Universidad de Carabobo Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Mecánica Dpto. de Térmica y Energética
BOMBAS
Prof: Fernando Aular
Bombas • Definición de Bomba • Clasificación de las Bombas • Elementos Constitutivos de las Bombas • Curvas Teóricas Teóricas de las Bombas • Factor Factor de Deslizamiento Desl izamiento
Bombas Definición: son máquinas hidráulicas que transfieren energía al fluido con la finalidad de transportarlo desde un punto a otro. Reciben energía de una fuente motora cualquiera y entregan parte de esta energía al fluido en forma de energía de presión, energía cinética o ambas, es decir, aumentan la presión del líquido, la velocidad o ambas.
Bombas Clasificación: Turbobombas o Rotodinámicas
Bombas
Desplazamiento Positivo
Bombas Clasificación: Alternativas
Desplazamiento Positivo Rotoestáticas
Bombas Clasificación: Radiales Centrífugas Mixtas Rotodinámicas
Axiales
Bombas Clasificación: 1-Bomba Centrífuga con rodete en voladizo
Bombas Clasificación: 1-Bomba Centrífuga con rodete en voladizo
Bombas Clasificación: 2-Bomba Centrífuga con rodete entre rodamientos
Bombas Clasificación: 2-Bomba Centrífuga con rodete entre rodamientos
BOMBAS Clasificación: 3-Bomba Centrífuga tipo turbina
BOMBAS Clasificación: 3-Bomba Centrífuga tipo turbina
BOMBAS Elementos Constitutivos: Rodete El rodete es el componente rotatorio, formado por álabes que tienen como función transformar la energía mecánica en energía cinética y elástica.
1- Sistema Rotor
Eje Impulsor La función del eje es la de transmitir el torque de accionamiento al rodete. Se debe proyectar para que tenga una deflexión máxima preestablecida cuando esta en operación
BOMBAS Elementos Constitutivos: 1- De acuerdo a la orientación de los álabes
Clasificación de Rodetes
2- De acuerdo a la construcción
3- De acuerdo a aplicaciones especiales
BOMBAS Elementos Constitutivos: 1- De acuerdo a la orientación de los álabes
Álabes atrasados
Álabes rectos
Álabes adelantados
BOMBAS Elementos Constitutivos: 2- De acuerdo a la construcción
Rodete Cerrado
Rodete Semiabierto
Rodete Abierto
BOMBAS Elementos Constitutivos:
3- De acuerdo a aplicaciones especiales
BOMBAS Elementos Constitutivos: Carcasa La carcasa es la encargada de la contención del fluido bombeado.
2- Sistema Estator
Sistema Difusor El sistema difusor permite la transformación de la energía cinética contenida en el fluido en energía elástica.
BOMBAS Elementos Constitutivos:
Sistema Difusor
Carcasa
Corona Difusora
BOMBAS Elementos Constitutivos: Sellos con Prensa estopas
3- Sistema de Sellos
La prensa estopas es un material deformable, fabricado con hilos trenzados de fibras vegetales y minerales, utilizado para prevenir o controlar el paso de fluidos entre dos superficies en movimiento.
Sellos Mecánicos Cuando el liquido bombeado no puede gotear al exterior, por un motivo cualquiera (tóxico, inflamable, corrosivo, muy volátil) o simplemente no se desean goteras.
BOMBAS Elementos Constitutivos:
Sellos Mecánicos
Sellos con Prensa estopas
BOMBAS Elementos Constitutivos: 4- Sistema de Cojinetes
BOMBAS Elementos Constitutivos:
Partes Bomba Monoetapa
BOMBAS Elementos Constitutivos:
Partes Bomba Multietapa
BOMBAS Curva Característica Ideal:
Triángulo en la salida
BOMBAS Se tiene: 4.1 4.2 Si se supone que α1 = 90° y además V 1u = 0, se tiene que: 4.3
BOMBAS Si se hace un cambio de variables: 4.4
4.5
Ecuación de una recta 4.6
BOMBAS Curva Característica Ideal:
Curva H=f(Q) ideal de una Bomba Curva 1: álabes adelantados. Curva 2: álabes rectos. Curva 3: álabes atrasados.
Curvas Teóricas
BOMBAS
BOMBAS Factores que modifican el comportamiento de las curvas características 1.- El Deslizamiento, que es un factor de disminución de trabajo. 2.- Las pérdidas de disponibilidad de energía. H Deslizamiento Pérdidas de Energía Q
FACTOR DE DESLIZAMIENTO μ Al girar el eje de la bomba se engendra en el espacio entre álabes un torbellino relativo en sentido opuesto al del giro del rodete, que sumado al desplazamiento de la velocidad relativa w 2z d i s m i n u y e el ángulo efectivo de salida de la corriente hasta un valor β2z menor que el correspondiente a un número infinito de álabes β2, fenómeno que viene representado por un coeficiente de influencia μ que depende del número de álabes.
FACTOR DE DESLIZAMIENTO μ 4.7
PÉRDIDAS GLOBALES
HIDRÁULICAS PÉRDIDAS
VOLUMÉTRICAS MECÁNICAS
PÉRDIDAS HIDRÁULICAS
SUPERFICIE PÉRDIDAS
FORMA
PÉRDIDAS VOLUMÉTRICAS
EXTERIORES, qe PÉRDIDAS INTERIORES, qi
PÉRDIDAS VOLUMÉTRICAS
PÉRDIDAS VOLUMÉTRICAS
CIERRES LABERINTICOS
PÉRDIDAS VOLUMÉTRICAS
CIERRES CON EMPAQUETADURA
PÉRDIDAS VOLUMÉTRICAS
CIERRES MECÁNICOS
PÉRDIDAS MECÁNICAS
PRENSAESTOPA - EJE
PÉRDIDAS
EJE - COJINETES
DISCO - FLUIDO
PÉRDIDAS MECÁNICAS
PÉRDIDAS MECÁNICAS
ÍNDICES DE POTENCIA 1. Potencia de Accionamiento. Potencia entregada a la bomba a través del eje de la máquina. 4.8
4.9
ÍNDICES DE POTENCIA 2. Potencia Interna. El rodete entrega al flujo (Q+qe+qi) una Altura HIdeal 4.10
Potencia que recibe el flujo cuando pasa por el rodete 4.11 4.12
ÍNDICES DE POTENCIA 3. Potencia Útil. La energía que se le entrega al caudal útil real H
Q a
la altura 4.13
Potencia de accionamiento descontando todas las otras pérdidas 4.14
ÍNDICES DE POTENCIA 3. Potencia Útil. o en función de la potencia interna 4.15
ÍNDICES DE POTENCIA
Diagrama de Potencias
ÍNDICES DE POTENCIA 1. Eficiencia Hidráulica. Toma en cuenta las pérdidas hidráulicas 4.16
4.17
4.18
ÍNDICES DE POTENCIA 2. Eficiencia Volumétrica. Toma en cuenta las pérdidas de flujo de volumen 4.19
4.20
ÍNDICES DE POTENCIA 3. Eficiencia Interna. Toma en cuenta las pérdidas hidráulicas y las de flujo de volumen 4.21
4.22
4.23
ÍNDICES DE POTENCIA 4. Eficiencia Mecánica. Toma en cuenta las pérdidas mecánicas 4.24
4.25
4.26
ÍNDICES DE POTENCIA 5. Eficiencia Total. Toma en cuenta las pérdidas globales en la bomba 4.27
4.28
4.29
ÍNDICES DE POTENCIA 5. Eficiencia Total. otra forma de evaluar η
T
4.30
4.31
ÍNDICES DE POTENCIA 5. Eficiencia Total (Continuación). otra forma de evaluar η T
4.32
4.33
ÍNDICES DE POTENCIA 6. Eficiencia Global. Toma en cuenta las pérdidas en la bomba y el motor 4.34
4.35
CURVA CARACTERÍSTICA REAL
CURVAS CARACTERÍSTICAS DE BOMBAS η ηmax
B.E.P. (Best Efficiency Point)
Q
Curva de Eficiencia vs. Caudal
CURVAS CARACTERÍSTICAS DE BOMBAS Wa
Fricción en sellos y Cojinetes Fricción en disco
W
Fugas y Recirculación Choques (Forma) Wu
Fricción (superficie)
Q
Curva de Potencia vs. Caudal
CURVAS CARACTERÍSTICAS DE BOMBAS W
H
Qn
Q
Curvas Características Reales de una Bomba
η
CURVAS CARACTERÍSTICAS DE BOMBAS Z.S.O H
Z.O.O. Zona Recirculación
Zona Cavitación
Q
Curvas Real de una Bomba (Zonas de Trabajo)
CURVAS CARACTERÍSTICAS DE BOMBAS
Banco de prueba, para obtención de curvas
CURVAS CARACTERÍSTICAS DE BOMBAS
Curvas Características Obtención de estas
CURVAS CARACTERÍSTICAS DE BOMBAS
Curva Estable
Curva Inestable
Tipos de Curvas H vs. Q (Estabilidad de Curvas)
CURVAS CARACTERÍSTICAS DE BOMBAS
Curva Estable Inclinado Acentuado
Curva Estable Plana
Tipos de Curvas H vs. Q (Estabilidad de Curvas)
CURVAS CARACTERÍSTICAS DE BOMBAS
Tipos de Curvas H vs. Q (Estabilidad de Curvas)
CURVAS CARACTERÍSTICAS DE BOMBAS
Curva De potencia Con sobre carga
Radial
Curva De potencia sin sobre carga
Mixta
Curva De potencia sin sobre carga
Axial
Curvas Características de Potencia de Bombas
CURVAS CARACTERÍSTICAS DE BOMBAS
Curvas en concha de una Bomba (Isoeficiencia)
ASOCIACIÓN DE BOMBAS
ASOCIACIÓN DE BOMBAS EN PARALELO
ASOCIACIÓN DE BOMBAS EN PARALELO
DOS BOMBAS IGUALES OPERANDO EN PARALELO
ASOCIACIÓN DE BOMBAS EN PARALELO
ASOCIACIÓN DE 3 BOMBAS IGUALES OPERANDO EN PARALELO
ASOCIACIÓN DE BOMBAS EN PARALELO
ASOCIACIÓN DE 2 BOMBAS DIFERENTES OPERANDO EN PARALELO
ASOCIACIÓN DE BOMBAS EN PARALELO
ASOCIACIÓN DE BOMBAS EN PARALELO Precauciones de la asociación de bombas en Paralelo
Caudal Muy grande NPSHD insuficiente y NPSHR muy alto, implica cavitación. • Baja eficiencia de la bomba. • Aumento de la potencia consumida. •
Caudal Muy reducido • • • • •
Excesiva recirculación del flujo. Baja eficiencia de la bomba. Esfuerzos radiales excesivos. Esfuerzos axiales excesivos. Calentamiento del líquido bombeado.
ASOCIACIÓN DE BOMBAS EN SERIE
ASOCIACIÓN DE BOMBAS EN SERIE
DOS BOMBAS IGUALES OPERANDO EN SERIE
ASOCIACIÓN DE DE BOMBAS EN SERIE
DOS BOMBAS DIFERENTES ASOCIADAS EN SERIE
ASOCIACIÓN DE DE BOMBAS EN SERIE
ASOCIACIÓN DE DE BOMBAS EN SERIE Bombas de varias etapas
ASOCIACIÓN DE BOMBAS
ASOCIACIÓN DE BOMBAS
CURVA CARACTERÍSTICA ZONA PLANA
POSIBLE RECIRC.
ZONA ÓPTIMA
POSIBLE CAVITACIÓN
H
Fa Fr ΔT
Fa Fr ΔT
VARIACIÓN DE ESFUERZOS Y ΔT EN FUNCIÓN ZONAS DE TRABAJO
ESFUERZOS APLICADOS AL RODETE
ESFUERZOS AXIALES APLICADOS A UN RODETE
ESFUERZOS APLICADOS AL RODETE
ESFUERZOS AXIALES APLICADOS A UN RODETE DE DOBLE SUCCIÓN
ESFUERZOS APLICADOS AL RODETE
TÉCNICAS USADAS PARA COMPENSAR EL EMPUJE AXIAL EN EL RODETE
CAVITACIÓN CLASICA EN UNA BOMBA DEFINICIÓN
CARACTERÍSTICAS • ALTA
UNA DEFINICIÓN SIMPLE DE CAVITACIÓN SERÍA, UNA INTENSA FORMACIÓN DE BURBUJAS DE VAPOR EN LA ZONA DE BAJA PRESIÓN DE LA BOMBA Y POSTERIOR COLAPSO (IMPLOSIÓN) DE ESTAS BURBUJAS EN LA REGIÓN DE ALTA PRESIÓN
FRECUENCIA DE FORMACIÓN DE BURBUJAS 25000 CADA SEGUNDO. • PRESIÓN TRANSMITIDA A LAS PAREDES HASTA DE 1000 ATM. • TEMPERATURAS PUNTUALES DE HASTA 800 °C. DE CAVITACIÓN • NUCLEOS GENERAN GRANDES FUERZAS DESCOMPENSADAS Y ALEATORIAS
CAVITACIÓN CLASICA EN UNA BOMBA CONSECUENCIAS INMEDIATAS SE PRODUCEN GRANDES GOLPES QUE OCASIONAN DESPRENDIMIENTO DEL MATERIAL. • SE PRODUCE GRAN ABRASIÓN Y EROSIÓN DE LA SUPERFICIE DEL RODETE. VIBRACIONES • ALTAS MECÁNICAS DESCOMPENSADAS. • DETERIORO COMPLETO DE LOS COJINETES DE LA BOMBA •
• • •
•
DISMINUCIÓN ABSOLUTA DE LA EFICIENCIA DE LA BOMBA. CAIDA BRUSCA DE LA PRESIÓN DE DESCARGA. EXCESIVO CALENTAMIENTO PUNTUAL DEL FLUIDO A BOMBEAR. EL FENOMENO DE LA CAVITACIÓN VA CRECIENDO DESDE EL PUNTO DE VISTA DESTRUCTIVO EN LA MEDIDA QUE SE DESARROLLA.
CAVITACIÓN CLASICA EN UNA BOMBA
DISMINUCIÓN BRUSCA DE LAS C.C. DE UNA B.C. DEBIDO A LA CAVITACIÓN
CAVITACIÓN CLASICA EN UNA BOMBA
EJEMPLOS DE RODETES DAÑADOS PRODUCTO DE CAVITACIÓN
CAVITACIÓN CLÁSICA EN UNA BOMBA •
NPSH
•
Altura neta positiva en la succión de la bomba.
•
No es más que la disponibilidad de energía mínima que debe tener el líquido a bombear en la brida de succión de la bomba, para que esta pueda operar satisfactoriamente.
•
Para efectos de determinación de la cavitación se puede dividir en dos: el NPSHR y el NPSHD.
(NET POSITIVE SUCTION HEAD)
NPSH (NET POSITIVE SUCTION HEAD) PARAMETRO PARA DETERMINAR LA CAVITACIÓN CLÁSICA
CAVITACIÓN CLÁSICA EN UNA BOMBA •
El NPSHR es una curva característica más de toda bomba y solo puede ser obtenida de manera experimental en los bancos de pruebas de los fabricantes, representa la disponibilidad de energía mínima en la succión, por debajo de la cual se vaporizaría el fluido e iniciaría la cavitación.
•
El NPSHD es una característica de la instalación donde la bomba opera, representa una disponibilidad de energía en la succión, tal que la presión del fluido en ese punto este por encima del valor de presión de saturación del fluido a la temperatura de trabajo, de tal forma de garantizar la no cavitación.
CAVITACIÓN CLÁSICA EN UNA BOMBA 4.36
4.37 4.38 4.39
DETERMINACIÓN DEL NPSHD
4.40
CAVITACIÓN CLÁSICA EN UNA BOMBA
ALTURA DE SUCCIÓN
CARGA DE SUCCIÓN 4.41
4.42
CAVITACIÓN CLÁSICA EN UNA BOMBA ZONA SEGURA
ZONA DE CAVITACIÓN
ZONA DE OPERACIÓN SEGURA DE LA BOMBA
CAVITACIÓN CLÁSICA EN BOMBAS Zona realmente segura
Cavitación
NPSH
NPSHR Factor seguridad
NPSHD
Q
CONDICIÓN DE NO CAVITACIÓN (OPERACIÓN SEGURA)
ENSAYOS REALIZADOS A LAS BOMBAS • ENSAYO
EN FUNCIÓN TEMPERATURA.
DEL
AUMENTO
DE
• ENSAYO
EN FUNCIÓN DE LAS VIBRACIONES MECÁNICAS.
• ENSAYO
EN FUNCIÓN DEL CAUDAL DE RECIRCULACIÓN. (GRÁFICA DE R. W. FRAZER).
RECIRCULACIÓN HIDRÁULICA EN BOMBAS El caudal mínimo de funcionamiento continuo de la bomba viene prefijado por El fabricante, por debajo del cual la máquina no debe operar; es función de los NPSH D y NPSH R , de la presión de vapor del líquido y de los esfuerzos que Aparecen sobre el impulsor debido a una asimétrica distribución de presiones. A medida que el caudal disminuye, el rendimiento de la bomba también Disminuye, lo que se traduce en un aumento de la temperatura del líquido y por Tanto de su presión de vapor, por lo tanto su NPSH D será inferior. El caudal mínimo es aquel para el cual el NPSH D disminuido a causa del Aumento de temperatura sea igual al NPSH R de la bomba.
RECIRCULACIÓN HIDRÁULICA EN BOMBAS CONSECUENCIAS: • Disminución del rendimiento. • Aumento del empuje radial. • Aumento del empuje axial. • Elevación de la temperatura
del fluido. • Recirculación, vibración, ruido y daños al rodete.
RECIRCULACIÓN HIDRÁULICA EN BOMBAS
DAÑOS OCASIONADOS EN UN RODETE DEBIDO A RECIRCULACIÓN
RECIRCULACIÓN HIDRÁULICA EN BOMBAS La velocidad específica de aspiración proporciona una idea de la capacidad de succión del rodete. Indica el grado de inestabilidad potencial de una Bomba a capacidades reducidas. 4.43
4.44
RECIRCULACIÓN HIDRÁULICA EN BOMBAS
4.45
CONDICIONES INADECUADAS PARA LA SUCCIÓN Para aumentar el NPSH D: 1) Subir el nivel del líquido. 2) Bajar la bomba. 3) Reducir las pérdidas por fricción en los tubos de succión. 4) Utilizar una bomba reforzadora. 5) Enfriar el líquido.
