Bombas de Solucion

BOMBAS DE SOLUCIONBIENVENIDO AL CURSO DE

Contenidos del curso

1. Capítulo I: Introducción a las Bombas Centrifugas

2. Capítulo II: Bombas centrifugas3. Capítulo III: Montajes de tuberias

INTRODUCCIÓN A LAS BOMBAS CENTRIFUGAS

Las bombas centrifugas pertenecen a la familia de equipos conocidos como turbo máquinas, estos dispositivos de uso común que proporcionan energía o extraen energía de un fluido en movimiento mediante hélices o alabes giratorios. La turbo bomba, mejor conocida como bomba, añade energía a un sistema, con el resultado de que aumentara la presión en él; también hace que ocurra que el flujo aumente su razón de flujo.La turbo bomba consiste en dos partes principales (desde el punto de vista de movimiento de fluido): un impulsor, que imparte un movimiento giratorio al líquido, y el alojamiento o carcasa de la bomba, que dirige el líquido hacia la región del impulsor y lo transporta hacia la salida de alta presión


Caudal

En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que pasa por determinado elemento en la unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.

•Q es el caudal (m³/s)•V es la velocidad (m/s)•S es la sección de la tubería (m²)


Para que el fluido discurra entre dos puntos a lo largo de una línea de flujo, debe existir una diferencia de energía entre esos dos puntos.

•la rugosidad del conducto•la viscosidad del fluido•el régimen de funcionamiento (régimen laminar o régimen turbulento)•el caudal circulante, es decir de la velocidad (a más velocidad, más pérdidas)


Presión

La presión es una fuerza por unidad de superficie y puede expresarse en unidades tales como pascal, bar, atmósferas, kilogramos por centímetro cuadrado y psi. (libras por pulgada cuadrada).La presión atmosférica es la presión ejercida por la atmósfera terrestre medida mediante un barómetro. A nivel del mar, esta presión es próxima a 760 mm. (29,9 pulgadas) de mercurio absolutas o 14,7 psi (libras por pulgada cuadrada absolutas) y estos valores definen la presión ejercida por la atmósfera estándar.


En los problemas de bombas, generalmente se consideran tres tipos de presión: absoluta, barométrica, y de columna. Se usa un cuarto término, vacío, cuando las instalaciones operan abajo de la presión atmosférica pero no es un término de presión en el mismo sentido que los primeros tres.


La presión absoluta es la presión arriba del cero absoluto. Puede encontrarse arriba o abajo de la presión atmosférica existente en el punto de consideración. La presión barométrica es la presión atmosférica de la localidad estudiada, y varia con las condiciones de altitud y clima. La presión de columna es la presión arriba de la atmosférica en la localidad en que se mide.Un vacío es una presión de columna negativa.


Flujo

Flujo turbulento: Este tipo de flujo es el que más se presenta en la práctica de ingeniería. En este tipo de flujo las partículas del fluido se mueven en trayectorias erráticas, es decir, en trayectorias muy irregulares sin seguir un orden establecido, ocasionando la transferencia de cantidad de movimiento de una porción de fluido a otra, de modo similar a la transferencia de cantidad de movimiento molecular pero a una escala mayor.


Factores que hacen que un flujo se torne turbulento: •La alta rugosidad superficial de la superficie de contacto con el flujo, sobre todo cerca del borde de ataque y a altas velocidades, irrumpe en la zona laminar de flujo y lo vuelve turbulento. •Alta turbulencia en el flujo de entrada. En particular para pruebas en túneles de viento, hace que los resultados nunca sean iguales entre dos túneles diferentes. •Gradientes de presión adversos como los que se generan en cuerpos gruesos, penetran por atrás el flujo y a medida que se desplazan hacia delante lo "arrancan". •Calentamiento de la superficie por el fluido, asociado y derivado del concepto de entropía, si la superficie de contacto está muy caliente, transmitirá esa energía al fluido y si esta transferencia es lo suficientemente grande se pasará a flujo turbulento.


Flujo laminar: Se caracteriza porque el movimiento de las partículas del fluido se produce siguiendo trayectorias bastante regulares, separadas y perfectamente definidas dando la impresión de que se tratara de laminas o capas mas o menos paralelas entre si, las cuales se deslizan suavemente unas sobre otras, sin que exista mezcla macroscópica o intercambio transversal entre ellas.


Clasificación de las bombas

V a p o r

S im p leo

d o b le

D o b le A cc ión

P o ten c ia

S im p leD o b leT rip le

M u ltip le

O p e rad a p /f lu idoO p e ra d a m e cán ica m e n te

S im p leo

M u ltip le

S im p le A cc iónD o b le A cc ión

P is tonE m b o lo

D ia fra g m a

R e c ip ro c a n tes

A sp asP is tónM ie m b ro F le x ib leT o rn illo

R o to r S im p le

E n g ra n esL ó b u losB a la n c in esT o rn illo s

R o to r M u lt ip le

R o ta to rias

D e sp la za m ie n top o s it ivo .


A u toce b an tesy

C e b a da s p o rm e d io s e x te rn os

Im p u lsor a b ie rtoIm p u lso r se m ia b ie rtoIm p u lsor ce rra do

U n ip a soy

M u ltip a so

S im p le su cc ióny

D o b le su cc ión

F lu jo R a d ia ly

F lu jo M ix to

Im p u lsor a b ie rtoy

Im p u lso r c e rra do

U n ip a soy

M u ltip a so

S im p le su cc ión

F lu jo A x ia l

C e n trifu g as

A u toce b an tesy

C e b a da s p o rm e d io s e x te rn os

U n ip a soy

M u ltip a so

P e rifé rica s

E le c trom a g né tic as

E sp a c ia les

D in á m ica s


Por accionamiento

La forma más generalizada de accionar las bombas centrífugas, es mediante el empleo de motores eléctricos, con turbinas de vapor o motores de combustión interna. La elección depende, principalmente, del tipo de energía disponible, y de las dimensiones de la bomba.

TamañoEl tamaño nominal de una bomba centrífuga se determina generalmente por el diámetro interior de la brida de descarga. Sin embargo, esta designación muchas veces no es suficiente, puesto que no determina el gasto que puede proporcionar una bomba, ya que éste dependerá de la velocidad de rotación, así como del diámetro del impulsor.


Sentido de rotaciónEl sentido de rotación de una bomba centrífuga puede ser:En el sentido de las manecillas del relojEn el sentido contrario a las manecillas del relojEl punto de observación debe ser en una bomba horizontal cuando el observador está colocado en el lado del acople de la bomba.Lo mismo sucede en las bombas verticales en las cuales el observador debe colocarse mirando hacia abajo en la flecha superior de la bomba.Ahora, el sentido de rotación dependerá exclusivamente de la dirección de los alabes y del tipo de flujo de la bomba (radial, axial o mixto)


Materiales de construcción

Clasificación de las bombas por el tipo de material de sus partes: Las designaciones del material frecuentemente usadas para bombas son:1.Bomba estándar (fierro y broce)2.Bomba toda de fierro3.Bomba toda de bronce4.Bombas de acero con partes internas de fierro o acero inoxidable5.Bombas de acero inoxidableLas bombas centrífugas pueden construirse también de otros metales y aleaciones, como porcelana, vidrio, hules, etc.Las condiciones de servicio y la naturaleza del líquido manejado, determinarán el tipo de material que se usará.


Parte Bomba

estándar

Bomba toda

de fierro

Bomba toda

de bronce

Bomba de

acero

Bomba de

acero

inoxidable

Carcaza Fierro Fierro Bronce Acero Acero

inoxidable

Cabeza de

succión

Fierro Fierro Bronce Acero Acero

inoxidable

Impulsor Bronce Fierro Bronce Fierro, o

acero o acero

inoxidable

Acero

inoxidable

Anillos de

desgaste

Bronce Fierro Bronce Acero

inoxidable

Acero

inoxidable

Difusores Fierro Fierro Bronce Acero Acero

inoxidable

Flecha Acero Acero Acero Acero con alto

contenido de

carbono

Acero

inoxidable

Camisa de

flecha

Latón Acero o acero

inoxidable

Latón Acero

inoxidable

Acero

inoxidable

Prensaestopa

s y partes

pequeñas

Bronce Fierro Bronce Acero o acero

inoxidable

Acero

inoxidable

Soporte de

baleros

Fierro Fierro Fierro Fierro Fierro


Servicio a realizar

El servicio sin averías de una instalación de bombas exige una ordenación perfecta y el montaje sin tensiones de tuberías, compuertas, válvulas y demás accesorios. La tubería de aspiración desde la vertical del tubo de aspiración hasta la entrada en la bomba se tenderá con inclinación ascendente del 1 al 2%, se elegirá con cuidado el diámetro de la tubería y la velocidad del agua (normalmente 1 a 2 metros por segundo).Evítense, por las pérdidas de carga que ocasionan, los tubos rugosos, los cambios bruscos de dirección y las repentinas variaciones de sección. Con grandes alturas de aspiración se emplearán codos de gran radio. Los cambios de dirección a poca distancia uno a otro producen remolinos en la corriente, que influyen sensiblemente en el gasto. Un tubo de aspiración común a varias bombas es causa de perturbaciones en el servicio


Tipo de succión

•Simple succión: son las que tienen solo una boquilla de admisión de fluido por la cual llega al rodete propulsor. •Doble succión: estas bombas tienen dos admisiones de fluido la cuales llegan a rodetes impulsores que, por lo general se encuentran opuestos entre sí. Las grandes ventajas son:•Anulan las fuerzas axiales que se generan por la entrada del fluido al rodete impulsor.•Otra ventaja es la seguridad con la que trabajan frente a la cavitación, por tener una admisión de agua es mayor a las de las bombas de simple succión. •Succión negativa (nivel del líquido inferior al de la bomba)•Succión positiva (nivel del líquido superior al de la bomba)•Succión a presión (la bomba succiona el líquido de una cámara hermética donde se encuentra ahogada y a donde llega el líquido a presión)

BOMBAS CENTRIFUGAS

DefiniciónUn equipo de bombeo es un transformador de energía. Recibe energía mecánica, que puede proceder de un motor eléctrico, térmico, etc. y la convierte en energía que un fluido adquiere en forma de presión, de posición o de velocidad.Así tendremos bombas que se utilizan para cambiar la posición de un cierto fluido. Un ejemplo lo constituye una bomba de pozo profundo, que adiciona energía para que el agua del subsuelo salga a la superficie.

BOMBAS CENTRIFUGAS

Descripción de sus componentes

1. Tuerca Micrométrica. Tiene como objetivo ajustar en forma exacta la posición del rodete o impulsor.

2. Eje Macizo. Sé construyen en acero de alta resistencia para proporcionar una alta capacidad a la deflexión, además debe ser resistente a la corrosión.

3. Caja Estanco. Cuerpo de la caja del depósito estanco de los rodamientos y lubricantes.

4. Sostén Trasero. Encargado de soportar el cuerpo de la bomba evita que el bastidor de los cojinetes se vuelque cuando se desarma.

5. Sello de Laberinto. Proveen de protección a los rodamientos de la bomba evitando el ingreso de contaminantes, no deben causar efectos de empuje sobre el eje de la bomba.

6. Sello de la Bomba. Especialmente diseñado para evitar el desgaste, esta confeccionado generalmente por carbón monolítico es un mecanismo simple y eficiente, el mecánico debe tratarlo con cuidado. Su función en la bomba es impedir la fuga del líquido que se está impulsando, además impedir el ingreso de aire al interior de la bomba.

7. Orificios Roscados. Tiene como objetivo instalar tuberías de refrigeración de aceite en caso de requerirse.

8. Placa Adaptadora. En algunas bombas esta placa sirve para montar diversos tipos de sellos mecánicos estándar.

BOMBAS CENTRIFUGAS

9. Succión. Abertura por donde ingresa el líquido que esta alimentando a la bomba, debe haber siempre un suministro pleno de líquido para asegurar el buen funcionamiento de la bomba, la falta de líquido en este punto causa serios problemas.

10. Placa Base, (Frame). Tiene como objetivo soportar el conjunto motor bomba, aportando una superficie de apoyo firme que absorba la energía de vibración y la distribuya sobre la base de concreto.

11. Descarga. Boca de salida a alta presión del líquido impulsado por la bomba, la válvula ubicada en este punto debe estar siempre abierta total. Y no debe haber ningún tipo de carga mecánica sobre el flache de salida de la bomba.

12. Respiraderos del Cárter de Aceite. El objetivo de este dispositivo es permitir el intercambio de gases con el medio ambiente, impidiendo el ingreso de polvo. Debe limpiarse cada 400 Horas de trabajo e impregnarlo en una película de aceite.

13. Rodamientos o Cojinetes. Su objetivo es soportar al eje de la bomba permitiéndole su giro eliminando el roce van lubricado en este caso por una película de aceite

BOMBAS CENTRIFUGAS

14. Impulsor. Es cilíndrico con alabes o paletas que tienen como función transformar la energía mecánica en energía hidráulica de presión. Este mecanismo va colocado en el interior del alojamiento de la bomba mediante una tuerca.

15. Voluta. Esta forma una cámara envolvente en forma de caracol, tiene como objetivo transformar la velocidad del líquido originada por la fuerza centrífuga en energía de presión.

16. Prensa Estopa. Este mecanismo tiene como objetivo sellar el eje de la bomba con la voluta de la bomba. Impide la fuga de líquido y la entrada de aire que podría colapsar el funcionamiento de la bomba.

17. Motor Eléctrico. Tiene como objetivo transformar la energía eléctrica en energía mecánica necesaria para hacer el trabajo de la bomba.

18. Machón de Acoplamiento. Tiene como Objetivo permitir el acoplamiento mecánico de la bomba con el motor, permitiendo su alineamiento, amortiguación del impulso de partida del motor, además cumple la función de un fusible mecánico.

BOMBAS CENTRIFUGAS

BOMBAS CENTRIFUGAS

Tipos de impulsores

Dentro de la carcasa o cuerpo de la bomba, que es lo que tenemos a la vista desde el exterior, se encuentra el impulsor -una especie de hélice- fijo al eje y sin ningún contacto con la carcasa. Con el eje (por lo tanto el motor) parado, el líquido circula libremente alrededor del impulsor. Cuando el eje-impulsor gira a gran velocidad imprime al agua que lo rodea un movimiento circular que, debido a la fuerza centrífuga, envía al líquido hacia el perímetro -contra la carcasa- generando allí una gran presión y la contraparte de una baja presión en el centro del impulsor; en una forma similar a cuando giramos un palo en un balde con agua, en que los bordes suben por la mayor presión y el centro se deprime. Por consiguiente, la entrada de líquido a la bomba se produce en el centro de la carcasa

BOMBAS CENTRIFUGAS

Un impulsor abierto tiene sus álabes expuestos, un diseño que permite a la bomba mover líquidos que contienen sólidos importantes. Son utilizados principalmente en bombas donde la altura total es baja (6 metros aprox.) y el caudal bombeado es alto.El caudal puede regularse fácilmente ajustando el espacio libre entre el pie del impulsor y el cuerpo de la bomba. A mayor distancia, menor será el caudal impulsado, pero mayor el volumen de sólidos que pasarán a través de la misma.

BOMBAS CENTRIFUGAS

Impulsor semiabierto. El diseño de este tipo de impulsor posee características similares al anterior. El impulsor semiabierto posee una "tapa" en uno de sus lados. Son utilizados para bombear líquidos que contienen residuos medianos.

Impulsor cerrado, En este diseño, hay una cubierta en ambos lados del impulsor con sus álabes conpletamente cubiertos. El ojo del impulsor está envuelto por una pequeña saliente, la cual se ajusta al cuerpo de la bomba, para asegurar que el agua no recircule hacia atrás. El impulsor está colocado en el centro del cuerpo de la bomba.

BOMBAS CENTRIFUGAS

Cojinetes

Los cojinetes o rodamientos son uno de los puntos críticos de la bomba, ya que el buen funcionamiento de estos permitirá un óptimo funcionamiento de distintas partes de la bomba. Entre las que se encuentran:El impulsor, ya que si los rodamientos se encuentran en malas condiciones, existe la posibilidad que el impulsor toque la carcasa.Sello mecánico o prensa estopa, los cuales tendrán una vida útil según lo proyectado evitando perdidas de fluido por encontrarse en malas condiciones.Problemas de desalineamiento entre el motor y el árbol de transmisión de la bomba, en caso que tenga acoples hidrodinámicos, mecánicos rígidos o semirrígidos. O desgaste acelerado de las correas de transmisión.

EMPUJE AXIAL.- el por que una bomba genera una carga axial es muy sencilla, cuando una bomba de una sola etapa se encuentra operación genera succión (esto se debe a que genera vacío en su interior por el movimiento del rodete) el líquido ingresa por la admisión y choca contra el rodete impulsor en el centro de este antes de dirigirse al borde por los alabes. Al ser de funcionamiento continuo este choque se transforma en una fuerza que es aplicada en forma axial y que influye en el rendimiento de los rodamientos.En el caso de las bombas de multi – etapas, los alabes están alternadas a 180º para que el empuje radial de un rodete esté compensado con el de otro.En el caso de bombas con difusores, como el líquido sale por ambos lados del eje los empujes axiales se anulan entre sí.

Fuerzas a las que están sometidos los rodamientos

BOMBAS CENTRIFUGAS

EMPUJE RADIAL.- Este se genera cuando la bomba de una sola etapa está operando a alta presión a caudal reducido, generando un fuerte empuje radial en dirección opuesta a la descarga de la bomba.Las fuerzas generadas cuando se presenta esta condición, pueden llegar a ser tan grandes que pueden llegar a doblar o incluso romper el eje, entonces cuando se deba elegir una bomba se debe conocer los parámetros de funcionamiento para poder elegir la bomba con el grosor de eje adecuado.En bombas de etapas múltiples, las volutas están alternadas a 180º para que el empuje radial de un rodete esté compensado con el de otro.En el caso de bombas con difusores, como el líquido sale por ambos lados del eje los empujes radiales se compensan entre sí.

Los cojinetes radiales absorben fuerzas según esta dirección y pueden ser de bolas o rodillos (no hidrodinámicos) y de camisas (hidrodinámicos).

BOMBAS CENTRIFUGAS

COJINETES NO HIDRODINÁMICOS.- Teóricamente no requieren lubricación dado que las bolas orodillos ruedan sin deslizamiento dentro de una pista Fig VIII.1.

BOMBAS CENTRIFUGAS

Pero esto no es así ya que si la velocidad fuese constante se podría pensar en una rodadura sin deslizamiento, pero las pequeñas fluctuaciones de velocidad de giro del eje (debido a variaciones de la corriente, esfuerzos, etc.) hacen que, por inercia, las bolas o rodillos tiendan a desplazarse con la velocidad que poseían antes del cambio por fluctuación, lo que provoca un deslizamiento relativo entre bola y pista.Este deslizamiento genera calor, por lo que si se desea disminuir esta fricción habrá que lubricar el cojinete creando una delgada película de aceite entre bola y pista.Si seguimos la trayectoria circular de una bola (o rodillo) se observa que unas veces se halla sometida a carga y otras no.

La carga produce una deformación en la bola, mientras que la descarga lleva la bola a su forma esférica primitiva; esta deformación alternativa provoca un calor de histéresis que habrá que evacuar mediante un refrigerante que puede ser el propio aceite; dependiendo de estas cargas, el cojinete se lubrica con grasa o con baño de aceite, que tiene mayor capacidad de disipación de calor.

BOMBAS CENTRIFUGAS

Ensamble de rodamientos estándar

Ensamble de rodamientos de alto capacidad

BOMBAS CENTRIFUGAS

BOMBAS CENTRIFUGAS

Límite de velocidad de cojinetes no hidrodinámicos.- Este límite de velocidad es función de la cantidad de calor que el cojinete sea capaz de generar. Los cojinetes esféricos generan más calor y, por lo tanto, tienen límites de velocidades inferiores a los de bolas o cilíndricos. El aceite arrastra el calor y disminuye su generación en mayor medida que la grasa.Normalmente el límite de velocidad de un cojinete queda reducido a un tercio o a la mitad cuando se pasa de lubricación de aceite a grasa.La carga que puede soportar el 90% de un grupo de cojinetes idénticos durante 1 millón de revoluciones, antes de que aparezca el primer signo de fatiga es:Carga a Soportar Bola: 6.000 kgCilíndrico: 8.400 kgEsférico: 14.700 kgEl tiempo de vida es:Bola: 9.260 horas (1 año)Cilíndrico: 59.700 horas (7 años)Esférico: 380.000 horas (43 años

BOMBAS CENTRIFUGAS

Sistemas de lubricación para los rodamientos

LUBRICACIÓN POR PULVERIZACIÓN DE ACEITE (Niebla).- Este sistema consiste en suministrar en diferentes puntos una alimentación continua de aceite de lubricación, atomizado mediante un sistema de distribución a baja presión (500 mm. c.a.) utilizando aire comprimido.Existen dos sistemas de lubricación por pulverización de aceite:

BOMBAS CENTRIFUGAS

Sistema Dry Sump Oil Mist.- Consiste en la eliminación del depósito de aceite en la caja de cojinetes (cárter seco), que se lubrican directamente mediante un suministro continuo de aceite fresco.La turbulencia generada por la rotación de los cojinetes hace que las partículas de aceite suspendidas en la corriente de la nube de aceite, condensen en los elementos rodantes, mientras la niebla pasa a través de los cojinetes y sale a la atmósfera; esta técnica ofrece una serie de ventajas, como:a) Las partículas de desgaste de los cojinetes no se reciclan a través de los cojinetes, sino que son arrastradas al exterior.b) Se elimina el cambio periódico de aceite.c) No existe el problema de descomposición del aceite, ni la formación de barros, así como la contaminación.No es efectivo para cojinetes de camisa, ya que se necesitaría una gran cantidad de aceite.

BOMBAS CENTRIFUGAS

Sistema Purge Oil Mist.- Consiste en la inyección de una nube de aceite, para reponer el de la caja de cojinetes.En este sistema se utiliza un depósito de aceite convencional integral con la caja de cojinetes; la niebla de aceite tiene como misión aportar lubricante para contrarrestar las pérdidas que del mismo se originan; si el aporte es correcto, el sistema suministra la lubricación adecuada cuando por cualquier razón, el nivel de aceite en la caja de cojinetes desciende por debajo del aro de aceite o parte inferior del cojinete.El aceite se inyecta en la caja de cojinetes a una presión ligeramente superior a la atmosférica; este sistema previene de la entrada de humedad y polvo del aire exterior; sin embargo no evita la contaminación del aceite de la caja, como consecuencia del deterioro del aro de aceite o la pérdida de los aditivos antioxidantes.

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CarcasaEl diseño de la carcasa dependerá del tipo de flujo que tenga la bomba, es decir, si el flujo es axial, radial o mixto. También dependerá del número de etapas que tenga la bomba y si es vertical u horizontal

Bombas con Carcasa Tipo VolutaLa carcasa en este tipo de bombas es de voluta o espirar y no tienen paletas difusoras como se ve en la figura que sigue:

BOMBAS CENTRIFUGAS

La voluta recibe el liquido que sale del impulsor y transforma la mayor parte de la energía cinética en energía de presión. El área de la sección transversal de la voluta aumenta progresivamente en el arco de 360º descrito en torno al impulsor

Debido a que la voluta no es simétrica existe un desbalance de presiones a lo largo de la misma, lo cual origina una fuerza radial muy considerable en caso de que la bomba trabajara fuera del punto de rendimiento optimo la magnitud de este empuje radial puede compensarse con un aumento del diámetro del eje con un sobre-dimensionamiento de los cojinetes, lo que encarece la bomba.

BOMBAS CENTRIFUGAS

Bombas de difusor o Bombas-turbina

Este tipo de bomba se caracteriza por poseer, fijas a la carcaza, paletas direccionadoras del flujo de agua que sale del impulsor, el que recorre el camino establecido por las paletas fijas, a lo largo de las cuales ocurre la transformación de energía cinética en energía de presión.

Hay que hacer notar que las bombas con difusor presentan el serio inconveniente de proporcionar el choque entre las partículas de agua a la entrada de difusor

BOMBAS CENTRIFUGAS

Reparaciones

BOMBAS CENTRIFUGAS

BOMBAS CENTRIFUGAS

Localización de Fallas en los Sistemas Hidráulicos

1. Atascamientos y trabadas en los servos, válvulas y actuadores 2. Desgaste acelerado de bombas, motores y actuadores3. Deterioro de sellos, empaquetaduras y retenes4. Cavitación de bombas 5. Vibra y ruidos anormales en válvulas bombas y motores 6. Aumento de la temperatura de operación de válvulas 7. Perdida de rendimiento de bombas y motores 8. Elevado consumo de aceite hidráulico 9. Corrosión en tanques y cañerías 10.Pérdida de potencia y variación de velocidad de actuadores.11.Obstrucción e intercambiadores de calor 12.Inexactitud en la operación de robots.13.El elevado consumo de elementos filtrantes

BOMBAS CENTRIFUGAS

BOMBAS CENTRIFUGAS

Estructura y funcionamiento de una bomba

Un equipo de bombeo es un transformador de energía, mecánica que puede proceder de un motor eléctrico, térmico, etc. Y la convierte en energía, que un fluido adquiere en forma de presión, de posición y de velocidad.

Así se tendrán bombas que funcionen para cambiar la posición de un cierto fluido. Por ejemplo la bomba de pozo profundo, que adiciona energía para que el agua del sub-suelo se eleve a la superficie.

BOMBAS CENTRIFUGAS

Ubicación

Montaje de un equipo de bombeo

•La bomba se debe tratar de ubicar en el punto más bajo del sistema, y lo más cerca posible de la succión. • La bomba se debe ubicar en un lugar de fácil acceso, para las inspecciones durante la operación. • El motor debe estar ubicado en un lugar seco y de buena ventilación para evitar recalentamiento. Bombas grandes requerirán una fundación también grande. Esto se puede aprovechar para elevar la bomba de manera que la mantención se haga en forma eficiente (montada en una masa de concreto de forma que el técnico electromecánico pueda trabajar de pie).

BOMBAS CENTRIFUGAS

Instalación• La bomba debe estar alineada con el motor. Asimismo, las líneas de succión y de descarga deben estar bien alineadas con la bomba.• No se debe hacer pasar las cañerías por sobre la bomba, ya que esto dificulta la mantención.• Se debe evitar la congestión de cañerías en el frente de la bomba.• Las cañerías de succión y descarga deben tener soportes independientes para que no repercuta ningún esfuerzo sobre la caja de la bomba. Estos esfuerzos pueden ser la causa de desalineamiento y roces.• Es una práctica común aumentar el diámetro de las cañerías de succión y de descarga para disminuir las pérdidas.• Ubicar la válvula check, entre la bomba y la válvula de descarga, para evitar que el líquido se devuelva al detener la bomba. La válvula de compuerta se usa en las partidas, para detenciones, para regular el flujo y para aislar la bomba.

BOMBAS CENTRIFUGAS

Si se aumenta el diámetro de la cañería de descarga, la reducción se debe ubicar entre las dos válvulas.• La cañería de succión debe ser tan corta y recta como sea posible. Todos los codos usados en la succión deben ser, de preferencia, de gran curvatura.• En las bombas que trabajan con aspiración negativa, cuando la altura estática (PtZ) no sea muy grande, se debe ubicar una válvula de pie (foot valve).• Por lo general, el diámetro de la cañería de succión es una o dos veces mayor que el diámetro de la bomba. Cuando el diámetro de la tubería de succión es mayor que el diámetro de la bomba será necesario colocar una reducción. La reducción a usar no debe ser recta (bolsas de aire) sino excéntrica.

BOMBAS CENTRIFUGAS

• Es muy importante que la cañería de succión sea hermética y que no se formen bolsas donde pueda alojarse el aire o los gases disueltos, ya que éstos anularán el vacío.• Una vez que la turbina ha quedado instalada, se debe hacer funcionar la bomba para chequear si hay filtraciones. Para esto se acerca a todas las uniones una llama, la que se desviará en caso de que haya filtración de aire. Para esto también puede usarse una solución jabonosa (lavaza). El mismo método puede ser usado para investigar la existencia de fugas a través de la prensa-estopa.• El extremo del tubo de succión deberá estar de 3 a 6 pies bajo el nivel mínimo del agua, para evitar que se introduzca aire juntamente con el agua. En las figuras siguientes se muestran algunos elementos típicos usados en los estanques de succión para evitar el arrastre excesivo de aire.

Comúnmente no se pone check en la succión, salvo en conexiones serie-paralelo donde se usan para reducir el número de válvulas a operarse al cambiar la operación de paralelo a serie.- Para bombas de doble succión, los codos que llegan deben instalarse en posición vertical para evitar una distribución desigual de fluido (reduce Q y ).

Cuando la altura de aspiración no es muy grande, se usa una válvula de pie para facilitar el cebado de la bomba. El pasaje libre o área de flujo de la check debe ser por lo menos, igual al área de succión de la bomba.- Para evitar las turbulencias en la entrada de la bomba, que podrían provocar recirculación interna, se debería proveer de una longitud de cañería recta, en la succión de 3 a 10 veces el diámetro de la tubería.

BOMBAS CENTRIFUGAS

MONTAJES DE TUBERÍAS

Instalación correcta de las redes de Tuberías

Tubería de aspiraciónLa experiencia ha demostrado que la mayoría de las dificultades en las bombas centrífugas, además de las debidas a desalineamiento, y que se han mencionado anteriormente, son debidas a defectos en la aspiración.

•La tubería de aspiración no deberá ser nunca de un diámetro inferior al que tenga el orificio de aspiración de la bomba•Deberá ser tan corta y directa como sea posible.•Cuando hay necesidad de instalar una tubería de gran longitud, el diámetro de la misma debe ser aumentado.•El tendido del tubo deberá hacerse en tal forma que nunca pueda quedar detenido el aire en su interior por que el funcionamiento será defectuoso•La tubería deberá colocarse en forma que tenga un continuo desnivel de agua hasta la bomba.•La tubería de aspiración deberá estar siempre lo suficientemente sumergida


Tubería de descarga

Deberá ser instalada siempre una válvula de compuerta o regulación a la salida de la bomba, y preferible también una de retención cuando se trata de grandes alturas o presiones. Esta última sirve para evitar presiones excesivas y golpes de ariete. En las instalaciones en que no es requerida la válvula de pie, la de retención impide que la bomba gire al revés si por cualquier causa el motor deja de funcionar. A partir de la impulsión de la bomba deberá colocarse primero la válvula de retención y luego la de regulación, disponiendo un by-pass en las dos, para hacer el cebado cuando existe válvula de pie.


Válvula de pie

Deberá ser instalada en el extremo inferior de la tubería de aspiración para permitir su cebado o la buena marcha de la bomba cuando ésta trabaja en forma intermitente. Deberá emplearse una válvula cuyo diámetro sea tal que no produzca excesivos rozamientos del agua.

Colador

Un colador o rejilla deberá colocarse junto a la válvula de pie para evitar que las materias sólidas puedan penetrar en la bomba y obstruir su impulso, pues esto podría causar importantes averías en la máquina. El colador deberá tener un área tres o cuatro veces mayor que el de la tubería de aspiración. Se entiende por este propenso a obstruirse por materias sólidas deberá colocarse en forma tal que pueda ser fácilmente inspeccionado. En bombas de gran tamaño deberán instalarse coladores de fácil desmontaje.


Puntos importantes de una instalación

Los diagramas de esta página indican la forma de montarse las tuberías de una bomba con impulsor de doble aspiración. • Las pérdidas de carga que resultan por excesiva velocidad del agua en las tuberías y curvas de poco radio cerca de la bomba afectan, en gran manera, al rendimiento de la instalación. Este detalle resulta de mucho interés cuando se trata de bombas de gran tamaño que trabajan a grandes presiones, ya que la velocidad en estas condiciones es muy elevada. • Curvas situadas muy cerca del orificio de aspiración y en ángulo recto con la línea central de la bomba, producen una desigual entrada de líquido en el impulsor, lo cual origina una disminución de capacidad y excesivos esfuerzos axiales.•Los conos difusores deben ser de la mayor longitud posible, y si se colocan en la aspiración es conveniente que lo estén en forma que no produzcan acumulación de aire, siendo aconsejables los conos asimétricos o curvos


Curvas de rendimiento.Para poder definir las curvas de rendimientos primero debemos conocer el tipo de flujo que tiene la bomba. Estos flujos estas definidos en tres: flujo radial, flujo axial y flujo mixto.


Este tipo de bomba se conoce corno bomba centrífuga, y es la bomba de uso más común en la actualidad. Realizaremos un análisis elemental de una bomba de flujo radial, que nos proporcionará una relación teórica entre la descarga y el aumento de carga desarrollado

Bombas de flujo radial

Teoría elemental. Los patrones reales de flujo en una turbobomba son altamente tridimensionales, con efectos viscosos significativos y patrones de separación. Si queremos elaborar una teoría simplificada para la bomba de flujo radial es necesario hacer caso omiso de la viscosidad y asumir un flujo bidimensional idealizado en toda la región del impulsor, En la figura 17 (a), se define un volumen de control que abarca la región del impulsor. El flujo entra a través de la superficie de control de la entrada y sale por la superficie de salida. Observe que hay una serie de alabes dentro del volumen de control, y que están girando alrededor del eje con una velocidad angular .


Figura 17


En la figura 17 (b) se muestra una porción del volumen de control en un instante dado. Los vectores de velocidad idealizados se diagraman en la entrada, punto 1, y en la salida, punto 2. En los diagramas de velocidad, V es la velocidad absoluta del fluido. V¡ es la com ponente tangencial de V, y Vn es la componente radial, o normal, de V. La velocidad periférica o de circunferencia del alabe es u = r, donde r es el radio de la superficie de control. El ángulo entre V y u es . La velocidad del fluido relativa al alabe es v.

La relación de momento de momentum se puede escribir para mi flujo estable en la forma


Aplicada al volumen de control de la figura 17, esta ecuación se convierte en

donde T es el momento de torsión que actúa sobre el fluido en el volumen de control, y el miembro derecho representa el flujo de momentum angular a través del volumen de control. La potencia proporcionada al fluido es el producto de y T:


Por los diagramas de vectores de velocidad de la figura 17 (b) sabemos que Vt = V cos , de modo que podemos escribir la ecuación 12.2.3 así:

Para la situación idealizada en la que no hay pérdidas, la potencia suministrada debe ser igual a QHt, donde Ht es el aumento teórico de carga de presión a través de la bomba. La consecuencia de esto es la relación de Euler para turbomaquinaria


Podemos entender mejor la naturaleza del flujo a través de la región del impulsor utilizando la ecuación 12.2.5. Por la ley de cosenos podemos escribir

Éstas pueden sustituirse en la ecuación 12.2.5 para dar la relación


El primer término del miembro derecho representa la ganancia de energía cinética cuando el fluido pasa a través del impulsor; el segundo término da cuenta del aumento en la presión a través del impulsor. Esto es evidente si aplicamos la ecuación de energía a través del impulsor y despejamos Ht:

Si eliminamos H( entre las ecuaciones 12.2.6 y 12.2.7 obtenernos la expresión


Esta relación se conoce históricamente como la ecuación de Bernoulli en coordenadas rotatorias, Puesto que z2- z1 suele ser mucho menor que (p2 –p1)/, puede eliminarse, y entonces la diferencia de presión es

Volviendo a la ecuación 12.2.5, vemos que un "diseño óptimo" para una bomba sería uno en el que el momentum angular al entrar en el impulsor es cero, pues así el aumento el presión puede ser máximo. Entonces, en la figura 12.3b, 1= 90°,Vn1= V1, y la ecuación 12.2.5 se convierte en


Por la geometría de los triángulos de la figura 12.3, V2 cos2 =u2 – Vn2 cot2, así que la ecuación 12.2.10 adopta la forma

Si aplicamos el principio de continuidad en la región de salida al volumen de control obtendremos la relación


donde b2 es el ancho del impulsor en el punto 2. Si introducimos la ecuación 12.2.12 en la ecuación 12.2.11 y recordamos que u2 = r2, tendremos la relación

En el caso de una bomba que opera a velocidad constante, la ecuación 12.2.13 adopta la forma


donde a0 y a1 son constantes. La ecuación 12.2.13 es la curva de carga teórica y queda claro que es una línea recta con pendiente –a1 como se muestra en la figura 18 (a). El efecto del ángulo de aspa 2 se ilustra en la figura 18 (b). Un aspa curvada hacia adelante (2< 90°) puede ser inestable y causar una crecida de bomba, en la cual la bomba oscila en intento por establecer un punto operativo. Generalmente se prefieren las aspas curva hacia atrás (2< 90°)

MONTAJES DE TUBERÍASRelaciones carga-descarga: curvas de desempeño. Para un flujo de fluido real, la curva de carga teórica no puede lograrse en la práctica, y es necesario recurrir; a experimentación para determinar la curva de carga-descarga real. La ecuación de energía planteada a través de una bomba desde el lado de succión (punto 1, figura 12.3) hasta el lado de la descarga (punto 2) es


donde Hp es la carga real a través de la bomba, y hL representa las pérdidas a través de la bomba. La potencia real que se proporciona al fluido, designada con Ẃf es

mientras que la potencia proporcionada al impulsor es Wp. también conocida como potencia al freno, y está dada por


Si no hubiera pérdidas, W, sería igual a Ẃf. Puesto que en realidad Ẃf< Ẃp, la eficiencia de la bomba p se define como


Bombas de flujo axial y mixto

En la figura 21 se muestra el diagrama de velocidad para una bomba de flujo axial. En este tipo de bombas no hay flujo radial y las partículas del líquido salen del impulsor en el mismo radio en el que entraron, así que u1 = u2 = u. Además, si suponemos un flujo uniforme, las consideraciones de continuidad dan Vn1 = Vn2 = Vn. La ecuación 12.2.5, que es válida para una bomba de flujo axial tanto como para una de flujo radial, se puede combinar con las identidades V2 cos a2 = u - Vn cot 2 y V1cos 1 = Vn cot 1, para producir.


Esta forma de relación para turbomaquinaria es útil cuando se establece el ángulo de entrada de velocidad absoluta ideal 1 con un alabe fijo o un estator. Si no hay prerrotación, 1 = 90° y la relación de carga teórica (ecuación 12.2.19) se convierte en

En general, el flujo en una región de impulsor consta de dos componentes: el movimiento circular, tipo vórtice, debido a la acción de los alabes; y el flujo neto a través del impulsor. El movimiento de vórtice se superpone al flujo radial hacia afuera en una bomba de flujo radial, y al flujo axial en una bomba de flujo axial. La acción de la bomba de flujo mixto queda entre estos dos tipos. Las explicaciones anteriores relacionadas con las bombas de flujo radial y axial también aplican a las bombas de flujo mixto. En la figura 22 se muestra una bomba de flujo mixto y sus curvas características.


Empleo de turbo bombas en los sistemas de tuberías


La selección apropiada de una o más bombas para satisfacer las demandas de flujo de un sistema de tuberías requiere, además de una compresión fundamental de las turbo bombas, un análisis hidráulico de las bombas integradas al sistema de tuberías.

Cómo escoger la bomba apropiada para la demanda del sistemaConsideremos una sola tubería que contiene una bomba para transportar fluido entre dos depósitos. La curva de demanda del sistema se define como:

Bombas en serie y en paralelo.

En algunos casos, las instalaciones de bombeo podrían tener una amplia gama de necesidades de carga o descarga, y una sola bomba tal vez no podría satisfacerlas. En estas situaciones, las bombas pueden disponerse ya sea en serie o en paralelo para ofrecer una operación más eficiente. En esta explicación, se supone que las bombas se colocan en un solo lugar conectando con tuberías cortas las distintas unidades

Donde ∑ẂP es la suma de la potencia individual que cada bomba requiere, y HD, es la altura de demanda.



Si la demanda de carga es grande, bombas colocadas en serie producen un aumento de carga mayor que las bombas individuales (figura 25). Puesto que la descarga a través de cada bomba. Cabe señalar que no es necesario que las bombas sean idénticas. En la figura 25 la curva de demanda del sistema es tal que la bomba A sola no puede suministrar líquido porque su carga de cierre es más baja que la carga estática del sistema. Hay dos puntos operativos, ya sea con la bomba B sola o con las bombas A y B combinadas. La eficiencia global es:

Donde ∑HP es la suma de las cargas individuales a través de cada bomba.

FIN

MUCHAS GRACIAS

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