Bombas(parte1)

Turbomáquinas:

Bombas

Turbomáquina:máquina cuyo elemento principal es un rotor a

través del cual pasa un fluido de forma continua, cambiando éste su cantidad de movimiento por

acción de la máquina, dándose así una transferencia de energía entre la máquina y el fluido,

la cual puede ser en sentido máquina-fluido o fluido-máquina

Partes de una turbomáquina

Partes rotativasRotorEje o árbol

Partes estáticas (estator)Entradas y salidasÁlabes directoresCojinetes, rodamientosSellos

BombasUna bomba es una máquina hidráulica generadora que transforma la energía mecánica con la que es

accionada en energía hidráulica del fluido que mueve.

En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema

hidráulico.

Tipos de BOMBAS

Bombas

Desplazamiento positivo

Dinámicas

Reciprocantes

Rotatorias

Centrífugas

Periféricas

Especiales

PistónEmbolo

Diafragma

Rotor simple

Rotor múltiple

AspasPistón Tornillo

Flujo radial

Flujo mixto

Flujo axial

Unipaso

Multipaso

Eléctromagnéticas

EngranesLóbulosTornillos

SELECCIÓN DE BOMBAS

Selección de bombas 1. Naturaleza del fluido

Selección de bombas 2. Capacidad requerida (caudal)

Selección de bombas 3. Condiciones de succión

Selección de bombas 4. Condiciones de descarga

Selección de bombas 5. Carga total sobre la bomba (hA)

Selección de bombas 6. Tipo de sistema

Selección de bombas 7. Tipo de fuente de potenca

Selección de bombas 8. Limitaciones físicas

Selección de bombas 9. Costos de operación

Selección de bombas

1. Tipo de bomba y fabricante2. Tamaño de bomba3. Tamaño y tipo de conexión de succión4. Tamaño y tipo de conexión de descarga5. Velocidad de operación6. Especificaciones para el impulsor7. Tipos de acoplamiento (fabricante modelo)8. Detalles de montaje9. Materiales y accesorios10. Diseño

Tipos de BOMBAS

Bombas

Desplazamiento positivo

Dinámicas

Reciprocantes

Rotatorias

Centrífugas

Periféricas

Especiales

PistónEmbolo

Diafragma

Rotor simple

Rotor múltiple

AspasPistón Tornillo

Flujo radial

Flujo mixto

Flujo axial

Unipaso

Multipaso

Eléctromagnéticas

EngranesLóbulosTornillos

DE DESPLAZAMIENTO POSITIVOUna bomba es de desplazamiento positivo, cuando su órgano propulsor contiene elementos móviles de modo tal que por cada revolución se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, independientemente de la contrapresión a la salida.

AMPLIO RANGO DE VISCOSIDADES

Se dice que las bombas de desplazamiento positivo son las que desplazan una cantidad constante de liquido,

independientemente de la presión del sistema.

De lo mas usada, fiable, sencilla, poco sensible a la suciedad.Diversas viscosidades

Presiones:100 -270 bar 10-27 Mpa 1500-4000 psi

Flujo: depende de velocidad y tamaño de engranes.

Velocidad: hasta 4000 rpm

Caudal: 1-50 gal/min

BOMBAS de engraness-unsupported

BOMBAS de pistóns-unsupported

RADIALAXIALANGULAR (DENISON)

BOMBAS de pistóns-unsupported

ANGULAR (DENISON)Versátil, eficiente, fuerte, robusta.Caudal dinámicoConjunto rotativo y de controlOpera en:Altas temperaturasVacíoPresiones:Alta presión y elevada viscosidadIdeales para P>2000 psi

Flujo: depende de velocidad y carrera de pistones

Velocidad: hasta 3600 rpm

Caudal: variable

BOMBAS de aspas

Caudal regulable (0 - máx)(manual, eléctrico, hidráulico, neumático)Compensador de presion pilotado

Presión: 2000 – 4000 psiCilindrada: 16 – 100 cm³ / revCaudal: hasta 200 Lt/min

BOMBAS de tornillo-unsupported

A diferencia de las de pistón engranes o aspas, proveé flujo contínuo

Útiles como bombas de vacío

Presión nominal: 2000 psiCaudal: hasta 1800 Lt/min

Mod. Arquimides; grandes caudales

BOMBAS de cavidad progresivaunsupported

Flujo suave y CONTINUOÚtil para proveer fluidos de procesosFluidos con granulosFluidos de alta viscosidad

Rotor de acero cromadoEstator recubierto de caucho

Presión nominal: hasta 900 psiCaudal: hasta 7000 Lt/min

BOMBAS de lóbulosunsupported

Bomba de levasSimilar a la de engranes (2 rotores)Pero de mayor caudalFlujo sin pulsosBaja presión nominalHigienica (Ind. Alimenticia)Bajo ruido

Niveles de vacío de hasta 0.01 mbar

Presión nominal: hasta 30 barCaudal: 3 – 1015 Lt/100 rev

BOMBAS de piston para transferencia

Simplex Duplex

Ideales para transferencia de fluidos

Alta corrosividadViscosidad mediaAltas temperaturasHasta 75% sólidos

BOMBAS de diafragma

Control manual, eléctrica, neumática

Auto-purgaFácil mantenimientoNo sellos mecánicos o giratoriosLimpia (poca contaminación)Aplicaciones: desde industria de la construcción hasta alimentos y tratamiento médico.

BOMBAS peristálticas

Típicamente usados para bombear fluidos limpios o estériles o fluidos “agresivos”; cervecerias, ind. cosmética, química, etc.Pueden funcionar en seco .Relativamente baratas.Mantenimiento simple.Manejo lodos hasta 50% sól.Presión: hasta 16 barCapacidad: hasta 350 gal/minAmplio rango de viscosidades.

RENDIMIENTO

Bombas de desplazamiento positivo1. Útiles para fluidos como: agua, aceites hidráulicos en sistemas de potencia, gasolina, grasas adhesivos, etc.

2. Útiles para fines de medición (caudal α rpm)

3. En general útiles para sistemas de alta presión

4. Una desventaja es la susceptibilidad a daño por sólidos, necesidad de válvula de alivio.

RENDIMIENTO

bombas reciprocantes

RENDIMIENTO bombas rotatorias

Bombas CINÉTICAS (Dinámicas)

Las bombas cinéticas suministran energía continuamente a un fluido que circula por el interior de los elementos de la bomba. Esta transmisión de energía es frecuentemente realizada por una pieza dotada de álaves que recibe energía mecánica de un eje. Las bombas cinéticas son también llamadas de bombas ROTODINÁMICAS.

Bomba que emplea la conversión de energía mecánica en energía cinética.

De chorroCentrífugasFlujo mixto

AxialesDe tubo Pitot

Empleadas principalmente para distribución y abastecimiento de agua, combustible, etc.

Bombas de CHORRO o eyector (jet pump)

Auto-empuje, sirven para elevar fluidos con ayudad del mismo.Aplicaciones de refinería, destilación, condensación, etc.No piezas rotativas.Fabricación en cualquier tamaño.

Bombas Centrífugas

Bombas más utilizadas para desplazar fluidos (agua) en la industria.

VOLUTA descarga espiral que transforma velocidad en presión estática.

DIFUSOR álabes directores con expansión gradual.

TURBINA ésta produce remolinos a velocidades muy altas.

Bombas Centrífugas

Veticales: Eje de giro en posición vertical. Debe operar siempre inmersa en fluido.

Horizontales: Eje de giro horizontal, funcionamiento en seco.

Bombas Centrífugas

Aumenta energía cinética por fuerza centrifuga.Puede emplearse para elevar presión con difusores de descarga en serie.

Requieren purgado.

Caudal: De 10 a 22000 gal/min

Presión: Hasta 20 bar.

Altura manométrica:Hasta 165 m.

Velocidad: hasta 3600 rpm.

Bomba axial

Circulacion contínua de fluidos corrosivos / abrasivos. Procesos de cristalización evaporación.

Requieren purgado.

Caudal: Hasta 80000 m³/hr


Altura manométrica:10 m.


Bomba de tubo de PITOT

Bomba centrífuga de alta presión.Caudal: Hasta 80000 m³/hr



Bomba de flujo mixto

Alto caudal relativa baja carga.

Utilies en empresas petroleras, petroquímicas y agrícolas.

Caudal: De 1350 m³/h


Altura manométrica:De 1.5m a 50m.


Bomba sumergible

Impulsor sellado al estator (carcasa).Fuerza de elevación significativa al no depender de la presión de aire externa.

Aguas residuales y combustible.Usualmente eléctricas.

Caudal: Hasta 170 m³/h


Inmersión:Hasta 14 m.


RENDIMIENTO

Bombas CINÉTICAS

1. Existe una fuerte dependencia entre la capacidad y la presión que debe desarrollar.

2. Difícil calcular el rendimiento hA vs Q (ley general de energía)

RENDIMIENTO

Bombas CINÉTICAS

Bombas CENTRÍFUGAS

LEYES de AFINIDAD

Como varían:CAPACIDAD, CARGA, POTENCIA

Al modificarse: Velocidad, tamaño impulsor

LEYES de AFINIDAD

Variación de velocidad: (sin cambios en eficiencia)

a) Capacidad

b) Carga

c) Potencia

LEYES de AFINIDAD

Variación del diámetro del impulsor:(sin cambios en eficiencia)

a) Capacidad

b) Carga

c) Potencia

Ejercicio 1.

Suponga que la bomba cuyos datos están graficados a continuación, opera a una velocidad de rotación de 1750 rpm, y que el diámetro del impulsor es de 13 in. Determine: la carga que daría lugar a una capacidad de 1500 gal/min y la potencia que se necesitaría para impulsar la bomba. Calcule también el rendimiento para una velocidad de 1250 rpm.

Datos del fabricante B. centrífugas

Efecto del tamaño del impulsor

Rendimiento de Bomba centrífuga 2 X 3 – 10 a 3500 rpm. Para diferentes diámetros

Efecto del tamaño del impulsor

Rendimiento de Bomba centrífuga 2 X 3 – 10 a 1750 rpm. Para diferentes diámetros

Potencia requerida

Rendimiento de Bomba centrífuga 2 X 3 – 10 a 3500 rpm. Para diferentes diámetros de impulsor, con la potencia requerida.

Eficiencia conjunta

Rendimiento de Bomba centrífuga 2 X 3 – 10 a 3500 rpm. Para diferentes diámetros de impulsor. Grafica de rendimiento

Carga de succión neta positiva

Rendimiento de Bomba centrífuga 2 X 3 – 10 a 3500 rpm. Para diferentes diámetros de impulsor. Grafica carga de succión neta positiva requerida.


Gráfica de rendimiento de una Bomba centrífuga 2 X 3 – 10 a 3500 rpm.

Ejemplo 2.

Una bomba debe entregar al menos 250 gal/min de agua, a una carga total de 300 ft de agua.

Especifique la bomba adecuada. Mencione sus características de rendimiento.

Ejercicio 1.

¿A qué carga operará con su eficiencia más alta una bomba centrifuga de 2 X 3 – 10 con un

impulsor de 8 in?. Mencione la capacidad de la bomba, potencia que requiere, eficiencia y NPSH

necesaria a dicha carga.

Ejercicio 1.

Impulsores de velocidad variable

Variadores de velocidad (PWM).Transmisiones mecánicas..

- Mejor control de procesos- Control de la tasa de cambio- Menor desgaste

Efecto de la viscosidad del fluido

- Se incrementa la potencia requerida- Disminuye el flujo entregado contra una carga dada- Baja eficiencia

Bombas operando en paralelo

Sistemas con caudales con mucha variación.

Bombas operando en serie• Dirigir la salida de una bomba a la entrada de otra permite operar . con la misma capacidad con carga igual a la suma de las dos• Permite operar contra grandes cargas• Bombas de etapas múltiples

Selección de bomba y velocidad específica

1. Bombas recíprocas para caudales superiores a 500 gal/min y cargas desde muy bajas hasta 50000 ft.

2. Centrifugas en un amplio rango de caudales (alto a moderado).

3. Centrifugas de etapa única a 3500 rpm son económicas a bajos flujos y cargas moderadas.

4. Centrifugas de etapas múltiples son deseables en aplicaciones de carga elevada.

Selección de bomba y velocidad específica5. Se emplean bombas rotatorias ( engranes, aspas, paletas, etc.) en aplicaciones de capacidades moderadas y cargas grandes y/o viscosidades altas.

6. Las bombas centrífugas especiales (de velocidad alta), son empleadas para cargas altas pero caudales moderados. (Bombas movidas por turbinas de vapor o gas)

7. Se usan bombas de flujo mixto y axial para caudales muy grandes y cargas pequeñas.

8. Otro parámetro útil es la velocidad específica.


Ejercicio 1. Para cada conjunto de condiciones de operación, mencione un tipo apropiado de bomba:

a) 500 gal/min de agua a 80 ft de cargab) 80 gal/min de agua a 800 ft de cargac) 8000 gal/min de agua a 200 ft de cargad) 8000 gal/min de agua a 80 ft de cargae) 8000 gal/min de agua a 12 ft de carga

Selección de bomba (Ns Ds)



Se desea operar una bomba a 1750 rpm por medio de un motor eléctrico de 4 polos. Para cada una de las condiciones siguientes, calcule la velocidad específica. Después emita una recomendación acerca de la recomendación de un tipo de bomba (axial, mixta o radial) en base a la gráfica anterior.

a) 500 gal/min de agua a 80 ft de carga total.

b) 500 gal/min a 800 ft de carga.

c) 8000 gal/min de agua a 12 ft de carga.

Costos de ciclo de vida

para sistemas de bombeo de fluidos

1. Costo inicial (bomba, tubería, accesorios, controles)

2. Costo de instalación y puesta en marcha

3. Costo de la energía necesaria para impulsar bomba

4. Costos relacionados con la administración y/o supervisión del sistema.

5. Costos de MP y MC

6. Costos de producción por tiempo muerto en MP, MC

7. Costos ambientales

8. Costos de desmontaje

Minimizar costos (energía)

Sistemas que operan de manera contínua o en periódos largos.

1. Análisis cuidadoso del sistema ( hL, punto de operación)

2. Reconocer que las pérdidas por fricción son proporcionales a la velocidad (al cuadrado de la velocidad). Tamaño de bomba

3. Utilizar el tamaño práctico mas grande de tuberías. Mayor diámetro menor velocidad pero mayor costo.

4. Ajustar la bomba a los requerimientos de carga y capacidad para evitar sobredimensionar la bomba y operar en baja eficiencia.

5. Utilizar motores eléctricos de alta eficiencia

6. Considerar el uso de impulsores de velocidad variable.

7. Considere bombas en paralelo según requerimientos de sistema

8. Proporcionar MP's para evitar fallas y/o mengua de rendimiento.

Minimizar costos (energía)

Sistemas que operan de manera contínua o en periódos largos.

Ejercicio de diseño:

Diseñe un sistema para bombear agua a 140°F, de una cisterna que está bajo un intercambiador de calor a la parte superior de una torre de enfriamiento, como se ilustra en la figura. El flujo volmétrico deseado es de 200 gal/min.

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