Transporte de Fluidos

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Transporte de Fluidos en Relación a este Tema

En este contexto, a efectos históricos puede ser de interés lo siguiente: [1] Generalidades. Si bien los líquidos y gases (véase en esta plataforma: FLUIDOS) pueden transportarse en recipientes por cualquier medio convencional, se entiende por transporte de fluidos en ingeniería el movimiento continuo y forzado de líquidos o gases a través de conducciones fijas que forman un circuito de fluidos, el cual consta de elementos funcionales (bombas o compresores, válvulas, cambiadores de calor, filtros, cámaras de reacción, etc.), cuyo número y especie dependen de la función a que se destine el circuito, y que están conectados entre sí mediante conducciones a través de las que se establece el transporte delf. de alimentación del circuito de unos elementos a otros. Hay gran variedad de circuitos de fluidos en ingeniería, con concepciones, configuraciones y aplicaciones muy diversas. Se denominan abiertos o cerrados según que el fluido que alimenta sus elementos se renueve constantemente (sistema de trasvase) o sea el mismo fluido el que pase periódicamente por cada elemento.

Los circuitos abiertos se utilizan para el transporte def. (en el estricto sentido de transportar) entre la planta de alimentación (depósito, fuente, yacimiento, etc.) y la de utilización o consumo. Como ejemplos de circuito abierto pueden citarse el sistema de distribución de agua de una ciudad alimentado desde un embalse, el caso de un oleoducto o gasoducto, el surtidor de una gasolinera, etc.

En los circuitos cerrados, el fin último no suele ser el mero transporte def., sino que sirva como vehículo de transporte de alguna otra propiedad o magnitud física ligada al fluido; esta magnitud física consiste en alguna forma de energía que se desea transportar desde la parte del circuito denominada sistema emisor de la energía al sistema receptor.

Los fluidos son vehículos aptos para el transporte de energía térmica y mecánica, ya que estas formas de energía son susceptibles de almacenarse de modo simple en el seno de los fluidos. Para que un fluido acumule energía térmica basta calentarlo y aislarlo térmicamente del exterior; para que acumule energía mecánica (elástica) es suficiente mantener elevada la presión del mismo. Las posibilidades de acumulación de energía elástica son mayores en los gases que en los líquidos, por ser aquéllos más elásticos que éstos.

Como ejemplo típico de circuito de fluidos cerrado transportador de energía térmica considérese una instalación de calefacción central de tipo doméstico clásico, en la cual el agua almacena la energía térmica que toma en la caldera (sistema emisor de energía), y la transporta a través de la instalación, cediéndola al ambiente a través de los radiadores (sistema receptor).

Después de haber cedido calor, el agua vuelve más fría a la caldera por la conducción de retorno que cierra el circuito para iniciar un nuevo ciclo. Como ejemplo de circuito cerrado transportador de energía elástica puede citarse una instalación clásica de mando hidráulico como la de freno de un automóvil, en la que el movimiento del pedal del freno acciona un émbolo que desplaza el fluido en contacto con él, impulsándolo a lo largo del circuito hasta otro émbolo próximo a la rueda, cuyo desplazamiento obliga a la zapata contra la llanta. La energía mecánica proporcionada por el pie sobre el pedal se invierte así en aumentar la presión en el circuito y realizar un desplazamiento global del líquido contenido en la instalación, en el sentido del pedal a la zapata.

En los circuitos citados, independientemente de su clase y utilización, es necesario organizar y mantener el movimiento del fluido a lo largo del circuito, el cual lógicamente no se establecería de manera espontánea, por las razones que se dan a continuación:

• siempre que un fluido se mueve en el interior de una conducción, aparecen en el mismo fuerzas de fricción, que tienden a oponerse al movimiento. La magnitud de estas fuerzas depende de las características físicas del fluido (viscosidad, densidad), de la forma geométrica y dimensiones de la conducción, de la velocidad media del fluido respecto a las paredes de los conductos y de la configuración de la corriente en el interior de cada tramo de la conducción (corriente laminar o turbulenta);
• además de las de fricción, que se oponen al movimiento, puede haber otros tipos de fuerzas (de presión, gravitatorias, etc.), que actúan a favor o en contra del movimiento, de acuerdo con las características de cada circuito.

Máquinas transportadoras

En cualquier caso, para mantener el movimiento, a pesar de las fuerzas contrarias al mismo, el fluido debe gastar parte de su propia energía, la cual le ha de ser adicionada previamente por algún sistema intercalado en el circuito.Entre las Líneas En general, dicho sistema, denominado de impulsión o instalación de bombeo, está compuesto por una o varias máquinas a las que se llama transportadoras del fluido, las cuales entregan energía mecánica al fluido mediante algunas superficies móviles convenientemente dispuestas, de manera que, durante el funcionamiento, la acción del fluido sobre las mismas se concrete en una distribución de presiones de resultante no nula. El desplazamiento de dicha superficie implica entonces el desplazamiento de la resultante de las fuerzas de presión del fluido, el cual representa un trabajo mecánico. La transformación ulterior de este trabajo mecánico en otra forma de energía asociada a la masa del fluido (energía cinética, elástica, térmica de disposición, etc.) depende de las características de cada máquina transportadora en particular.

La máquina transportadora necesita para su funcionamiento un sistema motor o planta de potencia, que le proporcione la energía que pasa al fluido. La planta de potencia cede a la máquina energía mecánica (en forma de momento torsor aplicado a un eje rotatorio, o del simple desplazamiento de una fuerza); por el contrario, la fuente de energía de alimentación de la planta de potencia puede ser muy variada (motor eléctrico, motor de combustión, turbina hidráulica, molinete eólico, etc.). Vista así, la máquina transportadora puede definirse como un transmisor de energía que, tomando energía mecánica de su planta de potencia, la cede al fluido del circuito a que pertenece, para mantener el movimiento deseado del mismo.

Para aclarar los conceptos anteriormente expuestos, (hay dos ejemplos) que representan dos casos de circuitos típicos con sus correspondientes máquinas transportadoras. (Uno) muestra en forma simplificada la instalación de refrigeración por agua de un motor de automóvil.Entre las Líneas En este caso, la bomba, como máquina transportadora, proporciona energía al fluido, fundamentalmente para forzar su movimiento a través de las pequeñas secciones de paso del radiador, es decir, la energía de la bomba se disipa principalmente por fricción del agua a su paso por el radiador.

(En otro) se presenta el caso de una instalación de elevación de agua para usos domésticos; si la instalación está bien diseñada no habrá grandes estrangulaciones al paso de la corriente, por lo que las fuerzas de fricción serán pequeñas, y la energía de la bomba se gastará en su mayor parte en vencer las fuerzas de gravedad para elevar el agua a alturas mayores, es decir, se transformará en energía potencial.

Clasificación

Bajo la denominación general de máquina transportadora de fluidos, según se ha definido en el párrafo anterior, se abarcan en uno solo los conceptos de bombas hidráulicas y neumáticas, compresores (véase, si se desea, más sobre este último termino en la plataforma general) y máquinas soplantes (éstas pueden considerarse un caso particular de los compresores, en que el salto de presiones es muy pequeño). Los principios básicos de funcionamiento de las bombas y compresores son similares; la diferencia entre unas y otros radica en que las bombas son máquinas transportadoras de líquidos y los compresores lo son de gases.

Compresores (véase, si se desea, más sobre este último termino en la plataforma general).

Bombas

Si bien hay gran variedad de bombas, diferentes en cuanto a concepción, configuración mecánica, órganos componentes y funcionamiento, subsisten siempre elementos comunes. Así, cualquier bomba es una máquina concebida para impulsar un fluido en una dirección determinada y compuesta por elementos fijos, que forman el estator; este conjunto sirve de alojamiento a otro constituido por elementos móviles y denominado conjunto de impulsión.Entre las Líneas En el estator hay al menos dos aberturas, previstas para la conexión a las mismas de los conductos de entrada y salida del líquido. El conjunto de impulsión es un mecanismo de complejidad variable, según los tipos de bombas, pero que siempre comprende desde el acoplamiento al eje de arrastre de la planta de potencia hasta las paredes móviles que actúan sobre el líquido forzando su movimiento. Se llama conjunto rotatorio o rotor cuando su movimiento respecto al estator, durante el funcionamiento, es una rotación continua.

Atendiendo al funcionamiento, las bombas pueden clasificarse en dos grandes grupos: volumétricas y turbobombas o máquinas dinámicas. Las primeras funcionan tomando porciones discretas de líquido, encerrando estas porciones en reductos situados entre las paredes internas del estator y las activas del conjunto de impulsión, y haciendo que el movimiento relativo de estas paredes durante el funcionamiento de la bomba sea tal que el volumen del reducto decrezca de la entrada a la salida. El líquido encerrado en-dicho volumen se comprime, y su presión a la salida es mayor que a la entrada. El líquido, al ser comprimido, trata de escapar por los intersticios entre, las paredes fijas y las móviles del reducto, y la presión de la bomba depende de la supresión de tales intersticios. Las bombas dinámicas funcionan según un esquema distinto; las paredes internas del conjunto rotatorio se mueven a velocidades elevadas, arrastrando consigo al líquido, comunicándole así gran energía cinética y obligándole simultáneamente a moverse hacia el estator; en el estator de estas bombas hay elementos cuya configuración geométrica impone una disminución de la velocidad del fluido, haciéndole cambiar su energía cinética en presión estática y elevando en consecuencia la presión del mismo.

Bombas volumétricas

Se distinguen los siguientes subgrupos:

a) Alternativas de émbolos, que constan de un cilindro provisto de dos válvulas, en el que se desplaza un émbolo accionado por un mecanismo de biela y manivela. La válvula de entrada se mantiene abierta mientras que el émbolo realiza la carrera de admisión (véase qué es, su definición, o concepto jurídico), estando cerrada la válvula de salida. Cuando el movimiento del émbolo se invierte, empujando el líquido admitido en la carrera anterior, la válvula de admisión se cierra, y la de salida permanece abierta, permitiendo la expulsión del líquido hacia la salida. El sistema émbolo-cilindro consigue ajustes muy precisos entre las superficies de ambos, por lo que pueden obtenerse buena estanqueidad y presiones de salida muy altas. Mediante un diseño adecuado se pueden utilizar las dos carreras del émbolo para accionar fluidos; en este caso, la bomba se denomina de émbolo de doble efecto.
b) Rotatorias de paletas, en las que el cuerpo interior (rotor) es excéntrico respecto al estator y aloja radialmente paletas que contactan con las paredes internas del estator, cuando el rotor gira. La configuración es tal que el volumen encerrado en el reducto, formado por las paredes del rotor, estator y paletas, disminuye desde la entrada a la salida, consiguiéndose así la compresión del líquido. Las fugas de líquido de la salida a la entrada disminuyen haciendo que el juego entre rotor y estator en la zona de contacto de ambos sea muy pequeño.
c) De engranajes, en las que el líquido atrapado entre cada par de dientes consecutivos del rotor y la pared del estator es forzado a moverse hacia la salida. Para evitar la presencia de corriente de retroceso (de sentido inverso al que pretende la bomba), el ajuste entre dientes en la parte central y de los dientes con las paredes del estator debe ser continuo y muy preciso.
d) De lóbulos rotatorios, que funcionan de manera similar a las de engranajes, con la diferencia de que los cuerpos rotatorios son lóbulos, de forma conveniente y capaces de mantener la estanqueidad, en lugar de perfiles de engranajes.
e) De pistones axiales, provistas de un tambor giratorio con taladros axiales (como el de un revólver), cada uno de los cuales aloja un pistón, y el movimiento alternativo de éstos se consigue obligándoles a seguir el contorno de un plato, cuyo plano está inclinado con respecto al eje del tambor. Cada conjunto taladro-pistón se comporta entonces como una bomba elemental alternativa de émbolo de simple efecto.
f) De pistones radiales, similares a las anteriores, pero los taladros del tambor son radiales en lugar de axiales y el movimiento alternativo de los pistones está mandado por la pared interior del estator de la bomba.
g) De elementos deformables, en las que las variaciones necesarias del volumen del líquido atrapado se consiguen mediante la deformación de algunos elementos de la bomba; (existen, por ejemplo) las bombas típicas de membranas, deformables, de empujadores flexibles y de tubos flexibles (…)

Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones, perspectivas y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros lugares de esta plataforma, respecto a las características en 2026 o antes, y el futuro de esta cuestión):

Bombas dinámicas

Los tipos principales son: las centrífugas y las axiales.Entre las Líneas En las primeras, el fluido penetra axialmente en el cuerpo de la bomba por una entrada practicada en el estator, concéntrica con el eje de giro del rotor. Éste es un disco, provisto de aletas, que gira a gran velocidad, obligando al fluido a seguir a las paletas en su movimiento. El líquido se centrifuga y el estator tiene una forma conveniente de colector para aprovechar este efecto de centrifugación elevando el valor de la presión de la corriente de salida. Las bombas axiales consisten esencialmente en una hélice encerrada en el cuerpo de la bomba; se aprovecha la energía que la hélice comunica a la corriente para elevar la presión del líquido a la salida.

Recursos

Notas y Referencias

1. Basado parcialmente en el concepto y descripción sobre transporte de fluidos en la Enciclopedia Rialp (f. autorizada), Editorial Rialp, 1991, Madrid

Véase También

Transportes

Bibliografía

J. fluidos BLACIBURN, G. REELHOF y J. L. SHEARER, Mécanismes et servomécanismes á fluide sous pression, París 1966; D. YEAPLE, Hydraulic and Pneumatic Power and Control, Nueva York 1966; transporte C. HICKS, Pump Selection and Application, Nueva York; VARIOS, manual de oleohidráulica, Barcelona 1968;PANZFR Y BEITLER, Tratado práctico de oleohidráulica, Barcelona 1968; C. PFLEIDERER, Bombas centrífugas y turbocompresores, Barcelona 1960.

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