1 Profesor: MAITA F. David

PARMETROS TCNICOS

DE

BOMBAS CENTRIFUGAS

UNIDAD II

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En la mayora de empresas, los tcnicos u operadores de bombas centrifugas reclaman que:

La bomba no funciona.

La bomba no aguanta presin

La bomba gotea en el piso y etc.

Cmo estn las Bombas?

Por qu el reclamo frecuente?

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Qu es un fluido y que propiedades lo caracterizan?

Son sustancias cuyas molculas gozan de gran movilidad una con respecto a otras, tomando la forma del recipiente que las contiene.

El lquido es uno de los tres estados de agregacin de la materia. Un lquido es un fluido cuyo volumen es constante en condiciones de temperatura y presin constante y su forma es esfrica.

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HIDROSTTICA

Estudio de los fluidos en reposo. En los sistemas hidrostticos la energa que predomina es la energa de presin.

El Peso Especfico () es la propiedad mas importante a considerar.

Una clasificacin Prctica para el estudio de los fluidos es por su estado .

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HIDRODINMICA Estudio de los fluidos en movimiento. En los sistemas hidrodinmicos la energa que predomina es la energa de velocidad.

La Densidad () y la Viscosidad () son las propiedades que predominan.

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FLUIDOS COMPRESIBLE

Cuando la viscosidad de un fluido vara con la presin, se les conoce como no Newtoniano.

FLUIDOS INCOMPRESIBLE

Se mantiene invariable con los cambios de presiones. A estos lquidos se les conoce como lquidos reales o Newtonianos.

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Densidad () es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen.

La densidad del agua, tcnicamente es 1 kg/L = 1; 1000 kg/m3 = 1g/cm3

En el sistema ingls, la densidad del agua es: = 62.4 lb/ft3

Cules son las propiedades que caracterizan a un fluido?

= masa = m Volumen V

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Aplicacin:

500 litros de agua (0,5 m3), poseen una masa de 500 kilogramos, esto quiere decir que la densidad del agua en las condiciones tendr que valor.

= masa

Volumen

9

Nombre

C

Densidad Kg/m3

Nombre

C

Densidad Kg/m3

Gasolina 15 749.8 Aceite vegetal 15 900

Cerveza 15 1020 Aceite crudo 20 1000

Diesel fuel 15 820 Brea 25 1230

Aceite para engranajes

15 920 Vino 15 1000

Aceite

combustible - Ligero

15 860 Jugos de azcar 80 1300

Aceite hidrulico 20 875 Aceite de silicona 20 940

Kerosene 15 790 Leche 15 1030

Agua de mar 15 1020 Agua de mar 20 998

TABLA DE DIVERSOS LQUIDOS SEGN SU TEMPERATURA ESTNDAR.

DENSIDAD RELATIVA (dr)

La densidad relativa (tambin denominada gravedad especfica(GE)) es una comparacin de la densidad de una sustancia con la densidad del agua:

GE (dr) =

0,70 GE gasolina

1,0 GE agua

sustancia (s) agua (a)

Densidad =

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Un aceite tiene una gravedad especifica de 0,85. Calcule su densidad en kg/m3 y lb/ft3.

Solucin: Por definicin de gravedad especifica: Densidad: dS = dr x da Reemplazando: ds = 0.85 x 1000 kg/m

3 = 850 kg/m3 ds = 0.85 x 62.4 lb/ft

3 = 53.04 lb/ft3

Aplicacin:

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Es la cantidad de peso por unidad de volumen de una sustancia que ella ocupa.

PESO ESPECFICO ()

= Peso = w * g ( * g) Volumen v

(Gamma) = peso especifico W = es el peso de la sustancia V = es el volumen que la sustancia ocupa = es la densidad de la sustancia g = es la gravedad se expresa en (gr-f/cc) 9.80 m/s2

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LA TEMPERATURA

Es una medida del nivel de energa interna de un fluido. Es usualmente medida en grados Centgrados (C) o en grados Fahrenheit (F).

C = F 32 5 9

El agua se congela 0 = C y hierve a 100 C. El agua se congela 32 = F y hierve a 212 F.

Expresa la deformacin que sufre un fluido cuando se la aplican fuerzas externas

Viscosidad cinemtica: centistokes (cSt) [mm2/s]

Representa fsicamente la resistencia al movimiento que presenta un fluido (cuando est en movimiento) .

Se denomina viscosidad cinemtica y es la relacin entre la viscosidad dinmica y su densidad.

Viscosidad dinmica: centipoises (cP) [Pas]

MEDICIN DE LA VISCOSIDAD

Viscosidad: propiedad de un fluido de ..... Fluir

PRINCIPIO DE PASCAL

La presin de un lquido se transmite a todos los puntos del mismo y a las paredes del recipiente que los contiene. Las flechas slo indican que la presin es perpendicular a la superficie.

P F

A

PRINCIPIO DE PASCAL:

La presin ejercida sobre un fluido es distribuido igualmente a travs de todo el fluido.

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A

Todo cuerpo ejerce presin P sobre la superficie en que se apoya cuya magnitud depende de la fuerza F (peso del cuerpo) y la superficie A en la que se apoya.

F P = A

F

PRESIN

F

Ap

p

F A

A

F p

A p F

=

=

x =

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Cul es la diferencia entre fuerza y presin?

Ejercicio:

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Como se muestra la relacin entre la presin y el rea, donde se puede notar que la relacin es inversamente proporcional

RELACIN ENTRE LA PRESIN Y EL REA

Como se muestra la relacin entre la presin y la fuerza aplicada que estn relacionadas directamente.

RELACIN ENTRE LA PRESIN Y LA FUERZA APLICADA

El liquido es un fluido incompresible.

Si un lquido se encuentra en reposo, la presin que ejerce esta dada por:

Donde (rho) es la densidad del lquido y h es la distancia del punto debajo de la superficie.

Presin = Altura (h) x Peso especifico ()

P = h x (Gamma) = x G

Presin = 76 cm x 13,6 g = 1033,6 g

cm3 cm2

Presin =

Ejercicio de aplicacin

Determine la presin que ejerce una columna de Hg que tiene 760 mm de altura y una densidad de 13,6 g/cm3.

SOLUCION

Presin = Altura x Peso especifico

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d

F

P

Area

FuerzaP

4

. 2d

FP

MEDICIN DE LA PRESIN

A

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Sector dentado

Varilla

Pin

Tubo elstico

Manmetro Bourdon

Presin atmosfrica

MEDICIN DE LA PRESIN

Es un instrumento utilizado para la medicin de la presin en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presin entre el fluido y la presin local.

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El vacumetro de McLeod es un vacumetro que mide con gran precisin presiones inferiores a la presin atmosfrica (Vaco).

Vacumetro

un vacumetro mide solo vaci y el manovacuometro tiene el cero en la mitad de su escala y puede medir vaci de cero hacia atrs y presin hacia adelante

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: Representa la densidad del fluido en kg/m3. h: Representa la columna de fluido que genera la presin p. g: Representa la aceleracin de la gravedad. : Peso especfico (kg/dm3).

Presin Atmosfrica

h

A P

resi

n A

tmo

sfrica

PA = fluido x h

PA = fluido x g x h

: Fluido

PRESIN DEBIDO AL PESO DEL FLUIDO PRESIN MANOMTRICA.

PSI x 2,31 GE

Altura (pies) =

Altura ( pies ) x GE 2,31

Presin (PSI)=

LA PRESIN SE PUEDE CONVERTIR EN ALTURA

LA ALTURA PUEDE CONVERTIR EN PRESIN

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a. Para una misma altura de columna de liquido, lquidos de pesos especficos diferentes tiene presiones diferentes.

Agua = 1

Gasolina = 0,75

Ac. Sulfurico = 1,8

____ PSI _____ PSI _____ PSI

____ Amp ___ Amp ___ Amp

INFLUENCIA DEL PESO ESPECIFICO EN AL RELACIN ENTRE LA PRESIN Y ALTURA DE COLUMNA DE LQUIDO.

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Gasolina = 0,75

Agua = 1 Salmuera

= 1,2

_____ PSI ______ PSI ______ PSI

___ Amp ___ Amp ___ Amp

b. Para una misma presin, actuando en lquidos con pesos especifico diferentes, las columnas de liquido son diferentes.

PRESIN ATMOSFRICA (Patm)

Q = Caudal

Es la presin que se da en cualquier lugar de la superficie de la tierra como consecuencia del peso por unidad de superficie ejercida por la atmsfera (aire).

Se llama tambin presin baromtrica. 1m Cuadrado

Presin que genera el peso del aire.

30

Altitud sobre el nivel del mar

Presin atmosfrica en metros

0 10,33

200 10,080

400 9,830

600 9,580

800 9,340

1000 9,110

1200 8,890

1400 8,670

1600 8,450

1800 8,240

2000 8,040

2500 7,560

3000 7,100

3500 6,680

4000 6,270

LA PRESIN ATMOSFRICA EN FUNCIN DE LA ALTITUD SOBRE EL NIVEL DEL MAR.

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atm kgf/cm2 bar Pa = N/m2 Psi = lbf/pul2 m H2O

1 1,033 1,013 1,013 x 105 14,662 10,33

0,968 1 0,981 98100 14,194 10

0,987 1,02 1 105 14,468 10,2

9,87 x 10-4 1,02 x 10-5 10-5 1 1,447 x 10-4 10,2 x 10-5

0,068 0,070 0,069 6910,8 1 0,705

EQUIVALENCIA DE UNIDADES DE PRESIN

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CAUDAL (Gasto, Flujo volumtrico, flujo de volumen, Tasa de volumen)

Q = V t

: Velocidad promedio del flujo m/s. Q: Representa el caudal en lpm. A: rea de la seccin cm2

A1

V

V A1

V1 Es la cantidad de fluido que pasa por determinado elemento en la unidad de tiempo.

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CAUDAL

A Q Q

v d

4

...

2dvAvQ

34

Q = 3000 lpm 60 cm

480 cm

recipiente

8. Determine la velocidad del agua (m/s) en el ducto y en el recipiente

APLICACIN

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ECUACIN DE CONTINUIDAD

Que al disminuir la seccin de la tubera la velocidad del fluido se incrementa, y disminuye a medida que la seccin aumenta.

2211 AvAv

A2 A1

V2 V1

Q =

Teoria de Bombas Centrfugas Principio de Funcionamiento

La Bomba recibe la energa a travs de su eje (RPM y Torque) Esta energa pasa al impulsor, que le impulsa velocidad al liquido que esta siendo bombeado a un valor aproximado de (V2/2g)

En el impulsor y en la voluta esa velocidad va transformndose en Presin, mediante el incremento del rea de paso.

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PH = W t

PH(Kw) = P (bar) Q (lt/min) 600

PH(Kw) = (Kg/m3) H (m) Q (m3/s)

76

= peso especifico

POTENCIA QUE ENTREGA LA BOMBA

Es la rapidez de una mquina (bomba) para realizar trabajo.

PH =Potencia Hidrulica

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PH = . H. Q 76

POTENCIA DE FRENO

Pfreno(Kw) = T (N.m). n (rev/min) 9950

Perdidas

P hidrulica

Motor Elctrico

Potencia entregada al eje de la bomba.

Curvas caractersticas de una bomba centrfuga

CARGA TOTAL RENDIMIENTO

POTENCIA AL FRENO

Qro

hmax

A

B

C D E A: Prdidas en la entrada del

impulsor (Prdida Hidrulica) B: Prdida por Recirculacin (Prdida Volumtrica) C: Rozamiento en sello mecnico / prensaestopa (Prdida Mecnica) D: Filtracin del elemento sellante (Prdida Volumtrica) E: Friccin en rodamientos, anillos de desgaste, impulsor. (Prdida Mecnica)

TEORIA DE BOMBAS CENTRFUGAS

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Perdidas en el motor.

Energa consumida

de la red

Energa hidrulica til entregada al

fluido.

Perdidas mecnicas

Elctricas, entre hierro

(en el eje) (Rozamiento, turbulencia, choques, etc.)

Prdidas Hidrulicas.

PERDIDAS EN UN SISTEMA DE BOMBEO

Zonas de distribucin de la potencia en una bomba centrfuga

Potencia absorbida por el fluido

Qro

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Eficiencia () = Energa neta absorbida por el fluido. Energa entregada al eje de la bomba.

EFICIENCIA DE LA BOMBA

Nos indica el porcentaje de energa neta absorbida o aprovechada por el fluido a su paso por la bomba.

Potencia al Freno

Potencia hidrulica

Prdidas

m.h

Hidraulicafreno

Freno

Hidraulicam.h

PP

P

P

Zonas de distribucin de la potencia en una bomba centrfuga

Potencia absorbida por el fluido

Prdidas

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REPRESENTACIN GRAFICA ISO EFICIENCIA

10 D

H (m)

50

40

45

Q (l/min) 100 200 300

9 D

8 D

80 % 75 %

70 %

CURVAS DE EFICIENCIA

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Zona de alta presin Zona de baja presin

GENERACIN DE LA PRESIN

La presin se origina cuando el caudal encuentra una resistencia a su desplazamiento.

Resistencia

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CADA DE PRESIN

La cada de presin es una perdida de energa que se disipa al medio circundante en forma de calor.

40bar 10bar

P = 30 bar

k P = Q2

Q = 20 L/min

Para una restriccin constante, a medida que se incrementa el caudal, la cada se incrementa en forma cuadrtica.

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a. Longitud de la tubera. b. Dimetro de la tubera. c. La rugosidad de la tubera. d. El tipo de fluido transportado. e. La temperatura del fluido. f. Forma de la tubera y accesorios.

Otros factores que influyen en la cada de presin de un sistema hidrulico

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A BOMBA

____ bar Presin: 30 bar Presin: 10 bar

B

Sistema en serie

Aplicacin:

BOMBA

B

A

C

_____ bar

Presin: 20 bar

Presin: 40 bar

Presin: 60 bar

Sistema en Paralelo

50

SISTEMA DE BOMBEO

Aqu la resistencia es el propio peso del fluido ms las resistencias fluido-fluido y fluido-tubera que se desarrollan en el transporte de ste.