UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERA MECNICA Y ENERGAESCUELA PROFSIONAL DE INGENIERIA DE ENERGA

BOMBAS CENTRIFUGASProfesor: Ingeniero Alejos Zelaya Jorge Luis

BELLAVISTA-CALLAO, 2015

Pino Romero Hans090978fArroyo Flores Ricardo Anbal090118gRiojas Caicedo Roberto Tomas093001c

DEDICATORIA:EL PRESENTE TRABAJO ESTA DEDICADO A NUESTROS PADRES, PROFESORES Y AL EMPUJE QUE ES LA INVERSIN Y EL PROGERSO QUE GENERA EL MISMO EN NUESTRA FACULTAD.

ContenidoIntroduccin3Capitulo 14Alcance de la investigacin y objetivos.4OBJETIVO GENERAL4OBJETIVO ESPECIFICO4PROBLEMA5Problema General5Problema Especfico5Capitulo25JUSTIFICACION Y ANTECEDENTES5CAPITULO 35CONCEPTO HIDRAULICOS5CAUDAL6Presin6Presin absoluta7Presin relativa o manomtrica7Altura manomtrica total .8Altura de aspiracin manomtrica Hs.10Cavitacin11NPSHr y NPSHd13Sumergencia15Potencias y Rendimiento16Clculo de las prdidas de carga en la tubera de aspiracin18Mxima Altura de Aspiracin Geomtrica21Velocidad Especfica 23Curvas Caractersticas de una Bomba25CAPITULO 427Bombas Centrifugas27Configuracin Bsica27BOMBA CENTRIFUGA DE VOLUTA29BOMBA CENTRIFUGA DE DIFUSOR30APLICACIONES DE LAS BOMBAS CENTRFUGAS33EFECTO DE LAS PROPIEDADES FSICAS DEL FLUIDO34Seleccin de una bomba36Accesorios a instalar en una bomba38CAPITULO 539COSTES DE BOMBEO39BOMBAS40Costes de bombeo40CAPITULO 640Conclusiones y Recomendaciones40CAPITULO 740Blbliografia y ANEXOS40

Indice de figuras

Figura 111Figura 214Figura 3 Esquema de Cavitacin15Figura 4 Sumergencia18Figura 5Variacion del peso especfico del agua en funcin de la temperatura.20Figura 620Figura 7 Prdidas de carga en vlvulas de pie21Figura 8 Prdidas de carga en tuberas rectas. Para tuberas nuevas multiplicar por 0.7.22Figura 9 Prdidas de carga en tuberas rectas. Para tuberas nuevas multiplicar po 0.8 y para tuberas incrustadas por 1.2.23Figura 10 Curvas de variacin de las potencias absorbidas en funcin del caudal suministrado ara diferentes velocidades especficas.26Figura 11 Geometra de los impulsores en funcin de la velocidad especfica.27Figura 12 Curvas caractersticas de una bomba centrifuga.28Figura 13 Bomba centrifuga.30Figura 14 Bomba centrfuga30Figura 15 Bomba centrifuga de voluta31Figura 16 seccin de una Bomba centrifuga de voluta.32Figura 17 Impulsores Cerrado y Abierto.34Figura 18 Bombas en serie.35Figura 19 Bombas en paralelo, grafica de paralelo y serie.36Figura 2038Figura 21 Algoritmo de seleccin de bomba.39Figura 22Valvulas y accesorios a instalar en un circuito de bombeo.40

IntroduccinEn la industria y en la agricultura se presentan con mucha frecuencia problemas de transporte de lquidos a travs de sistemas de tuberas, debiendo vencer presiones y desniveles, que hacen necesario el empleo de unas mquinas hidrulicas denominadas bombas. Existen dos grandes grupos fundamentales:

Las de desplazamiento positivo. Las de efecto centrfugo.

Las bombas de desplazamiento positivo basan su funcionamiento en encerrar un volumen de lquido para transportarlo desde la aspiracin hasta la impulsin con un aumento de la presin.

Hoy en da son utilizadas normalmente para el bombeo de pequeos caudales a grandes alturas.Las bombas de efecto centrfugo son las que han adquirido mayor relevancia por sus grandes posibilidades y vasto campo de aplicacin, habiendo desplazado casi por entero a las de desplazamiento positivo. Su gran velocidad de funcionamiento, que permite su accionamiento directo por motores elctricos, pequeo tamao y peso, gran seguridad de marcha y servicio y mnimo nmero de elementos de desgaste, han sido factores decisivos que se han impuesto para conseguir su gran difusin y empleo. Dada la gran importancia de las bombas de efecto centrfugo nos proponemos en este pequeo manual recopilar conceptos y facilitar datos para ponerlos a disposicin de todos aquellos tcnicos que de una manera directa o indirecta se dediquen al proyecto de instalaciones de bombeo.

La bomba centrifuga es una maquina hidrulica compuesta en esencia por un impulsor con alabes, que accionado desde el exterior transmite al lquido la energa necesaria para obtener una presin determinada. El cuerpo de bomba o voluta recibe el lquido salido del impulsor y por su construccin especial transforma su energa cintica en presin, dirigindolo al mismo tiempo hacia el exterior por la tubuladura de descarga.

Hay gran variedad de bombas en cuanto se refiere a sus formas de construccin, de acuerdo con las aplicaciones particulares o imperativos mecnicos.

Por extensin se denominan bombas centrifugas a las de flujo semiaxial y axial, aunque la accin centrifuga es inadecuada para explicar el funcionamiento de tales bombas.[footnoteRef:1] [1: Libro hidraulica]

El trabajo comprender los siguientes puntos:

Capitulo 1: Alcance de la investigacin y objetivos.Capitulo 2: Justificacin limitaciones y antecedentes. Capitulo 3: Conceptos HidrulicosCapitulo 4: Bomba CentrifugaCapitulo 5: Costes de BombeoCapitulo 6: Conclusiones y Recomendaciones.Capitulo 7: Referencias y anexos

Capitulo 1

Alcance de la investigacin y objetivos.

Por el tipo de investigacin, el beneficio podr ser tomado por cualquier estudiante en bsqueda de adquirir ms conocimientos sobre bombas centrifugas, y si es posible en algn futuro continen ampliando esta investigacin.

OBJETIVO GENERAL

Obtener conocimientos en general sobre las bombas hidrulicas.

OBJETIVO ESPECIFICO

Identificar el tipo de bombas centrifugas, partes de la bomba centrifuga, aplicaciones.

PROBLEMA

Problema General

El presente trabajo pretende mediante la investigacin en textos y en la internet obtener un resumen acerca de las bombas centrifugas. Por lo consiguiente se plantea: Se podr identificar las partes, tipos aplicaciones y todo lo referente a las bombas centrifugas?

Problema Especfico

Se podr identificar el tipo, partes, y aplicaciones de la bomba centrifuga.

Capitulo2

JUSTIFICACION Y ANTECEDENTES

El presente trabajo forma parte de una investigacin sobre las bombas centrifugas, ya que como ingenieros de La Faculta de Ingenieria Mecanica y Energia de la Universidad Nacional del Callao debemos tener conocimiento absoluto de las tres grandes ramas: elctrica, hidrulica y trmica, buscando en este texto tener un resumen de informacin sobre las bombas centrifugas para su fcil aprendizaje y comprensin.

CAPITULO 3CONCEPTO HIDRAULICOS

CAUDAL

El caudal volumtrico, o simplemente caudal Q, que circula por un determinado sistema es el volumen de lquido trasegado en la unidad de tiempo. Las unidades ms comnmente empleadas son m3/hora, litros/minuto (L/m) y litros/seg (L/s). No obstante en el mbito de influencia anglosajona lo podemos encontrar expresado tanto en galones Imperiales/minuto (Igpm) como galones americanos/minuto (USgpm). La equivalencia entre las principales unidades de medida de caudal es la siguiente:

El caudal volumtrico que circula por un determinado sistema se puede obtener multiplicando la velocidad del fluido (v) por el rea transversal de paso:

El caudal msico es la cantidad de masa de fluido que circula en la unidad de tiempo. Se puede obtener multiplicando la densidad del fluido () por el caudal volumtrico:

Para el caso del agua la densidad es 1000Presin

Es la fuerza que ejerce un fluido por unidad de superficie. En el S.I. se emplea como unidad de medida de presin el Pascal (Pa); 1 Pa = N/m2 (Newton / metro cuadrado). Por ser una unidad demasiado pequea se emplea habitualmente mltiplos de la misma, KPa, MPa,o tambin el Bar, 1 Bar = 105 Pa.

Para el caso de la altura de impulsin, tambin suele expresarse en metros de columna de lquido (mcl), existiendo la relacin siguiente:

La equivalencia entre las diferentes unidades de presin empleadas habitualmente es la siguiente:Equivale a:

1 Bar1.02 kg/cm2

1 Bar10.2 mca

1kg/cm20.981 Bar

1 mca0.0981 Bar

1 mca9810 Pascal

1 at(atmosfera tcnica)1 kg/cm2

1 atm(atmosfera fsica)1.033 kg/cm2

Tabla 1La atmsfera fsica es equivalente a una columna de mercurio de 760 mm de altura, que es igual a una columna de agua a 4C de 10,33 metros de altura de agua.

Presin absoluta

Se llama presin absoluta la medida a partir del cero absoluto.

Presin relativa o manomtrica

Presin relativa o manomtrica es aquella que se mide a partir de la presin atmosfrica local. Cualquier presin inferior a la atmosfrica ser una presin manomtrica negativa, llamndose entonces depresin.

De acuerdo con las anteriores definiciones, se tendr:

Altura manomtrica total .

La altura manomtrica total () impulsada por una bomba, es el aumento de la energa por unidad de peso que experimenta el fluido desde la entrada hasta la salida de la bomba y se expresa en metros de columna de lquido impulsado.

Se puede calcular la altura manomtrica total () impulsada por una bomba, para una instalacin tpica, segn se indica a continuacin:

( 1)

SignificandoHd=Lectura en manmetro de impulsin.Hs=Lectura en vaumetro de aspiracin.Z=Diferencia de altura entre puntos de lectura (m).P1/g=Presin manomtrica en el aljibe de aspiracin.P2/g Presin manomtrica en el aljibe de impulsin.Hg=Desnivel geomtrico total.[footnoteRef:2] [2: PDF libro hidraulica]

Figura 1

En las bombas centrifugas la altura manomtrica total (Hman) viene representada, en funcin del caudal, por medio de las curvas caractersticas de funcionamiento, cuyo empleo es imprescindible para adaptar una bomba a un sistema de bombeo determinado.

La altura manomtrica tambin se puede definir como la altura que deber vencer la bomba, para elevar un caudal de lquido determinado a travs de una tubera desde un nivel inferior a otro superior. Esta altura tambin puede ser representada mediante la siguiente igualdad:

( 2)

Que para el caso muy habitual de presiones iguales en aljibe y depsito, normalmente atmosfricas,

Quedando:

( 3)

Mediante el empleo de estas frmulas pueden resolverse todos los problemas de bombeo que puedan presentarse.

Altura de aspiracin manomtrica Hs.

Es la altura de presin en la brida de aspiracin de una bomba, respecto a la atmsfera libre, expresada en metros de columna de lquido impulsado.

El valor de Hs nos lo dar un vaumetro (o manmetro cuando la aspiracin sea en carga) instalado en la tubera de aspiracin, a la altura del eje de la bomba si es de construccin horizontal y a la altura de la parte ms alta del borde de entrada de los alabes del impulsor de la primera fase, si es de construccin vertical.

Para caso que:

La altura de aspiracin manomtrica (en trminos de presin absoluta) viene expresada por la siguiente relacin (figura):

( 4)

En ella

Hgs = Desnivel geomtrico entre el nivel del lquido y el eje de la bomba.Zs = perdidas de carga en la tubera de aspiracin, incluyendo sus accesorios.Vs = velocidad del lquido en la tubera de aspiracin.Patm / g = Presin manomtrica en el aljibe de aspiracin, habitualmente presin atmosfrica.

Efectivamente tal y como se deduce de la ecuacin 7, la depresin generada por la aspiracin de la bomba ser tanto mayor cuanto mayores sean la altura de aspiracin (negativa), las prdidas de carga y la velocidad del fluido en tramo de aspiracin.

Cavitacin

La cavitacin es uno de los problemas ms graves que afectan a las bombas.

Cuando no se ha tenido en cuenta durante la fase de diseo de la estacin de bombeo nos podemos encontrar con serios problemas, que en el mejor de los casos requieren de costosas reformas en la instalacin para solucionarlos. Sin embargo, como veremos ms tarde, prevenirla en el momento adecuado es relativamente sencillo.

La cavitacin es un fenmeno termodinmico segn el cual el agua cambia de estado al reducirse la presin por debajo de un lmite: la tensin de vapor del lquido. Este fenmeno es inherente al lquido y puede aparecer en bombas, vlvulas, codos, etc., y en general en cualquier punto o situacin en la que se supere la condicin lmite anteriormente expresado.

El problema de la cavitacin no est en las burbujas de vapor generadas por la disminucin de presin, sino en la implosin de las mismas cuando la presin se recupera y se supera la tensin de vapor. El colapso instantneo de las burbujas de vapor genera elevadsimas presiones que erosionan el material llegando a perforarlo e incluso a su desintegracin en los casos ms severos.

Para el caso de las bombas, segn el punto de trabajo y las condiciones de la instalacin, se pueden producir presiones suficientemente bajas en la aspiracin como para que aparezca la cavitacin. Esta depresin en la aspiracin de la bomba se puede calcular con la ecuacin (4) anteriormente desarrollada. La zona de la bomba con menor presin es el odo del rodete, es decir, la seccin de entrada justo antes de los labes.

Una vez que el fluido llega a los labes empieza a aumentar su presin a medida que recorre el rodete hasta su salida.

Es por ello que la zona caracterstica para observar la erosin de la cavitacin es justo el inicio de los labes, cuando se empieza a recuperar la presin.

Figura 2Los problemas mecnicos que conlleva la cavitacin en las bombas son enormes ya que adems de la erosin aparecen fuertes vibraciones, averas mecnicas, ruido, falta de datos de servicio,.. etc.

Efectivamente, el comportamiento hidrulico de la bomba se ve muy afectado. Cuando se produce la cavitacin, es porque la presin ha igualado a la tensin de valor del lquido, y si se intenta aumentar el caudal abriendo la vlvula de impulsin lo que se consigue es generar ms vapor, ya que durante el cambio de estado la presin permanecer constante.

En la grfica adjunta vemos cmo cambian la curva Q-H de funcionamiento de una bomba cuando aparece la cavitacin.

NPSHr y NPSHd

Partiendo de la condicin de no cavitacin:

( 5)

Donde Tv representa la tensin de vapor y sustituyendo el valor de altura de aspiracin obtenido en la ecuacin (4):

( 6)

Figura 3 Esquema de Cavitacin

Donde reagrupando trminos y separando los factores que dependen de la instalacin y los que dependen de la propia bomba se llega a:

( 7)

Y finalmente cambiar a:

( 8)

Mediante esta simplificacin se agrupan los trminos que dependen de la instalacin en un solo parmetro llamado NPSH disponible, quedando como NPSH requerido los que dependen de la bomba.

La presin atmosfrica y la tensin de vapor quedan fijadas por la altitud sobre el nivel del mar y la temperatura del agua respectivamente. El NPSHr ser dado por el fabricante de la bomba debiendo entonces el proyectista seleccionar una altura de aspiracin y unas prdidas de carga en la lnea de aspiracin que verifiquen las ecuaciones (7) y (8)arriba escritas.

Como buena prctica se aconseja disear aspiraciones en carga, de longitud corta, y prdidas de carga pequeas (). Si la aspiracin en negativa (1) es muy importante dar una pendiente ascendente mnima del 2% a la tubera, utilizar conos excntricos, y evitar posibles bolsas de aire en la tubera.

A medida que aumenta el caudal bombeado, aumenta la velocidad del fluido por la tubera y las prdidas de carga son mayores, es decir aumenta el NPSHr y disminuye el NPSHd, favoreciendo la aparicin de la cavitacin.

Es por esto que para detectar si una bomba esta cavitando, conviene cerrar la vlvula de impulsin progresivamente para reducir el caudal hasta asegurarse que cesa la vibracin y el ruido de la cavitacin, verificndose entonces que el funcionamiento de la bomba se corresponde con el de su curva caracterstica. Pero para funcionar en su punto de trabajo original sin tener que sacrificar parte del caudal al estrangular la vlvula, ser necesario modificar la instalacin a fin de reducir las prdidas de carga en la aspiracin, reducir la altura de aspiracin,...etc. para aumentar el NPSH disponible por encima del requerido.

Tambin es posible disear un inductor que provoque un aumento local de la presin en la aspiracin del rodete, aunque esta solucin solo es vlida para un rango de caudal limitado, empeorando la situacin cuando nos alejamos de su caudal de diseo.

Sumergencia

Es la altura (S) de lquido, necesaria sobre la seccin de entrada (vlvula de pie, campana, tubo, etc.), para evitar la formacin de remolinos (vrtices) que pueden afectar al buen funcionamiento de la bomba.

La formacin de estos remolinos se deben principalmente a la depresin causada por:

La succin de la bomba. Mala disposicin de la misma en la cmara de aspiracin. Una irregular distribucin del flujo.Como valor indicativo de la sumergencia mnima necesaria, podemos adoptar que obtendremos por aplicacin de la frmula:( 9)

En ella:V=Velocidad del lquido en m/s.S=Sumergencia en metros.G=Aceleracin de la gravedad (9.81m/s2).

Observaciones por falta de sumergencia:

Fluctuaciones de caudal, sin merma apreciable en la altura. Ruidos y vibraciones, con requerimientos variables de potencia (variacin ampermetro). Formacin de remolinos visibles en la superficie o sumergidos. No produce cavitacin.Figura 4 Sumergencia

Soluciones, para reducir la sumergencia necesaria:

Aumento de la seccin de entrada (colocacin de sombrillas, mayor dimetro de la tubera de aspiracin, etc.) Colocacin de tabiques flotantes o sumergidos que eliminen las turbulencias. Maderas flotantes, alrededor de la tubera de aspiracin, as como pelotas de plstico, y todo aquello que sea capaz de impedir la formacin de vrtices o remolinos en la superficie.

Potencias y Rendimiento

La potencia til Nu viene expresada por la relacin siguiente:

(10)

Qu=Caudal til expresado en L/seg.Hman=Altura manomtrica total en metros.G=Peso especfico en kg/m3.Tabla 2Para el caudal:

270

4.500

0.075

USgpm1188

La potencia absorbida N en el eje de la bomba es siempre mayor que Nu, precisamente en la cantidad necesaria para compensar las prdidas internas (hidrulicas) y externas (mecnicas) de la bomba. Su relacin define el rendimiento de la bomba.(11)

De las relaciones anteriores se deduce la expresin que determina la potencia absorbida por una bomba:(12)

Como se deduce de la frmula de clculo de la potencia, cuando el fluido bombeado tenga un peso especfico (g) distinto de la unidad, la potencia absorbida variar tambin de modo proporcional con este.Figura 5Variacion del peso especfico del agua en funcin de la temperatura.

Figura 6

Clculo de las prdidas de carga en la tubera de aspiracin

Se denomina prdida de carga a la disminucin de energa especfica total en un elemento o conjunto de ellos.

Las prdida de carga (Zs) en la tubera de aspiracin se calculara como suma de prdidas parciales producidas en cada uno de los elementos integrantes de la tubera.

Las prdidas de admisin (ha) se producen en la vlvula de pie, y se pueden deducir de la figura 7 en funcin de la velocidad de circulacin o bien aplicando la frmula:(13)

Figura 7 Prdidas de carga en vlvulas de pie

Las prdidas de friccin en la tubera de aspiracin ht se obtiene de las figuras 8 y 9 en funcin del dimetro de la misma y del caudal vehiculado. Figura 8 Prdidas de carga en tuberas rectas. Para tuberas nuevas multiplicar por 0.7.

Las prdidas por friccin, producidas por los diversos accesorios, se obtendrn, despus de transformadas en longitudes equivalentes de la misma tubera con ayuda de la figura 10, en metros de columna del lquido elevado, empleando igualmente las figuras 8 y 9. Estas prdidas las representaremos por hacc. Figura 9 Prdidas de carga en tuberas rectas. Para tuberas nuevas multiplicar po 0.8 y para tuberas incrustadas por 1.2.

Mxima Altura de Aspiracin Geomtrica

Para obtener en una instalacin la mxima altura de aspiracin geomtrica (Hgs) posible, ser necesario reducir al mnimo los parmetros que puedan provocar una disminucin del valor de NPSHd. Retomando las ecuaciones ( 7)y( 8) , se puede escribir:

(15)

(16)

Para maximizar la altura de aspiracin geomtrica, deberemos cumplir los siguientes requisitos:

Mantener la temperatura del lquido lo ms baja posible (menor Tv). La altura de emplazamiento cercana al nivel del mar (mayor Patm/). Tubera de aspiracin corta y de dimetro amplio (menores perdidas de carga Zs). Codos de gran radio de curvatura (menores prdidas de carga Zs). Velocidad del lquido comprendida entre 0,5 y 1 m/seg (menores prdidas de carga Zs). Tubera de aspiracin ascendente hacia la bomba desde el nivel del lquido, y si hubiera algn tramo horizontal se instalar con suave pendiente de un 2 por 100 como mnimo. El cono de unin entre tubera y brida de aspiracin de la bomba ser de construccin excntrica para evitar la formacin de bolsas de aire que traeran consigo un funcionamiento incorrecto de la bomba. Tubera de aspiracin hermtica a la presin atmosfrica. El valor de NPSHr se deber tomar de los datos facilitados por el fabricante de la bomba.Se define la velocidad especificada de aspiracin como:

(17)

Siendo: N=velocidad en r.p.m. d la bomba.Qopt=caudal en el punto expresado en m3/seg.NPSHropt=NPSHr en el punto de caudal ptimo.

Para bombas normalizadas segn DIN 24255 y similares, Sq vara entre 150 y 200 RPM en el punto ptimo de funcionamiento. El valor promedio se puede considerar como 160 segn Ortalama. Utilizando este valor en la definicin de Sq se puede aproximar el NPSHr.Velocidad Especfica Este concepto est definido segn DIN-1944 (Ensayo de recepcin de bombas centrifugas), como el nmero de revoluciones de una bomba semejante geomtricamente en todas sus partes, y dimensionada de tal manera que cuando trasiegue 1 m3/s lo eleve a 1 metro de altura. Su frmula general es:

(18)

n=velocidad en RPM de la bomba. Q=Caudal en el punto ptimo en m3/seg.H = Altura de elevacin en metros.La velocidad especifica es un criterio de semejanza de las bombas centrifugas, relacionndose con ella casi todas las constantes de clculo de las mismas.

Para calcular la velocidad especfica de una bomba centrifuga se debe aplicar la frmula definida anteriormente en el punto ptimo de la curva caracterstica Q-H, es decir, donde el rendimiento es mximo.

Cuando se trate de bombas de varias fases, la velocidad especfica se refiere a la de una de sus fases. Si la bomba es de doble aspiracin, entonces se obtendr su valor sobre la altura generada y caudal Q/2.Figura 10 Curvas de variacin de las potencias absorbidas en funcin del caudal suministrado ara diferentes velocidades especficas.

Los valores pequeos de nq corresponden a impulsores con grandes dimetros y pequeos anchos de salida; son rodetes lentos. A medida que el valor de nq va incrementando su valor, la forma del impulsor va derivando hacia mayores anchos de salida y menores dimetros, hasta llegar en sus valores mximos, a los impulsores helicoidales y de flujo axial, que son los de marcha ms rpida.Figura 11 Geometra de los impulsores en funcin de la velocidad especfica.

Curvas Caractersticas de una BombaLas curvas de funcionamiento o curvas caractersticas, nos sealan grficamente la dependencia entre caudal y la altura, rendimiento, NPSHr, potencia absorbida en el eje de la bomba, etc.

Indican el comportamiento en condiciones de servicio diverso y son imprescindibles para la eleccin apropiada de una bomba.

La dependencia entre los anteriores valores, se obtienen en el banco de ensayos mediante toma de datos con diferentes grados de apertura en la vlvula de regulacin situada en la tubera de impulsin y registradas en un sistema de coordenadas rectangulares.

Estas pruebas se realizan normalmente con la bomba funcionando a velocidad constante.

Para calcular tericamente las curvas caractersticas de una bomba a distintas velocidades de funcionamiento, existe la llamada ley de afinidad (ley de semejanza de Newton), la cual nos dice: En el cambio de un numero de revoluciones nl, a otro n2, el caudal varia linealmente, la altura H varia con el cuadrado, mientras la potencia N hace aproximadamente con la tercera potencia de la relacin del nmero de revoluciones.

Estas relaciones tienen validez conjuntamente y pierden su significado en cuanto una de ellas no se cumple.

De las relaciones anteriores se deduce fcilmente:(18)

De ello se desprende que en el diagrama Q-H todos los puntos que obedecen a la ley de afinidad se encuentran situados sobre una parbola, con el vrtice en el origen y el eje de ordenadas como eje principal.

Figura 12 Curvas caractersticas de una bomba centrifuga.

Todos los puntos situados sobre una de estas parbolas son puntos semejantes obtenidos a base de modificar la velocidad de accionamiento y por tanto tienen el mismo rendimiento. Debido a esto, a estas parbolas se las denomina tambin curvas de isorrendimiento.

En las proximidades al origen de coordenadas la formulacin terica planteada anteriormente pierde validez y se separa de la realidad, obtenida mediante ensayos a diferentes velocidades y representada ms fielmente por las colinas de isorrendimiento.

No obstante, aprovechndonos de lo que nos ensea la ley de semejanza de Newton y partiendo de una curva caracterstica Q-H conocida, podremos fcilmente determinar con bastante aproximacin distintas curvas caractersticas a otras velocidades de funcionamiento.

CAPITULO 4Bombas Centrifugas

Una bomba centrfuga es uno de los tipos ms simples de equipo en cualquier planta del proceso. Su propsito es convertir energa de un primer elemento (un motor elctrico o turbina) primero en velocidad o energa cintica y luego en energa de presin de un fluido que est bombendose. Los cambios de energa ocurren en virtud de dos partes principales de la bomba, el impulsor y el en espiral o difusor. El impulsor es la parte que est girando y convierte la energa de la mquina en energa cintica. El en espiral o el difusor es la parte estacionaria que convierte la energa cintica en energa de presin. Algo que siempre debe recordarse es que una bomba no crea presin, esta solamente proporciona flujo. La presin es solamente una indicacin de la resistencia al flujo.[footnoteRef:3] [3: PDF bombas(1)]

Configuracin Bsica

El tipo ms simple de bomba centrifuga es la mquina de simple etapa, la cual consiste fundamentalmente de un elemento rotatorio, denominado impulsor, y un casco. El lquido es llevado al centro del impulsor y puesto en rotacin por las aspas del impulsor.

Debido a la fuerza centrfuga el lquido es lanzado del borde o periferia del impulsor con una considerable velocidad y presin. El casco, el cual encierra al impulsor, tiene una voluta formando un pasaje cuya rea de seccin transversal va aumentando y la cual recoge al lquido que sale del impulsor y convierte una porcin de su energa de velocidad en energa de presin. Este pasaje del casco conduce a la conexin de descarga de la bomba a la tubera que forma el sistema.

Figura 13 Bomba centrifuga.

Figura 14 Bomba centrfuga

BOMBA CENTRIFUGA DE VOLUTA

Figura 15 Bomba centrifuga de voluta

La ( Figura 15 Bomba centrifuga de voluta) muestra algunas partes bsicas de una bomba centrifuga, las cuales son:

CascoGua al lquido hacia el impulsor; recoge al lquido del impulsor y reduce su velocidad transformando parte de ella en presin o columna. Los cascos son de dos tipos: de voluta y circular.

Casco de Voluta

Los cascos de voluta proporcionan ms alta columna. La voluta es un tnel circular que aumenta su rea hacia la parte de la descarga. Como se muestra en la Figura 16. Como el rea de seccin transversal aumenta, la voluta disminuye la velocidad del lquido y aumenta la presin.

Figura 16 seccin de una Bomba centrifuga de voluta.

Casco circular.Se usan para bajas columnas y altas capacidades. Los cascos circulares tienen paletas estacionarias alrededor de la periferia del impulsor que convierten la energa de velocidad a energa de presin. Convencionalmente, los difusores son aplicados a bombas de mltiples etapas.

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

BOMBA CENTRIFUGA DE DIFUSOR

Impulsor Imparte energa al lquido por la accin de sus aspas; es el nico componente de la bomba que suministra energa al lquido. Los impulsores son clasificados de diferentes maneras: Basndose en la principal direccin de flujo con referencia al eje de rotacin: Flujo Radial Flujo Axial Flujo mixto Basado en el tipo de succin Simple succin: el lquido entra por un solo lado Doble succin: El lquido entra al impulsor simtricamente por los dos lados Basado en la construccin mecnica (Figura 17)

Cerrado: Placas que encierran las paletas Abierto Semiabierto (tipo "vortex")Figura 17 Impulsores Cerrado y Abierto.

Difusor Porcin de tubera que recoge al lquido que sale del impulsor, el mismo que an conserva alta velocidad y puede dar alta friccin, pero debido al aumento en el dimetro de esta porcin de tubera (difusor) se reduce la velocidad del lquido (y la friccin).

InductorElevador de columna, proporciona la CSPN requerida por el impulsor.

Espacio libre. Disminuye la fuga de lquido de alta energa a la entrada del impulsor.

Cubierta Cubre al casco; sostiene a los cojinetes.

EmpaquetadurasEvitan las fugas de lquido.

EjeMueve y sostiene al impulsor.

Cojinetes.- Soportan al rotor (adems del impulsor y eje).

APLICACIONES DE LAS BOMBAS CENTRFUGAS

Para una aplicacin en procesos Bomba contina general

De voluta (impulsor incorporado); de mayor aplicacin

De turbina regenerativa (fluidos calientes, mezcla de gases y lquidos)

Bombas en serie- Si las bombas son idnticas

Figura 18 Bombas en serie.

a) Bombas en paralelo

Figura 19 Bombas en paralelo, grafica de paralelo y serie.

H es la individual de cada una

Nota: en lo posible, los sistemas de bombeo deben funcionar con bombas centrfugas. Si la bomba centrfuga falla se debe usar una bomba de desplazamiento positivo

EFECTO DE LAS PROPIEDADES FSICAS DEL FLUIDO

Las propiedades fsicas del fluido que influyen en el bombeo con bombas centrfugas son la densidad (o peso especfico), presin de vapor y viscosidad.

Densidad (peso especfico, o densidad relativa). Influye sobre la potencia necesaria para el bombeo, a mayor densidad, mayor potencia necesaria para el bombeo.

Presin de vapor (Pv)Su influencia se acenta si se trabaja con lquidos calientes y est en la CSPNA . La Pv del sistema la debe ser baja para tener una CSPN razonable y evitar la cavitacin.

Viscosidad ()Influye sobre el caudal que pueda manipular la bomba Q, la columna H A que pueda desarrollar la bomba, y la eficiencia de la bomba . Adems influye sobre la columna o resistencia del sistema (aumentndolo).

Se han hecho considerables esfuerzos para determinar el efecto de la viscosidad sobre la operacin de bombas centrfugas, y el Hydraulic Institute Standards proporciona cartas que pueden usarse para predecir la operacin de bombas manipulando lquidos de diferentes viscosidades a partir del conocimiento de la operacin de la bomba manipulando agua. La Fig. 5.15, muestra el efecto de diferentes rangos de viscosidades desde 32 SSU (que corresponde al agua) hasta 4000 SSU. Aun cuando la bomba tenga una eficiencia de 76 % (en el punto de mxima eficiencia, BEP) cuando manipula agua, la eficiencia de la bomba se reduce a cerca de 20 % cuando manipula lquidos con viscosidad de 4000 SSU.

Obviamente debe hacerse una evaluacin entre bombas centrfugas y bombas de desplazamiento para tomar una decisin justificable desde el punto de vista de la economa. Pero como una regla general es que el lmite superior para usar bombas centrfugas es 2000 SSU.

Figura 20

Seleccin de una bomba

Para seleccionar una bomba debemos conocer los siguientes datos:

Caudal Altura manomtrica a vencer por la bomba o prdida de presin del circuito Valor de NPSH

A continuacin mostramos un diagrama de flujo para la seleccin de una bomba:

Figura 21 Algoritmo de seleccin de bomba.

Accesorios a instalar en una bomba

A la hora de disear un sistema de bombeo, existen una serie de accesorios que debern siempre instalarse junto con una bomba:

Figura 22Valvulas y accesorios a instalar en un circuito de bombeo.

Vlvula de mariposa Se utiliza para poder aislar el circuito de la bomba en caso de necesidad de reparacin o mantenimiento, tanto de la bomba como de cualquier otro elemento perteneciente al circuito.

Filtro Para evitar que cualquier tipo de impureza entre a la bomba y la dae.

Vlvula de bola Para aislar nicamente la bomba, tambin en caso de necesidad de reparacin o mantenimiento de la misma.

Vlvula de bola motorizadaPrimera vlvula en cerrar, por eso se encuentra accionada mediante un motor.

Manguitos anti vibratorios Evitan que durante el funcionamiento de la bomba, las vibraciones afecten a la tubera.

Manmetro Lleva el control de la presin de la bomba, en caso de sobrepasar ciertos lmites puede provocar la parada de la bomba.

Vlvula de retencin Situada siempre a la salida de la bomba, evita la inversin del flujo, situacin bastante comn en bombas al superarse ciertos valores de presin.

CAPITULO 5

COSTES DE BOMBEO

Para obtener una estimacin de la energa que se puede ahorra con un sistema determinado (caudal variable o constante, el primer paso ser conocer la energa consumida por las bombas del circuito secundario frente a la de produccin. Es evidente que la curva de demanda de la instalacin ser decisiva al fijar la adopcin de un sistema de distribucin u otro.

BOMBAS

El consumo de bombeo est dado por:

(19)

Pc=Consumo de bombeo (w)Pabs=Potencia absorbida por la bomba (w)nb=Rendimiento hidruliconm=Rendimiento mecnico

Costes de bombeo

Los costes de bombeo estn dados por:

(20)

T=Tiempo en funcionamiento (horas)Cw=Precio de la electricidad por kWh

CAPITULO 6Conclusiones y RecomendacionesCAPITULO 7Blbliografia y ANEXOS