Bombas Centrifugas

por DoloresMarquez | buenastareas.com

Sistema de Bombeo en la Industria Petrolera Bomba Centrifugas

Equipo III:

Instituto Tecnologico Superior de Cosamaloapan

Ingeniera Petrolera607-A |

Cosamaloapan Ver, 28 de Febrero de 2013

ndice

Introduccin 4

Unidad III: Bomba Centrfuga 5

3.1 Componentes principales 5

3.1.1 Partes Rotatorias 6

3.1.1.1 Flecha o eje: 6

3.1.1.2 Impulsores: 6

3.1.2 Partes Fijas 6

3.1.2.1 Carcasa: 6

3.1.2.2 Cojinetes: 7

3.1.2.3 Bases: 7

3.1.3 Otras partes de las bombas centrifugas 7

3.1.3.1 Anillos de desgaste: 7

3.1.3.2 Estoperas, empaques y sellos: 8

3.1.4 Configuracin bsica 8

3.1.4.1 Casco 9

3.1.4.2 Casco circular 10

3.1.4.3 Impulsor 11

3.2 Materiales con los cuales se fabrican en funcin de su aplicacin 12

3.2.1 Algunos tipos de bombas comerciales 12

3.2.1.1 Construccin : 12

3.2.1.2 Cualidades tcnicas : 13

3.2.1.3 Los materiales estndar: 14

3.3 Principio de funcionamiento (ecuacin de Euler) 15

3.3.1 Turbo mquinas Hidrulicas. 15

3.3.2 Turbo mquinas Trmicas. 15

3.3.3 Deduccin de la Ecuacin de Euler: 15

3.4 Altura de succin de una bomba 17

3.4.1 Altura de la bomba (H) 18

3.4.2 Ejemplo de aplicacin: 21

3.5 Tipos de prdidas que se tienen en las bombas centrifugas. 22

3.5.1 Prdidas de potencia hidrulicas 22

3.5.2 Prdidas de potencia volumtricas 22

3.5.3 Prdidas de potencia mecnicas 23

3.5.4 Factores que probocan perdidas: 23

3.5.5Calculo de perdidas en tuberias 23

3.5.6 Calculo de perdidas en accesorios 24

3.6 Potencia de accionamiento. 26

3.6.1 Potencia de una bomba centrfuga 26

3.6.2 Potencia de la bomba (P): 26

3.6.2.1 Potencia hidrulica total cedida al lquido bombeado.- 28

3.7 Leyes de afinidad. 33

3.7.1 Leyes de afinidad 33

3.7.2 Leyes de afinidad de las bombas centrfugas 33

3.8 Diagramas de comportamiento gasto-carga 35

3.8.1 Caractersticas de las bombas 35

3.8.1.1 a) Gasto 35

3.8.1.2 b) Carga dinmica total: 35

3.8.1.3 c) Potencia al freno: 36

3.8.1.4 d) Potencia: 36

3.8.1.5 e) Eficiencia: 37

3.8.1.6 f) Carga neta positiva de succin: 37

3.8.1.7 g) Velocidad: 38

3.9 Ventajas y desventajas de las bombas centrifugas, campos de aplicacin,

normatividad 40

3.9.1 Ventajas principales de las bombas centrfugas 40

3.9.2 Desventajas de las bombas centrifuga 40

3.9.3 Campos de aplicaciones de las bombas centrifugas 41

3.10 Uso de software para la seleccin de bombas. 42

Conclusin 44

Referencias 45

ndice de Figura

Fig. 1 Bomba Centrifuga 8

Fig. 2 Componentes de la bomba 9

Fig. 3 Bomba centrifuga de voluta 9

Fig. 4 Seccin de una Bomba centrifuga de Voluta 10

Fig. 5 Bomba centrifugas 10

Fig. 6 Bomba Centrifuga de Difusor 11

Fig. 7 Bomba Centrifuga 12

Fig. 8 Construccin de la Bomba 13

Fig. 9 Cualidades de la Bomba 14

Fig. 10 Rodete de una bomba centrifuga: figura (a) cortemeridional (b) corte transversal en

el que se muestra los tringulos de velocidades tanto a la entrada como en la salida. 16

Fig. 11 altura mxima de sucesin 20

Fig. 12 Calculo de perdida de tubera 24

Fig. 13 Calculo de perdida de accesorios 25

Fig. 14 Curvas caractersticas ideales de potencia hidrulica 31

Fig. 15 Curvas caractersticas ideales de potencia hidrulica 32

Fig. 16 carga neta positiva de sucesion 37

Fig. 17 Curvas de velocidad variable para una bomba centrfuga 39

Fig. 18 Software de Cornell 42

Fig. 19 Performance de Grafico en la cual muestra las dimensiones de la bomba requerida

en base a sus cdigos. 43

Introduccin

Las bombas son dispositivos que necesitan ser accionados mecnicamente para poder

impulsar fluidos lquidos venciendo un potencial adverso.

En los distintos tipos de diseo o funcionamiento, las bombas privilegiarn un caudal

determinado o un aumento de presiones en el fluido.

Una tpica clasificacin tpica de bombas, podemos encontrar las rotatorias, reciprocante y

centrfugas. Esta ltima, es de la cual se va a tratar.

Una bomba centrfuga es un tipo de bombas, que es muy til en nuestra vida diaria. Es

una mquina para mover un lquido, tal como agua, por lo que acelera radialmente hacia

afuera en un impulsor a un difusor en espiral que rodea. Se utilizan comnmente para

mover lquidos a travs de un sistema de tuberas.

Se puede convertir la energa de entrada a la energacintica. El fluido entra en la bomba

a travs del ojo del impulsor que gira a alta velocidad. El fluido se acelera radialmente

hacia fuera desde la persecucin de la bomba. Se crea un vaco en el ojo impulsores que

continuamente atrae a ms fluido en la bomba.

Las bombas centrfugas se producirn un error a pesar de toda la atencin en la

operacin y mantenimiento. Es decir, estas bombas no puede mantenerse mucho tiempo

en los servicios. Las razones que provocan el fracaso de estos productos son diferentes.

Una de las afecciones ms comunes es que no son capaces de proporcionar el caudal

deseado. Hay otras condiciones en las que todava muchas de las bombas centrfugas se

consideran que han fracasado. Por ejemplo, hay muchos problemas que estn

relacionados con los sellos, como las fugas, la prdida de lavado, refrigeracin, sistemas

de enfriamiento, etc. Con todo, al igual que muchos otros equipos, hay muchos problemas

que pueden conducir al fracaso de las bombas centrfugas. Si quieres mantenerlos en

buenas condiciones, usted debe aprender acerca de las cosas de forma global, excepto

para el mantenimiento.

Unidad III: Bomba Centrfuga

3.1 Componentes Principales

Una bomba centrfuga es uno de los tipos ms simples de equipo en cualquier planta del

proceso. Su propsito es convertir energa de un primer elemento (un motor elctrico o

turbina) primero en velocidad o energa cintica y luego en energa de presin de unfluido

que est bombendose. Los cambios de energa ocurren en virtud de dos partes

principales de la bomba, el impulsor y el en espiral o difusor. El impulsor es la parte que

esta girando y convierte la energa de la mquina en energa cintica. El en espiral o el

difusor es la parte estacionaria que convierte la energa cintica en energa de presin.

Las bombas centrfugas, tambin denominadas rotativas, tienen unrotor de paletas

giratorio sumergido en el lquido. El lquido entra en la bomba cerca del eje del rotor, y las

paletas lo arrastran hacia sus extremos a alta presin. El rotor tambin proporciona al

lquido una velocidad relativamente alta que puede transformarse en presin en una parte

estacionaria de la bomba, conocida como difusor. En bombas de alta presin pueden

emplearse varios rotores en serie, y los difusores posteriores a cada rotor pueden

contener aletas de gua para reducir poco a poco la velocidad del lquido.

Las bombas centrifugas, ya sean verticales u horizontales, estn conformadas por una

serie de partes con funciones muy especficas. Algunas de las partes de las bombas

centrifugas son fijas, otras partes de las bombas centrifugas son rotatorias. En este

resumen haremos un estudio muy breve de las partes de una bomba centrifuga

clasificndolas en dos grandes grupos: fijas y rotatorias

3.1.1 Partes Rotatorias

3.1.1.1 Flecha o eje:

La flecha es una pieza de forma tubular en la que sesujetan todas las partes rotatorias de

la bomba centrifuga. Esta parte de la bomba debe ser totalmente recta, es decir, sin

desviaciones, ya que su principal funcin es mantener alineadas las partes giratorias de la

bomba centrifuga y la de transmitir el torque de giro.

3.1.1.2 Impulsores:

El impulsor es la parte de la bomba centrifuga que constituye el elemento vital de la

bomba en s misma. Su funcin es la de recoger el lquido por la boca de la bomba y

lanzarlo con fuerza hacia la salida de la bomba. Para hacer esto el impulsor dispone de

una serie de pequeas partes llamada labes. Gracias a los labes el impulsor es capaz

de darle velocidad de salida al lquido.

3.1.2 Partes Fijas

3.1.2.1 Carcasa:

La carcaza es la parte de la bomba que cubre las partes internas de la misma (algo as

como el cascarn de un huevo), sirve de contenedor del lquido que se impulsa, y su

funcin es la de convertir la energa de velocidad impartida al lquido por el impulsor en

energa de presin. La carcasa le permite a la bomba formar el vaco necesario a la

bomba centrifuga para poder impulsar el lquido, gracias a las partes giratorias.

3.1.2.2 Cojinetes:

Los cojinetes constituyen el soporte y la gua de la flecha o eje. Esta parte de la bomba

centrifuga debe ser elaborada con cuidado ya que es la que permitir la perfecta

alineacin de todas las partes rotatorias de la bomba. El cojinete, tambin es la parte de la

bomba que seencarga de soportar el peso (carga radial y/o axial) de las partes rotatorias

de la bomba.

3.1.2.3 Bases:

La base de la bomba centrifuga debe estar fijada al suelo. Es en esta parte en la que est

atornillada o soldada la bomba centrifuga con el fin de evitar vibraciones que si se

produjesen destruiran la bomba. Todo el peso de la bomba descansa sobre esta parte de

la bomba.

3.1.3 Otras partes de las bombas centrifugas

3.1.3.1 Anillos de desgaste:

Esta parte de la bomba centrifuga, conocida como anillo de desgaste, suele ser de precio

muy econmico tanto en el sentido del costo de la parte en s misma, como en el costo de

su montaje y desmontaje. Por ello, los anillos de desgaste son colocados para cumplir la

funcin de aislantes al roce o friccin en aquellas zonas en donde se producira un

desgaste debido a las cerradas holguras entre las partes fijas y rotatorias de la bomba

centrifuga, evitando as la necesidad de comprar y cambiar estos elementos, de precios

mucho ms elevados. De esta manera, cuando se produce el desgaste en la bomba

centrifuga solo es necesario cambiar los anillos de desgaste por otros nuevos.

3.1.3.2 Estoperas, empaques y sellos:

Tanto las estoperas, como el prensa-estopa, le dan presin a la estopa o empaquetadura

para evitar el escape del lquido. En ese sentido estas partes de la bomba evitan el

escape del flujo. Sin embargo estas partes de la bomba pudieran permitir el escapede

pequeas cantidades del fluido impulsado con fines de enfriamiento. Los sellos mecnicos

son partes metlicas de bomba que permiten el acople de diferentes partes de la bomba

sin que se presente escape de fluido.

3.1.4 Configuracin bsica

El tipo ms simple de bomba centrifuga es la mquina de simple etapa, la cual consiste

fundamentalmente de un elemento rotatorio, denominado impulsor, y un casco. El lquido

es llevado al centro del impulsor y puesto en rotacin por las aspas del impulsor. Debido a

la fuerza centrfuga el lquido es lanzado del borde o periferia del impulsor con una

considerable velocidad y presin. El casco, el cual encierra al impulsor, tiene una voluta

formando un pasaje cuya rea de seccin transversal va aumentando y la cual recoge al

lquido que sale del impulsor y convierte una porcin de su energa de velocidad en

energa de presin. Este pasaje del casco conduce a la conexin de descarga de la

bomba a la tubera que forma el sistema.

Fig. 1 Bomba Centrifuga

Fig. 2 Componentes de la bomba

Fig. 3 Bomba centrifuga de voluta

La Fig. 3 muestra algunas partes bsicas de una bomba centrifuga, las cuales son:

3.1.4.1 Casco.- Gua al lquido hacia el impulsor; recoge al liquido del impulsor y reduce

su velocidad transformando parte de ella en presin o columna. Los cascos son de dos

tipos: de voluta y circular. Casco de Voluta.- Los cascos de voluta proporcionan ms alta

columna. Lavoluta es un tnel circular que aumenta su rea hacia la parte de la descarga,

como se muestra en la Fig. 3. Como el rea de seccin transversal aumenta, la voluta

disminuye la velocidad del lquido y aumenta la presin.

Fig. 4 Seccin de una Bomba centrifuga de Voluta

3.1.4.2 Casco circular.- Se usan para bajas columnas y altas capacidades. Los cascos

circulares tienen paletas estacionarias alrededor de la periferia del impulsor que

convierten la energa de velocidad a energa de presin. convencionalmente, los difusores

son aplicados a bombas de mltiples etapas.

En muchos casos se acondiciona un difusor a la salida de la bomba para ayudar a

aumentar la presin

Fig. 5 Bomba centrifugas

Fig. 6 Bomba Centrifuga de Difusor

3.1.4.3 Impulsor.- imparte energa al lquido por la accin de sus aspas; es el nico

componente de la bomba que suministra energa al lquido. Los impulsores son

clasificados de diferentes maneras: Basndose en la principal direccin de flujo con

referencia al eje de rotacin.

3.2 Materiales con los cuales se fabrican en funcin de su aplicacin

3.2.1 Algunos tipos de bombas comerciales

La serie cn : Qumica normalizada iso 2858/iso 5199 pn16

de impulsor cerrado.

Fig. 7 Bomba Centrifuga

3.2.1.1 Construccin :

* Construccin segn ISO 5199 y dimensiones

segn ISO 2858.

* Diseo PROCESS : desmonte sin desacoplar

las tuberas o el motor.

* Prevista para los serviciosseveros y continuos.

* Bridas estndares DIN/NFE PN16.

* Bastidor de 3 rodamientos lubrificados por

el aceite del engrasador de nivel constante.

* Impulsor cerrado, con anillo de usura sobre cuerpo. Anillo de usura sobre impulsor en

opcin segn tamao

* Eje totalmente protegido del lquido bombeado.

* Estanquidad por trenzas o sello mecnico normalizado simple, doble o tndem.

* Control de la presin en la caja de guarnicin

por las alabes dorsales del impulsor.

* Cmara de refrigeracin en estndar.

* Intercambiabilidad mxima de las piezas constitutivas de la serie.

* Excelente rendimiento.

* NPSH requerido el ms bajo.

* Modelos corrientes en stock.

Fig. 8 Construccin de la Bomba

3.2.1.2 Cualidades tcnicas :

* Caudal : de 2 a 5 000 m3/h o de 10 a 22 000 U.S GPM.

* Altura manomtrica total : hasta 165 m o 540 pies .

* Presin mxima de servicio : hasta 20 bar.

* Temperatura de servicio admisible :

de 40 hasta 180 C.

* Velocidad mxima : 3 000 rpm a 50 Hz o

* 3 600 rpm a 60 Hz.

Fig. 9 Cualidades de la Bomba

3.2.1.3 Los materiales estndar:

* Fundicin.

* Acero inoxidable austentico 18/10/2,5*.

* Acero inoxidable austentico 20/25/4 +Cu*.

* Acero inoxidable austeno-ferritico 26/5/2+Cu*.

* Otros materiales realizables por pedido : titanio,

nquel, Hastelloy.

* Los valores indicados son los porcentajes en Cr/Ni/Mo

3.3Principio de funcionamiento (ecuacin de Euler)

El estudio y anlisis del funcionamiento de las Turbomquinas Hidrulicas se basa, en

forma concreta en la Ecuacin de Euler, tambin conocida como la Ecuacin

Fundamental de las Turbo mquinas.

Por consiguiente se describen las siguientes caractersticas:

- Esta se encuentra enfocada al anlisis de las turbomquinas hidrulicas, como

turbomquinas trmicas.

- Constituye la ecuacin de bsica para el estudio, de las bombas, ventiladores, turbinas

hidrulicas.

3.3.1 Turbo mquinas Hidrulicas.

* Turbocompresores, turbinas a vapor y turbinas a gas tambin son estudiadas con sta

ecuacin, las cuales son:

3.3.2 Turbo mquinas Trmicas.

Est ecuacin en esencia, expresa el intercambio de energa en el rodete o impulsor de

todas estas mquinas.

3.3.3 Deduccin de la Ecuacin de Euler:

La deduccin se har con relacin, la cual representa el rodete de una bomba centrifuga

(o el de un ventilador centrifugo, que esencialmente se diferencia de una bomba en la cual

el fluido bombeado no es liquido si no gaseoso).

Fig. 10 Rodete de una bomba centrifuga: figura (a) corte meridional (b) corte transversal

en el que se muestra los tringulos de velocidades tanto a la entrada como en la salida.

- Supongamos un fluido ideal en movimiento, y consideremos un elemento infinitesimal

del mismo (partcula fluida), de masa dm y volumen dV. Sigamos a la partcula fluida en

sumovimiento. Naturalmente, supondremos que la masa (dm) de la partcula fluida

permanece constante en el transcurso de su movimiento, aunque su volumen (dV) podr

variar, a menos que el fluido sea incompresible. La segunda ley del movimiento de

Newton nos relaciona la aceleracin total que adquiere la partcula con la resultante de

todas las fuerzas que actan sobre ella.

Las fuerzas que actan sobre la partcula fluida son de dos tipos (28.3): fuerzas

superficiales y fuerzas msicas. Puesto que el fluido es ideal, la fuerza superficial neta

que acta sobre la partcula fluida es debida nicamente a la presin. De acuerdo con el

estudio que hicimos en 28.4, podemos expresar dicha fuerza en la forma -pdV, ya que

fp =-p representa la fuerza por unidad de volumen debida a la presin. Las fuerzas

msicas son fuerzas exteriores que actan sobre la partcula fluida y que acostumbramos

a expresar referidas a la unidad de volumen del fluido (fm, densidad de fuerza msica) o a

la unidad de masa del mismo (g, fuerza msica especfica), de modo que la fuerza msica

neta que acta sobre la partcula fluida ser fmdV=gdm. Entonces, la segunda ley del

movimiento de Newton nos permite escribir en un referencial inercial.

donde la aceleracin dv/dt es la aceleracin total o sustancial (mtodo de Lagrange).

Utilizaremos la expresin [31.9] para expresar la relacin [32.3] en funcin de las

derivadas en un punto fijo espacio (mtodo deEuler); as obtendremos

que es la ecuacin de Euler del movimiento de un fluido. Obviamente, la ecuacin de

Euler comprende cmo caso particular a la ecuacin fundamental de la esttica de los

fluidos cuando v=0 v=cte, i.e., p=g.

3.4 Altura de succin de una bomba

3.4.1 Altura de la bomba (H)

Es la energa neta trasmitida al fluido por unidad de peso a su paso por la bomba

centrifuga.

Se representa como la altura de una columna de lquido a elevar

Se expresa normalmente en metros del lquido bombeado

En el siguiente circuito la bomba B eleva lquido de peso especfico, desde el tanque 1 al

2, comunicndole una energa B H , por cada unidad de peso que circula. En el recorrido,

el lquido pierde por fricciones y turbulencias una energa, cuyo valor por unidad de peso

es P H sean 1 p y 2 p las presiones en las superficies libres de ambos tanques, y

consideremos el sistema en rgimen permanente.

La expresin de la conservacin de la energa al transportar la unidad de peso del

lquido des de la superficie libre del tanque 1, hasta la del tanque 2.

Si las presiones son iguales a la atmosfrica y las velocidades son pequeas, entonces:

En estos casos, la altura de elevacin es la altura geomtrica entre superficies libres del

lquido bombeado, ms la altura debida a las prdidas hidrulicas.

La altura de elevacin, representa la energa comunicada por la bomba a la unidad de

peso del lquido, es por tanto unvalor caracterstico de la bomba que conviene expresar

en una unidad fija en lugar de hacer referencia a los metros de columna de lquido

bombeado. La unidad elegida ha sido el metro de columna de agua a 4C y un peso

especfico de una tonelada por metro cbico. A la altura de elevacin expresada en m.c.a.

se llama altura manomtrica H.

Para prevenir la formacin de vapor en la entrada a la bomba, la presin correspondiente

a la altura mxima de la lnea de succin se puede calcular con a formula que indica en la

figura siguiente, deducida a partir de la igualdad:

Psat = Pbaro P(h)

Fig. 11 altura mxima de sucesin

3.4.2 Ejemplo de aplicacin:

Cul es la altura mxima a la que se debe instalar la bomba para extraer agua de un pozo

de cuyo nivel de agua est situado a 30 metros de profundidad. La presin baromtrica es

de 10 psi (0.703 Kg / cm2) y la temperatura mxima del agua suele alcanzar los 20 C.

De acuerdo con la frmula de la figura.

Viendo en la tabla anterior, para una temperatura de 20C la presin de saturacin es de

0.02339 bar ( 0.0239 kg / cm2)

Reemplazando en la figura se tiene:

Hmx = 10 (0.703 0.0239) / 1 = 6.79 m

Por las prdidas adicionales debida a friccin en la tubera, restricciones etc.

Descontamos un 10 % y se tiene la altura mxima segura de:

0.9 x 6.79 = 6.11 m (Respuesta)

Como el nivel del agua en elpozo est a 30 metros de profundidad, entonces la bomba

deber situarse a 30 6.11 = 26.89 metros de profundidad desde la superficie

Si el agua estuviese a 50C el resultado, siguiendo el mismo procedimiento seria de 5 m.

3.5 Tipos de prdidas que se tienen en las bombas centrifugas.

3.5.1 Prdidas de potencia hidrulicas

Estas disminuyen la energa til que la bomba comunica al fluido y consiguientemente, la

altura til. Se producen por el rozamiento del fluido con las paredes de la bomba o de las

partculas del fluido entre s. Adems se generan prdidas hidrulicas por cambios de

direccin y por toda forma difcil al flujo. Esta se expresa de la siguiente forma:

Ph = Q * Hint

Donde Hint son las prdidas de altura total hidrulica.

3.5.2 Prdidas de potencia volumtricas

Se denominan tambin prdidas intersticiales y son perdidas de caudal que se dividen en

dos clases:

* Perdidas exteriores (qe)

* Perdidas interiores (qi)

Las primeras constituyen una salpicadura de fluido al exterior, que se escapa por el juego

entre la carcasa y el eje de la bomba que la atraviesa.

Las interiores son las ms importantes y reducen considerablemente el rendimiento

volumtrico de algunas bombas. Estas prdidas se explican de la siguiente forma: a la

salida del rodete de una bomba hay ms presin que a la entrada, luego parte del fluido,

en vez de seguir a la caja espiral, retroceder por el conductoque forma el juego del

rodete con la carcasa, a la entrada de este, para volver a ser impulsado por la bomba.

Este caudal, tambin llamado caudal de cortocircuito o de reticulacin, absorbe energa

del rodete.

3.5.3 Prdidas de potencia mecnicas

Estas se originan principalmente por las siguientes causas:

* Rozamiento del prensaestopas con el eje de la maquina

* Accionamiento de auxiliares (bomba de engranajes para lubricacin, cuenta

revoluciones)

* Rozamiento de la pared exterior del rodete con la masa fluida que lo rodea.

3.5.4 Factores que provocan perdidas:

Viscosidad del fluido

Velocidad del flujo (Caudal, diametro de la tuberia)

Rugosidad de la tuberia (Material, edad)

Turbulencia del flujo (Valvulas y accesorios)

3.5.5 Calculo de perdidas en tuberias

Formula de HAZEN WILLIAMS

HF: Perdida (m)

L: Longitud de la tubera

C: Coeficiente de perdidas : Tuberas de acero: C=110 Tuberas PVC: C=140

D: Diametro de la tubera (pulg)

Fig. 12 Calculo de perdida de tubera

3.5.6 Calculo de prdidas en accesorios:

Mtodo de K

Re k = Factor de friccin (depende del tipo de vlvula o accesorio).

V = Velocidad media (Q/area) (m/seg)

G = Aceleracin de gravedad (9.8 m2/seg)

Fig. 13 Calculo de perdida de accesorios

3.6 Potencia de accionamiento.

3.6.1 Potencia de una bomba centrfuga

Llamaremos:

N a la potencia aplicada al eje de la bomba.

Nh a la potenciacedida al lquido.

Nu a la potencia til o disponible en la bomba.

al rendimiento global.

vol al rendimiento volumtrico.

org al rendimiento orgnico o mecnico, mec

hid al rendimiento hidru lico = vol + man

3.6.2 Potencia de la bomba (P):

* Potencia entregada por el motor al eje de la bomba

P: Potencia (HP)

Q: Caudal (l/s)

H: Altura (m)

S: Gravedad especifica (1 para agua limpia)

N: Eficiencia (%)

La relacin entre estas potencias y rendimientos se puede establecer mediante el

siguiente esquema:

Se puede considerar que las prdidas de caudal q* en los intersticios de la bomba a

travs de los diversos rganos de cierre, hacen que el caudal aspirado q1 sea mayor que

el impulsado q, es decir:

Lo cual implica la aparicin de un rendimiento volumtrico de la forma:

El caudal aspirado tiene una carga total Ht por lo que la potencia hidrulica Nh cedida al

lquido es:

El rendimiento manomtrico se puede definir, en funcin de la ecuacin de la curva

caracterstica, en la forma:

Siendo P la altura de presin creada en la bomba entre las bridas de entrada y

salida.

La potencia N aplicada al eje de la bomba para impulsar el caudal q a la altura Hman es:

El rendimiento global de la bomba es:

En la que las prdidas de carga en las tuberas de aspiracin e impulsin son:

Siendo k una constante que se puede obtener, si se conoce el coeficiente de rozamiento

en laforma:

Siendo D el dimetro de la tubera y L* la longitud equivalente de tubera, en la que se han

incluido las prdidas de carga accidentales.

3.6.2.1 Potencia hidrulica total cedida al lquido bombeado.-

La potencia hidrulica total cedida al lquido por la bomba, tiene por expresin:

Que es la ecuacin de una parbola en la que:

Anlogamente al anlisis realizado para la altura total Ht en el estudio de la potencia

hidrulica Nh cedida al lquido se pueden considerar tres casos segn los distintos valores

que tome el ngulo 2 a la salida del rodete; la parbola, Nh = (q), pasa por el origen

para cualquier valor de 2; la tangente en un punto cualquiera de Nh es:

Y como en el origen q = 0, resulta que A1 > 0, lo que demuestra que la parbola es

creciente en el origen, siendo la inclinacin de su tangente en dicho punto igual a A1.

Para: 2 > 90, cotg 2 < 0 B1 < 0, y la parbola presenta la convexidad hacia abajo:

Para: 2 = 90, cotg 2 = 0 B 1 = 0, por lo que la funcin, Nh = (q), se reduce a una

recta:

Para: 2 < 90, cotg 2 > 0 B 1 > 0, por lo que la parbola presenta la convexidad

hacia arriba, siendo:

Que corta al eje de abscisas para:

Analizando la curva, Nh = (q), y por lo que al punto b se refiere, parece a primera vista

como si el caudal qb se pudiese elevar con una cesin de potencia hidrulica nula, segn

se deduce de la propiaposicin del punto b, pero hay que tener en cuenta que para dicho

caudal qb la altura total Ht creada por la bomba es:

Fig. 14 Curvas caractersticas ideales de potencia hidrulica

Es decir, en el punto b la altura total es nula y al llegar el caudal al valor, q= qb, no habr

elevacin de caudal.

Fig. 15 Curvas caractersticas ideales de potencia hidrulica

Comparando los tres casos, se observa que para una misma potencia hidrulica Nh

impulsarn mayores caudales aquellas bombas que tengan los ngulos de los labes a la

salida del rodete 2 < 90, Fig.15.

3.7 Leyes de afinidad.

3.7.1 Leyes de afinidad

Relaciones que permiten predecir el rendimiento de una bomba a distintas velocidades.

Cuando se cambia la velocidad:

1. El caudal varia directamente con la velocidad

2. La altura varia en razn directa al cuadrado de la velocidad

3. La Potencia adsorbida varia en razn directa al cubo de la velocidad

3.7.2 Leyes de afinidad de las bombas centrfugas

Son relaciones que permiten predecir las caractersticas de funcionamiento de una bomba

centrfuga con un dimetro y velocidad de impulsor conocidos.

Cambio de velocidad Cuando una bomba opera a una velocidad diferente a la velocidad

de diseo (por ejemplo cuando se requiere un control de la capacidad de la bomba por

medio de un variador de velocidad), se pueden determinar los efectos del cambio de

velocidad en los parmetros de gasto, carga y potenciaconsumida por la bomba. Para

ste caso se establece como premisa que la eficiencia y el dimetro del impulsor

permanecen constantes.

En donde:

Q = Gasto.

H = Carga total de bombeo.

W = Potencia.

n = Velocidad de la bomba

El subndice 1 corresponde a las condiciones iniciales o conocidas y el subndice 2 a las

condiciones de velocidad variable por conocer.

Cambio en el dimetro de impulsor Cuando se modifica el dimetro del impulsor de una

bomba que funciona a velocidad constante, los parmetros de gasto, carga y potencia se

pueden determinar por medio de las relaciones siguientes:

3.8 Diagramas de comportamiento gasto-carga

3.8.1 Caractersticas de las bombas

Algunas de las caractersticas ms importantes de las bombas son las siguientes: gasto,

carga dinmica total, potencia al freno, potencia o potencia de salida, carga neta positiva

de succin, velocidad, eficiencia. A continuacin hablaremos de cada una de ellas.

3.8.1.1 a) Gasto

El gasto (Q) es la cantidad de fluido que puede pasar a travs del impelente de la bomba;

se expresa en unidades de volumen entre tiempo.

3.8.1.2 b) Carga dinmica total:

La carga total es la energa por unidad de peso del fluido debido a: la carga de presin

(hp), la carga de velocidad (hv) y la carga de posicin (Z); se expresa en metros. La carga

dinmica total (CDT) desarrollada por una bomba es igual a la carga de descarga (hd)

menos la carga de succin (hs).Entindase por carga de descarga (hd) la energa por

peso unitario del fluido en la descarga de la bomba; la carga de succin (hs) es la energa

por peso unitario en la succin de la bomba. De acuerdo con las definiciones anteriores:

Carga de descarga: hd = hpd +hvd +Zd

Carga de succin: hs = hps +hvs +Zs

Por tanto, la CDT es igual a la diferencia entre las ecuaciones anteriores:

CDT = hd hs

En caso de existir una longitud considerable entre los puntos de medicin de la descarga

y la succin, una prdida de energa (hf, prdidas por friccin y prdidas locales) debe ser

aadida a la ecuacin:

CDT = hd hs + hf

3.8.1.3 c) Potencia al freno:

La potencia al freno (Pp) es la potencia requerida para realizar variaciones en e gasto de

la bomba. Sus valores son proporcionados por el fabricante y se obtienen a partir de un

banco de pruebas de bombeo.

3.8.1.4 d) Potencia:

La potencia que proporciona la bomba al fluido est dada por la siguiente expresin:

|

| |

|

Dnde:

PW = potencia aadida al fluido, en HP

= peso especfico del fluido, en kg /M3

Q = gasto de bombeo, en m3/h

CDT = carga dinmica total, en m

= eficiencia del equipo de bombeo

3.8.1.5 e) Eficiencia:

La eficiencia de un equipo de bombeo se obtiene de la relacin existente entre la potencia

aadida y la potencia al freno multiplicada por100. Se expresa en porciento.

Eficiencia de bombeo =

La eficiencia vara con el gasto, como puede verse en la figura 16 alcanzando un valor

mximo con un gasto en el cual las prdidas con mnimas.

Fig. 16 carga neta positiva de sucesion

3.8.1.6 f) Carga neta positiva de succin:

La carga neta positiva de succin (CNPS) es la carga total de succin en columna de

agua (en m) de un lquido a presin absoluta determinado en el impulsor de la bomba,

menos la presin de vapor del lquido, en m. La carga neta positiva de succin requerida

por la bomba es determinada mediante pruebas realizadas por el fabricante.

3.8.1.7 g) Velocidad:

Por la general, las bombas centrfugas son conectadas a un motor elctrico que opera a

una velocidad constante, sin embargo, es ms eficiente controlar una bomba mediante un

motor de velocidad variable.

Las caractersticas de una bomba centrfuga varan con la velocidad de acuerdo con las

siguientes relaciones:

Gasto

CDT

Pp

Dnde:

N1 = velocidad inicial de rotacin, en rpm

N2 = velocidad final de rotacin, en rpm

Q1 = gasto a N1, en M3/h

Q2 = gasto a N2, en M3/h

H1 = carga dinmica total a N1, en m

H2 = carga dinmica total a N2, en m

P1 = potencia al freno a N1, en kW

P2 = potencia al freno a N2, en kW

La figura 17Muestra la relacin existente entre la carga dinmica total y diversas

velocidades de rotacin para una bomba centrfuga comn.

Fig. 17 Curvas de velocidad variable para una bomba centrfuga

3.9 Ventajas y desventajas de las bombas centrifugas, campos de aplicacin,

normatividad

3.9.1 Ventajas principales de las bombas centrfugas

Las principales ventajas de la bomba centrfuga son su sencillez, su bajo costo inicial, su

gasto uniforme (sin pulsaciones), el pequeo espacio que ocupa, su gasto de

conservacin bajo, su funcionamiento silencioso y la adaptabilidad para su acoplamiento a

un motor elctrico o una turbina.

Son ms econmicas que las bombas de mbolo equivalente. Las bombas centrfugas

son muy verstiles en sus capacidades y presiones. Algunas de sus ventajas son:

* Caudal constante.

* Presin uniforme.

* Sencillez de construccin.

* Tamao reducido.

* Bajo mantenimiento.

* Flexibilidad de regulacin.

* Vida til prolongada.

* No tienen movimientos alternativos.

3.9.2 Desventajas de las bombas centrifuga

Una bomba centrfuga de una sola etapa no puede proporcionar una presin elevada. Se

construyen bombas de mltiples etapas capaces de desarrollar grandes presiones, pero

resulta mucho ms costosa y no se pueden construir con materiales resistentes a la

corrosin, debido a su gran complejidad. Es preferible, generalmente, emplear

velocidades muy altas para reducir el nmerode etapas necesarias.

3.9.3 Campos de aplicaciones de las bombas centrifugas

Las bombas centrfugas son las bombas que ms se aplican en diversas industrias, en las

que destacan:

* Industria alimenticia: Saborizantes, aceites, grasas, pasta de tomate, cremas, vegetales

trozados, mermeladas, mayonesa, chocolate, levadura y dems.

* Industria de cosmticos: Cremas y lociones, tintes y alcoholes, aceites, entre otras.

* Industria farmacutica: Pastas, jarabes, extractos, emulsiones. Bebidas: leche, cerveza,

aguardientes, concentrados de fruta, jugos y ms.

Otros qumicos: Solventes, combustibles y lubricantes, jabones, detergentes, pinturas,

gases licuados, etctera.

3.10 Uso de software para la seleccin de bombas.

Cornell provee de una amplia gama de material para entrenamiento y seleccin,

incluyendo nuestro Programa Centrific.

El programa de seleccin Centrific le ayudar a seleccionar la bomba Cornell

Correcta para un juego de condiciones de operacin.

El programa tambin incluye comparaciones de uso de energa y eficiencia.

El catlogo de Cornell incluye informacin completa de capacidades, dimensiones,

opciones de sellos y guas para la seleccin de una gama completa de grupos de

productos para el manejo de aguas claras y aguas negras. El catlogo est dividido en

secciones de fcil manejo, incluyendo un completo ndice.

Fig. 18 Software de Cornell

Fig. 19 Performance de Grafico en la cualmuestra las dimensiones de la bomba requerida

en base a sus cdigos.

Conclusin

En el presente trabajo podemos concluir que tener el conocimiento de una bomba

centrifuga en la industria petrolera es de suma importancia en el rea. Ya que es til para

la seleccin y dimensionado de las mismas.

Es as como se puede presentar las caractersticas de distintos tipos de bombas.

Conocimos las curvas caractersticas de cada una de ellas, adems de las reglas bsicas

de seleccin de materiales de construccin de las bombas y saber aplicarlas en la

seleccin de la ms apropiada.

Adems sirve para realizar una adecuada planificacin de mantenimiento preventivo y

predictivo para cada uno de los equipos con frecuencias acordes al rgimen productivo

que realizan cada uno de ellos ya que de esta manera se obtendr un rendimiento

adecuado

Referencias Bibliogrficas

Richard W. Greene. Gua para el uso de compresores y ventiladores. Compresores y

bombas los compresores de fluidos ms importantes. Pag. 3, 6-7,9,13.

Referencias Electrnicas

http://www.monografias.com/trabajos36/bombas-centrifugas/bombas-

centrifugas2.shtml#ixzz2KoDSfWc8

http://html.rincondelvago.com/bombas-centrifugas_3.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_centr%C3%ADfuga

http://www.monografias.com/trabajos36/bombas-centrifugas/bombas-centrifugas2.shtml

http://www.monografias.com/trabajos36/bombas-centrifugas/bombas-

centrifugas.shtml#ixzz2KoDlyGAe