5 Bombas en flujo incompresible

Bombas

Operaciones de Transferencia de MOMENTUM

ChemEng IQA

Introducción: Bombas

• Incrementan energía mecánica:– Aumento en velocidad

– Aumento de presión

– Aumento de altura

• Se clasifican en:– Desplazamiento Positivo

– Cinéticas

• La densidad del fluido NO cambia (fluidos incompresibles)

Selección y Operación de Bombas

• Naturaleza del líquido

• Cap. Requerida (flujo volumétrico)

• Condiciones de succión y descarga

• Tipo de fuente de potencia (tipo de motor)

• Espacio, peso, dimensiones

• Costos de adquisición y operación

Selección y Operación de Bombas

• Tipo de Bomba y Fabricante

• Tamaño y tipo de conexiones

• Vel. de operación

• Especificaciones del impulsor

• Materiales

Bombas: Diagrama

Bombas

Desplazamiento Positivo Cinéticas

Rotatorias Recíprocas Axiales Centrífuga

•Engrane•Paleta•Tornillo•Cavidad Prog.•Lóbulo•Peristáltico

•Pistón•Diafragma

Desplazamiento Positivo

• Aplican presión directamente

• Miembros rotatorios

• “Llenan y vacían” el fluido

• Cantidad fija por revolución: eje 1.8 cm^3/rev

• Se dividen en 2: Rotatorias y Recíprocas

D.P. Rotatorias

• Engranes

• Paleta

• Tornillo

• Cavidad progresiva

• Lóbulo

• Peristáltico

D.P. Rotatorias: Engranes

D.P. Rotatorias: Paletas

D.P. Rotatorias: Tornillo

D.P. Rotatorias: Cavidad Progresiva

D.P. Rotatorias: Lóbulo

D.P. Rotatorias: Peristálticas

D.P. Recíprocas

• Pistón

• Diafragma

D.P. Recíprocas: Pistón

D.P. Recíprocas: Diafragma

Cinéticas

• Altas velocidades rotacionales (impulsor)

• Se convierte a energía de presión

– Flujo radial

• Centrífugas

– Flujo axial

• De impulsor

– Flujo mixto

Cinéticas: Radial

Cinéticas: Axial

Cinéticas: Axial

Cavitación

• Si el fluido de trabajo se evapora a la entrada de la bomba, ocurre un ruido y un desgaste conocido como Cavitación

Ejemplificación

NSPHr

• NSPHr = Net Specific Pressure at Head Required

• Carga de succión positiva neta requerida

• Es un indicador del fabricante

• Esta presión es el límite para la cavitación

• El ususario debe de garantizar que el NSPHd(presión de succión Disponible) sea mucho mayor

NSPHR y NSPHD

• NPSHd > 1.10*NPSHr

• Las presiones de vapor:

– Tablas

– Gráficas

– Calculándolas con la ecuación de Antoine

NSPHR y NSPHD

• NPSHd = (Psuc – Psat)/(rho*g)

• Pasar a comprar con NPSHr

• Ejercicio en YT

Ejercicio de Cavitación

Potencia de una bomba

• La potencia de una bomba se da simplemente multiplicando:

• Pot = m*Wb

• m: flujo másico

• Wb= trabajo de bomba por unidad de masa

Ejercicio en YT

Carga Total /Cabeza de la Bomba

• Se despeja para la bomba de la EEM

• El resultante es la carga de la bomba

• A: Succión

• B: Descarga

BombaA B




• A: Succión

• B: Descarga

BombaA B




• A: Succión

• B: Descarga

BombaA B

No hay cambio de altura


• Frecuentemente se expresa la cabeza de la bomba en unidades de longitud (metros o pies)

• Esto se hace dividiendo por gravedad

• Carga de bomba: 100 J/kg

– (100 J/kg) / (9.8 m/s2)





– (100 m2/s2) / (9.8 m/s2)





– (100 m2/s2) / (9.8 m/s2) = 10.2 m

Curva de la bomba

• Se realizan cálculos de la Cabeza de la bomba con diferentes gastos (flujos)

• Se grafican los resultados

• La gráfica resultante es la curva de la bomba

• Tamaño de impulsor es constante

Curva de la bombaFlujo Másico Flujo

Volumétrico

GPM = Gallonsper minute

Pdes-Psuc Vel. suc Vel. desc Cabeza de Bomba

0 Se calcula… Se miden… Se miden… Se miden… Se calcula

1

5

10

20

Ver video YT

Curva de la bomba (1 impulsor)

8”


8”

Cabeza (nW)


8”

Gasto (V)

Curva de la bomba (Varios impulsores)

6“ 1/25”

4“ 1/2

3”

8”

Tamaño impulsor

Eficiencia de la bomba

6“ 1/25”

4“ 1/2

3”

8”

Eficiencia de la bomba

6“ 1/25”

4“ 1/2

3”

8”

¿Qué TIPO bomba escoger?

Datos de Fabricante de Bomba

• Tamaño de impulsor

• Velocidad

• Potencia

• Eficiencia

• Carga de succión neta requerida (NSHPR)

• Gráfica de Carga vs. Gasto

• Punto de operación



3 x 5 – 12

3: tamaño de conexión de descarga5: tamaño de conexión de succión12: tamaño nominal del impulsor más largo



NPSHR

¿Qué bomba escoger?


• Se cuenta con un solo equipo

• El proceso opera a 240 gpm

• Contamos con impulsores de 5” y 6” ya que la empresa era pequeña cuando compró la bomba.

• Actualmente instalado el de 6”

• ¿Qué hacer si el proceso crecerá a 500 gpm?

• Favorecer cambios económicos


Punto de operación actual





Eficiencia: 57%

Potencia: 13 HP

Cabeza= 140 ft


Línea de operación deseada de crecimiento



Imposible de operar con impulsores actuales… cambiar a uno mas grande



Imposible de operar con impulsores actuales… cambiar a uno mas grande

Cabeza= 220 ft


• Conclusiones…

Curva del sistema vs. Curva de bomba

• Identificar el punto de operación:

– Se debe de hacer una curva del sistema.

– Se empalma dicha gráfica con la gráfica de la curva de la bomba (sistema vs. bomba)

– La intersección es el punto de operación


Válvulas abiertas


Válvulas abiertas

Válvulas 40% cerradas


Válvulas abiertas




Válvulas abiertas



Zona de operación

Leyes de afinidad de Bombas

• Se puede aumentar RPM

• Se puede cambiar el impulsor (diámetro)

• Relaciones de gastos

• Relaciones de potencias

• Solo aplica dentro de la misma carcasa (“misma bomba”)

Leyes de afinidad de Bombas

q = gastoD = diametroP = potencianWp = cabezaN = revoluciones por minuto

Efecto de viscosidad de fluido

• Incrementa potencia necesaria

• Disminuye flujo entregado

• Bajas eficiencias

Efecto de viscosidad de fluido

• Incrementa potencia necesaria

• Disminuye flujo entregado

• Bajas eficiencias

Bombas en paralelo

• Ideal cuando el flujo varía mucho

• Adición de bomba: Duplica la capacidad del sistema, la presión se mantiene igual

• Paralelo cantidad!

• Presión se mantiene igual

• Gasto se aumenta

Ejercicio en YT

Bombas en serie

• Ideal para cuando se requiere aumentar la presión del sistema

• Adición de bomba: Aumenta la presión del sistema; la cantidad se mantiene igual

• Paralelo calidad!

• Presión NO se mantiene igual

• Gasto NO aumenta

Ejercicio en YT

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