MAQUINAS HIDRAULICAS: BOMBAS

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1 MAQUINAS HIDRAULICAS: BOMBAS UNA MAQUINA HIDRAULICA ES AQUELLA EN QUE EL FLUIDO QUE INTERCAMBIA ENERGIA CON LA MISMA NO MODIFICA SU DENSIDAD A SU PASO POR LA MAQUINA Y POR ENDE EN SU DISEÑO Y SU ESTUDIO SE CONSIDERA QUE ρ = CTE CLASIFICACION DE LAS MAQUINAS HIDRAULICAS CONVERTIDOR DE PAR: TRANSFIEREN ENERGIA MEDIANTE UN FLUIDO BOMBAS: TRANSFIEREN ENERGIA MECANICA A UN FLUIDO (LIQUIDO O GAS) TURBINAS: RECIBEN ENERGIA MECANICA DE UN FLUIDO (LIQUIDO O GAS)

2 CLASIFICACION DE LAS BOMBAS CENTRIFUGAS DINAMICAS ESPECIALES PERIFERICAS BOMBAS RECIPROCANTES DESPLAZAMIENTO POSITIVO ROTATORIAS

3 EJEMPLOS DE BOMBAS DESPLAZAMIENTO POSITIVO DE PISTON DE DOBLE EFECTO O RECIPROCANTE

4 EJEMPLOS DE BOMBAS DESPLAZAMIENTO POSITIVO DE DIAFRAGMA

5 EJEMPLOS DE BOMBAS DESPLAZAMIENTO POSITIVO DE ROTOR

6 EJEMPLOS DE BOMBAS DESPLAZAMIENTO POSITIVO DE ROTOR INTERNO

7 EJEMPLOS DE BOMBAS JET

8 BOMBAS CENTRIFUGAS BOMBA CENTRIFUGA (CORTE)

9

10

11

12 EJEMPLOS DE BOMBAS CENTRIFUGAS

13

14 EJEMPLOS DE BOMBAS CENTRIFUGAS

15 Radial flow pumps

16 TRIANGULOS DE VELOCIDADES FORMULA DE EULER

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21 GRADO DE REACCION DE LA BOMBA ε = Hp/Hu POTENCIA DE LA BOMBA P = ENERGIA /TIEMPO = (ENERGIA /PESO) * ( PESO/TIEMPO) P = H * G = H γ Q

22 RENDIMIENTO DE LA BOMBA

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24 INFLUENCIA DE LOS ANGULOS DE LOS ALABES: β 1 Q = C 1m *π* r 1 *b 1 = C1m*π* D1*b1 U1 = ω1 r1 como ω y r son ctes por lo tanto U1 = cte además C m1 = cte (Q = cte, D 1 = cte, b 1 = cte) R 1 R 1 b 1 D 1 D b c 1 w 1 c 1m α 1 β 1 a) β1 es tal que α1 < 90 H t = (C u U C u1 U 1 )/g c 1u u 1

25 INFLUENCIA DE LOS ANGULOS DE LOS ALABES: β 1 c α = c 1m w 1 C 1u = 0 β 1 b) β1 es tal que α1 = 90 H t = (C u U )/g u 1 c) β1 es tal que α1 > 90 c 1 w 1 c 1m C 1u < 0 H t = (C u U + C u1 U 1 )/g β 1 c 1u α 1 u 1 Conviene un β 1 tal que α 1 > 90 pero tengo un álabe muy largo

26 INFLUENCIA DE LOS ANGULOS DE LOS ALABES: β β 1 es tal que α1 = 90 c w c m H t = (C u U )/g C u = U -X = U - C m /tg β α c u x β H t = ((U - C m /tg β ) U )/g u H t = U (1 - C m /(tg β U ) /g H d = (C C 1 )/g = (C u + C m C u )/g Cm1 = Cm = C1por que la veloc radial del impulsor es cte H d = (C u )/g = (U -X) /g = (U C m /(U tg β )) = f(β ) ε = 1 H d /H t = ½ + ½ * (C m /(U tg β )) H p = H t -H d = (U /g)* (1- C m /(U tg β ))

27 INFLUENCIA DE LOS ANGULOS DE LOS ALABES: β Consideremos un valor de β que anule H t H t = U (1 - C m /(tg β U ) /g = 0 tg β = C m / U β min H t =0 H p = H d ε = 1 β = π/ tg β = infinito H t = U /g H d = U /g ε = 1/ Finalmente Ht tendrá un máximo cuando H t = U /g(1-(-1)) Esto implica que C m /(tg β U ) = -1 tg β = - C m / U H t = U /g = H d H p = 0 y ε =0

28 ε INFLUENCIA DE LOS ANGULOS DE LOS ALABES: β 1 U /g Hb 1/ Hd U /g ε H D =1/ /g β = 90 Hp 0 β = 5 β = 60 β max 0 β β min

29 LEYES DE SEMEJANZA DE LAS BOMBAS Dos bombas son semejantes si existe: Semejanza Geométrica (relación entre: dimensiones, formas, etc.) Semejanza Cinemática (cuando el triángulo de velocidad es semejante) Semejanza Dinámica (en puntos homólogos, tienen igual Reynold) Las 3 primeras leyes se refieren a bombas semejantes funcionando en iguales condiciones. Q= A. Cm = Cm.π.D.b pero Cm = fn (n,d) y b = fn (D) entonces Q=fn (n,d 3 ) donde Cm es el caudal másico, D es el diámetro del rodete, n es la velocidad de rotación, Q 1 = Q n. D n 1. D Ley 1 de semejanza (1) Si n1= n entonces Q 1 = Q D D (1`)

30 Por Euler vimos que: Ht= C u. U g C u = fn (n, D) y U Ht= fn ( = fn (n, D), entonces n, D ) H 1 = H n n 1. D. D 1 Ley de semejanza () Si n1= n entonces H 1 = H D D 1 (`) Potencia N = H.Q. γ 75. η por lo tanto N= fn (Q,H) de lo visto en los dos puntos anteriores decimos que: Q=fn (n,d 3 ) y Ht = fn (n, D ) entonces

31 N = fn( n, 3 D 5 ) N 1 = N n n D. D Ley 3 de semejanza Si n1= n entonces N 1 = N D D (3`) Las 3 siguientes son para una misma bomba (D=cte) que funciona en condiciones distintas: Q 1 n = Q n H n 3 = N 1 n1 H n = 3 N n (4) (5) (6)

32 De la ecuación despejamos D 1 H1. n = 1/ por lo tanto D 1 H1. n D H. n = 1/ 1 D H. n1 (7) Reemplazamos (7) en (1): 3/ 4 Q 1 H1. n = Q 1/ 3/ 1 H1. n 3/ saco raíz cuadrada = Q 1/ 3/ 4 H. n1 Q H. n1 Por lo tanto reordenando la ecuación anterior: 1/ 1/ 1/ 1. n1 Q. n Q. = =... = 3/ 4 3/ 4 3/ 4 1 H H Q H n Número específico de revoluciones. Constante para una serie de bombas semejantes

33 Q Flujo radial Flujo Mixto Flujo axial

34 CURVAS CARACTERISTICAS DE LAS BOMBAS H = f1(q) P = f(q) η = f3(q)

35 Radial Radial Radial

36 Flujo radial Flujo mixto Flujo mixto Flujo axial

37

38 CURVAS CARACTERISTICAS (CATALOGO KSB)

39 SELECCIÓN DE BOMBAS CONSIDERACIONES 1- LOS GRÁFICOS BASICOS DE LOS CATÁLOGOS Y SOFTWARE ESTAN DISEÑADOS PARA AGUA - SE HACE NECESARIO OBTENER LOS EQUIVALENTES PARA AGUA (CAUDAL, ETC) DE LOS FLUIDOS QUE SE VAN A BOMBEAR 3- A PARTIR DE ESTE PUNTO SE DEFINE EL GRUPO DE BOMBAS EN FUNCION DE CAUDAL Y ALTURA MANOMETRICA 4- EN LAS CURVAS DEL GRUPO DE BOMBAS SE SELECCIONA LA QUE POSEE MEJOR COMPORTAMIENTO EN NUESTRAS CONDICIONES DE TRABAJO (MAYOR RENDIMIENTO Y MAYOR ESTABILIDAD DE FUNCIONAMIENTO

40 SELECCIÓN DE BOMBAS

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46 ALTURA DE ELEVACION DE LA BOMBA COMPONENTES DE UNA INSTALACION Válvula de pie con filtro

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49 CAVITACION Válvula de pie con filtro

50 CAVITACION ANPA nes Flujo radial Flujo mixto Flujo axial ANPA nes

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54 GOLPE DE ARIETE

55 COMO EVITARLO

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