(Microsoft PowerPoint - Presentaci\363n bombas.ppt)
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Máquinas hidráulicas Bombas para líquidos Desplazamiento positivo Bomba de paletas Desplazamiento positivo Bomba de lóbulos Desplazamiento positivo Bombas de pistón Desplazamiento positivo Bomba de diafragma Bombas cinéticas de rotor giratorio Esquema de una bomba de flujo radial o centrífuga La energía o altura de carga es impartida al fluido por acción centrífuga. El tipo más común de bomba es la de voluta, donde el fluido es desplazado por un impulsor de alta velocidad radialmente hacia afuera y dentro de un casco en espiral que se amplía progresivamente transformando energía cinética en trabajo de flujo (energía de presión) Esquema de una bomba de flujo radial o centrífuga con corte lateral Fenómeno de la impulsión rotodinámica Fenómeno de la impulsión rotodinámica ∑M = ∫ A ρ r × v (v ⋅ n )dA Balance de cantidad de movimiento Angular en un volumen de control fijo T = ρ Q (r 2 V t 2 − r1 V t 1 ) ϖ T = ρ Q (u2 Vt 2 − u1 Vt1 ) ϖ T = ρ Q (u2 V2 cos α 2 − u1 V1 cos α1 ) ( u 2 V2 cos α 2 − u1 V1 cos α1 ) ϖT HT = = g ρ gQ Fenómeno de la impulsión rotodinámica v12 = u12 + V12 − 2 u1 V1 cos α1 v 22 = u22 + V22 − 2 u2 V2 cos α 2 Por el teorema del coseno en los triángulos de velocidades ( ) ( V22 − V12 v12 − u12 − v 22 − u22 HT = + 2g 2g ) Fenómeno de la impulsión rotodinámica p2 − p1 V22 − V12 HT = + z2 − z1 + ρg 2g ( Balance de Energía Mecánica ) ( V22 − V12 v12 − u12 − v 22 − u 22 HT = + 2g 2g ) Eliminando HT: p1 v12 − u12 p2 v 22 − u 22 + z1 + = + z2 + 2g 2g ρg ρg p2 − p1 = ρ ( [ v 2 2 1 ) ( Ecuación de Bernoulli en coordenadas rotatorias − u12 − v 22 − u 22 )] Despreciando ∆z Fenómeno de la impulsión rotodinámica ( u2 V2 cos α 2 − u1 V1 cos α1 ) ϖT = HT = g ρ gQ HT máxima para α1 = 90 V2 cos α 2 = u2 −Vn 2 cot β 2 u2 Vn 2 cot β 2 u22 HT = − g g u2 = ϖ r2 Vn2 Q = 2 π r2 b 2 HT = ϖ 2 r22 g ϖ cot β 2 Q − 2 π b2 g Fenómeno de la impulsión rotodinámica HT = ϖ 2 r22 g ϖ cot β 2 − Q 2 π b2 g HT = a0 − a1 Q Función lineal debido a las simplificaciones realizadas Sistema típico de bombeo v2 p − w = ∆ +z+ + u = ∆h ρg 2g . ps hs = zs + − hf s ρg pd hd = zd + + hf d ρg Sistema típico de bombeo ∆h = (zd − zs ANPA = zs ( p + d − pvp ) ρg − hf s Altura neta positiva de aspiración ANPA disponible = hs − pvp ρg ( pd − p s ) )+ + (h ρg fd + hf s ) Balance de energía mecánica Presión del vapor de agua Aspiración desde la presión atmosférica Cavitación: diagrama de estado del agua Curva característica real de carga vs caudal de una bomba centrífuga de voluta Máxima altura de carga Aumenta con la viscosidad Para velocidad rotacional cte. ∆p = ρ g ∆h 0 Curva de carga total de la bomba y de carga requerida por el sistema en función del caudal Punto de operación (Para flujo laminar se transforma en una recta) 0 ANPA disponible y requerido por la bomba en función del caudal PE = ρ g Q ∆h Potencia de bombeo Eficiencia <1 Región de operación normal η= PE Psu min istrada a la bomba Efecto de ANPA disponible insuficiente en el funcionamiento de una bomba centrífuga Efecto del estrangulamiento producido por una válvula en la salida de la bomba Efecto de agregar factores de seguridad a los requerimientos del sistema Relaciones de las bombas centrífugas 3 PE = C1 ρ N D 5 ∆h PE = C2 Q ∆h 3 Q = C3 N D N Q 3 ∆h = C4 N D 2 3 = C4 N D 3 (2) = cons (3), de 1 y 2 = const Raiz de (3) 2 (1) N Q 2 2 2 ∆h 3 2 3 ∆h 3 4 Velocidad específica Leyes de afinidad de las bombas centrífugas homólogas o geométricamente semejantes Q1 N1 D1 = Q 2 N 2 D2 ∆h1 N1 = ∆h2 N 2 2 3 D1 D2 2 PE 1 N1 = PE 2 N 2 3 D1 D2 ANPA1 N1 = ANPA2 N 2 2 5 D1 D2 2 Leyes de afinidad de las bombas centrífugas de diámetro levemente distintos Q1 N1 D1 = Q2 N 2 D2 ∆h1 N1 = ∆h2 N 2 PE 1 N1 = PE 2 N 2 2 3 D1 D2 D1 D2 2 3 D1 ≈ D2 Punto de operación para bombas centrífugas en paralelo ∆hT = ∆h1 = ∆h2 P. F, B2 P. F, B1 Q1 Q2 QT QT = Q1 + Q2 Punto de operación para bombas centrífugas en serie ∆hT = ∆h1 + ∆h2 QT = Q1 = Q2 P. F, B2 P. F, B1 Factores en la selección de una bomba • Líquidos de alta viscosidad: se impulsan con bombas de desplazamiento positivo. Las bombas centrífugas son ineficientes para viscosidades elevadas debido a la disminución del ANPA disponible • Líquidos pseudoplásticos: su viscosidad disminuye con la velocidad de bombeo, por lo tanto son apropiadas las bombas centrífugas. • Líquidos dilatantes: su viscosidad aumenta con la velocidad de bombeo por lo cual es ventajoso utilizar bombas de desplazamiento positivo a bajas frecuencias • En todos los casos debe tenerse en cuenta la presión de vapor del líquido para la temperatura de bombeo para evitar la cavitación Conclusión • Las bombas centrífugas son menos costosas, de más largo uso y más sólidas y resistentes que las de desplazamiento positivo. Sin embargo no son convenientes para bombear líquidos de alta viscosidad o líquidos que variarán su viscosidad cuando son impulsados.
