Operacion de bombas

OPERACION DE BOMBASTABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIN __________________________________________________ Propsitos del Mdulo _____________________________________________ SECCIN 1 - COMPONENTES DE LA BOMBA CENTRFUGA Introduccin _____________________________________________________ Bomba Centrfuga_________________________________________________ Carcaza _________________________________________________________ Boquilla de admisin ______________________________________________ Impulsor ________________________________________________________ Voluta __________________________________________________________ Boquilla de Descarga ______________________________________________ Anillos de Desgaste _______________________________________________ Armadura del Eje _________________________________________________ Rodamientos _____________________________________________________ Sellos Mecnicos _________________________________________________ Tubera Auxiliar __________________________________________________ Resumen de Flujo Tpico ___________________________________________ Repaso 1 ________________________________________________________ SECCIN 2 - BOMBAS CENTRFUGAS Introduccin _____________________________________________________ Bombas de una y mltiples etapas ____________________________________ Bomba Centrfuga Vertical __________________________________________ Empuje Axial ____________________________________________________ Impulsor de Succin Doble _________________________________________ Impulsores Sucesivos ______________________________________________ Empuje radial ____________________________________________________ Voluta Doble _____________________________________________________ Repaso 2 ________________________________________________________ SECCIN 3 - CONSIDERACIONES DE OPERACIN Introduccin _____________________________________________________ Potencia al Freno _________________________________________________ Fuerza Hidrulica _________________________________________________ Eficiencia _______________________________________________________ Tasa de Flujo Contnuo Mnima ______________________________________ Velocidad Especfica_______________________________________________ Cavitacin _______________________________________________________ Cabeza de Succin Positivo Neto (NPSH) ______________________________ Prevencin de la cavitacin _________________________________________ Prdidas de la Bomba ______________________________________________ Repaso 3 ________________________________________________________ 1 2

3 4 4 5 5 6 7 8 9 9 11 11 13 14 17 18 19 20 22 23 23 24 25 27 28 28 28 28 28 29 30 30 31 35

RESUMEN ________________________________________________________ 37 GLOSARIO _______________________________________________________ 39 RESPUESTAS ______________________________________________________ 42 APNDICE A - FUERZA CENTRPETA Y FUERZA CENTRFUGA ________________________________ 43

ATENCIONEl personal de operaciones usa tecnologa para alcanzar metas especficas. Un objetivo clave del programa de entrenamiento es promover la comprensin de la tecnologa que el personal operativo, usa en su trabajo diario. Este programa de entrenamiento refuerza la relacion trabajo-habilidades mediante el suministro de informacin adecuada de tal manera que los empleados de oleoductos la puedan aplicar inmediatamente. La informacin contenida en los mdulos es terica. El fundamento de la informacin bsica facilita el entendimiento de la tecnologa y sus aplicaciones en el contexto de un sistema de oleoducto. Todos los esfuerzos se han encaminado para que reflejen los principios cientficos puros en el programa de entrenamiento. Sin embargo en algunos casos la teora rie con la realidad de la operacin diaria. La utilidad para los operadores de oleoductos es nuestra prioridad mas importante durante el desarrollo de los temas en el Programa de Entrenamiento para el Funcionamiento de Oleoductos.

OPERACION DE BOMBASEquipos para Oleoductos

1995 IPL Servicios de Tecnologa y Consultora Reproduccin Prohibida (Diciembre, 1995)IPL TECHNOLOGY & CONSULTING SERVICES INC. 7th Floor IPL Tower 10201 Jasper Avenue Edmonton, Alberta Canada T5J 3N7 Telephone Fax +1-403-420-8489 +1-403-420-8411

Referencia: Colonial 2.7 Pump Op Nov, 1997

HABILIDADES DE ESTUDIOPara que el aprendizaje de los mdulos sea ms efectivo, se sugiere tener en cuenta las siguientes recomendaciones. 1. Trate de que cada periodo de estudio sea corto pero productivo (de 10 a 45 minutos). Si usted ha establecido que estudiar durante los cinco dias de la semana un total de dos horas por da, separe los tiempos de estudio con periodos de descanso de dos a cinco minutos entre cada sesion. Recuerde que generalmente una semana de auto estudio reemplaza 10 de horas de asistencia a clases. Por ejemplo si usted tiene un periodo de tres semanas de autoestudio, deber contabilizar treinta horas de estudio si quiere mantener el ritmo de la mayora de los programas de aprendizaje. 2. Cuando usted est estudiando establezca conexiones entre captulos y tareas. Entre ms relaciones logre hacer le ser ms fcil recordar la informacin. 3. Hay cuestionarios de autoevaluacin al final de cada seccin del mdulo. Habitualmente el responder a estos cuestionarios incrementar su habilidad para recordar la informacin. 4. Cuando est leyendo una seccin o un mdulo, primero de un vistazo rpido a toda el material antes de comenzar la lectura detallada. Lea la introduccin, conclusiones y preguntas al final de cada seccin. A continuacin como una tarea separada estudie los encabezados, grficos, figuras y ttulos. Despues de esta excelente tcnica de revision previa, usted estar familiarizado con la forma como est organizado el contenido. Despus de la lectura rpida continue con la lectura detallada. Su lectura detallada, refuerza lo que ya usted ha estudiado y adems le clarifica el tema. Mientras usted este realizando esta lectura detngase al final de cada sub-seccin y pregntese Que es lo que he acabado de leer? 5. Otra tcnica de estudio til es escribir sus propias preguntas basadas en sus notas de estudio y/o en los titulos y subtitulos de los mdulos.

6. Cuando est tomando notas en el saln de clases considere la siguiente tcnica. Si usa un cuaderno de de argollas escriba solo en las pgina de la derecha. Reserve las pgina de la izquierda para sus propias observaciones, ideas o reas en las que necesite aclaraciones. Importante: escriba las preguntas que su instructor hace, es posible que usted las encuentre en el custrionario final. 7. Revise. Revise. Revise, El revisar el material aumentar enormemente su capacidad de recordar. 8. El uso de tarjetas para notas, le ayudar a identificar rpidamente reas en las cuales usted necesita repasar antes de un exmen. Comience por ordenar a conciencia las tarjetas despus de cada sesin de lectura. Cuando aparezca una nueva palabra, escrbala en una cara de la tarjeta y en el reverso escriba la definicin. Esto es aplicable para todos los mdulos. Por ejemplo, simbolos qumicos/que representan; estacin terminal/defincin; una sigla(acronismo)/que significa. Una vez haya compilado sus tarjetas y se este preaparando para una prueba, ordnelas con el lado que contiene las palabras hacia arriba; pase una tras otra para verificar si usted sabe que hay en el reverso. Se ha preguntado usted por qu gastar tiempo innecesario en significados o conceptos? Porque las tarjetas que no pudo identificar, le indican las reas en las cuales necesita reforzar su estudio. 9. Adicionalmente estos mdulos tienen identificados mtodos de enseanza especfica para ayudar a la comprensin del tema y su revisin. Los trminos (palabras, definiciones), que aparecen en negrilla estn en el glosario. Para relacionar la informacin de los trminos y su significado, los nmeros de las pginas aparecen en las definiciones del glosario con el objeto de identificar donde apareci el trmino por primera vez en el txto. Las definiciones que en el glosario no tienen ningn nmero de pgina es importante de igual manera entenderlas, pero estn completamente explicadas en otro mdulo.

OPERACION DE BOMBAS

Las bombas son el mecanismo clave de control de las tuberas, dando la fuerza necesaria para mover lquidos a travs de la tubera. Los operadores trabajan con las bombas diariamente, encendiendo o apagando las unidades de bombas como es requerido, para mantener el movimiento de los lquidos a travs de la tubera a una tasa de flujo y presin correcta. Las unidades de bombas son encendidas y paradas remotamente desde el centro de control. Bombas y motores costosos son complejos, y la disminucin del rendimiento por una bomba daada puede causar consecuencias financieras serias. Los operadores de las tuberas necesitan una comprensin completa de como las bombas trabajan para que ellos sepan los efectos de sus decisiones sobre el equipamiento. La comprensin de las bombas ayuda a los operadores a identificar las fallas de las bombas y a tomar acciones apropiadas.

INTRODUCCIN

Figura 1 Bomba de la Tubera PrincipalLas Bombas son la clave del mecanismo de control en la tubera, proveyendo la fuerza necesaria para mover lquidos a travs de la tubera.

Este mdulo describe los principios bsicos de las bombas centrfugas, y examina las bombas de la tubera principal en algunos detalles. Este mdulo tambin provee la informacin necesaria para los mdulos - LEYES DE AFINIDAD, CURVAS DE BOMBAS Y CURVAS DE SISTEMA.

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PROGRAMA DE ENTRENAMIENTO PARA OPERACIONES DE DUCTOS

Seccin 1 examina los componentes ms importantes de la bomba centrfuga. Seccin 2 examina los rasgos distintivos de las bombas usadas en un sistema de tubera tpico. Seccin 3 examina las consideraciones de operacin para el operador cuando se utilicen bombas centrfugas. Es esencial de que Ud. comprenda los conceptos de fuerza centrfuga y aceleracin rotacional que se cumplen en cada bomba centrfuga antes de que comience a este mdulo. Si Ud. no es familiar con estos trminos deber remitirse al Apndice A al final de este mdulo para una revisin breve. Este mdulo presenta informacin en los siguientes aspectos. Describe la operacin de la bomba en un sistema de tubera tpico. Explica la relacin entre los principios de funcionamiento de la bomba y el papel de los operadores en el funcionamiento de la bomba.

PROPOSITOS DEL MODULO

PRE-REQUISITOS Todos los mdulos en la fase Introduccin al Comportamiento de Fluidos.

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OPERACION DE BOMBAS

SECCIN 1

COMPONENTES DE LA BOMBA CENTRFUGA

Existen dos clases fundamentales de bombas, agrupadas de acuerdo a como ellas transfieren energa al lquido: bombas de desplazamiento positivo, y bombas centrfugas. Las bombas de desplazamiento positivo usan pistn, engranajes o unidad recproca, para forzar el lquido a travs de la tubera. Estas bombas mueven el lquido en ondas, y no pueden proveer una tasa de flujo estable sin pulsacin. Su uso es muy limitado a aplicaciones especficas. El trmino fuerza centrfuga se refiere a la fuerza de inercia que causa que un cuerpo en rotacin se mueva en sentido contrario al eje de su rotacin. Las bombas centrfugas usan un objeto rotatorio estable para proveer la energa constante necesaria para mover el lquido a travs de la tubera a una tasa de flujo estable.

INTRODUCCION

Despus de esta seccin, Ud. ser capaz de completar los siguientes objetivos. Reconocer el trmino de fuerza centrfuga. Identificar cada uno de los mayores componentes de las bombas y expresar su objetivo.

OBJETIVOS

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BOMBA CENTRFUGA

Una bomba centrfuga es un artefacto mecnico que utiliza la fuerza centrfuga y el aumento del dimetro del canal de flujo para convertir energa mecnica en presin o cabeza. El lquido entrando en la tubera es acelerado a travs de la fuerza centrfuga. El incremento de la velocidad del lquido es despus convertida por la bomba en presin o cabeza. El lquido abandona la tubera con presin y velocidad suficiente para viajar a travs de la tubera y mantener el flujo. Los mayores componentes de cualquier bomba centrfuga son: carcaza boquilla de admisin (tambin llamada boquilla de succin) impulsor voluta boquilla de descarga anillos de desgaste armadura del eje rodamientos sellos mecnicos, y tubera auxiliar. Cada uno es descrito en detalle. La carcaza es una cmara sellada la cual contiene la armadura completa de la bomba. La carcaza suministra lquido al impulsor, recolecta el lquido del impulsor y lo descarga al exterior de la bomba. La carcaza es sellada de tal forma que el lquido no puede escaparse si no es a travs de la boquilla de descarga. La bomba de la lnea principal est compuesta por la parte inferior de la carcaza y superior divididas a travs de la lnea central horizontal. Este tipo de diseo provee un acceso ms fcil a los componentes de la bomba dentro de la carcaza, como el eje y el impulsador, para que sean reparados rpidamente o cambiados. La reparacin rpida o el cambio de los componentes de la bomba minimizan la prdida de rendimiento de la bomba que puede ser causado por su tiempo de nooperacin. La carcaza est compuesta de: la boquilla de admisin la vlvula, y la boquilla de descarga.

CARCAZA

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OPERACION DE BOMBAS

Parte superior de la carcaza

Parte inferior de la carcaza

Boquilla de Succin

Boquilla de Descarga

Voluta

Figura 2 Carcaza de la Bomba CentrfugaLa carcaza de la bomba centrfuga consiste de la boquilla de entrada, boquilla de descarga, y la voluta. La carcaza est dividida en la parte inferior y superior, as puede ser desarmada cuando sea necesario para remover el impulsor o el eje. Las dos mitades son unidas con tornillos y selladas de tal manera de que el lquido slo pueda salir por la boquilla de descarga.

La boquilla de admisin (tambin llamada boquilla de succin) es el compartimiento donde el lquido entra a la bomba. La tubera que transporta el lquido es acoplada a la bomba utilizando bridas de alta presin. El lquido que entra a la bomba ha recibido presin o cabeza de la corriente de la tubera, por parte de la bomba de la tubera principal de otras estaciones de bombas, bombas reforzadoras en el patio de tanques. Una vez que el lquido ha entrado a la bomba a travs de la boquilla de admisin, ste viaja hasta el impulsor. El impulsor es un objeto rotatorio que utiliza fuerza centrfuga para incrementar la velocidad del lquido entrando a la bomba. El impulsor y el eje sobre el cual es montada la mayor parte mvil en la bomba centrfuga, es llamada el elemento de rotacin. El impulsor consiste de un juego de cuchillas acopladas al eje rotatorio. La base de las aspas, donde estas estn acopladas al eje, es llamada el ojo del impulsor. El lquido entra al ojo del impulsor. Las aspas rotatorias del impulsor causan que el lquido gire. Cuando el lquido gira, la fuerza centrfuga lo empuja hacia fuera, ms y ms lejos del ojo del impulsor.

BOQUILLA DE ADMISIN

IMPULSOR

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Las aspas del impulsor mantienen el lquido girando alrededor del ojo del impulsor a un nmero constante de rotaciones por segundo. Entre ms lejos est una sustancia de su punto de rotacin, la sustancia se mueve ms rpido si el nmero de rotaciones por segundo se mantiene constante. Esto significa que cuando el lquido se mueve hacia fuera desde el ojo del impulsor, su velocidad aumenta.Cubierta

Ojo Eje

Aspas del impulsor

Figura 3 Un ImpulsorEl impulsor consiste de un conjunto de aspas o cuchillas montadas sobre el eje de la bomba. Cuando el eje gira, las aspas adjuntas al eje del impulsor tambin giran causando que el lquido en la bomba gira alrededor del ojo del impulsor. El lquido contina movindose hacia fuera desde el ojo del impulsor debido a la fuerza centrfuga.

VOLUTA

La voluta es una parte de la carcaza en forma de trompa (cuerno) especial de la la cual convierte la velocidad del lquido en presin. La voluta es un pasaje de forma de trompa que comienza en el punto estrecho del pasaje llamado el labio de la voluta. El aumenta gradualmente cuando gira 360 al rededor del impulsor, despus es agitado hasta el orificio final de descarga. Despus de ser acelerado por el impulsor, el lquido viaja a travs de la voluta donde la velocidad del lquido es transformada en presin. Si se le aplicara una fuerza constante al lquido para moverlo a travs de la tubera: cuando el dimetro de la tubera aumenta, la velocidad del flujo del lquido disminuye y la presin del lquido aumenta. cuando el dimetro de la tubera disminuye, la velocidad del flujo del lquido disminuye, la velocidad del flujo del lquido aumenta y la presin del lquido disminuye.

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OPERACION DE BOMBAS

La Voluta Incrementa en rea de Corte Transversal en direccin a la Descarga

Direccin de Rotacin Seccin de Mayor Velocidad y Presin ms Baja

Impulsor

Seccin de Menor Velocidad y Presin ms Alta

DESCARGACarcaza de la Voluta

Figura 4 Una VolutaEl dimetro de la voluta incrementa gradualmente hacia la boquilla de descarga. El lquido entra a la voluta a alta velocidad y baja presin. El lquido sale de la voluta y entra a la tubera a baja velocidad y presin ms alta.

El rea de corte transversal de la voluta aumenta gradualmente, as la velocidad del lquido movindose a travs de la voluta disminuye, mientras la presin del lquido movindose a travs de la voluta aumenta. EL lquido entra a la voluta con alta velocidad y presin baja, y sale de la voluta con velocidad ms baja (aproximadamente 6.6 ft/s (2.0 m/s)) y a presin ms alta. La boquilla de descarga es el compartimiento a travs del cual el lquido sale de la bomba. Una vez que el lquido haya viajado la distancia de la voluta, el alcanza la boquilla de descarga. Un tubo acoplado a la boquilla de descarga por un flanche de alta presin transporta el lquido corriente abajo. Hemos estudiado la trayectoria del lquido a travs de la carcaza de la bomba, y examinado como el impulsor y la voluta funcionan conjuntamente para aadir presin al lquido. Ahora analizaremos las mayores partes restantes de la bomba.

BOQUILLA DE DESCARGA

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ANILLOS DE DESGASTE

Anillos de desgaste son anillos amovibles de proteccin en el ojo del eje y la carcaza adyacente que reduce el escape desde la descarga del impulsor de regreso al ojo. Los anillos de desgaste disminuyen el escape del lquido de regreso a la boquilla de admisin. Los anillos de desgaste mantienen una separacin mnima alrededor del impulsor, as el lquido saliendo de las aspas del impulsor se mueve solamente en direccin de la descarga de la voluta. Cuando los anillos se desgastan y la separacin entre la cubierta del impulsor y la entrada de la bomba aumenta, el lquido se escapa de regreso hacia la boquilla de admisin, reduciendo la eficiencia de la bomba. Cuando la erosin y la friccin de la materia slida rompe los anillos de desgaste, los anillos son removidos en vez del impulsor completo o la carcaza.Descarga

Embalaje

Caja de Embalaje

Impulsor Carcaza del Anillo de Degaste Anillo de Degaste del Impulsor

Eje Manga del Eje Aspa Ojo del Eje Carcaza Succin

Figura 5 Anillos de desgasteLos anillos de desgaste reducen la separacin entre el pasaje de ingreso de la carcaza y el pasaje de descarga de la carcaza. Cuando los anillos de desgaste se han gastado demasiado, son remplazados, de esta forma el impulsor no ser reemplazado. (Esta ilustracin es de una bomba con una sola entrada de succin. Esta no es una bomba tpica de la tubera principal, pero es includa aqu porque sta muestra claramente la ubicacin de los anillos de desgaste).

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OPERACION DE BOMBAS

La armadura del eje es la unin fsica entre el motor y el impulsor. El eje de la bomba es acoplado al eje del motor elctrico a travs de un acoplador de tal manera que la potencia es transferida del motor a travs del eje al impulsor. Cuando el motor es encendido, el eje del motor gira, y tambin lo hace el eje de la bomba conectado a l. El eje rotante de la bomba causa que las aspas del impulsor acopladas a el giren, las cuales aceleran el lquido y lo hacen entrar a la voluta.Eje de la Bomba

ARMADURA DEL EJE

Acople Motor Bomba

Figura 6 Armadura del EjeEl eje de la bomba es conectado por un acople al eje del motor. La potencia es transmitida del motor a travs del eje al impulsor de la bomba.

Un rodamiento es un soporte el cual mantiene el eje rotante de la bomba alineado correctamente con las partes estacionarias de la bomba. Los rodamientos ayudan al eje rotante de la bomba a evitar el movimiento axial ( de punta a punta) o radial ( de lado a lado) para que el eje y el impulsor roten en una posicin fija y permanezcan alineados con los componentes estacionarios de la bomba. Los rodamientos en cada punta del eje horizontal son designados por su locacin como exterior e interior. Los rodamientos interiores estn ubicados entre la carcaza y el acople del eje del motor. El rodamiento exterior esta ubicado en la parte contraria de la carcaza, tambin llamada punta muerta, con el rodamiento de empuje ubicado en la parte exterior del eje. La temperatura del rodamiento debe mantenerse dentro de los lmites.

RODAMIENTOS

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Figura 7 Bala y Rodamiento de la Manga, Punta de empujeLos rodamientos evitan el movimiento axial (de punta a punta) o radial ( de lado a lado) del eje rotante de la bomba y del impulsor, para que el eje y el impulsor giren en una posicin fija y se mantengan alineados con los componentes estacionarios de la bomba.

Las bombas de las lneas principales son equipadas con dos rodamientos radiales de la manga, cada uno en un cojinete de rodamiento, el cual acta como el sistema de soporte para los rodamientos. Un rodamiento radial de la manga se encuentra cerca de la punta de cada eje. Los dos rodamientos de la manga (tambin llamados cojinetes) mantienen el elemento de rotacin a cerrados mrgines de los elementos estacionarios y reciben toda la carga radial durante la operacin. El cojinete del rodamiento exterior tiene tambin un rodamiento de bolas doble llamado rodamiento de empuje. El rodamiento de empuje se encarga de todas las cargas axiales de empuje que no han sido contrabalanceadas en el impulsor. La bomba tiene un sistema de lubricacin para reducir la friccin entre el rodamiento y el eje. Se hace circular aceite lubricante dentro del rodamiento, despus es purgado de regreso al fondo del rodamiento de apoyo. La lubricacin de los rodamientos es suministrada por los anillos de aceite, girando aproximadamente a 1/3 de la velocidad del eje. El aceite de lubricacin es recogido por los anillos de aceite y suministrado a los rodamientos. Es enfriado en el fondo del rodamiento de apoyo por un intercambiador de calor o una chaqueta de enfriamiento de rodamiento. El lquido fluye desde la boquilla de descarga a travs de la chaqueta de enfriamiento, enfriando el aceite el cual es regresado a la bomba a travs de la boquilla de succin.

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OPERACION DE BOMBAS

Eje Succin

Descarga Rodamiento y Chaqueta de Enfriamiento

Figura 8 Rodamiento y Chaqueta de EnfriamientoEl aceite lubricante fluye a cada rodamiento y es despus enfriado en el rodamiento de apoyo. El intercambiador de calor o chaqueta de enfriamiento usa el lquido de la boquilla de descarga para enfriar el aceite de lubricacin. El lquido usado para enfriar el aceite de lubricacin es despus recirculado a travs de la bomba.

Los sellos mecnicos consisten de un rodamiento fijo en la carcaza y un anillo rotante acoplado al eje, sostenido firmemente por resortes. El sello del eje rota en contra del sello de la carcaza, a la ves que ambos sellos son mantenidos juntos por resortes. Los sellos mecnicos evitan que el lquido escape fuera de la bomba en cada extremo de la carcaza donde el eje entra y sale.Resorte Sello Primario del Anillo Anillo de Acople Retenedor

SELLOS MECNICOS

Figura 9 Sellos MecnicosLos sellos mecnicos son ubicados en cada extremo de la bomba, donde el eje entra y sale de la carcaza.

Anillo de Resorte

Disco Sello del anillo de aceite Manga del eje Anillo de aceite

Todas las bombas tienen una tubera de pequeo calibre. La tubera auxiliar consiste en una serie de pequeas tuberias de diferente calibre La tubera auxiliar es esencial para la operacin de la bomba de la lnea principal. El enfriamiento del rodamiento es obtenido haciendo pasar un pequeo flujo de lquido desde la descarga de la bomba a travs de los pasajes de enfriamiento en el rodamiento de apoyo y regresando este a la succin de la bomba.

TUBERIA AUXILIAR

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Rodamiento de apoyo (caja de barrida) drains carry liquid leaking from the mechanical seals to the sump. El respiradero de la carcaza permite que el aire o el vapor sean expulsados de la bomba y permita que el contenido de la bomba bloqueada sea purgado para mantencin. La carcaza de purga, en el punto ms bajo de la carcaza de la bomba, permite que la carcaza de la bomba sea purgada con objetivos de mantenimiento. Este lquido es despus purgado al tanque de desage (patio de tanques) y dispuesto, dependiendo de la presin de vapor del lquido. Los sellos de escape de purga transportan cualquier lquido desde los sellos mecnicos hasta la bomba. Las Lneas de desage envan un flujo de producto lquido desde la carcaza de la bomba, a travs del cojinete del sello mcanico y de vuelta a la carcaza de la bomba, para mantener los sellos fros y libres de la acumulacin de slidos.Rodamiento de Apoyo NPS 3/4 Acoplador de conexin rpida Sello de Purga NPS 3/4 Respiradero con conexin de acople

Succin

Rodamiento de Enfriamiento

Descarga Drenaje de la Carcaza

Interruptor del nivel del lquido y la cmara montada con proteccin de inundamiento ms baja que la parte superior del rodamiento de apoyo

Trampa Drenaje NPS 2 drenaje inclinad

Compuerta de Vlvula con Abertura de Dimetro de 9 (3/8) en la Disco

Figura 10 Tubera AuxiliarUna pequea tubera de diferente calibraje necesaria para la operacin correcta de una bomba de la tubera principal.

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OPERACION DE BOMBAS

La tubera auxiliar incluye: rodamiento de enfriamiento rodamiento de apoyo de escape respiradero de la carcaza drenaje de la carcaza, y lneas de desage. La figura 10 muestra algunas de las conexiones a la bomba. Todos los tubos de desage que puedan contener hidrocarburos tienen que ir al patio de tanques. Para resumir, estudiemos el flujo del lquido a travs de una bomba tpica. El lquido entra al ojo del impulsor. El impulsor rotante hace que el lquido gire. A la vez que el lquido gira, la fuerza centrfuga empuja al lquido hacia fuera, siempre desde el ojo del impulsor. A medida que el lquido viaja a travs hacia fuera en direccin de la punta de las aspas del impulsor, se mueve ms y ms rpido debido al principio de la aceleracin rotacional.Direccin de Rotacin Camino Absoluto del Lquido La Voluta Incrementa el rea de la Seccin Transversal en Direccin de la Descarga

RESUMEN DE FLUJO TIPICO

Labio de la voluta

Impulsor

Seccin de Velocidad Mnim y Presin Mxima

Carcaza de la Voluta

Figura 11 La Voluta y El Impulsor trabajan juntos para convertir Velocidad en Cabeza

La fuerza centrfuga finalmente empuja el lquido hacia fuera desde la punta de las aspas del impulsor, y el lquido entra a la voluta a velocidades tan altas como 230 ft/s (70 m/s). A medida que el lquido viaja a travs de la voluta, el incremento en el dimetro de la voluta provoca que el lquido pierda velocidad y gane presin. El lquido abandona la voluta a baja velocidad, aproximadamente a 6.6 ft/s (2.0 m/s), y alta presin. Esto es la operacin bsica de todas las bombas centrfugas.

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REPASO 1

1. Una bomba centrfuga es un aparato el cual utiliza fuerza centrfuga para convertir ________.

a) b) c) d)

energa mecnica en presin o cabeza energa mecnica en energa elctrica presin o cabeza en energa mecnica presin o cabeza en energa elctrica

2. Cuando el dimetro de la tubera aumenta _______________.

a) ambas la velocidad del lquido y la presin aumentan b) ambas la velocidad del lquido y la presin disminuyen c) la velocidad del lquido aumenta mientras que la presin disminuye d) la velocidad del lquido disminuye mientras la presin aumenta3. El aparato que usa fuerza centrfuga para incrementar la velocidad del lquido es llamado _________.

a) b) c) d)

boquilla de descarga voluta impulsor boquilla de admisin

4. Para aumentar la velocidad del lquido, la bomba centrfuga utiliza ambas ________.

a) b) c) d)

fuerza centrfuga y aceleracin rotacional aceleracin rotacional y explosin explosin y fuerza centrfuga explosin y presin

5. El aparato que convierte la velocidad del lquido en presin o cabeza es llamado _______.

a) b) c) d)

boquilla de descarga voluta impulsor boquilla de admisin

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OPERACION DE BOMBAS

6. La bomba centrfuga convierte la velocidad del lquido en presin o cabeza utilizando __________.

a) b) c) d)

una disminucin del dimetro a travs del cual el lquido fluye un aumento del dimetro a travs del cual el lquido fluye una disminucin de la fuerza centrfuga un aumento de la fuerza centrfuga

7. Qu es lo que mejor describe el flujo del lquido a travs de una bomba centrfuga?

a) el lquido entra al impulsor, donde la velocidad aumenta, luego entra a la voluta, donde su velocidad disminuye y la presin aumenta. b) el lquido entra a la voluta, gana presin, luego entra al impulsor, donde pierde presin y gana velocidad. c) el lquido entra al impulsor, gana velocidad, luego entra a la voluta, donde an gana ms velocidad. d) el lquido entra al impulsor, gana presin, luego entra la voluta, donde an gana ms presin.8. La cmara sellada la cual contiene toda la armadura de la bomba es llamada ________.

a) b) c) d)

voluta impulsor armadura del eje carcaza

9. Las cubiertas protectoras amovibles que reducen el espacio entre el impulsor y la carcaza son llamadas ____________.

a) b) c) d)

reductores de empuje anillos de escape anillos de desgaste acoplamiento

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10. La armadura de ____________ transfiere energa mecnica del motor al impulsor.

a) b) c) d)

el impulsor la voluta admisin el eje

11. Los sellos mecnicos evitan que el lquido ____________.

a) se escape fuera de la bomba por donde el eje entra y sale de la carcaza b) regrese de la boquilla de succin c) recircule en los extremos de las aspas del impulsor d) regrese al impulsor desde la voluta12. Los apoyos de montaje fijos que permiten que el eje rote son llamados ___________.

a) b) c) d)

sellos mecnicos carcaza cojinetes de rodamientos armaduras del eje

13. La tubera auxiliar de pequeo calibre est conectada a las bombas de la lnea principal para _____________.

a) b) c) d) e)

enfriamiento de rodamiento drenaje de lubricacin del rodamiento drenaje de la carcaza sello de drenaje todas la respuestas anteriores

Las respuestas estn al final del mdulo.

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OPERACION DE BOMBAS

SECCIN 2

BOMBAS CENTRFUGAS

Existen algunas variedades de diseo usadas comnmente para clasificar bombas centrfugas: el nmero de etapas en la bomba eje horizontal o vertical impulsor de succin sencilla o doble volute sencilla o doble. Esta seccin describe la teora de diseo y sus aplicaciones de bombas centrfugas de una y varias etapas.

INTRODUCCIN

Despus de esta seccin, Ud. ser capaz de completar los siguiente objetivos: Conocer las diferencias entre bombas de una etapa y bombas de varias etapas. Reconocer las consecuencias del empuje axial sobre la fuerza centrfuga. Relacionar el empuje axial con la succin doble del impulsor. Reconocer los efectos del empuje radial sobre la bomba centrfuga. Relacionar el empuje radial con la carcaza de voluta doble.

OBJETIVOS

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BOMBAS DE UNA Y MULTIPLES ETAPAS

Una bomba de una etapa tiene un impulsor y una etapa de presurizacin. Esto significa que el impulsor sencillo de la bomba y la voluta incrementan la presurizacin del lquido que entra a la bomba a una cantidad fija nica. La bomba centrfuga que hemos discutido hasta ahora en este mdulo es una bomba de una etapa. Algunas bombas de la tubera principal, sin embargo son bombas de mltiples etapas.Eje Impulsor Parte superior de la carcaza Succin

Rodamiento de apoyo Cojinetes de rodamiento Sello Mecnico Cmara de Succin

Descarga Anillos de desgaste Parte inferior de la carcaza Cojinetes Rodamiento de rodamiento de Empuje

Figura 12 Bomba de una etapa

Una bomba de mltiples etapas es una bomba que tiene dos o ms impulsores montados sobre el mismo eje, y un nmero igual de etapas de presurizacin de lquidos. Por ejemplo, una bomba de seis etapas tiene seis impulsores y seis etapas de presurizacin consecutivas. Las bombas de mltiples etapas son usadas a veces porque estas proveen un cabeza diferencial mucho ms alto que el de las bombas de una etapa y pueden ser entubadas en paralelo con un banco de varias unidades para incrementar el flujo a travs de la estacin. La cabeza diferencial es el incremento en la presin del lquido entre las boquillas de succin y de descarga de la bomba. Por ejemplo, una bomba de una etapa puede recibir lquido a 50 psi en la vlvula de admisin, y descargar el lquido a 150 psi. La cabeza diferencial de una bomba es 100 psi. En una bomba de mltiples etapas, sin embargo, la bomba puede recibir las mismas 50 psi en la boquilla de succin, pero descargar el lquido a 250 psi. En este caso la bomba de mltiples etapas tiene una cabeza diferencial de 200 psi. Esto significa que la bomba de mltiples etapas puede producir una presin de descarga del lquido mucho mayor sin el aumento de la cabeza de succin positivo neto. La cabeza de succin positivo neto es analizado en detalles en la Seccin 3 de este mdulo.

18

OPERACION DE BOMBAS

Empaque del Sello

-------------

Rodamiento de Ayopo

Rodamiento de Ayopo Empaque del Sello Sello de la Lnea de Purga

Rodamiento de Ayopo

Figura 13 Bomba de mltiple etapas

Las bombas que hemos examinado hasta ahora en este mdulo son bombas centrfugas horizontales. Esto significa que el eje del impulsor trabaja horizontalmente a travs de la carcaza. Sin embargo, existe un segundo tipo de bomba llamada bomba centrfuga vertical. En la bomba centrfuga vertical, la unidad rotante de la bomba es montada en posicin vertical. Una aplicacin comn de la bomba vertical sera una bomba reforzadora para suministrar el cabeza de succin positivo neto a bombas de la tubera principal en los patios de tanques. Recuerde que el lquido tiene que ser empujado hacia la boquilla de llegada de la bomba de la tubera principal. En la mayora de los casos, las bombas de la tubera principal suplementan la corriente necesaria para forzar el lquido hacia la boquilla de llegada de la bomba. En el patio de tanques, sin embargo, el lquido entrando a las bombas de la tubera principal no se le ha ejercido ninguna fuerza desde la corriente de las bombas de la tubera principal. Dependiendo de los requerimientos hidrulicos de las bombas de la tubera principal, las bombas reforzadoras pudieran proveer un mnimo de 50 psi (345 kPa) de presin de succin a la tubera principal. En la mayora de las aplicaciones de las bombas reforzadoras para operaciones de tuberas son vertical tipo barril de mltiples etapas. Algunas bombas reforzadoras pueden tener hasta seis etapas dependiendo de los requerimientos hidrulicos y aplicacin. En las bombas verticales de tipo barril, el lquido entra a travs de la boquilla de admisin y comienza a llenar el barril de succin o bote. El lquido desde el fondo del barril de succin viaja a travs de la campana de succin hasta el ojo del impulsor. El impulsor incrementa la velocidad del lquido, y hace que el lquido se mueva hacia la voluta. La voluta se abre hacia arriba cuando este se mueve alrededor del impulsor. El lquido presurizado luego sale de la bomba a travs de la boquilla de descarga.

BOMBA CENTRFUGA VERTICAL

BOMBAS VERTICALES TIPO BARRIL

19


Motor

Acople Sello Mecnico

Figura 14 Bomba Tipo Barril y el ImpulsorDescarga

Succin

Impulsor Eje de la Bomba Rodamiento

El lquido entra a travs de la boquilla de llegada y viaja hacia abajo hasta el fondo de la bomba. El lquido es luego halado hacia el ojo del impulsor del primer impulsor. El lquido sale del primer impulsor y se mueve hacia arriba hasta el segundo impulsor. El segundo impulsor aade ms presin al lquido , y el lquido sale a travs de la boquilla de descarga.

Un beneficio significante de las bombas tipo barril es que la boquilla de succin del impulsor de la primera etapa puede ser instalado bien por debajo de la tierra, a la vez que las conexiones de tuberas a las boquillas de succin y descarga estn ubicadas en la superficie. Cuando se bombee de tanques de almacenaje, el cabeza de succin positivo neto de la bomba puede ser suministrado por niveles muy bajos del lquido en los tanques. En adicin a la bomba vertical tipo barril de aceleracin, bombas verticales de aceleracin en lnea son otro tipo de bombas reforzadoras usadas para operaciones de tuberas. Las bombas verticales en lnea son bombas verticales de una etapa con motores montados encima de ellas, y boquillas de succin y descarga montados de tal forma que las cajas de las bombas pueden ser conectadas convenientemente y soportada por la tubera. El diseo del impulsor tiene que ser tal, que el cabeza de succin positivo neto no sea mayor que 10 - 15 ft. El empuje axial es la fuerza ejercida a travs del largo del eje de la bomba y es causado por fuerzas desiguales de succin y descarga actuando en el impulsor. Las presiones generadas por una bomba centrfuga ejerce fuerzas tanto en las partes estacionarias o rotantes. Cuando una cuchilla del impulsor rota, esta crea una presin de succin cerca del eje y una presin de descarga en la punta de la cuchilla. La presin de succin y descarga no son uniformes, como es demostrado en la Figura 15.

BOMBAS VERTICALES EN LNEA

EMPUJE AXIAL

20

OPERACION DE BOMBAS

Precin de Succin Precin de Descarga

Precin de Descarga

Precin de Descarga

Precin de Succin

Impulsor de succin Doble

Precin de Succin

Impulsor de Succin Sencillo

Figura 15 Empuje AxialEl empuje axial es la fuerza ejercida a lo largo del eje de la bomba y es causado por las fuerzas desiguales de succin y descarga actuando en el impulsor. El empuje axial es la suma de las fuerzas desiguales del impulsor que actan en direccin axial.

El empuje axial puede ser parcialmente o completamente balanceado por lo siguiente: impulsores de succin doble, y orden sucesiva del impulsor para bombas de mltiples etapas. Un impulsor de succin doble controla el empuje axial, pero no puede eliminar completamente el problema. Muchos factores adicionales, como el flujo no uniforme hacia el impulsor, descentre mnimo del impulsor, o el monte disparejo de los anillos de desgaste pueden causar empuje axial. Sin embargo, el empuje restante es opuesto por los rodamientos de la bomba.Punta Del Aspa de Descarga

Bache Exterior o Anillo de Bache

Ojo de Succin Punta de Succin

Va

ne

Bache

Cubierta

Figura 16 Impulsor de Doble SuccinEl impulsor de doble succin consiste efectivamente de dos aspas de un impulsor sencillo de succin montadas sucesivamente.

Impeller Diameter

Eye Diameter

Bache Dimetro

Precin de Descarga

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IMPULSOR DE SUCCIN DOBLE

El impulsor de succin doble es equivalente a dos impulsores sencillos de succin montados sucesivamente (Figura 16). Las presiones de succin y descarga alrededor de un impulsor doble de succin son simtricas, y as no existe empuje axial. Un impulsor de doble succin es, en efecto dos impulsores sencillos de succin en una fundicin nica, ordenados sucesivamente. La entrada del impulsor delante de las aspas es llamada el ojo de succin. El hub es la parte central del impulsor la cual recibe el eje de la bomba. En las bombas de mltiples etapas, los impulsores de succin sencilla son instalados opuestos unos a los otros para reducir el empuje axial. En una bomba de seis etapas, por ejemplo, tres impulsores estn ubicados con sus ojos de succin mirando a la izquierda y tres mirando a la derecha. El empuje axial producido por los impulsores que miran a la derecha es contrarrestado por un empuje axial que es igual y contrario producido por los impulsores que miran a la izquierda, como se muestra en la Figura 17.

IMPULSORES SUCESIVOS

Succin de la Bomba

1

2

3

6

5

4

Descarga de la Bomba

Figura 17 Impulsores Opuestos en una Bomba de Mltiples EtapasEn las bombas de mltiples etapas, una cantidad par de impulsores de succin sencilla son montados contrarios unos a los otros para reducir el empuje axial. El empuje axial producido por los impulsores que miran hacia la derecha es opuesto por el eje axial producido por los impulsores que miran a la izquierda. Las lneas muestran la trayectoria del flujo cuando el lquido es transferido de impulsor a impulsor.

22

OPERACION DE BOMBAS

El empuje radial es la presin desigual en la voluta. Cuando una bomba de voluta simple est trabajando a ptima eficiencia, las presiones del lquido en la voluta en contra del impulsor son minimizadas. Entre ms capacidad de la bomba es reducida, ms desiguales sern estas presiones. A la vez que el lquido sale de la cuchilla del impulsor y entra a la voluta, este ejerce poca presin. El lquido se mueve despacio cuando este se mueve a travs de la voluta, y crea ms presin. El resultado es un presin desigual alrededor del impulsor.

EMPUJE RADIAL

Figura 18 Empuje RadialEl cambio de la forma de la voluta causa que la presin en la voluta sea desigual.

Esta presin desigual puede causar desgaste acelerado y daos al eje, rodamientos, y las aspas del impulsor. Para contrarrestar el empuje radial, la aplicacin de un voluta doble pudiera ser utilizada.

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VOLUTA DOBLE

Una voluta doble consiste de dos volutas, a 180 opuestas una a la otra alrededor de impulsor sencillo, que se junta a la boquilla comn de descarga. La voluta doble es tambin llamada voluta melliza o voluta dual. La voluta doble crea una presin balanceada alrededor del impulsor, como se muestra en la Figura 19. La presin es no balanceada a travs de cada voluta, pero los desequilibrios de presin de ambas volutas juntas son aproximadamente igual y contrarios. Las presiones balanceadas hacen que el empuje radial sea mnimo. El resultado es menor desgaste en los rodamientos y el eje.

Descarga

Succin

Pared de la Voluta DobleFigura 19 Voluta DobleUna voluta doble consiste de dos volutas opuestas una a la otra alrededor de una carcaza sencilla. Las presiones balanceadas evitan que el impulsor y el eje se muevan radialmente. El resultado es menor desgaste en los rodamientos.

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OPERACION DE BOMBAS

1. El trmino empuje axial se refiere a la fuerza __________.

a) b) c) d)

ejercida en la direccin de rotacin del eje ejercida a lo largo del eje de la bomba conduciendo el lquido lejos de un punto fijo de rotacin o presin aadida al lquido en la bomba

REVISIN 2

2. Un impulsor de doble succin es __________.

a) dos impulsores montados sucesivamente en el eje para balancear las presiones de succin y descarga b) un impulsor pequeo en la boquilla de llegada para incrementar la succin c) una serie de dos o ms impulsores que aumentan la presin del lquido en etapas d) un impulsor grande que imparte el doble de velocidad al lquido como un impulsor normal3. Una voluta doble es __________.

a) una serie de dos o ms volutas separadas que aumentan la presin en etapas en la bomba de mltiples etapas b) dos volutas opuestas una a la otra en una carcaza sencilla de la bomba para reducir empuje radial c) una voluta que permite que el lquido fluya en dos direcciones d) una gran voluta que produce dos veces ms presin que una voluta de medida normal4. Refirindose a las bombas, una etapa es definida como __________.

a) dos impulsores sencillos montados sucesivamente b) un incremento en presin debido a la accin del impulsor y la voluta c) el eje rotante montado en posicin vertical d) la fuerza medida a lo largo del eje de la bomba5. Una bomba con dos o ms impulsores montados en el mismo eje horizontal, con una cantidad igual de cmaras de presurizacin es llamada __________.

a) b) c) d)

bomba tipo barril profundo bomba doble bomba de mltiples etapas bomba diferencial

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6. El incremento de la presin del lquido entre las boquillas de succin y descarga de la bomba es llamado _____________.

a) b) c) d)

presin de descarga cabeza de succin positiva neta requerida presin de succin cabeza diferencial

7. Dependiendo de los requerimientos hidrulicos, algunas bombas reforzadoras tuvieran que proveer un mnimo de ___________.

a) b) c) d)

29 psi (200 kPa) 37 psi (255 kPa) 45 psi (310 kPa) 50 psi (345 kPa)

8. El problema resuelto cuando se montan impulsores de las bomba sucesivamente es llamado ___________.

a) b) c) d)

empuje axial empuje radial recirculacin cavitacin


26

OPERACION DE BOMBAS

SECCIN 3

CONSIDERACIONES DE OPERACIN

Surgen situaciones en la operacin de las bombas centrfugas las cuales pueden ser extremadamente dainas para las bombas. La seccin 3 examina las consideraciones de operacin para el operador, tales como: potencia al freno fuerza hidulica eficiencia tasa de flujo contnua mnima velocidad especfica cavitacin cabeza de succin positiva neta (NPSH) prdidas de la bomba, y los efectos de la descarga contra una vlvula cerrada. Despus de esta seccin, Ud. ser capaz de completar los siguientes objetivos. Reconocer y aplicar las definiciones de los trminos potencia al freno, fuerza hidrulica, eficiencia, velocidad especfica, tasa de flujo continuo mnimo, cavitacin, cabeza de succin positiva neta (NPSH). Reconocer el efecto de la cavitacin sobre los componentesde la bomba. Reconocer la causa de las prdidas de la bomba y como ellas stas son reducidas Reconocer los efectos de la descarga contra una vlvula cerrada

INTRODUCCIN

OBJETIVOS

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POTENCIA AL FRENO FUERZA HIDRALICA

Potencia al freno es la fuerza requerida por la bomba en un conjunto particular de condiciones de operacin. Potencia al freno es la fuerza que el motor tiene que suministrar a la bomba para que su operacin sea efectiva. Fuerza hidrulica es la fuerza impartida al lquido en un conjunto particular de condiciones de operacin. Es la cantidad de energa cintica (velocidad) y energa potencial (cabeza) que la bomba transfiere al lquido para contrarrestar la elevacin y prdidas por friccin del lquido en la tubera. La fuerza hidrulica puede ser considerada como la fuerza requerida por la bomba cuando esta opera a 100% de eficiencia. La eficiencia de la bomba es la fuerza hidrulica dividida por la potencia al freno. Las bombas en el sistema de tubera estn diseadas para que la mejor eficiencia de la bomba ocurra a la capacidad tasada de la tubera. La capacidad tasada es derivada del pronstico anual de rendimientos de la tubera esperados sobre el presente y prximos aos. El deseo de obtencin eficiencias picos o cerca de picos no puede ser sobreenfatizado porque esto afecta grandemente el consumo de energa y el costo de la tubera, el cual es una porcin muy significante de los gastos de operaciones de la tubera. Cada bomba centrfuga puede requerir que el lquido viaje a travs de ella a una tasa de flujo continuo mnimo. La operacin de la bomba centrfuga a la tasa de flujo ms baja que su flujo continuo mnimo resultar en una excesiva vibracin, cavitacin, acumulacin de calor, ruido, y consecuentemente causar daos a los componentes de la bomba. La velocidad especfica es el valor que indica las caractersticas del funcionamiento general de una bomba centrfuga y el estado general del impulsor. Es expresada como un valor sin unidad. La velocidad especfica afecta las siguientes caractersticas de la bomba: velocidad de la bomba tasa de flujo a la eficiencia mxima de la bomba, y cabeza diferencial por etapa de la bomba.

EFICIENCIA

TASA DE FLUJO CONTNUO MNIMA VELOCIDAD ESPECFICA

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OPERACION DE BOMBAS

Las bombas de la tubera principal con velocidades especficas altas tienden a producir cargas radiales y recirculacin interna, cuando estn operando a su mximo punto de eficiencia. Esto provoca una vibracin excesiva, especialmente a tasas de flujo bajas, las cuales son descubiertas durante el curso de operaciones de la tubera. Cavitacin es la formacin, luego el colapso o la explosin, de pequeas burbujas en el lquido. La cavitacin tiene lugar cuando la presin en la tubera baja por debajo de la presin de vapor del lquido trasladado. Las burbujas de vapor forman y fluyen junto con el lquido. Las burbujas se desbaratan rpidamente (explosin) cuando estas encuentran una presin ms alta que la presin de vapor. Cuando las burbujas implosionan, una honda de choque emana de cada burbuja la cual puede alcanzar presiones de hasta 101 596 psi (700 000 kPa). Si las burbujas explotan dentro de la bomba, o cerca de borde slido, como la pared de la tubera, una pequea, tiene lugar una explosin muy concentrada. La cavitacin puede causar: ruidos audibles o chisporroteos que pueden escalar a vibraciones dainas erosin y hoyos de superficies metlicas, y deterioracin del funcionamiento de la bomba. La principal causa de la cavitacin en una bomba centrfuga es la reduccin en el cabeza de succin. El impulsor rotante de una bomba centrfuga traslada el lquido hacia la tubera de descarga y puede experimentar una presin muy baja en la boquilla de succin. Si el cabeza de succin positivo neto requerido por la bomba no es mantenido, el lquido en el ojo del impulsor puede experimentar una presin ms baja que su presin de vapor. Cuando la presin baja por debajo de la presin de vapor del lquido bombeado, entonces ocurre la cavitacin.

CAVITACIN

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CABEZA DE SUCCIN POSITIVA NETA (NPSH)

Lquidos con presiones de vapor altas no pueden ser chupados o halados hacia el impulsor de la bomba centrfuga. En cambio, los lquidos tienen que ser empujados hacia el impulsor por una presin positiva o cabeza. Cabeza de succin positiva neta (NPSH) es la presin que empuja el lquido hacia la boquilla de succin de la bomba centrfuga. La entrada de la bomba tiene que permitir el flujo parejo del lquido al entrar a la bomba a un presin alta suficiente para evitar la creacin de las burbujas de vapor en el lquido. Los operadores deben mantener la presin de succin en la entrada de la bomba bien por encima de la presin a la cual la vaporizacin ocurrira a la temperatura de operacin del lquido. La cavitacin puede ser prevenida manteniendo siempre la presin mnima de succin por encima del cabeza de succin positiva neta (NPSH) requerido por la bomba. El fabricante de la bomba provee el NPSH requerido por cada bomba. La cavitacin puede ser corregida incrementando el NPSH disponible en el rea afectada, por una fuente de contracorriente, o regulando la presin utilizando una vlvula de control de presin (PCV). En el tanque, las bombas reforzadoras proveen el NPSH requerido para las unidades de la tubera principal. El NPSH requerido por la bomba aumenta cuando el flujo a travs de la bomba aumenta.Figura 20 Cavitacin en el ImpulsorImpulsor

PREVENCIN DE LA CAVITACIN

Si la presin baja por debajo de la presin del vapor del B lquido, burbujas de vapor A son formadas (A). A medida Eje que la mezcla del lquido y B las burbujas continan a travs de la bomba, la Flujo del presin aumenta y las Lquido burbujas explotan (B). Los efectos de la cavitacin A incluyen ruido y vibracin, dao a la bomba como corrosin del impulsor, y decadencia del funcionamiento de la bomba.

30

OPERACION DE BOMBAS

Las prdidas en las bombas centrfugas pueden causar un decrecimiento considerable en la eficiencia de operacin de la unidad, causando que el funcionamiento actual de la bomba sea diferente de aqul pronosticado por las curvas de la bomba del fabricante. Si el NPSH est al nivel requerido y la bomba sigue en estado de cavitacin, o tiene problema manteniendo una eficiencia aceptable, aqu tenemos algunas de las causas. Las prdidas de las bombas pueden ser categorizadas en: recirculacin en el impulsor (prdidas hidrulicas) recirculacin en los anillos de desgaste (prdidas por fugas) prdidas por friccin, prdidas mecnicas. Recirculacin en la bomba centrfuga es el recproco de la tasa de flujo en el impulsor. Cuando la recirculacin ocurre, la bomba generalmente refleja una o ms de las siguientes caractersticas: cavitacin en la parte superior (lejos del ojo) de la cuchilla del impulsor movimiento axial del eje con o sin dao al rodamiento de empuje fallos del eje en la punta exterior para succin doble y bombas de mltiples etapas rompimiento o fallo de las cubiertas del impulsor en la descarga del impulsor dao de cavitacin al labio de la voluta de la carcaza. Cuando la recirculacin tiene lugar en el ojo del impulsor (recirculacin de succin) la bomba general mente refleja una o ms de lo siguiente: dao de cavitacin a la parte de presin de las aspas en la entrada ruido casual de chisporroteo en la succin en contraste con el chisporroteo estable asociado con un NPSH inadecuado, y surgencia en la succin. Cuando el flujo es reducido por debajo de la mejor zona de eficiencia de la bomba centrfuga, puede ocurrir recirculacin interna en ambas las reas de succin y la descarga y puede daar el impulsor. La recirculacin interna causa un decrecimiento significante de las presiones las cuales a la vez conducen a una severa cavitacin.

PRDIDAS DE BOMBA

RECIRCULACIN

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La recirculacin puede ser causada tambin por el desgaste de los anillos de desgaste los cuales no mantienen los mrgines cerrados donde la entrada de succin de la carcaza rodea el impulsor. Sin este margen cerrado, la presin producida por el impulsor escapa de regreso al rea de menor presin en la parte de ingreso. Los anillos de desgaste en ambos la carcaza y la culata del impulsor ayudan a mantener y renovar estos mrgines cerrados. Sin embargo, si los anillos se desgastan mucho, estos mrgines cerrados no son mantenidos y se producir recirculacin. Prdidas por escape pueden ocurrir tambin entre dos etapas adyacentes en un bomba de mltiple etapas, y a travs de varios bujes de purga.

Figura 21 Recirculacin en las Puntas de Entrada y Descarga de las Aspas del ImpulsorRecirculacin de succin puede causar dao de cavitacin al impulsor. Recirculacin de descarga puede causar dao de cavitacin al impulsor, quebrando la cubierta del impulsor, fallos del eje, movimiento axial del eje, y daos del rodamiento.

32

OPERACION DE BOMBAS

Las prdidas hidrulicas son causadas por friccin entre el lquido y las superficies de la bomba. Esto es conocido como friccin skin y aumenta cuando la superficie del impulsor y la carcaza es spera. La friccin skin es igual que el flujo de prdidas hidrulicas a travs de la tubera, y depende de la asperedad o allanamiento de las superficies internas de la bomba, y la viscosidad del lquido. Las corrientes desiguales llamadas corrientes de choque y remolino causan cambios en la direccin del flujo en la entrada y salida del impulsor.

Margen del Labio Voluta Recirculacin de Descarga Recirculacin en el Margen de la Pared

Anillo de desgaste de la Carcaza Anillo de Desgaste del Impulsor Ojo del Impulsor

Retorno de Escape Recirculacin de Succin

Impulsor (Doble Succin)

Figura 22 Prdidas de La BombaEn una bomba de succin doble de una etapa, hay prdidas adicionales en el pasaje de entrada (ingreso). Estas prdidas pueden ser reducidas a travs del pulimento del acabado del impulsor y las superficies internas de la carcaza de la voluta.

La friccin de disco del impulsor es el resultado de las superficies externas del impulsor rotante estando en friccin con el lquido que lo rodea. Las cubiertas del impulsor estn sacando lquido alrededor de ellas por causa de la viscosidad. La friccin de disco del impulsor es generalmente una prdida mayor que el escape. Merece la pena notar que una de las mayores razones en el aumento de la potencia de tiro de la bomba asociada con el bombeo de petrleo de mayor peso y altura en viscosidad es la presin de disco aadida. El aumento en la velocidad de la bomba, y el dimetro de la bomba, o la disminucin de la separacin entre el impulsor y la carcaza, incrementa las prdidas de friccin de disco. El pulimento de las superficies internas de la carcaza de la bomba y las superficies externas del impulsor disminuye esta prdida.

PRDIDAS DE FRICCIN DE DISCO

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PRDIDAS MECNICAS

Las prdidas por friccin en los rodamientos y las cajas de relleno y otros puntos racionales de contacto son consideradas prdidas mecnicas. En una bomba mantenida correctamente estas prdidas son menores. La tirantez mecnica del sello y rodamiento, desajuste del eje, materias extraas en los rodamientos, o el uso pobre o incorrecto de aceite de lubricacin todos contribuyen a la friccin que causa prdidas mecnicas. En una bomba centrfuga es posible que se bombee lquido contra una vlvula cerrada, el traslado de energa del lquido causa sobrecalentamiento severo en la bomba. El tiempo antes que la bomba se apague depende del tipo y el volumen del lquido bombeado contra la vlvula cerrada.

DESCARGA CONTRA UNA VLVULA CERRADA

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OPERACION DE BOMBAS

1. El trmino cavitacin se refiere a _____________.

a) la formacin, explosin, de pequeas burbujas en el lquido b) la formacin de sedimento en el interior de la carcaza de la bomba c) al movimiento de punta a punta del eje de la bomba d) al movimiento de punta a punta del aspa del impulsor2. Cavitacin en la bomba es causada por ___________.

REPASO 3

a) b) c) d)

cabeza de succin positiva neta muy alta cabeza de succin positiva neta muy baja la presencia de sedimento en el lquido bombeado el recalentamiento de los rodamientos de la bomba

3. La presin que fuerza al lquido hacia la boquilla de succin es llamada _________.

a) b) c) d)

fuerza centrfuga empuje axial cabeza de descarga positiva neta cabeza de succin positiva neta

4. Para prevenir la cavitacin en las fuerzas centrfugas Ud. deber siempre mantener el cabeza de succin positiva neta ____________.

a) b) c) d)

por debajo de la cantidad necesaria por la bomba por encima de la cantidad necesaria por la bomba al mismo nivel para cada bomba igual a la presin de descarga de la bomba

5. El recproco del flujo del lquido en el impulsor es llamado _________.

a) b) c) d)

cavitacin cabeza de succin positiva neta recirculacin movimiento centrfugo

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6. De la lista siguiente, seleccione dos causas comunes de recirculacin.

1) Los anillos de desgaste en el impulsor y la carcaza se desgastan demasiado. 2) La cabeza de succin positiva neta es muy baja 3) El flujo es reducido por debajo de la zona de mejor eficiencia de la bomba. 5) El impulsor rota demasiado rpido a) 2 y 1 b) 1 y 5 c) 1 y 4 d) 3 y 5


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OPERACION DE BOMBAS

SECCIN 1 - COMPONENTES DE LA BOMBA CENTRFUGA Una bomba centrfuga es un aparato mecnico el cual utiliza fuerza centrfuga para convertir energa mecnica en presin o cabeza. El impulsor es un componente de la bomba que utiliza fuerza centrfuga para aumentar la velocidad del lquido entrando a la bomba. El impulsor aumenta la velocidad del lquido a travs de la rotacin del lquido alrededor de su eje. A medida que el lquido rota, ste se mueve en sentido contrario desde su eje e incrementa su velocidad. La voluta es una carcaza especial alrededor del impulsor que convierte la velocidad del lquido en presin. A medida que el rea de seccin transversal de la voluta aumenta, la velocidad del lquido rotando a travs de la voluta decrece, a medida que la presin del lquido aumenta. La carcaza es un cmara sellada que encierra todo el montaje de la bomba. Los anillos de desgaste son anillos protectores removibles en el impulsor y la carcaza que reduce el espacio entre la carcaza y la cubierta del impulsor. El montaje del eje es la conexin fsica entre el motor elctrico y el impulsor. Los sellos mecnicos consisten de un anillo de sello fijo en la carcaza y un anillo rotante acoplado al eje. Estos sellos son mantenidos juntos a travs de resortes. El rodamiento es mantenido en un cojinete de apoyo y le permite al eje rotar. Los rodamientos evitan que el eje rotante de la bomba y el impulsor sean afectados por movimiento axial (de punta a punta) o radial (de lado a lado), para que el eje y el impulsor roten en una posicin central fija. El lquido entra al ojo del impulsor a baja velocidad y baja presin. Cuando el impulsor rota el lquido, fuerza centrfuga y aceleracin centrfuga aumentan la velocidad del lquido. El lquido despus viaja a la voluta, donde el incremento del dimetro de la voluta hace variar la velocidad del lquido en presin.

RESUMEN

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SECCIN 2 - BOMBAS CENTRFUGAS El empuje axial es la fuerza ejercida a lo largo del eje de la bomba y es causado por las fuerzas desiguales de succin y presin de descarga sobre el impulsor. El empuje axial puede daar los rodamientos y posiblemente el impulsor. El impulsor de doble succin es equivalente a dos impulsores de succin sencilla montados sucesivamente en un eje. El empuje radial es la presin desigual en la voluta. La voluta doble consiste de dos volutas a 180 opuestas una a la otra (alrededor de un impulsor), que se unen a una boquilla de descarga comn. Una bomba de etapas mltiples es una bomba que tiene ms de un impulsor montado en el mismo eje dentro de la misma carcaza.

SECCIN 3 - CONSIDERACIONES DE OPERACIN Cavitacin es la formacin, luego la explosin, de pequeas burbujas en el lquido. La cabeza de succin positiva neta (NPSH) es la presin que empuja el lquido a la boquilla de succin de una bomba centrfuga. Los operadores tienen que mantener el NPSH por encima de la presin de vapor del lquido para evitar la cavitacin. Recirculacin es el recproco del flujo del lquido en el impulsor.

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OPERACION DE BOMBAS

aceleracin racional variacin de la velocidad cuando un objeto rota alrededor de un punto de rotacin fijo se mueve hacia o en sentido contrario del punto fijo. (p. 47) anillos de desgaste anillos de proteccin removibles en el impulsor y en el bloque que reducen el espacio entre la boquilla de succin y el impulsor. (p. 8) bomba centrfuga vertical la unidad rotante de la bomba es montada en posicin vertical. (p. 19) bomba centrfuga artefacto mecnico que utiliza la fuerza centrfuga para convertir la energa mecnica en presin o cabeza. (p. 4) bomba de mltiples etapas es una bomba que tiene dos o ms impulsores montados sobre el mismo eje, y un nmero igual de etapas de presurizacin de lquidos. (p. 18) bombas de tipo barril vertical bomba reforzadora donde el lquido entra a travs de una vlvula de llegada y comienza a llenar la seccin de barril o bote. (p. 19) bomba de una etapa tiene un impulsor y una etapa de presin. (p. 18) bomba vertical en lnea son bombas verticales de una etapa con motores montados encima, y las boquillas de succin y descarga conectadas de tal forma que los bloques de la bomba pueden ser convenientemente conectados y soportados por la tubera. (p. 20) boquilla de descarga es la salida por donde el lquido abandona la bomba (p. 7) boquilla de llegada tambin llamada boquilla de succin, es la entrada por donde el lquido entra a la bomba. (p. 5) cabeza de succin positiva neta (NPSH) la presin que fuerza al lquido hacia la boquilla de succin de una bomba centrfuga. (p. 30)

GLOSARIO

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cabeza diferencial es el incremento en la presin del lquido entre las boquillas de succin y descarga de la bomba. (p. 18) carcaza cmara sellada que encierra el montaje completo de la bomba. (p. 4) cavitacin la formacin, luego la explosin, de pequeas burbujas en el lquido. ( p. 29) chaqueta de enfriamiento utiliza el lquido de la boquilla de descarga para enfriar el aceite de lubricacin de rodamiento. (p. 10) empuje axial fuerza ejercida a lo largo del eje de la bomba. (p. 20) empuje radial carga lateral sobre el impulsor y el eje como resultado de desigual presin en la voluta. (p. 23) ensamblaje del eje conexin fsica entre el motor y el impulsor (p. 9) fuerza centrfuga se refiere a la fuerza de inercia la cual provoca que un objeto rotando se mueva en sentido contrario desde su eje de rotacin. (p. 3 y 43) fuerza centrpeta atrae o repele a un objeto hacia el centro de una senda de rotacin. (p. 44) impulsor consiste de un conjunto de aspas acopladas a un eje de rotacin. La base de las aspas, donde estn acopladas al eje, es llamada el ojo del impulsor. El lquido entra por el ojo del impulsor. (p. 5) impulsor de doble succin dos impulsores de succin sencilla montados sucesivamente como una unidad. (p. 21) impulsor de friccin de disco es el resultado de las superficies del impulsor rotante estando en friccin con el lquido que lo rodea. (p. 33)

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OPERACION DE BOMBAS

inercia fuerza la cual evita que un objeto inmvil se mueva y que un objeto en movimiento cambie su velocidad y direccin. ( P. 43) recirculacin recproco parcial del flujo del lquido en el impulsor. (p. 31) rodamiento cojinete fijo de soporte que le permite al eje rotar. (p. 9) sellos mecnicos anillo hermtico fijo en la carcaza de la bomba y un segundo anillo rotante acoplado al eje, soportado firmemente mediante resortes, de tal forma que el lquido no puede migrar a travs del eje y escapar (p.11) tubera auxiliar consiste de una serie de una pequea tubera auxiliar de perforacin que es esencial para la operacin de la bomba de la tubera principal. (p. 12) velocidad especfica es el valor que indica las caractersticas generales del funcionamiento de una bomba centrfuga. (p. 28) voluta bloque especial alrededor del impulsor el cual convierte la velocidad del lquido en presin (p. 6) voluta doble dos volutas opuestas una a la otra alrededor de un impulsor sencillo, que se unen en una boquilla de descarga comn. (p. 24)

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RESPUESTAS

REPASO 11. a 2. d 3. c 4. a 5. b 6. b 7. a 8. d 9. c 10. d 11. a 12. c 13. e

REPASO 21. b 2. a 3. b 4. b 5. c 6. d 7. d 8. a

REPASO 31. a 2. b 3. d 4. b 5. c 6. c

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OPERACION DE BOMBAS

APNDICE A

FUERZA CENTRPETA Y FUERZA CENTRFUGAEl trmino fuerza centrfuga se refiere a la fuerza de inercia la cual causa que un objeto en rotacin se mueve hacia su centro de rotacin. Primeramente analizaremos la inercia para ver como la fuerza centrfuga trabaja. Isaac Newton descubri la siguiente propiedad fsica: un cuerpo en movimiento se mueve en forma rectilnea al menos que una fuerza provoque que el cuerpo cambie de direccin. Imagine por ejemplo, una pelota rodando por la acera y acercndose a una esquina. Cuando la pelota alcanza la esquina, sta no girar automticamente alrededor de la esquina. Una fuerza tendr que ser aplicada a la pelota para que cambie de direccin y se mueva alrededor de la esquina. Si ninguna fuerza es aplicada la pelota seguir movindose en lnea recta y no girar alrededor de la esquina. La fuerza que mantiene la pelota movindose en lnea recta es llamada inercia.

Direccin de la Pelota si No Fuerza es Aplicada

Fuerza Aplicada

Figura A-1 Inercia en una Pelota en movimientoCuando un objeto en movimiento como la pelota, esta continua movindose en lnea recta al menos una fuerza acta sobre ella. La fuerza que mantiene la pelota movindose en lnea recta es llamada inercia. Cuando una fuerza como una pateada es aplicada, la pelota cambia de direccin.

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Ahora imagine que la pelota tiene que viajar alrededor de varias esquinas. La pelota sigue movindose en lnea recta al menos que una fuerza sea aplicada para cambiar su direccin. Cada vez que la pelota alcanza una esquina, una nueva fuerza tiene que ser aplicada para cambiar la direccin de la pelota y hacerla girar alrededor de la esquina. Si la nueva fuerza no es aplicada, la pelota continuar en lnea recta y no girar alrededor de la esquina.Fuerza Aplicada Direccin dela Pelota si Ninguna Fuerza es Aplicada Fuerza Aplicada Direccin dela Pelota si Ninguna Fuerza es Aplicada

Direccin de la Pelota si Ninguna Fuerza es Aplicada

Fuerza Aplicada

Fuerza Aplicada

Direccin de la Pelota si Ninguna Fuerza es Aplicada

Fuerza Aplicada Direccin de la Pelota si Ninguna Fuerza es Aplicada

Fuerza Aplicada Direccin de la Pelota si Ninguna Fuerza es Aplicada

Figura A-2 Inercia y Varias EsquinasCada vez que la pelota alcanza la esquina, una nueva fuerza tiene que ser aplicada para cambiar la direccin de la pelota.

Ahora imagine que la pelota se mueve en un crculo alrededor de un punto fijo. La pelota sigue movindose en lnea recta al menos que una fuerza sea aplicada para cambiar su direccin. Movindose en crculo es igual que movindose constantemente alrededor de la esquina, as una fuerza tiene que ser aplicada constantemente a la pelota para mantenerla constantemente cambiando de direccin. La fuerza que aplicamos para mantener la pelota constantemente cambiando de direccin es llamada fuerza centrpeta. La fuerza centrpeta atrae o repele la pelota hacia el centro de una trayectoria circular. Cuando la fuerza exterior no es aplicada entonces la pelota se mueve en lnea recta nuevamente debido a la inercia. La pelota se mueve hacia fuera desde un punto fijo.

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OPERACION DE BOMBAS

Un buen ejemplo de fuerza centrfuga es el deporte Olmpico llamado lanzamiento del martillo. En este evento el atleta rota tirando de una cadena con una pelota atada a sta, y despus deja escapar la cadena y la pelota entonces sale volando del atleta. El atleta que haga viajar la pelota ms lejos es el ganador. La pelota atada a la cadena le aplica fuerza centrpeta a la pelota la cual mantiene la pelota constantemente cambiando de direccin y movindose en crculo. Cuando el atleta suelta la cadena, la fuerza centrfuga hace que sta departa desde el atleta, el cual es el punto fijo de rotacin.

Fuerza Aplicada

Fuerza Aplicada

No Fuerza Aplicada

Fuerza Aplicada

Fuerza Aplicada Fuerza Aplicada

Figura A-3 Fuerza centrfuga de la PelotaUn objeto tiende a moverse siempre en lnea recta. Para mover un objeto como una pelota en forma circular requiere de una fuerza que acte sobre la pelota est cambiando constantemente. Si por algn momento la fuerza contra la pelota es removida entonces la pelota se mover en lnea recta partiendo en direccin hacia fuera desde el centro de rotacin. La fuerza que hace la pelota moverse en lnea recta hacia fuera desde un punto fijo de rotacin es llamada fuerza centrfuga.

Los lquidos, como la pelota en nuestro ejemplo, se mueven en una direccin al menos sean influidos por otra fuerza. Si el lquido fluye alrededor de un punto fijo este tratar de moverse hacia fuera desde el punto fijo debido a la fuerza centrfuga.

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A

Punto Fijo de Rotacin

B

Punto Fijo de Rotacin

Figura A-4 Fuerza Centrfuga y el Lanzamiento del MartilloEn el lanzamiento del martillo el atleta hace girar una cadena atada a una pelota. Cuando el atleta suelta la cadena la fuerza centrfuga de la pelota hace que esta viaje hacia fuera del centro de rotacin.

El lquido que entra a la bomba centrfuga rota alrededor de un punto fijo, y se mueve hacia fuera del punto fijo de rotacin. Seccin 1 - Un Impulsor examina como esto es realizado.

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OPERACION DE BOMBAS

Aceleracin rotacional es el cambio en velocidad cuando un objeto rotando alrededor de un punto fijo se mueva hacia dentro o hacia fuera del punto fijo. Por ejemplo, imagine un atleta en el lanzamiento del martillo aguantando la cadena en el medio, como se muestra en la figura A-4. Ahora imaginemos que el atleta mantiene siempre la pelota rotando alrededor de l a una rotacin por segundo. La velocidad de la pelota es igual a la distancia que la pelota viaja dividida por el tiempo en que la pelota est viajando. La pelota se mueve en crculo, as la distancia que la pelota viaja en un segundo es la trayectoria de la pelota alrededor del crculo completo, o la circunferencia de la trayectoria de la pelota. Imaginemos que la trayectoria de la pelota es 1 metro. Esto significa que la pelota viaja 3.3 ft (1 metro) cada segundo, entonces la velocidad de la pelota es 3.3 fts/s (1.0 m/s). Ahora imagine que el atleta deja escapar la cadena gradualmente, pero mantiene la pelota movindose a 1 rotacin por segundo. A medida que la pelota se mueva ms lejos del centro del punto fijo de rotacin, la distancia de la trayectoria de la pelota, o circunferencia, aumenta ms y ms. Imagine que la circunferencia de la trayectoria de la pelota aumenta a 9.8 ft (3.0 m). El atleta mantiene la pelota movindose a 1 rotacin por segundo, as la velocidad de la pelota es ahora 9.8 ft/s (3.0 m/s). La pelota ha acelerado desde su velocidad original de 3.3 ft/s (1.0 m/s) hasta 9.8 ft/s (3.0 m/s) movindose ms lejos del centro fijo de rotacin.9.8 ft (3 m)

ACELERACIN ROTACIONAL

A

3.3 ft (1 m)

B

Circunferencia = 3.3 ft (1 m) Circunferencia = 9.8 ft (3 m)

Figura A-5 Incrementando la Velocidad RotacionalLa pelota se mueve a un nmero constante de rotaciones por segundo. Cuando la pelota se mueve hacia fuera del punto fijo de rotacin, sta viaja ms lejos en cada rotacin. La pelota ahora viaja ms lejos en la misma cantidad de tiempo, consecuentemente, sta tiene mayor velocidad.

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En la bomba centrfuga, el lquido entra al centro de las aspas de rotacin llamadas impulsor. El motor acoplado a travs del eje hace rotar el impulsor. Imagine al motor como el atleta en el ejemplo del lanzamiento del martillo. El motor mantiene el impulsor rotando a una cantidad de rotaciones por segundo. El impulsor movido por el motor hace rotar el lquido que entra a la bomba de la misma forma que la cadena movida por el atleta hace rotar la pelota en el lanzamiento del martillo. El lquido entrando a la bomba viaja al centro del ojo del impulsor a baja velocidad. Las aspas en rotacin del impulsor hacen que el lquido tambin rote alrededor del ojo del impulsor. Cuando el lquido rota, la fuerza centrfuga causa que el lquido se mueva hacia fuera del ojo del impulsor. El impulsor mantiene el lquido rotando alrededor del ojo del impulsor a una cantidad de rotaciones por segundo constante. Sin embargo, a medida que el lquido viaja ms lejos del ojo del impulsor, ste viaja una distancia mayor o circunferencia con cada rotacin. En otras palabras, la velocidad del lquido aumenta a medida que ste viaja hacia fuera del ojo del impulsor. El incremento en la velocidad del lquido cuando ste se mueve hacia fuera del ojo del impulsor se llama aceleracin rotacional. La velocidad del lquido cuando ste viaja hacia fuera de la punta de la cuchilla del impulsor puede ser de hasta 30 ft/s (70m/s).

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Operacion de bombas

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