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MÁQUINAS TÉRMICAS E
HIDRÁULICAS
Docente: Luis Villagrán Peña
Ing. Civil Mecánico - U. de Concepción
Magistrando en Ingeniería en Procesos de Minerales - U. de
Antofagasta
Otoño 2008

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MÁQUINAS TÉRMICAS E
HIDRÁULICAS
CONCEPTOS FUNDAMENTALES
INTRODUCCIÓN A LAS MÁQUINAS DE
FLUIDO

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Objetivos Específicos
1. Identificar el concepto de máquina de fluido.
2. Clasificar y listar las principales máquinas de
fluido utilizadas en la industria.

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Contenidos
• Concepto de máquina de fluido.
• Turbomáquinas y máquinas de desplazamiento
positivo.
• Máquinas de fluido motoras y generadoras.

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Máquinas de Fluido
• Una máquina es un transformador de energía,
es decir, absorbe energía de una clase y
restituye energía de otra clase, o bien, de la
misma clase pero transformada.
• Por ejemplo, un motor eléctrico absorbe
energía eléctrica y restituye energía
mecánica; una grúa absorbe y restituye
energía mecánica.
• Máquinas de fluido son aquellas máquinas en
que el fluido, o bien proporciona la energía
que absorbe la máquina, o es el receptor de
energía.

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Clasificación de las Máquinas de
Fluido
• Las máquinas de fluido se clasifican en
máquinas térmicas y máquinas hidráulicas.
• Una máquina térmica es aquella en que el
fluido en su paso a través de la máquina varía
sensiblemente de densidad, la cual en el
diseño y estudio de la máquina no puede
considerarse constante.
• Máquina hidráulica es aquella en que el
fluido que pasa a través de la máquina no
varía sensiblemente de densidad por lo cual
en el diseño y estudio de la máquina se hace
la hipótesis de que la densidad es constante.

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Ejemplos de Máquinas de Fluido
• Máquinas térmicas: Motores reciprocantes de
combustión interna, turbinas de gas,
compresores, turbocompresores, turbinas de
vapor.
• Máquinas hidráulicas: Bombas, ventiladores,
turbinas hidráulicas.
• De acuerdo al principio de funcionamiento,
las máquinas de fluido además se pueden
clasificar en turbomáquinas y máquinas de
desplazamiento positivo.

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Turbomáquinas
• En las turbomáquinas los cambios en la
dirección y valor absoluto de la velocidad
juegan un papel esencial en su principio de
funcionamiento. Es decir, la dinámica del
flujo es esencial en la transmisión de la
energía.
• Ejemplos de turbomáquinas térmicas:
turbocompresores, turbinas de vapor, turbinas
de gas.
• Ejemplos de turbomáquinas hidráulicas:
bombas rotodinámicas, turbinas hidráulicas.

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Máquinas de Desplazamiento Positivo
• En las máquinas de desplazamiento positivo,
también llamadas máquinas volumétricas, el
órgano intercambiador de energía cede
energía al fluido o el fluido a él en forma de
energía de presión creada por la variación de
volumen. Los cambios de velocidad del
fluido no juegan papel esencial alguno.
• Ejemplos de máquinas de desplazamiento
positivo térmicas: Compresores de pistón,
motores reciprocantes de combustión interna.
• Ejemplos de máquinas de desplazamiento
positivo hidráulicas: Bombas rotoestáticas,
transmisiones hidráulicas.

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Máquinas de Fluido Motoras
• Las turbomáquinas y máquinas de
desplazamiento positivo se subdividen en
motoras y generadoras.
• Las máquinas motoras absorben energía del
fluido y restituyen energía mecánica.
• Ejemplos de máquinas térmicas motoras:
Motores de combustión interna, turbinas de
vapor, turbinas de gas.
• Ejemplos de máquinas hidráulicas motoras:
Turbinas hidráulicas, actuadores hidráulicos.

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Máquinas de Fluido Generadoras
• Las máquinas generadoras absorben energía
mecánica y restituyen energía al fluido.
• Ejemplos de máquinas térmicas generadoras:
Compresores, turbocompresores.
• Ejemplos de máquinas hidráulicas
generadoras: Bombas, ventiladores.

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Fuentes de Energía para Máquinas de
Fluido
• Combustión: Importante en las máquinas de
combustión interna y en la generación de
vapor en calderas.
• Vapor de agua: Importante en la producción
de energía mecánica mediante turbinas de
vapor.
• Energía hidráulica: Importante en la
producción de energía mecánica mediante
turbinas hidráulicas y en la generación de
caudal de líquidos mediante bombas.

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Leyes de Conversión de Energía
• Conversión entre formas de energía:
1. Primera Ley de la Termodinámica: La
energía no se crea ni se destruye, sólo se
transforma.
2. Segunda Ley de la Termodinámica: Es
imposible la conversión del 100%; parte
se degrada en forma de energía térmica
no recuperable.

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Algunos Equipos Transformadores
Química en mecánicaTurbina de gas
Química en mecánicaMotor Otto
Térmica en mecánicaTurbina de vapor
Química en mecánicaMotor Diesel
Hidráulica en mecánicaTurbina hidráulica
Química en térmicaCaldera de vapor
Mecánica en hidráulicaBomba
Mecánica en neumáticaCompresor
TransformaciónEquipo transformador

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Motores Reciprocantes de Combustión Interna
Motor OttoMotor Otto Motor DieselMotor Diesel

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Motores Reciprocantes de Combustión
Interna
• Máquinas Reciprocantes: Máquina que
opera basada en el movimiento rectilíneo
alternativo de un dispositivo cilindro-pistón.
• Motor Otto: Máquina reciprocante también
llamada motor a explosión por la forma en
que se produce la combustión. También se
conoce como motor encendido por chispa.
• Motor Diesel: Máquina reciprocante
conocida como motor encendido por
compresión por la forma en que se produce la
combustión.

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Turbinas a Gas
TurboJetTurboJet

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Turbinas a Gas
• Máquina constituida por un compresor
dinámico, una cámara de combustión y una
turbina en donde se expanden los gases de
combustión produciendo energía mecánica.
• Constituyen la base de los motores de
reacción utilizados en aviación.
• Algunos tipos son:
1. Turbo-jet.
2. Turbo-fan.
3. Turbo-prop.

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Calderas

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Calderas
• Dispositivo que genera vapor a alta presión y
temperatura.
• La caldera es alimentada con líquido
(generalmente agua) a presión mediante
bombas de alimentación.
• Transforma la energía química de un
combustible que puede ser sólido, líquido o
gaseoso, en energía térmica, produciendo el
cambio de fase de líquido a vapor, todo esto a
presión prácticamente constante.
• El vapor generado puede utilizarse para
generar potencia en turbinas a vapor o para
otros procesos industriales.

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Calderas
• Existen diversos tipos. Típicamente se
clasifican en:
1. Acuotubulares.
2. Ignitubulares (o pirotubulares)
• Existen otras clasificaciones, por ejemplo:
1. Calderas de gran volumen de agua.
2. Calderas de mediano volumen de agua
(ignitubulares).
3. Calderas de pequeño volumen de agua
(acuotubulares).

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Turbinas de Vapor

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Turbinas de Vapor
• Turbomáquina en la que se expande vapor
desde una alta presión y temperatura a una
presión baja. Resultado de esta expansión se
produce energía mecánica útil en la rotación
del eje de la turbina.
• Generalmente se clasifican en:
1. Turbinas de acción.
2. Turbinas de reacción.

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Turbinas Hidráulicas

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Turbinas Hidráulicas
• Turbomáquina que transforma la energía
hidráulica de un desnivel en energía
mecánica útil en la rotación del eje de la
turbina.
• Generalmente se clasifican en:
1. Turbinas Pelton.
2. Turbinas Francis.
3. Turbinas Kaplan.
• También se clasifican en turbinas de acción y
turbinas de reacción.

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Compresores

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Compresores
• Máquina térmica generadora que recibe
energía mecánica para generar el flujo de un
gas (generalmente aire).
• Se clasifican en compresores dinámicos (o
turbocompresores) y compresores de
desplazamiento positivo.
• Turbocompresores: Compresores axiales y
compresores centrífugos.
• Compresores de desplazamiento positivo:
Alternativos (compresores de pistón) y
rotativos (compresores de tornillo).

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Bombas

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Bombas
• Máquina hidráulica generadora que recibe
energía mecánica para generar el flujo de un
líquido.
• Se clasifican en bombas dinámicas y bombas
de desplazamiento positivo.
• Bombas dinámicas: Bombas axiales y
bombas centrífugas.
• Bombas de desplazamiento positivo:
Alternativas (bombas de émbolo) y
rotoestáticas (bombas de engranajes).

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Ventiladores

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Ventiladores
• Turbomáquina hidráulica generadora que
recibe energía mecánica para generar el flujo
de un gas. A diferencia de los
turbocompresores, los ventiladores producen
un aumento de presión muy bajo (inferior a
0.1 bar), por lo que se consideran máquinas
hidráulicas.
• El principio de funcionamiento de los
ventiladores es análogo al de bombas
rotodinámicas.
• Pueden clasificarse en ventiladores axiales y
centrífugos.

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Conclusiones
1. Las máquinas de fluido son transformadores de
energía en las que se utiliza un fluido para
llevar a cabo la transformación. El fluido
interactúa con los elementos de la máquina
para que ésta cumpla con su objetivo.
2. Las máquinas de fluido pueden clasificarse en
máquinas térmicas e hidráulicas según la
compresibilidad del fluido. Si éste puede
considerarse incompresible (generalmente los
líquidos cumplen con esta suposición), se llama
máquina hidráulica. Si la compresibilidad del
fluido es importante en el diseño de la
máquina, se habla de máquina térmica.

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3. Las máquinas térmicas e hidráulicas pueden
subclasificarse en turbomáquinas o máquinas
de desplazamiento positivo. En estas últimas el
principio de operación se resume en la
disminución del volumen ocupado por el fluido
y en las primeras el funcionamiento se basa en
aspectos dinámicos.
4. Las turbomáquinas y las máquinas de
desplazamiento positivo también pueden
subclasificarse en motoras (producción de
energía mecánica) y generadoras (producción
de caudal).
Conclusiones