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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL “FRANCISCO DE MIRANDA” ÁREA DE TECNOLOGÍA DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA U.C MECÁNICA DE FLUIDOS SANTA DE CORO; JULIO 2014

Presentación Bombas Centrífugas

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Una introducción a las bombas centrífugas y su selección

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  • 1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTALFRANCISCO DE MIRANDAREA DE TECNOLOGADEPARTAMENTO DE HIDRULICAU.C MECNICA DE FLUIDOSSANTA DE CORO; JULIO 2014

2. MQUINAS HIDRULICAS.Las mquinas hidrulicas son en lo esencial, dispositivospara realizar intercambio de energa entre un sistemamecnico y un medio fluido, es decir, que son capaces detransformar energa mecnica en energa fluida (hidrulica)o viceversa. Estas mquinas hidrulicas son denominadasbombas.Las mquinas hidrulicas pueden clasificarse segn suprincipio de operacin como:Mquinas de desplazamiento PositivoMquinas rotodinmicas o centrfugas 3. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTOPOSITIVO.Son las que desplazan liquido, mediante la creacin de undesequilibrio de presiones dentro de un entorno cerrado.Este desequilibrio hace que el lquido se mueva de un lugara otro en un intento de equilibrar la presin. El movimientodel desplazamiento positivo consiste en el movimiento deun fluido causado por la disminucin del volumen de unacmara.Las bombas de desplazamiento positivo funcionan conbajas capacidades y altas presiones en relacin con sutamao y costo. Este tipo de bomba resulta el ms til parapresiones extremadamente altas, para operacin manual,para descargas relativamente bajas, para operacin a bajavelocidad, para succiones variables y para pozos profundoscuando la capacidad de bombeo requerida es muy poca. 4. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTOPOSITIVO.Clasificacin: 5. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTOPOSITIVO.Usos ms corrientes:Bombeo en pozos llanosBombeo en pozos profundos.Para niveles de agua variable.Bombas de incendio.Bombas de transferencia y circulacin.Operacin por molinos de viento.Altas cargas a presin.Alimentacin de calderas.Bombeo de aceite y gasolina.Fumigadores de cosechas 6. BOMBAS CENTRFUGAS.Su propsito es convertir energa de un primer elemento (unmotor elctrico o turbina) primero en velocidad o energa cinticay luego en energa de presin de un fluido que est bombendose.Los cambios de energa ocurren en virtud de dos partesprincipales de la bomba, el impulsor y el en espiral o difusor. Elimpulsor es la parte que est girando y convierte la energa de lamquina en energa cintica. El en espiral o el difusor es la parteestacionaria que convierte la energa cintica en energa depresin. 7. CLASIFICACIN DE BOMBASCENTRFUGAS.BombasCentrfugasLa direccin del flujoSegnAxiales.Mixtas.RadialesLa posicin del ejeEl nmero de etapasEl tipo de SuccinEl tipo de DifusorLa construccin del rotorLa construccin de lacarcazaHorizontales.Verticales .InclinadasEtapa Simple.MultietapaSimple.DobleDe Voluta.Circular.labes FijosAbierto.CerradoSin divisin.Dividido horizontal.Dividido Perpendicular. 8. CLASIFICACIN DE BOMBASCENTRFUGAS.Segn la velocidad especfica (Ns).La velocidad especfica es un nmero adimensional elcual es funcin del caudal, la velocidad de rotacin orpm del motor y la carga o altura de bombeo. Lavelocidad especfica Ns de una bomba se expresa enel sistema ingls, como:sta relaciona los tres parmetros fundamentalesde funcionamiento Q, H y N (rpm). Estos valores setoman en el punto de mxima eficiencia de lacurva caracterstica. 9. CLASIFICACIN DE BOMBASCENTRFUGAS.Segn la velocidad especfica (Ns).Segn el valor de Ns, pueden distinguirse varios tipo debombas:Ns menor a 10. Bombas perifricas o tipo turbina.Ns de 10 a 20: Bombas radiales o centrfugas.Ns de 20 a 35: Bombas de tipo radial o Francis.Ns de 35 a 80: Bombas Francis de tipo hlice ohelicoidal.Ns de 80 a 135: Bombas de flujo mixto.Ns de 135 a 270: Bombas de flujo a axial o de propela. 10. CLASIFICACIN DE BOMBASCENTRFUGAS.Segn la velocidad especfica (Ns).Grfica que muestra el tipo de impulsor segn la velocidadespecfica 11. PARTES DE UNA BOMBA CENTRFUGA. 12. IMPULSOR. 13. DIFUSOR. 14. TRMINOSFUNDAMENTALES.Caudal o capacidad de la bomba: es el volumen delquido impulsado por una bomba en una unidad detiempo.Carga esttica de succin: Es la distancia verticaldesde el nivel de lquido de succin hasta la lneacentral de la bomba.Carga esttica de descarga: Es la distancia verticaldesde el nivel de lquido de descarga y la lnea centralde la bomba.Carga esttica total: Es la distancia vertical entre losniveles del lquido en los puntos de succin y descarga. 15. TRMINOSFUNDAMENTALES.Carga de friccin: Es la carga, expresada en unidadesde longitud, necesaria para vencer la resistencia de lastuberas de succin, descarga y los accesorios quecontenga el sistema.Presin de succin: Se refiere a la altura desde la cualel fluido puede ser succionado por la bomba,pudiendo ser presin de succin positiva o negativa,dependiendo de la posicin relativa de la bomba conel nivel el fluido.Presin de descarga: Se refiere a la altura a la cualpuede ser bombeado un fluido.Carga de la bomba o altura de bombeo: Caracteriza ala energa especfica cedida por la bomba al lquido. 16. TRMINOSFUNDAMENTALES. 17. TRMINOSFUNDAMENTALES. 18. TRMINOSFUNDAMENTALES.Carga de la bomba o altura de bombeo:Prdidas, Potencia y Eficiencia de una bomba:Desde la brida de entrada ubicada en la succin de labomba hasta la brida de salida ubicada en la descarga,se producen prdidas hidrulicas, volumtricas y prdidasmecnicas.Prdidas hidrulicas: Se generan por el rozamientodel fluido con las paredes de la bomba (impulsor,corona, voluta) o de las partculas del fluido entre sen los cambios de direccin. 19. TRMINOSFUNDAMENTALES.Prdidas volumtricas: son prdidas de caudaltanto exterior (a travs del prensaestopas) comointerior, stas ltimas son mas importantes y reducenel rendimiento volumtrico de algunas bombas. Seproducen por la recirculacin del flujo que se daentre el impulsor y la carcasa.Prdidas mecnicas: incluye las prdidas porrozamiento entre el prensaestopas con el eje de labomba, accionamiento de elementos auxiliarescomo bomba de engranajes para lubricacin,cuenta revoluciones, entre otras. 20. TRMINOSFUNDAMENTALES.Potencia Hidrulica (Potencia til): es aquellaencargada de impulsar el caudal til (Qb) a la alturatil (Hb) de un lquido de peso especfico () y vienedada por:Potencia de accionamiento: (denominadatambin potencia absorbida, al freno en el eje), esaquella potencia mecnica que la bomba absorbey viene dada por:Donde s la velocidad angular en el eje y M es eltorque. As pues, la razn entre la potencia hidrulicay la de accionamiento es la eficiencia de la bomba. 21. TRMINOSFUNDAMENTALES.Eficiencia de la bomba: es denominadaeficiencia total ya que toma en cuenta las prdidashidrulicas, volumtricas y mecnicas. Viene dadapor:Potencia del motor: Se determinaincrementndole un porcentaje a la Potenciaabsorbida. Se debe tener en cuenta los siguientesincrementos:Hasta 7,5 Kw, aprox. 20%Desde 7,5 Kw hasta 40 Kw, aprox. el 15%Desde 40 Kw en adelante 10% 22. TRMINOSFUNDAMENTALES.Velocidad de rotacin: Mediante elaccionamiento de motores trifsicos resultan lasvelocidades de servicio que se muestra en elcuadro. Sin embargo en la prctica los motoresgiran a una velocidad ligeramente mayor a laindicada en la placa, por lo que estas diferenciaspudieran ser tenidas en cuenta en eldimensionamiento del equipo. Se pueden obtenerotras velocidades con el uso de algn tipo detransmisin como engranajes, correas, etc.Nmeros de polos del motor2 4 6 8 10 12 14Frecuencia Velocidad en rev/min (rpm)50 Hz 2900 1450 960 725 580 480 41560 Hz 3500 1750 1160 875 700 580 500 23. CURVA CARACTERSTICA.Curvas de una bomba centrifuga con velocidad derotacin constante:Las curvas caractersticas de una bomba centrifugase presentan, representando grficamente, la carga dela bomba, H, la potencia requerida o potencia al freno,N, y el rendimiento, , con respecto al caudal, Q, a unavelocidad de rotacin constante. Estas curvascaractersticas se determinan, normalmente por losfabricantes, mediante ensayos de laboratorio. 24. CURVA CARACTERSTICA.Las condiciones ptimas deoperacin de una bomba, sepueden obtener trabajandocerca del Punto de MximoRendimiento, PMR, es decir,donde la ordenada que pasa porel PMR, corta a la curva de cargade la bomba, tal como semuestra en la figuraCurvas caractersticas deuna bomba centrifuga 25. CURVA CARACTERSTICA.Curvas caractersticas de una bomba centrifuga condiferentes dimetros de impulsoresCurva caracterstica de una bomba centrifuga con curvas de igualrendimiento y con impulsores de diferentes dimetros. 26. CURVA CARACTERSTICA.Curvas de una bomba centrifuga con velocidades derotacin diferentesCurva caracterstica de una bomba centrifuga a varias velocidades derotacin con lneas de igual rendimiento.. 27. CURVA CARACTERSTICA.Grficas de curvas caractersticas compuestas. 28. CURVA CARACTERSTICA. 29. CURVA CARACTERSTICA.Curva de demanda del sistemaLa curva de demanda del sistema, es una grficade H=f (Q), que toma en cuenta el caudal, la cargaesttica total, la carga de friccin, la carga dinmicade todo el sistema y la presin deseada expresada enunidades de longitud. Esta curva es la forma ms fcil yexacta de decidir cual es la bomba que mejor seadapta a una aplicacin.La curva de demanda del sistema para estaconfiguracin o sistema de bombeo, se obtiene alaplicar la ecuacin de Bernoulli. 30. CURVA CARACTERSTICA.Curva de demanda del sistema 31. CURVA CARACTERSTICA.Punto de operacin de una bombaLa forma en la que una bomba trabaja nodepende solamente de las caractersticas defuncionamiento de la bomba, sino tambin de lascaractersticas del sistema en el cual va a trabajar. Paraobtener el punto de operacin se debe graficar en unmismo papel, la curva caracterstica de la bomba, conla curva de demanda del sistema.El punto de interseccin de las curvas determinalos valores de la altura de bombeo, Hbombeo y elcaudal de operacin, Qoper. Este punto puede ser, ono, el punto de mximo rendimiento para la bomba.Si el punto de operacin no esta cerca del Punto deMximo Rendimiento, significa que la bomba no es laadecuada para las condiciones que se requieren yhabr que elegir otra bomba. 32. CAVITACIN.La cavitacin es la evaporacin de un lquidoen una tubera cuando su presin disminuye pordebajo de la presin de vapor. La cavitacin es unfactor importante que se debe evitar para elfuncionamiento satisfactorio de una bomba.Cuando el lquido pasa por el impulsor de unabomba, se produce un cambio de presin. Si lapresin absoluta del lquido cae por debajo de supresin de vapor, se producir cavitacin en elinterior de la bomba. Las zonas de vaporizacinobstruyen el flujo limitando la capacidad de lasbombas y su implosin puede producir el picado delimpulsor. La cavitacin se traduce por ruidos,vibraciones, disminucin de la carga que suministrala bomba y de su rendimiento, y con el tiempo poruna erosin del impulsor. 33. CARGA NETA DE SUCCIN POSITIVA (NPSHNET POSITIVE SUCTION HEAD).Para evitar la cavitacin es necesario que la presinabsoluta de succin de la bomba sea mayor que lapresin de vapor del lquido a la temperatura de trabajo.La diferencia entre estas dos presiones, en unidades delongitud, es lo que se define como la carga neta desuccin positiva o NPSH.Ps: Presin absoluta.Po=Pv: Presin de vaporLa presin que ejerce un lquido sobre lo que lorodea depende de su temperatura. Esa presinllamada presin de vapor, es una caracterstica propiade cada fluido y aumenta con la temperatura. Sedefinen dos cargas de succin positiva, NPSH, la quedepende del sistema, y se le denomina NPSHdisponible y la que suministra el fabricante, NPSHrequerida. 34. CARGA NETA DE SUCCIN POSITIVA (NPSHNET POSITIVE SUCTION HEAD).N.P.S.H disponibleLa carga neta de succin positiva disponible NPSHDes funcin del sistema en el que trabaja la bomba ydepende de la carga esttica de succin, la carga defriccin de la succin y la presin de vapor del lquido ala temperatura de bombeo. Si se vara cualquiera deestas cargas la disponible puede alterarse. 35. CARGA NETA DE SUCCIN POSITIVA (NPSHNET POSITIVE SUCTION HEAD).N.P.S.H requeridoLa carga neta de succin positiva requerida NPSHR,depende slo del diseo de la bomba y es unacaracterstica que el fabricante proporciona junto conlas otras curvas caractersticas vistas anteriormente. LaNPSHR contempla una serie de variables como son:forma, ngulo de ataque del impulsor, dimensiones en laszonas de succin, de modo de mantener la presin en laentrada en el rodete de la bomba por encima de lapresin de vapor del lquido. 36. CARGA NETA DE SUCCIN POSITIVA (NPSHNET POSITIVE SUCTION HEAD).Curvas del NPSH disponible y NPSH requeridoLa NPSHD se reducecuando el caudal vaaumentando, esto esdebido, a las prdidas porfriccin en la tubera desuccin. Mientras que laNPSHR, que es funcin dela velocidad en la tuberade succin aumenta conel cuadrado de sucapacidad. 37. CARGA NETA DE SUCCIN POSITIVA (NPSHNET POSITIVE SUCTION HEAD).Para aumentar la NPHS disponible se pueden seguirlas siguientes sugerencias, cabe destacar que stasvan a depender del sistema que se este trabajando. Elevar el nivel de lquido. Bajar la bomba. Reducir los accesorios y la longitud de la tuberade succin. Aumentar el dimetro en la succin. Si el lquido est caliente, se puede enfriarintercalando un intercambiador de calor, con loque la presin de vapor del lquido disminuye. 38. CARGA NETA DE SUCCIN POSITIVA (NPSHNET POSITIVE SUCTION HEAD).Para aumentar la NPHS requerido se recomienda: Velocidades de rotacin de la bomba ms baja. Impulsor de doble succin. Ojo del impulsor ms grande. Varias bombas pequeas en paralelo.