vital en refrigeración de motores.
• b) Disco de ruptura: Diafragma calibrado para aliviar sobrepresiones en circuitos de alta presión.
• c) Válvula de cierre rápido: Interrupción inmediata del flujo en emergencias (ej. líneas de combustible).
• d) Válvula de pie: Mantiene la columna de líquido en la aspiración para evitar la pérdida de cebado.
• e) Diafragma: Membrana flexible que aísla mecanismos internos; ideal para aguas negras y grises.
• f) Campana de aspiración: Reduce la velocidad del fluido en la succión para evitar remolinos y cavitación.
• g) Válvula de purga con autocierre: Evacúa sedimentos en filtros sin pérdida de fluido principal.

Clasificación de Presiones

• Presión nominal (PN): Valor numérico normalizado para clasificar la capacidad resistente de componentes.
• Presión de diseño: Presión máxima calculada según normativa para dimensionar espesores.
• Máxima presión de trabajo permitida (PMTA/MAWP): Límite real de operación segura para un equipo construido.
• Presión de prueba: Presión aplicada para verificar estanqueidad y resistencia, superior a la de diseño.

3. Ventiladores Centrífugos (Curvatura de álabes)

• Álabes curvados hacia delante (β > 90º): Bajo nivel de ruido, mayor caudal a mayor presión, pero bajo rendimiento.
• Álabes de salida radial (β = 90º): Ideales para gases sucios a alta temperatura; facilitan la eliminación de sólidos por fuerza centrífuga.
• Álabes curvados hacia atrás (β < 90º): Mejor rendimiento (hasta 90% con perfiles aerodinámicos). Presión y gasto másico inferiores para una misma velocidad.