3Bombas

FLUJO DE FLUIDOS

Manejo de Slidos y

Lquidos Docente: Ximena Saavedra

Redes de tuberas

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PRDIDAS DE CARGA EN REDES DE TUBERAS

Para tuberas en serie, la razn de

flujo es la misma en cada tubera, y

la prdida de carga total es la suma

de las prdidas de carga en tuberas

individuales Ecuacin de continuidad

Para tuberas en paralelo, la prdida

de carga es la misma en cada

tubera, y la razn de flujo total es la

suma de las razones de flujo en las

tuberas individuales

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PRINCIPIOS DEL ANLISIS DE REDES DE TUBERAS

1. Se debe satisfacer la conservacin de la masa a

travs del sistema.

2. La cada de presin (y por lo tanto la prdida de

carga) entre dos uniones debe ser la misma para todas

las trayectorias entre las dos uniones.

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PRINCIPIOS DEL ANLISIS DE REDES DE TUBERAS

Se debe bombear agua a 20C desde un depsito (za = 5 m) a otro depsito a

una elevacin mayor (zb = 13 m) a travs de dos tuberas de 36 m de largo conectadas en paralelo, como se muestra en la figura. Las tuberas son de acero

comercial, y los dimetros de las dos tuberas son 4 y 8 cm. El agua se bombear

mediante un acoplamiento motor-bomba con una eficiencia del 70 por ciento que

extrae 8 kW de potencia elctrica durante la operacin. Las prdidas menores y la

prdida de carga en las tuberas que conectan las uniones de las tuberas

paralelas a los dos depsitos se consideran despreciables. Determine la razn de

flujo total entre los depsitos y la razn de flujo a travs de cada una de las

tuberas paralelas.

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Bombas

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Qu son?

Es un dispositivo que absorbe energa mecnica,

requerida para su funcionamiento, y la transforma en

energa hidrulica para elevar lquidos y conducirlos de

un lugar de menor altura a otro de mayor altura.

Esta energa que se comunica al fluido (carga (H)) es

requerida para vencer la resistencia al flujo que se

presenta durante el transporte de lquidos por una

tubera.

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CABEZA O CARGA DE LA BOMBA

Las bombas centrfugas tienen una cabeza o carga que corresponde a la

presin disponible y se representa como la columna de lquido bombeado (en

metros).

La columna de lquido se puede determinar de las siguientes formas:

Si es agua: 1psi son 2,31 pies de agua

Si es otro tipo de lquido: Se tiene en cuenta la gravedad especfica

=

La carga o cabeza no vara si se cambia el fluido (cambia densidad) por que

es independiente de este, pero si se incrementa la presin disponible para

elevar el lquido.

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CABEZA O CARGA DE LA BOMBA

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BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

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BOMBAS RECIPROCANTES

Las bombas reciprocas funcionan utilizando un movimiento en lnea recta de

ida y vuelta (pistones).

Este tipo de bombas son empleadas cuando el fluido se encuentra por debajo

de la bomba. En este caso, el pistn que la conforma crea un vaco parcial

dentro del cilindro permitiendo que el lquido se eleve.

La cantidad de lquido desplazado depender de la velocidad de la bomba

(geometra)

Son autocebantes y de succin limitada (baja descarga y baja eficiencia).

Son recomendables cuando la altura de succin no es superior a los 6.7 m

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Reciprocante Bomba de mbolo

En estas bombas el lquido es forzado por el movimiento de

uno o mas pistones ajustados a sus respectivos cilindros

(comprimen el lquido).

Se produce rozamiento, en este tipo de bombas, entre el

pistn y el cilindro, por lo que necesitan de sistemas de

lubricacin.

No pueden ser usadas con lquidos contaminados con

partculas que resultaran abrasivas para el conjunto.

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Reciprocante Bomba de Diafrgma

El elemento de bombeo es un diafragma flexible,

colocado dentro de un cuerpo cerrado que se

acciona desde el exterior. Estas paredes

elsticas o diafragmas varan el volumen de la

cmara, aumentndolo y disminuyndolo

alternativamente

En las bombas de diafragma no hay piezas

friccionantes

Se emplean para el bombeo de lquidos

contaminados con slidos, tal como los lodos,

aguas negras y similares.

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ROTATORIAS

Estas bombas desplazan el fluido de forma ms uniforme que las

bombas reciprocantes, con menos reas de trabajo. La forma en

que estn hechas y como operan proporcionan una presin de

descarga ms uniforme.

Gracias al cuerpo de desplazamiento rotatorio, las bombas tienen un

buen equilibrio y bajas vibraciones, incluso a un alto nmero de

revoluciones.

No necesitan mucho mantenimiento.

.

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ROTATORIAS

ROTOR SIMPLE ROTOR MLTIPLE

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Bombas de rotor simple

Son aquellas en las que todos los elementos que giran lo hacen con

respecto a un solo eje

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Bombas de rotor Mltiple

Son bombas en los que los elementos que giran lo hacen

con respecto a uno o ms ejes.

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Rotatorias Bomba de Engranaje

Especialmente diseadas para bombear: aceites,

lubricantes, grasas animales y vegetales, jarabes,

pinturas, resinas, melazas, mermeladas, etc.

Se emplean en general, para todo fluido denso y

viscoso sin partculas slidas en suspensin o

abrasivas.

Son dispositivos que manejan un alta eficiencia

dependiendo de las condiciones de aplicacin.

Manejan altas vibraciones debido a los engranajes

y las revoluciones.

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Rotatorias - Bombas de engranajes internos y externos

Las bombas con engranajes externos son ms

usadas en la industria del petrleo, esto se

debe a su construccin, son relativamente

simples.

Tienen dos engranajes:

Engranaje activador o de poder : este que es

activado por un motor o algn otro accionador.

primario.

Engranaje accionado o secundario: este que

es accionado por el engranaje de poder.

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Rotatorias - Bombas de engranajes internos y externos

Bomba con Engranajes Internos : Tienen dos engranajes unidos el uno con el

otro.

El engranaje externo el cual es ms grande que el interno y se llama accionador

El engranaje interno o engranaje secundario de la bomba es el accionado

Las bombas de engranaje interno y externo estn hechas de materiales

similares, acero para la reactivacin y acero o un metal ms suave para la

accionada. Por lo general la carcasa est hecha de hierro o acero fundido, la

parte interna de la carcasa es ms lisa y ms compacta que la externa, es por

eso que el engranaje accionador est diseado para rotar alrededor del

engranaje accionado

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Rotatorias - Bombas de Lobulos

Estas bombas mueven fluidos usando los espacios entre los rotores y la carcasa

de la bomba del lado de succin al lado de descarga. Los lbulos son la parte

redondeada de los rotores que permiten que estos entren en contacto y que

creen hermetismo al rotor. La forma y lisura de los rotores previenen que uno de

los rotores mueva al otro por lo que se usan engranajes para sincronizar y mover

ambos lbulos.

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Rotatorias - Bombas de Tornillo o rosca

Constan de uno o varios tornillos tipo sin fin

colocados en el interior de la carcasa de la

bomba. A pesar de ser baja en eficiencia y

costosa, la bomba de tornillo es conveniente para

altas presiones (3000 psi), y entrega fluido con

poco ruido o pulsacin de presin.

Son apropiadas para bombear fluidos viscosos,

con altos contenidos de slidos, que no necesiten

removerse o que formen espumas si se agitan.

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BOMBAS DINMICAS

Bombas centrfugas Las bombas centrfugas deben su nombre al

hecho de que elevan el lquido (suministran

energa) por la accin de la fuerza centrfuga,

que la imprime un rotor, colocado en su

interior, el cual es accionado por un motor

elctrico.

Son muy empleadas cuando se requieren

altas velocidades pero a presiones

moderadas.

Por su capacidad de transportar grandes

caudales de lquido son ms utilizadas que

las bombas de desplazamiento positivo. Son

cerca del 80% de la produccin mundial

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BOMBAS DINMICAS

Bombas centrfugas

1a. Carcasa.

1b. Cuerpo de la bomba.

2. Rodete.

3. Tapa de impulsin.

4. Cierre del eje.

5. Soporte de cojinetes.

6. Eje.

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BOMBAS DINMICAS

Bombas centrfugas

La bomba centrifuga posee una serie de rodetes con distintas y

particulares formas que permiten tener funcionamientos especficos

cuando se trata de bombear o impulsar el fluido.

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POTENCIA DE LA BOMBA

La potencia suministrada por la bomba al fluido es igual al producto del peso

especfico por el caudal y por la altura manomtrica:

Potencia necesaria: La potencia suministrada a la bomba desde una fuente

externa se representa por PB:

=

Donde es la eficiencia o rendimiento de la bomba

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Cabeza Neta Positiva de Succin (NPSH):

Es la presin que debe existir en la regin de succin de la bomba centrfuga para

lograr su adecuado funcionamiento y evitar la cavitacin.

La cavitacin se presenta cuando la presin del lquido en la zona de succin es

menor que la presin de vapor a la temperatura de operacin, produciendo

erosin y reduccin en la eficiencia de la bomba.

NPSH disponible: depende de las caractersticas de la instalacin y del lquido

a bombear

=

Donde:

Ps: es la presin en la zona de succin

Pv: es la presin de vapor a la temperatura de bombeo

Zs: es la altura de la zona de succin

hL : es las perdidas de carga en la zona de succin

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Ejercicio

Benceno a 100 F (37,8 C) se bombea a travs del sistema de la Figura a razn de 40 gal/min

(9,09 m3/h). El depsito est a la presin atmosfrica. La presin manomtrica al final de la

lnea de descarga es 50 psi (345 kPa). La descarga est a una altura de 10 pies y la succin

de la bomba est a 4 pies por encima del nivel del depsito. La lnea de descarga es una

tubera de 1,5 in, cdula 40. Se sabe que la friccin en la lnea de succin es de 0,5 psi (3,45

kPa) y de descarga es de 5,5 psi (37,9 kPa). La eficacia mecnica de la bomba es 60%. La

densidad del benceno es 54 lb/pie3 (865 kg/m3) y su presin de vapor a 100 F (37,8 C) es

3,8 psi (26,2 kPa). Calclese: (a) la carga desarrollada por la bomba, (b) la potencia total

comunicada, (c) la carga neta de succin positiva.

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CURVA DE LA BOMBA- Rendimiento de la bomba

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CURVA DEL SISTEMA Y CURVA CARACTERSTICA

Curva del sistema: Permite identificar cuanto es capaz de bombear una

bomba y grficamente se representa como del comportamiento de la carga de

la bomba til necesaria como una funcin de la razn de flujo o caudal.

Las perdidas por friccin son proporcionales al cambio en el caudal.

Curva Caracterstica: Es la representacin de la variacin de la carga y la

eficiencia de la bomba con respecto al caudal, basado en datos

experimentales reportados por el fabricante.

El caudal aumenta al disminuir la carga de la bomba

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SELECCIN DE UNA BOMBA - LEYES DE AFINIDAD

La mayora de las bombas centrfugas se operan a velocidades distintas

para obtener capacidades variables.

Leyes de Afinidad:

Son relaciones que permiten identificar la variacin de la capacidad, la carga y la potencia, cuando se modifica la velocidad o el dimetro

del impulsor.

Cada una de estas leyes vara con la velocidad angular del impulsor. Se denota por la letra N y se expresa en revoluciones por minuto

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LEYES DE AFINIDAD

Si la velocidad vara:

Cambiando la velocidad y manteniendo constante el dimetro del

impulsor, la eficiencia de la bomba permanece igual pero varan la H, Q y

potencia suministrada

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LEYES DE AFINIDAD

Efecto del cambio de la velocidad de rotacin

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LEYES DE AFINIDAD

Si el dimetro vara:

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LEYES DE AFINIDAD

Si el dimetro y velocidad vara:

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LEYES DE AFINIDAD

Si el dimetro vara:

Al cambiar el dimetro del impulsor; pero manteniendo la velocidad de

rotacin constante, la eficiencia de la bomba no es afectada si el

dimetro del impulsor no es variado (reducido) en un valor mayor al 5 %.

Condiciones para la variacin del dimetro:

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Ejercicio

Suponga que la bomba cuyos datos de rendimiento estn graficados en la

figura, operaba a una velocidad de rotacin de I750 rpm, y que el dimetro

del impulsor era de 13 Pulgadas. En primer lugar, determine la carga que

dara lugar a una capacidad de 1500 gal/min y la potencia que se necesita

para impulsar la bomba. Despus, calcule el rendimiento para una velocidad

de 1250 rpm:

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Ejeercicio

Una bomba centrfuga opera a una velocidad de 1780 rpm presentando

las siguientes caractersticas:

Se desean obtener las caractersticas de operacin para esta bomba a

una velocidad de 1600 rpm y a 2000rpm. Aplique las leyes de afinidad y

grafique el nuevo comportamiento.

Q (gpm) H (pies) Potencia

(Hp) (%)

3250 180 200 75

2750 200 180 79

1750 237 150 71

1500 240 140 66

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EFECTO DEL TAMAO DEL IMPULSOR

El rendimiento de una bomba varia conforme cambia el tamao del impulsor. Si se

tiene una bomba centrifuga de 2 X 3 10, es decir, que tiene una conexin de descarga de 2 pulgadas, una de succin de 3 pulgadas y una carcasa en la que

cabe un impulsor de 10 pulgadas de dimetro, o menos, la curva caracterstica sera

de la forma como se muestra en la figura:

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La figura muestra un sistema en el

que se requiere que la bomba

distribuya al menos 225 gal/min de

agua a 60 F, de un deposito inferior

hacia un tanque elevado que se

mantiene a una presin de 35.0psig.

Disee el sistema y especifique una

bomba apropiada.

Despus, determine el punto de

operacin para la bomba del sistema

diseado y de los parmetros de

rendimiento para la bomba en el

punto de operacin.

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Se selecciona la bomba que se ajusta a la curva de la figura. El sistema se

evala entre el nivel del depsito y el nivel del tanque elevado por lo que el

termino de la energa cintica en el balance global de energa es cero.

Peso especfico del agua = g =62,4

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Longitud Tubera de 21/2 = 360 ft

Longitud Tubera de 31/2 = 8 ft

Coef. Vlvula de Verificacin K= 1.8

Coef. Vlvula de Mariposa K= 0,8

Algunos criterios para el anlisis

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Se toma como referencia la curva para dimetro de 9 in ( por capacidad).

Algunos criterios para el anlisis

Bomba centrfuga de 2x3 - 10 y 3500rpm

Bombas en serie y paralelo

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BOMBAS EN PARALELO

Cuando dos o ms bombas idnticas o similares estn conectadas

en paralelo, sus cantidades de volumen individuales (y no sus

cargas hidrostticas netas) se suman. Sin embargo, conforme

ocurre un flujo volumtrico mas grande en el sistema de tubera, se

crea una carga mayor, lo que hace que cada bomba enve menos

flujo.

=

=0

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BOMBAS EN PARALELO

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Bombas distintas conectadas en paralelo

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BOMBAS EN SERIE

Cuando una o ms bombas funcionan en serie, la carga hidrosttica

neta combinada es la suma de las cargas hidrostticas netas de

cada bomba..

=

=0

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BOMBAS EN SERIE

Este tipo de acoplamiento se emplea en casos en los cuales se desea elevar un mismo caudal a distintas alturas, o para impulsar un

determinado caudal, venciendo grandes resistencias debidas a

grandes longitudes de las conducciones (lquidos industriales:

petrleo, ACPM, gasolina, etc.), siempre y cuando sea relativamente

pequeo el desnivel geomtrico a vencer.

El acoplamiento de bombas en serie se constituye por la disposicin de N rodetes idnticos en una bomba multietapas (o multicelular).

Las bombas multicelulares se aplican cuando se desea bombear

caudales a grandes alturas, como, por ejemplo, en bombas para

elevar agua desde un lago o pozo.

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BOMBAS EN SERIE

Nmero de Etapas de la Bomba:

Cuando la bomba posee ms de una etapa ofrece un nmero de

revoluciones elevado respecto a las bombas de un solo impulsor.

El nmero de etapas de la bomba puede ser calculado de la siguiente

forma:

1 = ()

Dnde n es el nmero de etapas de la bomba o nmero de rotores que

se configuran en serie para el sistema de bombeo

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BOMBAS EN SERIE

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BOMBAS EN SERIE

La asociacin de bombas en serie no es aconsejable en la inyeccin directa a redes de distribucin de agua, dado que una

ligera variacin en el caudal inyectado genera una gran variacin

en la altura debido a la variacin en la presin, proporcionada por

el sistema de bombeo, causando daos por sobrepresin.

Para efectos de evitar las altas presiones a caudales bajos, es aconsejable arrancar el sistema de bombeo en serie con la

vlvula de descarga total o casi totalmente abierta.

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Bombas distintas conectadas en serie

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Ejercicio

Dos bombas distintas, cuyas curvas caractersticas se expresan a continuacin, han de acoplarse en serie, de acuerdo con la instalacin mostrada en la figura.

1 = 69 135 40002 ; 1 = 25 230

2

2 = 54 71 42852 ; 2 = 37 380

2

Determinar el caudal que impulsaran las bombas si se acoplan en serie

59

Ejercicio

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