UNIVERSIDAD DE ORIENTE.

NUCLEO DE ANZOÀTEGUI.

EXTESION CANTAURA.

ESCUELA DE INGENIERIA Y CIENCIAS APLICADAS.

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL.

PROFESORA: BACHILLERES:

ING. MARY MEDINA. GUSTAVO LOPEZ.

FABIANA FONZI.

JESUS JIMENEZ.

PITTER ACOSTA.

JESSICA AROCHA.

JESUS NOGUERA.

JUAN CONES.

GABITO WEKY.

CARACTERISTICAS DE UNACARACTERISTICAS DE UNA INSTALACIÒN HIDRAULICA.INSTALACIÒN HIDRAULICA.

INDICE.

PAGINTRODUCCIÒN................................................................................................................................3

ALTURA DE ELEVACION O CARGAS HIDRAULICAS................................................................4

CARGA HIDRAULICA DEL SISTEMA............................................................................................5

ELEVACION DE SUCCION Y SU DETERMINACION..................................................................19

CAVITACIÒN....................................................................................................................................21

CAVITACIÓN DE SUCCIÓN...........................................................................................................24

CAVITACIÓN DE DESCARGA.........................................................................................................24

ALTURA NETA DE SUCCIÒN POSITIVA (NSPH)........................................................................25

CONSIDERACIONES PRÁCTICAS PARA EVITAR LA CAVITACIÒN......................................26

CORRECCIÒN DEL VALOR NSPH SEGÚN LA VARIACION A LA TEMPERATURA Y ALTITUD...........................................................................................................................................27

ENTRADAS DE AIRE DE UNA BOMBA QUE MANEJAN LIQUIDOS......................................30

CARGA DE DESCARGA..................................................................................................................31

CARGA TOTAL................................................................................................................................32

DATOS DE LOS FABRICANTES DE BOMBAS CENTRIFUGAS.................................................34

LEYES DE AFINIDAD Y SEMEJANZA PARA BOMBAS CENTRIFUGAS GEOMÉTRICAMENTE SEMEJANTES...........................................................................................35

VELOCIDAD Y DIÁMETRO DEL IMPULSOR..............................................................................40

CONSIDERACIONES DE LA APLICACIÓN DE LAS LEYES DE SIMILITUD Y SEMEJANZA.............................................................................................................................................................40

PUNTO DE OPERACIÓN DE UNA BOMBA..................................................................................41

BOMBAS EN PARALELO................................................................................................................42

BOMBAS EN SERIE.........................................................................................................................42

CONCLUSIÒN...................................................................................................................................44

BIBLIOGRAFIA................................................................................................................................45

INTRODUCCIÒN.

Los sistemas hidráulicos tienen muchas aplicaciones en el campo de la automoción entre ellas están el circuito de frenos, la suspensión, la dirección, etc. El fin último de utilizar un fluido en un circuito hidráulico es atenuar los esfuerzos que es preciso aplicar para obtener ciertos movimientos. Por ejemplo el esfuerzo que hace el conductor sobre el volante es multiplicado por el sistema hidráulico de asistencia para orientar las ruedas de manera que las maniobras de aparcamiento puedan realizarse con un mínimo de esfuerzo sobre el volante de la dirección. Las instalaciones hidráulicas tienen como misión transmitir energía por medio de un líquido a presión basándose en la incompresibilidad del mismo. Una instalación hidráulica consta de tres partes: Grupo de abastecimiento: Bomba, depósito, filtro aceite y aceite, Sistema de mando o regulación: Válvulas distribuidoras, válvulas de caudal, reguladores, Grupo de trabajo: Motores, cilindros simple efecto, cilindros doble efecto, embragues.

ALTURA DE ELEVACION O CARGAS HIDRAULICAS.

La forma más usual de elevar el agua es por medio de bombas hidráulicas movidas por motor eléctrico o de explosión. En el caso más general las bombas hidráulicas actúan en dos fases:

Aspiración: Elevando el agua desde su nivel hasta la bomba, por medio de la tubería de aspiración. En esta fase la bomba ejerce un vacío en la tubería de aspiración, con el fin de que el agua pueda subir por ella impulsada por la presión atmosférica.

Impulsión: Conducción del agua desde la bomba hasta su destino, por medio de la tubería de impulsión. En esta fase la bomba ejerce la presión necesaria para que el agua se traslade a lo largo de la tubería de impulsión.

Hay que considerar las siguientes alturas de elevación:

Altura geométrica de aspiración (Ha): Es la distancia vertical existente entre el eje de la bomba y el nivel inferior del agua.

Altura geométrica de impulsión (Hi): Es la distancia vertical existente entre el nivel superior del agua (superficie del agua en el depósito de impulsión o el punto de descarga libre de la tubería de impulsión) y el eje de la bomba.

Altura geométrica de elevación: Es la distancia vertical existente entre los niveles superior e inferior del agua.

Altura manométrica de aspiración: Es igual a la altura geométrica de aspiración más las pérdidas de carga en la tubería de aspiración.

Altura manométrica de impulsión: Es igual a la altura geométrica de impulsión más las pérdidas de carga en la tubería de impulsión.

Altura manométrica total o altura total de elevación (Hm): Es la suma de las alturas manométricas de aspiración e impulsión. Esta debe ser suministrada por la bomba, y es independiente del peso específico del líquido, por lo que sólo puede expresarse en metros de columna de agua (mca).

La instalación de una bomba viene representada en la siguiente figura 7.1, en donde la bomba aspira el agua del pozo y lo impulsa hasta un depósito.

CARGA HIDRAULICA DEL SISTEMA.

La hidráulica es un método sencillo para la transmisión de grandes fuerzas mediante fluidos a presión.

La hidráulica es la aplicación de la mecánica de fluidos en ingeniería como es maquinaria pesada, para construir dispositivos que funcionan con líquidos, por lo general agua o aceite. La hidráulica resuelve problemas como el flujo de fluidos por conductos o canales abiertos y el diseño de presas de embalse, bombas y turbinas. En otros dispositivos como boquillas, válvulas, surtidores y medidores se encarga del control y utilización de líquidos.

El fluido es una sustancia que toma siempre la forma del recipiente donde está contenido.

Se puede distinguir dos tipos de fluidos:

a) Líquidos

b) Gases

Las partículas que componen un líquido no están rígidamente adheridas entre sí, pero están más unidas que las de un gas. El volumen de un líquido contenido en un recipiente hermético permanece constante, y el líquido tiene una superficie límite definida. En contraste, un gas no tiene límite natural, y se expande y difunde en el aire disminuyendo su densidad.

Los principales componentes de un sistema hidráulico son:

1.-Bomba

2.-Actuadores

3.-Válvula de seguridad

4.-Filtros

5.-Motor

6.-Depósito

Ventajas de la hidráulica.

A) Velocidad variable : A través del cilindro de un sistema hidráulico se puede conseguir velocidades muy precisas, regulares y suaves, que no se logran con motores eléctricos.

B)  Reversibilidad : Los actuadores hidráulicos pueden invertir su movimiento sin problemas y, además, pueden arrancar bajo su máxima carga.

La carga: Es la energía referida a la unidad de peso. Fig. 1.

Fig. 1

C)   Protección contra las sobrecargas : Las válvulas protegen al sistema hidráulico contra las sobre cargas de presión.

La válvula de seguridad limita la presión a niveles aceptables. Fig. 2

Fig. 2

Bombas: La bomba aspira el fluido con dirección al cilindro. Cuando el cilindro se sobrecarga la presión empieza a aumentar. Esto es debido a que el fluido no puede circular libremente Fig.3.

Fig. 3

La presión: La presión también se va creando por las cañerías o0 tuberías (mangueras), y esto puede provocar una avería. Por lo tanto ello, necesitamos colocar en el sistema una válvula de seguridad. Fig. 4.

Fig.4

La válvula actúa rebajando la presión del sistema al devolver el fluido al depósito Fig.5.

Fig. 5

D)   Tamaño pequeño: El tamaño de los componentes hidráulicos es pequeño comparándolo con la potencia y energía que puedan transmitir. Fig.5.

Los pequeños componentes del sistema hidráulica de esta máquina le dan la potencia necesaria para accionar su circuito de elevación Fig.6.

Fig. 6

Empuje (E): Cuando introducimos un cuerpo en un recipiente en un fluido, el nivel de éste se eleva. Este aumento de nivel es debido al volumen del cuerpo. Este no lleva a anunciar el siguiente principio Fig. 7.

Fig. 7

El aumento del nivel del fluido es debido al volumen del cuerpo introducido en su seno.

Principio de Arquímedes: Todo cuerpo sumergido en un líquido, experimenta una fuerza vertical y hacia arriba, igual al peso del volumen de fluido desalojado. Esta fuerza es empuje.

E = V.p Donde:

V = Volumen

P = Presión

La presión de bloque en el fluido se establezca cuando el empuje es igual a su peso.

Presión (p): Cuando los líquidos son incompresibles, su presión aumenta cuando encuentra un obstáculo a su circulación. En un sistema hidráulico, la presión empieza a aumentar cuando el líquido llega a cilindro y se encuentra con el émbolo. La presión podemos medirla de diferentes maneras:

A) presión hidrostática: Una columna de cualquier líquido, debido a su peso, ejerce una presión sobre la superficie en que se apoya. Esta es la presión hidrostática y se define como: Fig. 8.

p = p .g. h

Fig. 8

B) Presión por fuerzas externas.- Cuando aplicamos una fuerza sobre el sistema en un recipiente cerrado esto nos lleva a enunciar la siguiente Ley:

Ley de Pascal: Cualquier líquido dentro de un recipiente ejerce una presión sobre éste, que se transmite por igual en todas sus direcciones. Fig. 9.

P = F/ A

Fig. 9

Émbolos a la misma altura: Se aplica una fuerza F1 a un pequeño émbolo de área S1. El resultado es una fuerza F2 mucho más grande en el émbolo de área S2. Debido a que la presión es la misma a la misma altura por ambos lados, se verifica que: Fig. 9.

Fig. 9. a

Para mantener a la misma altura los dos émbolos, tenemos que poner un número de pesas sobre cada émbolo de modo que se cumpla la relación dada en el apartado anterior.

Émbolos a distinta altura: Un ejercicio interesante, es el de determinar la altura de ambas columnas de fluido cuando se ponen n1 pesas en el émbolo de la izquierda y n2 pesas en el émbolo de la derecha. Fig. 9. b.

Sean A y B dos puntos del fluido que están a la misma altura. El punto A una profundidad h1 por debajo del émbolo de área S1 y el B situado h2 por debajo del émbolo de área S2.

Fig.9.b

La presión en cada uno de dichos puntos es la suma de tres términos:

La presión atmosférica La presión debida a la columna de fluido

La presión debida a las pesas situadas sobre el émbolo

Caudal (Q): Es la cantidad de fluido que atraviesa una superficie plana en un tiempo determinado. Puede expresarse además de dos modos:

1.- Como volumen que atraviesa una sección por unidad de tiempo. Fig.10.

Q = V / t

Fig. 10

2.- Como el producto de una sección y la velocidad del fluido al atravesarla. Fig. 11

Q = A. v

Fig. 11

Teorema Torricelli: La velocidad de salida de un líquido por un orificio pequeño, hecho en la pared del recipiente que lo contiene, es igual a la velocidad que alcanzaría un cuerpo al caer libremente desde una altura igual a la distancia que hay entre la superficie del líquido y el orificio de salida Fig.12.

v = (2 g. h)1/2

Fig. 12

Potencia hidráulica (P): Se define como el trabajo por unidad de tiempo. Obteniendo mayor potencia a que sistema hidráulico que desarrollando el mismo trabajo haya invertido menos tiempo.

P = p. Q

Teorema de Bernoulli: En un sistema hidráulico el fluido que circula tiene tipos de energía: Fig. 13.

Fig.13

1.- Energía cinética.- Debido a la velocidad y masa del fluido.

2.- Energía potencial.-que depende de la posición del fluido.

3.- Energía de presión.-Debido a su compresibilidad. Fig. 14.

Fig. 14

Perdidas por cargas: Es un tipo de energía que se distingue dentro del sistema, debido a todos los componentes de este. Podemos mencionar tres tipos de pérdidas de carga:

1.- Perdidas debidas a las tuberías

2.- Pérdidas debidas a las bombas

3.- Pérdidas debidas a las turbinas. Fig. 15

Fig. 15

Régimen de flujo: Las pérdidas de carga en un sistema hidráulico están ligadas al modo en que circula el fluido por sus conductos.

El fluido puede circular por un conducto de dos formas: Fig. 16.

1.-En régimen laminar

2.-En régimen turbulento

Fig.16

La energía hidráulica es la suma de las energías que contiene el fluido: Fig.17.

1.-Energía de presión

2.-Energía cinética

Fig.17

Elementos principales de una central hidráulica Fig.18.

Fig.1

Válvula de seguridad: Es importante para que el sistema no sea dañado por un exceso de presión el actuador se detenga Fig.19.

Fig.19

Tipos de bombas: Se tienen dos tipos de bombas como son:

1.- Bombas de desplazamiento positivo: Son las bombas de: Fig.20

a. Rotor b. Engranaje c. Diafragma

Fig. 20

2.-Bombas de desplazamiento no positivo.-Se tiene las bombas siguientes:

Fig.21.

a. Turbinas

b. Paletas

c. Émbolos radiales

Fig.21

Circuitos de la bomba o aspiración de la bomba. Fig.22.

Fig.22.

Diagnóstico de averías:

Algunas averías que se pueden presentarse son:

1.- No hay presión: Es debido que hay poco aceite en el depósito; también puede ser por fugas en los conductos.

2.-Funcionamiento lento: Es por desgaste de la bomba o fugas parciales de aceite en algún lugar o circuitos de distribución.

3.-No hay caudal: Es por mal montaje de la bomba o mal cebado de la bomba y aire en el circuito de aspiración y distribución.

4.-Ruido: Esto es debido por daños serios en la bomba. La presencia de aire en el sistema origina ruidos, esto puede ser:

a. Un nivel de aceite demasiado bajo

b. conexiones sueltas en las cañerías de aspiración

c. Arranca la bomba sin aceite en el tanque o depósito

Objetivos del fluido: Fig.23.

1.-Trasmitir potencia

2.-Lubricar las piezas móviles

3.-Estanqueidad (mínima fugas)

4.-Enfriar o disipara el calor generado en el sistema

Fig.23

Principales propiedades de los fluidos.

Las principales propiedades de los fluidos son:

Fluidez Viscosidad Compresibilidad Régimen de fluido

Fluidos sintéticos: Se trata fluidos sintéticos inflamables obtenidos en laboratorio, alguno de estos son:

Ester fosfatos Hidrocarburos clarados Mezcla de esterfosfatos, e hidrocarburos colrados.

Aplicaciones: Fig.23.

1. Sistema hidráulico de maquinaria pesada

2. Sistema hidráulico de transmisión de caja de velocidades de maquinarias.

3. Sistema de suspensión de maquinarias

4. Sistema de dirección de maquinarias en general

5. Máquinas perforadoras hidráulicas

6. Sistema de frenos de maquinarias

7. Prensas hidráulicas

8. Gatos hidráulicos

9. Otras aplicaciones

ELEVACION DE SUCCION Y SU DETERMINACION.

Elevación de succión: Es la suma de la elevación estática de succión, de la carga de fricción de succión total y de las pérdidas de admisión (la elevación de succión es una carga de succión negativa).

Carga de succión: Es la carga estática de succión menos la carga de fricción total y las pérdidas de admisión, más cualquier presión que se encuentre en la línea de succión. Es una presión negativa (hay vacío) y se suma algebraicamente a la carga estática de succión del sistema.

Condiciones de succión: Por lo que respecta al líquido, se tomará en cuenta la influencia de su presión sobre la succión.

Presión de vapor: Si un líquido se encuentra a una temperatura arriba de su punto de ebullición, sufre evaporación en su superficie libre. En el seno del líquido se origina una presión que se llama presión de vapor y que está en función directa con la temperatura del líquido.

Presión de bombeo: Destinemos una bomba cualquiera para bombear un líquido. Al funcionar la bomba, tiende a formar un vacío en el seno del líquido. Éste succionar se conoce como presión de bombeo.

Carga neta de succión positiva (NPSH): Es la presión disponible o requerida para forzar un gasto determinado, en litros por segundo, a través de la tubería de succión, al ojo del impulsor, cilindro o carcasa de una bomba. En el bombeo de líquidos la presión en cualquier punto en la línea de succión nunca deberá reducirse a la  presión de vapor del líquido.

NPSH disponible: Esta depende de la carga de succión o elevación, la carga de fricción, y la presión de vapor del líquido manejado a la temperatura de bombeo. Si se varía cualquiera de estos puntos, la NPSH puede alterarse.

NPSH requerida: Esta depende sólo del diseño de la bomba y se obtiene del fabricante para cada bomba en particular, según su tipo, modelo, capacidad y velocidad.

Cebado de las Bombas: Consiste en la extracción del aire de la tubería de succión de la bomba para permitir un correcto funcionamiento. Esta operación se realiza en todas las bombas centrífugas ya que no son autocebantes, generalmente cuando ésta se encuentra en una posición superior al tanque de aspiración.

Carga Hidráulica: Es la energía impartida al líquido por la bomba, es decir, la diferencia entre la carga de descarga y la succión.

Punto de Shut-off: Representa la carga hidráulica que produce la bomba cuando el caudal a través de ella es nulo. (La válvula a la salida de la bomba está cerrada, con el fluido en contacto con el rodete).

Potencia Absorbida  (N): Representa la potencia requerida por la bomba para transferir líquidos de un punto a otro y la energía requerida para vencer sus pérdidas.

Potencia Hidráulica (Ph): Potencia cedida al líquido en el proceso de su transferencia de un punto a otro.

Rango de Operación: Es la zona en la cual la bomba opera en forma eficiente. Esta zona se determina como:

                                      

Dónde:

Eficiencia Mecánica. Es la eficiencia relacionada con las pérdidas de energía útil, debidas al rozamiento en el cojinete, prensa-estopas y el rozamiento del fluido en los espacios entre la cubierta del rodete y la carcasa de la máquina, llamado rozamiento del disco y se define para una bomba centrifuga como:

Eficiencia Hidráulica: Se define en términos de la relación entre el trabajo específico ideal de la máquina y el real del rodete, el trabajo específico ideal de la máquina se calcula basado en las condiciones totales o estáticas.

Eficiencia Total: Redefine en términos de la relación entre la potencia eléctrica suministrada a la máquina y la potencia hidráulica entregada por ésta.

CAVITACIÒN.

Es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, aplastándose bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno.

Es un proceso físico que es muy parecido al de la ebullición, la diferencia es que la cavitación es causada por una caída de la presión local por debajo de la presión de vapor mientras que la ebullición lo hace por encima de la presión ambiente local.

FECTOS DE LA CAVITACION

Como ya se ha mencionado la cavitación ocurre en las bombas, aunque también sucede en los ductos sobre todo donde se encuentran reducciones seguidas de ampliaciones bruscas, (tubos Venturi) estos efectos se pueden transmitir a las demás partes del equipo de bombeo reduciendo la eficiencia y pudiendo causar serios daños como la corrosión de partículas de metal (pitting)

Cuando las burbujas de vapor se implotan se produce una especie de martilleo lo que produce un deterioro en las paredes de la carcasa, de las palas del impulsor el cual el daño está en función de la proximidad en que se encuentran estas implosiones.

Los efectos que tiene sobre la maquinaria de bombeo son:

EFECTO MECANICO: Con las implosiones se decrecen los diámetros de las burbujas, las partículas en estado líquido se aceleran y se desplazan hacia el centro de estas burbujas chocando entre sí, estos choques provocan sobrepresiones (golpe de ariete) que se propagan en todas las direcciones afectando principalmente a las ranuras de las superficies metálicas por lo que en muy poco tiempo pueden ocasionar daños a la estructura de la maquina (rotor).

Los golpeteos los cuales al ser muy fuertes dan la impresión que la bomba acarrea grava causan un desequilibrio en la maquina dañando las uniones de los tubos con esta, así como aflojan las partes que la sostienen. Además los martilleos en ocasiones son tan fuertes que producen ruidos los cuales pueden ser molestos durante la operación de la bomba.

Y el problema y quizás el más importante es el de la reducción de la eficiencia de la bomba con el cual el nosotros como futuros ingenieros estamos obligados a seleccionar o diseñar de la manera más eficiente, con lo cual debemos de tener un criterio amplio para evitar el fenómeno de la cavitación. Entre las bombas más susceptibles a este fenómeno están las que tiene lados convexos y sobre todo en la parte trasera en donde pueden tener un área localizada que propicie la cavitación.

EFECTO QUIMICO: Con la implotación de las burbujas se liberan iones de oxigeno que como sabemos atacan las superficies de los metales.

NATURALEZA DE LA CAVITACIÓN

Actualmente se sabe que la cavitación es debida principalmente a la acción mecánica de impactos rápidos, a manera de explosiones de las partículas de líquido, aunque no se descarta la posibilidad de acción química corrosiva, cuya naturaleza no se ha llegado a dilucidar por completo.

Los impactos que se generan son periódicos, es decir, se produce un fenómeno vibratorio que aumenta la erosión del material por fatiga.

DESCRIPCIÓN DEL FENÓMENO

La cavitación se produce siempre que la presión en algún punto o zona de la corriente de un líquido desciende por debajo de un cierto valor mínimo admisible. Esta baja que sufre la presión es debida a los efectos dinámicos de un líquido al escurrir, siguiendo fronteras curvas o alrededor de cuerpos sumergidos.

El fenómeno consiste en un cambio rápido y explosivo de fase líquida a vapor. Si el líquido fluye a través de una región donde la presión es menor que su presión de vapor, éste hierve y forma burbujas. Estas burbujas son transportadas por el líquido hasta llegar a una región de mayor presión, donde el vapor regresa al estado líquido de manera súbita aplastándose bruscamente las burbujas. Este fenómeno se llama cavitación.

Cuando un líquido fluye a través de una región donde la presión es menor que su presión de vapor, el líquido hierve y forma burbujas de vapor.

Si las burbujas de vapor se encuentran cerca o en contacto con una pared sólida cuando cambian de estado, las fuerzas ejercidas por el líquido al aplastar la cavidad dejada por el vapor dan lugar a presiones localizadas muy alto, ocasionando picaduras sobre la superficie sólida.

El fenómeno generalmente va acompañado de ruido y vibraciones, dando la impresión de que se tratara de grava que golpea en las diferentes partes de la máquina

Cuando por culpa de girar muy rápido, o por exceso de velocidad del barco, la presión de la cara anterior de la hélice (la que está más a proa) decae a valores muy pequeños. En estas condiciones, en la zona con depresión se forman burbujas de vapor por culpa del vacío que se ha creado. ¡El agua verdaderamente hierve pero a temperatura ambiente! Cuando las burbujas de vapor que se han creado (por ejemplo en un milisegundo o de forma casi instantánea) salen de esta zona de la hélice y vuelven a una zona con presión normal, se colapsan y se condensan otra vez en líquido. Durante el proceso de condensación este colapso es muy violento produciendo vibraciones ruidos y pérdidas de prestaciones. La cavitación puede estropear fácilmente una hélice, mellando sus bordes de ataque, doblando las palas o picando su superficie.

Cuando existe cavitación en sus aplicaciones, Se perciben los síntomas: sonido alto y seco que le avisa que algo anda mal. Cavitación no es solo aquel sonido fastidioso. A medida que el tiempo pasa, la cavitación desgasta la válvula, destruyéndola lentamente por dentro requiriendo reparaciones que involucran que la válvula quede fuera de servicio y gastos significantes.

Aunque la cavitación es un fenómeno indeseable en la mayoría de las circunstancias, esto no siempre es así. Por ejemplo, la supe cavitación tiene aplicaciones militares como por ejemplo en los torpedos de supe cavitación en los cuales una burbuja rodea al torpedo eliminando de esta manera toda fricción con el agua. Estos torpedos se pueden desplazar a altas velocidades bajo el agua, incluso hasta a velocidades supersónicas. La cavitación puede ser también un fenómeno positivo en los dispositivos de limpieza ultrasónica. Estos dispositivos hacen uso de ondas sonoras ultrasónicas y se aprovechan del colapso de las burbujas durante la cavitación para la limpieza de las superficies.

CAVITACIÓN DE SUCCIÓN

La cavitación de succión ocurre cuando la succión de la bomba se encuentra en unas condiciones de baja presión/alto vacío que hace que el líquido se transforme en vapor a la entrada del rodete. Este vapor es transportado hasta la zona de descarga de la bomba donde el vacío desaparece y el vapor del líquido es nuevamente comprimido debido a la presión de descarga. Se produce en ese momento una violenta implosión sobre la superficie del rodete. Un rodete que ha trabajado bajo condiciones de cavitación de succión presenta grandes cavidades producidas por los trozos de material arrancados por el fenómeno. Esto origina el fallo prematuro de la bomba.

CAVITACIÓN DE DESCARGA

La cavitación de descarga sucede cuando la descarga de la bomba está muy alta. Esto ocurre normalmente en una bomba que está funcionando a menos del 10% de su punto de eficiencia óptima. La elevada presión de descarga provoca que la mayor parte del fluido circule por dentro de la bomba en vez de salir por la zona de descarga. A este fenómeno se le conoce como slippage. A medida que el líquido fluye alrededor del rodete debe de pasar a una velocidad muy elevada a través de una pequeña apertura entre el rodete y el tajamar de la bomba. Esta velocidad provoca el vacío en el tajamar (fenómeno similar al que ocurre en un Venturi) lo que provoca que el líquido se transforme en vapor. Una bomba funcionando bajo estas condiciones muestra un desgaste prematuro del rodete, tajamar y álabes. Además y debido a la alta presión de funcionamiento es de esperar un fallo prematuro de las juntas de estanqueidad y rodamientos de la bomba. Bajo condiciones extremas puede llegar a romperse el eje del rodete.

Desgaste producido por la cavitación en un rodete de una bomba centrífuga

Otro ejemplo de desgaste producido por la cavitación en un rodete de una bomba centrífuga

ALTURA NETA DE SUCCIÒN POSITIVA (NSPH).

Por definición el NPSH es la carga de succión neta positiva, medida con relación al plano de referencia, aumentada de la altura correspondiente a la presión atmosférica y disminuida de la altura debida a la tensión de vapor del líquido.

Hay que tener presente dos conceptos:

NPSH (Requerido)

Es la NPSH mínima que se necesita para evitar la cavitación. Depende de las características de la bomba, por lo que es un dato regularmente proporcionado por el fabricante.

NPSHr = Hz + (V2/2g)

Dónde:

Hz = Presión absoluta mínima necesaria en la zona inmediata anterior a los alabes.

V2/2g = Carga cinética correspondiente a la velocidad de entrada del líquido en la boca del impulsor.

NPSH (Disponible)

Depende de las características de la instalación y del líquido a bombear. Esta es independiente del tipo de bomba y se calcula de acuerdo a las condiciones atmosféricas y de instalación/operación.

NPSHd = Ha – Hs – Hv – Hf

Dónde:

Ha = Presión atmosférica en pies. Hs = Altura de succión en pies Hv = Presión de vapor en pies Hf = Pérdidas de fricción en la tubería de succión (pies)

El conocimiento del NPSHd por el instalador es fundamental para la elección adecuada de la bomba y evitar así posibles fracasos.

CONSIDERACIONES PRÁCTICAS PARA EVITAR LA CAVITACIÒN.

La NPSH disponible debe ser mayor que la NPSH requerida para evitar la cavitación hay que asegurar el correcto funcionamiento de una instalación de una bomba. Las causas más frecuentes de que esta condición no se cumpla son dos:

Aumento de la pérdida de carga en la línea de aspiración, bien por obstrucción de la tubería o filtro de aspiración, bien por funcionamiento de la bomba con la válvula de aspiración semicerrada.

Aumento de la presión de vapor del líquido al aumentar su temperatura, por ejemplo si el líquido a bombear se refrigera previamente, y esta refrigeración falla.

Altura de aspiración: Diferencia entre la cota de eje bomba y la de la lámina de agua

Ejemplo de NPSH – Altura de Succión

Elevación = 500 pies arriba del nivel del mar Temperatura del Agua = 21°C Carga de Succión (Hs) = 13 pies Capacidad = 300 Galones por Minuto (GPM) Longitud del Tubo de Succión (Acero) = 13 pies

Diámetro del Tubo = 4 pulgadasHa = 33.3 pies (De pg.12- Presión Atmosférica)Hv = .84 pies de carga (Pág. 12 del Manual de Ing. – Propiedades del Agua)Hf = (9.19/100) * 13’ + (9.19/100) * 12’ = 1.19 (Pérdidas en Tubo) + 1.10 (Pérdidas en Conexiones) = 2.29 piesHs = 13 pies

NPSHd = Ha – Hs – Hv – Hf

NPSHd = 33.3’ – .84’ – 2.29 – 13’ = 17.2 piesNPSHr para DB3 @ 300GPM = 11 pies

17.2 > 11, por lo tanto: Aceptable.

CORRECCIÒN DEL VALOR NSPH SEGÚN LA VARIACION A LA TEMPERATURA Y ALTITUD.

Se denomina NPSH (Net Positive Suction Head) o ANPA (Altura Neta Positiva de Aspiración) a la diferencia entre la presión del líquido a bombear referida al eje del impulsor y la tensión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo. El NPSH está relacionado con el fenómeno de la cavitación. Al igual que la altura geométrica, el caudal de impulsión y la potencia absorbida, representa una de las características más importantes para una bomba. Debemos, por tanto, conocer y combinar en cada caso el NPSH disponible en la instalación y el NPSH requerido por la bomba.

NPSH disponible (m): Es función de la instalación e independiente del tipo de bomba.

Para el cálculo del NPSH disponible de una instalación, debemos distinguir entre:

• Funcionamiento en carga:

Cuya fórmula es la siguiente:

NPSHdisponible= 105* ((P’ – Tv) / (ρ* g)) + Hac– Z

•Funcionamiento en aspiración:

•Funcionamiento en aspiración:

Cuya fórmula es la siguiente:

NPSHdisponible= 105* ((P’ – Tv) / (ρ* g)) - Has- Z

Dónde:

Has= Altura geométrica de aspiración en m. Es la distancia vertical comprendida entre el nivel de aspiración del líquido y el eje de la bomba. A de tenerse en cuenta que un trabajo de aspiración sólo es posible si se utilizan bombas auto aspirantes. Si se utilizan bombas no auto aspirantes, debemos asegurarnos qué la bomba y línea de aspiración no se queden nunca vacías, mediante la utilización de dispositivos adecuados, como por ejemplo válvulas de retención o válvulas de pie.

Hac= Es la distancia vertical comprendida entre el nivel del líquido en el recipiente de acometida (depósito, balsa, etc.) y el eje de la bomba.

Zas= Pérdidas de carga en la aspiración, en m.

Tv= Tensión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo, en bar. Equivale a la presión bajo la cual el líquido empieza a hervir. Ver tabla 1

P’= Presión del gas ejercida sobre el nivel del líquido en la aspiración. Si el recipiente donde se alberga el líquido de aspiración o acometida está sometido a la presión atmosférica, esta presión del gas equivaldrá a 1 bar.

ρ= densidad del líquido a bombear, en Kg/m3. La del agua = 1.000Kg/m3

g = aceleración de la gravedad = 9,81 m/s2

NPSH requerido (m): dato básico y característico de cada tipo de bomba, variable según modelo, tamaño y condiciones de servicio, por tanto es un dato a facilitar por el fabricante y no de la instalación. Además es independiente de la naturaleza del fluido bombeado.

Los valores NPPSH requerido indicados en las curvas características de cada bomba, son resultado de mediciones efectuadas con agua fría como fluido trasegado. Se obtienen en bancos de pruebas especialmente diseñados para mediciones de los valores NPSH y pueden ser verificados en cualquier momento. El valor NPSH requerido da una indicación acerca de la capacidad de aspiración de una bomba en un punto determinado de la curva característica:

Cuanto menor es el valor NPSH requerido, tanto mayor es su capacidad de aspiración.

Unos valores reducidos de NPSH requerido pueden ser conseguidos gracias a adecuadas medidas constructivas. Son de una gran importancia, especialmente en el caso del trasiego de líquidos cerca del punto de ebullición (gases licuados).

ENTRADAS DE AIRE DE UNA BOMBA QUE MANEJAN LIQUIDOS.

La bomba centrífuga, también denominada bomba roto dinámica, es actualmente la máquina más utilizada para bombear líquidos en general. Las bombas centrífugas son siempre rotativas y son un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor en energía cinética o de presión de un fluido incompresible. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba. Debido a la geometría del cuerpo, el fluido es conducido hacia las tuberías de salida o hacia el siguiente rodete. Son máquinas basadas en la Ecuación de Euler.

Las Bombas Centrífugas se pueden clasificar de diferentes maneras:

Por la dirección del flujo en: Radial, Axial y Mixto. Por la posición del eje de rotación o flecha en: Horizontales, Verticales e Inclinados. Por el diseño de la coraza (forma) en: Voluta y las de Turbina. Por el diseño de la mecánico coraza en: Axialmente Bipartidas y las Radialmente Bipartidas. Por la forma de succión en: Sencilla y Doble.

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, es la misma para cualquier líquido sin que importe su densidad. Tradicionalmente la presión proporcionada por la bomba en metros de columna de agua o pie-lb/lb se expresa en metros o en pies y por ello que se denomina genéricamente como "altura", y aún más, porque las primeras bombas se dedicaban a subir agua de los pozos desde una cierta profundidad (o altura).

Las bombas centrífugas tienen un uso muy extendido en la industria ya que son adecuadas casi para cualquier uso. Las más comunes son las que están construidas bajo normativa DIN 24255 (en formas e hidráulica) con un único rodete, que abarcan capacidades hasta los 500 m³/h y alturas manométricas hasta los 100 metros con motores eléctricos de velocidad normalizada. 

CARGA DE DESCARGA.

CARGA ESTÁTICA: Es la distancia desde el nivel del espejo de agua (nivel estático) hasta el borde superior del tanque de almacenamiento.

NIVEL ESTÁTICO: Es la distancia desde la superficie al nivel del agua. (m) NIVEL DINÁMICO: Es la distancia desde la superficie al nivel que adquiere el espejo de agua durante el proceso de bombeo. (m)

ABATIMIENTO: Es la diferencia de alturas entre el nivel estático y el nivel dinámico. (m)

ALTURA DE DESCARGA: Es la distancia vertical a la que hay que subir el agua, medida desde el nivel del suelo hasta el borde superior del tanque de almacenamiento. (m)

CARGA POR FRICCIÓN: Es la resistencia que opone la tubería y conexiones (codos, T’s, etc.) al flujo de agua. Esta depende del flujo, diámetro, distancia y material de la tubería. (m)

Carga por Fricción = k L Q2 k: Coeficiente de fricción de la tubería. L: Longitud de la tubería medida en m Q: Gasto o flujo de agua medido en (m3/seg.) Si no se dispone de Tablas para k, usar un valor del 2% al 5% de la longitud total de la tubería.

CARGA DIÁMICA TOTAL: Es la suma de la Carga estática con la distancia de abatimiento y con la carga por fricción. CDT = CE + A + CF

CARGA HIDRÁULICA o CDT se puede considerar como la distancia o ALTURA a la que se debe de elevar el agua. Se mide en metros.

CARGA TOTAL.

Es la energía impartida al líquido por la bomba, es decir, la diferencia entre la carga de descarga y la succión. Es una medida específica de la presión del líquido por encima de un datum geodésico. Por lo general, se mide como una elevación de la superficie líquida, expresada en unidades de longitud, a la entrada de un tubo piezómetro. En un acuífero, se puede calcular a partir de la profundidad de agua en un pozo piezométrico (un pozo de agua especializado), siempre que vengan dados los datos de profundidad y elevación piezométricas. De manera similar, la carga hidráulica también se puede obtener midiendo en una columna de agua la altura de la superficie superior relativa a un datum común. La carga hidráulica se puede utilizar para determinar un gradiente hidráulico entre dos o más puntos.

La carga hidráulica es el volumen de agua aplicado por unidad de superficie en un determinado período de tiempo. Para el caso del proyecto, el agua aplicar o disponer en los suelos no debe sobrepasar la carga hidráulica estimada. A continuación se hace un cálculo y análisis para los meses más desfavorables respecto a la distribución de los residuos líquidos que corresponden a los meses de vendimia e invierno. 

Para poder determinar la carga hidráulica es necesario realizar un balance de agua utilizando la permeabilidad del suelo como parámetro fundamental dentro de la siguiente ecuación.

Lw (p) = ET – P + Wp (*) 

Dónde:  

Lw (p) = Carga hidráulica basada en la permeabilidad del terreno (mm/día).  ET = Evapotranspiración del cultivo  P = Precipitación de la zona (mm/día).  Wp = Velocidad de percolación del suelo (mm/día). 

Dada la variedad de especies en el área de disposición y la dificultad para definir la evapotranspiración de las diversas especies insertas en el área de disposición, se ha considerado, para efectos de los cálculos, que ET es cero (supuesto conservador). Respecto a las precipitaciones, se ha incluido un promedio de ellas medido por la empresa en los últimos años. 

La velocidad de percolación equivale a la permeabilidad del suelo, la cual ha sido determinada en terreno por especialistas de la Universidad de Talca. La permeabilidad determinada corresponde a 15 mm/hr. 

Para el diseño del sistema de distribución se ha considerado utilizar una velocidad de pre colación mínima, equivalente al 4% del valor de la permeabilidad medida de acuerdo a criterios de diseño (Ingeniería de Aguas Residuales de Metcalf y Eddy). En función a lo anterior, la velocidad de percolación es la siguiente: 

Wp = (15 mm/hora x 24 horas/día) x 30 día/mes x 0,04 = 432 mm/mes 

Aplicando los valores de precipitaciones, velocidad de percolación y evapotranspiración a la ecuación de carga hidráulica (*), se tiene el siguiente cuadro de resultados:

Determinación Carga Hidráulica (LW) Meses ET P Wp Generación de Residuos Líquidos Carga Hidráulica LWp = ET – P + Wp (mm/mes) (mm/mes) (mm/mes) (mm/mes) (mm…)

ENERO 0 0.00 432 432 6.33FEBREO 0 0.00 432 432 6.33MARZO 0 0.00 432 432 6.33ABRIL 0 0.00 432 432 21.09MAYO 0 178.00 432 254 21.09JUNIO 0 205.00 432 227 21.09JULIO 0 71.00 432 361 6.33AGOSTO 0 209.00 432 223 6.33SEPTIEMBRE 0 42.00 432 390 6.33OCTUBRE 0 8.00 432 424 6.33NOVIEMBRE 0 36.00 432 396 6.33DICIEMBRE 0 0.00 432 432 6.33

Del cuadro precedente, se desprende que en el mes más desfavorable (Junio), el suelo tiene una capacidad para disponer hasta 10 veces los volúmenes de riles generado por la bodega de Altair. Esto último permitirá rotar adecuadamente la distribución de los riles dentro del área seleccionada.  

Nota: los 21,09 mm/mes de Junio son equivalentes a 0,70 mm/día de promedio, considerando la distribución de los riles (40 m3/día) en las 5,69 hectáreas contempladas en el proyecto.

h) = p + ξ (2.3)

H (z); representa la carga total (una función de coordenadas verticales de z).

H (z); es la carga de la presión.

ξ (z); es la elevación de la carga.

DATOS DE LOS FABRICANTES DE BOMBAS CENTRIFUGAS.

El fabricante facilita la información necesaria para poder hacer un estudio de la bomba ofertada. Por esta razón, es de gran importancia la elección de las cuestiones que se van a plantear, ya que de estas, depende la información que el fabricante facilite. En esta parte se consignará el modelo y tipo de la máquina, todas sus características constructivas y operacionales, datos de su lubricación, conexiones auxiliares y principales, como todos los demás datos complementarios.

En un espacio reservado en la margen figurarán todas las notas aclaratorias del caso.

Deberán tenerse en cuenta las unidades físicas a emplear en la hoja de datos. Estas deben ser apropiadas y homogéneas, utilizándose cada vez más el Sistema Internacional (SI).

Se confeccionará una hoja para cada bomba o grupo de bombas gemelas

 Especificaciones: La hoja de datos describe y puntualiza las características que debe de tener la bomba. Sin embargo, hay detalles que no se incluyen por lo que se impone la redacción de unas especificaciones donde se indiquen los requisitos mínimos que deban cumplir las maquinas.

Como ejemplo y base de estas especificaciones se tienen ya citadas las Normas API; la número 610 se ocupa de las bombas centrífugas para procesos. Muchas empresas se amparan exclusivamente en esta norma pero es importante que el usuario desarrolle sus propias normas, llenando en esta forma algunas de las lagunas que las referidas Normas API 610 dejan, a la vez que se adaptan a las propias necesidades y exigencias.

Las especificaciones de este tipo deben incluir el diseño tanto de la propia bomba como el de las bancadas, acoplamientos, ejes, equipo de accionamiento, impulsores, aros de roce, cojinetes, camisas, refrigeraciones, placas de características, etc., describiéndose todo en cuanto formas, dimensiones, tipos, marcas deseadas en los materiales en serie a emplear, tolerancias de fabricación y materiales a utilizar en función de las temperaturas, presiones y naturaleza del fluido.

Se describirán las inspecciones y pruebas que se pretendan efectuar en la bomba, tolerancias aceptables en los datos obtenidos, delimitación de responsabilidades etc. Se indicará también la información técnica que debe acompañar a cada bomba.

El fabricante deberá indicar que puntos de la especificación no puede cumplir o propone modificar. Este punto será importante al efectuar el estudio comparativo de los distintos ofertantes.

Sobresale que la mejor selección de bombas necesita cooperación entre el usuario y el fabricante.   Las hojas de datos estándar ayudan a la presentación de los datos del proceso.   En estas hojas la información está muy resumida, por eso el profesional o técnico responsable de la adquisición de la

bomba es solicitado en ocasiones para proporcionar esquemas de la instalación y detalles complementarios.

Cuando son tenidos en cuenta los factores de tolerancia es preferible anotar los valores calculados de por ejemplo cabeza y capacidad y los valores deseados de diseño.  Un factor arbitrario puede representar la selección de una bomba muy costosa.

Las bombas que deben ser especificadas como auxiliares para dos servicios diferentes necesitan cuidado, comparando el trabajo o potencia para cada servicio, la presión diferencial y la capacidad.

La cabeza dada por una bomba centrífuga permanece casi invariable para una capacidad dada independiente de la gravedad específica, (cabeza en pies x libra / libra del fluido = pies).

LEYES DE AFINIDAD Y SEMEJANZA PARA BOMBAS CENTRIFUGAS GEOMÉTRICAMENTE SEMEJANTES.

Para emplear modelos a escala en el estudio experimental de máquinas hidráulicas, se requiere la semejanza geométrica, así como que los diagramas de velocidades en puntos homólogos sean geométricamente semejantes (semejanza cinemática). Las unidades cuyos impulsores son semejantes y trabajan con semejanza se llaman homólogas.

Las relaciones de semejanzas geométricas obtenidas experimentalmente, se expresan con los siguientes coeficientes:

- Coeficiente de Caudal (CQ), es una constante que se expresa por la relación

- Coeficiente de Altura (CH), es una constante que se expresa por la relación

- Coeficiente de potencia (CP), es una constante que se expresa por la relación

Designando por λ la relación de las medidas lineales de dos bombas semejantes elevando un fluido dado y por k la relación de sus velocidades de rotación que dan lugar a diagramas de velocidades semejantes, se tiene:

De la ecuación de coeficiente de caudal se obtiene:

De la ecuación de coeficiente de altura se obtiene:

De la ecuación de coeficiente de potencia se obtiene:

En el caso de una misma bomba,  , los puntos homólogos son:

Si la velocidad de rotación es directamente proporcional a su diámetro y a su velocidad de giro, que es lo mismo:

Gráficamente:

Al diseñar las bombas, ventiladores y compresores se utilizan ampliamente los datos experimentales obtenidos durante la investigación de máquinas construidas a escala reducidas, pero totalmente análogas a las que se diseñan (máquinas semejantes). Un modelo a escala reducida es menos costoso y los datos obtenidos resultan muy confiables. Para ser usado con confianza los resultados obtenidos de la investigación del modelo deben cumplirse las Leyes de Semejanza.

Las Leyes de Semejanza se cumplen si se garantiza:

La Semejanza Geométrica. La Semejanza Cinemática. La Semejanza Dinámica.

Se cumple la Semejanza Geométrica cuando son iguales los ángulos semejantes de las máquinas y es constante la relación de magnitudes semejantes. Existe la Semejanza Cinemática cuando son iguales los ángulos semejantes de las máquinas y es constante la relación de las velocidades en puntos homólogos de las máquinas semejantes. Se dice que existe la Semejanza Dinámica cuando se mantiene constante la relación de fuerzas de igual naturaleza que actúan en puntos homólogos de las máquinas geométricas y cinemáticamente semejantes. No se detallará la teoría de dónde se obtienen las ecuaciones que a continuación se presentan como las leyes de semejanza para bombas centrífugas. Inicialmente se presentan las relaciones en términos del diámetro del impulsor de la bomba (velocidad constante). También se pueden expresar en términos de la velocidad de rotación de la bomba, (diámetro constante).

LEY DE AFINIDAD:

En primer lugar vamos a detallar lo que se entiende como ley de Afinidad o de Similitud, principio básico en la teoría de bombas  que sirve para poder modificar sus curvas características.

Las relaciones entre el caudal, la altura y la potencia al freno cuando cambia la velocidad de giro o el diámetro del rodete son las siguientes:

Q2/Q1 = √ H2/√H1 = 3√bhp2 /3√bhp1 =  D2 / D1= rpm2/ rpm1

Otra forma de escribirlo:

Q2/Q1 = D2 /D1=rpm2 / rpm1   ———–H2 / H1 = (D2 / D1)2 = (rpm2 /rpm1)2.

Esto quiere decir que, el porcentaje de reducción de la velocidad o diámetro del rodete de la bomba, es el mismo que la reducción que esto produce en el caudal, el cuadrado de los  porcentajes citados, es el mismo que el porcentaje de reducción de la altura desarrollada, y, el cubo de los porcentajes citados, es el mismo que el porcentaje de reducción de la potencia.

La importancia de la ley de afinidad en el desarrollo tecnológico de las bombas, es mucha y evidente. A partir de su enunciado, se pudieron obtener, de una forma casi directa, las extrapolaciones  desde el tamaño de las bombas ya probadas. Si una bomba está accionada a través de un sistema de polea y correa, se cambia, de una forma sencilla, su velocidad  y se pueden conseguir alturas de impulsión diferentes. Iguales resultados que cambiando el diámetro de la polea de accionamiento se consigue cambiando el diámetro del rodete de la bomba.

A primera vista podría parecer que, al cortar un rodete, la sección de salida del fluido cambia y, por tanto, su velocidad de salida. La consecuencia sería que la ley de afinidad no se cumpliría. La realidad ha demostrado lo contrario, que la ley de afinidad se cumple a pesar de lo dicho e, incluso, también lo han demostrado la aplicación de modelos analíticos (comparación de triángulos de velocidades a la salida). Sin entrar en profundidades analíticas, se puede razonar que la sección de salida no cambia al recortar el rodete, ya que la sección debe de ser la perpendicular a los álabes y no la sección periférica de salida. No obstante, en ciertos casos, no es totalmente cierto que el caudal varía con el diámetro, ya que pueden corresponder a situaciones de diseño especiales y particulares (curvas características muy planas o con mucha pendiente) o a pérdidas internas diferentes en los distintos diseños.

Las leyes de afinidad expresan la relación matemática que existe entre el caudal, la velocidad de la bomba (rpm), la altura y el consumo de energía para el caso de bombas centrífugas.

 = Capacidad / Flujo Volumétrico (GPM)

 = Diámetro del Impulsor (pulg.)

 = Velocidad del Eje de la Bomba (RPM)

 = Carga total / Presión Estática de la Bomba (pies)

 =  Potencia absorbida por el motor de la bomba (BHP)

Cuando el diámetro del impulsor (D) permanece constante: (Ley #1)

1.- El flujo es proporcional a la velocidad del eje.

2.- La presión estática es proporcional al cuadrado de la velocidad del eje.

3.- La potencia eléctrica absorbida por el motor de la bomba es proporcional al cubo de la velocidad del eje.

Cuando el diámetro del impulsor cambia (D) y la velocidad permanece constante: (Ley #2)

1.- El flujo es proporcional al diámetro del impulsor. 

2.- La presión estática es proporcional al cuadrado del diámetro del impulsor.

3.-. La potencia eléctrica absorbida por el motor de la bomba es proporcional al cubo del diámetro del impulsor.

Esta ley presupone que la eficiencia de la bomba o ventilador permanece constante, es decir,   . Tratándose de bombas, las leyes funcionan bien en los casos en que el diámetro del impulsor sea constante y la velocidad sea variable (Ley #1), pero se ajustan menos a la realidad cuando se trata de los casos en que la velocidad sea constante y el diámetro del impulsor sea variable (Ley #2).

VELOCIDAD Y DIÁMETRO DEL IMPULSOR.

Un cambio en el tamaño del diámetro del impulsor o de la velocidad del eje afecta al flujo volumétrico o a la velocidad al primer orden; la presión estática al segundo orden; y la potencia eléctrica del motor de la bomba al tercer orden.

Esta ley presupone que la eficiencia de la bomba o ventilador permanece constante, es decir, Tratándose de bombas, las leyes funcionan bien en los casos en que el diámetro del impulsor sea constante y la velocidad sea variable (Ley 1), pero se ajustan menos a la realidad cuando se trata de los casos en que la velocidad sea constante y el diámetro del impulsor sea variable (Ley 2).

Q: es el flujo volumétrico),

D: es el diámetro del impulsor

N: es la velocidad del eje

H: es la presión estática de la bomba

P: es la potencia absorbida por el motor de la bomba

CONSIDERACIONES DE LA APLICACIÓN DE LAS LEYES DE SIMILITUD Y SEMEJANZA.

LEY DE SIMILITUD

Nuestra percepción tiende a asociar los elementos que tienen parecidas propiedades. Por ejemplo de forma, color, textura, dirección.

La similitud entre la naturaleza (o prototipo) y el modelo implica la existencia de: similitud geométrica, similitud cinemática y similitud dinámica.

La similitud geométrica entre la naturaleza y su modelo se logra si, y solo si, todas las dimensiones espaciales incluyendo la rugosidad de los contornos tienen la misma relación de escala lineal. Así un

modelo construido con escala 1:20 significa que la longitud, anchura y altura del modelo son, cada una de ellas, 20 veces más pequeñas que las correspondientes a las existentes en la naturaleza; si ello se cumple es posible hablar de puntos homólogos.

De acuerdo con esta exigencia es fácil establecer una expresión matemática para el cumplimiento de la similitud geométrica.

Una bomba centrífuga es un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor rotatorio llamado rodete en energía cinética y potencial requeridas. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo conduce hacia las tabuladoras de salida o hacia el siguiente rodete

LEYES DE SEMEJANZA

Para emplear modelos a escala en el estudio experimental de máquinas hidráulicas, se requiere la semejanza geométrica, así como que los diagramas de velocidades en puntos homólogos sean geométricamente semejantes (semejanza cinemática). Las unidades cuyos impulsores son semejantes y trabajan con semejanza se llaman homólogas.

PUNTO DE OPERACIÓN DE UNA BOMBA .

La manera en la que una bomba trabaja depende no sólo de las características de funcionamiento de la bomba, sino también de las características del sistema en el cual vaya a trabajar. Para el caso de una bomba dada, mostramos las características de funcionamiento de la bomba (h respecto a Q) para una velocidad de operación dada, normalmente cercana a la velocidad que da el rendimiento máximo. También mostramos la curva característica del sistema (es decir, la altura de bombeo requerida respecto a Q). En este caso, la bomba está suministrando líquido a través de un sistema de tuberías con una altura estática D z. La altura que la bomba debe desarrollar es igual a la elevación estática más la pérdida total de carga en el sistema de tuberías (aproximadamente proporcional) a Q²). La altura de funcionamiento de la bomba real y el caudal son determinados por la intersección de las dos curvas.

Los valores específicos de h y Q determinados por esta intersección pueden ser o no ser los de máximo rendimiento. Si no lo son, significa que la bomba no es exactamente la adecuada para esas condiciones específicas.

El punto de funcionamiento o punto óptimo de una bomba solo dinámica es el de la curva H – Q que corresponde a un rendimiento máximo. Cuanto más empinada se la curva H – Q, más significativo será el efecto de cualquier cambio de altura en el punto de funcionamiento.

Por ejemplo, una bomba con una curva H – Q empinada presentará un pequeño cambio de descarga pero la altura variará mucho si se desplaza el punto de funcionamiento, en cambio una bomba cuya curva H – Q sea plana, mostrará un gran cambio de capacidad pero la altura variará poco al desplazarse el punto de funcionamiento

Las curvas H – Q para las bombas centrífugas son sustancialmente planas, con tendencia a que el sedimento máximo se sitúe inmediatamente después de la capacidad media.

Las curvas H – Q para una bomba de flujo axial son aún más empinadas, con su punto de demanda en la descarga nula y su curva de potencia es decreciente.

BOMBAS EN PARALELO.

En una determinada instalación de alimentación de fluidos en una industria, no es preciso que circule siempre el mismo caudal, sino que en función de las necesidades de producción, podrá alimentarse más o menos caudal. Las bombas centrífugas, que operan siempre a la misma velocidad, pueden utilizarse para alimentar varios caudales intercambiando en el sistema, por

Ejemplo, una válvula de regulación, de forma que al introducir más pérdida de carga, disminuye el caudal alimentado. Sin embargo, se ha visto que cada bomba centrífuga tiene un punto óptimo de funcionamiento donde el rendimiento es alto, y aunque puede trabajar en otras condiciones, no es recomendable dadas las importantes pérdidas energéticas que ello conlleva. Por tanto, cuando en un sistema se desea trabajar a distintos caudales, proporcionando al fluido la misma altura o energía por unidad de peso de fluido, se suele utilizar la asociación de bombas centrífugas en paralelo. Consideremos un sistema de impulsión de una única tubería en la que la impulsión está formada por dos bombas centrífugas diferentes, cuyas curvas características En este caso, el caudal total Q que circula por el sistema será la suma de los caudales impulsados por cada bomba. Por tanto, para una altura o energía por unidad de peso requerida por el sistema, en la asociación de bombas en paralelo, impulsará cada una el caudal correspondiente a esa altura requerida. Es decir, la curva característica correspondiente a la asociación de bombas se construye sumando los caudales que proporcionan las bombas a una H determinada. Obsérvese que mediante la asociación en paralelo de bombas no se consigue una mayor energía por unidad de fluido, sino impulsar un caudal mayor.

BOMBAS EN SERIE.

Las bombas centrífugas son el grupo de bombas más ampliamente utilizadas en la industria, por su bajo coste y prestaciones. Estas bombas son capaces de proporcionar desde caudales muy pequeños a muy elevados; sin embargo, las presiones de salida de dichas bombas son, las mayores, de unos 500 kPa, que es un valor inferior a las presiones que son capaces de proporcionar las bombas alternativas de desplazamiento positivo. Sin embargo, las presiones proporcionadas por las bombas centrífugas pueden incrementarse asociando bombas en serie.

Supóngase el ejemplo mostrado en la figura. La bomba no es capaz de impulsar líquido en el sistema cuya curva se muestra. Si se acoplara otra bomba idéntica a la bomba en serie, el caudal que circularía por las dos bombas sería el mismo. Por tanto, el mismo caudal recibiría igual energía por cada bomba (ya que son iguales), por lo que la curva característica resultante de la asociación de dos bombas será la suma de la altura proporcionada por cada bomba al mismo caudal, como se muestra en la figura. De esta forma, la asociación en serie de dos bombas idénticas permite la impulsión de fluido cuando con una solo no era posible.

Las denominadas bombas centrífugas múltiples son realmente una asociación de bombas centrífugas

iguales en serie.

CONCLUSIÒN.

La mecánica de Fluidos conjuga los principios teóricos con la aplicación técnica es decir transmite conceptos fundamentales de las leyes que rigen el comportamiento de los fluidos para que se puedan entender y abordar problemas reales de ingeniería en sus diversos campos de aplicación su fundamento es el principio de Pascal que establece que la presión aplicada en un punto de un fluido se transmite con la misma intensidad a cada punto del mismo. En ingeniería la mecánica de fluidos sirve para construir dispositivos que funcionan con líquidos, por lo general agua o aceite. Es obvio que comprende una amplia gama de problemas por eso debemos entender el objetivo a que se destina el comportamiento de estos para poder resolver problemas como el flujo de fluidos por conductos o canales abiertos y el diseño de presas de embalse, bomba y turbinas y principalmente en las bombas e instalaciones hidráulicas tuberías, canales, presas etc.

BIBLIOGRAFIA.

MECANICA DE FLUIDOS FUNDAMENTOS Y APLICACIONES SEGUNDA EDICION YUNUS A. CENGEL, JOHN M. CIMBALA.

MECANICA DE LOS FLUIDOS E HIDRAULICA TERCERA EDICION RANALD V. GILES JACK B. EVETT

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