Características de las bombas dinámicas centrífugas
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Sistemas Auxiliares del Buque Profesor Antonio Manuel González Marrero Trabajo realizado por Jose Manuel Ramos Hdz
San Miguel de Abona a 28/03/2014
ÍNDICE Descripción •
Características constructivas de las bombas dinámicas centrífugas y su funcionamiento
Esquema básico Tarea
ipos de bombas Fabricantes Nomenclatura (español-inglés) Partes constitutivas Características Rodamientos Sellos mecánicos Motores eléctricos Tipos Arranque T
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Curvas características Regulación de bombas dinámicas Descripción de las partes Direcciones fabricantes Información técnica Cálculo del punto de funcionamiento Esquema arranque bomba Esquema regulación bomba Costes bomba
Características constructivas:
La bomba centrífuga tiene varias características: En función del número de impulsores de la bomba, una bomba centrífuga puede ser monocelular o multicelular. Las bombas monocelulares y multicelulares pueden tener el eje de la bomba en posición horizontal o vertical. Estas bombas normalmente se denominan bombas horizontales o verticales. Dependiendo de la construcción del impulsor, una bomba puede equiparse con un impulsor de aspiración simple o de aspiración doble Las células de la bomba se pueden disponer de dos modos: en serie y en paralelo. Se puede distinguir entre dos tipos de carcasa de la bomba: carcasa en forma de voluta y carcasa con canal de retorno y álabes directores.
Funcionamiento: El flujo entra a la bomba a través del centro o ojo del rodete y el fluido gana energía a medida que las paletas del rodete lo transportan hacia fuera en dirección radial. Esta aceleración produce un apreciable aumento de energía de presión y cinética, lo cual es debido a la forma de caracol de la voluta para generar un incremento gradual en el área de flujo de tal manera que la energía cinética a la salida del rodete se convierte en cabeza de presión a la salida
Tipos de bombas:
En la gran variedad de las bombas centrífugas encontramos los siguientes tipos: - Radiales, axiales y diagonales. - De impulsor abierto, semiabierto y cerrado. - Horizontales y verticales
Bombas centrífugas radiales La corriente líquida se verifica en planos radiales. La energía se cede al líquido esencialmente mediante la acción de la fuerza centrífuga.
Bombas centrífugas axiales La corriente líquida se verifica en superficies cilíndricas alrededor del eje de rotación. La energía se cede al líquido por la impulsión ejercida por los álabes sobre el mismo.
Bombas centrífugas diagonales La corriente líquida se verifica radial y axialmente, denominándose también de flujo mixto. La energía se cede al líquido mediante la acción de la fuerza centrífuga y la impulsión ejercida por los álabes sobre el mismo .
Fabricantes:
M.T.S. VALVES & TECHNOLOGY
VIA VICTOR S.L.
BOMBAS GRUNDFOS ESPAÑA S. A.
GOENAGA Y CÍA LTDA. JOSÉ
Nomenclatura (español-inglés): Las bombas centrifugas se clasifican por su dirección de flujo y pueden ser de flujo radial, axial y mixto. Pueden ser de simple succión, doble succión (ambos lados del impulsor), succión negativa (nivel del liquido inferior al de la bomba), succión positiva (nivel del liquido superior al de la bomba) y de succión a presión (la bomba succiona el liquido de una cámara hermética donde se encuentra ahogada y a donde llega el liquido a presión). Las bombas centrifugas pueden construirse de hierro y bronce, toda de hierro, toda de bronce, de acero con partes internas de hierro o acero inoxidable, de acero inoxidable, también de otros metales y aleaciones
Centrifugal pumps are classified by their flow direction and may be radial, axial and mixed flow. They can be single suction, double suction (both sides of the impeller), negative suction (level lower than the pump fluid), positive suction (level higher than the pump fluid) and suction pressure (the pump sucks liquid in a sealed chamber where it is drowned and where the liquid pressure reaches). Centrifugal pumps are constructed of iron and bronze, all iron, all bronze, steel internal parts iron or stainless steel, stainless steel, also of other metals and alloys
Partes constitutivas:
Las partes constitutivas de una bomba centrifuga depende de su construcción y tipo. Por esta razón existe una innumerable cantidad de piezas. Está compuesta por elementos rotatorios (impulsor, eje) y estacionarios(carcasa, sellos, anillos de desgaste )
Características: Rodamientos
El rodamiento es un elemento normalizado que consta de dos aros concéntricos entre los que se desplazan unos cuerpos rodantes. Estos cuerpos rodantes suelen ir sujetos en una “jaula”. Los rodamientos deben proporcionar una guía segura y precisa a los órganos en movimiento
Sellos mecánicos
Los cierres o sellos mecánicos son elementos de estanqueidad situados entre el eje rotante y la parte fija de dispositivos rotativos que trabajan con fluidos. Su aplicación más habitual es en bombas. Los sellos mecánicos se diseñaron para reemplazar a las empaquetaduras o estopadas, aportan grandes ventajas competitivas como la práctica inexistencia de fugas, la reducción de fricción que evita el desgaste del eje y la consiguiente pérdida de potencia, la disminución en los tiempos y costes de mantenimiento, y la posibilidad de trabajar en altas presiones
Motores eléctricos
Un motor eléctrico es una máquina o dispositivo que convierte energía eléctrica en energía mecánica energía cinética (movimiento). Cuando la electricidad proveniente de una batería u otra fuente de energía se conecta a un motor, el eje comienza a girar. Algunos motores funcionan con fuentes de corriente continua(DC), por ejemplo, con una batería, y otros se abastecen de c orriente alterna (AC). Si bien existen muchos diseños de motores eléctricos, los principios de funcionamiento son los mismos.
Un motor eléctrico está compuesto de imanes: un motor los usa para crear movimiento. Cargas opuestas se atraen e iguales se repelen. Así que si tiene dos imanes con sus extremos como norte y sur, entonces el extremo norte se atraerá con el sur. De otro lado, el extremo norte del imán repelerá el extremo norte del otro (y similarmente el sur repelerá el sur). Dentro de un motor eléctrico esas fuerzas atractoras y repulsoras crean movimiento rotacional.
Tipos
Corriente alterna Los motores de corriente alterna, se usan mucho en la industria, sobretodo, el motor trifásico asíncrono de jaula de ardilla (es un cilindro montado en un eje). 1 . Por su velocidad de giro. 1.1 Asíncronos. Un motor se considera asíncrono cuando la velocidad del campo magnético generado por el estártor supera a la velocidad de giro del rotor. 1.2 Síncronos. Un motor se considera síncrono cuando la velocidad del campo magnético del estártor es igual a la velocidad de giro del rotor. Recordar que el rotor es la parte móvil del motor. Dentro de los motores síncronos, nos encontramos con una subclasificación: -1.2.1 Motores síncronos trifásicos. -1.2.2 Motores asíncronos sincronizados. - 1.2.3Motores con un rotor de imán permanente. 2. Por el tipo de rotor. - 2.1 Motores de anillos rozantes. - 2.2 Motores con colector. - 2.3 Motores de jaula de ardilla. 3. Por su número de fases de alimentación. - 3.1 Motores monofásicos. - 3.2 Motores bifásicos. - 3.3 Motores trifásicos. - 3.4 Motores con arranque auxiliar bobinado. - 3.5 Motores con arranque auxiliar bobinado y con condensador.
Corriente continua Los motores de corriente continua, suelen utilizarse cuando se necesita precisión en la velocidad, montacargas, locomoción. La clasificación de este tipo de motores se realiza en función de los bobinados del inductor y del inducido: - Motores de excitación en serie. - Motores de excitación en paralelo. - Motores de excitación compuesta
Universales
Los motores de corriente continua, suelen utilizarse cuando se necesita precisión en la velocidad, montacargas, locomoción
Arranque
Estrella y triángulo El momento del arranque tiene una importancia especial en el funcionamiento del motor: en este momento el rotor se encuentra detenido y le tomará algún tiempo para vencer la inercia y alcanzar su velocidad de funcionamiento normal, por lo tanto el resbalamiento es muy alto (de hecho, en el momento inicial es del 100%) lo que significa que la corriente debe ser mayor que la requerida durante la marcha a velocidad nomina En un motor típico la corriente de arranque es varias veces mayor que la nominal, si bien esto no es perjudicial para el motor que se encuentra preparado para soportar tales intensidades durante el tiempo que dura el arranque (si por cualquier causa el rotor se bloquea y no se pone en movimiento, la corriente mantiene su alto valor y los bobinados del motor se queman), las altas intensidades puestas en juego pueden perjudicar el normal funcionamiento de la instalación eléctrica de la cual el motor forma parte, y al propio motor cuando se trata de máquinas de mucha potencia y el tiempo de arranque resulta excesivo, en consecuencia se usan distintos métodos para lograr que la corriente de arranque disminuya.
el arranque estrella-triángulo es de los más conocidos y de más simple implementación. Este tipo de arranque está limitado a motores que fueron diseñados para funcionar con sus bobinados conectados en triángulo y está basado en que las tensiones de fase son "tres raíz cuadrada" veces menores que las tensiones de línea.
Curvas características:
La Curva Característica de una Bomba Centrífuga, es un gráfico que representa la relación única de Carga – Caudal que garantiza la Bomba a determinada velocidad de rotación de su impulsor
Existirá una Curva Característica para cada diámetro de Impulsor que sea posible instalar en el modelo de bomba respectivo La consideración más importante es que, dado que la Curva Característica de una Bomba Centrífuga representa una relación única de Caudal-Altura, el punto de operación de la instalación en la que ésta se emplace tendrá que “adaptarse” a lo que establezca dicha Curva.
Regulación de bombas dinámicas: 1.Regulación a velocidad variable. 2.Regulación a velocidad constante La regulación de caudal a velocidad variable es la más económica. Con ella adaptamos una bomba centrifuga a unos datos de servicio determinados. Es una de las formas más profusamente adoptada en la práctica, pues el rendimiento apenas sufre modificación al variar la velocidad de funcionamiento. Un grupo convencional de bombeo controlado por presostatos o fujostatos incrementa la presión hasta situarse en el punto de trabajo (2) cuando la demanda cambia de un caudal inicial Q1 a otro Q2 funcionando a velocidad nominal. Con un variador de velocidad se pasa a suministrar el caudal Q2 reduciendo la velocidad de la bomba, situándola en el punto de trabajo (2’), manteniendo la presión constante y reduciendo la potencia consumida. El motor eléctrico alimentado a frecuencia de red gira a su velocidad nominal. Como la relación entre la potencia consumida y la velocidad es cúbica, esto implica un consumo importante. Ajustando la velocidad mediante un variador de frecuencia, la velocidad se adapta a la demanda, siendo la velocidad promedio menor que la nominal, lo cual se traduce en un ahorro energético
Descripción de las partes: Casco .- guía al liquido hacia el impulsor; recoge al liquido del impulsor y reduce su velocidad transformando parte de ella en presión o columna. Los cascos son de dos tipos: de voluta y circular Casco de Voluta.- Los cascos de voluta proporcionan más alta columna. La voluta es un túnel circular que aumenta su área hacia la parte de la descarga. Como el área de sección transversal aumenta, la voluta disminuye la velocidad del liquido y aumenta la presión Impulsor .- imparte energía al líquido por la acción de sus aspas; es el único componente de la bomba que suministra energía al líquido. Los impulsores son clasificados de diferentes maneras: Difusor .- porción de tubería que recoge al liquido que sale del impulsor, el mismo que aún conserva alta velocidad y puede dar alta fricción, pero debido al aumento en el diámetro de esta porción de tubería (difusor) se reduce la velocidad del liquido (y la fricción). Espacio libre.- disminuye la fuga de liquido de alta energía a la entrada del impulsor. Cubierta.- cubre al casco; sostiene a los cojinetes. Empaquetaduras.- evitan las fugas de liquido. Eje.- mueve y sostiene al impulsor. Cojinetes.- soportan al rotor (además del impulsor y eje).
Direcciones fabricantes: M.T.S. VALVES & TECHNOLOGY Dirección : Poligono Ind. Bakiola, 17 48498 Arene-arrankudiaga (Vizcaya) VIA VICTOR S.L. Dirección : Poligono Industrial Goitondo, 2 48269 Mallabia (Vizcaya) BOMBAS GRUNDFOS ESPAÑA S. A. Dirección : Villarias, 10 48001 Bilbao (Vizcaya) GOENAGA Y CÍA LTDA. JOSÉ Dirección : Zubilleta 48990 Getxo (Vizcaya)
Información técnica:
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Componentes en contacto con el producto en material 1.4404/ AISI 316L con certificado de recepción 3.1 según DIN EN 10204 (sobre demanda) Medidas estándares de montaje para todos los tipos de bombas con dimensiones métricas DN 25 – DN 150 con las variantes de conexión según DIN 11850, DIN 11851, DIN 32676 y en ejecuciones con brida intermedia Calidad de las superficies como estándar en las zonas que entran en contacto con el producto – Carcasa Ra = 0,8 ! – Rodete Ra = 1,6 ! Juntas de EPDM con largos tiempos útiles, según FDA 21 CFR, parte 177.2600; otros materiales como HNBR, FKM o VMQ sobre demanda Retenes frontales fabricados de carbón/silicio; otras combinaciones sobre demanda Datos de operación: – Caudal de hasta 100 m3/h – Altura de elevación de hasta 80 m – Presión de operación máxima: PN 16 – Temperatura de hasta 95 °C (mayor sobre demanda) Motor: Motores de alta eficiencia IE3 – Forma constructiva IM B35 según IEC – Fabricantes Siemens, ATB (otros sobre demanda) – En opción con revestimiento en acero fino Construcción y ejecución según las prescripciones legales de la Directiva de Máquinas de la UE 2006/42/EG Control del diseño por el organismo de control técnico TÜV SÜD (comprobación de presión, de seguridad, de resistencia, ...
Cálculo del punto de funcionamiento: La manera en la que una bomba trabaja depende no sólo de las características de funcionamiento de la bomba, sino también de las características del sistema en el cual vaya a trabajar. Para el caso de una bomba dada, mostramos las características de funcionamiento de la bomba (h respecto a Q) para una velocidad de operación dada, normalmente cercana a la velocidad que da el rendimiento máximo. También mostramos la curva característica del sistema (es decir, la altura de bombeo requerida respecto a Q). En este caso, la bomba está suministrando líquido a través de un sistema de tuberías con una altura estática D z. La altura que la bomba debe desarrollar es igual a la elevación estática mas la pérdida total de carga en el sistema de tuberías (aproximadamente proporcional) a Q"). La altura de funcionamiento de la bomba real y el caudal son determinados por la intersección de las dos curvas. Los valores específicos de h y Q determinados por esta intersección pueden ser o no ser los de máximo rendimiento. Si no lo son, significa que la bomba no es exactamente la adecuada para esas condiciones específicas. El punto de funcionamiento o punto óptimo de una bomba solo dinámica es el de la curva H – Q que corresponde a un rendimiento máximo. Cuanto mas empinada se la curva H – Q, mas significativo será el efecto de cualquier cambio de altura en el punto de funcionamiento. Por ejemplo, una bomba con una curva H – Q empinada presentará un pequeño cambio de descarga pero la altura variará mucho si se desplaza el punto de funcionamiento, en cambio una bomba cuya curva H – Q sea plana, mostrará un gran cambio de capacidad pero la altura variará poco al desplazarse el punto de funcionamiento Las curvas H – Q para las bombas centrífugas son sustancialmente planas, con tendencia a que el sedimento máximo se sitúe inmediatamente después de la capacidad media. Las curvas H – Q para una bomba de flujo axial es aún más empinada, con su punto de demanda en la descarga nula y su curva de potencia es decreciente
Esquema arranque bomba: Antes de arrancar
Pasos adecuados para el arranque: Los siguientes pasos es un método general que se debe seguir para arrancar la mayoría de las bombas. Tomando en cuenta los procedimientos adecuados por el fabricante de dicho equipo o de la planta para arrancar el equipo.1.Cebe la bomba si existe alguna posibilidad de que ésta se haya sidovaciada.2.En las bombas enfriadas por fluido proveniente de una fuente externa, las válvulas de sello deben abrirse antes de arrancar la bomba. Si los sellos o los empaques de la bomba son enfriados por el fluido bombeado, las válvulas de sello se deben cerrar hasta que la bomba sea arrancada.3.La válvula de succión debe abrirse completamente.4.En el caso de algunas bombas, particularmente las de bajas velocidad, la válvula de descarga debe abrirse antes de arrancar la bomba.5.Después de arrancar la bomba, abra inmediatamente todas las válvulas desello que estén cerradas.6.Si existe una válvula de purga encima de la carcasa, deje escapar el aire hasta que no haya más burbujas.7.Si la válvula de descarga está cerrada, abrir lentamente en los diez segundos posteriores al arranque 8.Vea el manómetro de descarga para estar absolutamente seguro de que el líquido está fluyendo a través de la bomba.9.Es posible que, en un principio, la bomba emita un sonido áspero. Si ese ruido continúa es probable que la caja tenga aire. Pare la bomba y vuélvala a cebar. Si el ruido persiste, es posible que haya fugas de aire o carga de succión insuficiente. Arrancar
1.Revise la dirección de rotación de la bomba y del motor siempre que se hayan desconectado los cables del motor. La bomba debe girar en la dirección indicada por la flecha que aparece en la carcasa de la bomba.2.Verifique la alineación horizontal, vertical, y angular de la bomba y del motor. Para que la operación de las bombas transcurra sin percances es importante la alineación precisa de acuerdo con las tolerancias del fabricante. Nunca utilice un acoplamiento flexible como substituto de la alineación apropiada.3.Revise para cerciorarse de que la bomba y las mangueras estén debidamente alineadas.4.Gire el rotor una vuelta completa para cerciorarse de lo que hacelibremente.5.Inunde el sistema. Los fabricantes o proveedores algunas veces tienen una accesorio de manguera de alta presión para hacer más fácil este paso.6.Después de que la bomba haya funcionado durante un par de horas, deténgala para revisar la alineación de nuevo, especialmente si la bomba está manejando un fluido caliente.
Esquema
Esquema regulación bomba:
Costes bomba: El coste del ciclo vital de una bomba es una forma de indicar cuanto cuesta adquirir, instalar, utilizar, mantener y desechar una bomba durante su vida útil . Los cálculos de los costes del ciclo vital constituyen una herramienta para tomar decisiones que se puede utilizar en el diseño de nuevas instalaciones o en la reparación de instalaciones existentes. Los costes constan de los siguientes elementos: • • • • • • • •
Costes iniciales, precio de adquisición Costes de instalación y puesta en marcha Costes de energía Costes de funcionamiento (costes operativos) Costes medioambientales Costes de mantenimiento y reparación Costes de paralización (perdidas de producción) Costes de retirada del servicio y eliminación
