Fluidos, bombas e instalaciones hidráulicas

de las Heras Jiménez, Salvador

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Esta obra describe los principios fundamentales que rigen el funcionamiento de las bombas y las instalaciones hidráulicas más usuales, sus características operativas y los criterios de diseño y selección. El contenido del libro se estructura en tres grupos básicos. Los dos primeros temas tratan de la mecánica de los fluidos y sus propiedades: los principios y las leyes de conservación, el análisis dimensional y las condiciones especiales del flujo. Los temas tercero y cuarto se ocupan de las bombas hidráulicas: el tercer tema se centra en su descripción funcional, mientras que el cuarto se dedica a la teoría general que fundamenta el diseño de las turbomáquinas. Los dos temas siguientes se refieren al dimensionado y al cálculo de los sistemas hidráulicos y oleohidráulicos, e incluyen una descripción de sus componentes, sus medios de regulación y los problemas de explotación más comunes. Finalmente, los temas séptimo y octavo proporcionan algunas recomendaciones sobre el mantenimiento y la gestión de las instalaciones tratadas en la obra.

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Índice

Prólogo 1. Conceptos de mecánica de fluidos 1.1. El campo fluido 1.1.1. Definiciones y magnitudes cinemáticas 1.1.2. Sistemas coordenados ortogonales 1.1.3. Relaciones de Frenet y coordenadas naturales 1.1.4. La derivada sustancial 1.1.5. Teoremas fluidos 1.1.6. Integrales extendidas a volúmenes fluidos 1.2. Fenómenos, procesos y propiedades 1.2.1. Fenómenos de transporte, difusividades y simultaneidad 1.2.2. Viscosidad y reología 1.2.3. Densidad y estado 1.2.4. Procesos termodinámicos y trabajos 1.2.5. Coeficientes de compresibilidad 1.2.6. Fenómenos de entrefase y capilares 1.2.7. Presión de vapor 1.3. Fuerzas, tensiones y deformaciones 1.3.1. Fuerzas másicas y volumétricas 1.3.2. Fuerzas y tensiones superficiales 1.3.3. Descripción del movimiento en el continuo 1.3.4. Relación entre tensiones y deformaciones 1.3.5. Ecuaciones de Cauchy y Navier-Stokes 2. Ecuaciones fundamentales y análisis dimensional 2.1. Principios de conservación 2.1.1. Conservación de la masa 2.1.2. Conservación de la cantidad de movimiento 2.1.3. Conservación de la energía 2.1.4. Ecuaciones en forma diferencial 2.2. Análisis dimensional y de magnitud 2.2.1. Homogeneidad dimensional y semejanza física 2.2.2. Semejanza física en mecánica de fluidos 2.2.3. Grupos adimensionales característicos 2.2.4. Análisis por órdenes de magnitud 2.2.5. Leyes de semejanza y teoría de modelos 2.3. Ecuaciones de Euler y Bernoulli 2.3.1. Ecuaciones de Euler en coordenadas intrínsecas 2.3.2. Energía mecánica y potencia de un flujo 2.3.3. Ecuación de Bernoulli generalizada 2.3.4. Difusión de energía cinética 2.4. Aplicaciones de las ecuaciones de Euler y Bernoulli 2.4.1. Tubos piezométricos, de Pitot y sonda de Prandtl 2.4.2. Medida diferencial del caudal 2.4.3. Ecuación de Torricelli 2.4.4. Establecimiento de una corriente 2.5. Condiciones especiales de flujo 2.5.1. Unidireccionalidad 2.5.2. Incompresibilidad 2.5.3. Irrotacionalidad 3. Bombas hidráulicas 3.1. Descripción general y campos de aplicación 3.2. Balance energético en una bomba 3.2.1. Ecuación de la energía mecánica 3.2.2. Altura manométrica y formas de energía específica 3.2.3. Pérdidas y rendimientos característicos 3.3. Bombas rotodinámicas 3.3.1. Flujo y velocidades 3.3.2. Energías dinámica y estática 3.3.3. Variables de funcionamiento y adimensionales 3.3.4. Leyes de semejanza 3.3.5. Condiciones generales de diseño y selección 3.3.6. Curvas características 3.3.7. Grupos de bombeo 3.4. Diseño e instalación de una bomba centrífuga 3.4.1. Límites funcionales y de rendimiento 3.4.2. Dimensiones básicas del rodete 3.4.3. Conductos fijos y difusores 3.4.4. Sistemas de estanqueidad 3.4.5. Instalación y puesta en marcha 3.5. Bombas de desplazamiento positivo 3.5.1. Tipos de bombas volumétricas 3.5.2. Capacidad volumétrica y caudal instantáneo 3.5.3. Curva característica y rendimientos 3.5.4. Selección de una bomba oleohidráulica 3.6. Cavitación en bombas 3.6.1. Cavitación en bombas rotodinámicas 3.6.2. Cavitación en bombas volumétricas 3.7. Generalidades sobre ventiladores 3.7.1. Tipos de ventiladores 3.7.2. Curvas características 3.7.3. Acoplamiento a una instalación 3.7.4. Efectos de la compresibilidad 3.7.5. Ruido generado por un ventilador 4. Teoría general de turbomáquinas hidráulicas 4.1. Transferencia de energía en una bomba 4.1.1. Triángulos de velocidades en un rotor 4.1.2. Conservación del momento cinético en el rotor 4.1.3. Generación de empuje en una cascada lineal de álabes 4.1.4. Ecuaciones de Euler para turbomáquinas 4.1.5. Discusión de las ecuaciones de Euler 4.2. Características teóricas y grado de reacción 4.2.1. Rodete radial simple 4.2.2. Cascada axial básica 4.2.3. Corrección clásica de la teoría unidireccional 4.2.4. Grado de reacción teórico de una turbomáquina 4.3. Ampliación de la teoría fundamental 4.3.1. Ecuaciones generales del movimiento en coordenadas fijas 4.3.2. Ecuaciones generales del movimiento en coordenadas móviles 4.3.3. Relaciones energéticas fundamentales 4.3.4. Equilibrio radial en un rotor axial 4.4. Introducción al flujo real en un rotor 4.4.1. Asimetría axial del flujo relativo 4.4.2. Superficies generalizadas de corriente 4.4.3. Flujos secundarios en un rotor axial 4.4.4. Flujos secundarios en un rotor radial 4.4.5. Condiciones de vorticidad a la entrada 4.4.6. Flujo no estacionario e inestabilidad 5. Instalaciones hidráulicas 5.1. Sistemas y ecuaciones características 5.1.1. Ecuación del sistema y punto de funcionamiento 5.1.2. Cálculo de pérdidas 5.1.3. Sistemas simples unidireccionales 5.1.4. Sistemas de abastecimiento y redes 5.1.5. Velocidades límite y diámetro económico 5.2. Válvulas de regulación y otras 5.2.1. Establecimiento de la pérdida de presión 5.2.2. Características inherente e instalada 5.2.3. Selección de una válvula de control 5.2.4. Bloqueo y cavitación de una válvula 5.2.5. Ruido generado por una válvula 5.2.6. Otras válvulas 5.3. Regulación de sistemas 5.4. Golpe de ariete 5.4.1. Descripción del fenómeno 5.4.2. Método analítico y gráfico simplificado 5.4.3. Discusión y comentarios adicionales 5.4.4. Velocidad del sonido y tiempo de parada de una impulsión 5.4.5. Métodos de supresión y minoración 5.5. Oscilaciones de masa 5.5.1. Chimeneas de equilibrio 5.5.2. Efecto bombeo e inestabilidad 5.5.3. Inestabilidad en paralelo 5.6. Introducción a la ventilación 6. Instalaciones oleohidráulicas 6.1. Sistemas de transmisión de energía 6.2. Fluidos hidráulicos y selección 6.2.1. Tipos de fluidos hidráulicos 6.2.2. Criterios de selección 6.3. Actuadores hidráulicos 6.3.1. Actuadores lineales 6.3.2. Motores oleohidráulicos 6.4. Válvulas de control y regulación 6.4.1. Válvulas de presión 6.4.2. Válvulas de caudal 6.4.3. Válvulas de control direccional 6.4.4. Técnica proporcional frente a convencional 6.5. Dispositivos auxiliares 6.5.1. Depósitos 6.5.2. Sistemas de filtración 6.5.3. Intercambiadores 6.5.4. Acumuladores 6.6. Transmisiones hidrostáticas 6.6.1. Acoplamiento ideal de bomba y motor 6.6.2. Desviaciones del funcionamiento ideal 6.6.3. Relaciones de potencia y rendimiento total 6.7. Circuitos para la regulación de la velocidad 6.7.1. Regulación por estrangulación 6.7.2. Divisores de caudal 6.8. Circuitos regenerativos 6.9. Guía de diseño, instalación y puesta en marcha 6.9.1. Planteamiento y croquis inicial 6.9.2. Selección de los conductos 6.9.3. Recomendaciones finales Anexo. Mantenimiento y detección de averías A.1. Visión global de las clases de mantenimiento A.2. Bombas centrífugas A.3. Instalaciones oleohidráulicas Bibliografía

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