Cálculo y selección de bombas centrífugas.- Curvas de operación, eciencia y energía.
Las bombas centrífugas son equipos omnipresentes en la vida diaria, y conocer la ingeniería de su funcionamiento proporciona interesantes oportunidades para la mejora de los procesos. En muchos artículos hemos incluido recopilaciones diversas que ayudan a entender estas máquinas (Ver alculadores (Ver alculadores y utilidades de flu fluido idos s, al alcul culado adores res gra gratui tuitos tos pa para ra dis dise!o e!os s con bom bombas bas,, alculadores gratuitos de eficiencia energ"tica en bombas y bombas y #rtículos #rtículos sobre transporte de fluidos$. fluidos $. En esta ocasi%n vamos a e&poner en detalle pero de forma sencilla aquellas ecuaciones de ingeniería que nos permiten calcular en detalle los procesos en los que traba trabajam jamos os con bomba bombas s centrí centrífug fugas. as. omo omo siempr siempre, e, evitar evitaremo emos s e&posiciones te%ricas complejas y buscaremos la simplificaci%n de los cálculos que permiten determinar las variables del proceso con facilidad.
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Punto de mejor eficiencia (BEP)
'na bomba bomba no convie convierte rte compl completa etamen mente te la energí energía a cin"ti cin"tica ca a energí energía a de presi% presi%n. n. #lgun #lguna a energí energía a es siempr siempre e perdid perdida a intern interna a y e&ter e&ternam nament ente e en la bomba. Pérdidas internas •
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"rd "rdid idas as hidr hidráu áuli lica cas s ) *ric *ricci ci%n %n del del disc disco o en el impul impulso sorr, p"rd p"rdid idas as debidas al rápido cambio en direcci%n y velocidades a trav"s de la bomba. "rdid "rdidas as volum volum"tr "trica icas s ) recirc recircula ulaci% ci%n n intern interna a en anilla anillas s y cojine cojinetes tes desgastados.
Pérdidas externas "rdidas mecánicas ) fricci%n en sellos y rodamientos.
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La eficiencia de la bomba en el punto de dise!o es normalmente má&ima y se llama el unto de +ejor Eficiencia (est Effciency oint ) E$.
Es posible operar la bomba a otros puntos distintos que el E, pero la eficiencia de la bomba siempre será más baja que en E. 2)
Cálculo de la potencia de una bomba
La potencia hidráulica ideal de una bomba hidráulica depende del caudal, de la densidad del líquido y de la altura diferencial. La elevaci%n estática de una altura a otra, puede calcularseh q ρ h / (0,1 231$ 4onde•
h otencia el"ctrica (56$
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q apacidad de caudal (m 0/h$
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7 4ensidad del fluido (5g/m0$
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g 8ravedad (9,:2 m/s;$
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h #ltura diferencial (m$ Potencia de la bomba en el eje La potencia del eje requerida para ser transferida desde el motor al eje de la bomba ) depende de la eficiencia de la bomba y puede calcularse comos h /<
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4ondes otencia del eje (56$ < Eficiencia de la bomba.
Calculador de bomba online El siguiente calculador puede usarse para calcular la potencia hidráulica y la potencia del eje en una bomba. Los cálculos pueden reali=arse con unidades del sistema internacional o unidades imperiales. >e introduce la capacidad de caudal (m 0/h$, densidad del
fluido (5g/m0$, gravedad (m/s;$, altura diferencial (m$ y eficiencia de la bomba (<$. >e obtiene la potencia hidráulica en 5? o la potencia en el eje (56$. 3)
Energa ganada por un fluido
La potencia ganada por el fluido de una bomba o ventilador puede ser e&presado comoP = m w
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4onde otencia
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m audal másico
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? @rabajo específico
!rabajo especfico El trabajo específico ) w ) puede e&presarse comow=gh 4onde•
h #ltura
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g #celeraci%n de la gravedad
Caudal másico
El caudal másico ) m ) puede e&presarsem=ρQ
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4onde7 4ensidad A audal volum"trico La potencia ganada por el fluido de una bomba o ventilador puede e&presarse comoγ = ρ g 4ondeB eso específico La ecuaci%n de la potencia puede modificarse de forma que la potencia ganada por el fluido de una bomba o ventilador puede e&presarse comoP=γQh Ca que la altura puede e&presarse como-
h = (p2 – p1 ) / γ En consecuencia, P = Q (p2 – p1 ) 4onde•
otencia
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m audal másico
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? @rabajo específico
")
Cálculos de par # $elocidad en bombas centrfugas
La característica te%rica de una bomba centrífuga es una parábola que comien=a en el origen y es proporcional al cuadrado de la velocidad. El par puede e&presarse como@ 5 n;
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4onde@ ar (Dm, lbf ft$ onstante n Velocidad de la bomba (rpm$ otencia (56$
Bombas centrífugas especiales, verticales y multietapas tambi"n denominada bomba rotodinámica, es actualmente la máquina mas utili=ada para bombear líquidos en general. Las bombas centrífugas son siempre rotativas y son un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor en energía cin"tica o de presi%n de un fluido incompresible. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unosálabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuer=a centrífuga es impulsado hacia el e&terior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba. 4ebido a la geometría del cuerpo, el fluido es conducido hacia las tuberías de salida o hacia el siguiente rodete. >on máquinas basadas en la Ecuaci%n de Euler . Las ombas entrífugas se pueden clasificar de diferentes manerasF or la direcci%n del flujo en- Gadial, #&ial y +i&to. F or la posici%n del eje de rotaci%n o flecha en- Hori=ontales, Verticales e Inclinados. F or el dise!o de la cora=a (forma$ en- Voluta y las de@urbina. F or el dise!o de la mecánico cora=a en- #&ialmente ipartidas y las Gadialmente ipartidas. F or la forma de succi%n en- >encilla y 4oble. #unque la fuer=a centrífuga producida depende tanto de la velocidad en la periferia del impulsor como de la densidad del líquido, la energía que se aplica por unidad de masa del líquido es independiente de la densidad del líquido. or tanto, en una bomba dada que funcione a cierta velocidad y que maneje un volumen definido de líquido, la energía que se aplica y transfiere al líquido, (enpascales, a, metros de columna de agua m.c.a. o o pieJlb/lb de líquido$ es la misma para cualquier líquido sin que importe su densidad. @radicionalmente la presi%n proporcionada por la bomba en metros de columna de agua o pieJ lb/lb se e&presa en metros o en pies y por ello que se denomina gen"ricamente como KalturaK, y aun más, porque las primeras bombas se dedicaban a subir agua de los po=os desde una cierta profundidad (o altura$.
Las bombas centrífugas tienen un uso muy e&tendido en la industria ya que son adecuadas casi para cualquier uso. Las más comunes son las que están construidas bajo normativa 4ID ;;MM (en formas e hidráulica$ con un Nnico rodete, que abarcan capacidades hasta los M33 mO/h y alturas manom"tricas hasta los 233 metros con motores el"ctricos de velocidad normali=ada. Estas bombas se suelen montar hori=ontales, pero tambi"n pueden estar verticales y para alcan=ar mayores alturas se fabrican disponiendo varios rodetes sucesivos en un mismo cuerpo de bomba. 4e esta forma se acumulan las presiones parciales que ofrecen cada uno de ellos. En este caso se habla de bomba multifásica o multietapa, pudi"ndose lograr de este modo alturas del orden de los 2;33 metros para sistemas de alimentaci%n de calderas.
onstituyen no menos del :3P de la producci%n mundial de bombas, porque es la más adecuada para mover más cantidad de líquido que la bomba de despla=amiento positivo. Do hay válvulas en las bombas de tipo centrífugoQ el flujo es uniforme y libre de impulsos de baja frecuencia. Los impulsores convencionales de bombas centrífugas se l imitan a velocidades en el orden de 13 m/s (;33 pie/s$.
Las bombas centrífugas verticales de resina serie I+ son bombas de alto rendimiento para instalaciones fijas con la bomba sumergida directamente en cuba, accionadas por motor el"ctrico (má& 0333 revoluciones/min$ en toma directa para el vaciado rápido del fluido con caudales de 1 m0/hora a RM m0/hora y altura de elevaci%n hasta 0: m. La especial forma constructiva de este tipo de bomba, además de no utili=ar juntas mecánicas internas (sujetas a elevados desgaste$, garanti=a la recogida en cuba de eventuales salidas accidentales de fluido. El rodete abierto permite el bombeo de flujo continuo de fluidos muy sucios con viscosidad aparente de hasta M33 cps (a ;3S$ con eventuales partes s%lidas en suspensi%n de peque!as dimensiones. La elecci%n de los materiales de composici%n de la bomba permite determinar la mejor compatibilidad química con el fluido y/o el ambiente sin olvidar el campo de temperaturas correcto .
Selección de motores eléctricos para bombas
@odos sabemos que el motor el"ctrico es una máquina que transforma energía el"ctrica recibida de la red en energía mecánica rotacional en el eje. 4e esta forma se puede accionar cualquier tipo de carga mecánica, siempre y cuando tengamos disponibilidad de una red el"ctrica. @ambi"n sabemos que dentro del universo del motor el"ctrico, el motor de inducci%n es el más comNn y prácticamente todas las aplicaciones industriales pueden reali=arse con este motor, generalmente el tipo Taula de #rdilla, o con rotor en cortocircuito. Es tan generali=ado su uso, que pasamos por alto muchos aspectos en el momento de la selecci%n y aplicaci%n del mismo. En las siguientes líneas se darán algunas indicaciones importantes que ayudarán a hacer estas labores más t"cnicas y más eficientes desde el punto de vista de operaci%n de una industria.
La carga es la que define la potencia y velocidad del motor. En la gran mayoría de aplicaciones, el motor jaula de ardilla puede atender cualquier carga en su eje, pero es conveniente hacer un estudio detallado de cuál será el momento de inercia, la curva arJVelocidad de la carga. Estos puntos nos ayudan a definir c%mo será el comportamiento dinámico del motor con su máquina de trabajo y cuáles serán los tiempos de arranque. Es ideal conocer las condiciones de la carga durante la especificaci%n del motor, pues el comportamiento varía, dependiendo de "sta. +áquinas como bombas y ventiladores tienen un comportamiento específico diferente de molinos, trituradoras y diferente de bandas transportadoras o de máquinas herramientas o elevadores. En todas estas máquinas, los torques de arranque son diferentes y con toda seguridad, los ciclos de trabajo varían de una instalaci%n a otra.
