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CONCEPTOS BASICOS

BOMBAS CENTRIFUGAS

Ing. Eduardo Rodríguez P. Msc.

BOMBA:

•Máquina para desplazar líquidos.

•Se basa en la forma más económica de transportar

fluidos: Tuberías.

•Le da al fluido la energía necesaria para su

desplazamiento.

•Transporta al fluido de una zona de baja presión a

una de alta presión.

CONCEPTOS BASICOS

PARTES PRINCIPALES DE UNA BOMBA:

CONCEPTOS BASICOS

VOLUTA

IMPULSOR

IMPULSOR:

CONCEPTOS BASICOS

IMPULSOR:

CONCEPTOS BASICOS

IMPULSOR SEMI-ABIERTO IMPULSOR CERRADO

CAUDAL:

•Es el volúmen de líquido desplazado por la bomba

en una unidad de tiempo.

•Se expresa generalmente en litros por segundo

(l/s), metros cúbicos por hora (m³/h), galones por

minuto (gpm), etc.

CONCEPTOS BASICOS

CAUDAL:

1 l/s = 3.6 m³/h = 15.8 gpm

1 m³/h = 0.28 l/s = 4.38 gpm

1 gpm = 0.063 l/s = 0.23 m³/h

CONCEPTOS BASICOS

ALTURA DE LA BOMBA (H):

•Es la energía neta transmitida al fluido por unidad de peso a su paso por la bomba centrífuga.

•Se representa como la altura de una columna de líquido a elevar.

•Se expresa normalmente en metros del líquido

bombeado.

CONCEPTOS BASICOS

ALTURA DE LA BOMBA (H):

CONCEPTOS BASICOS

C 2 ( m/s )

C 1 ( m/s )

P 1

P 2

H ( m )H = H +

(P2 - P1) +

( C2² - C1² ) / 2g

DN 4"

DN 6"

-10 "Hg

80 psi

0.8 m

ALTURA DE LA BOMBA (H) - Ejemplo:

CONCEPTOS BASICOS

H = 0.8 +

(56.3 + 3.46) +

(3.08 ² - 1.37²) / 2g

H = 0.8 + 59.8 + 0.4

H = 60.9 m

( 1 psi = 0.704 m )

( 1 “Hg = 0.346 m )

( g = 9.81 m/s² )

Q = 25 l/s

GRAVEDAD ESPECIFICA (S):

•Es la relación entre la masa del líquido

bombeado (a la temperatura de bombeo) y la

masa de un volumen idéntico de agua a 15.6 °C.

(Relación de densidades)

•Se considera S=1 para el bombeo de agua.

CONCEPTOS BASICOS

POTENCIA HIDRAULICA (PH):

•Es la energía neta transmitida al fluido.

PH = rxQxgxH

ó

PH = QxHxS PH : P.Hidráulica ( HP )

75 Q : Caudal ( l/s )

H : Altura ( m )

S : Gravedad específica ( 1 para agua limpia )

CONCEPTOS BASICOS

PERDIDAS DE ENERGIA EN BOMBAS CENTRIFUGAS

Recirculación

(Volumétrica)

Pérdidas por Fricción

(mecánica)

Fricción del

Impulsor

(Mecánica)

Pérdidas por fricción

(hidráulica)

Pérdidas en la

entrada del

impulsor

(Hidráulica)

Filtraciones en la

Prensaestopa

(Volumétrica)

BOMBAS CENTRIFUGAS

HIDROSTAL SA_APLICACIONES_Y_USOS_DE_EQUIPOS_DE_BOMBEO.ppt#2. Presentación de PowerPoint

EFICIENCIA DE LA BOMBA (h):

•Representa la capacidad de la máquina de transformar un tipo de energía en otro.

•Es la relación entre energía entregada al fluido y la energía entregada a la bomba.

•Se expresa en porcentaje.

Potencia hidráulica

Potencia al eje de la bomba

CONCEPTOS BASICOS

h =

PERDIDAS DENTRO DE LA BOMBA:

CONCEPTOS BASICOS


CONCEPTOS BASICOS


CONCEPTOS BASICOS

POTENCIA DE LA BOMBA ( P ):

•Potencia entregada por el motor al eje de la bomba.

P = QxHxS P : Potencia ( HP )

75xh Q : Caudal ( l/s )

H : Altura ( m )

S : Gravedad específica

( 1 para agua limpia )

h : Eficiencia ( % )

CONCEPTOS BASICOS

CURVA DE UNA BOMBA

CENTRIFUGA

CURVAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS:

•La Altura ( H ), la Eficiencia (h), el NPSH requerido

(NPSHr) y la Potencia Absorbida (P) están en

función del Caudal (Q) .

•Estas curvas se obtienen ensayando la bomba en

el Pozo de Pruebas.

CURVAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS

CURVAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS :

Estas curvas se obtienen ensayando la bomba con agua limpia y fría (15.6°C).

ALTURA (ADT)

EFICIENCIA ( h )

POTENCIA (P)

NPSH

H

Q

R

BOMBAS CENTRIFUGAS


CURVA DE

UNA

BOMBA:

(%)H-Q

P

H(m)

Q ( L / S )

MR

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

0

50

100

150

200

250

300

(HP)

P

20

30

40

50

60

70

80

12HQRL-11

D=203.4

1750-RPM


CURVA DE

UNA

BOMBA:

MODELO

DE LA

BOMBA

(%)H-Q

P

H(m)

Q ( L / S )

MR

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

0

50

100

150

200

250

300

(HP)

P

20

30

40

50

60

70

80

12HQRL-11

D=203.4

1750-RPM


CURVA DE

UNA

BOMBA:

VELOCIDAD

(%)H-Q

P

H(m)

Q ( L / S )

MR

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

0

50

100

150

200

250

300

(HP)

P

20

30

40

50

60

70

80

12HQRL-11

D=203.41750-RPM


CURVA DE

UNA

BOMBA:

(%)H-Q

P

H(m)

Q ( L / S )

MR

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

0

50

100

150

200

250

300

(HP)

P

20

30

40

50

60

70

80

12HQRL-11

D=203.4

1750-RPM

CURVA

H-Q


CURVA DE

UNA

BOMBA:

CURVA DE

EFICIENCIA

(%)H-Q

P

H(m)

Q ( L / S )

MR

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

0

50

100

150

200

250

300

(HP)

P

20

30

40

50

60

70

80

12HQRL-11

D=203.4

1750-RPM


CURVA DE

UNA

BOMBA:

CURVA DE

POTENCIA

(%)H-Q

P

H(m)

Q ( L / S )

MR

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

0

50

100

150

200

250

300

(HP)

P

20

30

40

50

60

70

80

12HQRL-11

D=203.4

1750-RPM


CURVA DE

UNA

BOMBA:

DIAMETRO

(%)H-Q

P

H(m)

Q ( L / S )

MR

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

0

50

100

150

200

250

300

(HP)

P

20

30

40

50

60

70

80

12HQRL-11

D=203.41750-RPM


LEYES DE AFINIDAD:

•Relaciones que permiten predecir el rendimiento de

una bomba a distintas velocidades.

•Cuando se cambia la velocidad:

1. El Caudal varía directamente con la velocidad.

2. La Altura varía en razón directa al cuadrado de la

velocidad.

3. La Potencia absorbida varía en razón directa al

cubo de la velocidad.


LEYES DE AFINIDAD:

• Q2 = Q1(n2/n1)

• H2 = H1(n2/n1)²

• P2 = P1(n2/n1)³

n2, n1 : Velocidades (rpm)

(%)

H-Q

P

H(m)

Q ( L / S )

MR

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

0

50

100

150

200

250

300

(HP)

P

20

30

40

50

60

70

80

12HQRL-11

D=203.4

1750-RPM

1750 rpm

1510 rpm

1200 rpm


PERDIDAS EN TUBERIAS Y

ACCESORIOS

VISCOSIDAD:

•Resistencia al flujo.

•Aumenta con la disminución de la temperatura.

PERDIDAS EN TUBERIAS Y ACCESORIOS

FACTORES QUE PROVOCAN PERDIDAS:

• Viscosidad del fluido

• Velocidad del flujo ( Caudal, diámetro de la tubería )

• Rugosidad de la tubería ( Material, edad )

• Turbulencia del flujo ( Válvulas y accesorios )


CALCULO DE PERDIDAS EN TUBERIAS:

FORMULA DE HAZEN - WILLIAMS

hF = 1760 x L ( Q / C )^1.43

D^4.87


hF : Pérdidas (m)

L : Longitud de la tubería

C : Coeficiente de pérdidas

Tubería de acero : C=110

Tubería de PVC : C = 140

D : Diámetro de la tubería (pulg.)

CALCULO DE PERDIDAS EN TUBERIAS:

FORMULA DE HAZEN - WILLIAMS


Material Condición CHW

Fierro Fundido Todo 100

Fierro galvanizado Todo 100

Concreto Todo 110

Hierro Fundido Con revestimiento 135 a 150

Encostrado 80 a 120

PVC Todo 150

Asbesto Cemento Todo 140

Polietileno Todo 140

Acero soldado 12 120

8 10 119

4 6 118

Acero bridado 24 113

12 20 111

4 10 107

Limitaciones: T° Normales, 2” , V 3 m/seg

CALCULO DE PERDIDAS EN ACCESORIOS:

METODO DEL “K”


Rev d

hf kv

2

2g

k = Factor de fricción (depende del tipo

de válvula o accesorio ).

v = Velocidad media (Q/area) (m/seg).

g = Aceleración de la gravedad (9.8

m2/seg).

CALCULO DE PERDIDAS EN ACCESORIOS:

METODO DEL “K”


Fitting K Fitting K

Valves: Elbows:

Globe, fully open 10 Regular 90°, flanged 0.3

Angle, fully open 2 Regular 90°, threaded 1.5

Gate, fully open 0.15 Long radius 90°, flanged 0.2

Gate 1/4 closed 0.26 Long radius 90°, threaded 0.7

Gate, 1/2 closed 2.1 Long radius 45°, threaded 0.2

Gate, 3/4 closed 17 Regular 45°, threaded 0.4

Swing check, forward flow 2

Swing check, backward flow infinity Tees:

Line flow, flanged 0.2

180° return bends: Line flow, threaded 0.9

Flanged 0.2 Branch flow, flanged 1

Threaded 1.5 Branch flow, threaded 2


Rev d

hf kv

2

2g


Rev d

hf kv

2

2g


RANGOS

APROXIMADOS DE

VARIACION DEL “K”

CURVA DEL SISTEMA

CURVA DEL SISTEMA: Un «Sistema» es el conjunto de tuberías y accesorios que forman

parte de la instalación de una bomba centrífuga.

Cuando queremos seleccionar una bomba centrífuga debemos

calcular la «resistencia» al flujo del líquido que ofrece el sistema

completo a través sus componentes (tuberías más accesorios).

La bomba debe suministrar la energía necesaria para vencer esta

resistencia que esta formada por la altura estática más las

pérdidas en las tuberías y accesorios. La altura estática total es

una magnitud que generalmente permanece constante para

diferentes caudales mientras que la resistencia de las tuberías y

accesorios varían con el caudal.

CURVA DEL SISTEMA

ALTURA DINAMICA TOTAL (ADT):

Energía que requiere el fluido en el sistema para trasladarse de un

lugar a otro.

ADT = Hgeo + ( Pa - Pb ) + ( Va² - Vb² ) / 2g + SHf

CURVA DEL SISTEMA

Altura

estática

total (m)

Diferencia de

presiones

absolutas (m)

Diferencia de

energías de

velocidad (m)

Pérdidas en las

tuberías y

accesorios (m)

N

H geo.

H desc.

H succi.Pa

Pb

Vb

Va

ADT = Hgeo + ( Pa - Pb ) +

( Va² - Vb² ) / 2g + SHf

CURVA DEL SISTEMA

ADT = Hgeo + SHf

N

H geo.

H desc.

H succi.

Pres. atm.

Va

Pres. atm.

Vb

CURVA DEL SISTEMA

CURVA DEL SISTEMA-PUNTO DE OPERACION:

(m)H

Q ( l / s )

50

40

30

20

10

25201510500

He

Hf

CURVA DE LA BOMBA

CURVA DEL SISTEMA

PUNTO DE OPERACION

ADT

CURVA DEL SISTEMA

SUCCION DE LA BOMBA

CAVITACION Y NPSH

SUCCION DE LA BOMBA

Hs ( + )

Hs ( - )

SUCCION NEGATIVA

SUCCION POSITIVA

NPSHD > NPSHR

Q

ATMOSFERICAPRESION

BOMBAS CENTRIFUGAS


CAVITACION:

• Fenómeno que ocurre cuando la presión absoluta dentro del

impulsor se reduce hasta alcanzar la presión de vapor del líquido

bombeado y se forman burbujas de vapor. El líquido comienza a

“hervir”.

•Estas burbujas colapsan al aumentar la presión dentro de la

bomba originando erosión del metal.

•Se manifiesta como ruido, vibración; reducción del caudal, de la

presión y de la eficiencia. Originan deterioro del sello mecánico.

•NPSH (NET POSITIVE SUCTION HEAD)

SUCCION DE LA BOMBA

NPSHrequerido:

•Energía mínima (presión) requerida en la succión de la bomba

para permitir un funcionamiento libre de cavitación. Se expresa en

metros de columna del líquido bombeado.

•Depende de:

-Tipo y diseño de la bomba

-Velocidad de rotación de la bomba

-Caudal bombeado

SUCCION DE LA BOMBA

NPSHrequerido:

SUCCION DE LA BOMBA

H(m)

Q ( L / S )

MR

(%)

H-Q

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

0

50

100

150

200

250

300

(HP)

P

20

30

40

50

60

70

80

12HQRL-11

D=203.4

1750-RPM

(m) (ft)NPSH

30

20

10

0

10

8

6

4

2

NPSRreq

NPSHdisponible:

•Energía disponible sobre la presión de vapor del líquido en la

succión de la bomba. Se expresa en metros de columna del líquido

bombeado

•Depende de:

-Tipo de líquido

-Temperatura del líquido

-Altura sobre el nivel del mar

(Presión atmosférica)

- Altura de succión

- Pérdidas en la succión

SUCCION DE LA BOMBA

SUCCION DE LA BOMBA

Z

Z

hL

P2

Pg

V2

2 g

2

P1

Pg

V1

2 g

2 DISTRIBUCION DE ENERGIA EN

LA SUCCION DE LA BOMBA

NPSHdisponible:

SUCCION DE LA BOMBA

S

NPSHd = Pa - Pv + Hsuc - Hf

Pa : Presión atmosférica (m)

Pv : Presión de vapor del líquido a la

temperatura de bombeo

S : Gravedad específica del líquido

bombeado

Hsucc: Altura de succión ( + ó - ) (m)

Hf : Pérdidas por fricción en la tubería

de succión (m)

Pv y Pa:

SUCCION DE LA BOMBA

0 0.062

10 0.125

20 0.238

30 0.432

40 0.752

50 1.258

60 2.031

70 3.177

80 4.829

90 7.149

100 10.332

TEMPERATURA

º CPv (m)

ALTITUD

msnm

0 10.33

500 9.73

1000 9.13

1500 8.53

2000 8.00

2500 7.57

3000 7.05

3500 6.62

4000 6.20

4500 5.78

5000 5.37

Pa (m)

PARA QUE LA BOMBA NO CAVITE:

SUCCION DE LA BOMBA

NPSHdisponible > NPSHrequerido

ESQUEMA DE INSTALACION:

SUCCION DE LA BOMBA

VALVULA

COMPUERTA

VALVULA DE

RETENCION

VALVULA

COMPUERTA

INSTALACION CON SUCCION POSITIVA


SUCCION DE LA BOMBA

COMPUERTAVALVULA DE

RETENCIONVALVULA DE

CONEXION PARAEL SUMINISTRODE CEBADO

INSTALACION CON

SUCCION NEGATIVA


SUCCION DE LA BOMBA

VALVULA DE PIE Y CANASTILLA

TUBERIA DE SUCCION CON

VALVULA DE PIE

CON CANASTILLA

CORRECTO

BOMBA

DESCARGA

SUCCION

INCORRECTOBOLSA

DE AIRE

RECOMENDACIONES DE INSTALACION:

SUCCION DE LA BOMBA

BIEN MAL


SUCCION DE LA BOMBA

BIEN MAL


SUCCION DE LA BOMBA

BIEN MAL

CORRECTO MAL

BURBUJASDE AIRE

DEFECTOS MAS COMUNES

NIVEL MUY BAJO DESCARGA SUPERIORCON INTRODUCCION

DE AIRE

ENTRADA EXCENTRICACAUSANDO ROTACION

SOLUCIONES POSIBLES

SUMERGENCIA

CAUDAL L / S

6"

SU

ME

RG

EN

CIA

(m

)

10"

8"

6

0.2

0

0.6

0.4

0.8

10 20 30 40

4" DIA

METRO

S = SUMERGENCIA

1.2

1.0

1.4

1.8

1.6

2.0

INTERIOR TUBO

15050 60

S

100 300200 350


SUCCION DE LA BOMBA

CORRECTO MAL

BURBUJASDE AIRE

DEFECTOS MAS COMUNES

NIVEL MUY BAJO DESCARGA SUPERIORCON INTRODUCCION

DE AIRE

ENTRADA EXCENTRICACAUSANDO ROTACION

SOLUCIONES POSIBLES

SUMERGENCIA

CAUDAL L / S

6"

SU

ME

RG

EN

CIA

(m

)

10"

8"

6

0.2

0

0.6

0.4

0.8

10 20 30 40

4" DIA

METRO

S = SUMERGENCIA

1.2

1.0

1.4

1.8

1.6

2.0

INTERIOR TUBO

15050 60

S

100 300200 350

SELECCION DE UNA BOMBA

CENTRIFUGA

INFORMACION REQUERIDA:

1. DEFINIR LA APLICACIÓN

2. CAUDAL A MOVER

3. ALTURA A DESARROLLAR

4. NPSH DISPONIBLE

5. CARACTERISTICAS DEL LIQUIDO

6. VELOCIDAD DE BOMBA

7. FORMA DE LAS CURVAS DE OPERACION

8. CONSTRUCCION

SELECCION DE UNA BOMBA CENTRIFUGA

SELECCION DE UNA BOMBA CENTRIFUGA

EFICIENCIA ( h

CAUDAL (Q)

ALTURA (ADT)

CONDICIONES DE OPERACION

EJE LIBRE MONOBLOCK

BOMBA HORIZONTAL

TURBINA VERTICAL SUMERGIBLE

BOMBA DE POZO PROFUNDO

CONDICIONES DE INSTALACION

PAUTAS DE SELECCION


CENTRIFUGA EJE LIBRE

LIQUIDO : AGUA LIMPIA A 30°C

CAUDAL : 15 l/s

ADT : 35 m

CONDICIONES DE OPERACION:


ABACO DE SELECCION A 3600 RPM:

80

(50)40-250

CAUDAL U.S. GPM

(8.5)

CAUDAL LITROS / SEGUNDO

50 32-160L

100.5

15

20

30

40

METROSALTURA

21 3 4 5

(6)

32-125(12)

ABSORBIDO

(X) HP MAXIMO

3600 RPM

60

70

9080

100

160

120

140

200180

250

10

32-160

20 40 60

(15) 65-160(44)

6 87 109 20 30

(12)40-125

65-160(26)

50-125(17)

6040 50 80

80

40

60

100

150

600

65-250(130)

40-160

(36)40-200

(48)50-200

(80)50-250

200100 400

800ALTURA

65-200(95)

PIES

200

300

500

400

600

1000800


CURVA INDIVIDUAL BOMBA 50 - 125:

149

141125

110

50

55

60

65

70.5

6769

70

7069

67%65605550

Ø149

Ø141

Ø125

Ø110

N

(HP)

15

10

5

2

50-125n = 3480 RPM

30

20

10

0

(m)

NPSH

(ft)

10

8

6

4

2

(m)H

(ft)

H

Q ( l / s )

Q ( U.S.gal / min)

50160

140

120

100

80

60

40

3002001000

40

30

20

10

2520151050

CAUDAL : 15 l/s

ADT : 35 m

EFICIENCIA : 69%

POTENCIA ABS.: 10.1 HP

POT. MAXIMA : 13 HP

VELOCIDAD : 3480 RPM

DIAM. IMPULSOR: 141 mm

NPSHr : 3 m

BOMBA HORIZONTAL

DE EJE LIBRE