Post on 28-Jun-2015
Turbomáquinas:
Bombas
Turbomáquina:máquina cuyo elemento principal es un rotor a
través del cual pasa un fluido de forma continua, cambiando éste su cantidad de movimiento por
acción de la máquina, dándose así una transferencia de energía entre la máquina y el fluido,
la cual puede ser en sentido máquina-fluido o fluido-máquina
Partes de una turbomáquina
Partes rotativasRotorEje o árbol
Partes estáticas (estator)Entradas y salidasÁlabes directoresCojinetes, rodamientosSellos
BombasUna bomba es una máquina hidráulica generadora que transforma la energía mecánica con la que es
accionada en energía hidráulica del fluido que mueve.
En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema
hidráulico.
Tipos de BOMBAS
Bombas
Desplazamiento positivo
Dinámicas
Reciprocantes
Rotatorias
Centrífugas
Periféricas
Especiales
PistónEmbolo
Diafragma
Rotor simple
Rotor múltiple
AspasPistón Tornillo
Flujo radial
Flujo mixto
Flujo axial
Unipaso
Multipaso
Eléctromagnéticas
EngranesLóbulosTornillos
SELECCIÓN DE BOMBAS
Selección de bombas 1. Naturaleza del fluido
Selección de bombas 2. Capacidad requerida (caudal)
Selección de bombas 3. Condiciones de succión
Selección de bombas 4. Condiciones de descarga
Selección de bombas 5. Carga total sobre la bomba (hA)
Selección de bombas 6. Tipo de sistema
Selección de bombas 7. Tipo de fuente de potenca
Selección de bombas 8. Limitaciones físicas
Selección de bombas 9. Costos de operación
Selección de bombas
1. Tipo de bomba y fabricante2. Tamaño de bomba3. Tamaño y tipo de conexión de succión4. Tamaño y tipo de conexión de descarga5. Velocidad de operación6. Especificaciones para el impulsor7. Tipos de acoplamiento (fabricante modelo)8. Detalles de montaje9. Materiales y accesorios10. Diseño
Tipos de BOMBAS
Bombas
Desplazamiento positivo
Dinámicas
Reciprocantes
Rotatorias
Centrífugas
Periféricas
Especiales
PistónEmbolo
Diafragma
Rotor simple
Rotor múltiple
AspasPistón Tornillo
Flujo radial
Flujo mixto
Flujo axial
Unipaso
Multipaso
Eléctromagnéticas
EngranesLóbulosTornillos
DE DESPLAZAMIENTO POSITIVOUna bomba es de desplazamiento positivo, cuando su órgano propulsor contiene elementos móviles de modo tal que por cada revolución se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, independientemente de la contrapresión a la salida.
AMPLIO RANGO DE VISCOSIDADES
Se dice que las bombas de desplazamiento positivo son las que desplazan una cantidad constante de liquido,
independientemente de la presión del sistema.
De lo mas usada, fiable, sencilla, poco sensible a la suciedad.Diversas viscosidades
Presiones:100 -270 bar 10-27 Mpa 1500-4000 psi
Flujo: depende de velocidad y tamaño de engranes.
Velocidad: hasta 4000 rpm
Caudal: 1-50 gal/min
BOMBAS de engraness-unsupported
BOMBAS de pistóns-unsupported
RADIALAXIALANGULAR (DENISON)
BOMBAS de pistóns-unsupported
ANGULAR (DENISON)Versátil, eficiente, fuerte, robusta.Caudal dinámicoConjunto rotativo y de controlOpera en:Altas temperaturasVacíoPresiones:Alta presión y elevada viscosidadIdeales para P>2000 psi
Flujo: depende de velocidad y carrera de pistones
Velocidad: hasta 3600 rpm
Caudal: variable
BOMBAS de aspas
Caudal regulable (0 - máx)(manual, eléctrico, hidráulico, neumático)Compensador de presion pilotado
Presión: 2000 – 4000 psiCilindrada: 16 – 100 cm³ / revCaudal: hasta 200 Lt/min
BOMBAS de tornillo-unsupported
A diferencia de las de pistón engranes o aspas, proveé flujo contínuo
Útiles como bombas de vacío
Presión nominal: 2000 psiCaudal: hasta 1800 Lt/min
Mod. Arquimides; grandes caudales
BOMBAS de cavidad progresivaunsupported
Flujo suave y CONTINUOÚtil para proveer fluidos de procesosFluidos con granulosFluidos de alta viscosidad
Rotor de acero cromadoEstator recubierto de caucho
Presión nominal: hasta 900 psiCaudal: hasta 7000 Lt/min
BOMBAS de lóbulosunsupported
Bomba de levasSimilar a la de engranes (2 rotores)Pero de mayor caudalFlujo sin pulsosBaja presión nominalHigienica (Ind. Alimenticia)Bajo ruido
Niveles de vacío de hasta 0.01 mbar
Presión nominal: hasta 30 barCaudal: 3 – 1015 Lt/100 rev
BOMBAS de piston para transferencia
Simplex Duplex
Ideales para transferencia de fluidos
Alta corrosividadViscosidad mediaAltas temperaturasHasta 75% sólidos
BOMBAS de diafragma
Control manual, eléctrica, neumática
Auto-purgaFácil mantenimientoNo sellos mecánicos o giratoriosLimpia (poca contaminación)Aplicaciones: desde industria de la construcción hasta alimentos y tratamiento médico.
BOMBAS peristálticas
Típicamente usados para bombear fluidos limpios o estériles o fluidos “agresivos”; cervecerias, ind. cosmética, química, etc.Pueden funcionar en seco .Relativamente baratas.Mantenimiento simple.Manejo lodos hasta 50% sól.Presión: hasta 16 barCapacidad: hasta 350 gal/minAmplio rango de viscosidades.
RENDIMIENTO
Bombas de desplazamiento positivo1. Útiles para fluidos como: agua, aceites hidráulicos en sistemas de potencia, gasolina, grasas adhesivos, etc.
2. Útiles para fines de medición (caudal α rpm)
3. En general útiles para sistemas de alta presión
4. Una desventaja es la susceptibilidad a daño por sólidos, necesidad de válvula de alivio.
RENDIMIENTO
bombas reciprocantes
RENDIMIENTO bombas rotatorias
Bombas CINÉTICAS (Dinámicas)
Las bombas cinéticas suministran energía continuamente a un fluido que circula por el interior de los elementos de la bomba. Esta transmisión de energía es frecuentemente realizada por una pieza dotada de álaves que recibe energía mecánica de un eje. Las bombas cinéticas son también llamadas de bombas ROTODINÁMICAS.
Bomba que emplea la conversión de energía mecánica en energía cinética.
De chorroCentrífugasFlujo mixto
AxialesDe tubo Pitot
Empleadas principalmente para distribución y abastecimiento de agua, combustible, etc.
Bombas de CHORRO o eyector (jet pump)
Auto-empuje, sirven para elevar fluidos con ayudad del mismo.Aplicaciones de refinería, destilación, condensación, etc.No piezas rotativas.Fabricación en cualquier tamaño.
Bombas Centrífugas
Bombas más utilizadas para desplazar fluidos (agua) en la industria.
VOLUTA descarga espiral que transforma velocidad en presión estática.
DIFUSOR álabes directores con expansión gradual.
TURBINA ésta produce remolinos a velocidades muy altas.
Bombas Centrífugas
Veticales: Eje de giro en posición vertical. Debe operar siempre inmersa en fluido.
Horizontales: Eje de giro horizontal, funcionamiento en seco.
Bombas Centrífugas
Aumenta energía cinética por fuerza centrifuga.Puede emplearse para elevar presión con difusores de descarga en serie.
Requieren purgado.
Caudal: De 10 a 22000 gal/min
Presión: Hasta 20 bar.
Altura manométrica:Hasta 165 m.
Velocidad: hasta 3600 rpm.
Bomba axial
Circulacion contínua de fluidos corrosivos / abrasivos. Procesos de cristalización evaporación.
Requieren purgado.
Caudal: Hasta 80000 m³/hr
Presión: Hasta 10 bar.
Altura manométrica:10 m.
Velocidad: hasta 3600 rpm.
Bomba de tubo de PITOT
Bomba centrífuga de alta presión.Caudal: Hasta 80000 m³/hr
Presión: Hasta 230 bar.
Velocidad: hasta 6800 rpm.
Bomba de flujo mixto
Alto caudal relativa baja carga.
Utilies en empresas petroleras, petroquímicas y agrícolas.
Caudal: De 1350 m³/h
Presión: Hasta 10 bar.
Altura manométrica:De 1.5m a 50m.
Velocidad: hasta 3600 rpm.
Bomba sumergible
Impulsor sellado al estator (carcasa).Fuerza de elevación significativa al no depender de la presión de aire externa.
Aguas residuales y combustible.Usualmente eléctricas.
Caudal: Hasta 170 m³/h
Presión: Hasta 6 bar.
Inmersión:Hasta 14 m.
Velocidad: hasta 3600 rpm.
Bomba sumergible
Impulsor sellado al estator (carcasa).Fuerza de elevación significativa al no depender de la presión de aire externa.
Aguas residuales y combustible.Usualmente eléctricas.
Caudal: Hasta 170 m³/h
Presión: Hasta 6 bar.
Inmersión:Hasta 14 m.
Velocidad: hasta 3600 rpm.
RENDIMIENTO
Bombas CINÉTICAS
1. Existe una fuerte dependencia entre la capacidad y la presión que debe desarrollar.
2. Difícil calcular el rendimiento hA vs Q (ley general de energía)
RENDIMIENTO
Bombas CINÉTICAS
RENDIMIENTO
Bombas CINÉTICAS
Bombas CENTRÍFUGAS
LEYES de AFINIDAD
Como varían:CAPACIDAD, CARGA, POTENCIA
Al modificarse: Velocidad, tamaño impulsor
LEYES de AFINIDAD
Variación de velocidad: (sin cambios en eficiencia)
a) Capacidad
b) Carga
c) Potencia
LEYES de AFINIDAD
Variación del diámetro del impulsor:(sin cambios en eficiencia)
a) Capacidad
b) Carga
c) Potencia
Ejercicio 1.
Suponga que la bomba cuyos datos están graficados a continuación, opera a una velocidad de rotación de 1750 rpm, y que el diámetro del impulsor es de 13 in. Determine: la carga que daría lugar a una capacidad de 1500 gal/min y la potencia que se necesitaría para impulsar la bomba. Calcule también el rendimiento para una velocidad de 1250 rpm.
Datos del fabricante B. centrífugas
Efecto del tamaño del impulsor
Rendimiento de Bomba centrífuga 2 X 3 – 10 a 3500 rpm. Para diferentes diámetros
Efecto del tamaño del impulsor
Rendimiento de Bomba centrífuga 2 X 3 – 10 a 1750 rpm. Para diferentes diámetros
Potencia requerida
Rendimiento de Bomba centrífuga 2 X 3 – 10 a 3500 rpm. Para diferentes diámetros de impulsor, con la potencia requerida.
Eficiencia conjunta
Rendimiento de Bomba centrífuga 2 X 3 – 10 a 3500 rpm. Para diferentes diámetros de impulsor. Grafica de rendimiento
Carga de succión neta positiva
Rendimiento de Bomba centrífuga 2 X 3 – 10 a 3500 rpm. Para diferentes diámetros de impulsor. Grafica carga de succión neta positiva requerida.
Carga de succión neta positiva
Gráfica de rendimiento de una Bomba centrífuga 2 X 3 – 10 a 3500 rpm.
Ejemplo 2.
Una bomba debe entregar al menos 250 gal/min de agua, a una carga total de 300 ft de agua.
Especifique la bomba adecuada. Mencione sus características de rendimiento.
Ejercicio 1.
¿A qué carga operará con su eficiencia más alta una bomba centrifuga de 2 X 3 – 10 con un
impulsor de 8 in?. Mencione la capacidad de la bomba, potencia que requiere, eficiencia y NPSH
necesaria a dicha carga.
Ejercicio 1.
Carga de succión neta positiva
Gráfica de rendimiento de una Bomba centrífuga 2 X 3 – 10 a 3500 rpm.
Impulsores de velocidad variable
Variadores de velocidad (PWM).Transmisiones mecánicas..
- Mejor control de procesos- Control de la tasa de cambio- Menor desgaste
Efecto de la viscosidad del fluido
- Se incrementa la potencia requerida- Disminuye el flujo entregado contra una carga dada- Baja eficiencia
Bombas operando en paralelo
Sistemas con caudales con mucha variación.
Bombas operando en serie• Dirigir la salida de una bomba a la entrada de otra permite operar . con la misma capacidad con carga igual a la suma de las dos• Permite operar contra grandes cargas• Bombas de etapas múltiples
Selección de bomba y velocidad específica
1. Bombas recíprocas para caudales superiores a 500 gal/min y cargas desde muy bajas hasta 50000 ft.
2. Centrifugas en un amplio rango de caudales (alto a moderado).
3. Centrifugas de etapa única a 3500 rpm son económicas a bajos flujos y cargas moderadas.
4. Centrifugas de etapas múltiples son deseables en aplicaciones de carga elevada.
Selección de bomba y velocidad específica5. Se emplean bombas rotatorias ( engranes, aspas, paletas, etc.) en aplicaciones de capacidades moderadas y cargas grandes y/o viscosidades altas.
6. Las bombas centrífugas especiales (de velocidad alta), son empleadas para cargas altas pero caudales moderados. (Bombas movidas por turbinas de vapor o gas)
7. Se usan bombas de flujo mixto y axial para caudales muy grandes y cargas pequeñas.
8. Otro parámetro útil es la velocidad específica.
Selección de bomba y velocidad específica
Selección de bomba y velocidad específica
Ejercicio 1. Para cada conjunto de condiciones de operación, mencione un tipo apropiado de bomba:
a) 500 gal/min de agua a 80 ft de cargab) 80 gal/min de agua a 800 ft de cargac) 8000 gal/min de agua a 200 ft de cargad) 8000 gal/min de agua a 80 ft de cargae) 8000 gal/min de agua a 12 ft de carga
Selección de bomba (Ns Ds)
Gráfica de rendimiento de una Bomba centrífuga 2 X 3 – 10 a 3500 rpm.
Selección de bomba (Ns Ds)
Gráfica de rendimiento de una Bomba centrífuga 2 X 3 – 10 a 3500 rpm.
Carga de succión neta positiva
Se desea operar una bomba a 1750 rpm por medio de un motor eléctrico de 4 polos. Para cada una de las condiciones siguientes, calcule la velocidad específica. Después emita una recomendación acerca de la recomendación de un tipo de bomba (axial, mixta o radial) en base a la gráfica anterior.
a) 500 gal/min de agua a 80 ft de carga total.
b) 500 gal/min a 800 ft de carga.
c) 8000 gal/min de agua a 12 ft de carga.
Costos de ciclo de vida
para sistemas de bombeo de fluidos
1. Costo inicial (bomba, tubería, accesorios, controles)
2. Costo de instalación y puesta en marcha
3. Costo de la energía necesaria para impulsar bomba
4. Costos relacionados con la administración y/o supervisión del sistema.
5. Costos de MP y MC
6. Costos de producción por tiempo muerto en MP, MC
7. Costos ambientales
8. Costos de desmontaje
Minimizar costos (energía)
Sistemas que operan de manera contínua o en periódos largos.
1. Análisis cuidadoso del sistema ( hL, punto de operación)
2. Reconocer que las pérdidas por fricción son proporcionales a la velocidad (al cuadrado de la velocidad). Tamaño de bomba
3. Utilizar el tamaño práctico mas grande de tuberías. Mayor diámetro menor velocidad pero mayor costo.
4. Ajustar la bomba a los requerimientos de carga y capacidad para evitar sobredimensionar la bomba y operar en baja eficiencia.
5. Utilizar motores eléctricos de alta eficiencia
6. Considerar el uso de impulsores de velocidad variable.
7. Considere bombas en paralelo según requerimientos de sistema
8. Proporcionar MP's para evitar fallas y/o mengua de rendimiento.
Minimizar costos (energía)
Sistemas que operan de manera contínua o en periódos largos.
Ejercicio de diseño:
Diseñe un sistema para bombear agua a 140°F, de una cisterna que está bajo un intercambiador de calor a la parte superior de una torre de enfriamiento, como se ilustra en la figura. El flujo volmétrico deseado es de 200 gal/min.