El desplazamiento de fluidos, líquidos o gases (en ocasiones incluso con sólidos en suspensión)
se desarrolla normalmente en sistemas de flujo, más o menos largos y complejos que implican
conducciones rectas, generalmente cilíndricas de diámetros variados, enlazadas por uniones
convenientes, curvaturas, codos, válvulas, etc. A través de estos sistemas el fluido sólo fluye
espontáneamente si su energía total disminuye en la dirección del flujo. De no ser así, habrá
que comunicarle energía desde el exterior mediante dispositivos tales como bombas, en el
caso de líquidos, o compresores, soplantes o ventiladores, en el caso de gases. Tal aporte de
energía puede invertirse en aumentar la velocidad, la altura o la presión del fluido.
La cuantía de la energía que deberá suministrarse a un fluido para conseguir su
desplazamiento por un sistema determinado dependerá de su caudal, de la altura a que deba
elevarse, de la presión con que se requiera al final de su recorrido, de las longitudes y
diámetros de los tramos rectos de conducción, de los accidentes (ensanchamientos,
estrechamientos, curvaturas válvulas, codos, etc.) intercalados entre ellos y de sus
propiedades físicas, fundamentalmente su viscosidad y su densidad.
La ecuación de Bernoulli:
P = mw(W)
Son muy variados los tipos de flujos y fluidos que pueden presentarse, aunque
fundamentalmente puede dividirse en flujo de líquidos (incompresibles) y flujo de gases
(compresibles, aunque si la variación de presión es baja pueden considerarse incompresibles).
A modo de ejemplo se citará entre los primeros: bombeo de productos petrolíferos como
crudos, gasolinas, naftas, gasóleos, etc. servicios de agua para calefacción o enfriamiento en
cambiadores de calor, servicios agua potable y alcantarillado en las grandes ciudades; bombeo
de ácidos, álcalis y toda clase de productos químicos desde sus depósitos almacén hasta las
unidades en que se requieran, etc. En cuando a los gases, podemos citar el flujo de gas natural
a grandes distancias; servicios de gas propano, de aire comprimido, etc. A su vez, los fluidos
pueden ser gases o líquidos poco viscosos, líquidos de elevada viscosidad, newtonianos o no,
con o sin sólidos en suspensión, corrosivos o inertes, etc.
En el presente tema, se abordará la descripción y funcionamiento de los distintos equipos
utilizados para la impulsión de líquidos y gases de forma separada, no sólo por su distinto
comportamiento de compresibilidad, sino porque sus grandes diferencias de densidad y
viscosidad requieren que las respectivas máquinas impulsoras tengan características distintas.
A modo de ejemplo, baste decir que los equipos para gases deberán tener mayor precisión en el diseño para evitar fugas, que se producen con mucha mayor facilidad que en el caso de los
líquidos. También podría decirse que en el caso de los líquidos hay que tener presente en qué
lugar se coloca la bomba para evitar problemas de cavitación, circunstancia que no se produce
en los gases.
COMPRENSORES DE UN GAS
Los compresores son ampliamente utilizados en la actualidad en campos de la ingeniería y hacen posible nuestro modo de vida por razones como:
Son una parte importante de muchos sistemas de refrigeración y se encuentran en cada refrigerador casero.
Se encuentran en sistemas de generación de energía eléctrica, tal como lo es el Ciclo Brayton.
Se encuentran en el interior de muchos motores de avión, como lo son los turborreactores, y hacen posible su funcionamiento.
Se pueden comprimir gases para la red de alimentación de sistemas neumáticos.
La condensación se puede producir bien utilizando aire mediante el uso de un ventilador o con agua (esta última suele ser en circuito cerrado con torre de refrigeración, en un río o la mar). La condensación sirve para condensar el vapor, después de realizar un trabajo termodinámico; por ejemplo, una turbina de vapor o para condensar el vapor comprimido de un compresor de frío en un circuito frigorífico. Cabe la posibilidad de seguir enfriando ese fluido, obteniéndose líquido subenfriado en el caso del aire acondicionado.
Adopta diferentes formas según el fluido y el medio. En el caso de un sistema fluido/aire, está compuesto por uno tubo de diámetro constante que curva 180° cada cierta longitud y unas láminas, generalmente de aluminio, entre las que circula el aire. Un condensador es un cambiador de calor latente que convierte el vapor (en estado gaseoso) en vapor en estado líquido, también conocido como fase de transición. El propósito es condensar la salida (o extractor) de vapor de la turbina de vapor para así obtener máxima eficiencia e igualmente obtener el vapor condensado en forma de agua pura de regreso a la caldera. Condensando el vapor del extractor de la turbina de vapor, la presión del extractor es reducida arriba de la presión atmosférica hasta debajo de la presión atmosférica, incrementando la caída de presión del vapor entre la entrada y la salida de la turbina de vapor. Esta reducción de la presión en el extractor de la turbina de vapor, genera más calor por unidad de masa de vapor entregado a la turbina de vapor, por conversión de poder mecánico.
Como se vio en el Tema 1, en Ingeniería Química normalmente el balance de energía mecánica entre dos puntos se expresa mediante la ecuación de Bernoulli en unidades de energía por unidad de masa (J/kg). Sin embargo, en Ingeniería Civil la ecuación de Bernoulli suele expresarse en unidades de energía por unidad de peso, teniendo el mismo significado físico. De esta forma la ecuación de Bernoulli se obtiene dividiendo ambos términos por la aceleración de la gravedad g, teniendo unidades de J/N, que dimensionalmente es equivalente a longitud (m). De esta forma, los distintos sumandos de la ecuación de Bernoulli se les denominan cargas o alturas. Considerando que los líquidos son incompresibles, la ecuación resultante queda de la forma:
Es el valor de la energía que posee el fluido justo en el punto de salida de la bomba hidráulica, expresada en metros de líquido. Se define como la suma de la carga de presión, la carga cinética y la altura geométrica en la boca de impulsión de la bomba. En nuestro esquema:
- Cálculo de la presión:
P = F / A
Dónde:
P es la presión (pascal)
F es la fuerza (N)
A es el área (m²)
- Cálculo del caudal de agua:
Q = V * A
Dónde:
Q es el caudal (m³/s)
V es la velocidad (m/s)
A es el área de la tubería (m²)
- Potencia:
P = Q * H
Dónde:
P es la potencia (hp)
Q es el caudal (lts/min)
H es la altura (m)
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