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Una introducción a las bombas centrífugas y su selección
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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL“FRANCISCO DE MIRANDA”
ÁREA DE TECNOLOGÍADEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA
U.C MECÁNICA DE FLUIDOS
SANTA DE CORO; JULIO 2014
MÁQUINAS HIDRÁULICAS.
Las máquinas hidráulicas son en lo esencial, dispositivospara realizar intercambio de energía entre un sistemamecánico y un medio fluido, es decir, que son capaces detransformar energía mecánica en energía fluida (hidráulica)o viceversa. Estas máquinas hidráulicas son denominadasbombas.
Las máquinas hidráulicas pueden clasificarse según suprincipio de operación como:
Máquinas de desplazamiento Positivo
Máquinas rotodinámicas o centrífugas
BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO
POSITIVO.
Son las que desplazan liquido, mediante la creación de undesequilibrio de presiones dentro de un entorno cerrado.Este desequilibrio hace que el líquido se mueva de un lugara otro en un intento de equilibrar la presión. “Elmovimientodel desplazamiento positivo” consiste en el movimiento deun fluido causado por la disminución del volumen de unacámara.
Las bombas de desplazamiento positivo funcionan conbajas capacidades y altas presiones en relación con sutamaño y costo. Este tipo de bomba resulta el más útil parapresiones extremadamente altas, para operación manual,para descargas relativamente bajas, para operación a bajavelocidad, para succiones variables y para pozos profundoscuando la capacidad de bombeo requerida es muy poca.
BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO
POSITIVO.
Clasificación:
BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO
POSITIVO.
Usos más corrientes:
Bombeo en pozos llanos
Bombeo en pozos profundos.
Para niveles de agua variable.
Bombas de incendio.
Bombas de transferencia y circulación.
Operación por molinos de viento.
Altas cargas a presión.
Alimentación de calderas.
Bombeo de aceite y gasolina.
Fumigadores de cosechas
BOMBAS CENTRÍFUGAS.
Su propósito es convertir energía de un primer elemento (un
motor eléctrico o turbina) primero en velocidad o energía cinética
y luego en energía de presión de un fluido que esté bombeándose.
Los cambios de energía ocurren en virtud de dos partes
principales de la bomba, el impulsor y el en espiral o difusor. El
impulsor es la parte que está girando y convierte la energía de la
máquina en energía cinética. El en espiral o el difusor es la parte
estacionaria que convierte la energía cinética en energía de
presión.
CLASIFICACIÓN DE BOMBAS
CENTRÍFUGAS.
Bombas Centrífugas
La dirección del flujo
Según
Axiales.Mixtas.Radiales
El número de etapas
El tipo de Difusor
El tipo de Succión
La posición del eje
La construcción de la carcaza
La construcción del rotor
Horizontales.Verticales .Inclinadas
Etapa Simple.Multietapa
Simple.Doble
De Voluta.Circular.Álabes Fijos
Abierto.Cerrado
Sin división.Dividido horizontal.Dividido Perpendicular.
CLASIFICACIÓN DE BOMBAS
CENTRÍFUGAS.
Según la velocidad específica (Ns).
La velocidad específica es un número adimensional el
cual es función del caudal, la velocidad de rotación o
rpm del motor y la carga o altura de bombeo. La
velocidad específica Ns de una bomba se expresa en
el sistema inglés, como:
Ésta relaciona los tres parámetros fundamentales
de funcionamiento Q, H y N (rpm). Estos valores se
toman en el punto de máxima eficiencia de la
curva característica.
CLASIFICACIÓN DE BOMBAS
CENTRÍFUGAS.
Según la velocidad específica (Ns).
Según el valor de Ns, pueden distinguirse varios tipo de
bombas:
Ns menor a 10. Bombas periféricas o tipo turbina.
Ns de 10 a 20: Bombas radiales o centrífugas.
Ns de 20 a 35: Bombas de tipo radial o Francis.
Ns de 35 a 80: Bombas Francis de tipo hélice o
helicoidal.
Ns de 80 a 135: Bombas de flujo mixto.
Ns de 135 a 270: Bombas de flujo a axial o de propela.
CLASIFICACIÓN DE BOMBAS
CENTRÍFUGAS.
Según la velocidad específica (Ns).
Gráfica que muestra el tipo de impulsor según la velocidad
específica
PARTES DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA.
IMPULSOR.
DIFUSOR.
TÉRMINOS
FUNDAMENTALES.
Caudal o capacidad de la bomba: es el volumen de
líquido impulsado por una bomba en una unidad de
tiempo.
Carga estática de succión: Es la distancia vertical
desde el nivel de líquido de succión hasta la línea
central de la bomba.
Carga estática de descarga: Es la distancia vertical
desde el nivel de líquido de descarga y la línea central
de la bomba.
Carga estática total: Es la distancia vertical entre los
niveles del líquido en los puntos de succión y descarga.
TÉRMINOS
FUNDAMENTALES.
Carga de fricción: Es la carga, expresada en unidades
de longitud, necesaria para vencer la resistencia de las
tuberías de succión, descarga y los accesorios que
contenga el sistema.
Presión de succión: Se refiere a la altura desde la cual
el fluido puede ser succionado por la bomba,
pudiendo ser presión de succión positiva o negativa,
dependiendo de la posición relativa de la bomba con
el nivel el fluido.
Presión de descarga: Se refiere a la altura a la cual
puede ser bombeado un fluido.
Carga de la bomba o altura de bombeo: Caracteriza a
la energía específica cedida por la bomba al líquido.
TÉRMINOS
FUNDAMENTALES.
TÉRMINOS
FUNDAMENTALES.
TÉRMINOS
FUNDAMENTALES.
Carga de la bomba o altura de bombeo:
Pérdidas, Potencia y Eficiencia de una bomba:
Desde la brida de entrada ubicada en la succión de la
bomba hasta la brida de salida ubicada en la descarga,
se producen pérdidas hidráulicas, volumétricas y pérdidasmecánicas.
Pérdidas hidráulicas: Se generan por el rozamiento
del fluido con las paredes de la bomba (impulsor,
corona, voluta) o de las partículas del fluido entre sí
en los cambios de dirección.
TÉRMINOS
FUNDAMENTALES.
Pérdidas volumétricas: son pérdidas de caudal
tanto exterior (a través del prensaestopas) como
interior, éstas últimas son mas importantes y reducen
el rendimiento volumétrico de algunas bombas. Se
producen por la recirculación del flujo que se da
entre el impulsor y la carcasa.
Pérdidas mecánicas: incluye las pérdidas por
rozamiento entre el prensaestopas con el eje de la
bomba, accionamiento de elementos auxiliares
como bomba de engranajes para lubricación,
cuenta revoluciones, entre otras.
TÉRMINOS
FUNDAMENTALES.
Potencia Hidráulica (Potencia útil): es aquella
encargada de impulsar el caudal útil (Qb) a la alturaútil (Hb) de un líquido de peso específico (γ) y viene
dada por:
Potencia de accionamiento: (denominada
también potencia absorbida, al freno en el eje), es
aquella potencia mecánica que la bomba absorbe
y viene dada por:
Donde ω s la velocidad angular en el eje y M es el
torque. Así pues, la razón entre la potencia hidráulicay la de accionamiento es la eficiencia de la bomba.
TÉRMINOS
FUNDAMENTALES.
Eficiencia de la bomba: es denominada
eficiencia total ya que toma en cuenta las pérdidas
hidráulicas, volumétricas y mecánicas. Viene dada
por:
Potencia del motor: Se determina
incrementándole un porcentaje a la Potencia
absorbida. Se debe tener en cuenta los siguientes
incrementos:
Hasta 7,5 Kw, aprox. 20%
Desde 7,5 Kw hasta 40 Kw, aprox. el 15%
Desde 40 Kw en adelante 10%
TÉRMINOS
FUNDAMENTALES.
Velocidad de rotación: Mediante el
accionamiento de motores trifásicos resultan las
velocidades de servicio que se muestra en el
cuadro. Sin embargo en la práctica los motores
giran a una velocidad ligeramente mayor a la
indicada en la placa, por lo que estas diferencias
pudieran ser tenidas en cuenta en el
dimensionamiento del equipo. Se pueden obtener
otras velocidades con el uso de algún tipo de
transmisión como engranajes, correas, etc.
Números de polos del motor
2 4 6 8 10 12 14
Frecuencia Velocidad en rev/min (rpm)
50 Hz 2900 1450 960 725 580 480 415
60 Hz 3500 1750 1160 875 700 580 500
CURVA CARACTERÍSTICA.
Las curvas características de una bomba centrifuga
se presentan, representando gráficamente, la carga de
la bomba, H, la potencia requerida o potencia al freno,
N, y el rendimiento, η, con respecto al caudal, Q, a una
velocidad de rotación constante. Estas curvas
características se determinan, normalmente por los
fabricantes, mediante ensayos de laboratorio.
Curvas de una bomba centrifuga con velocidad de
rotación constante:
CURVA CARACTERÍSTICA.
Las condiciones óptimas de
operación de una bomba, se
pueden obtener trabajando
cerca del Punto de Máximo
Rendimiento, PMR, es decir,
donde la ordenada que pasa por
el PMR, corta a la curva de carga
de la bomba, tal como se
muestra en la figura
Curvas características de
una bomba centrifuga
CURVA CARACTERÍSTICA.
Curvas características de una bomba centrifuga con
diferentes diámetros de impulsores
Curva característica de una bomba centrifuga con curvas de igual
rendimiento y con impulsores de diferentes diámetros.
CURVA CARACTERÍSTICA.
Curvas de una bomba centrifuga con velocidades de
rotación diferentes
Curva característica de una bomba centrifuga a varias velocidades de
rotación con líneas de igual rendimiento..
CURVA CARACTERÍSTICA.
Gráficas de curvas características compuestas.
CURVA CARACTERÍSTICA.
CURVA CARACTERÍSTICA.
Curva de demanda del sistema
La curva de demanda del sistema, es una gráfica
de H=f (Q), que toma en cuenta el caudal, la carga
estática total, la carga de fricción, la carga dinámica
de todo el sistema y la presión deseada expresada en
unidades de longitud. Esta curva es la forma más fácil y
exacta de decidir cual es la bomba que mejor se
adapta a una aplicación.
La curva de demanda del sistema para esta
configuración o sistema de bombeo, se obtiene al
aplicar la ecuación de Bernoulli.
CURVA CARACTERÍSTICA.
Curva de demanda del sistema
CURVA CARACTERÍSTICA.
Punto de operación de una bomba
La forma en la que una bomba trabaja no
depende solamente de las características de
funcionamiento de la bomba, sino también de las
características del sistema en el cual va a trabajar. Para
obtener el punto de operación se debe graficar en un
mismo papel, la curva característica de la bomba, con
la curva de demanda del sistema.
El punto de intersección de las curvas determina
los valores de la altura de bombeo, Hbombeo y el
caudal de operación, Qoper. Este punto puede ser, o
no, el punto de máximo rendimiento para la bomba.
Si el punto de operación no esta cerca del Punto de
Máximo Rendimiento, significa que la bomba no es la
adecuada para las condiciones que se requieren y
habrá que elegir otra bomba.
CAVITACIÓN.
La cavitación es la evaporación de un líquido
en una tubería cuando su presión disminuye por
debajo de la presión de vapor. La cavitación es un
factor importante que se debe evitar para el
funcionamiento satisfactorio de una bomba.
Cuando el líquido pasa por el impulsor de una
bomba, se produce un cambio de presión. Si la
presión absoluta del líquido cae por debajo de su
presión de vapor, se producirá cavitación en el
interior de la bomba. Las zonas de vaporización
obstruyen el flujo limitando la capacidad de las
bombas y su implosión puede producir el picado del
impulsor. La cavitación se traduce por ruidos,
vibraciones, disminución de la carga que suministra
la bomba y de su rendimiento, y con el tiempo por
una erosión del impulsor.
CARGA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA (NPSH
NET POSITIVE SUCTION HEAD).
Para evitar la cavitación es necesario que la presión
absoluta de succión de la bomba sea mayor que la
presión de vapor del líquido a la temperatura de trabajo.
La diferencia entre estas dos presiones, en unidades de
longitud, es lo que se define como la carga neta de
succión positiva o NPSH.
La presión que ejerce un líquido sobre lo que lo
rodea depende de su temperatura. Esa presión
llamada presión de vapor, es una característica propia
de cada fluido y aumenta con la temperatura. Se
definen dos cargas de succión positiva, NPSH, la que
depende del sistema, y se le denomina NPSH
disponible y la que suministra el fabricante, NPSH
requerida.
Ps: Presión absoluta.
Po=Pv: Presión de vapor
CARGA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA (NPSH
NET POSITIVE SUCTION HEAD).
N.P.S.H disponible
La carga neta de succión positiva disponible NPSHD
es función del sistema en el que trabaja la bomba y
depende de la carga estática de succión, la carga de
fricción de la succión y la presión de vapor del líquido a
la temperatura de bombeo. Si se varía cualquiera de
estas cargas la disponible puede alterarse.
CARGA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA (NPSH
NET POSITIVE SUCTION HEAD).
N.P.S.H requerido
La carga neta de succión positiva requerida NPSHR,
depende sólo del diseño de la bomba y es una
característica que el fabricante proporciona junto con
las otras curvas características vistas anteriormente. La
NPSHR contempla una serie de variables como son:
forma, ángulo de ataque del impulsor, dimensiones en las
zonas de succión, de modo de mantener la presión en la
entrada en el rodete de la bomba por encima de la
presión de vapor del líquido.
CARGA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA (NPSH
NET POSITIVE SUCTION HEAD).
Curvas del NPSH disponible y NPSH requerido
La NPSHD se reduce
cuando el caudal va
aumentando, esto es
debido, a las pérdidas por
fricción en la tubería de
succión. Mientras que la
NPSHR, que es función de
la velocidad en la tubería
de succión aumenta con
el cuadrado de sucapacidad.
CARGA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA (NPSH
NET POSITIVE SUCTION HEAD).
Para aumentar la NPHS disponible se pueden seguir
las siguientes sugerencias, cabe destacar que éstas
van a depender del sistema que se este trabajando.
Elevar el nivel de líquido.
Bajar la bomba.
Reducir los accesorios y la longitud de la tubería
de succión.
Aumentar el diámetro en la succión.
Si el líquido está caliente, se puede enfriar
intercalando un intercambiador de calor, con lo
que la presión de vapor del líquido disminuye.
CARGA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA (NPSH
NET POSITIVE SUCTION HEAD).
Para aumentar la NPHS requerido se recomienda:
Velocidades de rotación de la bomba más baja.
Impulsor de doble succión.
Ojo del impulsor más grande.
Varias bombas pequeñas en paralelo.
