CAJA DISTRIBUIDORA DE CAUDALES Tiene como función distribuir dos o más caudales, por medio de vertederos (fórmula de Thomson), cuya capacidad está en función del número de derivaciones y de la magnitud de los caudales a derivar. Generalmente se construyen con tres cámaras: una estabilizadora, la siguiente está dividida por una pantalla con vertederos para distribuir distribuir el caudal y una tercera cámara que contiene los tubos de succión o conducción. La salida deberá estar como mínimo 10 centímetros sobre el fondo.
Aunque cada caso tiene su particularidad, es recomendable ubicarlo en las proximidades de los reservorios para evitar el tendido innecesario de tuberías en paralelo (VER FIGURA)
Las ventajas de este tipo de obras, es la equidad de los caudales, minimizan las tareas de limpieza del número reducido de accesorios y válvulas a lo largo del sistema, así mismo, se utiliza tubería de menor diámetro y finalmente como pérdida se puede decir que cuando los reservorios están llenos, se nota una pérdida considerable de agua.
CAJAS ROMPE-PRESION Cuando en un tramo de tubería se tiene un fuerte desnivel, puede ser necesario seccionarlo, con el fin de que cada fracción trabaje con una carga acorde con la presión de trabajo de la tubería que se emplee. Las cajas rompe-presión que se utilizan en una línea de conducción, no cuentan con válvulas con flotador. La localización de las cajas está regida por la presión de trabajo de la tubería que se vaya a instalar.
SECCION TÍPICA DE UNA CAJA ROMPE-PRESION En la instalación de una caja rompe-presión debe preverse de un flotador o regulador de nivel de aguas para el cierre automático una vez que se encuentre llena la cámara y para periodos de ausencia de flujo.
PASOS AEREOS Y DE ZANJONES Cuando es necesario salvar una depresión del terreno o atravesar un río es necesario emplear un paso aéreo, tal como se indica en la figura.
Sección de un paso aéreo típico en una depresión de terreno constante Por otro lado, si las depresiones o los pasos aéreos a salvar no son de considerable magnitud ni cambio de pendiente muy brusco se utiliza lo que comúnmente se llama “paso de zanjón”, el cual se puede ver esquematizado en la siguiente figura.
CAJAS UNIFICADORAS DE CAUDAL Es la caja que sirve para reunir dos o más caudales previamente captados. Su capacidad será de acuerdo al número de fuentes a reunir y al caudal de cada una de ellas.
Vista en planta de una caja unificadora de caudales
CAJA PARA VÁLVULAS Sirven para proteger cualquier válvula que sea necesario instalar en el sistema, tales como válvulas de compuerta, válvulas de paso, válvulas de aire, válvulas de limpieza, válvulas reguladoras de presión, etc. Actualmente en el mercado existen marcas y empresas que se dedican a la fabricación de este tipo de accesorios para red de distribución de agua, sin embargo, esto eleva el costo
generalmente, por lo que se pretende realizarlas in situ a base de ladrillo, block y mortero, con la finalidad de reducir costos en diseño general.
BOMBAS HIDRAULICAS Una bomba es una máquina hidráulica generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud. Las bombas se clasifican de acuerdo a su funcionamiento, entre ellas tenemos:
BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO O VOLUMETRICAS: En las que el principio de funcionamiento está basado en la hidrostática, de modo que el aumento de presión se realiza por el empuje de las paredes de las cámaras que varían su volumen. En este tipo de bombas, en cada ciclo el órgano propulsor genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, por lo que también se denominan bombas volumétricas. En caso de poder variar el volumen máximo de la cilindrada se habla de bombas de volumen variable. Si ese volumen no se puede variar, entonces se dice que la bomba es de volumen fijo. A su vez este tipo de bombas pueden subdividirse en •
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Bombas de émbolo alternativo, en las que existe uno o varios compartimentos fijos, pero de volumen variable, por la acción de un émbolo o de una membrana. En estas máquinas, el movimiento del fluido es discontinuo y los procesos de carga y descarga se realizan por válvulas que abren y cierran alternativamente. Algunos ejemplos de este tipo de bombas son la bomba alternativa de pistón, la bomba rotativa de pistones o la bomba pistones de accionamiento axial. Bombas volumétricas rotativas o roto estáticas, en las que una masa fluida es confinada en uno o varios compartimentos que se desplazan desde la zona de entrada (de baja presión) hasta la zona de salida (de alta presión) de la máquina. Algunos ejemplos de este tipo de máquinas son la bomba de paletas, la bomba de lóbulos, la bomba de engranajes, la bomba de tornillo o la bomba peristáltica.
BOMBAS ROTODINAMICAS: En las que el principio de funcionamiento está basado en el intercambio de cantidad de movimiento entre la máquina y el fluido, aplicando la hidrodinámica. En este tipo de bombas hay uno o varios rodetes con álabes que giran generando un campo de presiones en el fluido. En este tipo de máquinas el flujo del fluido es continuo. Estas turbo máquinas hidráulicas generadoras pueden subdividirse en: •
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Radiales o centrífugas, cuando el movimiento del fluido sigue una trayectoria perpendicular al eje del rodete impulsor. Axiales, cuando el fluido pasa por los canales de los álabes siguiendo una trayectoria contenida en un cilindro.
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Diagonales o helicocentrífugas cuando la trayectoria del fluido se realiza en otra dirección entre las anteriores, es decir, en un cono coaxial con el eje del rodete.
BOMBAS CENTRÍFUGAS: Es un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor rotatorio llamado rodete en energía cinética y potencial requeridas. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo conduce hacia las tabuladora de salida o hacia el siguiente rodete (siguiente etapa). No hay válvulas en las bombas de tipo centrífugo; el flujo es uniforme y libre de pulsaciones de baja frecuencia.
BOMBAS RECIPROCANTES: Llamadas también alternativas, en estas máquinas, el elemento que proporciona la energía al fluido lo hace en forma lineal y alternativa. La característica de funcionamiento es sencilla.
BOMBA ROTATORIA: Llamadas también roto estáticas, debido a que son máquinas de desplazamiento positivo, provistas de movimiento rotatorio, y son diferentes a la roto dinámica. Estas bombas tienen muchas aplicaciones según el elemento impulsor. El fluido sale de la bomba en forma constante, puede manejar líquidos que contengan aire o vapor. Su principal aplicación es la de manejar líquidos altamente viscosos, lo que ninguna otra bomba puede realizar y hasta puede carecer de válvula de admisión de carga.
BOMBA CENTRIFUGA TIPO VOLUTA: La carcaza en este tipo de bombas es de voluta o espirar y no tienen paletas difusoras. La voluta recibe el líquido que sale del impulsor y transforma la mayor parte de la energía cinética en energía de presión. El área de la sección transversal de la voluta aumenta progresivamente en el arco de 360º descrito en torno al impulsor. Debido a que la voluta no es simétrica existe un des balance de presiones a lo largo de la misma, lo cual origina una fuerza radial muy considerable en caso de que la bomba trabajara fuera del punto de rendimiento optimo la magnitud de este empuje radial puede compensarse con un aumento del diámetro del eje con un sobredimensionamiento de los cojinetes, lo que encarece la bomba.
BOMBA CENTRIFUGA TIPO DIFUSOR : Este tipo de bomba se caracteriza por poseer, fijas a la carcaza, paletas direccionadoras del flujo de agua que sale del impulsor, el que recorre el camino establecido por las paletas fijas, a lo largo de las cuales ocurre la transformación de energía cinética en energía de presión. Hay que hacer notar que las bombas con difusor presentan el serio inconveniente de proporcionar el choque entre las partículas de agua a la entrada de difusor, cuando la bomba trabaja en un punto deferente al de diseño. Si existe una alteración en el funcionamiento de la bomba, en relación a lo considerado en el diseño, cambia el ángulo de salida de los diferentes líquidos, pero no se altera el ángulo de los difusores, presentándose el choque entre partículas, con la consecuente perdida de eficiencia de la máquina.
BOMBAS ROTATIVAS DE LEVA Y PISTON: Las bombas hidráulicas rotativas de pistones radiales, pueden clasificarse en general según sus válvulas sean de asiento o rotativas. Como hemos visto anteriormente, las bombas multicilíndricas de pistones en línea tienen invariablemente sus válvulas de asiento. En las bombas radiales, los asientos pueden ser de válvulas de bola, de platillo o de asiento cónico. Si los cilindros giran, las válvulas son de tipo rotativo o "deslizante" y son hermetizadas por una película de aceite entre las superficies móviles y estacionarias.
BOMBA DE LEVA Y PISTÓN .
BOMBAS ROTATIVAS DE ENGRANAJE INTERNO: Estas tienen un rotor con dientes cortados internamente y que encajan en un engrane loco, cortado externamente. Puede usarse una partición en forma de luna creciente para evitar que el líquido pase de nuevo al lado de succión de la bomba.
BOMBAS ROTATIVAS LOBULARES: Éstas se asemejan a las bombas del tipo de engranes en su forma de acción, tienen dos o más rotores cortados con tres, cuatro, o más lóbulos en cada rotor. Los rotores se Sincronizan para obtener una rotación positiva por medio de engranes externos, Debido a que el líquido se descarga en un número más reducido de cantidades mayores que en el caso de la bomba de engranes, el flujo del tipo lobular no es tan constante como en la bomba del tipo de engranes. Existen también combinaciones de bombas de engrane y lóbulo.
BOMBAS ROTATIVAS DE TORNILLO: Éstas se asemejan a las bombas del tipo de engranes en su forma de acción, tienen dos o más rotores cortados con tres, cuatro, o más lóbulos en cada rotor. Los rotores se Sincronizan para obtener una rotación positiva por medio de engranes externos, Debido a que el líquido se descarga en un número más reducido de cantidades mayores que en el caso de la bomba de engranes, el flujo del tipo lobular no es tan constante como en la bomba del tipo de engranes. Existen también combinaciones de bombas de engrane y lóbulo.
BOMBAS ROTATIVAS DE PALETA: Estas bombas tienen de uno a tres tornillos roscados convenientemente que giran en una caja fija. Existe un gran número de diseños apropiados para varias aplicaciones. Las bombas de un solo tomillo tienen un rotor en forma espiral que gira excéntricamente en un estator de hélice interna o cubierta. El rotor es de metal y la hélice es generalmente de hule duro o blando, dependiendo del líquido que se maneje. Las bombas de dos y tres tornillos tienen uno o dos engranes locos, respectivamente, el flujo se establece entre las roscas de los tornillos, y a lo largo del eje de los mismos. Pueden usarse tornillos con roscas opuestas para eliminar el empuje axial en la bomba.
BOMBAS DE PALETA DESLIZANTE: Tienen una serie de aspas articuladas que se balancean conforme gira el rotor, atrapando al líquido y forzándolo en el tubo de descarga de la bomba. Las bombas de aspas deslizantes usan aspas que se presionan contra la carcasa por la fuerza centrifuga cuando gira el rotor. El liquido atrapado entre las dos aspas se conduce y fuerza hacia la descarga de la bomba.
BOMBAS RECIPROCANTES DE ACCIÓN DIRECTA: En este tipo, una varilla común de pistón conecta un pistón de vapor y uno de líquido o émbolo. Las bombas de acción directa se constituyen de simplex (un pistón de vapor y un pistón de líquido, respectivamente) y duplex (dos pistones de vapor y dos de líquido). Los extremos compuestos y de triple expansión, que fueron usados en alguna época no se fabrican ya como unidades normales.
BOMBAS RECIPROCANTES DE POTENCIA: Estas tienen un cigüeñal movido por una fuente externa generalmente un motor eléctrico, banda o cadena. Frecuentemente se usan engranes entre el motor y el cigüeñal para reducir la velocidad de salida del elemento motor. Cuando se mueve a velocidad constante, las bombas de potencia proporcionan un gasto casi constante para una amplia variación de columna, y tienen buena eficiencia. El extremo líquido, que puede ser del tipo de pistón o émbolo, desarrollará una presión elevada cuando se cierra la válvula de descarga. Por esta razón, es práctica común el proporcionar una válvula de alivio para descarga, con objeto de proteger la bomba y su tubería. Las bombas de acción directa, se detienen cuando la fuerza total en el pistón del agua iguala a la del pistón de vapor; las bombas de potencia desarrollan una presión muy elevada antes de detenerse. La presión de parado es varias veces la presión de descarga normal de las bombas de potencia. Las bombas de potencia se encuentran particularmente bien adaptadas para servicios de alta presión y tienen algunos usos en la alimentación de calderas, bombeo en líneas de tuberías, proceso de petróleos y aplicaciones similares.
BOMBAS RECIPROCANTES DE DIAFRAGMA: La bomba combinada de diafragma y pistón generalmente se usa sólo para capacidades pequeñas. Las bombas de diafragma se usan para gastos elevados de líquidos, ya sea claros o conteniendo sólidos. También son apropiados para pulpas gruesas, drenajes, lodos, soluciones ácidas y alcalinas, así como mezclas de agua con sólidos que puedan ocasionar erosión. Un diafragma de material flexible no metálico, puede soportar mejor la acción corrosiva o erosiva que las partes metálicas de algunas bombas reciprocantes.
BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO: Las bombas de desplazamiento positivo abarcan dos de los grupos principales, a saber: 1) las alternativas 2) las rotativas o roto estáticas
Aunque mientras que las bombas alternativas tienen características esencialmente de desplazamiento positivo, no todas las bombas rotativas son máquinas de desplazamiento verdaderamente positivo. También hay algunas máquinas no rotativas o dispositivos que dan flujos positivos cuya modalidad de funcionamiento se sale del campo abarcado por las dos clasificaciones principales. Las características principales de todas las bombas de desplazamiento positivo son: a) que la capacidad la determinan específicamente las dimensiones de la bomba y su velocidad de funcionamiento. b) que la capacidad o descarga logradas dependen muy poco de la altura desarrollada.
CAVITACIÓN: Es la formación de bolsas localizadas de vapor dentro del líquido, pero casi siempre en las proximidades de las superficies sólidas que limitan el líquido. En contraste con la ebullición, la cual puede ser causada por la introducción de calor o por una reducción de la presión estática ambiente del líquido, la CAVITACION es una vaporización local del líquido, inducido por una reducción hidrodinámica de la presión. La condición física fundamental para la aparición de la cavitación es, evidentemente, que la presión en el punto de formación de estas bolsas caiga hasta la tensión de vapor del fluido en cuestión. Puesto que las diferencias de presión en máquinas que trabajan con líquido son normalmente del mismo orden que las presiones absolutas, es claro que esta condición puede ocurrir fácilmente y con agua fría, donde la presión de vapor es de alrededor de 20 cm sobre el cero absoluto. Las regiones de depresión local solo pueden existir como consecuencia de la acción dinámica del movimiento, y una forma de esta acción proviene de la inevitable conversión de la presión en energía cinética. Las consecuencias ó, mejor dicho, los fenómenos acompañantes de la cavitación, tal como pérdida de sólidos en las superficies límites (llamado erosión por cavitación o PITTING), ruidos generados sobre un ancho espectro de frecuencias (frecuencia de golpeteo: 25.000 c/s), vibraciones, pérdidas y alteraciones de las propiedades hidrodinámicas pueden - con pocas excepciones - ser consideradas como perjudiciales y por lo tanto indeseables. Por lo tanto este fenómeno debe ser evitado o, como mínimo, puesto bajo control. Los efectos no perjudiciales de la cavitación incluyen su uso para limpieza, o en bombas de condensación donde la cavitación puede ser utilizada como regulador de flujo. La cavitación destruirá toda clase de sólidos: los metales duros, concreto, cuarzo, metales nobles, etc. Sin embargo la cavitación no constituye un fenómeno inevitable, sino un efecto que debe ser juzgado y evaluado desde el punto de vista económico.
Por lo dicho precedentemente hay dos tipos de cavitación, uno con flujo y otro estando el líquido estático: a) Cavitación por flujo b) Cavitación por ondas Ejemplos del tipo (a) los tenemos en tuberías donde la presión estática del líquido alcanza valores próximos al de la presión de vapor del mismo, tal como puede ocurrir en la garganta de un tubo venturi, a la entrada del rodete de una bomba centrífuga o a la salida del rodete de una turbina hidráulica de reacción. Los ejemplos del tipo (b) aparecen cuando estando el líquido en reposo, por él se propagan ondas, como las ultrasónicas [3] denominándose Cavitación Acústica, o típicas ondas por reflexión sobre paredes o superficies libres debido a ondas de compresión o expansión fruto de explosiones y otras perturbaciones como en el caso del golpe de ariete, denominadas Cavitación por shock