Post on 19-Dec-2015
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BOMBAS
DEFINICIÓN.- La bomba es una máquina que absorbe energía mecánica que
puede provenir de un motor eléctrico, térmico, etc., y la transforma en energía
que la transfiere a un fluido como energía hidráulica la cual permite que el
fluido pueda ser transportado de un lugar a otro, a un mismo nivel y/o a
diferentes niveles y/o a diferentes velocidades.
CLASIFICACIÓN
Se pueden considerar dos grandes grupos:
• Dinámicas (Centrífugas, Periféricas y Especiales)
• Desplazamiento Positivo (Reciprocantes y Rotatorias).
BOMBAS DINÁMICAS
• BOMBAS CENTRIFUGAS
• Una bomba centrífuga es un tipo de bomba hidráulica que transforma
la energía mecánica de un impulsor rotatorio en energía cinética y
potencial requeridas. Aunque la fuerza centrífuga producida depende
tanto de la velocidad en la periferia del impulsor como de la densidad del
líquido, la energía que se aplica por unidad de masa del líquido es
independiente de la densidad del líquido. Por tanto, en una bomba dada
que funcione a cierta velocidad y que maneje un volumen definido de
líquido, la energía que se aplica y transfiere al líquido, (en pie-lb/lb de
líquido) es la misma para cualquier líquido sin que importe su densidad.
Por tanto, la carga o energía de la bomba en pie-lb/lb se debe expresar
en pies.
.
• Las bombas centrífugas tienen un uso muy extenso en la industria ya
que son adecuadas casi para cualquier servicio. Son comunes las que
tienen capacidades entre 5000 y 6000 galones por minuto. Las cargas
pueden ser hasta de 150 a 180 m (500 a 600 pies) con motores
eléctricos de velocidad estándar. Estas bombas se suelen montar
horizontales, pero también pueden estar verticales.
• Constituyen no menos del 80 % de la producción mundial de bombas,
porque es la más adecuada para manejar más cantidad de líquido que la
bomba de desplazamiento positivo.
• No hay válvulas en las bombas de tipo centrífugo; el flujo es uniforme y
libre de pulsaciones de baja frecuencia.
• Los impulsores convencionales de bombas centrífugas se limitan a
velocidades en el orden de 60 m/s (200 pie/s).
BOMBAS PERIFÉRICAS Son también conocidas como bombas tipo turbina,
de vértice y regenerativas, en este tipo se producen remolinos en el líquido por
medio de los álabes a velocidades muy altas, dentro del canal anular donde
gira el impulsor. El líquido va recibiendo impulsos de energía No se debe
confundir a las bombas tipo difusor de pozo profundo, llamadas frecuentemente
bombas turbinas aunque no se asemeja en nada a la bomba periférica
BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
• BOMBAS RECIPROCANTES.- Llamadas también alternativas, en estas
máquinas, el elemento que proporciona la energía al fluido lo hace en
forma lineal y alternativa. La característica de funcionamiento es
sencilla.
• BOMBA ROTATORIA.- Llamadas también rotoestáticas, debido a que
son máquinas de desplazamiento positivo, provistas de movimiento
rotatorio, y son diferentes a las rotodinámicas. Estas bombas tienen
muchas aplicaciones según el elemento impulsor. El fluido sale de la
bomba en forma constante, puede manejar líquidos que contengan aire
o vapor. Su principal aplicación es la de manejar líquidos altamente
viscosos, lo que ninguna otra bomba puede realizar y hasta puede
carecer de válvula de admisión de carga
PERDIDAS DE CARGAS PRIMARIAS
Los conductos que se utilizan para transportar fluidos son de dos clases:
- Conductos cerrados, o tuberías en los cuales el fluido se encuentra bajo
presión o depresión.
- Conductos abiertos o canales (acueductos, canales de riego, ríos, etc.)
El calculo de la resistencia o perdida de carga en las dos clases de conductos
presenten problemas análogos.
El calculo de pérdidas de carga en las tuberías pertenece a la práctica diaria
del ingeniero instalador y proyectista, en los sistemas de gasolina, gas oil, fuel,
aceites lubricantes, en los sistemas de refrigeración y aire acondicionado,
redes de suministro de agua, etc.
Las pérdidas primarias
Son las pérdidas de superficie en el contacto del fluido con la tubería (capa
límite), rozamiento de unas capas de fluido con otras (régimen laminar) o de las
partículas de fluido entre sí (régimen turbulento). Tienen lugar en flujo uniforme,
por tanto principalmente en los tramos de tubería de sección constante.
Considere un ducto simple entre dos tanques. En la entrada hay una bomba,
un medidor de flujo, una válvula de control y un medidor de presión. En la
salida hay un medidor de presión, una válvula de control y un medidor de flujo.
Si calibramos cualquiera de los dos medidores en el área de trabajo para medir
exactamente lo mismo irremediablemente cuando estos son instalados en el
ducto, las medidas de flujo terminan siendo diferentes. Esto es cierto en
cualquier ducto y, por consiguiente, siempre habrá una diferencia en el flujo si
se realiza detección de fugas utilizando solamente el balance de masas.
Si dibujamos el flujo contra la presión del ducto cuando la bomba es encendida,
el flujo en la entrada se verá como la línea verde. El flujo en la salida se verá
como la línea azul.
CARGA DIFERENCIAL TOTAL
Para determinar la carga total del sistema, se hace uso de la ecuación de
Bernuolli, que aplicada al sistema mostrado en la siguiente figura, tiene la
siguiente expresión:
P1 /σ + V12 / 2g + Z1 + ∆Hb - ∆Hr 1-2 = P2 / σ + V22 / 2g + Z2
Donde: P1, P2; Presión sobre la superficie libre del líquido
V1, V2; Velocidad que experimenta cada una de las superficies libres del fluido.
Y se consideran V1 = V2 = 0
Z1, Z2; Coordenadas de las superficies libres, medidas desde el eje de la
bomba.
∆Hb; La carga total que la bomba tiene que desarrollar para conducir el fluido
del depósito 1 al depósito 2 en una determinada Q.
∆Hr 1-2 ; Son las pérdidas totales de carga que el fluido experimenta en la
tubería al ser conducido de un depósito a otro.
σ ; Peso específico del fluido a la temperatura de bombeo.
g; Aceleración debida a la gravedad.
Donde: Z1 = Z2 ; V1 = V2 (Flujo Uniforme)
HL = P1 - P2
γSe obtiene: H = energía perdida o altura perdida
Despejando de la ecuación anterior el término ∆Hb y teniendo presente lo
anterior tenemos:
∆Hb= (P2 - P1) / σ + (V22 - V12) / 2g + (Z2 - Z1) + ∆Hr 1-2
Cabe aclarar que las pérdidas en carga ∆Hr 1-2 son las pérdidas totales, las
cuales están compuestas por lo siguiente:
a) Las perdidas primarias, imputadas al rozamiento que el fluido experimenta
con la pared de la tubería por la que circula (capa límite), el rozamiento que
existe entre capas de fluido (régimen laminar), y el rozamiento generado por el
choque de partículas de fluido (régimen turbulento). A todas estas pérdidas en
conjunto se les denomina "primarias".
b) Al segundo tipo, se les denomina "secundarias", que se verifican debido a
transiciones (extensiones o estrechamientos) codos, válvulas, derivaciones y
toda clase de accesorios que la instalación contenga; así como también las
pérdidas que se verifican en la succión y entrada de la tubería E y la salida S.
Figura. Sistema hidráulico de dos depósitos en elevación
Pérdidas Primarias
El flujo de cualquier fluido está acompañado de dos tipo de fricción: fricción
interna ahusada por el frotamiento de las partículas del fluido unas contra
otras; y la fricción externa ahusada por el frotamiento de las partículas de
fluido contra las paredes del tubo o contra la capa estática del líquido adherido
a las paredes. Se tiene que gastar energía para vencer esta fricción.
Si el flujo es turbulento, la fricción desarrollada dependerá en parte de la
rugosidad de las paredes. Debido a que las superficies interiores de los tubos
del mismo material son prácticamente las mismas cualquiera que sea el
diámetro, las tuberías más pequeñas son relativamente más ásperas que las
grandes. Así para velocidades iguales, mientras mayor sea el diámetro de la
tubería, menor será la pérdida por fricción. La rugosidad de la pared del tubo
también dependerá del material del que está hecho el tubo, y después que éste
ha estado en servicio, de cualquier cambio que ocurra en la superficie interior.
Cuando las tuberías son nuevas, las pérdidas por fricción por cada 100 pies de
tubería de acero al carbón cedula 40 y hierro forjado. Está tabla esta basada en
la siguiente fórmula:
Donde:
hfp = Pérdidas primarias de carga, en pies de líquido o (m.c.a)
L = Longitud de la tubería, en pies o (m)
D = Diámetro interior de la tubería, en pies o (m)
V = Velocidad en la tubería, en pies por segundo o (m/seg)
g = Aceleración debida a la gravedad, en pies/seg2 (m/seg2)
f = coeficiente de fricción (dependiendo de la rugosidad relativa de la tubería y
del número de Reynolds
Un parámetro importante en la determinación del tipo de régimen, es el número
de Reynolds el cual involucra la velocidad, la viscosidad del fluido y el diámetro
interno de la tubería.
El número de Reynolds se calcula por medio de la siguiente expresión:
donde: R = Número de Reynolds (adimensional)
V = Velocidad promedio del fluido en la tubería (m/s)
D = Diámetro interior de la tubería (m)
μ = Viscosidad cinemática en (m2/s)
Los valores del número de Reynolds son los que sirven para caracterizar el tipo
de flujo. Está claro que, para elevados números de Reynolds, el flujo es
turbulento y para valores bajos es laminar. Sin embargo, la caracterización del
flujo de transición en la zona de los números de Reynolds medios, difiere en
función de las fuentes consultadas. Aquí vamos a dar algunos valores
comúnmente aceptados:
• Flujo laminar R > o = 2000
• Flujo de transición 2000 < R < 4000
• Flujo turbulento R > 4000
Para estimar las pérdidas primarias es necesario contar con los datos de
rugosidad y el diámetro interno de la tubería.
Con estos datos se calcula el valor de la rugosidad relativa (ε) por medio de la
siguiente expresión:
donde: ε es la rugosidad absoluta (mm)
D es diámetro (mm)
Los valores de å para diferentes tuberías se muestran en la siguiente tabla:
Con los valores del número de Reynolds y la rugosidad relativa, se procede a
determinar el coeficiente de rozamiento en el diagrama de Moody.
CONCLUSIONES
La creación de vacío es la función primordial de una bomba.
ü En una bomba siempre hay pérdidas, por lo cual afecta a su eficiencia,
siendo una de las más eficientes la bomba centrífuga.
La energía o cabeza que se le aplica al líquido por medio de una bomba
centrífuga es por medio de fuerza centrífuga.
La principal aplicación de las bombas centrífugas es para el trasiego de
líquidos poco viscosos y líquidos que contengan sólidos en suspensión.
Las bombas más utilizadas son las centrífugas, por sus altas
velocidades que puede alcanzar.
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