Introducción a las Máquinas Hidráulicas: Bombas y Turbinas

Introducción a las máquinas hidráulicas

Bombas: Electricidad → Energía Mecánica → Bomba → Energía Potencial

Turbinas: Energía Potencial → Turbina → Energía Mecánica → Electricidad

Terminología básica

Bomba

• Desnivel geométrico (hg): Diferencia de energía entre el punto del que se toma el agua al punto al que se quiere bombear.
• Altura manométrica (hm): Energía que se debe dar al agua para elevarla desde un punto bajo a un punto alto venciendo el desnivel geométrico y las pérdidas de carga en la conducción.

Turbina

• Salto bruto (hb): Diferencia de energía entre el punto del que se toma el agua al punto en el que se turbina.
• Salto neto (hN): Energía máxima que es capaz de tomar la turbina tras quitarle al salto bruto las pérdidas en la instalación intermedia.

Figura 2.1: Esquema básico de una central de bombeo y una central hidroeléctrica.

Figura 2.2: Esquema de los flujos de energía en un bombeo.

Pérdidas en bombas y turbinas

Hidráulicas

Se generan debido a la carga que se pierde en los cambios de dirección. Ej: Fricción, codos, localizadas…

Mecánicas

Debidas a la fricción de los rodamientos. Ej: Rozamiento de las piezas.

Volumétricas

Al ser una pieza que gira en la carcasa hay holguras, y por eso se producen fugas.

Pérdidas asociadas a los motores eléctricos

Mecánicas

Idénticas a las de las bombas. (Ej: Rozamiento de piezas móviles)

Eléctricas

Parte de la corriente se transforma en calor, también las propias conducciones eléctricas tienen pérdidas de manera similar a las hidráulicas. Ej: Corrientes parásitas, histéresis, pérdidas en el entrehierro...

Rendimientos en turbinas y bombas

Rendimientos de bombas (ηB)

Hay mucha variación en el orden de magnitud ya que hay mayor diversidad de uso. Las bombas grandes tienen mayores rendimientos con menor rango, al revés que las pequeñas:

• Bombas pequeñas: 0,65-0,8 (q < 20 l/s)
• Bombas medianas tipo 1: 0,75-0,85 (q < 50 l/s)
• Bombas medianas tipo 2: 0,8-0,85 (q < 100 l/s)
• Bombas grandes: 0,85-0,9 (q > 1 m3/s)

Rendimiento de turbinas (ηT)

Menor rango de variación, esto se debe a que sus usos son más específicos y suelen ser a medida:

• Minicentrales: 0,85-0,9
• Centrales grandes: 0,9-0,95

Pérdidas en el alternador y en el motor

(Suelen ser bajas por buenos rendimientos)

Rendimiento del motor (ηM)

• Motores pequeños: 0,85-0,9 (N < 10 kW)
• Motores medianos: 0,9-0,93 (N < 50 kW)
• Motores grandes: 0,93-0,95 (N > 50 kW)

Rendimiento del alternador (ηA)

• Minicentrales: 0,92-0,95
• Máquinas más grandes: 0,95-0,98