Máquinas Hidráulicas y Bombas: Principios, Clasificación y Conceptos Clave

Máquinas Hidráulicas: Transformadores de Energía

Una máquina hidráulica es un transformador de energía: absorbe energía de una clase y la restituye en otra. Por ejemplo, un motor eléctrico absorbe energía eléctrica y la restituye como energía mecánica.

Tipos de Máquinas de Fluidos

Las máquinas de fluidos se dividen principalmente en:

• Máquinas Hidráulicas: Aquellas en las que el fluido que intercambia su energía no varía sensiblemente su densidad durante su paso por la máquina.
• Máquinas Térmicas: Aquellas en las que el fluido, al pasar por la máquina, varía sensiblemente su densidad y flujo específico.

Clasificación de Máquinas Hidráulicas

Las máquinas hidráulicas se clasifican en dos grandes grupos:

• Turbomáquinas (o Máquinas de Corriente):
  • Los cambios en la dirección y el valor absoluto de la velocidad del fluido juegan un papel esencial.
  • El órgano principal (rodete) siempre se mueve con movimiento rotativo.
• Máquinas de Desplazamiento Positivo (o Volumétricas):
  • El intercambio de energía (del rodete al fluido o viceversa) ocurre principalmente en forma de presión, creada por la variación de volumen en cámaras confinadas.
  • Los cambios en la dirección y velocidad absoluta del fluido no son el factor primordial.
  • Pertenecen a este grupo las máquinas alternativas (de émbolo) y algunas rotativas (rotoestáticas).
  • El órgano móvil (rodete, émbolo) puede tener movimiento rotativo o alternativo.

Subclasificación por Función Energética

Tanto las turbomáquinas como las de desplazamiento positivo pueden ser:

• Motoras: Absorben energía del fluido (hidráulica) y la restituyen como energía mecánica en un eje. Ejemplo: turbinas hidráulicas.
• Generadoras: Absorben energía mecánica de un eje y la restituyen al fluido, incrementando su energía (generalmente presión o velocidad). Ejemplo: bombas hidráulicas.

Bombas Hidráulicas

Una bomba es una máquina hidráulica generadora que absorbe energía mecánica y la restituye al líquido que la atraviesa en forma de energía hidráulica.

Clasificación Principal de Bombas

• Bombas Rotodinámicas:
  • Siempre son rotativas.
  • Su funcionamiento se basa en los principios de la dinámica de fluidos aplicados a un rodete giratorio (descritos teóricamente por la ecuación de Euler para turbomáquinas).
  • El órgano transmisor de energía se llama rodete.
  • Se denominan rotodinámicas porque su movimiento es rotativo y la dinámica de la corriente (cambios de velocidad y dirección) juega un papel esencial en la transmisión de energía.
• Bombas de Desplazamiento Positivo:
  • A este grupo pertenecen tanto las bombas alternativas (de émbolo, pistón, diafragma) como algunas rotativas llamadas rotoestáticas (de engranajes, lóbulos, tornillo, paletas).
  • Su funcionamiento se basa en el principio del desplazamiento positivo: volúmenes discretos de fluido son confinados y desplazados desde la aspiración hasta la impulsión.

Clasificación Detallada de Bombas Rotodinámicas

Las bombas rotodinámicas se pueden clasificar según diversos criterios:

• Según la dirección del flujo a la salida del rodete:
  • Bomba de flujo radial
  • Bomba de flujo axial
  • Bomba de flujo radioaxial (o flujo mixto)
• Según la posición de su eje:
  • Bombas de eje horizontal
  • Bombas de eje vertical
  • Bombas de eje inclinado
• Según la presión generada:
  • Bombas de baja presión
  • Bombas de media presión
  • Bombas de alta presión
• Según el número de entradas al rodete (flujos):
  • De simple aspiración (un flujo)
  • De doble aspiración (doble flujo)
• Según el número de rodetes:
  • De un escalonamiento (monoetapa)
  • De varios escalonamientos (multietapa)

Conceptos Clave: Pérdidas y Potencias

Pérdidas en Máquinas Hidráulicas

Durante el proceso de transformación de energía, ocurren diversas pérdidas que disminuyen el rendimiento:

• Pérdidas Hidráulicas: Debidas a la fricción del fluido con las paredes, turbulencias, cambios de sección, etc.
• Pérdidas Volumétricas: Relacionadas con las fugas internas de fluido (reciculaciones) que no contribuyen al flujo útil impulsado (en bombas) o que escapan sin ceder toda su energía (en turbinas).
• Pérdidas Mecánicas: Originadas por rozamientos en cojinetes, sellos mecánicos, prensaestopas, y fricción de las caras externas del rodete con el fluido circundante (fricción de disco).

Potencias Relevantes

• Potencia Interna (Pi): Es la potencia que el rodete comunica efectivamente al fluido (en bombas) o que el fluido comunica al rodete (en turbinas), una vez descontadas las pérdidas hidráulicas internas del propio rodete.
• Potencia Absorbida (Pa) o Potencia al Eje: Es la potencia mecánica real que se debe suministrar al eje de la máquina (en el caso de una bomba) o la que entrega el eje (en una turbina). También se denomina potencia de accionamiento, potencia de freno o potencia en el eje. Es importante notar que, en un grupo motor-bomba, la potencia absorbida (Pa) por la bomba no es la potencia eléctrica absorbida de la red por el motor, sino la potencia mecánica que el motor entrega al eje de la bomba (es decir, la potencia eléctrica absorbida por el motor multiplicada por el rendimiento del motor eléctrico).