PRACTICA N. 1BOMBAS CENTRIFUGAS

ANGELICA MARIA NOVOA RIZO – 1121296

JOHN JAIRO ORTEGA RIOS - 1121472

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERÍAS

INGENIERÍA MECÁNICA

MAQUINAS HIDRAULICA

CÚCUTA, NORTE DE SANTANDER

2015

PRACTICA N. 1BOMBAS CENTRIFUGAS

ANGELICA MARIA NOVOA RIZO – 1121296

JOHN JAIRO ORTEGA RIOS - 1121472

PEDRO ANTONIO PEREZ ANAYA

INGENIERO MECANICO

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERÍAS

INGENIERÍA MECÁNICA

MAQUINAS HIDRAULICA

CÚCUTA, NORTE DE SANTANDER

2015

INTRODUCCION

Las bombas son máquinas hidráulicas donde se transfiere energía del rotor al fluido, produciendo una conversión de energía cinética de presión. Son dispositivos que necesitan ser accionados mecánicamente para poder impulsar fluidos líquidos venciendo un potencial adverso.

En la clasificación de bombas encontramos las rotatorias, reciprocas y centrífugas.

Por su parte las bombas centrífugas (con las que trabajaremos), también denominadas rotativas, tienen un rotor de paletas giratorio que está sumergido en el líquido, también está compuesta por una cámara en forma de caracol que en su interior posee un disco central llamado rodete. Este a su vez posee pequeñas aletas llamadas álabes. Este mecanismo de impulsión permite que el líquido obtenga energía cinética y la transforme en energía de presión para así aumentar la velocidad de flujo. El líquido al chocar con las paredes de la cámara, disminuye su velocidad haciendo que se pierda energía.

El líquido entra en la bomba cerca del eje del rotor, y las paletas lo arrastran hacia sus extremos a alta presión. Siempre que tratemos temas como procesos químicos, y de cualquier circulación de fluidos estamos, de alguna manera entrando en el tema de bombas. El funcionamiento en sí de la bomba será el de un convertidor de energía, o sea, transformara la energía mecánica energía cinética, generando presión y velocidad en el fluido. Las bombas centrífugas hacen parte de un grupo de máquinas denominadas bombas rotodinámicas, las cuales están caracterizadas por la existencia de un elemento impulsor el cual es movido por un eje que le transmite la potencia a dicho elemento.

OBJETIVOS

Conocer el mediante conceptos todo lo referente a una bomba centrifuga. Manejar en forma práctica los conceptos relacionados con el funcionamiento de

una bomba centrifuga. Identificar los elementos que componen el sistema de la bomba centrifuga.

MARCO TEORICO

BOMBAS

Las bombas son dispositivos que se encargan de transferir energía a la corriente del fluido impulsándolo, desde un estado de baja presión estática a otro de mayor presión. Están compuestas por un elemento rotatorio denominado impulsor, el cual se encuentra dentro de una carcasa llamada voluta. Inicialmente la energía es transmitida como energía mecánica a través de un eje, para posteriormente convertirse en energía hidráulica. El fluido entra axialmente a través del ojo del impulsor, pasando por los canales de éste y suministrándosele energía cinética mediante los álabes que se encuentran en el impulsor para posteriormente descargar el fluido en la voluta, el cual se expande gradualmente, disminuyendo la energía cinética adquirida para convertirse en presión estática.

 CLASIFICACIÓN GENERAL DE LAS BOMBAS

  Bombas Rotatorias:

 Las bombas rotatorias que generalmente son unidades de desplazamiento positivo, consisten de una caja fija que contiene engranes, aspas, pistones, levas, segmentos, tornillos, etc., que operan con un claro mínimo. En lugar de "aventar" el líquido como en una bomba centrifuga, una bomba rota y a diferencia de una bomba de pistón, la bomba rotatoria descarga un flujo continuo.

Bombas Reciprocantes:Son unidades que descargan una cantidad definida de líquido durante el movimiento del pistón o émbolo a través de la distancia de carrera. Sin embargo, no todo el líquido llega necesariamente al tubo de descarga debido a escapes o arreglo de pasos de alivio que puedan evitarlo. Despreciando éstos, el volumen del líquido. 

Bombas de desplazamiento positivo:Las bombas de desplazamiento positivo abarcan dos de los grupos principales, a saber: las alternativas y las rotativas orotoestáticas. 

Aunque mientras que las bombas alternativas tienencaracterísticas esencialmente de desplazamiento positivo, no todas las bombas rotativas son máquinas de desplazamiento verdaderamente positivo.

Parámetros para la selección de Bombas

Naturaleza del fluido a manejar (T, µ, , corrosión-erosión)

Capacidad requerida (caudal).

Condiciones de la succión (entrada) y de la descarga (salida) (P, T).

Cabezal total de la bomba (haen la ecuación de energía).

Tipo de sistema al que la bomba está entregando el fluido.

Tipo de fuente de alimentación de potencia (motor eléctrico, motor diesel,

turbina de vapor, etc).

Limitaciones de espacio, peso y posición.

Condiciones ambientales.

Costo de la bomba y su instalación

Costo de operación.

Códigos y estándares que rigen a las bombas

BOMBA CENTRÍFUGA

       Una bomba centrífuga es una máquina que consiste de un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o cárter, o una cubierta o coraza. Se denominan así porque la cota de presión que crean es ampliamente atribuible a la acción centrífuga. Las paletas imparten energía al fluido por la fuerza de esta misma acción. Así, despojada de todos los refinamientos, una bomba centrífuga tiene dos partes principales: (1) Un elemento giratorio, incluyendo un impulsor y una flecha, y (2) un elemento estacionario, compuesto por una cubierta, estoperas y chumaceras.

FUNCIONAMIENTO      El flujo entra a la bomba a través del centro o ojo del rodete y el fluido gana energía a medida que las paletas del rodete lo transportan hacia fuera en dirección radial. Esta aceleración produce un apreciable aumento de energía de presión y cinética, lo cual es debido a la forma de caracol de la voluta para generar un incremento gradual en el área de flujo de tal manera que la energía cinética a la salida del rodete se convierte en cabeza de presión a la salida.      

Funcionamiento de la bomba centrifuga

CARACTERÍSTICAS:

  La característica principal de la bomba centrífuga es la de convertir la energía de

una fuente de movimiento (el motor) primero en velocidad (o energía cinética) y después en energía de presión.

  Existen bombas centrifugas de una y varias etapas. En las bombas de una etapa

se pueden alcanzar presiones de hasta 5 atm, en las de varias etapas se pueden alcanzar hasta 25 atm de presión, dependiendodel número de etapas.

  Las bombas centrifugas sirven para el transporte de líquidos que contengan

sólidos en suspensión, pero poco viscosos. Su caudal es constante y elevado, tienen bajo mantenimiento. Este tipo de bombas presentan un rendimiento elevado para un intervalo pequeño de caudal pero su rendimiento es bajo cuando transportan líquidos viscosos.

  Este tipo de bombas son las usadas en la industria química, siempre que no se

manejen fluidos muy viscosos.

  Las bombas centrífugas de una etapa y monoblock, son ideales para

movimientos de líquidos en general, con una profundidad máxima de aspiración de 7 m. ó 9 m.

  Estas bombas son adecuadas para bombear agua limpia, sin sólidos abrasivos.

ELEMENTOS:

A. Rodete o impulsor. El rodete o impulsor es un elemento móvil, formado por unas paletas o álabes divergentes unidos a un eje que recibe energía del exterior como podemos observar en la figura que nos muestra el despiece de una bomba centrífuga.

  Según que estos álabes vayan sueltos o unidos a uno o dos discos, los rodetes

pueden ser:

 - Abiertos: cuando van sueltos. Tienen la ventaja de que permite el paso de

impurezas, pero tiene poca eficacia.

- cerrados: cuando van unidos lateralmente a dos discos

- Semiabiertas: cuando van unidos a un disco

 

B. Difusor

 El difusor junto con el rodete, están encerrados en una cámara, llamada carcasa o cuerpo de bomba, según como se ve en la figura 1.El difusor está formado por unos álabes fijos divergentes, que al incrementarse la sección de la carcasa, la velocidad del agua irá disminuyendo lo que contribuye a transformar la energía cinética en energía de presión, mejorando el rendimiento de la bomba. Según la forma y disposición, las bombas centrífugas son de 2 tipos:

  De voluta: la carcasa tiene forma de caracol, rodeando el rodete de tal forma que

el área de flujo deagua aumenta progresivamente hacia la tubería de descarga (figura a).

  De turbina: la carcasa va provista de unos difusores fijos dispuestos de tal forma

que el área de flujose ensancha progresivamente hacia la salida, (figura b).

C. Eje El eje de la bomba es una pieza en forma de barra de sección circular no uniforme que se fija rígidamente sobre el impulsor y le transmite la fuerza del elemento motor, como se puede apreciar en la figura.

PARTES DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA:

Carcasa.   Es la parte exterior protectora de la bomba y cumple la función de convertir la energía de velocidad impartida al líquido por el impulsor en energía de presión.  Esto se lleva a cabo mediante reducción de la velocidad por un aumento gradual del área.

Impulsores. Es el corazón de la bomba centrífuga. Recibe el líquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba.

Anillos de desgaste. Cumplen la función de ser un elemento fácil y barato de remover en aquellas partes en donde debido a las cerradas holguras entre el impulsor y la carcasa, el desgaste es casi seguro, evitando así la necesidad de cambiar estos elementos y quitar solo los anillos.

Estoperas, empaques y sellos.  la función de estos elementos es evitar el flujo hacia fuera del líquido bombeado a través del orificio por donde pasa la flecha de la bomba y el flujo de aire hacia el interior de la bomba.

Flecha. Es el eje de todos los elementos que giran en la bomba centrífuga, transmitiendo además el movimiento que imparte la flecha del motor.

Cojinetes. Sirven de soporte  a la flecha de todo el rotor en un alineamiento correcto en relación con las partes estacionarias.  Soportan las cargas radiales y axiales existentes en

la bomba.

Bases. Sirven de soporte a la bomba, sosteniendo el peso de toda ella.

VENTAJAS DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

  Su construcción es simple, su precio es bajo.

El fluido es entregado a presión uniforme, sin variaciones bruscas ni pulsaciones.

La línea de descarga puede interrumpirse, o reducirse completamente, sin dañar la bomba.

Puede utilizarse con líquidos que contienen grandes cantidades de sólidos en suspensión, volátiles y fluidos hasta de 850F.

  Sin tolerancias muy ajustadas.

No alcanzan presiones excesivas aún con la válvula de descarga cerrada.

Máxima profundidad de succión es 15 pulgadas.

Flujo suave no pulsante.

Impulsor y eje son las únicas partes en movimiento. 

No tiene válvulas 

Operación a alta velocidad para correa motriz.

CARGA DE SUCCIÓN Y ELEVACIÓN DE SUCCIÓN Y ALGUNAS CONDICIONES DE SUCCIÓN.

Elevación de succión.Es la suma de la elevación estática de succión, de la carga de fricción de succión total y de las pérdidas de admisión (la elevación de succión es una carga de succión negativa).

Carga de succión.Es la carga estática de succión menos la carga de fricción total y las pérdidas de admisión, más cualquier presión que se encuentre en la línea de succión. Es una presión negativa (hay vacío) y se suma algebraicamente a la carga estática de succión del sistema.

Condiciones de succión.Por lo que respecta al líquido, se tomará en cuenta la influencia de su presión sobre la succión.

Presión de vapor.Si un líquido se encuentra a una temperatura arriba de su punto de ebullición, sufre evaporación en su superficie libre. En el seno del líquido se origina una presión que se llama presión de vapor y que está en función directa con la temperatura del líquido.

Presión de bombeo.Destinemos una bomba cualquiera para bombear un líquido. Al funcionar la bomba, tiende a formar un vacío en el seno del líquido. Éste succionar se conoce como presión de bombeo.

Carga neta de succión positiva (NPSH).Es la presión disponible o requerida para forzar un gasto determinado, en litros por segundo, a través de la tubería de succión, al ojo del impulsor, cilindro o carcasa de una bomba. En el bombeo de líquidos la presión en cualquier punto en la línea de succión nunca deberá reducirse a la  presión de vapor del líquido.

NPSH disponible.Esta depende de la carga de succión o elevación, la carga de fricción, y la presión de vapor del líquido manejado a la temperatura de bombeo. Si se varía cualquiera de estos puntos, la NPSH puede alterarse.

NPSH requerida.Esta depende sólo del diseño de la bomba y se obtiene del fabricante para cada bomba en particular, según su tipo, modelo, capacidad y velocidad.

Cebado de las Bombas.Consiste en la extracción del aire de la tubería de succión de la bomba para permitir un correcto funcionamiento. Esta operación se realiza en todas las bombas centrífugas ya que no son autocebantes, generalmente cuando ésta se encuentra en una posición superior al tanque de aspiración.

Carga Hidráulica.Es la energía impartida al líquido por la bomba, es decir, la diferencia entre la carga de descarga y la succión.

Punto de Shut-off.Representa la carga hidráulica que produce la bomba cuando el caudal a través de ella es nulo. (La válvula a la salida de la bomba está cerrada, con el fluido en contacto con el rodete).

Potencia Absorbida  (N).Representa la potencia requerida por la bomba para transferir líquidos de un punto a otro y la energía requerida para vencer sus pérdidas.

Potencia Hidráulica (Ph).Potencia cedida al líquido en el proceso de su transferencia de un punto a otro.

Rango de Operación.Es la zona en la cual la bomba opera en forma eficiente. Esta zona se determina como:

                                       

Eficiencia Mecánica.Es la eficiencia relacionada con las pérdidas de energía útil, debidas al rozamiento en el cojinete, prensa-estopas y el rozamiento del fluido en los espacios entre la cubierta del rodete y la carcasa de la máquina, llamado rozamiento del disco y se define para una bomba centrifuga como:

Eficiencia Hidráulica.Se define en términos de la relación entre el trabajo específico ideal de la máquina y el real del rodete, el trabajo específico ideal de la máquina se calcula basado en las condiciones totales o estáticas.

Eficiencia Total.Redefine en términos de la relación entre la potencia eléctrica suministrada a la máquina y la potencia hidráulica entregada por ésta.

CURVAS CARACTERÍSTICAS    Antes de que un sistema de bombeo pueda ser diseñado o seleccionado debe definirse claramente su aplicación. Así sea una simple línea de recirculación o un gran oleoducto, los requerimientos de todas la aplicaciones son siempre los mismos, es decir, trasladar líquidos desde un punto a otro. Entonces, esto obliga a que la bomba y el sistema tengan iguales características para que este diseño sea óptimo.   

    La manera de conocer tales características se realiza con la ayuda de las curvas características de la bomba, las cuales han sido obtenidas mediante ensayos realizados en un banco de pruebas el cual posee la instrumentación necesaria para medir el caudal, velocidad de giro, momento de torsión aplicado y la diferencia de presión entre la succión y la descarga de la bomba, con el fin de poder predecir el comportamiento de la bomba y obtener el mejor punto de operación el cual se conoce como PME, variando

desde una capacidad igual a cero hasta un máximo, dependiendo del diseño y succión de la, bomba.

   Generalmente este tipo de curvas se obtienen para velocidad constante, un diámetro del impulsor específico y un tamaño determinado de carcasa, realizando la representación gráfica de la carga hidráulica (curva de estrangulamiento), potencia absorbida  y eficiencia adiabática contra la capacidad de la bomba.   Estas curvas son suministradas por los proveedores de bombas, de tal manera que el usuario pueda trabajar según los requerimientos de la instalación sin salir de los intervalos de funcionamiento óptimo, además de predecir qué ocurrirá al variar el caudal manejado, sirviendo como una gran herramienta de análisis y de compresión del funcionamiento del equipo.

 ESQUEMA DE POTENCIA PARA UNA BOMBA CENTRÍFUGA

ECUACIONESPOTENCIA ELÉCTRICA

FENÓMENOS QUE OCURREN EN LAS BOMBASCENTRIFUGA CAVITACIÓN

Cuando un líquido en movimiento roza una superficie se produce una caída de presión local, y puede ocurrir que se alcance la presión de vaporización del líquido, a la temperatura que se encuentra dicho líquido. En ese instante se forman burbujas de vapor. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión y ocurren implosiones. Este fenómeno recibe el nombre de cavitación.

La implosión causa ondas de presión que viajan en el líquido y las mismas pueden disiparse en la corriente del líquido o pueden chocar con una superficie. Si la zona donde chocan las ondas depresión es la misma, el material tiende a debilitarse metalúrgicamente y se inicia una erosión que además de dañar la superficie provoca que ésta se convierta en una zona de mayor pérdida de presión y por ende de mayor foco de formación de burbujas de vapor. Altura de colocación de una Bomba y Altura Neta Positiva deSucciónComo la cavitación es un fenómeno no deseado determinaremos el límite crítico de la distancia de colocación de una bomba para que ocurra dicho fenómeno.

 GOLPE DE ARIETESe llama golpe de ariete a una modificación de la presión en unaconducción debida a la variación del estado dinámico del líquido.En las paradas de las bombas, en el cierre de las válvulas, etc., se produce esta variación de la velocidad de la circulación dellíquido conducido en la tubería.

CONCLUSION

Al terminar este informe hemos notado la importancia que tienen la bomba centrifuga en nuestras vidas y también la relevancia que tiene en la industria

mecánica. Este trabajo es realmente importante para nuestro desarrollo profesional como

ingenieros y para los que estamos interesados en la materia de máquinas hidráulicas.

Una bomba centrífuga es un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor rotatorio en energía cinética y potencial

requerida. Aunque la fuerza centrífuga producida depende tanto de la velocidad en la periferia del impulsor como de la densidad del líquido, la energía que se

aplica por unida de masa del líquido es independiente de la densidad del líquido.

BIBLIOGRAFIA

  O. LEVENSPIEL; " Flujo de Fluidos e intercambio de calor"; Editorial Reverte

S. A. España 1993.

E. COSTA NOVELLA; "Ingeniería Química, Flujo de Fluidos". Vol 3Editorial Alhambra, 1ra. Edición, España 1985.

CLAUDIO MATAIX; "Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidraúlicas"; 2da.Edición. Editorial Harla S.A. México 1987.

N.N. PASHKOV; F.M. DOLQACHEV; "Hidráulica y Máquina Hidráulicas". Editorial MIR, Moscú, 1987.

PASCHOAL SILVESTRE; "Fundamentos de Hidráulica General"; Editorial LIMUSA, México, 1987.

http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_hidr%C3%A1ulica

 http://usuarios.iponet.es/jsl/hidraulica/bombas.htm