Guia Didactica Del Tema3 Maquinas Hidraulicaspdf

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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDAPROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA

MAQUINAS HIDRÁULICASTEMA: 3 SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS

MSc. Ana Carolina Mustiola Mavares

TEMA 3: SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE LAS BOMBAS ROTODINÁMICAS:

CONTENIDO SINÓPTICO:3.1 NUMERO ESPECÍFICO DE REVOLUCIONES.3.2 CARGA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA (NPSH).

CARGA NETA DE SUCCIÓN REQUERIDA. CARGA NETA DE SUCCIÓN DISPONIBLE.

3.3 CAVITACIÓN.3.4 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS SISTEMAS DE BOMBEO.3.5 TIPOS DE SISTEMAS DE BOMBEO.

COTA DE SUCCIÓN POR ENCIMA DE LA COTA DE DESCARGA. COTA DE SUCCIÓN POR DEBAJO DE LA COTA DE DESCARGA. COTA DE SUCCIÓN IGUAL A LA COTA DE DESCARGA.

3.6 ASOCIACIÓN DE BOMBAS CENTRIFUGAS Y REDES DE TUBERÍAS.3.7 SELECCIÓN DE BOMBAS.

3.1. NUMERO ESPECÍFICO DE REVOLUCIONES: Son las vueltas que da un

rodete semejante geométricamente, cinemáticamente y dinámicamente al rodete

dado y que opera a una altura y caudal unitario, siendo este valor dado para el

punto de máximo rendimiento. La expresión matemática de este valor es:

4 / 3)( H

Q N

Ns

Donde:N: Velocidad de giro en revoluciones por minutoQ: Caudal en m3 /s o en galones por minuto ( GPM )H: Altura dinámica total en m, o en pies ( ft)

El número específico de revoluciones, es llamado también velocidad específica y

es un valor indicativo de las características de un rodete de una turbomáquina.

3.2. CARGA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA (NPSH): Por definición el NPSH es

la altura total de carga a la entrada de la bomba, medida con relación al plano de

referencias. Aumento de la altura correspondiente a la presión atmosférica y

disminución de la altura debida a la tensión de vapor del líquido.






CARGA NETA DE SUCCIÓN REQUERIDA: Presión absoluta mínima en el

impulsor que garantiza un flujo sano en el interior de la bomba. Es un dato

básico característico de cada tipo de bomba, variable según el modelo ytamaño y condiciones de servicio, por tanto es un dato que facilitan los

fabricantes. La "Altura Neta Positiva de Aspiración requerida" (NSPHr) por

la bomba representa la energía mínima, en la brida de succión de la bomba,

por sobre la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo y

referido al eje de la bomba.

NSPHr = Hb + hsc - hv Donde:Hb: Altura de presión barométricaHsc: Altura mínima necesaria en la entrada de la bomba referida al eje y envalores relativos.Hv: Altura de presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo.

El NSPH requerido, es una característica particular de cada bomba y que

contempla una serie de variables características como son la forma, el número de

paletas, y el ángulo de ataque del impulsor, las dimensiones de la zona desucción, etc. que configuran e forma general, una pérdida de carga. Generalmente

se representa el NSPHr en función del caudal determinando una curva como la

siguiente:






Esta curva junto con los datos de la instalación, permite calcular la altura máxima

de succión de la bomba en cuestión, para cada valor de caudal.

CARGA NETA DE SUCCIÓN DISPONIBLE.

Donde:Hz. Presión absoluta mínima necesaria en la zona inmediata anterior a los alabes.V2 /2g: Carga cinética correspondiente a la velocidad de entrada del líquido en la

boca del impulsor.

Para el correcto funcionamiento de una instalación, se debe cumplir:

Para que no se produzca el fenómeno de la cavitación.

La altura de aspiración geométrica (Hg) se calcula entonces por la expresión:

A pesar de cumplirse la condición anterior en la que NPSHd >> NPSHr, puede

presentarse algún fenómeno de cavitación, al reducir el caudal bombeado a limites

en los que se produce una recirculación en el impulsor que puede provocar

localmente una disminución de presión, inferior a la tensión del vapor del liquido.

Cabe aclarar que el NSPH disponible, se refiere al valor que recibe la bomba a

ese caudal, independientemente de que ésta cavite o no.

El NPSHd es uno de los valores fundamentales que deben ser suministrados al






solicitar la cotización de una bomba.

Si se superponen las curvas de NSPH correspondiente a la bomba y a lainstalación se tendrá un punto de intersección, o sea NSPHr = NSPHd. Este

indicará que con ese caudal de bombeo la instalación entrega a la bomba la

mínima energía admisible para el funcionamiento de la bomba, sin cavitación. Se

estará en dicho punto funcionando con el caudal límite por cavitación Qlim.

3.3 CAVITACIÓN: El fenómeno de la cavitación es muy importante en las

bombas, debido a que será el factor determinante del funcionamiento del sistema

de bombeo. La cavitación ó aspiración en vacío es un efecto hidrodinámico que se

produce cuando el agua ó cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran

velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido

a la conservación de la constante de Bernoulli (Principio de Bernoulli). Puede

ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que lasmoléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor,

formándose burbujas o, más correctamente, cavidades . Las burbujas formadas

viajan a zonas de mayor presión e implotan (el vapor regresa al estado líquido de

manera súbita, “aplastándose” bruscamente las burbujas) produciendo una estela

de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno.

http://es.wikipedia.org/wiki/Vac%C3%ADo

http://es.wikipedia.org/wiki/Hidrodin%C3%A1mica

http://es.wikipedia.org/wiki/Agua

http://es.wikipedia.org/wiki/Fluido

http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Bernoulli

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_de_vapor

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquido

http://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula

http://es.wikipedia.org/wiki/Vapor

http://es.wikipedia.org/wiki/Implosi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Implosi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Vapor

http://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquido

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_de_vapor

http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Bernoulli

http://es.wikipedia.org/wiki/Fluido

http://es.wikipedia.org/wiki/Agua

http://es.wikipedia.org/wiki/Hidrodin%C3%A1mica

http://es.wikipedia.org/wiki/Vac%C3%ADo






La implosión causa ondas de presión que viajan en el líquido. Estas pueden

disiparse en la corriente del líquido o pueden chocar con una superficie. Si la zonadonde chocan las ondas de presión es la misma, el material tiende a debilitarse

metalúrgicamente y se inicia una erosión que, además de dañar la superficie,

provoca que ésta se convierta en una zona de mayor pérdida de presión y por

ende de mayor foco de formación de burbujas de vapor. Si las burbujas de vapor

se encuentran cerca o en contacto con una pared sólida cuando implosionan, las

fuerzas ejercidas por el líquido al aplastar la cavidad dejada por el vapor dan lugar

a presiones localizadas muy altas, ocasionando picaduras sobre la superficiesólida.

El fenómeno generalmente va acompañado de ruido y vibraciones, dando la

impresión de que se tratara de grava que golpea en las diferentes partes de la

máquina. La cavitación es relativamente fácil reconocer. En su forma media la

cavitación puede ser reconocible debido a un ruido agudo que se ha descrito a

menudo como si se bombearan granos de maíz o arena a través de la bomba. Si

usted sospecha que existe cavitación en su sistema de la bombeo pero no está

seguro porque usted no oye que dicho ruido, podría poner un destornillador sobre

la cubierta de la bomba y el otro extremo a su oreja y reforzará su habilidad de oír

el ruido dentro de la cubierta de la bomba.

3.4 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS SISTEMAS DE BOMBEO: Un

sistema de bombeo comprende la tubería y accesorios a través de los cuales el

líquido fluye hacia y desde la bomba; en otras palabras, se considera parte delsistema de bombeo, solamente la longitud de la tubería y accesorios que

contienen líquido controlado por la acción de bombeo.

Un sistema de bombeo puede definirse como la adición de energía a un fluido

para moverse o trasladarse de un punto a otro. La complejidad del sistema

http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_(f%C3%ADsica)

http://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtml

http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_(f%C3%ADsica)






dependerá de su aplicación. Los sistemas pueden estar constituidos por multiples

redes de distribución y bombas en diversas conexiones. En la imagen a

continuación se puede observar un ejemplo de un sistema de bombeo, para untanque elevado en la azotea de un edificio; con una altura que permita la presión

de agua establecida según las normas sobre la pieza más desfavorable.

Desde el tanque elevado se hace descender una tubería vertical de la cual surgirá

para cada piso, una ramificación a los apartamentos correspondientes al mismo,

dándose de esta forma el suministro por gravedad. Este sistema requiere del

estudio de las presiones de cada piso, asegurándose con este que las mismas no

sobrepasen los valores adecuados. En la parte inferior de la edificación existe un

tanque, el cual puede ser superficial, semi subterráneo o subterráneo y en el quese almacenará el agua que llega del abastecimiento público. Desde este tanque

un número de bombas establecido (casi siempre una o dos), conectadas en

paralelo impulsarán el agua al tanque elevado






3.5. TIPOS DE SISTEMAS DE BOMBEO.

COTA DE SUCCIÓN POR ENCIMA DE LA COTA DE DESCARGA.

(HS>HD): Para este tipo de sistema la altura estática Hs es positiva, laaltura dinámica total Hdt, es la sumatoria de las alturas estáticas (Hs) y

dinámicas (Hd)

HDT= HS-HD

COTA DE SUCCIÓN POR DEBAJO DE LA COTA DE DESCARGA. (HS <HD)

HDT=HS+HD






COTA DE SUCCIÓN IGUAL A LA COTA DE DESCARGA. (HS = HD)

HDT=HS=HD

3.6 ASOCIACIÓN DE BOMBAS CENTRIFUGAS Y REDES DE TUBERÍAS.

3.6.1 BOMBAS EN PARALELO: En el caso de una estación de bombeo con dosbombas instaladas en paralelo y para una sola tubería, es importante conocer el

comportamiento del conjunto, que se dará sumando los caudales de cada bomba

manteniendo el salto. El caudal de cada bomba será el que corresponde a cada

una con el salto de funcionamiento. A continuación se muestra la conexión de las

bombas en paralelo y la representación grafica de las curvas características.






METODO PARA SUMAR LAS CURVAS GRAFICAMENTE:

Se trazan líneas paralelas al eje Q

Luego se suman los caudales en cada una de las líneas sobre la curva debomba.

3.6.2 TUBERÍAS EN PARALELO: Es una combinación de dos o más tuberías

conectadas tal como se muestra en la figura, de tal manera que el caudal se divide

entre las tuberías y luego se une nuevamente, eso esta denominado como un

sistema en tuberías en paralelos.






SUMATORIA DE CURVAS DE TUBERIAS EN PARALELO

La sumatoria de las curvas de pérdidas de las tuberías en paralelo, siguen el

mismo principio de la sumatoria de curvas de bombas en paralelo.

3.6.3. BOMBAS EN SERIE: En el caso de una estación de bombeo con dos

bombas en serie, es importante conocer el comportamiento del conjunto que se

dará sumando el salto de ambas bombas para un caudal constante. El caudal de

cada bomba será el mismo y corresponderá' al caudal de funcionamiento.

CURVAS DE BOMBAS EN SERIE






MÉTODO PARA SUMAR LAS CURVAS GRAFICAMENTE:

Se trazan líneas verticales paralelas al eje H

Se suman las cargas en cada una de las líneas sobre cada una de la curvade bomba.

3.6.4: TUBERÍAS EN SERIE: Es cuando dos tuberías de tamaños o rugosidadesdiferentes se conectan d tal manera que el fluido fluya a través de una tubería y

luego a través de la otra, se dice que están conectadas en serie.






SUMATORIA DE CURVAS DE TUBERIAS EN SERIE

La sumatoria de las curvas de pérdidas de las tuberías en serie, siguen el mismo

principio de la sumatoria de curvas de bombas en serie.

3.6.5 BOMBAS Y TUBERÍAS CON CONEXIÓN MIXTA: Para ambos casos se

puede presentar en un sistema de bombeo una combinación serie paralelo o

viceversa, el procedimiento para la sumatoria de este tipo es según la conexión.

3.7. SELECCIÓN DE BOMBAS.

CONSIDERACIONES:

El sistema a travez del cual se bombea el fluido, ofrece una resistencia al

flujo por fricción hidraulica.

Si el líquido descarga a una elevacion más alta que la toma y si la presión

en la descarga es mayor que en la toma; el sistema ejerce una resistencia

adicional que requiere de una energía de bombeo adicional.

Las bombas en los sistemas de bombeo deberan vencer la resistencia total

del sistema al caudal deseado, esas resistencias total del sistema esta

compuesta por la altura geodesica de elevacion, altura de presión y altura

de fricción.

La clave para hacer la selección correcta de la bomba radica en el

conocimiento del sistema en que trabajará la bomba. Una vez evaluada las

características del servicio de bombeo, esto es:

o Caudales requeridos (máximos y mínimos), las presiones y

temperaturas de bombeo.

o Propiedades del fluido (criogénicos, abrasivos, pH, porcentaje desólidos, viscosidad, densidad, toxicidad, tendencia a la cristalización,

volatilidad, inflamabilidad y el costo relativo del producto a impulsar,

etc).






o La importancia del equipo en el proceso y el análisis de los

problemas potenciales que provocaría su detención o una operación

inadecuada (flujo o presión insuficiente, etc). o La necesidad de un equipo en standby (reserva) en función del

análisis del ítem anterior.

o La clase de regulación prevista.

o El tipo de accionamiento previsto y la velocidad de rotación (motor

eléctrico con acople directo, con variador de frecuencias, mandos a

correas, turbina a vapor, motores de combustión interna, motores

diesel, etc).

El paso siguiente, será:

Trazar el plano de cañerías (piping) mostrando el sistema de bombeo

(tanques aspiración + bomba + equipo de descarga) en cuestión. El plano

de las redes de distribución, podrá hacerse según una representación

ortogonal (Método Monge) o según una representación isométrica. De ser

posible, es preferible esta última representación, pues permite tener una

idea más clara del sistema real que se proyecta.

Construido el isométrico se podrá calcular la energía necesaria (Hmáx) para

impulsar el caudal de fluido a través de la instalación venciendo todas las

pérdidas de carga que se presenten en ella. Para ello debemos calcular las

pérdidas a lo largo de las tuberías (pérdidas primarias) y las pérdidas

producidas por los accesorios de las tuberías (pérdidas secundarias).

Ahora podremos saber la potencia requerida para su bombeo. Se podrá

también calcular el número específico de revoluciones y conocer la clase de

impulsor requerido en función de este valor.

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