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MQUINAS HIDRULICASSANTA CRUZ BOLIVIA MAYO 2015MQUINAS HIDRULICAS. Las mquinas hidrulicas son en lo esencial, dispositivos para realizar intercambio de energa entre un sistema mecnico y un medio fluido, es decir, que son capaces de transformar energa mecnica en energa fluida (hidrulica) o viceversa. Estas mquinas hidrulicas son denominadas bombas. Las mquinas hidrulicas pueden clasificarse segn su principio de operacin como:Mquinas de desplazamiento PositivoMquinas rotodinmicas o centrfugas

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO. Son las que desplazan liquido, mediante la creacin de un desequilibrio de presiones dentro de un entorno cerrado. Este desequilibrio hace que el lquido se mueva de un lugar a otro en un intento de equilibrar la presin. El movimiento del desplazamiento positivo consiste en el movimiento de un fluido causado por la disminucin del volumen de una cmara. Las bombas de desplazamiento positivo funcionan con bajas capacidades y altas presiones en relacin con su tamao y costo. Este tipo de bomba resulta el ms til para presiones extremadamente altas, para operacin manual, para descargas relativamente bajas, para operacin a baja velocidad, para succiones variables y para pozos profundos cuando la capacidad de bombeo requerida es muy poca.BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO.

Clasificacin:BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO.Usos ms corrientes:Bombeo en pozos llanosBombeo en pozos profundos.Para niveles de agua variable.Bombas de incendio.Bombas de transferencia y circulacin.Operacin por molinos de viento.Altas cargas a presin.Alimentacin de calderas.Bombeo de aceite y gasolina.Fumigadores de cosechasBOMBAS CENTRFUGAS. Su propsito es convertir energa de un primer elemento (un motor elctrico o turbina) primero en velocidad o energa cintica y luego en energa de presin de un fluido que est bombendose. Los cambios de energa ocurren en virtud de dos partes principales de la bomba, el impulsor y el en espiral o difusor. El impulsor es la parte que est girando y convierte la energa de la mquina en energa cintica. El en espiral o el difusor es la parte estacionaria que convierte la energa cintica en energa de presin.

CLASIFICACIN DE BOMBAS CENTRFUGAS. Bombas CentrfugasLa direccin del flujoSegnAxiales.Mixtas.RadialesEl nmero de etapasEl tipo de DifusorEl tipo de SuccinLa posicin del ejeLa construccin de la carcazaLa construccin del rotorHorizontales.Verticales .InclinadasEtapa Simple.MultietapaSimple.DobleDe Voluta.Circular.labes FijosAbierto.CerradoSin divisin.Dividido horizontal.Dividido Perpendicular.CLASIFICACIN DE BOMBAS CENTRFUGAS. Segn la velocidad especfica (Ns). La velocidad especfica es un nmero adimensional el cual es funcin del caudal, la velocidad de rotacin o rpm del motor y la carga o altura de bombeo. La velocidad especfica Ns de una bomba se expresa en el sistema ingls, como:

sta relaciona los tres parmetros fundamentales de funcionamiento Q, H y N (rpm). Estos valores se toman en el punto de mxima eficiencia de la curva caracterstica.CLASIFICACIN DE BOMBAS CENTRFUGAS. Segn la velocidad especfica (Ns). Segn el valor de Ns, pueden distinguirse varios tipo de bombas:

Ns menor a 10. Bombas perifricas o tipo turbina.Ns de 10 a 20: Bombas radiales o centrfugas.Ns de 20 a 35: Bombas de tipo radial o Francis.Ns de 35 a 80: Bombas Francis de tipo hlice o helicoidal.Ns de 80 a 135: Bombas de flujo mixto.Ns de 135 a 270: Bombas de flujo a axial o de propela.

CLASIFICACIN DE BOMBAS CENTRFUGAS. Segn la velocidad especfica (Ns).

Grfica que muestra el tipo de impulsor segn la velocidad especficaPARTES DE UNA BOMBA CENTRFUGA.

IMPULSOR.

DIFUSOR.

TRMINOS FUNDAMENTALES. Caudal o capacidad de la bomba: es el volumen de lquido impulsado por una bomba en una unidad de tiempo.

Carga esttica de succin: Es la distancia vertical desde el nivel de lquido de succin hasta la lnea central de la bomba.

Carga esttica de descarga: Es la distancia vertical desde el nivel de lquido de descarga y la lnea central de la bomba.

Carga esttica total: Es la distancia vertical entre los niveles del lquido en los puntos de succin y descarga.TRMINOS FUNDAMENTALES. Carga de friccin: Es la carga, expresada en unidades de longitud, necesaria para vencer la resistencia de las tuberas de succin, descarga y los accesorios que contenga el sistema.

Presin de succin: Se refiere a la altura desde la cual el fluido puede ser succionado por la bomba, pudiendo ser presin de succin positiva o negativa, dependiendo de la posicin relativa de la bomba con el nivel el fluido.

Presin de descarga: Se refiere a la altura a la cualpuede ser bombeado un fluido.

Carga de la bomba o altura de bombeo: Caracteriza a la energa especfica cedida por la bomba al lquido.TRMINOS FUNDAMENTALES.

TRMINOS FUNDAMENTALES.

TRMINOS FUNDAMENTALES. Carga de la bomba o altura de bombeo:

Prdidas, Potencia y Eficiencia de una bomba:Desde la brida de entrada ubicada en la succin de la bomba hasta la brida de salida ubicada en la descarga, se producen prdidas hidrulicas, volumtricas y prdidas mecnicas. Prdidas hidrulicas: Se generan por el rozamiento del fluido con las paredes de la bomba (impulsor, corona, voluta) o de las partculas del fluido entre s en los cambios de direccin.TRMINOS FUNDAMENTALES. Prdidas volumtricas: son prdidas de caudal tanto exterior (a travs del prensaestopas) como interior, stas ltimas son mas importantes y reducen el rendimiento volumtrico de algunas bombas. Se producen por la recirculacin del flujo que se da entre el impulsor y la carcasa. Prdidas mecnicas: incluye las prdidas por rozamiento entre el prensaestopas con el eje de la bomba, accionamiento de elementos auxiliares como bomba de engranajes para lubricacin, cuenta revoluciones, entre otras.TRMINOS FUNDAMENTALES. Potencia Hidrulica (Potencia til): es aquella encargada de impulsar el caudal til (Qb) a la altura til (Hb) de un lquido de peso especfico () y viene dada por:Potencia de accionamiento: (denominada tambin potencia absorbida, al freno en el eje), es aquella potencia mecnica que la bomba absorbe y viene dada por:

Donde s la velocidad angular en el eje y M es el torque. As pues, la razn entre la potencia hidrulica y la de accionamiento es la eficiencia de la bomba.TRMINOS FUNDAMENTALES. Eficiencia de la bomba: es denominada eficiencia total ya que toma en cuenta las prdidas hidrulicas, volumtricas y mecnicas. Viene dada por:

Potencia del motor: Se determina incrementndole 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%TRMINOS FUNDAMENTALES. Velocidad de rotacin: Mediante el accionamiento de motores trifsicos resultan las velocidades de servicio que se muestra en el cuadro. Sin embargo en la prctica 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 algn tipo de transmisin como engranajes, correas, etc.Nmeros de polos del motor2468101214FrecuenciaVelocidad en rev/min (rpm)50 Hz2900145096072558048041560 Hz350017501160875700580500CURVA CARACTERSTICA. Las curvas caractersticas de una bomba centrifuga se presentan, representando grficamente, la carga de la bomba, H, la potencia requerida o potencia al freno, N, y el rendimiento, , con respecto al caudal, Q, a una velocidad de rotacin constante. Estas curvas caractersticas se determinan, normalmente por los fabricantes, mediante ensayos de laboratorio. Curvas de una bomba centrifuga con velocidad de rotacin constante:CURVA CARACTERSTICA.

Las condiciones ptimas de operacin de una bomba, se pueden obtener trabajando cerca del Punto de Mximo 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 figuraCurvas caractersticas de una bomba centrifuga CURVA CARACTERSTICA. Curvas caractersticas de una bomba centrifuga con diferentes dimetros de impulsores

Curva caracterstica de una bomba centrifuga con curvas de igual rendimiento y con impulsores de diferentes dimetros.CURVA CARACTERSTICA. Curvas de una bomba centrifuga con velocidades de rotacin diferentesCurva caracterstica de una bomba centrifuga a varias velocidades de rotacin con lneas de igual rendimiento..

CURVA CARACTERSTICA. Grficas de curvas caractersticas compuestas.

CURVA CARACTERSTICA. CURVA CARACTERSTICA. Curva de demanda del sistema La curva de demanda del sistema, es una grfica de H=f (Q), que toma en cuenta el caudal, la carga esttica total, la carga de friccin, la carga dinmica de todo el sistema y la presin deseada expresada en unidades de longitud. Esta curva es la forma ms fcil y exacta de decidir cual es la bomba que mejor se adapta a una aplicacin. La curva de demanda del sistema para esta configuracin o sistema de bombeo, se obtiene al aplicar la ecuacin de Bernoulli.CURVA CARACTERSTICA. Curva de demanda del sistema

CURVA CARACTERSTICA. Punto de operacin de una bomba La forma en la que una bomba trabaja no depende solamente de las caractersticas de funcionamiento de la bomba, sino tambin de las caractersticas del sistema en el cual va a trabajar. Para obtener el punto de operacin se debe graficar en un mismo papel, la curva caracterstica de la bomba, con la curva de demanda del sistema. El punto de interseccin de las curvas determina los valores de la altura de bombeo, Hbombeo y el caudal de operacin, Qoper. Este punto puede ser, o no, el punto de mximo rendimiento para la bomba. Si el punto de operacin no esta cerca del Punto de Mximo Rendimiento, significa que la bomba no es la adecuada para las condiciones que se requieren y habr que elegir otra bomba.

CAVITACIN.La cavitacin es la evaporacin de un lquido en una tubera cuando su presin disminuye por debajo de la presin de vapor. La cavitacin es un factor importante que se debe evitar para el funcionamiento satisfactorio de una bomba. Cuando el lquido pasa por el impulsor de una bomba, se produce un cambio de presin. Si la presin absoluta del lquido cae por debajo de su presin de vapor, se producir cavitacin en el interior de la bomba. Las zonas de vaporizacin obstruyen el flujo limitando la capacidad de las bombas y su implosin puede producir el picado del impulsor. La cavitacin se traduce por ruidos, vibraciones, disminucin de la carga que suministra la bomba y de su rendimiento, y con el tiempo por una erosin del impulsor.CARGA NETA DE SUCCIN POSITIVA (NPSH NET POSITIVE SUCTION HEAD).Para evitar la cavitacin es necesario que la presin absoluta de succin de la bomba sea mayor que la presin de vapor del lquido 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 succin positiva o NPSH.

La presin que ejerce un lquido sobre lo que lo rodea depende de su temperatura. Esa presin llamada presin de vapor, es una caracterstica propia de cada fluido y aumenta con la temperatura. Se definen dos cargas de succin positiva, NPSH, la que depende del sistema, y se le denomina NPSH disponible y la que suministra el fabricante, NPSH requerida.Ps: Presin absoluta.Po=Pv: Presin de vaporCARGA NETA DE SUCCIN POSITIVA (NPSH NET POSITIVE SUCTION HEAD). N.P.S.H disponibleLa carga neta de succin positiva disponible NPSHD es funcin del sistema en el que trabaja la bomba y depende de la carga esttica de succin, la carga de friccin de la succin y la presin de vapor del lquido a la temperatura de bombeo. Si se vara cualquiera de estas cargas la disponible puede alterarse.

CARGA NETA DE SUCCIN POSITIVA (NPSH NET POSITIVE SUCTION HEAD). N.P.S.H requerido La carga neta de succin positiva requerida NPSHR, depende slo del diseo de la bomba y es una caracterstica que el fabricante proporciona junto con las otras curvas caractersticas vistas anteriormente. La NPSHR contempla una serie de variables como son: forma, ngulo de ataque del impulsor, dimensiones en las zonas de succin, de modo de mantener la presin en la entrada en el rodete de la bomba por encima de la presin de vapor del lquido.CARGA NETA DE SUCCIN POSITIVA (NPSH NET POSITIVE SUCTION HEAD).

Curvas del NPSH disponible y NPSH requeridoLa NPSHD se reduce cuando el caudal va aumentando, esto es debido, a las prdidas por friccin en la tubera de succin. Mientras que la NPSHR, que es funcin de la velocidad en la tubera de succin aumenta con el cuadrado de su capacidad.CARGA NETA DE SUCCIN POSITIVA (NPSH NET POSITIVE SUCTION HEAD).Para aumentar la NPHS disponible se pueden seguir las siguientes sugerencias, cabe destacar que stas van a depender del sistema que se este trabajando.

Elevar el nivel de lquido. Bajar la bomba. Reducir los accesorios y la longitud de la tubera de succin. Aumentar el dimetro en la succin. Si el lquido est caliente, se puede enfriar intercalando un intercambiador de calor, con lo que la presin de vapor del lquido disminuye.CARGA NETA DE SUCCIN POSITIVA (NPSH NET POSITIVE SUCTION HEAD).Para aumentar la NPHS requerido se recomienda:

Velocidades de rotacin de la bomba ms baja. Impulsor de doble succin. Ojo del impulsor ms grande. Varias bombas pequeas en paralelo.