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7/27/2019 guia8bombas

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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

FRANCISCO DE MIRANDA

AREA DE TECNOLOGIA

ASIGNATURA: EQUIPOS MAQUINAS E INSTALACIONES INDUSTRIALES.

PROFESORA: MSc. ZOILA PONTILES DE HERNANDEZ.

UNIDAD I.

GUIA 8

Bombas.

1. Definicin.Son mquinas hidrulicas, donde un dispositivo mecnico cede energa a un fluidode trabajo.

2. Clasificacin Bombas de Desplazamiento Positivo Bombas Dinmicas

2.1. Bombas de Desplazamiento Positivo. Son mquinas en las que el dispositivo mecnico cede energa a pequeos

volmenes de fluidos, aprisionndolos entre dos superficies para luegodescargarlo. Las bombas de desplazamiento positivo operan forzando a un volumenfijo de lquido a ir desde la zona de presin de entrada de la bomba hacia la zonade descarga. Esto se lleva a cabo intermitentemente en el caso de las bombasreciprocantes y continuamente, en el caso de las bombas rotativas de tornillo yengranaje. Las bombas de desplazamiento positivo operan a una velocidad rotativamenor que las bombas dinmicas y tienden a ser fsicamente ms grandes que lasbombas dinmicas de igual capacidad.

Se clasifican en: Bombas Reciprocantes o de Movimiento Alternativo, entre las que seencuentra las de Pistn, mbolo y Diafragma. Bombas Rotatorias, entre las que se encuentran las de Engranajes, Tornillo oGusano.

2.1.1. Bombas Reciprocantes.Son aquellas que mediante un movimiento oscilante de alguna superficie lograaprisionar el fluido en una cavidad, suministrndole la presin necesaria. El caudal

no es constante, sino que flucta con el movimiento oscilatorio de la superficie queacta como impulsor. En general, la accin de las piezas de transferencia del lquido


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2

en esas bombas es la misma, puesto que se hace que avance y retroceda en unacmara unpistn cilndrico, un mbolo o un diafragma redondo.

Mientras est abierta la descarga esta cerrada la succin.

2.1.2. Bombas Rotatorias.Son mquinas en las que se aprisiona el lquido entre dos superficies, aumentandosu presin, y luego darle impulso. El desplazamiento del lquido se produce debido ala rotacin de uno o ms miembros dentro de una carcasa estacionaria.Existen 3 tipos:

-De engranaje-De tornillo-De gusano


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2.2. Bombas Dinmicas.Las bombas dinmicas operan desarrollando una velocidad de lquido alta yconvirtiendo la velocidad en presin en un pasaje de difusin de flujo. Tienden atener una eficiencia menor que las bombas de desplazamiento positivo, pero operana una velocidad relativamente alta para permitir un caudal de flujo alto en relacincon el tamao fsico de la bomba. Las bombas dinmicas suelen tenerrequerimientos mucho menores de mantenimiento que las bombas dedesplazamiento positivo.

2.2.1. Bombas centrfugas:Son turbo-mquinas hidrulicas donde un rotor provisto de labes le cede energa

al fluido de trabajo mediante la accin de la fuerza centrfuga. El funcionamientoconsiste en un impulsor o rodete que gira dentro de una caja circular. Se aplicapotencia de una fuente externa al aje que hace girar al impulsor dentro de la

carcasa estacionaria. Las hojas del impulsor al girar a alta velocidad producen unareduccin de presin a la entrada del impulsor, esto hace que fluya lquido alimpulsor desde la tubera de succin. El fluido entra a la bomba cerca del eje delimpulsor y es llevado hacia fuera por la accin centrfuga, abrigndolo a salir a lolargo de las paletas a velocidades tangenciales crecientes. La energa cintica delfluido aumenta desde el centro del impulsor hasta los extremos de los labes. Estacarga de velocidad se convierte en carga de presin conforme pasa el lquido a lacmara espiral y de hay a la descarga.


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Bomba centrfuga, disposicin, esquema y perspectiva

2.2.2. Caractersticas. Son mquinas sencillas. Tiene bajo costo inicial. El flujo es uniforme (sin pulsaciones) Requieren pequeos espacios para su instalacin. Bajos costos de mantenimiento. Funcionamiento silencioso.

Capacidad de adaptacin para su empleo con unidad motriz de motor elctrico ode turbina.


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2.2.3. Componentes.

Los elementos constructivos de que constan son:

a) Una tubera de aspiracin, que concluye prcticamente en la brida de aspiracin.

b) El impulsor o rodete, formado por una serie de labes de diversas formas quegiran dentro de una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente al eje y esla parte mvil de la bomba.

El lquido penetra axialmente por la tubera de aspiracin hasta el centro delrodete, que es accionado por un motor, experimentando un cambio de direccin mso menos brusco, pasando a radial, (en las centrfugas), o permaneciendo axial, (en

las axiales), adquiriendo una aceleracin y absorbiendo un trabajo.La carcasa, (voluta), est dispuesta en forma de caracol, de tal manera, que laseparacin entre ella y el rodete es mnima en la parte superior; la separacin vaaumentando hasta que las partculas lquidas se encuentran frente a la abertura deimpulsin; en algunas bombas existe, a la salida del rodete, una directriz de labesque gua el lquido a la salida del impulsor antes de introducirlo en la voluta.

c) Una tubera de impulsin.- La finalidad de la voluta es la de recoger el lquido agran velocidad, cambiar la direccin de su movimiento y encaminarle hacia la bridade impulsin de la bomba. La voluta es tambin un transformador de energa, ya que

disminuye la velocidad (transforma parte de la energa dinmica creada en elrodete en energa de presin), aumentando la presin del lquido a medida que elespacio entre el rodete y la carcasa aumenta.

d) Otros elementos

Elementos rotatorios: Eje (Hace girar el rotor)

Elementos estticos: Carcasa (sostiene el sistema)Cojinete (sostiene al eje)

Sello (evitan fugas de fluidos)

2.2.4.Clasificacin. Segn el flujo de fluido, se pueden clasificar en radiales, semi-radiales yaxiales.

Radial: cuando el flujo entra en forma axial y sale en forma radial, es decirperpendicular al eje del impulsor. Se usan para bombear caudales relativamentepequeos venciendo desniveles relativamente altos, es decir, tiene una relacinH/Q alta


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6

Semi-radial o flujo mixto: entra semiaxialmente y sale en forma radial, openetra axialmente en el impulsor y sale en una direccin intermedia entreradial y axial. Se usa para caudales y alturas moderados. Tiene una relacinH/Q media

Axial: entra y sale de forma axial. Se usa para elevar grandes caudales soalturas reducido. Relacin H/Q baja.

Segn el tipo de impulsor, se pueden encontrar cerrados, semi-cerrados yabiertos.Cerrados, estn conformados por dos tapas y forman entre ellos ductos. Se

emplean para fluidos limpios y suelen ser los ms eficientes.

Semi-cerrados, los labes se encuentran fijos a un solo lado quedando al otrodescubierto. Se emplean para manejar fluidos limpios y relativamente sucios.(presentan slidos y son viscosos)

Abiertos, se fijan al eje como si fueran hlices, se emplean para fluidosresiduales.


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Segn el nmero especfico de revoluciones.En las bombas centrifugas,la relacin de caudal suministrado a la altura delimpulsor hace que el rodete tenga una forma determinada. Esta relacin seexpresa por el nmero especfico de revoluciones. ( velocidad especfica)

43

2

1

*H

QNNs

Donde:N: revoluciones por minuto.Q: Caudal a manejarH: carga requerida

Ns UsosRadial 40 - 80 Alta carga Bajo caudalSemiradial 80 600 Carga y caudal medio

Axial 600 - 1800 Baja carga Alta caudal

Segn el eje de rotacin de una bomba puede ser horizontal o vertical, (raravez inclinado).

Bombas horizontales.- La disposicin del eje de giro horizontal presupone que labomba y el motor se hallan a la misma altura; ste tipo de bombas se utiliza parafuncionamiento en seco, exterior al lquido bombeado que llega a la bomba pormedio de una tubera de aspiracin. Las bombas centrfugas, sin embargo, no debenrodar en seco, ya que necesitan del lquido bombeado como lubricante entre arosrozantes e impulsor, y entre empaquetadura y eje.Como no son autoaspirantes requieren, antes de su puesta en marcha, el estarcebadas; esto no es fcil de conseguir si la bomba no trabaja en carga, estando porencima del nivel del lquido, que es el caso ms corriente con bombas horizontales,siendo a menudo necesarias las vlvulas de pie, (aspiracin), y los distintos sistemasde cebado.Como ventajas especficas se puede decir que las bombas horizontales,(excepto para grandes tamaos), son de construccin ms barata que las verticales

y, especialmente, su mantenimiento y conservacin es mucho ms sencillo y

econmico; el desmontaje de la bomba se suele hacer sin necesidad de mover el


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motor y al igual que en las de cmara partida, sin tocar siquiera las conexiones deaspiracin e impulsin.Bombas verticales.- Las bombas con eje de giro en posicin vertical tienen, casisiempre, el motor a un nivel superior al de la bomba, por lo que es posible, alcontrario que en las horizontales, que la bomba trabaje rodeada por el lquido abombear, estando, sin embargo, el motor por encima de ste

3. Seleccin de la bomba a emplear.Para seleccionar el tipo de bomba ms econmica, se deben tomar en cuenta lossiguientes aspectos del diseo de servicio de bombeo ya que tienen la mayorinfluencia, usualmente en este orden:

1. Caudal de flujo2. Requerimientos de cabezal3. Requerimientos de mantenimiento, confiabilidad4. Viscosidad a temperatura de bombeo y ambiente5. Requerimientos de control de flujo.La seleccin del estilo particular de construccin, dentro de un tipo general, estinfluenciada principalmente por:1. Presin de descarga2. NPSH disponible3. Temperatura del fluido4. Restricciones de instalacin y oportunidades, tales como limitaciones de espacio,montaje en lnea, montaje directo de la bomba en un recipiente de proceso, etc.

Una vez que el trabajo de una bomba est por completo especificado, es posibleseleccionar su tipo, de acuerdo a las caractersticas generales de las bombas quese presenta a continuacin.

Centrfuga Desplazamiento PositivoFlujoRadial

FlujoMixto

FlujoAxial

Rotatoria Reciprocante

Carga Alta, hasta600ft en unaetapa;

mltiplesetapas hasta6000lb/plg2

Intermediahasta 200ft

Baja, hasta60ft

Intermedia,hasta600lb/plg2.

Los ms altadisponible hasta100000Lb/plg2.

Capacidad Baja, de 100 a2000 gal/min.

Intermediahasta16000gal/min

Alta, hasta100000gal/min

Intermediahasta500gal/min.

Intermedia, hasta500gal/min.

LquidosManejados

Limpios osucios.

Alto contenidode slidos

Abrasivo Hastaviscosidadesaltas, noabrasivo.

Limpio, sin slidos.

Los valores numricos solo pretenden ser representativos, se pueden encontrarexcepciones.


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3.1.Datos de los fabricantes de Bombas Centrfugas.Un valor que ayuda a la seleccin del tipo de bomba a emplear es la VelocidadEspecfica.La Velocidad Especficaes la velocidad en r.p.m. a la cual una bomba tericageomtricamente similar a la bomba real operara a su eficiencia ptima si seproporcionara para suministrar 1 gal/min contra una carga total de 1pie.La velocidad especfica sirve como un ndice conveniente del tipo de bomba real,usando la capacidad y carga obtenidas en el punto de eficiencia mxima.Se puede determinar la Ns a partir de

75.0

*

H

QnNs

donde:

Ns = velocidad especifica, rpmn = velocidad real de la bomba, rpmH = carga total por etapa, piesQ = capacidad de la bomba en gal/min a una velocidad n y una carga total z.Z seria la sumatoria de las cargas de cada etapa en bombas multi-etapas.

En la figura tomada del libro Faoust de Operaciones Unitarias, muestra que elintervalo normal de velocidades especificas de bombas de succin simple paravarios diseos de impulsor, est entre 500 y 15000.


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Los impulsores que tienden a promover el flujo radial, opera a las velocidadesespecficas mas bajas hasta 1200r.p.m. Los impulsores de flujo mezclado, queproducen flujo axial y radial operan entre 1200 a 9000r.p.m y los impulsores deflujo axial operan a velocidades especificas mas altas entre 9000 y 15000r.p.m.

Ejemplo:Se desea bombear un lquido con propiedades similares a las del agua, a unavelocidad de 300gal/min contra una carga de 70 pies Qu tipo de bomba debeusarse? recomendar tamao.Solucin:Primeramente por la carga y el caudal se determina que tipo de bomba se debeemplear, una centrfuga, una reciprocante o rotatoria.

Como se trabaja con velocidades altas (caudales) y baja carga se recomienda unbomba centrfuga.Para determinar el tipo de flujo e impulsor se requiere calcular el Ns, para eso seasume un r.p.m de 1800, una velocidad razonable para este tipo de bombas.Se aplica la ecuacin y se obtiene Ns = 1288, la cual cae dentro del intervalo debombas de flujo mezclado.

CABEZAL

Cabezal total (H)

Anteriormente se le conoca como cabezal total dinmico y para un sistema en

particular (figura 1a), es igual al cabezal total de descarga (h d) menos el cabezal

total de succin (hs); o ms el cabezal total de levantamiento (figura 1b).

Figura 1a

Cabezalesttico

total

Cabezalestticode descarga

Cabezalestticode succin


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11

Figura 1b

Se recomienda calcular los cabezales de succin y descarga por separado con la

finalidad de visualizar cualquier situacin anormal o problemtica, sobre todo en el

cabezal de succin.

Cabezal total de succin (hs)

Existe cuando el reservorio de lquido est situado por encima de la lnea central

de la bomba. En una instalacin existente, hs ser igual a la lectura del manmetro

de la brida de succin convertida a pie de lquido y corregida a la lnea de elevacin

central de la bomba, ms el cabezal de velocidad en pie de lquido existente en el

punto donde est colocado el manmetro. Esta aseveracin se puede demostrar

matemticamente como sigue:

De la figura 1a:

hs =P x 144

Z - h1

1 L

Cabezal total de succin para una instalacin existente

Aplicando Bernoulli entre los puntos 1 y 2

Cabezalestticototal


Cabezal estticode levantamiento

Cabezalesttico

de descarga


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12

v

2g+ Z +

P x 144=

v

2g+ Z +

P x 144+ h

1

2

1

1 2

2

2

2

L

pero v1 = 0 ; Z2 = 0

P x 144 + Z - h v2g

P x 14411 L

2

2

2

hs = presin leda en el manmetro + cabezal de velocidad

Cabezal total de levantamiento.

Existe cuando el nivel de lquido est situado debajo de la lnea central de labomba (figura 1b) y es igual al levantamiento esttico de succin, ms todas lasprdidas por friccin en la lnea de succin, incluyendo las de entrada. En unainstalacin existente, el cabezal total de levantamiento es igual a la lectura de

la columna de mercurio o del manmetro de vaco en la brida de succin,convertida a pie de lquido bombeado y corregida por elevacin con respecto a lalnea central de la bomba, menos el cabezal de velocidad en pie de lquido en elpunto de conexin del manmetro.

Esta aseveracin se puede demostrar en trminos matemticos utilizando la figura

1b, como sigue:

Cabezal total de levantamiento = Z + h -P x 144

1 L

1

Cabezal total de levantamiento = cabezal total de succin (es un trmino

negativo cuando se trabaja en presiones

manomtricas)

Aplicando Bernoulli entre los puntos 1 y 2

v

2g+ Z +

P x 144=

v

2g+ Z +

P x 144+ h

1

2

1

1 2

2

2

2

L

pero v1 = 0 ; Z2 = 0 ; Z1 es negativo

- ZP x 144

=v

2g

P x 144+ h1

1 2

2

2

L

Z hP x 144

= -v

2g

P x 1441 L

1 2

2

2

Cabezal total de levantamiento = v

2g

-P x 1442

2

2


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Pero, P2 es presin de vaco por lo tanto:

Cabezal total de levantamiento = presin manomtrica - cabezal de velocidad

Cabezal total de descarga (hd).Es la suma de:

1. Cabezal esttico de descarga

2. Todas las prdidas por friccin en la lnea de descarga

3. La presin en la cmara de descarga (ejemplo: tanque cerrado)

4. Prdidas por expansin sbita (como en la caja de agua de un

condensador), entre otros.

Para una instalacin existente, el cabezal total de descarga ser la lectura

correspondiente al manmetro de la brida de descarga convertida a pie de lquido,

en el punto de localizacin del manmetro ms el cabezal de velocidad en pie de

lquido. La figura 2, muestra una representacin grfica, para el clculo del cabezal

de descarga para seis configuraciones tpicas. Para estos sistemas las presiones

son manomtricas, he representa las prdidas de salida en el punto B y h fdrepresenta las prdidas por friccin desde A hasta B.

D

A

B

Pd

h = D+ h + h + Pd fd e d

I

D

A

B

h = D+ h + hd fd e

II

D

A

B

h = D+ h + hd fd e

III


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14

Figura 2

Configuraciones para el clculo del cabezal total de descarga

CAPACIDAD.La capacidad (Q) normalmente se expresa en galones por minuto (gpm). Como los

lquidos son esencialmente incompresibles, hay una relacin directa entre la

capacidad en una tubera y la velocidad de flujo.

Esta relacin es como sigue:

Q = A x V o V = Q / A

Donde A = la rea de tubera o canalizacin en pies cuadrados.

V = la velocidad de flujo en pies por segundo.

POTENCIA Y EFICIENCIA

El trabajo realizado por una bomba es una funcin de la cabeza total y el peso del

lquido bombeado en un lapso de tiempo dado. La capacidad de la bomba en gpm y la

gravedad especfica lquida normalmente se usa en las frmulas en lugar del peso

real del lquido bombeado.

DD D

12

A

B

h = D+ h + hd fd e

IV-a

DD

1

A

B

h = D+ h + hd fd e

IV-b

A

h = (-D)+ h + hd fd e

D

B

V


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15

La bomba entr o caballo de fuerza del freno (el bhp) es el caballo de fuerza real

entregado al rbol de la bomba. Bombee rendimiento o el caballo de fuerza

hidrulico (whp) es el caballo de fuerza lquido entregado por la bomba. Estas dos

condiciones estn definidas por las siguientes frmulas.whp = Q x TDH x Sp. Gr. / 3960

bhp = Q x TDH x Sp. Gr. / (3960 x Pump Efficiency)

La constante 3960 son obtenidos dividiendo el nmero o pie - libras para un caballo

de fuerza (33,000) por el peso de un galn de agua (8.33 libras.)

El caballo de fuerza del freno o entr a una bomba es mayor que el caballo de

fuerza hidrulico o rendimiento debido a los siniestros pendiente mecnicos e

hidrulicos en la bomba. Por consiguiente la eficacia de la bomba es la proporcin

de estos dos valores.

Pump Eff = whp / bhp = Q x TDH x Sp. Gr. / (3960 x bhp)

CABEZAL NETO DE SUCCIN POSITIVO.

Cabezal neto de succin positivo requerido (NPSHR)

Se refiere al cabezal neto de succin positivo requerido en la brida de entrada de

la bomba, o en la lnea central del impulsor, segn haya sido sealado por el

constructor, para una operacin satisfactoria a las condiciones nominales

especificadas. Este trmino, representa el cabezal necesario para que el lquido

fluya sin vaporizarse, desde la entrada de la bomba hasta el punto en el ojo del

impulsor, donde los labes comienzan a impartir energa al lquido. Es una

caracterstica individual de cada bomba y est determinada por la prueba del

suplidor. Es una funcin del diseo del impulsor, del cuerpo de la bomba y de la

velocidad de rotacin empleada.

El Ingeniero debe ser muy cuidadoso, motivado a que este parmetro es funcin

del lquido que se bombea. Los lquidos puros tienden a causar un requerimiento alto

de NPSHR, porque stos se vaporizan a la misma condicin de presin y


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temperatura. Los flujos de mezclas lquidas tales como: corrientes tpicas de

refinera, causan una reduccin en el NPSHR real con respecto al de las corrientes

puras, porque solo una parte de la corriente ebulle inicialmente. El requerimiento

real de NPSHR para hidrocarburos tiende a ser menos que para agua fra y menorque para agua a la misma temperatura. La experiencia ha demostrado que las

bombas se deben especificar en base a los valores del NPSHR probados con agua,

es decir, basado en datos del agua con gravedad especfica de 1.00.

Los valores del NPSHR no deben exceder a los del NPSHD, sobre todo el rango

(desde flujo mnimo hasta flujo normal de operacin).

Si la velocidad de la bomba cambia, el NPSHR vara y para un flujo dado, el nuevo

NPSHR se puede calcular por:

NPSHR =N x (GPM)

S

1/2

4 3/

Si solo se cambia el dimetro de impulsor se puede utilizar la curva original de

NPSHR - vs - Q para calcular el nuevo del NPSHR.

Si la curva de NPSHR vs Capacidad, suministrada por el fabricante no contempla

rangos de alto y/o bajos flujos como sucede en situaciones anormales de operacin,ste se puede obtener utilizando la ley del cuadrado de los flujos.

CABEZAL NETO DE SUCCIN POSITIVO DISPONIBLE NPSHD

Cavitacin, cuando una bomba centrfuga est operando a una capacidad elevada,se pueden desarrollar bajas presiones en el ojo del impulsor. Cuando esta presincae por debajo de la presin de vapor del lquido, se puede presentar unavaporizacin.Las burbujas formadas se mueven hacia la regin de alta presin y se rompen . La

ruptura de la burbuja puede ocurrir tan rpido que el lquido golpear el aspa conuna fuerza extrema y es capaz de desprender pequeas partes del impulsor, crearruido y vibracin.Esto se debe, porque a medida que disminuye la presin de un fluido, latemperatura a la cual se forman las burbujas de vapor tambin disminuye. Estaformacin y ruptura de burbujas de vapor se conoce como cavitacin.La cavitacin se puede reducir o evitar disminuyendo la velocidad de bombeo, esdecir el sistema de succin de la bomba debe ser capaz de permitir a la entrada dela bomba un flujo parejo de lquido a una presin suficientemente alta para evitarla formacin de burbujas del fluido. Esto se logra proporcionando una cabeza de

succin positiva neta (N.P.S.H.) La N.P.S.H. se define como la diferencia entre la


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carga esttica en la entrada de succin y la carga correspondiente a la presin devapor del lquido en la entrada de la bomba.De este se encuentran dos tipos el disponible y el requerido. Los fabricantes de lasbombas proporcionan datos acerca de NPSHR para una operacin satisfactoria. ElNPSHD es el proporcionado por el sistema de succin de la bomba, depende de lanaturaleza del fluido que se est bombeando, la tubera de succin, la ubicacin deldepsito del fluido y la presin aplicada al fluido en el depsito.Al momento de seleccionar una bomba se debe revisar que el NPSHD > NPSHRA la capacidad de diseo, el margen entre el NPSHR y el NPSHD, debe ser nomenos de 3 pies.Si el NPSHD es bajo (de 1 a 7 pie), es muy importante que se especifique conexactitud, ya que el tipo de bomba, la seleccin del modelo y el costo son muysensibles al valor de ste parmetro. El NPSHD se puede calcular aplicado lasiguiente ecuacin:

vpfsspD hhhhNPSH ,Donde:hsp = Cabeza de presin esttica (absoluta) aplicada al fluido, en m o ft del

lquido.hs = Diferencia de elevacin desde en el depsito hacia la entrada de la bomba,

en m o ft del lquido.Si el eje de la bomba est debajo del depsito, hs es positiva.Si el eje de la bomba esta arriba del depsito, hs es negativa.

hf= Prdidas por friccionen la tubera de succin, en m o ft de lquido.

hvp = Presin de vapor del lquido a la temperatura de bombeo, en m o ft dellquido.

Ejemplos de Clculo de NPSHD en varios sistemas:Ejemplo N1: Cuando el eje de la bomba est arriba del depsito.

Para este caso NPSHD = vpfsspD hhhhNPSH

,El hs es negativo, porque es un cabezal de levantamiento. hs= -10ft.

68 F

Agua

10 ft Presin

Pv del agua a 68F = 0.339 psia

P. baromtrica = 14.7 psia

hf = 2.54ft


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18

OftHf t

in

ftLbf

inLbf

ftLbf

PsiaPh

FOH

abssp 22

2

3

2

368

96.331

144

31.62

7.14

31.62

7.14

2

OftHf t

in

f tLbf

inLbf

f tLbf

PsiaPvh

FOH

FOH

vp 22

2

3

2

368

68783.0

1

144

31.62

339.0

31.62

339.0

2

2

ftftftftftNPSHD 637.20783.054.21096.33

Ejemplo N2: Cuando el eje de la bomba est abajo del depsito.

Para este caso NPSHD = vpfsspD hhhhNPSH ,

El hs es positivo, hs= 10ft.

OftHf t

in

ftLbf

inLbf

ftLbf

PsiaPh

FOH

abssp 22

2

3

2

3

68

96.331

144

31.62

7.14

31.62

7.14

2

OftHf t

in

f tLbf

inLbf

f tLbf

PsiaPvh

FOH

FOH

vp 22

2

3

2

368

68783.0

1

144

31.62

339.0

31.62

339.0

2

2

ftftftftftNPSHD 637.40783.054.21096.33

Ejemplo N3: Cuando el eje de la bomba est abajo del depsito y la presin en el

depsito es diferente de la atmosfrica.

Presin atmosfrica

68F

Agua

10 ft

5Psig

80 F

Agua

10 ft


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19

hf =4ft

Para este caso NPSHD = vpfsspD hhhhNPSH ,

El hs es positivo. hs= 10ft.

OftHft

in

f tLbf

inLbf

f tLbf

PsiaPh

FOH

abssp 22

2

3

2

3

80

6.451

144

2.62

)57.14(

2.62

)57.14(

2

OftHf t

in

f tLbf

inLbf

f tLbf

PsiaPvh

FOH

FOH

vp 22

2

3

2

3880

8016.1

1

144

2.62

5.0

2.62

5.0

2

2

ftftftftftNPSHD 44.5016.14106.45

Para evitar la transformacin se puede aplicar la siguiente formula:

fs

sp

D hhgrsp

PvhxNPSH

.

31.2

donde:hsp= Cabeza de presin esttica (absoluta) aplicada al fluido, en psia.

hs = Diferencia de elevacin desde en el depsito hacia la entrada de la bomba, en

ft del lquido.Si el eje de la bomba est debajo del depsito, hs es positiva.Si el eje de la bomba esta arriba del depsito, hs es negativa.

hf= Prdidas por friccionen la tubera de succin, en ft de lquido.hvp= Presin de vapor del lquido a la temperatura de bombeo, psia.

Ejemplo N4: Cuando el eje de la bomba est abajo del depsito y la presin en el

depsito es diferente de la atmosfrica.Trabajando con un fluido diferente al agua.

hf=2ft

n-butano a 100F

37.5Psig

10 ft

Sp.gr.=0.56


20/34

20

Aplicando la ecuacin:

fs

sp

D hhgrsp

PvhxNPSH

.

31.2

f t

xNPSHD 82100210

56.0

2.527.145.3731.2

Este ejemplo representa un sistema en donde el fluido es bombeado en su punto deebullicin.

4.- LEYES DE AFINIDAD.Generalidades.

Son relaciones matemticas que permiten predecir el comportamiento de unabomba centrfuga cuando se opera a una velocidad diferente a la de diseo, o sedisminuye el impulsor hasta un cierto dimetro, dependiendo de lascaractersticas del diseo de ste. Estas leyes, proporcionan una precisinrazonable cuando la velocidad de rotacin se aumenta o disminuye en un ordendel 20% con respecto a la velocidad de diseo de la bomba, o cuando ladisminucin del dimetro del impulsor est en este orden.

Las curvas caractersticas de las bombas especficamente, las de cabezal vs

capacidad y la BHP vs capacidad se pueden alterar para nuevos requerimientos de

funcionamiento cambiando la velocidad perifrica del impulsor. Esta velocidad se

puede variar:

1. Cambiando de la velocidad de rotacin:

a) Con un motor de turbina, cambiando el ajuste del regulador de

velocidad, dentro de los lmites permisibles de velocidad de la bomba.

b) Mediante un motor de velocidad variable.

c) Con un motor de velocidad constante, agregando o cambiando el

engranaje entre el motor y la bomba.

2. Cambiando el dimetro del impulsor, en el rango permitido por el diseo

de la bomba. Este es un proceso irreversible, y solo se recomienda cuando

se requiere un cambio permanente en las condiciones de operacin.

Las expresiones matemticas para estas leyes son:


21/34

21

a) Cuando la velocidad vara:

Q

Q=

N

N

2

1

2

1

Dos de stas ecuaciones se deben cumplirsimultneamente

H

H=

N

N

2

1

2

1

2

BHP

BHP=

N

N

2

1

2

1

3

Donde:

La condicin 1 es la de diseo (conocida)

La condicin 2 es la del cambio

b) Cuando el dimetro del impulsor cambia:

Q

Q=

D

D

2

1

2

1

Dos de stas ecuaciones se deben cumplir

simultneamenteH

H=

D

D

2

1

2

1

2

BHP

BHP=

D

D

2

1

2

1

3

5.- CURVAS CARACTERSTICAS.

Generalidades.

Para una velocidad de rotacin dada, la bomba centrfuga es capaz de manejaruna capacidad de flujo desde cero, hasta un mximo que depende del diseo,tamao y condiciones de succin presentes. El cabezal total desarrollado por labomba, la potencia requerida para moverla y la eficiencia resultante varan conla capacidad del flujo. La interrelacin entre estas variables, se presenta en lafigura 5 y 6 se conoce comnmente como curvas caractersticas de la bomba.


22/34

22

Las curvas tambin se pueden presentar por separado o involucrar otra variable

importante, por ejemplo: la velocidad de operacin en RPM cuando la bomba sea

accionada por un motor de velocidad variable o cuando, las condiciones de succin

sean crticas, el cabezal neto de succin requerido NPSHR-vs-caudal volumtrico.

En la figura 5, se reproducen las curvas caractersticas de una bomba existente,

proporcionadas por el fabricante.

Figura 5Curvas caractersticas de una bomba proporcionada por el fabricante

300 400 500 600 700 800

00

10

300

400

500

600

Cab

ezaltotalenpie

700

800

20

30

40

50

60

70

80

90

EFF %

0

10

20

NPSH - PIE

NPSH A IMPELER

CABEZAL

CABEZAL A MAXIMO D

CABEZAL A MIN. D

50

100

150

B.H.P.

B.H.P. 0.51 SP. GR

I . . I .

. .

I . .

G.P. M

CERTIFIED TEST PERFONMANCE

BINGHAH-WILAMENTE CO.

SHREVEPORT. LA

EFF %

2001000


23/34

23

Figura 6

Curvas caractersticas en porcentaje

180

160

140

120

100

80

80

90

70

60

50

40

30

20

10

60

40

20

0 00 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Punto de mximaeficiencia

Capacidad x 100 GPM

P-Q

-Q

H-Q

cabezaltotalenpie

B.H.P.-P.

%

deeficiencia-

180

160

140

120CABEZA

L

100

80

60

40

200 10 30 50 70 90 110 130

%

delno

minal

EFICIENCIAKW

CNSP

(NPS

H)

Capacidad, % de PME


24/34

24

Variables que influyen en la curva cabezal-capacidad del sistema.

Una bomba operando en un sistema debe desarrollar un cabezal total que esfuncin de:

1. El cabezal esttico entre la toma del lquido y el punto de descarga.

2. El diferencial de presin (si existe) entre el lquido en la toma y en elpunto de descarga.

3. Las prdidas totales por friccin en el sistema, incluyendo entradas ysalidas.

4. El diferencial en el cabezal de velocidad entre la descarga de la bomba yla succin de la misma.

Los puntos 1 y 2 no dependen de la cantidad de flujo bombeado ygeneralmente, se le considera como un solo trmino denominado cabezal esttico

total. Los puntos restantes, dependen de la cantidad de flujo bombeado y se lesconsidera como un solo trmino, denominado prdidas totales por friccin.Puntos de operacin de la bomba.

Si la suma, del cabezal esttico total ms las prdidas totales por friccin, parauna serie de capacidades de flujo asumidas se grafica contra el flujo, la curvaresultante, es la curva del sistema. Para determinar la capacidad de una o ungrupo de bombas en un sistema, se sobreponen las curvas caractersticas de labomba, sobre la del sistema y la intercepcin indicar el flujo a travs delsistema. En la figura se representa lo anteriormente expuesto.

Curvas H vs Q y del sistema superpuesta Variacin de la capacidad con la velocidad

Curva de potencia vs capacidad

Este tipo de curvas tambin se clasifican de acuerdo a la forma de su pendiente.En la figura, se presenta el caso donde el BHP aumenta a medida que lacapacidad de bombeo se incrementa hasta el punto de mxima eficiencia. Eneste punto, comienza a decrecer a medida que la capacidad aumenta. A este tipode curva se le conoce comnmente como curva segura, es decir, una bomba con

este tipo de comportamiento no sobrecargar al motor cuando el flujo, poralguna razn, aumente ms all del punto de mxima eficiencia.Si la curva de

N = 100%

N = 90%

N = 80% Prdidas

por friccin

Presin

esttica

Capacidad

Cabezal

Q3 Q2 Q1

H3

H2

H1

Curva del sistema

Curva H vs Q

Capacidad

Cabezal


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25

potencia vs capacidad, muestra siempre un incremento sostenido a medida que lacapacidad aumenta se dice, que la bomba presenta una curva que

puede sobrecargar al motor cuando la capacidad de bombeo exceda en algnvalor a la capacidad correspondiente al punto de mxima eficiencia. Ver figura

Figura

Curva caracterstica de una bomba que no sobrecarga el motor

Es importante puntualizar, que la pendiente de la curva potencia vs capacidadvara con la velocidad especfica de la bomba, con la posibilidad de encontrarcasos donde la potencia al cierre (Shut-Off) es pequea, intermedia, muy alta, oun valor intermedio entre estos casos. La seleccin de la bomba depende delrango de condiciones de operacin esperado y esto determina el rango en losrequerimientos de potencia y el tamao del motor que se debe especificar, parala demanda de potencia requerida.

140

120

100

80

90

60

70

40

50

20

10

30

0 0

20

40

60

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Eficie

ncia

Cabezal

Cabe

zaltotalenpie

%

Eficiencia

Capacidad x 1.000 G.P.M.

BHP

B.H.P.

140

120

100

40

40

50

60

70

80

90

20

20

10

10

30

30

00 0

20

40

60

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Eficie

ncia

Cabezal

Cabezaltotalen

pie

B.H.P.%

Eficiencia

Capacidad x 1.000 G.P.M.

BHP

8

6

4

2

1


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26

Efecto de la viscosidad

Un valor de viscosidad alto afecta el funcionamiento de las bombas centrfugas. Cuandola viscosidad aumenta, la eficiencia y la capacidad para generar el cabezal disminuyen.Este fenmeno se debe, a que las prdidas mayores en una bomba centrfuga, sonocasionadas por la friccin del fluido dentro del cuerpo de la bomba y por la potenciaconsumida en mover el impulsor a travs del lquido contenido en el cuerpo de la bomba.

Estos dos factores se incrementan al aumentar la viscosidad.Se recomienda noespecificar bombas centrfugas, en los casos donde la viscosidad llegue a niveles de 3000 SSU. La viscosidad del agua es de 32 SSU.

En realidad, los lmites dependen del anlisis econmico al seleccionar la bomba. Pero,

como una regla general, la literatura abierta cita como lmite superior 2 000 SSU para

especificar bombas centrfugas. La figura, muestra el desempeo de una bomba centrfuga

con lquidos de diferentes viscosidades.

0

30

40

50

180

160

100

120

140

80

80

70

60

50

40

30

20

10

0

60

20

10

100 200 300 400 500 600

32SSU

Potencia

P

otenciaB.H.P.

(sp.gr=1.0

)

32SSU

Efic

iencia%

Capacidad, G.P.M.

Cabezaltotalenpie

Cabezal

100S

SU400S

SU

1.000SSU

2.000SSU4.000SS

U

100SS

U

400SSU

1.000SSU

2.000SSU

4.000 SSU

2.000SSU

4.000SSU

1.000 SSU400 SSU100 SSU

32 SSU

Efic

iencia


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27

. SISTEMAS DE BOMBEO.

Es la integracin de los sistemas de bombas, sistemas de tuberias y el sistema de alturaesttica o diferencia de cota.

Sistema de Bombas.Esta referido a la configuracin en el diseo y disposicin de unidades de bombeo. Puedenser: Bombas en paralelo, Bombas en serie y Bombas en Serie-Paralelo.

Bombas en Paralelo.Se emplean cuando se requiere manejar caudal. Se trabajan con las curvas que da elfabricante.

;1

n

i

iT QQ donde n es el nmero de bombas en paralelo.

Se pueden encontrar dos casos:Caso I: cuando las bombas son igualesCaso II: cuando las bombas son diferentes.

QT=Q1+Q2

1 FUNCIONAMIENTO EN PARALELO DE LAS BOMBAS.

Si el caudal de una sola bomba no fuese suficiente, puede aumentarse el caudalconectando varias bombas en paralelo. (Ver figura 19). Sin embargo, no basta multiplicarel caudal de una bomba por el nmero de ellas, sino que hay que proceder del modosiguiente: si trabaja solamente la bomba 1, se tiene el punto de funcionamiento B1, sitrabaja la bomba 2 solamente, el punto de funcionamiento es el B2.


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28

IMPULSORES DIFERENTESPara calcular el punto de funcionamiento del conjunto B es necesario construir primero unacurva Q-H comn. La curva caracterstica comn se obtiene por adicin de los caudales decada una de las bombas. Para ello se toman primero sobre el eje de ordenadas variosvalores, elegidos arbitrariamente, de alturas de elevacin y se llevan estas alturas, porejemplo H1/H2/H3, a las curvas de las bombas 1 y 2. En los puntos de interseccin de lasalturas H1, H2, H3, con la curva de la bomba 1 se obtienen los caudales correspondientes Q1,Q2, Q3. Estos caudales se suman ahora simplemente a los caudales obtenidos con la curvade la bomba 2 en los puntos de interseccin con las alturas H1, H2, H3. Los puntos C, D, Eas obtenidos se unen entre s para formar la curva caracterstica comn de las bombas 1 y2.

El punto de interseccin de la curva caracterstica de la instalacin con la nueva curvacaracterstica es el punto de funcionamiento B de las bombas funcionando en paralelo. Lacurva caracterstica comn comienza en A porque por encima de A la bomba 1 an noproduce elevacin. La figura aclara el clculo de la curva caracterstica comn de dosbombas conectadas en paralelo cuando tienen iguales curvas Q-H.

Se aprecia claramente que el caudal conjunto que se consigue en el punto de funcionamientoB es menor que la suma de los caudales que se obtendran con cada una de las bombas por ssolas en el punto B1.

IMPULSORES IGUALES


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29

Bombas en Serie.Se utilizan para obtener una mayor carga de bombeo, de acuerdo a las necesidades.

;1

n

i

iT HH donde n es el nmero de bombas en serie.

Se pueden encontrar dos casos:Caso I: cuando las bombas son igualesCaso II: cuando las bombas son diferentes.

QT=Q1=Q2HT=H1+H2+H3

Se efecta la conexin de varias bombas, una a continuacin de la otra (conexin en serie)cuando no basta una sola bomba centrfuga para vencer la altura de elevacin deseada. En

el funcionamiento en serie se suman las alturas de elevacin de cada una de las bombaspara el mismo caudal elevado.). IMPULSORES DIFERENTES

Para determinar el punto de funcionamiento B para la elevacin comn, hay que determinarprimero la lnea Q-H del conjunto. Esta nueva curva se obtiene sumando las alturas de

elevacin de cada una de las bombas para un mismo caudal. La altura de elevacin H1 de la


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30

bomba 1 para el caudal Q1 se transporta sobre la curva de la bomba 2, y lo mismo se hacecon H2, H3, etc.

Los puntos A, C, D, as obtenidos se unen para formar la curva caracterstica comn de lasbombas 1 y 2. El punto de interseccin de la curva caracterstica de la instalacin con lanueva lnea Q-H es el punto de funcionamiento B de las bombas centrfugas conectadas enserie

IMPULSORES IGUALES

Bombas en Serie-Paralelo.Arreglo que se sigue en pozos.Se pueden encontrar dos casos:Caso I: cuando las bombas son igualesCaso II: cuando las bombas son diferentes.Ejemplo de suma de bombas en serie-paralelo. Iguales y diferentes.

IMPULSORES IGUALES:

IMPULSORES DIFERENTES:


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31

Sistema de Tuberias.Esta referido a la prdida de carga por friccin la cual debe ser suplida por la bomba, en

los sistemas de bombeo.Las prdidas por friccin generalmente se representan como una funcin cuadrtica de lavelocidad del flujo.

gVDLfhf 2**2 , esto para tramos rectos de tuberias. Tambien hay que incluir la

longitud equivalente de los accesorios en el tramo.

Curva de carga del sistema

Esta curva considera las prdidas por friccin que deben ser vencidas por la bomba. Amayor caudal, mayor las prdidas por friccin.

Al igual que en las bombas existen arreglos de tuberias en: serie, paralelo y serie-paralelo.Tuberias en Paralelo.Cuando dos o ms lineas convergen en una, o se ramifican en dos o ms.Ejemplo de comportamiento de tuberias en paralelo.

Tramo 12 paralelo con 32 Tramo 12 paralelo con 13RECOLECTOR DISTRIBUIDOR

H

1

3

2

1

2

3


32/34

32

Tuberias en Serie.Cuando una lnea cambia de dimetro o se une con la resultante de un tramo en serie.Ejemplo de comportamiento de tuberias en serie.

1 2 3

1 y 2 en serie con 3.Q1=Q2=Q3

Tuberias Serie-Paralelo.Es el resultante de un tramo de tuberias cuando esta conformado por lineas que estan en

serie y en paralelo.Ejemplo de comportamiento de tuberias en serie-paralelo.

Tramo 12 paralelo con 32Tramo 123 en serie con 4

1

3

24


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SISTEMA DE BOMBEO ES LA INTEGRACION DE LOS SISTEMAS DEBOMBAS, TUBERIAS Y UN NUEVO SISTEMA QUE ES LA ALTURAESTATICA (DIFERENCIA DE COTA)

Caso 1 cuando el nivel de succin est por debajo del nivel de descarga

he: altura esttica total O DINAMICA TOTAL DEL SISTEMA.he= hd + hs

CURVA:Primero se indica la cota en el eje de carga hs a partir de esa cota se dibuja la curva deprdida de carga.El punto de funcionamiento (p) est definido por la interseccin del sistema de carga de latubera y el sistema de bombas.

Caso 2 cuando el nivel de succin est por encima del nivel de descarga

Cabezalestticototal


Cabezal estticode levantamiento

Cabezalesttico

de


34/34

34

he: altura esttica totalhe= hd - hs

Como se puede observar la curva hf1-2 corta el eje Q el cual representa el caudal mximopor gravedad si se requiere caudales mayores a Q es necesario la instalacin de una bombade tal forma que el punto de funcionamiento (p) es donde se interceptan las dos curvas.

Caso 3 cuando el nivel de succin est al mismo nivel de la descarga

He= hd

Cabezalestticototal


Cabezalestticode succin

Caesttota

Cabesttot

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