Este documento clasifica y describe diferentes tipos de bombas. Se dividen en bombas de desplazamiento positivo como las de movimiento alternativo o rotatorias, y bombas de presión dinámica como las centrifugas o de flujo axial. Explica conceptos como la velocidad específica y cómo se relaciona con el caudal, carga y RPM de cada bomba. También analiza el uso típico de cada tipo de bomba dependiendo de los parámetros de diseño requeridos.
1. CLASIFICACION DE LAS BOMBAS.
1. De acuerdo a la aplicación.: No nos dice nada del aspecto técnico.
1.1. Bombas de Aguas Negras
1.2. Bombas de Gasolina
1.3. Bombas para productos químicos
2. De acuerdo a la forma de cómo se transfiere la energía al fluido
2.1. B.D.P (Bombas de Desplazamiento Positivo).son utilizadas para fluidos
viscosos.
2.1.1. Bombas de Movimiento alternativo. El suministro de caudal es
bastante intermitente.
2.1.1.1. De diafragma
2.1.1.2. De Pistón.
2.1.2. Bombas Rotatorias.
2.1.2.1. Engranaje
2.1.2.1.1. Externo
2.1.2.1.2. Interno
2.1.2.2. Tornillo
2.1.2.3. Paleta
2.2. B.P.D Bombas de Presión Dinámica.
2.2.1. Radial
Centrifugas
2.2.2. Mixto
2.2.3. Axial
En las bombas de movimiento alternativo se observa que el suministro de
caudal es bastante intermitente, salvo en la de tipo pistón, que cuando son mas de
un pistón, el flujo lo vemos de una forma bastante continua, esta bomba con mas
de un pistón, son hechas con dúplex (2 cilindros) o triplex (tres cilindros), de tal
manera que cuando un cilindro esta entregando fluido el otro esta cargando y eso
logra regularizar mas el caudal que se esta entregando.
Las bombas rotatorias, sin dejar de ser una bomba de desplazamiento positivo,
proporcionan un caudal mas continuo, que el que proporciona una bomba de
2. movimiento alternativo, no tan continuo como lo han de hacer las bombas de
presión dinámica (dentro de las cuales están las bombas centrifuga).
Velocidad Específica: es un instrumento que nos caracteriza el tipo de bomba en
función de los tres parámetros que rigen su selección.
Ns=
Parámetros.
Q= Caudal, el flujo que queremos
H= carga donde queremos llevar el fluido
N= R.P.M.
Si queremos una bomba de velocidad especifica baja nos vamos a la
ecuación, esta nos dice que la bomba debería de tener una carga grande y que
debemos de estar manipulando un caudal pequeño.
La velocidad especifica (Ns) va creciendo en el orden que tenemos la
clasificación de las bombas, desde las bombas de movimiento alternativo, las
cuales son las bombas de mas baja velocidad especifica que van a levantar mas
presión, mas carga y van a manipular menos caudal, hasta las bombas de flujo
axial que es una bomba que se caracteriza por ser la más apta, para proyectos
que requieren manipular grandes caudales y cargas pequeñas con una velocidad
especifica muy alta.
Uso Típico de la Bomba de Flujo Axial: En sistema de riego, hay que trasladar
fluido desde embalse a otro que esta muy cerca y casi en horizontal) se manipula
cargas pequeñas) el flujo que traslada es muy grande, por lo tanto se están
manipulando grandes caudales.
3. Uso Típico de la Bomba de Flujo Radial y Mixto: cuando se quiere
manipular agua de un pozo perforado, donde el agua está localizada a 50, 60, 70,
80 o más de 100 mts por debajo del suelo, estamos en la presencia de un
proyecto en que se requiere manejar una carga grande y un caudal pequeño, ya
que al explotar un pozo nos da un caudal tan grande como el que nos daría una
captación superficial (un rio o un flujo que tendríamos que movilizar de un
embalse). Estas bombas son de velocidades específicas pequeñas en
comparación con la de flujo axial.
Una bomba que tiene una velocidad específica grande va a ser una bomba
que va a tener un NPSHrequerido grande, o sea tiende a cavitar mas, lo que
implica que los problemas de cavitación se crecentan a medida que utilizamos
bombas de presión dinámica, la bomba que tendría que cavitar más seria la
bomba d flujo axial.
¿Por qué no se utilizan graficas H vs Q ( girando a velocidad constante)
para simbolizar de desplazamiento positivo?.
No es práctico utilizar esta gráfica,
ya que el funcionamiento de las B.D.P.
VARIACION N2>N1
estaría determinado en esta grafica por DE CARGA
rectas casi verticales, las cuales
dificultarían visualizar la variación del
caudal para una variación de carga
VARIACION
bastante grande. DE CAUDAL
En las bombas de desplazamiento positivo pueden tener grandes
variaciones de cargas con muy poca variación de caudal. En estas bombas es
imposible regular el caudal estrangulando en la descarga. Son aptas para cierto
tipo de aplicaciones, por ejemplo para lubricar un motor de combustión interna,
para accionar el sistema hidráulico de un montacargas.
4. Las gráficas que por excelencia se utiliza para simbolizar el
comportamiento de la Bomba de Presión Dinámica, son graficas de carga “H” vs
caudal “Q”, girando a velocidad constante se puede observar que estas presentan
curvas casi planas.
Por el tipo de curva, se puede ver que con
una estrangulación en la descarga de una
N2>N1
Bomba de Presión Dinámica (Centrifuga).
Se puede conseguir una regulación del
caudal, no es lo ideal pero se consiguen
resultados satisfactorios.
¿Por qué cuando queremos lubricar un motor de combustión interna no podemos
utilizar una bomba centrifuga?
Cuando en las bombas centrifugas bajamos la velocidad de rotación, las
curvas de funcionamiento caen notablemente por lo tanto, si un motor de
combustión interna que tiene que estar bien lubricado, tanto en mínimo(funciona
entre las 3 y 400 RPM) como en una autopista ( funciona alrededor de las
5000RPM), al usa una bomba centrífuga es posible que en la presión que se
necesite para llevar el aceite a la parte mas alta del motor, al desacelerar el
motor, el motor se funda por lo menos en las partes altas .
¿Por qué la bomba para accionar el sistema hidráulico de un montacargas no
puede ser una bomba hidráulica?
La bomba para accionar el sistema hidráulico de un montacargas se mueve
con la aceleración que se le de al motor diesel o al motor de gasolina que está
moviendo al montacargas , de tal forma que si colocamos una bomba centrifuga, y
accionamos las paletas cargadas, si el operador se ve en la necesidad de
desacelerar el motor, existe la posibilidad de que la carga se caiga, no ofrece
5. seguridad, en cambio la B.D.P no importa la velocidad que vaya , va a levantar
presiones grandes , lo que va a hacer es manipular la carga mas lentamente.
Para levantar la carga con más rapidez basta aumentar la velocidad de la
bomba, aumentando la velocidad del motor.
Las bombas de desplazamiento positivo son utilizadas generalmente cuando
estamos trabajando por fluidos viscoso, cuya viscosidad supera a 3000 S.S.U.
En la selección de bomba se puede utilizar la gráfica 1 de la pag.1 de los
ábacos, es una gráfica de carga (altura en metros) vs caudal (litros por minutos),
en la cual esta localizado los campos de trabajo de acuerdo al tipo de bomba.
La B.D.P tiene una zona de trabajo en la parte superior izquierda, no esta
diciendo que estas bombas trabajan con cargas muy grandes y con caudal
pequeño.
Cuando el campo de trabajo cae en la zona de transacción entre las bombas
significa que cualquiera de las bombas se puede seleccionar, el parámetro
adecuado extra para escoger cual bomba utilizar o si debemos utilizar dos en
paralelo que cada una maneje la mitad del cual que maneje una sola bomba, es el
fenómeno de la cavitación, que va a influir en la colocación de la bomba. Esta
pauta se debe a la exigencia en la sección de los equipos de bombas, ya que
antes de la bomba no se le cede energía al fluido, la bomba le cede energía al
fluido y después de la bomba es que vamos a tener fluidos presurizados.
Antes de la bomba, cuando estamos bombeando, de recipientes abiertos a la
atmosfera, la pequeña bomba que nos lleva a nosotros el fluido desde, el tanque
de sección a la misma bomba, es la presión atmosférica.
Muchas veces se van a encontrar bombas que están girando 1750 y no 3500
RPM girando a 1150y no a 1750 RPM, esto se debe a que al bajar la velocidad de
los equipos se solventa el problema de la cavitación, es decir cuando se usa un
motor es para evitar el problema de la cavitación.
6. Según el aspecto económico: los motores lentos en la mayoría de los casos
resultan más costosos que los motores rápidos, la potencia (P MN), es el
producto del par torsor por la velocidad de rotación, los costos de los motores
están ligados al par torsor. Podemos hablar de una misma potencia, con
velocidad grande o velocidad pequeña, pero en ese mismo orden, variando el par
torsor M
Parte motriz – a mayor par torsor menor velocidad, motor más costoso
_ a menor par torsor mayor velocidad de rotación abaratando los
costos del motor.
Parte bomba _ una bomba de velocidad lenta resulta de dimensiones mayores
que una bomba rápida. Ya que necesita mayor diámetro para
alcanzar la misma altura de mayor diámetro para alcanzar la misma
altura para manejar el mismo caudal por lo tanto es más costosa.
En conclusión, bajar la velocidad de rotación en un equipo de bombeo, desde el
punto de vista de costo de inversión esta incidiendo relativamente tanto en la
parte motriz como en la parte bomba, el motor sube de precio y la bomba se hace
más grande, de tal forma que la bomba también se encarece.
Siempre se va a tratar de hacer un acople directo de motor a bomba , los
fabricantes van a representar la curva de función nacimiento de las bombas a las
velocidades que corresponde a los motores de inducción con rotores jaula de
ardilla, en la pág. 129, se tiene una tabla con los motores mas comerciales.
CALCULO DE LA VELOCIDAD DEL MOTOR
N(PRM)=
7. La velocidad teórica es mayor a la velocidad real esto es porque el inducido
está montado sobre rodamientos y estos introducen perdidas por fricción, y
retraso en el desplazamiento del campo magnético.
En las bombas centrifugas se sacrifica un poco de eficiencia por el hecho de
tener un motor en ciertos casos acorde con las revoluciones requeridas ya que es
preferible hacer un acople directo y no meterse con cargas de engranajes, frenos
multiplicadores, sistemas de poleas con correas etc. a diferencia de las bombas
de desplazamiento positivo, es usual utilizar cajas de engranaje, etc. Porque es la
única manera de regular el caudal, ya que seria un punto mas donde su
instalación puede fallar.
Métodos utilizados para la regulación de flujo de bombas de desplazamientos
positivos. En vista de que es imposible estrangular el flujo en la descarga para
controlarlo, en bombas de este tipo, existen diferentes métodos para conseguir el
control.
a) Variando la velocidad de rotación del equipo
b) Variando el recorrido del elemento de bombeo
c) Desviando el flujo.
d) Estrangular en la sección de la bomba
a) VARIANDO LA VELOCIDAD DE ROTACIÓN DEL EQUIPO. Esta variación de
la velocidad de rotación del equipo se puede conseguir a través de cargas de
engranajes, sistemas de poleas con correas, trenes multiplicadores, etc.
H1 = 10 psi
Q H2 = 120 psi
POLEAS MULTIPLES
MULTIPLICADORAS
N(RPM)
8. El comportamiento de esta bomba se puede representar en una gráfica Q vs N
(RPM) se puede visualizar mejor la variación de pequeños caudales a grandes
cargas y una Velocidad constante. Además estas graficas lleva incluido el rango
de viscosidad “µ” a la cual está trabajando, si el flujo es menos viscoso la
capacidad de carga que puede levantar es mayor, porque el peso especifico debe
reducirse y la capacidad de columna debe aumentar.
En el caso de una bomba centrifuga se da una curva de NPSHd en el caso de
una B.D.P. el fabricante de un motor determinado de NHSPr.
Al seleccionar bombas en un proyecto, se debe estar claro cual es el rango de
viscosidad que se va a manejar, es decir si se esta sujeto a una variación de
temperatura, se debe ver que la bomba tenga el comportamiento deseado para
vencer una carga definida, aun con esa variación de viscosidad que está siendo
producida por dicha variación.
¿Qué sucede si utilizamos una bomba centrifuga para manejar con una
viscosidad mayor a 300S.S.U?
.Se disminuye el caudal que se está manejando; aumenta la carga que la bomba
está manejando, ya que se maneja un fluido más viscoso, dentro de la bomba va
a tener perdida por fricción, que disminuye el rendimiento hidráulico y lo mas
catastrófico es que el rendimiento total de la bomba baja
¿Cuáles son los motivos por los cuales utilizaremos bombas centrifugas para
manejar fluidos viscosos y no bomba de desplazamiento positivo?
• Las bombas centrifugas están más generalizadas en el mercado
• Es mas económica y versátil para su reparación
• Hay más personal especializado para su reparación
• Hay facilidad para conseguir repuestos
9. Cuando el fluido es demasiado viscoso ya no hay remedio tendremos que utilizar
una bomba de desplazamiento positivo
b) VARIANDO EL RECORRIDO DEL ELEMENTO DE BOMBEO. Esto se
consigue por ejemplo en una bomba de diafragma (en esta bomba el elemento de
bombeo es el diafragma), esta variación del recorrido se consigue externamente
por medio de una leva o un tornillo de graduación, los cuales van a oprimir o dejar
libre el diafragma para que tenga un recorrido entre 0% y 100% respectivamente.
La mayoría de estas bombas tienen una paleta y un dial que dice 0% y 100 % el
cual es el recorrido del diafragma si se mueve la paleta a 0%, se esta alejando el
eje que tiene el diafragma del cigüeñal de la leva que lo está empujando, si está
oprimiendo el diafragma de una manera que no se va a mover cuando marca
100% se le permite al diafragma hacer el 100% de su recorrido. Esta es una
forma de regular el caudal con bastante exactitud en este tipo de bomba se puede
obtener variaciones de caudal a la misma presión de descarga con solo mover el
dial a 5%, 10%, 15% o 20 % etc .
El comportamiento de estas bombas se puede representar en una gráfica G.P.H
vs graduación de la carrera del diafragma, (pag.3 fig. 4 ábacos) donde vemos dos
rectas inclinadas que definen presiones en la descarga. Estas graficas
G.P.H
10 psi
120 psi
20% 30% 40% 50% 60% 100%
10. Están hechas para una velocidad determinada (la de la pág. 3 para 46 carrera
por minutos) al cambiar la velocidad de la bomba también cambia la gráfica. Una
particularidad de esta grafica es que a pesar de existir una variación de presión en
la descarga bastante grande (de 10psi a 125 psi ), es perfectamente observable
en la escala vertical la variación de caudal, es decir, se visualiza bastante bien la
variación del caudal , aun por lo pequeña que ella sea.
c) DESVIANDO EL FLUJO. Ya sabemos que las B.D.P manejan caudales
pequeños y cargas grandes, al desviar el flujo se puede pensar que se esta
botando mucha energía, porque estamos presurizando el flujo que luego se va a
desviar a la sección. Pero al desviar el flujo estamos trabajando sobre el caudal,
que es el parámetro mas pequeño que hay en una B.D.P, y no sobre la presión,
que de hecho no se traduce en una perdida de potencia.
¿ Por que es preferible desviar el flujo en una bomba de este tipo, para regular el
caudal y no estrangular en su descarga?
Si estrangulamos en la descarga la presión subirá muchísimo, y esto se traduce
en botar potencia, ya que P HQ, y al estrangular en la descarga significa
aumentar alguno de los dos factores (Q o H), por lo tanto crece la potencia, por lo
tanto es preferible desviar el fluido en una bomba de este tipo ya que repercute en
una disminución o un consumo de energía en exceso mucho menor que si
estrangularemos en la descarga como se hace con las bombas centrifugas.
d) ESTRANGULAR EN LA SECCIÓN DE LA BOMBA. Sabemos que si
tenemos un equipo de bombas centrifugas instalado y queremos regular, de su
flujo, nunca oiremos hablar de estrangular en la sección de la bomba, lo primero
que se hace es no colocar muchos accesorios del lado de la succión, ya que
estamos aumentando las perdidas por fricción en este tramo. Cuando queremos
dosificar por ejemplo combustible de un motor diesel o a una cámara de
combustión va a resultar ilógico sea cual sea el tipo de bomba a estrangular el
flujo en la descarga, ya que: 1º) estaríamos botando potencia, 2º) podemos
producir un calentamiento en el compuesto por el aumento de la presión, que
11. provocaría una auto inflamación, cuando estamos dosificando el combustible en
un motor de combustión interna estamos dosificando en cantidades y en
movimiento exacto para que se produzca la expansión en ese motor diesel, 3º
antes de que el cigüeñal llegue a colocar el pistón en su punto muerto superior en
la carrera de compresión cuando las válvulas están cerradas en motores de
combustión interna, al final ya cuando el pesto va llegando arriba, es cuando
debemos dosificar el combustible, con una presión bastante grande, porque va a
encender por compresión y no porque haya una chispa. Por esto es imposible que
nosotros estemos regulando el caudal estrangulado en la descarga porque lo que
estamos produciendo es un recalentamiento del fluido.
Ventajas que produce estrangular en la sección de la bomba:
1º) el ahorro de potencia se disminuye el consumo de esta.
2º) elimina la elevación de la temperatura del fluido que se esta regulando o
dosificando.
Desventajas:
Nosotros al estrangular en la succión, lo que se consigue es aumentar las
pérdidas por fricción (hfs) en el tramo de la succión, por lo que podemos inducir la
cavitación del equipo, esto obliga a colocar suficiente disponibilidad (NPSH
disponible) para que nos permita que la bomba no cavite.
¿Cómo se consigue este aumento de disponibilidad, para evitar la cavitación?
Dada la ecuación de disponibilidad:
NPSHdisp =
12. Dónde:
Pf = presión absoluta sobre el fluido en la Succión.
Pv = presión de vapor a la temperatura de bombeo.
= peso específico del fluido manejado en función de la temperatura
Hs: colocación relativa del tanque de la bomba al fondo.
hfs: perdidas en el tramo d succión.
CARGA DE SUCCION
CUANDO SE ESTRANGULA EN LA SUCCION
AUMENTAMOS LAS PERDIDAS HFS, PUDIENDO
+hs
PROVOCAR CAVITACION YA QUE hfs
DISMINUYE LA DISPONIBILIDAD
Pf
-hs
ALTURA DE SUCCION
Pv
13. Para aumentar la disponibilidad NPSHdisp., ya que es disminuida por el aumento
de pérdidas en la succión hfs, debemos aumentar algunos de los parámetros Pf
y/o hs. Por lo tanto cuando utilizamos este último método de regulación, el
recipiente debe estar por encima de la bomba, para aumentar la disponibilidad. En
el caso de que no lo este, entonces se usa una bomba de diafragma auxiliar a la
bomba principal para dosificar el fluido y colocarlo en la bomba aumentado de
presión, y así solventar el problema causado por el estrangulamiento de la
succión.
Ejemplo práctico de este método: un ejemplo es: “las bombas que dosifica el
combustible en los motores diesel”. En los motores de gasolina, la gasolina pasa
por una bombita al carburador y en este se hace la mezcla de aire con el
combustible para luego levarlo a la válvula de admisión del pistón. En los motores
diesel, la mezcla se hace en el pistón mismo, la válvula de admisión no recibe una
mezcal que viene del carburador, ya que estos motores no tienen carburador , lo
que recibe es aire, y cuando este aire está a presión al final de la carrera del
pistón es que se dosifica el combustible, la presión que levanta el pistón es de
1000 lbs, por lo tanto es imposible que se utilice una bomba. Centrifugas para
dosificar, ya que esta maneja grandes caudales y pequeñas presiones. La bomba
utilizada es una bomba de desplazamiento positivo de tipo pistón. Las cuales
tienen las características de trabajar con presiones grandes y pequeños caudales,
la dosificación exacta o regulación que se necesita para la mezcla se consigue
estrangulando en la sección.
La bomba de desplazamiento pasivo de movimiento alternativo tipo pistón que se
utiliza para la dosificación del combustible, es una bomba diesel, cuyo elemento
de bombeo lo podemos observar en la pag.4 fig.6 (ábacos). Este elemento consta
de un émbolo el cual siempre va a tener el mismo recorrido radial, el siempre se
va a mover desde un punto muerto superior a un punto muerto inferior, que es la
carrera que le da el árbol de leva; por lo tanto no podemos regular el caudal
utilizando el segundo método que es variando el recorrido del elemento de
bombeo, ya que si trancamos el recorrido, se nos va a partir el árbol de leva y por
14. lo tanto se nos puede partir la bomba. El método que se utilizara es la
estrangulación en la succión, el embolo tiene un corte helicoidal y es rotado
dentro del cilindro por medio de una cremallera que es accionada por el
acelerador, el enfrenta a la cumbrera de admisión y dependiendo de la posición
de este corte, se permitirá la entrada a la cámara superior del embolo, de mayor
o menor cantidad de combustible, este combustible luego pasa a través de un
conducto de alta presión a una tobera, que es la encargada de atomizarlo.
¿Qué esta pasando cuando un vehículo con motor diesell está produciendo humo
negro contaminante?
La tobera esta mala y esta dosificando el combustible a forma de gotas y no en
forma spray y por lo tanto no hay una buena combustión.
¿Qué condiciones necesita para calibrar una tobera cuando se repara un motor
diesel?
Para que el fluido entre al cilindro y para pulverizarlo, se necesitan presiones que
son mayores a los 100 lbs, para conseguir esto hay probadores de tabalca que
son a su ves bombas de embolo para probar la tobera que son de 1200 libras.
Parta que pueda llegar el fluido al elemento de bombeo con la presión que se
desea, es necesario que el tanque de combustible este por encima de la bomba, o
en tal caso que no lo este, contar con una bomba de diafragma auxiliar que
permita legar a la condición deseada.
¿En que caso en particular se estrangula el flujo en la sección de una bomba
centrifugada?
La bomba que se encarga de dosificar el combustible en la cámara de
combustión de los siclos Breyton (tobera a gas) es una bomba centrifugada que
se le regula el caudal estrangulado en la sección.
15. ¿Que otro resultado satisfactorio se ha conseguido con los métodos utilizados
para la regulación de flujo en bombas de desplazamiento pasivo?
- Se utiliza bombas de diafragma para reemplazar el corazón en una
operación de corazón abierto, con estas bombas se construye una
exactitud en la dosificación de flujo
- Cuando se esta desinfectado agua con productos químicos, estos
procesos llevan concentraciones muy pequeñas (una parte por millón),
imposible regular este flujo con una bomba centrifuga, para esto se utiliza
B.D.P que utilizan algunos métodos de regulación.
Cavitación en las bombas de desplazamiento positivo
los datos que nos da una fabricante de una B.D.P son diferente a los que
nos dan de una bomba centrifugada, el de la B.D.P lo que nos da es un
valor N¨PSHR , el de la B.P.D, nos da es una curva de valores de NPSR en
un grafico HVQ.
el NPSHR va a ser función de caudal
que esta manejando la bomba, en la
medida que el caudal que estamos
manejando sea mayor la bomba va a
necesitar en succión, de una presión
absoluta mayor; ya que estamos tratando
fe forzar dentro de una bomba de
dimensiones constantes una cantidad de
fluido mayor, por lo tanto el NPSHR tiende
a crecer en la medida que sea mayor el
caudal que estamos manejando con la
misma bomba cuando estamos
trabajando a velocidad constante.
16. Esto es por el hecho de que tenemos que pasar mayor cantidad, de flujo por el
mismo rodete con la misma dimensión, y por lo tanto mayor será las perdidas, y
por esto necesitamos una carga mayor.
Cuando se trabaja con B.D.P el fabricante no nos da curva de NPSHR, si vemos
las graficas de la pag.8-c, se nota que estas están bastante en un valor de 10
pulg-hg, este valor es la presión mínima en la ecuación para que la bomba no
Cavite (se debe respetar).
Esta presión es una presión de vacio y se mide de la presión atmosférica hacia
abajo (la presión atmosférica al nivel del mar es de 30 pulg-hg); cuando se habla
de pulg-hg estamos blando de presión de vacio.
Cuando estamos ablando, basado en 10plg-hgm, es la lectura de un instrumento
colocado en la sección de esa bomba, tiene que marcar ese vacio.
Lec Vac hs + hfs
vacuometro
Para conseguir esa
lectura nosotros podemos
jugar con la colocación de
hs
la bomba o con el
diámetro que debe tenerla
línea de sucesión.
Nota: el valor de pulg-hg dado, va a ser NPSHR, nos están diciendo que tan alto
podemos colocar la bomba, en función de diámetro de tubería que genera
17. perdidas, si por ejemplo si por ejemplo queremos colocar la bomba más alta (hs
aumenta) tendremos que aumentar el diámetro de tubería para que el termino
hfs disminuya y el NPSHR quede igual.
Generalmente el problema de la cavitación en B.D.P, cuando se están
manejando fluidos viscosos tienen poco interiores práctico, ya que cuando se
bombea aceite los tanques se construyen por arriba del piso y no subterráneos, lo
cual aleja la posibilidad por el tipo de aplicación que se le da a este tipo de
bomba; de que puedan cavitar; porque le estamos poniendo prácticamente,
siempre una carga en la sección, es decir, hs positiva.
Golpe de ariete en B.D.P: generalmente en las bombas de desplazamiento
positivo, se puede conseguir dos válvulas de alivio supresoras de golpe de ariete
incorporada a la estructura de la bomba. Cuando se trabaja con bomba centrifuga
no se va a conseguir válvula de alivio incorporado a su estructura, el ingeniero
toma la decisión si la válvula va o no va.
¿Cuando se produce el golpe de ariete?
El golpe de ariete se produce cuando ocurre el paro violento de la bomba o al
cierre o apertura de la válvula que colocadas en la línea de descarga pueden
alterar la velocidad del fluido.
El golpe de ariete se puede producir cuando se va la energía o cuando se tiene
una bomba de movimiento alternativo (eje. Bomba de pisto pág. 7-A), los cuales
tienen un movimiento muy fluctuante que produce picos de presión que pueden
sobrepasar las presiones que resisten los accesorios que están colocados en la
cercanía de la bomba; es decir, se cambia y se origina los frentes de ondas.
El incremento máximo de presión o carga ( h)
Que puede producir en esta circunstancia se puede evacuar por la siguiente
ecuación:
18. ( Para agua Donde) h(m.c.a)=
Este es el incremento de la presión máxima sobre la presión de trabajo.
V = velocidad de la onda de presión (m/seg). Al cambiar la velocidad del fluido, se
produce ondas que se transmiten con alta velocidad, hay como un choque entre
fluidos.
v= la velocidad del liquido en el momento en que se produce la falla (m/seg).
Puede ser la falla de energía eléctrica o el cierre de válvula.
g=la aceleración de la gravedad ( 9,81 m/seg2)
Calculo de la velocidad de la onda de presión (V)
K= relación ent6re el modulo de
! " # elasticidad de el agua, al modulo
de elasticidad del material de la
tubería. (Adimensional)
si el material es mas fino mas fino
se refleja en la onda.
K Material del tubo
0,01 Acero
Para agua 0,0107 Hierro maleable
0,025 Hierro colado
0,088 Asbesto - cemento
19. R= relación ent6re el diámetro interno del tubo y el espesor de la pared del mismo
tubo.
Calcular la velocidad del líquido en el momento que se produce la falla (__v_)
Si se conoce el caudal que se esta manejando y se conoce el área del tubo, se
aplica la ecuación de la continuidad, para conocer la velocidad media v
(caudal/área tubo).
Ecuación de la continuidad:
V =Q/Ai
Lo que se produce por el hecho de abrir o serrar una válvula, apagar el equipo o
se vaya la energía eléctrica es un incremento de presión sobre la presión de
trabajo. Por ejemplo si se tiene en la descarga de la bomba 400 psi esta presión
se va a ver aumentada en un h debido al hecho de irse la energía eléctrica y por
tal razón, la maquina va tender a disminuir su velocidad y va a cambiar la
velocidad del fluido, e incluso llega a devolverse la onda, produciendo un vay-ven,
que a su ves produce picos de presión.
¿Cuál es el interés de calcular h?
Ver que presión se alcanza para ver si la tubería no resiste, h se debe sumar a
la presión que marca de nuevo el equipo en funcionamiento, para ver si resiste la
presión que resiste el material de la tubería y accesorios.
En la práctica, ¿Cuándo se alcanza la máxima presión en un sistema de bombeo?
Cuando los sistemas del bombeo, se tienen en la descarga de la bomba una
válvula CHEK; al fallar la energía eléctrica, esta válvula va a tener un cierre
violento y va a impedir el paso del fluido en sentido contrario a como estaba
pasando anteriormente, provocando la máxima presión del sistema; que va a ser
20. la suma de la presión conocida del proyecto en la descarga (presión del trabajo),
mas el incremento máximo de presión “ h” provocado por el cierre.
¿Como se puede reducir el incremento de la presión?
Usando B.P.D que no utilicen válvulas CHEK en la descarga, estas permiten, la
fallar la energía eléctrica el paso del fluido en sentido contrario. Para poder
permitir este sentido, tenemos que tener los datos del fabricante de la bomba, es
decir, la zona de disipación de energía que es la que normalmente conocemos, la
gráfica H vs Q, y cómo se comporta como turbina cuando se esta girando en
sentido inverso, el fabricante, además de decir la velocidad máxima del sentido
inverso.
No todas, las bombas de envergadura poseen válvulas de rotación en la
descarga, estas se pueden instalar sin válvula, para permitir el giro en sentido
contrario hasta un cierto valor.
¿Qué tipo de válvula se puede colocar en la descarga, para controlar que no se
sobre pase, la velocidad máxima permitid a y solventar el golpe de ariete?
Las válvulas de cierre anular_, estas son actas para serrar las líneas de bombé o
trabajando, son de menos vibración, menos ruido. Los equipos de bombeo
suministrados para utilizar agua a los acueductos, se arrancan con la válvula de la
descarga cerrada y cuando se apagan, lo primero que hace es cerrar la válvula y
luego se paga el equipo, es decir, arrancan y se apagan con la válvula en la
descarga cerrada. Al accionarse el swich, la bomba no se para, pero comienza a
moverse el contra peso de la válvula y es que la válvula se esta cerrando con la
bomba encendida.
Este tipo de válvula se utiliza para solventar el problema de golpe de ariete
cuando se quiere hacer un cierre de la tubería y no se esta utilizando una válvula
de presión constante (CHEK). Las presiones que se pueden alcanzar son
presiones menos a la presión máxima alcanzada con una válvula CHEK.
21. Los fabricantes de tuberías y los fabricantes de accesorios para este fenómeno de
golpe de ariete, toleran que su productos puedan trabajar con 70% o un 80% de la
presión de falla, con la que se ensaya la tubería en le laboratorio ( la presión de
prueba es 3 veces la presión de trabajo ) estas tolerancias son basadas en la
condiciones que no son continuas sino muy esporádica s( falla de energía
eléctrica).
El contrapeso de las válvulas de cierre anular, cuando fallas la energía hace que
la válvula cierre en ¾ partes en forma violenta, y la cuarta parte que falta se hace
con ayuda de un magneto y una materia de corriente directa que accionan un
motor que trabaja con corriente directa cuando hay energía también trabaja con
corriente directa, el rectifica la corriente alterna.
Incremento de la presión máxima para cualquier otro fluido que no sea el agua.
h(m.c.f)=
V (m/s) =
Donde.
K= modulo de elasticidad del fluido (kg/m2)
E= modulo de elasticidad del material de la tubería (kg/m2)
= peso especifico del fluido (kg/m3)
Øi = diámetro interno del tubo
e= espesor de pared del tubo (m)
g= aceleración de gravedad (9,81cm/seg2)
22. Método para proteger tanto la bomba como estructura de su descarga contra el
golpe de ariete
A.) Válvulas supresoras de golpe de ariete: la válvula supresora de golpe
ariete, es un dispositivo que se va a colocar en derivación con el equipo de
bombeo, graduada a una presión que suele ser entre 5% y 10% superior a
la del régimen permanente.
300 PSI
PROCESO
300*1.10= 330 PSI (TIENE QUE SER MENOR QUE LA
PRESION QUE SOPORTA LA TUBERIA Y ACCESORIOS
Patm
VSGA
PILOTO DE
VALVULA
RECIRCULACION
valvula de pie
Si la carga total que debe vencer el equipo es de 300 psi, la válvula
supresora de golpe de ariete, se debe graduar a 1,10 multiplicado por ese
valor, es decir, a 330 psi. Esta presión de apertura, a la que se gradúa la
válvula, tiene que estar por debajo de lo que soporta la tubería que se ha
seleccionado para descargar el equipo.
La VSGA va a actúa como un sensor graduado que la llegar a una cierta
presión (330 psi), va a abrir y a permitir que se alivie la tubería que esta
23. suministrando flujo al proceso, estableciendo una recirculación hacia el
mismo recipiente de donde se está succionando (un ejemplo de esta
válvula la podemos observar en la pág. 15).la selección de esta válvula se
hace en selección del caudal que se quiere manejar, que va a definir su
tamaño y la presión a la que va ser sometida en la línea de descarga.
Generalmente antes de tomar la decisión de utilizar una válvula supresora
de golpe de arriate debemos tener presente que, los accesorios y las
tuberías pueden ser sometidas a presiones instantáneas que pueden ser el
80% de la presión de la falla.
B.) Cámara de aire: es utilizada en los sistemas para bombear aguas negras.
Consiste en co0nectar en la tubería de descarga una cámara de aire que
inyecta aire con ayuda de un compresor, con el fin de amortiguar la ola que
se origina por la sobrepresión ya que el aire es compresible (no se
obstruye).}
aire
Nivel
proceso
24. C.) Volante en los equipos de bombeo: es un método sofisticado que requiere
de todo un estudio. Al irse la energía eléctrica, este sistema va a aumentar
la inercia el par torsor de las partes en movimiento de la bomba y del
motor provocando que el equipo tarde mas tiempo en pararse.
Otro método utilizado para suprimir el golpe de ariete es utilizando CIENCIAS
DE EQUILIBRIO.
Rendimiento Total de las bombas
t= v * h * m
Rendimiento volumétrico ( v):
Se define en función de
Qneto
caudal. La bomba está
manejando un caudal total
Qr
(QT) que es la suma de tres
flujos: el caudal neto (Qneto),
que va a ser el caudal
Qt Qp
aprovechado, el caudal de
recirculación (QR), por muy
exacta que sea la construcción
de una bomba, siempre
existen holguras entre la parte
que se mueve (rodete) y la que
no lo hace (carcasa), la necesidad de que esta holgura exista, va a crear un
problema ya que por allí se escapa parte del caudal total, y por último el flujo que
se fuga por los prensaestopas de la bomba (Qp). Hay bombas que tienen un
sistema de sellos que es a base de prensaestopas ajustable, que se gradúan para
permitir el paso de cierta cantidad de agua, que lubrica y refrigera el eje que se
esta proyectando fuera de la bomba.
25. Si se trata de eliminar el goteo o el paso de agua, apretando la prensa-estopa,
empieza a producir uno y se parte el eje. Hay sellos mecánicos que no permiten
el paso del flujo,( de acero-acero, grafito, cerámica). El sello se refrigera, pero no
permite el paso del agua. La ecuación de Q total será:
Qtotal = Qneto + Qr + Qp
Una bomba grande que necesita refrigeración podría utilizar parte del agua
que ya están manipulando para hacer a través de un intercambiador y que
vuelva a caer en la sección, salvo que, en algunas instalaciones grandes se
usan bombas pequeñas para suministrar el fluido que va a pasar a través de
un intercambiador situado en los cojinetes, el rendimiento volumétrico se mide
en la medida de, que aprovechamos y que es lo que estamos presurizando.
Rendimiento hidráulico ( h): este rendimiento es una relación de cargas:
h=
dónde:
proceso
Hm = Carga Manométrica
Mt Carga Teórica
26. La carga manométrica es la carga verdaderamente trasmitida al fluido
manejado, puede ser leída con instrumentos de medición. Si lo colocamos a la
entrada y a la salida de la bomba podemos ver el incremento de presión que
de manera real nos está dando la bomba es lo que nos interesa
La carga Teórica es la que deberíamos obtener si no existiera perdidas dentro
de la bomba, es la que teóricamente estamos esperando en función de las
direcciones y velocidad del rodete, en función de las curvaturas de los alabes.
El rendimiento hidráulico es uno de los que mas va a pesar, tiene que ver con
el diseño del impulsor, este nos indica en función de la velocidad especifica y
el caudal que se esta manejando, si la bomba esta mal utilizada, es decir, el
rendimiento hidráulico va a tener una variación con un buen o mal diseño de la
bomba en si, los alabes, el ancho de los alabes, el material, la curvatura del
alabe. Es lo que realmente podemos mejorar.
Procedimiento mecánico ( m): se define en función de potencias
m= donde:
Ni = Potencia Interna
Nf = potencia al freno
La potencia al freno (Nf): es la potencia que tenemos que darle al motor que
nos va a mover el equipo, no solo va a mover la bomba, sino también los
rodamientos, es decir, va a ser la suma de lo que se aprovecha en la bomba
(potencia interna de la bomba) mas la potencia necesaria para vencer las
perdidas mecánicas.
Nf = Ni+Pm Ni= Nf –Pm Pm = Perdidas Mecánicas
27. La potencia interna (Ni): es la potencia que absorbería la bomba sino
existiera las perdidas mecánicas.
La eficiencia total o rendimiento total se puede definir también como una
relación de potencia:
t=
Nh = Potencia Hidráulica
Nf = potencia al freno
La potencia hidráulica es potencia verdaderamente transmitida al fluido.
Nh = * Qneto * Hm
El caudal neto es lo que verdaderamente se esta aprovechando del caudal
total, interesa que no es lo que va a llenar el tanque, y eso es el caudal neto.
No interesa lo que se esta perdiendo por fricción dentro de la bomba, lo que
interesa es cuanto incremento la bomba. Por lo tanto:
t=
Nf=
28. Como evaluar en el laboratorio el rendimiento total (Nt)?se evalúa con la
ayuda de la ecuación
t= Ensaya la bomba de la siguiente forma:
Se le acopla a la bomba el motor, y se pone a funcionar de un recipiente que
este en un siclo serrado. Se coloca instrumento de medición en la succión y en
la descarga, para ver el incremento de la presión que se esta obteniendo, y
así obtenemos la carga macro métrica. Para cada posición de la llave se
puede evaluar, (ya sea con una placa orificio o un rotámetro), el caudal que
esta pasando, lo que quiere decir que, para esa posición tenemos el caudal
neto. está a una temperatura definida, si la prueba es muy larga, se puede
colocar intercambiadores de calo para tratar de mantener una trayectoria
constante y así permanece constante. Faltaría conocer la potencial al freno.
NF, para conocerlo medimos la potencia que estamos tomando de la red, pero
no toda consume la bomba ya que el motor tiene una eficiencia, y los acoples
mecánicos entre la bomba también absorben cierta potencia, por lo tanto
podríamos hallar la potencia al freno donde:
Nf= Pot.red * acople * motor
La potencia tomada de la red (Pot red) la podemos medir con un voltímetro
y un amperímetro, se mide la intensidad en las tres fases con el amperímetro y
se promedia, se mide el voltaje entre las tres fases, y se promedia y se aplica:
P(w)red = V* I* donde
V= Voltage
I = amperaje, Ø = Factor de Servicio
29. Actualmente este método no se utiliza, ya que se usan acoples con sensores
que no dan, al registro digital del torque, velocidad (RPM) , y la potencia. Si lo
colocamos entre el motor y la bomba, se mide es la potencia que se le esta
dando a la bomba, ya que no estamos tomando en consideración lo que el
motor tomo de la red.
MANOMETRO
Q PLACA
ORIFICIO O
VALVULA ROTAMETRO
MANOMETRO
RED
motor
bomba
ACOPLE DE
SENSORES
DEPOSITO
Se puede calcular el rendimiento pera cada posición de la válvula y además
podemos determinar la cueva HvsQ, ya que al variar la válvula estamos
midiendo el consumo de potencia, de caudal y la carga de cada posición.
30. Potencia que consume los equipos de bombeo para cualquier fluido.
Nf (Hp) =
1Hp = 1,01 C.V = 76 kg*m/seg
Si es agua:
= 1 kg/lts
Nf (Hp) =
¡
Nf (Hp) =
¢
Para hacer este tipo de prueba en el laboratorio, no es recomendable utilizar
un motor comercial, ya que al medirle la intensidad, esta no es reflejo de lo
que realmente están dando. Para poderlo utilizar hay que calibrarlo,
metiéndole un freno, que puede ser hidráulico o electromagnético, los cuales
nos indica que potencia esta dando el motor en función de la intensidad.
32. Para bombas centrifugas en procesos petroleros (normas API-610)
Hasta 25 hp------------ 25%
Superiores a 25 hp y hasta 75 hp ----------- 15%
Superior a 75 hp ----------- 10%
EVALUACION DE LA CARGA DINAMICA TOTAL QUE HAN DE VENCER LOS
EQUPOS DE BOMBEO.
Aplicando la ecuación de conservación de energía tenemos:
E1-Hfs(1-2) = E2
No hay equipos de bombeo
E=
P= presión absoluta
= peso especifico
V^2 /2g = Energía Cinética
Z = Energía Potencial
33. Presiones
1
Presurizado
P manometrica
Presurizado
PVacuometrica
vacio
2
0 Absoluto
Pmanometrica$ la presión manométrica dada en la lectura de un manómetro, es
referida a la presión atmosférica, es decir si se tiene en la descarga de una
bomba un manómetro instalado y la lectura marca 100 psi esta es una presión
manométrica es una presión sobre la presión atmosférica.
Pabs1 = Patm del sitio + P manométrica (lbs/pulg2, lbs/cm2)
