ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA EN CONTROL Y REDES INDUSTRIALES
DINÁMICA Y ESTÁTICA DE FLUIDOS
TEMA: SISTEMAS DE BOMBEO Y GOLPE DE ARIETE EN BOMBAS
INTEGRANTES: KATHERINE CASTRO PAULINA RÍOS GUIDO CARRILO CARLOS RUIZ
TEM A TEM A SISTE
S DE BOMBEO Y EL GOLPE DE ARIETE E BOMBAS
BJETIVO BJETIVO GENER A GENER A Realizar una investigación bibliográfica sobre los sistemas de bom beo y el golpe de ariete en bombas.
OBJETIVO BJETIVOSS ESPECÍ SPECÍF FICOS ICOS y y
y
Determinar los cálculos d e imp ulsión .
Realizar la f und undame ntación teórica para elegir una bomba al momento de instalar un sistema de bombeo. Conocer la importan cia qu e posen las bom bas y los sitemas de imp ulsión al momento de transportar fluidos.
F NDAMENTO DAMENTO TEÓRICO: SISTEM AS TEM AS DE BOMB OMBEO Una necesid ad muy antig ua presentad a al ser humano, f ue la necesid ad de tra nsportar el agua de un lugar a otro, por lo que empezó a idear diversos mecanismos para su solución, iniciando así el desarrollo tec nológico en sistemas de bombeo. Una bomba sir ve para produ cir una ganancia en carga estática d e un fluido proced ente de una energía mecánica que se tra nsmite en su eje por medio d e un motor. Hay una diversidad de mecanismos d e bombeo (bom bas), cuya capacidad, diseño y aplicación cubren un amplio rango que va desde pequeñas unidades utilizadas para dosificació n d e cantidad es mínimas, hasta bombas centrif ugas que son capaces d e manejar grandes volúmenes para surtir de agua a las gra ndes concentraciones urbanas. Su varied ad de diseños cubren d esde diferentes principios d e operación, hasta bombas undidos, especiales para manejo de s ustancias tan diversas como el agua, metales f und concreto, etc., gastos diferentes y materiales de construcción son los que inter vienen en esto. El Bombeo Hidráulico Hidráulic o El bom beo hidráulico es tal vez uno de los sistemas de levantamiento artificial menos aplicados en la industria petrolera. Aunque f ue ampliamente implementado y d if und undido en los años 60 y 70s, las compañías fabricantes de estos sistemas f ueron absor bidas por otras compañías o desaparecieron del mercado. El bombeo hidráulico comparado con el mecánico y el neumático es relati vamente nuevo, pues su etapa d e desarrollo se remonta a 1932 y hasta nuestros días ha alcanzado un gra do de perfeccionamiento y una eficiencia tal, que en muchos casos puede competir ventajosamente con cualquier otro método conocido.
Bomba hidráulica hidráulica Una bomba es una máquina hidrá ulica generadora que tra nsforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionad a en energía hid rá ulica d el
fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como p uede ser el hormigón antes d e frag uar o la pasta d e papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su v elocidad o s u alt ura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadie ndo energía al sistema hidráulico, para ud a otra d e mayor presión o mover el fluido de una zona de menor presión o altit ud altit ud ud. Existe una ambigüedad en la utilización del término bomba, ya que generalmente es utilizado para referirse a las máquinas d e fluido que tra nsfieren energía, o bombean fluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido de tra bajo, a diferencia de otras máquinas como lo son los compresores, cuyo campo d e aplicación es la neumática y no la hidráulica. Pero tam bién es común encontrar el término bomba para referirse a máquinas que bombean otro tipo de fluidos, así como lo son las bombas de vacío o las bombas d e aire.
INS INST A ACIÓN ACIÓN DE BOMB OMBEO En la Figura se esquematiza una instalación de bombeo, la que consta de dos reser vorios R1 y R2, siendo el nivel en éste último superior al primero en una alt ura topográfica que llamamos HT. Ambos reser vorios están conectados por una conducción de diámetro D, interr umpida por un equipo de bombeo, cuya misión es la de ele var un caudal Q a la alt ura HT.
Se rec uerda que el tramo d e conducción hasta la bomba se d enomina Aspiración, y el que parte d e la bom ba hasta la cisterna, es la Imp ulsión propiamente dic ha. En general, a toda la instalación se la denomina genéricamente como Imp ulsión. Analizaremos, a continuación, y en forma cualitati va, la hid rodinámica de la instalación; lo cual nos ayudará a seleccionar el tipo de bomba a utilizar en la instalación.
SISTEM AS DE IMP IMP
SION
Un sistema d e imp ulsión consiste básicamente en captar agua d esd e un determinad o lugar y elevarla o imp ulsarla a otro punto, ubica do por lo general a un nivel más alto. Al momento d e realizar el diseño de un sistema d e impulsión, se deben tener presentes múltiples factores como por ejemplo; disponibilidad de artículos en el mercado, costos, calidad, garantía de los elementos, fonna de instalación, etc. los que indicarán las dime nsiones más apropiad as de los elementos a utilizar, en uberías. especial las características y dime nsiones de la bomba y t ub
Nomencl omenclat at ura ura t ipica ipica de la instalci nstalcion on de una bomba Una instalacion de bombeo tiene 2 partes bien i dentificadas que son:
IMPULSION POR BOMBEO D f inición inición Muchas v ces a capt ac aci n el almacenamient n tienen la suf icient e alt ura como para lograr las condiciones de presi n de distribuici n re ueridas en cu o caso es preciso aport ar al fluido la energía necesaria.
Se tiene que consid erer que y
y
y
altura g étrica nivel de descarga.
(Hg
) la diferencia de alt ura entre el nivel de bombeo y el
altura anomé nométrica tot al (HMT) la alt ura geométrica increment ada de las pérdidas de carga t ot ale ales correspondient es a la aspir aci n y al bombeo, o a la
presi n residual mínima de distribuci n (ver los ejemplos de las f iguras . desde un Conducción por bomb omb o
pozo
HMT = Hgeo + J Distribuci n a presi n P= Presi n mínima de trabajo
Conducci n por bombeo desde un t anque HMT = Hgeo + J 1 + J 2
Principios de dimensionamiento Resolución gr f ic ica
HMT = Hgeo + J J = f (Q2 Cc curva caract erística del sist ema ema Cb: curva caract erística de la bomba M: punt o de funcionamient o Not a : resoluci n v lida para niveles de aspiraci n y bombeo const ant es; en caso contrario, hay que est udiar los punt os de funcionamient o limit ados por las curvas caract eristi cas, los niveles maximos y mínimos en el pozo de aspiraci n.
1. TIPOS DE BOMBAS Las Bombas pueden clasif icarse sobre la base de las aplicaciones a que est n destinadas, los mat eriales con que se construyen, los líquidos que mueven y aún su orient ac aci n en el espacio. Todas est as clasif icaciones, sin embargo, se limit an en amplit ud tienden ema más básico de clasif icaci n, def in sust ancialment e a traslaparse entre sí. Un sist ema ine primero el principio por el cual se agrega energía al fluido, investiga la identif icaci n del inalment e delinea las geometrías medio por el cual se implement a est e principio y f in específ icas comúnment e empleadas. Est e sist ema ema se relaciona por lo t ant o, o, con las
bombas mis mas y n o se relaciona con ninguna consid eraci n ext erna a la bomba o aun con los mat eriales con que puede est ar construida. Bajo est e sist ema, ema, t odas lasb ombas pueden dividirse en dos grandes cat ego ego rías: e, para increment ar las Dinámicas, en las cuales se añade energía continuament e, velocidades d e los fluidos d entro de la máquina a valores mayores d e los q ue exist en en la descarga, de manera que la subsecuent e reducci n en v elocidad d entro, o más allá de la bomba, produce un increment o en la presi n. Las bombas dinámicas pueden, a su vez, subdividirse en otr as variedades de bombas centrífugas y de otros efect os especiales.
De Desplazamient o, o, en las cuales se agrega energía peri dicament e mediant e la aplicaci n de fuerza a uno o más límit es móviles de un número deseado de volúmenes que contienen un fluido, lo que result a en un increment o direct o en presión hast a el valor requerido para desplazar el fluido a trav és de válvulas o abert uras en la línea de descarga. Las bombas de desplazam ient o se dividen esencialment e en los tipos reciprocant es y rot at orios, dependiendo de la nat uraleza del movimient o de los miembros que producen la presión.
1. CALCULO DE LA ALTURA MANOMETRICA O DINAMICA al, La presión de una bomba o energía mecánica tr ansmitida al líquido debe ser t al, que peemit a al agua vencer los siguient es fact ores:
oma y entrega del La alt ura est ática (diferencia de nivel entre la t oma
agua).
Las pérdid as de carga por f ri ricción del fluido con la t ubería (HF). Pérdid as por singularidades o accesorios (Hs). Los requerimient os de presión si, por ejemplo, se hace funcionar un equipo de riego presurizado (P). La alt ura represent ativa de velocidad (V2/2g).
Al Alt ura ura Est át ica ica Se d enomina alt ura estática (figura 3) a la diferencia d e alt ura entre el punto d e toma de agua y donde se entrega. Se divide en
a) b)
C arga
estática de aspiración. C arga estática d e ele vación.
En los sig uie ntes puntos se explicarán las diversas metodologías para el cálculo d e la carga dinámica, mostrada en la figura 4, la cual estará compuesta por las pérdidas por fricción, singularidades, alt ura de velocidad y presión de tra bajo de los accesorios que se incluyan en la red d e imp ulsión.
Requ equerim rimientos de pres presii n (P) del s istema uncione. Es la presión mínima que se requiere, para que un detenninado sistema f un Se expresa en metros de columna de agua (m.c.a.), y vale cero, si la bomba descarga a tra vés de la t ub ubería libremente hacia la atmósfera. Si la bomba d ebe llenar un estanque a presión, o mover un aspersor, o salir a tra vés de un gotero, se debe
considerar la presión d e tra bajo de estos elementos de riego, valores quefiguran en los respectivos catálogos.
Al Alt ura ura representat presentat iva iva de velocida cidad ( V2 / 2g) 2g) Correspond e
ubería, que d epend e a la energía cinética del agua dentro de la t ub de la velocidad del agua. Se relaciona con la veloci dad d e salid a d el agua d esd e la ubería. Su valor, se expresa en m.c.a. t ub Para efectos de diseño ésta se s uma a los requerimientos de presión del sistema, con el fin de obte ner la Alt ura Manométrica Total
Ejem Ejempl plos os Se están bombeando 17 lt/s a tra vés de una t ub ubería d e 100 mm de diámetro interior, entonces la alt ura de velocidad que se debe vencer se calcula de la siguiente manera: Se utiliza la fórmula propuesta para el cálculo de la velocid ad en la sección de pér did as singulares : Por lo ta nto velocid ad es:
la
alt ura
representativa
de
Este valor, aunque es pe queño, se debe considerar en el cálculo de la Alt ura Manométrica Total.
2. Potenci Potenciaa de una bomba La potencia en el eje de la bomba considerando su eficie ncia, es aquella que corresponde cuando ésta tra baja para ele var una detenninada masa de agua por unidad de tiempo, com unicándole una cierta presión al fluido para vencer
la carga manométri ca (H). pot encia de la bomba son:
De est e modo, las expresiones para calcular la
Donde: HP = Pot encia consumida por la bomba (o pot encia en el eje de la bomba), (HP) KW = Pot encia consumida por la bomba (o pot encia en el eje de la bomba), (KW) Q = Caudal elevado (lt/s) H = Carga t ot al al o dinámica (m) = Ef iciencia de la bomba, O< <1 Observación: 1 HP = 745 Watts Ejemplo: al de 25 m y un a Se desean elevar 15 lt/s , con una carga manométri ca t ot al ef iciencia de la bomba de 85% (0,85). La pot encia calculada es:
La bomba seleccionada deberá t ener una pot encia de por lo menos 6 HP, con el propósit o de no sobrecargarla durant e su funcionamient o. o.
3. CURVAS CARACTERISTICAS Son curvas entregadas por los fabricant es de equipos de impulsión, con el propó sit o de seleccionar el equipo más adecuado, a cada necesidad en particular. -10-
Cada bomba est á diseñada para condiciones det ennin adas respect o a caudal, alt ura de elevación, pot encia y velocidad, lo que se puede apreciar.
La bomba transmit e energía mecánica al fluido transport ado, que le permit e ser elevado desde el punt o de capt ac ación al de entrega, consid erando las pérdidas en la t ubería y en los accesorios. Además de ser necesario, deberá dar la presión ema de entrega de agua es por aspersión o got eo. eo. Est a requerida si el sist ema energía se mide en metros de columna de agua (m.c.a.) y se denomina alt ura de presión (H). En general, podemos decir que las bombas centrífugas obtienen su máxima ef iciencia, al elevar poco caudal a gran alt ura y que si se disminuye la alt ura de elevación, aument ará el caudal, disminuirá la ef iciencia de la bomba y aument arán -11-
los requerimient os de pot encia.
De las bombas helicoidales es posible decir, que la máxima ef iciencia es lograd a cuando se eleva agua a poca alt ura y que al aument ar la alt ura de elevación, disminuye el caudal, aument ando la pot encia consumida, lo cual implica que se puede quemar un mot or eléctrico o sobre calent ar un mot or de combustión.
COMO CALCULAR LA POTENCIA DE LA BOMBA CALCULOS OUE SE DEBEN REALIZAR Ejemplo: Se desea elevar 2 ,5 lt/seg de agua a un d esnivel de 20 m. para almacenaría enun est anque. El agua ant es de ser almace nada deberá serf iltrada por un f iltro d e arena y por otro de malla.
10.1 Estim Estimación del di metro ema de impulsión, En primer lugar, se debe estimar el diámetr o para el sist ema utilizando la siguient e expresión:
De acuerdo a las disponibilidades de bombas comerciales, se debe seleccionar un diámetro de aspiración y elevación coherent e con la ofert a de equipos.
Pérdid Pérdidas de energí energía por f ricción ricción La longit ud de la t ubería para est e ejemplo es de 40 m, por lo que las pérdid as ricción son las siguient es: por f ri
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Como la longit ud de la t ubería es de 40 m, la pérdida por f ri ricción es de 1,84 m.
Pérdid Pérdidas sing singulares. res. Las pérdidas singulares deben ser calculadas para cada uno de los accesorios que se incorporen, t ant o para la sección de elevación, como aspiración.
Accesorios de aspiración: Como mínimo se deben cont empla emplar, los siguient es accesorios: Válvula de pie K= 2,5 Codo de 900 K= 0,9 Accesorios de elevación: Codo de 90° Válvula de no ret orno
K= 0,9 K = 2,5
Por lo t ant o, o, para calcula r las pérdidas por singularidades, se debe estimar la velocidad de escurrimient o al int erior de la cañería. Si se utilizan distint os diámetros para aspiración y elevación, se debe calcular la velocidad para cada uno de ello s. Se tiene que:
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Requerimientos de presición ema del ejemplo bombea agua desde un pozo, por lo t ant o, o, se requier e El sist ema un f iltrado utilizando un f iltro de arena y otro de malla ant es de ser acumulada para su post erior utilización. De la t abla 5 se obtiene la presión de trabajo de los f iltros Filtro de arena =3m Filtro de malla =5m
Se eligen los valores más alt os para asegurar el buen funcionamient o del diseño, debido a que la bomba debe ser capaz de superar la pérdida de carga originada por las impurezas acumuladas en los f iltros, cuando ést os est án sucios. Presión d e trabajo = 5 + 3 =8m
Altur Altura represent ati a de velocidad La alt ura represent ativa de velocidad, se calcula utilizando la siguient e fórmula:
H VELOCIDAD = V2 Q al int erior 2. g
, reemplazando la expresión d e velocidad V = 4 .
. d 2
de est a fórmula se obti ene la siguient e expresión:
Est e valor se debe sumar a los ant erionnent e calculados, para obt ener la Energía de la Bomba o Alt ura Manométrica Tot al al (Hmt ), ), pero generalment e se desprecia por ser de poca magnit ud, comparado con los otros fact ores que int ervienen en dicho cálculo.
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Energ nergía ía de la Bomba o Al Alt ura ura Manom t rica ric a Total otal (Hmt) Finalmente la energía d e la bomba se d ebe calcular como sig ue: EB = DE SNI EL HF + HS + PTRABAJO + H V Donde: = Energía de la bomba o alt ura de carga EB = Diferencia d e cota entre el manométrica total (m) Desnivel nivel d el agua en la captación y el p unto de entrega d el agua ( m) HF = Pérdidas de energía debido a la fricción ( m) HS = Pérdid as d e energía d ebido a singularid ad es ( m) HV = Alt ura de velocidad ( m) PTRABA JO
= Presión d e tra bajo de los accesorios considerados (m)
Finalmente :
EB = 20 + 1, 4 + 0,76 + 8 + 0,11 = 30,71 m Con
este valor calculado se debe seleccionar el tipo de bomba más adecuado, lo cual será realizado a continuación.
USO DE L AS L AS CURV AS C AR AR ACTERI ACTERISSTIC AS TIC AS Las Curvas Características de las bombas, son herramientas entregadas por los fabricantes en los catálogos, para poder seleccionar en forma óptima y con la mejor eficiencia d e tra bajo una bomba, para cad a condición particular de f un uncionamiento. Se d eben tener la siguientes consideracio nes: · Si al seleccionar un tipo d e bomba d esde un catálogo, los valores d e caudal que entrega esa bom ba no satisfacen la alt ura manométrica necesaria, se d ebe descartar esa bom ba y buscar otro tipo. · Si se satisfacen los requerimientos de caudal y alt ura manométrica, pero los valores d e eficiencia son muy bajos, se d ebe descartar esa bomba y buscar una que entregue un valor d e eficie ncia mayor. · La potencia requerida por el sistema pueda ser abastecida con las f uentes energéticas disponibles, es decir, electricidad mono o trifásica, potencia contratada en el predio y
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amperaje del sistema.
GOLP GOLPE DE ARIETE ARIETE EN BOMBAS OMBAS El golpe de ariete es una gran f uerza destructi va que puede presentarse en cualquier sistema de bombeo, cuando en este el caudal (gasto) cam bia repentinamente de un momento a otro cualquiera que sea la causa. Es esencial y necesario que el ingeniero sea capaz de predecirlo (golpe de ariete), a la vez que estima la presión máxima que este puede llegar a producir y si es posible, instalar equipo capaz de reducir esta presión, hasta que quede dentro de los limites de seg uridad. Aun cuando la teoría y el mecanismo d e cálculo d el fenóme no del golpe d e ariete en líneas de descarga de bombas centrif ugas ha avanza do mucho últimame nte, hay muchos aspectos que pueden ser conf usos para muchos.
CONS CONS IDER A ER ACIONE CIONESS BÁSIC BÁSIC AS AS þ
ubería que lo condu ce, se comporta como un cuerpo El fluido dentro de la t ub elástico, de densidad homogénea y se encuentra siempre en estado liquido.
þ
El material de la t ub ubería es homogéneo, isotópico y elástico.
þ
Las velocidades y presiones que se generan dentro de la t ub ubería, la cual siempre se encuentra llena completamente de fluido, se distribuyen uniformemente sobre cualquier sección tra nsversal d e la t ub ubería que se considere.
þ
La presión que produce la velocidad del fluido es despreciable cuando se le compara con los cam bios de presión que provoca el golpe de ariete.
þ
La distancia entre la entrada y salida de la bomba es tan corta que la onda de presión que provoca el golpe de ariete se propaga entre estos dos puntos, de manera instantánea.
þ
Los efectos de inercia de partes giratorias, o sea el efecto de volante del impulsor de bombas o del motor del rotor eléctrico, son despreciables en s u ud durante el cambio de condiciones que impone el golpe d e ariete. magnit ud
þ
Se consid era que no hay cambio apreciable en los ni veles d e liquido d e los tanques de almacenamiento, tanto de alimentación como de descarga del sistema, que sea de consideración durante el fe nómeno del golpe de ariete.
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ALGUNOS MÉTODOS PARA CONTRARRESTAR EL GOLPE DE ARIETE Sistemas de bomb ombeo de baja y alt a presión: el golpe de ariet e tiene mayor emas de baja presión, que en los de alt a presión. Las signif icación en sist ema velocidades de desplazamient o en condiciones est ables normales t ant o en los sist ema emas de alt a como en los de baja presión son aproximadament e iguales. Sin embargo, los cambios de presión son proporcionales a la velocidad con que se cambia la velocidad de la masa de agua cont enida dentro de la t ubería. Por lo t ant o, o, dado un cambio de velocidad especif ico dentro de la unidad d el tiempo, el cambio de presión que result a en los sist ema emas d e alt a y baja presión es del mis mo orden de magnit ud. Por lo t ant o, o, una elevación en la presión por una cantidad dada, represent ará un aument o en mayor proporción dentro del sist ema ema de baja presión, ema d e que lo que est e mismo aument o de presión r epresent ara dentro de un sist ema alt a presión. Tamañ o de la tub tuberí ería: El diámetro de la t ubería se suele det erminar en consid eraciones económicas, basadas en condiciones de bombeo en est ado est able. No obst ant e, e, los efect os del golpe de ariet e en un t ubo de descarga de una bomba amaño del t ubo de descarga, porque los cambios se pueden reducir al aument ar el t amaño de velocidad serán menores en el t ubo más grande. Est e mét odo de reducción d el golpe de ariet e en los t ubos d e descarga suele ser muy cost oso, pero hay oca sione s en las cuales r esult a más cost oso utilizar dispositivos d e control que el cambio del diámetro de la t ubería. Ef ecto ecto de volante ( ): Otro mét odo para reducir los efect os del golpe de ariet e en los t ubos de descarga de las bombas, es proveer un efect o de volant e adicional en el element o rot at orio del mot or. En promedio, el mot or por lo general produce alrededor del 90% del efect o del volant e combinado de los element os rot at orios de la bomba y el mot or. Al ocurrir una int errupción de corrient e en el mot or, un aument o de la energía cinética de las part es rot at orias, reducir á la rapidez del cambio de la circulación d e agua en el t ubo de descarga. En la mayoría de los casos se puede obt ener un aument o del 100% en el de los mot ores grandes con un aument o de precio del 20% del cost o original del mot or. Ahora bien, un aument o en el no es un mét odo económico para reducir el golpe de ariet e, e, pero es posible en algunos casos marginales, eliminar otros dispositivos más cost osos para el control de la presión. Número Número de bomb ombas: El número de bombas conect adas en cada t ubo de descarga alación, se suele det erminar con los requisit os operacionales de la inst alac disponibilidad de las bombas y otras consideraciones económicas. No obst ant e, e, el número y t amaño amaño de las bombas conect adas en cada t ubo de descarga t endrán algún efect o sobre las tr ansit orias d el golpe de ariet e. e. Para el arranque de bombas equipadas con válvulas de ret ención, cuant o mayor sea el número de bombas en -17-
cada t ub ubo d e descarga, menor será el aumento de la presión. Ad emás, si hay una falla en un a de las bombas o válvulas de retención, sería preferible una instalación ubo d e descarga, en v ez de una sola bomba, por que con bombas múltiples en cada t ub los cam bios de circulación en el t ub ubo d e descarga producidos por la falla, serian menores. Cuando ocurre un a interrupción sim ultánea de la corriente en todos los ubo d e motores de las bom bas, cuanto menor sea el número de bombas en un t ub descarga, menores serán los cam bios en la presión y otros fe nóme nos hid rá ulicos ubo d e descarga, un gran transitorios. Para una circulación total dada en un t ub número d e bombas y motores pe queños, tendrá mucha menor energía cinética total en las partes rotatorias, para mante ner la circulación, que un número pequeño de bombas. En consec uencia, para el mismo caudal total, los cambios de velocid ad y los efectos d el golpe d e ariete a consecuencia d e la interrupción d e la corriente son mínimos, cuando hay una sola bom ba conectada en cada t ub ubo d e descarga.
Velocida cidad esp especí ica ica de las bombas: bombas: Para una t ub ubería y condiciones d ad as d e circulación estable inicial, el aumento máximo en la carga que puede ocurrir en un ubo de descarga, d espués d e la interrupción d e la corriente, cuando la circ ulación t ub ud de la circ ulación inversa pasa por la bomba depende, primero, de la mag nit ud inversa máxima que puede pasar por la bom ba durante los periodos de disipación de energía y d e f un uncionamiento d e la t urbina y, luego, d e la circulación qu e p ued e por la bomba a la velocidad d e embalamiento o desboque en reversa. Al ocurrir la interrupción de la corriente, la bomba de fl ujo radial (alta velocidad especifica), producirá un poco mas de t urbulencia que las bom bas de flujo axial y de flujo mixto. La bomba de flujo radial tam bién produ cirá el máximo aumento en la carga al ocurrir la interrupción de la corrie nte, si se permite que la circulación inversa pase por la bomba. Suele haber muy poco aumento en la carga en las bombas de flujo mixto y de fl ujo axial cuando ocurre una interrupción de la corriente y si no ubería. ocurre una separación de la columna de agua en algún otro lugar de la t ub Dura nte la interrupción d e la corriente si no se utilizan válvulas, se llega a una mayor velocidad inversa en la bomba de flujo axial y a una menor en la bomba d e flujo radial. Por l o tanto, se debe tener cuidado de evitar daños a los motores de las bombas d e mayor velocid ad específica, d ebid o a estas velocid ad es inversas más altas. Al arrancar una bomba en contra de una válvula de retención inicialmente ubo cerrada, la bomba de flujo axial produ cirá el máximo aumento de carga en el t ub de descarga porque tam bién tiene la máxima carga d e cierre. Al arrancar la bomba, una bomba de flujo radial producirá un aumento nominal en la carga; pero, una bomba d e flujo axial pued e producir un aumento en la carga varias veces mayor que la carga estática.
ACCE ACCESSORIOS ORIOS PAR PAR A CONTR ARRE ARRESST AR AR EL GOLP GOLPE DE ARIETE ARIETE
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Válvulas Válvulas de retenci etenci n: estas se pueden agrupar en dos clases: d e cierre rápido y de cierre lento. El requisito más importante de una válvula d e retención es, que al ocurrir la interrupción d e la corriente, esta se cierre con un a rapidez tal que no se establezca una circ ulación inversa apreciable. Si debido a las características de circulación d el sistema y al diseño de la válvula de retención n o se puede cumplir con el anterior objeti vo, se tiene que rec urrir a unos dispositi vos que sea n capaces de amortiguar el cierre d e la válvula, ya sea en su totali d ad o en su finalización. En los sistemas grandes de bombeo, si se utiliza un cierre de una velocidad para la válvula d e descarga, d espués de la interrupción de la corriente, se limitara el ubería d e descarga, a un valor aceptable. Si se d esea, por aumento de la carga en la t ub otras consideraciones, limitar la velocidad inversa de la bomba, se puede utilizar un cierre d e dos velocid ad es para la válvula, en este caso la válvula en su mayor parte debe ser cerrada con mucha rapidez, hasta el momento en qu e se invierta la circulación en la bomba. Después debe aca bar de cerrarse con una menor velocid ad, a fin d e limitar el aumento d e presión en el t ub ubo d e descarga, a un v alor aceptable.
Supreso upresorres de fluct fluct uaciones ciones:: estos se utilizan, en las plantas de bombeo para ubos d e descarga d e las controlar el aumento en la presión que oc urre en los t ub bombas, después d e una interrupción d e la corriente. Un supresor d e fluct uaciones consiste en una válvula operada por piloto, la cual abre con rapidez después de una interrupción de la corriente. Esta válvula produce una abert ura para descargar el ubo d e descarga, d espués esta se cierra con lentit ud ud debid o a la acción d e agua del t ub un amortiguad or de cierre, a fin d e controlar el aumento en la presión conforme se corta la circ ulación de agua. Un supresor de fluct uaciones adecuado y bien ajustado en el campo, puede redu cir el aumento en la presión a cualquier valor deseado, siempre y cuando no ocurra una separación de la columna de agua en otros lugares de la t ub ubería. Si el supresor abre con demasiada rapid ez, después d e la interrupción d e la ubería de descarga seria corriente, la fluct uación d escendente de la bomba y d e la t ub mayor que si no hubiera supresor. Como res ultado, se puede producir una
separación d e la columna de agua en algunos lugares de la t ub ubería, por la apert ura premat ura del supresor. Si el supresor cierra con demasiada rapidez después de establecida la máxima circ ulación inversa, ocurrirá un gran aumento en la presión
Cáma Cámarras de aire ire: es un dispositi vo eficaz para controlar las fluct uaciones d e ubería d e descarga larga d e una bomba. Esta suele encontrarse en presión en un a t ub la estación d e bombeo o cerca de esta. La parte inferior de esta contiene agua y la superior aire comprimido. Cuando ocurre una interrupción de la corriente en el motor de la bomba, la carga producida por la bomba baja con rapidez. El aire comprimido de la cámara se expande y expulsa el agua por el fondo de la cámara
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hacia el t ubo de descarga, minimizando los efect os de cambio de velocidad y los efect os d el golpe de ariet e en el t ubo. Cuando la velocidad d e la bomba se reduce a un punt o al cual no puede entregar agua en contra de la carga exist ent e, e, ent onces la válvula de ret ención en la descarga se cierra con rapidez, desacelerando la bomba, hast a que est a se detiene. Unos inst ant es mas t arde, el agua en el t ubo de descarga pierde velocidad y se detiene, se inviert e y ret orna a la cámar a de air e. Est a entra por un orif icio de restricción, disminuyendo el volumen de aire de la cámar a y ocurriendo un aument o en la carga, superior a la carga de bombeo en la t ubería de descarga.
Tanques de compensación de pulsaciones: ciones: est e es uno de los dispositivos más conf iables que se pueden utilizar en las est ac aciones de bombeo para reducir el golpe e. No tiene piezas móviles que se puedan dañar. Después d e la int errupción de ariet e. en la corrient e, e, el agua en el t anque de compens ación constit uye una fuent e d e energía pot encial, que reduce en forma efectiva, la rapidez en el cambio de circulación y el golpe de ariet e en la t ubería de descarga. Una de las desvent aja ajas del t anque de compensación es que su part e superior debe est ar más arriba del gradient e hidráulico para evit ar derrames, haciendo así el t anque muy alt o y muy cost oso. En el libro Hidraulic Instit ut e St andards (Bombas centrifugas, rot at orias y reciprocas), 12a, 1969. Podemos encontrar unas gráf icas d e fácil manejo de donde uaciones en la t ubería ocasionadas por el arranque o se pueden calcular las fluct uac paro súbit o de una bomba.
Trinq rinquetes no rev reversib ersibles: les: est e aparat o de uso solo en plant as de bombeo pequeñas, consist e de un trinquet e (cuña) no reversible en el eje eje de la bomba y del mot or, que evit a la rot ac ación inversa de la bomba. Est e aparat o es ef icaz para controlar el golpe de ariet e al ocurrir la int errupción de la corrient e, e, debido a la gran cir culación inversa que puede pasar por el impulsor que est a est ac acionario. Aunque ha sido útil en bombas pequeñas, su uso en bombas medianas y grandes ha e, debido a que el cho que en el sist ema ema de eje de mot or y b omba sido decepcionant e, por el paro repentino del eje, oca siono graves problemas mecánicos. A continuación s e mostraran algunas gráf icas que of recen un mét odo convenient e para obt ener las tr ansit orias hidráulicas en la bomba y en el punt o medio del t ubo de descarga, cuando no hay válvulas de control en la bomba. Aunque las gráf icas, en t eo eoría, son aplicables a un grupo particular de bombas de flujo radial, t am ambién son útiles para calcular los efect os del golpe de ariet e en cualquier t ubería de descarga equipadas con bombas de flujo radial. Las gráf icas est án basadas en dos parámetros independient es:
, la const ant e de la t ubería y
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una const ant e
que incluye el efect o de la inercia de la bomba del mot or y el tiempo de recorrido de la onda de golpe de ariet e en la t ubería de descarga.
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