Máquinas hidráulicas. Bombas para líquidos

Transcripción

1 Máquinas hidráulicas Bombas para líquidos

2 Desplazamiento positivo Bomba de paletas

3 Desplazamiento positivo Bomba de lóbulos

4 Desplazamiento positivo Bombas de pistón

5 Desplazamiento positivo Bomba de diafragma

6 Bombas cinéticas de rotor giratorio

7 Esquema de una bomba de flujo radial o centrífuga La energía o altura de carga es impartida al fluido por acción centrífuga. El tipo más común de bomba es la de voluta, donde el fluido es desplazado por un impulsor de alta velocidad radialmente hacia afuera y dentro de un casco en espiral que se amplía progresivamente transformando energía cinética en trabajo de flujo (energía de presión)

8 Esquema de una bomba de flujo radial o centrífuga con corte lateral

9 Fenómeno de la impulsión rotodinámica

10 M Fenómeno de la impulsión rotodinámica ρ r v ( v n)da A Balance de cantidad de movimiento Angular en un volumen de control fijo T ρ Q ( r V r ) t Vt ϖ T ρ Q ( u V u ) t Vt ϖ T ρ Q ( u V cosα u cosα ) V ϖ T ρ g Q ( u V cosα u V cosα ) HT g

11 Fenómeno de la impulsión rotodinámica V u V u v α cos V u V u v α cos ( ) ( ) g u v u v g V V H T Por el teorema del coseno en los triángulos de velocidades

12 Fenómeno de la impulsión rotodinámica g V V z z g p p H T ρ g u v z g p g u v z g p ρ ρ ( ) ( ) [ ] u v u v p p ρ Balance de Energía Mecánica ( ) ( ) g u v u v g V V H T Ecuación de Bernoulli en coordenadas rotatorias Eliminando H T : Despreciando z

13 Fenómeno de la impulsión rotodinámica ϖ T ρ g Q ( u V cosα u V cosα ) HT g H T máxima para α 90 V cosα u Vn cot β H T u g u V n cot β g u ϖ r V n Q π r b H T ϖ r g ϖ cot β π b g Q

14 Fenómeno de la impulsión rotodinámica H T ϖ r ϖ cot β Q H a a Q T 0 g π b g Función lineal debido a las simplificaciones realizadas

15 Sistema típico de bombeo h u g p z g v w ρ. s f s s s h g p z h ρ d f d d d h g p z h ρ

16 APA z s Sistema típico de bombeo ( p p ) d ρ g vp h f s Altura neta positiva de aspiración ( z z ) ( p p ) ( h h ) d s h d s f d ρ g Balance de energía mecánica f s APA disponible h s p vp ρ g

17 Presión del vapor de agua Aspiración desde la presión atmosférica

18 Cavitación: diagrama de estado del agua

19 Curva característica real de carga vs caudal de una bomba centrífuga de voluta Máxima altura de carga Aumenta con la viscosidad Para velocidad rotacional cte. p ρ g h 0

20 Curva de carga total de la bomba y de carga requerida por el sistema en función del caudal Punto de operación (Para flujo laminar se transforma en una recta) 0

21 APA disponible y requerido por la bomba en función del caudal P E ρ g Q h Potencia de bombeo Eficiencia < η P P E su min istrada a la bomba Región de operación normal

22 Efecto de APA disponible insuficiente en el funcionamiento de una bomba centrífuga

23 Efecto del estrangulamiento producido por una válvula en la salida de la bomba

24 Efecto de agregar factores de seguridad a los requerimientos del sistema

25 Relaciones de las bombas centrífugas P E 3 C ρ D 5 3 h C D 3 () P E C Q h Q C3 D h C 3 4 D () 3 Q h h Q 3 4 cons const Velocidad específica (3), de y Raiz de (3)

26 Leyes de afinidad de las bombas centrífugas homólogas o geométricamente semejantes 3 D D Q Q D D h h 5 3 D D P P E E D D APA APA

27 Leyes de afinidad de las bombas centrífugas de diámetro levemente distintos D D Q Q D D h h 3 3 D D P P E E D D

28 Punto de operación para bombas centrífugas en paralelo h T h h P. F, B P. F, B Q T Q Q Q Q Q T

29 Punto de operación para bombas centrífugas en serie h T h h Q T Q Q P. F, B P. F, B

30 Factores en la selección de una bomba Líquidos de alta viscosidad: se impulsan con bombas de desplazamiento positivo. Las bombas centrífugas son ineficientes para viscosidades elevadas debido a la disminución del APA disponible Líquidos pseudoplásticos: su viscosidad disminuye con la velocidad de bombeo, por lo tanto son apropiadas las bombas centrífugas. Líquidos dilatantes: su viscosidad aumenta con la velocidad de bombeo por lo cual es ventajoso utilizar bombas de desplazamiento positivo a bajas frecuencias En todos los casos debe tenerse en cuenta la presión de vapor del líquido para la temperatura de bombeo para evitar la cavitación

31 Conclusión Las bombas centrífugas son menos costosas, de más largo uso y más sólidas y resistentes que las de desplazamiento positivo. Sin embargo no son convenientes para bombear líquidos de alta viscosidad o líquidos que variarán su viscosidad cuando son impulsados.