BONIFACIO ZUIGA JOSE (12CS0180)

INGENIERIA MECANICA

MAQUINAS DE FLUIDOS INCOMPRESIBLES

INVESTIGACION Y PROBLEMARIO:

3.1. CARACTERSTICAS GENERALES Y FUNCIONAMIENTO.3.2. ALTURA TIL.3.3. PRDIDAS, POTENCIAS Y RENDIMIENTOS.3.4. CAVITACIN Y ALTURA DE SUCCIN.3.5. LEYES DE SEMEJANZA.3.6. SELECCIN Y PROBLEMAS DE APLICACIN.

ING. JOSE RUBEN PEREZ GONZALEZ

Ciudad Serdn Puebla, Noviembre del 2015

BOMBA CENTRFUGA

DEFINICIN:

Las Bombas centrfugas tambin llamadas Rotodinmicas, son siempre rotativas y son un tipo debomba hidrulicaque transforma laenerga mecnicade un impulsor.Una bomba centrfuga es una mquina que consiste de un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o crter, o una cubierta o coraza. Se denominan as porque la cota de presin que crean es ampliamente atribuible a la accin centrfuga. Las paletas imparten energa al fluido por la fuerza de esta misma accin.Es aquella mquina que incrementa la energa de velocidad del fluido mediante un elemento rotante, aprovechando la accin de la fuerza centrfuga, ytransformndola a energa potencial a consecuencia del cambio de seccin transversal por donde circula el fluido en la parte esttica, la cual tiene forma de voluta y/o difusor.

CARACTERSTICAS:

La caracterstica principal de la bomba centrfuga es la de convertir la energa de una fuente de movimiento (el motor) primero en velocidad (o energa cintica) y despus en energa de presin.

Existen bombas centrifugas de una y varias etapas. En las bombas de una etapa se pueden alcanzar presiones de hasta 5 atm, en las de varias etapas s e pueden alcanzar hasta 25 atm de presin, dependiendo del nmero de etapas.

Las bombas centrifugas sirven para el transporte de lquidos que contengan slidos en suspensin, pero poco viscosos. Su caudal es constante y elevado, tienen bajo mantenimiento. Este tipo de bombas presentan un rendimiento elevado para un intervalo pequeo de caudal pero su rendimiento es bajo cuando transportan lquidos viscosos.

Este tipo de bombas son las usadas en la industria qumica, siempre que no se manejen fluidos muy viscosos.

Las bombas centrfugas de una etapa y monoblock, son ideales para movimientos de lquidos en general, con una profundidad mxima de aspiracin de 7 m. 9 m. Estas bombas son adecuadas para bombear agua limpia, sin slidos abrasivos

PARTES DE UNA BOMBA CENTRFUGA:

Carcasa: Es la parte exterior protectora de la bomba y cumple la funcin de convertir la energa de velocidad impartida al lquido por el impulsor en energa de presin. Esto se lleva a cabo mediante reduccin de la velocidad por un aumento gradual del rea.

Impulsores:Es el corazn de la bomba centrfuga. Recibe el lquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba.

Anillos de desgaste:Cumplen la funcin de ser un elemento fcil y barato de remover en aquellas partes en donde debido a las cerradas holguras entre el impulsor y la carcasa, el desgaste es casi seguro, evitando as la necesidad de cambiar estos elementos y quitar solo los anillos.

Estoperas, empaques y sellos:la funcin de estos elementos es evitar el flujo hacia fuera del lquido bombeado a travs del orificio por donde pasa la flecha de la bomba y el flujo de aire hacia el interior de la bomba.

Flecha:Es el eje de todos los elementos que giran en la bomba centrfuga, transmitiendo adems el movimiento que imparte la flecha del motor.

Cojinetes: Sirven de soporte a la flecha de todo el rotor en un alineamiento correcto en relacin con las partes estacionarias. Soportan las cargas radiales y axiales existentes en la bomba.

Bases:Sirven de soporte a la bomba, sosteniendo el peso de toda ella.

TIPOS DE BOMAS CENTRIFUGAS:

Bombas centrfugas de flujo radiales

Las bombas centrifugas de flujo radial se utilizan para cargas altas y caudales pequeos, sus impulsores son por lo general angostos.

El movimiento del fluido se inicia en un plano paralelo al eje de giro del impulsor de la bomba y termina en un plano perpendicular a ste.

Bombas centrfugas de flujo axiales

Estas bombas se utilizan para cargas pequeas y grandes caudales, tienen impulsores tipo propela, de flujo completamente axial.

La corriente lquida se verifica en superficies cilndricas alrededor del eje de rotacin. La energa se cede al lquido por la impulsin ejercida por los labes sobre el mismo.

Bombas centrfugas diagonales

Estas bombas se utilizan para cargas y caudales intermedios. La corriente lquida se verifica radial y axialmente, denominndose tambin de flujo mixto. La energa se cede al lquido mediante la accin de la fuerza centrfuga y la impulsin ejercida por los labes sobre el mismo.

CURVAS CARACTERISTICAS DE LAS BOMBAS

A causa de las caractersticas variables de la bomba centrfuga, es importante tener una visin grfica de las relaciones entre la carga, el caudal, la eficiencia, la potencia necesaria, etc., de la bomba de que se trate a una velocidad determinada. Estas curvas o grficos generalmente se preparan por el fabricante. Las curvas que aparecen a continuacin pueden considerarse tpicas e ilustran las caractersticas de una bomba trabajando a una velocidad constante determinada.

La curva decarga-caudales la lnea que desciende de izquierda a derecha, y representa las cantidades variables de lquido que la bomba puede entregar a distintas cargas o presiones. La interseccin de esta lnea con la lnea de cero descargas, nos da la carga o presin que desarrolla la bomba cuando la vlvula de descarga est cerrada. La curva que en este caso nos da la potencia necesario para operar la bomba, tiene la pendiente hacia arriba, de izquierda a derecha. En este caso el punto en que la potencia necesaria tiene un valor menor, es el que corresponde a la vlvula cerrada.

VENTAJAS DE LAS BOMBAS CENTRFUGAS:

Su construccin es simple, su precio es bajo. La lnea de descarga puede interrumpirse, o reducirse completamente, sin daar la bomba. Puede utilizarse con lquidos que contienen grandes cantidades de slidos en suspensin, voltiles y fluidos hasta de 850F. Sin tolerancias muy ajustadas. Poco espacio ocupado. Econmicas y fciles de mantener. No alcanzan presiones excesivas an con la vlvula de descarga cerrada. Mxima profundidad de succin es 15 pulgadas. Flujo suave no pulsante. Impulsor y eje son las nicas partes en movimiento. No tiene vlvulas ni elementos reciprocantes. Operacin a alta velocidad para correa motriz. Se adaptan a servicios comunes, suministro de agua, hidrocarburos, disposicin de agua de desechos, cargue y descargue de carro tanques, transferencia de productos en oleoductos.

ALTURA UTIL:

Es la altura que imparte el rodete o la altura teorica,Hu, menos las perdidas en el interior de la bomba, Hr-int. Empleando la expresin de Bernoulli entre las secciones E y S para el dibujo anterior, despejando H y reordenando los temrinos se obtiene la primera expresin de la altura til.

Multiplicando todo por g obtenemos la primera ecuacin de la energa til:

Estas primeras expresiones se aplican cuando conocemos los datos de la bomba mas no los datos y distancias de la instalacin hidrulica.Debido a que el termino zs-zE y el ultimo temrino son muy aproximados a cero, se puede deducir que:

Donde Ms Lectura del manometro a la salida y Me lectura del manometro a la entrada.La altura til para las condiciones optimas de servicio de la bomba debe figurar, junto con el caudal Q y el numero de revoluciones n en la placa caracterstica de la maquina. Escribiendo la ecuancion de bernulli pero ahora par las secciones Ay Z del dibujo podemos llegar a obtener que:

Multiplicando todo por g obtenemos la segunda ecuacin de la energa til:

Estas segundas expresiones se aplican cuando conocemos los datos, distancias y condiciones de la instalacin hidrulica sin necesitar los de la bomba.

PERDIDAS, POTENCIAS Y RENDIMIENTOS

Perdidas hidrulicas.- Son de dos formas, de superficie (rosamiento del fluido con las paredes o con las partculas del mismo fluido entre si) y de forma (en los cambios de direccin de los fluidos en el transcurso de la bomba)

Perdidas volumtricas: existen exteriores (las que permiten la fuga de los fluidos hacia el exterior del sistema hidrulico como puede ser por los sellos mecanicos en las bombas) e interiores(las que ocurren cuando hay recirculacin de los fluidos dentro del sistema absorviendo energa mecnica para llevar fluidos a ningn lado) Perdidas mecanicas.- Son las perdidas que ocurren por el rozamiento mecanico de las piezas de la bomba con otros elemento o con el fluido mismoPotencia y rendimientos.-

Pa= Potencia de accionamiento o ptencia libre en el eje (potencia absorbida de la red multiplicada por el rendimiento del motor elctrico.

Pi= Potencia suministrada al rodete (potencia de accionamiento menos las perdidas mecanicas)

P= Potencia til (potencia invertida en impulsar el caudal til a la altura til del fluido)

Rendimiento hidrulico (es la relacin entre altura teorica y la altura til)

Rendimiento volumtrico (es la relacin entre el volumen til efectivo y caudaul teorico que impulsara el rodete)

Rendimiento interno (relacin entre la P til y la potencia interna)

Si sustituimos en la formula de potencia interna y potencia til se deduce finalmente que:

Rendimiento mecanico (es la relacin entre potencia interna y potencia mecnica)

Rendimiento toal (es finalmenta la relacin entre la potencia libre del eje y la potencia til de el fluido con la que sale de la bomba)

Relacion entre rendimientos.- teniendo en cuenta las utilmas ecuaciones se tendr:

CAVITACION Y ALTURA DE SUCCION

La cavitacin es un fenmeno muy importante de la mecnica de los fluidos y de particularinfluencia en el funcionamiento de toda maquina hidrulica.En las ltimas dcadas la tecnologa del diseo de turbinas y bombas centrfugas ha tenido unavance importante, el cual sumado a los incrementos en los costos de fabricacin, ha llevado adesarrollar equipos con mayores velocidades especficas para minimizar esta Influencia, lo quedetermina un incremento en el riesgo de problemas en la succin, especialmente cuando operanfuera de su condicin de diseo.Cuando una persona se encuentra ante el problema de seleccionar una turbina o bomba adecuada,generalmente recurre a aquella que le brinda el mayor rendimiento, con la menor inversininicial.Si en la etapa previa slo se suministran los valores de caudal, la altura de impulsin y el fluido laseleccin del equipo quedar en manos del fabricante que tratar de cotizar el equipo de menorprecio. Pero, no existirn otros parmetros que deban ser tomados en cuenta?Claro que s, nadie como el usuario ha de conocer la instalacin por la cual ha de operar la bombay es ms, es probable que el sistema diseado para la succin, debido a una solucin econmicaexigida, haga que no se encuentre en el mercado la bomba que pueda garantizarle en rendimientosin problemas en el futuro.Este capitulo pretende dar un panorama general sobre el fenmeno, su mecnica y los ltimosavances en investigacin sobre el tema. Adems se presentan los diferentes coeficientes quecaracterizan al fenmeno y que influirn en la seleccin de una bomba y en el diseo de unasistema de bombeo.

ALTURA MXIMA DE ASPIRACION DE UNA BOMBAClculos relacionados con NPSH (ANPA)Las bombas son mucho mejores en empujar que aspirar el agua. El NPSH (Net Positive Suction Head) o ANPA (Altura Neta Positiva en la Aspiracin) dice cmo de buena es una bomba en aspirar si la colocamos por encima del nivel del agua. De la curva de NPSH, proporcionada por el fabricante de la bomba, se obtiene un valor correspondiente a un caudal del diseo. A partir de ese valor podemos calcular la altura mxima de aspiracin permitida, que es la altura desde que la bomba todava podra aspirar el caudal correspondiente.

A parte del valor de NPSH de la ficha tcnica, la mxima altura permitida de aspiracin depende de las prdidas de carga en la tubera de aspiracin y, adems, de la presin atmosfrica, densidad y tensin del vapor de agua. Esta aplicacin se ha creado para simplificar el clculo.El usuario tan solo introduce el caudal requerido, valor de NPSH (en metros, segn la curva caracterstica de la bomba), el tipo, dimetro y longitud del tubo de aspiracin, posibles prdidas de carga locales (por los codos, vlvula de pie, filtro de malla...), la altura sobre el nivel del mar y la temperatura del agua (en grados centgrados).

La aplicacin devuelve la mxima altura permitida de la bomba, en la que todava puede aspirar bajo dichas condiciones. A parte, en los resultados aparecen las prdidas de carga en el tubo de aspiracin, la presin atmosfrica (expresada en hectopascales) en funcin de la altura sobre el nivel del mar, la tensin del vapor (expresada en kilopascales) y densidad del agua en funcin de la temperatura.

LEYES DE SEMEJANZA (EN BOMBAS)Leyes de SemejanzaEn bombas semejantes operando cerca del punto de diseo se cumplen las leyes de semejanza de manera aproximada.

Regulacin.El caudal nominal de una bomba roto-dinmica se modifica variando el dimetro del rotor o la velocidad de rotacin. El caudal de un sistema de bombeo se puede cambiar variando el nmero de bombas que funcionan en paralelo.

Se puede variar continuamente el caudal de una bomba mediante una vlvula en la tubera de descarga, derivando parte del caudal o variando la velocidad de rotacin.

Fluye agua a travs de una tubera como se muestra en la figura, a temperatura de 25C. El sistema debe llenar el tanque que se encuentra en la parte superior. El dueo de la finca considera que esto se debe llevar a cabo en 12 horas con el fin de evitar mantener la bomba prendida mucho tiempo y con ello reducir los costos de energa. Para estas condiciones:a. Calcule la cada de presin, en Pascales, para el sistema b. Calcule la potencia hidrulica, en kW, necesaria para mover el fluido c. Seleccione una bomba que cumpla con las condicionesd. Calcule la potencia elctrica consumida por la bomba, en kWe. Introduzca los accesorios de tubera que se requieraLo primero que se debe calcular es el flujo el cual corre por las tuberas de la finca este flujo va a ser el siguiente:

A partir del flujo hallado se obtiene las velocidades en ambos tramos de tubera pues los dimetros de dichas tuberas son diferentes como se muestra en la figura. De esta forma se hallan las velocidades a la salida y entrada de la bomba con dimetros de tubera de 5 y 4 cm, respectivamente.

Las alturas y presiones del sistema se pueden obtener viendo la figura adjunta pues aqu se ve claramente la ubicacin de la tubera y se pueden deducir estas.

Se calcula el nmero de Reynolds y es necesario tener en cuenta que el liquido que fluye por las tuberas es agua a 25 oC pues las propiedades como lo son la densidad y viscosidad.

Al mismo tiempo se necesita la rugosidad superficial del material a utilizarse para la tubera, el cual es un acero galvanizado.

Se tiene un sistema de bombeo que funcionara las 24 horas del da, se pide seleccionar una bomba adecuada para la labor, se entrega la siguiente tabla:

Si el tanque se llena entre las 0 y 4 horas del da, ntese que ya se est extrayendo flujo desde las 0 h, por lo tanto es de esperar que de las 24 horas quede altura de fluido en el tanque de reserva, es lo que se va a calcular a continuacin:Entre 4 y 24h.Si el tanque a las 4 h est lleno, luego de las 24 h de trabajo el volumen de fluido sobrante es de:

De este volumen restante se obtiene los 144 000 galones que se vacan entre las 0 y 4 h. Para Las 4 am del volumen del da anterior quedan:

Entonces, lo que debe ser bombeado a las 4 h para completar los 2 millones de galones es:

Por otro lado la altura inicial en el tanque a las 0 horas es de:

Luego para encontrar la variacin de la altura con respecto al tiempo, se puede platear un balance de masaEs necesario compara la presin de succin en el punto justo antes de la bomba con la presin de saturacin del fluido que se transporta: