Unidad 1 Compresores

7/24/2019 Unidad 1 Compresores

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INSTITUTO TECNOLOGICO DE

TLALNEPANTLA

EQUIPOS MECANICOS

INGENIERIA ELECTRICA


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Objetivos de un Sistema de Bombeo

Transferir liquidosdesde un punto aotro.

Circular liquidosdentro de unsistema.

1.1

Introduccin

y

ClasificacinGeneral.
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_4/How%20does%20a%20Centrifugal%20pump%20work.3gphttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_4/How%20does%20a%20Centrifugal%20pump%20work.3gphttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_4/How%20does%20a%20Centrifugal%20pump%20work.3gphttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_4/How%20does%20a%20Centrifugal%20pump%20work.3gphttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_4/How%20does%20a%20Centrifugal%20pump%20work.3gphttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_4/How%20does%20a%20Centrifugal%20pump%20work.3gp


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Bombas

Actuador primario: motores elctricos, plantasdiesel y sistemas de aire.

Sistemas de tuberias para conduccin fluidos. Valvulas para control del flujo dentro delsistema

Accesorios, control, instrumentacin, et..

Equipo final del sistema. Intercambiadores de calor, tanques, mquinas

hidrulicas, aspersores, etc..

Componentes principales de un Sistemade Bombeo.


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1.1

Introduccin

y

ClasificacinGeneral.

20% de la energa elctrica del consumomundial se aplica a bombas.

25-50% de E.E. consumida en las industriases debido a las bombas.

Se utilizan para reas: Domstica, comercial, industrial y agrcolas.

Redes Municipales y aguas de desecho.

Sistemas de Bombeo


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Carga o Cabeza o Head Resistencia propia del sistema.

2 tipos: estatica y friccional.

Carga esttica Diferencia en altura entre la fuente y elpunto de destino

Independiente del tipo de flujo

Succin de Carga Esttica (hS): subir el

liquido en relacin con la lnea de centrode la bomba.

Descarga de carga esttica(hD) : distanciavertical de la linea de centro y lasuperficie del liquido al tanque de destino.

Caractersticas del Sistema deBombeo

destination

source

Stati

chead


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Carga de friccin Resistencia al flujo en tuberia y accesorios

Depende del tamao, tipo de tubera, accesorios,valor de flujo y naturaleza del liquido

Proporcional al cuadrado del flujo o caudal Sistema de tubera cerrada (no abierta a la atmosfera

nicamente tiene carga de Friccin y no cargaestatica.

Friction

head

Flow

Caractersticas del Sistema deBombeo

Static

head

Flow


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Carga total= carga estatica + carga friccional

System

head

Flow

Static head

Friction

head

System

curve

Caractersticas del Sistema de Bombeo


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Por principio de Operacin.

Clasificacin de las Bombas

Dynamic PositiveDisplacement

Centrifugal Special effect Rotary Reciprocating

Internal

gear

External

gearLobe

Slide

vane

Others (e.g.Impulse, Buoyancy)

Pumps

Dynamic PositiveDisplacement

Centrifugal Special effect Rotary Reciprocating

Internal

gear

External

gearLobe

Slide

vane

Others (e.g.Impulse, Buoyancy)

Pumps

Las bombas estan divididas en:Rotodinamicas o centrifugas

Bombas de desplazamiento positivoDentro de estos grupos existen mchos tipos diferentes de bombas


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Las bombas estan divididas en:Rotodinamicas o centrifugasBombas de desplazamiento positivo

Dentro de estos grupos existen mchos tipos diferentes de bombas


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Tipos de Bombas

De Desplazamiento Positivo Por cada revolucin de la bomba

Una cantidad fija de liquido es llevado desde

un conector Y es positivamente descargado en otro

Si la tuberia se bloquea

Presin se eleva Se puede daar la bomba

Usada para fluidos diferentes al agua


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Bombas Reciprocantes Desplazamiento por movimiento alternativo como

de pistones o membranas

Utilizados para fluidos viscosos y pozos petroleros

Bombas Rotatorias Desplazamiento por rotaci de engranes, levas o

paletas Distintos subtipos

Usadas para servicios especiales en industria

Tipos de Bombas

De Desplazamiento Positivo


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Bombas Roto-Dinmicas Modo de operacion

Rotando el impulsor convierte energia cintica a

presin o velocidad de la bomba al fluido

2 tipos Centrifugas: 75% de todas las bombas instaladas y

su uso bsico es para agua

Efectos especiales: condiciones especiales

Tipos de Bombas


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1.2 Bombas centrfugas.- Diseo,

construccin, materiales y aplicaciones.

Como trabajan las bombas centrifugas

Liquido se forza dentro

del impulsor Alabes pasan la energia

cinetica al liquido: elliquido rota y abandonael impulsor

Carcasa de Volutaconvierte la energacintica en energa depresin.


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Componentes Rotativos y estacionarios


construccin, materiales y aplicaciones.


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Impulsor

Parte principal rotatoria que provee de aceleracin centrifuga alfluido, se construyen de acero inoxidable, bronces, aluminio,fundicin gris y polimeros (policarbonatos, pvc, abs, etc..)

Numero de impulsores = numero de etapas de la bomba

Clasificacin de Impulsor: direccion de flujo, tipo succin yforma/construccin mecnica

Flecha o eje Transfiere torque del motor al impulsor durante el arranque y

operacin de la bomba, generalmente se construye de acero

medio carbono o aleados (AISI 1045, 1060, 9840, 4140, etc..)


construccin, materiales.


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FUNDAMENTOS DE BOMBEOPRESIN: Pressure

CARGA HIDRULICA:HeadENERGA CINETICA: Kinetic EnergyENERGIA POTENCIAL: Potential Energy

TIPOS DE IMPULSORES


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Carcaza

Funcion

Encierra al impulsor como recipiente a presin se

construye generalmente de fundicion de hierro gris,maleable o nodular o aceros inoxidables.

Soporta para flecha y rodamientos,

Carcaza de Voluta

Alojamiento interno del impulsor

Balancea presin hidrulica sobre la flecha de la

bomba Alojamiento Circular

Alabes rodeando al impulsor

Utilizado para bombas multietapas


construccin, materiales


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Soportada entre rodamientos: Impulsor cargado entre 2 conjuntosde balerosImpulsor colgante : Impulsor cuelga sobre un soporte ochumacera

1.2 Bombas centrfugas.-construccin,


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1.2 Bombas centrfugas.- construccin, yaplicaciones.


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Una bomba agrega energa al incrementar la energia cintica o develocidad a un fluido.Las bombas pueden desarrollar:

Alta Presin------Bajo Caudal

Alto Caudal------Baja Presin

1.3 Clculo y seleccin de bombas centrfugas.- Curvas de operacin, eficiencia y energa.


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Voluta atrapa y convierte la energia

cintica a energa de presin.



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Potencia de la bomba del eje (Ps) es la potencia real entregada aleje de la bomba

Salida de la bomba / Hidrulica / Agua caballos de fuerza (Hp) esla potencia al lquido suministrado por la bomba

Como calcular la potencia de una bomba

Potencia Hidraulica (Hp):

Hp = Q (m3/s) x Ht, (m) x (kg/m3) x g (m/s2)

Potencia de la fleche (Ps):

Ps = Hydraulic power Hp / pump efficiency Pump

Eficiencia de la bomba (Pump):

Pump = Hydraulic Power / Pump Shaft Power

Ht= carga total (hsuc+/-hdesc+/-hf) Q=Caudal o flujo volumetrico

Densidad del fluido g aceleracin de la gravedad

1.3 Clculo y seleccin de bombas centrfugas.


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Ecuacin de gasto volumtrico Q

1

2

Por la ley de

conservacin :

m1= masa del fluido en

zona 1m2= masa del fluido en

zona 1

m1 = m2

1 2

A1 V 1 = A2 V 2Por definicin

Q1= Q2

Q = caudal volumtrico = velocidad por rea y/o volumen sobretiempo sus unidades son GPM, LPS, m3/s, ft3/hr, etc

Q = vel x Area Q = vol/t

1.3 Clculo y seleccin de bombas centrfugas.


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1.3 Clculo y seleccin de bombas centrfugas.DENSIDAD DEL AGUA


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Prdidas en Tuberas Primarias: Originadas por la friccin del fluidocontra las paredes del conductor ms el choque entre partculas del

fluido por efecto del tipo de rgimen de flujo turbulento o laminar al cual

pertenece.

Las fuentes de friccin pueden ser : paredes de la tubera,Vlvulas, Codos, TeesReductores / expansores, Las juntas de dilatacin, Tanque entradas / salidas

(En otras palabras, casi todo con lo que el fluido bombeado est en contacto o

pase a travs de l, as como el propio fluido)


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Coeficientes de Friccin - Ecuacin de Darcy Weisbach.

El coeficiente de friccin f es un adimensional, que se obtiene a partir de la experimentacin, y

depende bsicamente del tipo de material y del proceso con un acabado superficial caracterstico

interno para la tubera.

forma prctica: a partir de Moody

fforma terica: Colebrook, Swamee-Lee, Blasius, White, Drew, Koo,Prabhata, Akalank, Von Karman, etc..

Ecuacin de Darcy Weisbach: Para calcular las perdidasen tuberas.

h L= f L/D V/2g

f= factor de friccin

/D= rugosidad relativa = amplitud mxima valle- cresta de rugosidad

de la pared de un ductoD= dimetro interior del ducto

L= longitud del ducto

V = velocidad


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Informacin tcnica necesaria paracalcular una bomba

1.-Determinar las Perdidasde energa o PERDIDASDE CARGA por tuberamediante tablas o aplicando

la ecuacin de Darcy

Es necesario

conocer el tipo deflujo para

encontrar f


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2.-Determinar las Perdidasde energa o PERDIDAS

DE CARGA por accesoriosmediante tablas o aplicandola ecuacin modificada deDarcy


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Numero de Reynolds, Flujo Laminar y Flujo Turbulento

Numero de Reynolds, Es un adimensional y se define como la relacinentre fuerzas de inercia y fuerzas viscosas

= densidad(kg/m3)v = velocidad

(m/s)

D = dimetro interior del

tubo(m)

= viscosidad absoluta(kg-s/m)

= viscosidad cinemtica(= /)

Re = v D /


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Clasificacin de los flujos: Laminar Transicin y Turbulento


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Clasificacin de los flujos: Laminar, Transicin y Turbulento.

Son clasificados por su velocidad en funcin del nmero de Reynolds.

FLUJO LAMINAR Para Re < 2000

Este tipo de fluidos se caracteriza porque las lneas de flujo, son

paralelas a la lnea de centros del ducto, y se desplazan en una sola

direccin una sobre otra, sin mezclarse entre s


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FLUJO EN TRANSICIN Para Re >2000 y < 4000 .

Tipo de flujo indeseable, dado su poca estabilidad y falta de propiedades homogneas a lo largo

del ducto, nos imposibilita emplearlo eficazmente. Las lneas de flujo, se presentan en algunas

zonas paralelas a la lnea de centros del ducto similar al flujo laminar, pero inmediatamente

pueden producirse lneas de flujo caticas en todas direcciones

FLUJO TURBULENTO Re > 4000

Las lneas de flujo son caticas en todas direcciones, por lo que el perfil de velocidad cambia

bruscamente de cero en la capa frontera a valores diferentes en la lnea de centro del flujo,

presentando una forma casi plana, en el casquete aguas arriba. El comportamiento de estos

fluidos depende de la densidad, , Re y de la rugosidad relativa de las paredes internas del tubo(/D)

ECUACIONES TEORICAS PARA OBTENER EL FACTOR DE FRICCIN f EN TURBULENCIA .


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Si 2000>Re 10,000 Ec. Karman-Prandt 1/ = 2 log Re

-0.8

para zona de completa turbulencia: 1/= 2 log (3.7 d/)

Para la curva limite de zona de transicin completa: 1/ = Re /

200(d/)

Para en zona de transicin o ec. De Coolebrok 1/ = -2 log [1/ 3.7(d/)]+ [ 2.51/ Re]

Ecuacin Swamee-Jain

ECUACIONES TEORICAS PARA OBTENER EL FACTOR DE FRICCIN f EN TURBULENCIA .


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El factor defriccin para

rgimen laminar

= 64/Re

Diagrama de Mood y sus ecuaciones de Coolebrok,Swamee, etc

Para otros tipos deflujo se utiliza Moody,

que grafica:

(/D) vs. Re, yrequiere conocer

dimetro interior,

material del ducto,velocidad del fluido,

tipo de fluido y su

temperatura


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Curva de funcionamiento dela Bomba

Relacion entre carga y flujo

Incremento de flujo Incremento de la resist. Del sist

Incremento de la carga

Decremento del flujo a cero

Valor cero del flujo: riesgo deque la bomba se queme.

Head

Flow

Performance curve for

centrifugal pump



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Punto de Operacin de la Bomba

Punto de Servicio: Valorde flujo a una cierta

carga Punto de Operacin de

la Bomba: interseccionde la curva de la bomba

y la curva del sistema

Flow

Head

Static

head

Pump performance

curve

System

curve

Pump

operating

point



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1. Seleccin de la Bomba correcta

Curva de funcionamiento para bomba centrifuga.


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Bomba y Curvas delSistema

Considerar:Vlvulas de controlLos cambios de la

bombaBombeo en paraleloBombeo en Series


S l i d b b


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Seleccin de bombas

S l i d b b


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Seleccin de bombas


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Carga Total Diferencial (TDH)TDH = Descarga Total de Carga + Carga Total de SuccionCarga Total = Presin de descarga + carga de Velocidad +carga

estatica

Parametros de Funcionamiento de BombeoCARGA O CABEZA HIDRULICA: HeadCAUDAL O VALOR DE FLUJO: Flow RatePOTENCIA: Power

EFICIENCIA: EfficiencyCARGA NETA DE SUCCIN POSITIVA: NetPositive Suction Head (NPSH)CURVAS CARACTERISTICAS: CharacteristicCurves



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= Eficiencia de la bomba= lo esperado / su costop = Potencia de agua/ Potencia de operacin de bomba p = GPM x TDH / (HP x 3960)

Carga Neta de Succin Positiva (NPSH)NPSH Requerida (NPSHR)NPSH Posible (NPSHA)

NPSH es una medida de energa de presin en un lquido arriba de la presin devaporS la presin cae abajo de la presin de vapor el liquido ebulliciona(cavitacin)Todas las bombas requieren que NPSHA sea> 0Esto es llamado NPSHR

C N t d S i P iti NPSH


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Cavitacion o vaporizacion: burbujas dentro de la bomba

Si las burbujas dentro de la bomba colapsan

Erosion de las superficies de los alabes Incremento del ruido y la vibracin

Estrangulamiento de los conductos del impulsor NPSH Requerida: la succin de la bomba dada por el fabricante

Carga Neta de Succin Positiva NPSH

El NPSHdisponiblees un parmetro del sistema y debe calcularse. Nos dice que tantasuccin se puede tolerar antes que la presin alcance Psat.

NPSHrequer ido< NPSHdisponible.

Se calcula de la siguiente manera:NPSHdisponible. = hsp hs hf hvap

hsp: Cabeza de presin esttica aplicada al fluido (en escala absoluta) expresada enmetros de altura de columna del fluido.

hs: Diferencia de elevacin entre el nivel del fluido en el depsito y la entrada a labomba. Positivo cuando la bomba esta por debajo del depsito (preferido) y negativacuando est por encima del mismo.hf: prdida por friccin en la tubera de succin expresada en metroshvap: Presin de vapor del lquido a la temperatura de bombeo expresada en metros dealtura de columna del fluido.


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1 3 Clculo y seleccin de bombas centrfugas


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Cada bomba exhibe perdidas de energa internamenteEl tamao de las prdidas depende en que punto de su curva de operacin labomba es operada.

Las prdidas pueden ser mnimas o substanciales.La bomba esta diseada para un flujo especifico, a una presin especfica y a

unas RPMs especificas.Cuando el flujo se desvia del diseo original, el lquido no entra en contacto conlos alabes en el ngulo correcto y una turbulencia y mayores perdidas ocurren.

Menor prdida/mayor eficiencia, o sea Best Efficiency Point (BEP)La relacin entre potencia entregada y consumida es la eficiencia de la bombaLas perdidas pueden ser medidas por comparar la potencia hidrulica

entregada y la potencia consumida en su operacin



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1 4 B b t f i l


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Los motores de bomba de uso vertical hacen girar el impulsor y generar la velocidad

necesaria para crear la presin de descarga.

El agua fluye a travs de la parte inferior y se descarga por la parte superior de la carcasade la bomba. Como resultado, la bomba debe proporcionar algunas proteccionesincorporadas para garantizar la seguridad y proteger contra daos en el equipo.Una bomba de alta calidad tendr su motor ubicado en un compartimiento estanco y

equiparlo con sensores trmicos que apagan el motor para evitar daos por sobrecalentamiento. Las bombas tambin se debe utilizar con GFCI circuitos protegidos

1.4 Bombas centrfugas especiales,verticales y multietapas

Bombas centrfugas

verticales simple y

multietapas
http://www.alibaba.com/product-gs/232120830/Mixed_Flow_Pump.htmlhttp://www.alibaba.com/product-gs/477772466/vertical_axial_flow_pump_mixed_flow.htmlhttp://www.alibaba.com/product-gs/495760475/800HL_23_Vertical_Mixed_Flow_Pump.html


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Bombas centrfugas verticales simple y multietapas


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1 4 B b

ibl


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1.4 Bombas sumergibles.Posee el impulsor sellado a la carcasa. El conjunto se sumerge en el lquido a

bombear (agua, combustibles, drenaje, bombeo industrial general y el bombeo

de mezclas). Este tipo de bomba puede proporcionar una fuerza de elevacinsignificativa pues no depende de la presin de aire externa para hacer ascenderel lquido, adems se caracterizan por poseer sellos mecnicos para prevenir queel lquido que se bombea entre en el motor dandolo.

B b ibl ti l


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Bombas sumergibles verticalesSu diseo compacto y aerodinmico hace ideales para los pozos y otros trabajos donde elespacio es limitado. Existen bombas en tamaos de 2 6 para flujos de produccin que vandesde 45 a 790 GPM y cargas de hasta 138.

Las bombas Sumergibles tienen la ventaja de ser capaces de trabajar en la fuente de agua que sebombea. Como resultado de lo sumergible y no est sujeto a las limitaciones de altura deaspiracin de las bombas centrifugas. No requieren manguera de succin y ayudan a ahorrardinero y tiempo. La bomba est limitada slo por la cabeza de descarga que es capaz deproducir. Las bombas tambin se pueden clasificar por tamao del motor y los requisitos de

voltaje. Las unidades ms pequeas con motores de 1/ 3-1/ 2 caballos de fuerza 115-volt sonideales para uso en el hogar .

Bombas centrifugas para alta presin
http://www.alibaba.com/product-gs/393950582/Type_of_LP_vertical_pollutant_discharging.htmlhttp://www.alibaba.com/product-gs/393950582/Type_of_LP_vertical_pollutant_discharging.htmlhttp://www.alibaba.com/product-free/123572270/Vertical_Mixed_flow_pump_.html


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Bombas centrifugas para alta presin.Las bombas centrifugas de alta presin estan diseadas para utilizarse en

aplicaciones donde se requieren altas presiones de descarga y flujos bajos. Los

contratistas pueden emplearlas para equipos de limpieza en el mismo sitio de

trabajo o bien instalarlas sobre vehiculos de transporte de agua, Otros usosincluyen el riego asi como bombas de reserva de emergencia para aplicaciones

en la extincin de incendios.

Normalmente estas bombas descargan alrededor de 145 GPM y presenta cargas

> 300 pies. La bomba puede tener un 2-3 de orificio en la aspiracin y hasta trespuertos de descarga de diferente tamao para mayor versatilidad. Los impulsores

utilizados en estas bombas son un diseo cerrado y no est abierto como losutilizados en otros tipos de bombas centrfugas. Del mismo modo el difusor es

ms compacto que una voluta regular a fin de generar las altas presiones de

descarga.

Estas bombas no son capaces de manejar slidos o agua con arena, limo, arena

o desechos, esto obstruira la bomba si se le permite entrar en la carcasa.

Adems, el impulsor y el difusor puede estar hechos de aluminio en lugar dehierro fundido, ya que no estn sujetas a los materiales abrasivos. Se recomienda

que una red de malla siempre se coloque sobre el filtro de aspiracin si la bomba

est siendo utilizada en agua sucia

Bombas Centrfugas para Basura


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Bombas Centrfugas para Basura

Deben su nombre a su capacidad para manejar grandes cantidades de escombros y sonla opcin preferida de los contratistas y la industria de alquiler. Los tamaos ms

comunes estn en el rango de 2-6 en succin y produccin de flujos de 200 a 1.600GPM con cargas de hasta 150-pies.

La regla de oro es que una bomba de basura en general, puede manejar slidos esfricosde hasta del dimetro de la boca de aspiracin. Los Slidos (palos, piedras y

escombros) fluyen sin obstruirla, lo que es ideal para las condiciones del agua que seencuentran tpicamente en los sitios de trabajo.

Las Bombas de basura pueden manejar hasta 25% de slidos en suspensin envolumen. Ofrecen otra ventaja en que pueden ser rpida y fcilmente desmontables paraservicio o inspeccin. Mientras las bombas normales requieren herramientas especialesen estas bombas de residuos se puede acceder a la carcaza con herramientas comunes.Una bomba de basura cuesta ms que el estndar de las bombas centrfugas, la razn esque motores son de mayor potencia. El impulsor de hierro fundido requiere de dos

paletas de diseo y una voluta grande para manejar el mayor volumen de agua yresiduos. El sello mecnico - como el impulsor y la voluta - se selecciona por su

resistencia a la abrasin.


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1.6 Seleccin del Motor elctrico para
http://www.wastecorp.com/trashpumps/tfx.html


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Para asegurarse de que la bomba ha sido seleccionada para su correcta aplicacin los

siguientes datos son obligatorios. Si usted no puede proporcionar parte de la informacin,debe pedir la ayuda de su proveedor, para la identificacin de sus necesidades.

1.6 Seleccin del Motor elctrico paraBombas centrfugas

1.6 Seleccin del Motor elctrico para Bombas centrfugas


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En todo momento el Ingeniero deber

considerar que el motor tenga las

siguientes caractersticas econmico-

comerciales: Bajo costo

Bajo mantenimiento

Fcil de adquirir

Alto grado de proteccin

Pocos componentes

Robusto

La potencia elctrica del motor deber estar en funcin de la potencia total de

bombeo requerida por el dispositivo mecnico, y si consideramos que el motor

sea monofsico obedece a la siguiente relacin

P = 3 * V * I *En el caso de un motor trifsico ser

P = 3 * V * I * Cos P: Potencia en kW

V: Voltaje o tensin en voltios

I: corriente en amperiosCos : Factor de potencia)

1.6 Seleccin del Motor elctrico para


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1.- LA CARGA: Carga hidrulica, altura de presin o presin de entrega yes laque define la potencia y velocidad del motor.

2.- EL ARRANQUE Es el periodo en el que el motor hace la transicin desde suestado de reposo hasta su velocidad de rgimen

3.- INSTALACIN. la combinacin de altitud y temperatura de la zonageogrfica donde se instalar el motor.

4.- GRADO DE PROTECCIN Contaminacin, presencia de agentes qumicos,utilizacin en lugares abiertos o cerrados

5.- LA RED son la tensin (voltaje) y frecuencia disponibles en el rea deinstalacin

6.- TIPO DE SERVICIO: Es la frecuencia de arranque/paros por turno o periodo

de trabajo, pudiendo ser intermitente, continuo, poco frecuente, etc

Bombas centrfugasASPECTOS TCNICOS NECESARIOS

Mejora

de la

Eficiencia


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1. Seleccin de la bomba adecuada

2. El control de la velocidad de flujo por variacin develocidad

3. Bombas en paralelo para satisfacer la demandavariable

4. La eliminacin de la vlvula de control de flujo

5. La eliminacin de by-pass de control

6. Inicio / parada de la bomba

7. Ajuste correcto del Impulsor

jEnergtica

Una bomba centrifuga maneja agua a 45C en una tubera de 1.5 cedula 40, a una velocidad de 1 gps,esta se ubica en la cd de Mxico y posee las sig. Caractersticas fsicas (long. Aspiracin 3.5 m),


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esta se ubica en la cd de Mxico y posee las sig. Caractersticas fsicas (long. Aspiracin 3.5 m),calcular el NPSH disponible si el requerido ofrecido por el fabricante es de 6m


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