Ing. Electromecnica Catedrtico: Desiderio Cuatecontzi Xochitiotzi alumno : Daniel Tecuapacho Melndez Aula T-4 Fecha de entrega: 30/SEPT/2011 Calificacin

Instituto Tecnolgico de Apizaco

Para el correcto funcionamiento de las bombas rotodinmicas se necesita que estn llenas de fluido incompresible, es decir, de lquido, pues en el caso estar llenas de fluido compresible (cualquier gas como el aire) no funcionaran correctamente.

El cebado de la bomba consiste en llenar de lquido la tubera de aspiracin succin y la carcasa de la bomba, para facilitar la succin de lquido, evitando que queden bolsas de aire en el interior. Al ser necesaria esta operacin en las bombas rotodinmicas, se dice que no tienen capacidad autocebante. Sin embargo, las bombas de desplazamiento positivo son autocebantes, es decir, aunque estn llenas de aire son capaces de llenar de fluido el circuito de aspiracin.

Esquema de una bomba instalada por encima del nivel de agua

En un circuito como el mostrado en el esquema adjunto sin ningn dispositivo adicional, al detener la bomba centrfuga el fluido del circuito de aspiracin cae hacia el depsito vacindose la bomba por el vaco creado por el circuito primario. La altura de elevacin H que proporciona la bomba es siempre la misma y responde a la siguiente frmula:

donde PI es la presin de impulsin, PA es la presin de aspiracin, es la densidad del fluido y g la aceleracin de la gravedad. Despejando la diferencia de presiones se tiene que:

Con lo cual:

Es decir, si la bomba est llena de aire la presin de aspiracin es 0,00129 veces la que conseguira dicha bomba si estuviese llena de agua, es decir, si estuviese cebada. Por lo que si la bomba est vaca la altura que se eleva el agua en el circuito de aspiracin sobre el nivel del agua en el depsito es mnima y totalmente insuficiente para que el agua llegue a la bomba.

Por otra parte el funcionamiento de una bomba centrfuga en vaco puede estropear el sellado de la bomba debido a una deficiente refrigeracin dado que no circula fluido por su interior que ayuda a mejorar la disipacin del calor producido por la bomba.

Por lo tanto en instalaciones de bombeo cuyo esquema coincide con el indicado en el esquema adjunto es necesario un sistema adicional para evitar que la bomba se descebe. Algunos de estos sistemas se enumeran a continuacin: Se puede construir un orificio en la parte superior de la carcasa de la bomba y arrojar agua sobre el mismo para que la bomba al encenderse est llena de agua y pueda bombear correctamente. No se trata de un sistema muy eficiente. Se puede usar una vlvula de pie (Vlvula antirretorno). Permite el paso del lquido hacia la bomba pero impiden su regreso al depsito una vez se ha apagado la bomba con lo que impide el descebe de la tubera de impulsin. Puede presentar problemas cuando el fluido tiene suciedad que se deposita en el asiento de la vlvula disminuyendo su estanqueidad, por otra parte supone una prdida de carga ms o menos importante en la tubera de impulsin por lo que aumenta el riesgo de que se produzca cavitacin en la bomba.

Uso de una bomba de vaco. La bomba de vaco es una bomba de desplazamiento positivo que extrae el aire de la tubera de impulsin y hace que el fluido llegue a la bomba centrfuga y de este modo quede cebada. Por ltimo otra posibilidad consiste en instalar la bomba bajo carga, es decir por debajo del nivel del lquido, aunque esta disposicin no siempre es posible, a no ser que se instale sumergida, con lo cual la bomba tiene que ser especial.

Necesitamos calcular previamente la velocidad del agua y, en impulsiones, la altura manomtrica del grupo de bombeo. Se obtiene el tiempo de parada con la ecuacin de Mendiluce. En el caso de abastecimientos por gravedad, el tiempo de cierre de la vlvula ser conocido.

Se calcula la celeridad a con la frmula de Allievi o se consultan las tablas para calcular la sobrepresin mediante la frmula adecuada.

Se calcula la longitud crtica Lc, que es la distancia que separa el final de la impulsin del punto crtico o de coincidencia de las frmulas de Michaud y Allievi. En la Lc rige la frmula de Michaud.

El tipo de cierre, lento o rpido, tambin puede conocerse comparando el tiempo de parada de la bomba o el de cierre de la vlvula con el tiempo que tarda la onda de presin en dar una oscilacin completa, es decir, con

En impulsiones, se colocan las vlvulas de retencin necesarias para mantener la lnea de sobrepresin debida al golpe de ariete por debajo de la lnea piezomtrica. Con las vlvulas de retencin se desplaza la lnea de mximas presiones del golpe de ariete.

Por lo tanto, el correcto estudio del golpe de ariete es fundamental en el dimensionamiento de las tuberas, ya que un clculo errneo puede conducir a: 1. Un sobredimensionamiento de las conducciones, con lo que la instalacin se encarece de forma innecesaria. 2. Tubera calculada por defecto, con el consiguiente riesgo de que se produzca una rotura.

. Volante de inercia Consiste en incorporar a la parte rotatoria del grupo de impulsin un volante cuya inercia retarde la prdida de revoluciones del motor, y en consecuencia, aumente el tiempo de parada de la bomba, con la consiguiente minoracin de las sobrepresiones. Este sistema crea una serie de problemas mecnicos, mayores cuanto mayor sea el peso del volante.

Chimeneas de equilibrio Consiste en una tubera de dimetro superior al de la tubera, colocada verticalmente y abierta en su extremo superior a la atmsfera, de tal forma que su altura sea siempre superior a la presin de la tubera en el punto donde se instala en rgimen permanente. Este dispositivo facilita la oscilacin de la masa de agua, eliminando la sobrepresin de parada, por lo que sera el mejor sistema de proteccin si no fuera pos aspectos constructivos y econmicos. Slo es aplicable en instalaciones de poca altura de elevacin.

Caldern Consiste en un recipiente metlico parcialmente lleno de aire que se encuentra comprimido a la presin manomtrica. Existen modelos en donde el aire se encuentra aislado del fluido mediante una vejiga, con lo que se evita su disolucin en el agua. El caldern amortigua las variaciones de presin debido a la expansin prcticamente adiabtica del aire al producirse una depresin en la tubera, y posteriormente a la compresin, al producirse una sobrepresin en el ciclo de parada y puesta en marcha de una bomba. Su colocacin se realiza aguas debajo de la vlvula de retencin de la bomba. Se instala en derivacin y con una vlvula de cierre para permitir su

Vlvulas de alivio rpido

Son de dispositivas que permiten de forma automtica y casi instantnea la salida de la cantidad necesaria de agua para que la presin mxima en el interior de la tubera no exceda un valor lmite prefijado. Suelen proteger una longitud mxima de impulsin el orden de 2 km. Los fabricantes suelen suministrar las curvas de funcionamiento de estas vlvulas, hecho que facilita su eleccin en funcin de las caractersticas de la impulsin. Vlvulas anticipadoras de onda

Estas vlvulas estn diseadas para que se produzca su apertura en el momento de parada de la bomba y cuando se produce la depresin inicial, de tal forma que cuando vuelva a la vlvula la onda de sobrepresin, sta se encuentre totalmente abierta, minimizando al mximo las sobrepresiones que el transitorio puede originar.

Ventosas Dependiendo de su funcin, permiten la eliminacin del aire acumulado en el interior de la tubera, admisin de aire cuando la presin en el interior es menor que la atmosfrica y la eliminacin del aire que circula en suspensin en el flujo bajo presin. Vlvulas de retencin Estas vlvulas funcionan de manera que slo permiten el flujo de agua en un sentido, por lo que tambin se conocen como vlvulas anti-retorno. Entre sus aplicaciones se puede sealar: En impulsiones, a la salida de la bomba, para impedir que sta gire en sentido contrario, proteger la bomba contra las sobrepresiones y evitar que la tubera de impulsin se vace. En impulsiones, en tramos intermedios para seccionar el golpe de ariete en tramos y reducir la sobrepresin mxima. En hidrantes, para impedir que las aguas contaminadas retornen a la red. En redes de distribucin con ramales ascendentes, para evitar el vaciado de la mismas al detenerse el flujo.

Vlvulas de retencin tipo clapeta Vlvulas de retencin tipo clapeta simple Vlvulas de retencin tipo clapeta simple con corto recorrido de clapeta Vlvulas de retencin tipo clapeta simple con sistema Amortiguador y contrapeso Vlvulas de retencin con clapeta de eje semicentrado Vlvulas de retencin de semiclapeta doble o de disco partido Vlvulas de retencin de disco sobre eje longitudinal centrado Todos estas vlvulas de acuerdo a las condiciones de uso

Es un efecto hidrodinmico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado liquido pasa a gran velocidad por una arista afilada produciendo una descompresin del fluido, puede ocurrir que se alcance la presin de vapor del liquido de tal forma que las molculas que la componen cambian inmediatamente a estado de vapor formndose burbujas o cavidades.

Cuando el fluido se evapora en la succin de la bomba, la cantidad de vapor contenida en el fluido varia dependiendo de que tanto vacio hay, y esto va a afectar el caudal de la bomba. Es decir, mientras mas vacio haya, mas vapor habr y por consiguiente menos flujoFlujo: Flujo o rata de Flujo es el volumen de fluido en movimiento. El volumen de Fluido por unidad de Tiempo. En unidades estandar es dado en Galones Por Minuto (GPM). En unidades Metricas se expresa como Litros Por Minuto (LPM). efectivo a la salida de la bomba. Adicionalmente, el vapor contenido en el aceite una vez entra en la bomba y se traslada a la salida se comprime violentamente al pasar a la alta presin, generando ruido, y erosin el las paredes o partes donde ocurre la transicin de vacio a presin, bajando la vida de la bomba dramticamente.

Esto es lo que le sucede a la burbuja de vapor cuando pasa de la succin a la salida de presin, causando ruido y erosin. La implosin (reduccin del volumen Volumen: Medida del espacio en una camara interna de un componente hidraulico. Dado en pulgadas cubicas o centimetros cubicos ) es tan fuerte y rpida que se genera una fuerzaFuerza: En terminos Hidraulicos, la fuerza es igual a la Presion x area de aplicacion. Dado en libras o kilogramos. que acta contra la superficie que este mas cerca. Si este fenmeno sucede durante mucho tiempo, el dao causado a las superficies internas puede ser reversible y adems puede ocasionar fallas catastrfica de la bomba hidrulica.

Bombas centrfugas siempre tienen un componente de vibracin importante en la frecuencia de paso de labes que es igual al nmero de labes de la impulsora por las RPM. La impulsora de la bomba produce un impulso de presin en el fluido bombeado cuando cada labe pasa el punto de salida. Este excita la frecuencia de vibracin del paso de labes en la tubera, por lo tanto se transmite a travs de la mquina.

En esta imagen (generada por un simulador) se puede observar la generacin de la presin sobre el impulsor. El lquido entra por el centro (color azul). Los labes generan la fuerza centrfuga (marcado en rojo) necesaria para bombear el producto. El rea rojo es la parte crtica donde puede presentarse cavitacin.

Las bombas centrfugas operan con normalidad si la presin absoluta a la entrada del rodete no est por debajo de un determinado valor. Si a la entrada del rodete la presin es inferior a la presin parcial del vapor, se forman las burbujas de vapor. Estas disminuyen el espacio utilizable para el paso del lquido. Un funcionamiento prolongado con estas condiciones daa la bomba. La intensidad del golpeteo a medida que disminuye la presin absoluta a la entrada del rodete, se aprecia claramente en las curvas caractersticas de la bomba de la siguiente figura.

Por los efectos que produce, se puede decir que la cavitacin es un ataque al corazn de la bomba Una investigacin y diagnostico cuidadoso de los sntomas y problemas descritos mas arriba ayuda a detectar el tipo de cavitacin y sus causas. Sin embargo, el objetivo fundamental debe ser el de eliminar o a lo menos reducir la cavitacin, considerando que se trata de una condicin anormal dentro de la bomba que se produce por la formacin y subsiguiente colapso de burbujas de vapor y que las burbujas se forman cuando existe una presin externa sobre el lquido inferior a su presin de vapor.

Por lo tanto, la cavitacin se puede combatir reduciendo la presin de vapor o aumentando la presin exterior sobre el lquido. La Presin de Vapor se reduce disminuyendo la temperatura del lquido. En el punto de menor presin dentro de la bomba las burbujas se producen cuando el NPSHa es igual o inferior al NPSHr. (NPSHa = NPSHr) El NPSHa se puede aumentar actuando sobre cualquiera de los factores de la ecuacin N1. El NPSHr lo entrega el fabricante y es caracterstico de cada bomba. Generalmente disminuye con el caudal por lo que la cavitacin se podra combatir reduciendo el caudal de bombeo. La reduccin de caudal generalmente aumenta el NPSHa y reduce el NPSHr.

Si no se puede reducir el caudal ni mejorar el NPSHa, se tendra que sustituir la bomba por otra (apta para la aplicacin) de mejor NPSHr (generalmente de mayor tamao y menor rpm). En muchas instalaciones el nivel de succin (factor Zm en ecuacin 1) es crtico para obtener una relacin NPSHa/NPSHr adecuada. Un rango de 0.5 m. o menos puede hacer la diferencia entre cavitacin o no. En estos casos es altamente recomendable implementar un sistema regulador de flujo que permita mantener Zm dentro de determinados lmites. El mtodo ms efectivo y universal, para todo tipo de aplicaciones, es controlar el nivel del estanque de succin por medio de un Variador de Frecuencia, que regule automticamente la velocidad de la bomba (y por ende el caudal) en funcin del nivel de succin.

Estos temas son muy importantes y debemos tomarlos en cuenta para un correcto funcionamiento en las bombas y en las tuberas y componentes que hay en un sistema