INTEGRANTES: BLANCO BAREA CHRISTIAN Y. QUIÑONES CESPEDES FRANK EDUARDO BOMBAS OBJETIVO GENERAL. CONOCER QUE BOMBAS EXISTEN EN LA MECANICA DE FLUIDOS OBJETIVOS ESPECIFICOS.• • • • APRENDER A CALCULAR EL RENDIMIENTO DE UNA BOMBA. DONDE UBICAR UNA BOMBA EN UN SISTEMA DE TUBERIAS. CONOCER LAS LEYES DE AFINIDAD. APRENDER A INTERPRETAR LOS DIFERENTES DIAGRAMAS. INTRODUCCION: Las bombas se utilizan para impulsar líquidos a través de sistemas de tuberías. Al despejar “ha” de la ecuación general de la energía se llega a : ha= TDH (carga dinámica total) En general, debe elevar la presión del fluido, desde la que tiene en la fuente P1, hasta la que tendrá en el punto de destino P2. Debe subir el fluido, desde el nivel de la fuente Z1 al nivel del destino Z2. Tiene que incrementar la carga de velocidad en el punto 1 a la del punto 2. Se necesita que compense cualesquiera perdidas de energía en el sistema, debido a la fricción en las tuberías, válvulas, acoplamientos, componentes del proceso o cambios en el área o dirección del flujo. POTENCIA QUE UNA BOMBA TRANSMITE AL FLUIDO. Pa haQ a PARAMETROS PARA SELECCIONAR UNA BOMBA Naturaleza del liquido por bombear. Capacidad requerida (flujo volumétrico) Condiciones del lado de succión (entrada) de la bomba Condiciones del lado de descarga (salida) de la bomba. Carga total sobre la bomba (ha) Costo de operación de la bomba CLASIFICACION DE LAS BOMBAS BOMBAS DE ENGRANES Se usa para aplicaciones en potencia de fluidos Se compone de dos engranes que giran dentro de una carcasa, en sentido contrario y muy ajustados uno con el otro. Las bombas de engranes desarrollan presiones en el sistema en el rango de 1500 a 4000(PSI). Con unidades de tamaño diferente es posible tener flujos volumétricos de 1 a 50 (gal/min). BOMBAS DE PISTON Los pistones llevan en forma alternada fluido al interior de sus cilindros a través de válvulas de succión y luego lo fuerzan a salir por válvulas de descarga contra la presión del sistema. La capacidad de presión llega hasta 5000(PSI). BOMBAS DE ASPAS Se utilizan también para potencia de fluido. Un anillo de levas en la carcasa controla la posición radial de las aspas. La selección de la entrega variable es manual, eléctrica, hidráulica o neumática, para adecuar el rendimiento de la unidad de potencia de fluido a las necesidades del sistema que se opera. Las capacidades comunes de presión van desde 2000 a 4000 (PSI) BOMBAS DE TORNILLO Estas son mas eficaces que las anteriores debido a que no distribuyen un flujo por impulsos hacia la Salida. Las bombas de tornillo operan a 3000 (PSI) nominales, funcionan a velocidades alta y son mas silenciosas que la mayoría de otros tipos de bombas hidráulicas BOMBAS DE CAVIDAD PROGRESIVA También produce un flujo suave que no pulsa, y se utiliza para enviar fluidos de procesos, más que en aplicaciones hidráulicas. Entre el rotor metálico y el estator de caucho existe un acoplamiento de compresión, con objeto de reducir el balanceo y mejorar la eficiencia. Las capacidades de flujo llegan a ser de hasta 1860 (gal/min) y la capacidad de presión alcanza 900(PSI) BOMBAS DE LOBULO Llamada a veces bomba de levas, operan en forma similar a la de engranes. Los dos rotores que giran en sentido contrario tienen dos, tres o mas lóbulos que coincide uno con otro. El fluido se mueve alrededor de la cavidad formada entre los lóbulos contiguos BOMBAS DE PISTON PARA TRANSFERENCIA DE FLUIDO Se clasifican como simplex (de acción única) o dúplex (de acción doble) en principio son similares a las de pistón de potencia de fluido, pero es común que tengan una capacidad de flujo mayor y operen a presiones bajas. Por lo general operan por medio de un impulsor tipo cigüeñal, en lugar de la placa de derrame. BOMBAS DE DIAFRAGMA Una ventaja de este tipo de bomba es que solo el diafragma entra en contacto con el fluido, con lo que se elimina la contaminación provocada por los elementos de operación. La mayor parte son de actuación doble con dos diafragmas en lados opuestos de la bomba. Estas bomba son impulsadas por aire comprimido que se opera por medio de una válvula de control direccional BOMBAS PERISTALTICAS Son únicas en cuanto a que el fluido se captura por completo dentro de un tubo flexible a través del ciclo de bombeo. El diseño elimina la posibilidad de que el producto se contamine, lo que hace atractiva estas bombas para las aplicaciones químicas, industriales y científicas RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS RECIPROCANTES RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS RECIPROCANTES La entrega de fluido se suaviza proporcionalmente al número de pistones. RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS ROTATORIAS BOMBAS CINETICAS Agregan energía al fluido cuando lo aceleran con la rotación de un impulsor. Una bomba centrifuga de flujo radial, que es el tipo mas común de bomba cinética. El tipo de impulsor que la bomba tenga (flujo axial 9 depende de la acción hidrodinámica de las aspas el impulsor para elevar y acelerar el fluido en forma axial, a lo largo de una trayectoria paralela al eje de este. La bomba de flujo mixto incorpora ciertas acciones tanto del tipo centrifugo radial como del impulsor. BOMBAS DE CHORRO Se utilizan con frecuencia en sistemas hidráulicos domésticos, esta compuestas por una bomba centrifuga junto con un ensamble de chorro o eyector. La bomba envía agua a presión para abajo, por el pozo, a través del tubo de presión y hacia una boquilla. El chorro que sale de la boquilla crea un vacio tras de si, lo que hace que el agua del pozo salga junto con el chorro. La corriente combinada pasa a través de un difusor, donde el flujo disminuye su velocidad, y así convierte la energía cinética del agua en presión. Debido a que el difusor se encuentra dentro del tubo de succión, el agua es conducida a la entrada de la bomba, donde es movida por el impulsor. Parte del flujo de salida se descarga al sistema que se suministra y el resto vuelve a circular hacia el chorro para que la operación continúe. BOMBAS SUMERGIBLES Estan diseñadas de modo que pueda sumergirse todo el conjunto de la bomba centrifuga, el motor impulsor y los aparatos de succión y descarga. La succión de la bomba está en el fondo, donde fluye el agua a través de un filtro y hacia el ojo del impulsor resistente a la abrasión. El motor seco se encuentra sellado en el centro de la bomba BOMBAS DE AUTOARRANQUE Es esencial que existan las condiciones adecuadas en el puerto de succión de una bomba cuando ésta arranque, con objeto de garantizar que el fluido llegue al impulsor y se establezca un flujo estable de mezcla. Cuando arranca, el impulsor comienza a jalar aire y agua de la tubería de succión hacia la carcasa. Cierta cantidad del agua que se bombea vuelve a circular, con objeto de mantener la acción de bombeo. De modo simultaneo, el aire sale del puerto de descarga y el proceso continúa hasta que se establece un flujo de liquido solamente. Tales bombas son capaces de elevar un fluido a 25 pies. BOMBAS VERTICALES DE TURBINA La bomba se monta directamente al tanque, en una brida soportando la carga de descarga donde esta conectada la tubería de salida. El impulsor inferior lleva fluido a la boquilla de succión y lo mueve hacia arriba al impulsor siguiente. Cada etapa incrementa la capacidad de carga de la bomba. Los impulsores se mueven por medio de un eje conectado a un motor eléctrico que se halla sobre la unidad BOMBAS CENTRIFUGAS DE MOLINO Cuando es necesario bombear líquidos que contienen una variedad de sólidos, una buena solución es utilizar una bomba con un molino integrado a ella. El molino se halla adjunto al eje impulsor en entrada de la bomba, de modo que reduce el tamaño de los sólidos antes de que pasen al impulsor y vayan al tubo de descarga para su disposición final. CAPACIDAD versus CARGA TOTAL CAPACIDAD versus CARGA TOTAL, EFICIENCIA Y POTENCIA La operación normal debe estar en la vecindad del pico de la curva de la eficiencia, con eficiencias que por lo común están en el rango de 60 a 80 %, para bombas centrifugas LEYES DE AFINIDAD PARA BOMBAS CENTRIFUGAS Es importante entender la manera en que varían la capacidad, la carga y la potencia, cuando se modifica la velocidad o el diámetro del impulsor, a setas relaciones se las denomina leyes de afinidad. El símbolo N se refiere a la velocidad de rotación del impulsor, por lo general en revoluciones por minuto (rpm) CUANDO LA VELOCIDAD VARÍA: CUANDO EL DIAMETRO DEL IMPULSOR VARIA: Ejemplo 1.Suponga que la bomba cuyos datos de rendimiento están graficados en la (curva decapacidad versus carga total, eficiencia y potencia), operaba a una velocidad de rotación de 1750 (rpm) y que el diámetro del impulsor era de 13 (plg). En primer lugar determine la carga que daría lugar a una capacidad de 1500 (gal/min), y la potencia que se necesitaría para impulsar las bomba. Después , calcule el rendimiento para una velocidad de 1250 (rpm) RENDIMIENTO DE UNA LINEA DE BOMBAS CENTRIFUGAS Permite determinar con rapidez el tamaño de las bomba EFECTO DEL TAMAÑO DEL IMPULSOR Efecto de la velocidad POTENCIA REQUERIDA La bomba con un impulsor de 8 (plg) enviara 215 (gal/min) contra una carga total de 250 (pies) de fluido. En esas condiciones necesitaría 23 (hp). La misma bomba enviara 280 (gal/min) a 200 (pies), y consumirá 26 (hp) EFICIENCIA Carga de succión neta positiva que se requiere Un factor importante por considerar en la aplicación de una bomba es NPSH R La NPSH Rse relaciona con la presión en la entrada de la bomba. Para este análisis basta con decir que es deseable una NPSH A baja GRAFICA DE RENDIMIENTO COMPUESTO EJEMPLO 2.Una bomba centrifuga debe entregar al menos 250 (gal/min) de agua, a una carga total de 300 pies de agua. Especifique la bomba apropiada. Mencione sus características de rendimiento GRAFICAS ADICIONALES DE RENDIMIENTO RENDIMIENTO DE UNA BOMBA CENTRIFUGA DE 1 ½ X 3-6 A 1750 (RPM) RENDIMIENTO DE UNA BOMBA CENTRIFUGA DE 3 X 4-10 A 1750 (RPM) RENDIMIENTO DE UNA BOMBA CENTRIFUGA DE 3 X 4-13 A 1780 (RPM) RENDIMIENTO DE UNA BOMBA CENTRIFUGA DE 6 X 8-17 A 1780 (RPM) RENDIMIENTO DE UNA BOMBA CENTRIFUGA DE 2 X 3-8 A 3560 (RPM) RENDIMIENTO DE UNA BOMBA CENTRIFUGA DE 1 1/2 X 3-13 A 3560 (RPM) EL PUNTO DE OPERACIÓN DE UNA BOMBA Y LA SELECCIÓN DE ESTA El punto de operación de una bomba se define como el flujo volumétrico que enviara cuando se instale en un sistema dado. La carga total que desarrolla la bomba se determina por medio de la resistencia del sistema que corresponde a la misma del flujo volumétrico. En la figura podemos observar este concepto, en el extremo izquierdo, la curva comienza con un valor especifico de carga total correspondiente a un flujo volumétrico igual a cero. Este ilustra la resistencia del sistema antes que se establezca flujo alguno. Pero la bomba lleva el fluido a la elevación del punto de destino en el sistema y mantiene la presión en dicho lugar. Este punto se denomina carga estática total h0 h 0 P P 2 1 z z 2 1 γ Hay que recordar que las perdidas de energía son proporcionales a la carga de presión en los tubos y por tanto, aumenta de acuerdo con el cuadrado del flujo volumétrico. Esto tiene que ver con la forma dela curva exponencial. El punto de operación verdadero de la bomba de este sistema es donde se intersecta la curva de este con la curva de rendimiento de la bomba. Esto determina cuánto flujo se envía en realidad hacia el sistema. Una vez que se activa, la bomba buscara en forma automática este punto de operación. Así, cuando opera en este punto, la bomba envía un flujo volumétrico Q1 contra una carga total h1. CARGA DE SUCCION NETA POSITIVA Una parte importante de la selección de la bomba es garantizar que la condición del fluido que entra a la bomba sea la apropiada para mantener un flujo completo de liquido. El factor principal es la presión del fluido en la entrada da la bomba, al que es común llamar puerto de succión. Es responsabilidad del diseñador garantizar que no haya cavitación. La tendencia a la formación de burbujas de vapor depende de la naturaleza del fluido, su temperatura y la presión en la succión. PRESION DE VAPOR Y CARGA DE PRESION DEL VAPOR DEL AGUA NPSH (NET POSITIVE SUCTION HEAD) El American National Standards Institute (ANSI) y el Hidraulic Institute (HI) emiten juntos estándares que especifican un margen mínimo de 10 % para la NPSH A sobre laNPSH R . Al margen NPSH, M, se define como: M NPSH NPSH A R Es decir: NPSH 1.10NPSH A R CALCULO DE LA NPSHA Depende de la presión de vapor del fluido que se bombea, las perdidas de energía en el tubo de succión, la ubicación del almacenamiento del fluido y la presión de vapor que se aplica a este. Es decir: NPSH h h h h A sp S f vp En la figura se ilustra estos términos y se define a continuación, la figura (a) incluye un almacenamiento presurizado colocado sobre la bomba. La figura (b) se muestra la bomba que impulsa el fluido desde un almacenamiento abierto que se encuentra debajo de ella. PSP= Presión estática (absoluta) sobre el fluido en el depósito. h =Carga de presión estática (absoluta) sobre el fluido en el almacenamiento, SP (pies) o (m) de liquido hSP PSP h =Diferencia de elevación desde el nivel de fluido en el depósito a la línea S central de la entrada de succión de la bomba. (pies) o (m). Si la bomba está abajo del depósito, hs , es positiva Si la bomba está arriba del depósito, hs , es negativa h =Perdida de carga en la tubería de succión, debido a la fricción y perdidas f menores. (pies) o (m). P =Presión de vapor (absoluta) del liquido a la temperatura a que se bombea. VP h =Carga de presión de vapor del liquido a la temperatura de bombeo. (pies) VP o (m) h VP P VP EFECTO DE LA VELOCIDAD DE LA BOMBA SOBRE LA NPSH Si la bomba opera a velocidad diferente, la NPSH que se requiere a la velocidad nueva se calcula a partir: NPSH R 2 N 2 N 1 2 NPSH R 1 Donde los subíndices 1 y 2 se refieren a los datos del catalogo y alas condiciones con la velocidad nueva de operación, respectivamente. Ala velocidad de la bomba en rpm se denota con N. EJEMPLO 3.- DETALLES DE LA LINEA DE SUCCION • La línea de succión se refiere a todas las partes del sistema de flujo, desde la fuente del fluido a la entrada de la bomba. • Las bombas de desplazamiento positivo pueden elevar fluidos cerca de 8 (m). • La mayoría de las bombas centrifugas, la bomba debe iniciarse de forma artificial, llenando la línea de succión con fluido. • Esto se realiza con suministro auxiliar de liquido durante el arranque, o con la creación de un vacio sobre la carcasa de la bomba, lo que ocasiona que el fluido sea succionado desde la fuente • A menos que se conozca que el fluido es muy limpio, debe instalarse un filtro en la entrada o en cualquier lugar del tubo de succión, con el objeto de mantener las partículas fuera de la bomba y del proceso en que se distribuirá el fluido. • Una válvula de pie en la entrada permite el libre flujo hacia la bomba , pero cesa si la bomba se detiene • Si emplea una válvula cerca de la bomba, es preferible que sea una válvula de compuerta, pues ofrece poca resistencia al flujo si esta abierta por completo • El tamaño del tubo de la línea de succión debe ser mayor que la conexión de entrada sobre la bomba, para reducir la velocidad de flujo y las perdidas por fricción. La alineación de la tubería debe eliminar la posibilidad de que se formen burbujas en la línea de succión porque esto haría que la bomba perdiera capacidad y tal vez el arranque . En general, se recomienda tamaños grandes y velocidades bajas, con base en el ideal de minimizar las perdidas de energía, las líneas que conducen a las bombas. • • DETALLES EN LA LINEA DE DESCARGA • En general, la línea de descarga debe ser tan corta y directa como sea posible, para minimizar la carga sobre la bomba. • Debe seleccionarse el tamaño de la tubería de acuerdo con la velocidad, con las perdidas por fricción permisibles. • En general, se recomienda tamaños grandes y velocidades bajas. • La línea de descarga debe contener una válvula cerca de la bomba para permitir que se dé servicio a ésta o se reemplace. • La válvula actúa con la que esta en la línea de succión para aislar la bomba. • Una válvula de alivio de la presión protegerá la bomba y el resto del equipo, en caso de un bloqueo del flujo o falla accidental de una válvula. • Una válvula de verificación impide que el flujo regrese a la bomba cuando no este en funcionamiento. • Un grifo de muestreo permitiría extraer una cantidad pequeña de fluido para realizar pruebas sin interrumpir la operación. DISEÑO DE SISTEMAS DE TUBERIA Y PROCEDIMIENTO DE SELECCIÓN DE BOMBAS • En esta sección se proporciona lineamientos generales por seguir, cuando se presente la necesidad de diseñar un sistema de tubería donde una bomba entrega un flujo volumétrico dado, desde una fuente conocida hasta un punto de destino establecido. El punto de operación que se desea se determina como la carga total sobre la bomba al flujo volumétrico de diseño, después se especifica una bomba apropiada y se determina el punto final de operación que se espera, eficiencia, potencia requerida y la NPSH necesaria. EJEMPLO 4.- MODOS DE OPERACION DE SISTEMAS ALTERNOS IMPULSORES DE VELOCIDAD VARIABLE.- Cuando un sistema de transferencia de fluidos debe operar a capacidades variables es frecuente que se utilice una válvula de estrangulamiento, pero los impulsores de velocidad variable ofrecen una mejor alternativa. Existen varios tipos de impulsores mecánicos de velocidad variable y de controles electrónicos de frecuencia también variable para motores eléctricos estándar de CA. (EE.UU. →60(Hz);Europa→50(Hz)). El efecto de introducir un impulsor de velocidad variable en un sistema con una bomba centrifuga depende de la naturaleza de la curva del sistema como se ilustra en la figura. La parte (a) presenta una curva del sistema que incluye solo perdidas por fricción. La curva del sistema en la parte (b) incluye una carga estática sustancial, compuesta por un cambio de elevación y otro de presión de la fuente de destino, en dicha curva la curva de rendimiento de la bomba se moverá hacia las zonas de eficiencia baja de la operación, por lo que las leyes de afinidad no se aplican en forma estricta. Sin embargo el uso de impulsores de velocidad variable en las bombas centrifugas siempre brindara el método de energía mas bajo para cambiar la entrega de fluido que hace una bomba Además de los ahorros de energía, hay otros beneficios como ser: Mejor control del proceso. Control de la tasa de cambio. Desgaste menor. Las bombas que operan en un rango amplio de velocidades también generan efectos indeseables. Los fluidos en movimiento inducen vibraciones que cambian con la velocidad del fluido. Debe revisarse las válvulas de verificación que requieren cierto flujo mínimo para garantizar su apertura total y el cierre seguro de sus componentes internos EFECTO DE LA VISCOSIDAD DEL FLUIDO. El bombeo de fluidos mas viscosos ocasionan los efectos siguientes: Se incrementa la potencia requerida para impulsar la bomba. Disminuye el flujo integrado contra una carga dada. Baja la eficiencia. En la figura se ilustra el efecto. El símbolo QW denota la capacidad medida de la bomba con agua fría contra una carga dada H. contra la misma carga, la bomba enviara fluido viscoso a un flujo volumétrico mas bajo Qvis ; la eficiencia bajaría y aumentaría la potencia que se requiere para operar la bomba. BOMBAS QUE OPERAN EN PARALELO • • Muchos sistemas de flujo de fluidos requieren flujos volumétricos que varían mucho, por lo que son difíciles de obtener con una bomba sin provocar que opere muy lejos de su punto optimo de eficiencia. Una solución frecuente de este problema es utilizar dos o mas bombas en paralelo, cada una de los cuales extrae el fluido de la misma fuente de entrada y lo envían a un colector común para hacerlo llegar a todo el sistema • Debido a que todas las bombas comparten la misma zona de succión y de descarga es válido suponer, para fines prácticos, que todas trabajan con la misma carga dinámica (HA). Además, es muy frecuente que todas las bombas instaladas en la estación sean iguales, por lo que cada una de ellas entregará el mismo gasto Es decir: ha ctte h 0 QT k Q i 1 i BOMBAS QUE OPERAN EN SERIE Se dice que un conjunto de n bombas están conectadas en serie cuando la descarga de una bomba (i) termina en la succión de la siguiente bomba (i+1). Debido al principio de continuidad, sin no existen estructuras de regulación entre las n bombas, todas ellas operan con el mismo gasto, mientras que la ctte carga total que entregan será la sumaQde las cargas por bomba. Esto es: i Q 0 k haT hi Qi ctte i 1 Q 0 k haT hi i 1 SELECCIÓN DE LA BOMBA Y VELOCIDAD ESPECIFICA Otro parámetro útil en la selección del tipo de bomba para una aplicación dada es la velocidad especifica, definida como: Ns N H Q 3 4 Donde: N= velocidad rotacional del impulsor. (rpm) Q= flujo volumétrico a través de la bomba. (gal/min) H= carga total sobre la bomba (pies) DH D Q combine con el diámetro Es frecuente que la velocidad especifica se especifico para producir una grafica como la que aparece en la figura. El diámetro especifico es: 1 4 s 1 DH 4 Ds Q Donde: D= diámetro del impulsor (plg.) VELOCIDAD ESPECIFICA vs DIAMETRO ESPECIFICO En la figura observamos que se recomienda las bombas centrifugas de flujo radial para velocidades especificas de 400 a 4000. Se emplea bombas de flujo mixto de 4000 a 7000 aproximadamente. Se utiliza las de flujo axial de 7000 a 60000. BIBLIOGRAFIA: Mecánica de fluidos (Robert L: Mott). INTERNET.
