BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles

Transcripción

1 Las trasparencias son el material de apoyo del profesor para impartir la clase. No son apuntes de la asinatura. Al alumno le pueden servir como uía para recopilar información (libros, ) y elaborar sus propios apuntes En esta presentación se incluye un listado de problemas en el orden en el que se pueden resolver siuiendo el desarrollo de la teoría. Es trabajo del alumno resolverlos y comprobar la solución Departamento: Area: Ineniería Eléctrica y Enerética Máquinas y Motores Térmicos CARLOS J RENEDO renedoc@unican.es INMACULADA FERNANDEZ DIEGO fernandei@unican.es JUAN CARCEDO AYA juan.carcedo@unican.es FELIX ORTIZ FERNANDEZ felix.ortiz@unican.es.. Introducción a las Máquinas idráulicas.. Bombas idráulicas... Generalidades de las Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas... Bombas Volumétricas.. Turbinas idráulicas

2 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Características Campos de Aplicación Partes Rodetes La Voluta Clasificación Ec. De Euler Curva Característica Cebado Instalación Acoplamiento Potencias, Rendimientos y Pérdidas Cavitación Golpe de Ariete Catáloos de Fabricantes Leyes de Semejanza Número Específico de Revoluciones Influencia del Número de Alabes Grado de Reacción del Rodete Punto de Funcionamiento Selección de una Bomba.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Características: El fluido las atraviesa de forma continua Suministran caudales altos Suministran presiones moderadas Su rano de caudal de trabajo es amplio Son de construcción sencilla, no requieren tolerancias estrictas Son compactas y de poco peso No tienen válvulas, no tienen movimientos alternativos silenciosas y con pocas vibraciones Son de fácil tenimiento y de vida prolonada (0 años sin tenimiento pueden reducir el rendimiento un.%) Tiene bajos rendimientos con caudales pequeños No se autoceban (no aspiran cuando tienen aire en su interior)

3 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Campos de Aplicación Circuitos de bombeo: industriales, redes de suministro urbano, sistemas de rieo, Generación de electricidad: centrales hidroeléctricas, centrales térmicas, Sistemas de aire acondicionado y calefacción Circuitos de refrieración en automoción Electrodomésticos Sistemas de achique Grupos contraincendios.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Las Partes son (I): El rodete o impulsor Aspiración Carcasa o voluta, puede incluir un difusor (sistema de álabes fijos) Empaquetaduras y cierres mecánicos 6

4 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Las Partes son (I): Corona difusora El rodete o impulsor Aspiración Carcasa o voluta, puede incluir un difusor (sistema de álabes fijos) Empaquetaduras y cierres mecánicos Rodete 7.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Las Partes son (I): El rodete o impulsor Aspiración Carcasa o voluta, puede incluir un difusor (sistema de álabes fijos) Empaquetaduras y cierres mecánicos Rotor Corona difusora Rotor Rodete Difusor Difusor 8

5 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Las Partes son (II): Aspiración: Alabe director Voluta El líquido es aspirado por el ojo del rodete Rodete: Comunica enería cinética al fluido. El flujo pasa de flujo axial a radial Alabes directores: Recoer el fluido y lo envía hacia la voluta sin choques ni turbulencias (opcionales) Rodete Alabe Aspiración Voluta: En ella se transforma la enería cinética del fluido en enería de presión 9.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Los Rodetes (I): Cerrados: el habitual, mejor rendimiento, posibles problemas de obstrucción Semiabiertos: sin problemas de obstrucción, se emplean con fluidos sucios Abiertos: sin problemas de obstrucción, muy malos rendimientos hidráulicos por fuas internas Doble aspiración: compensa esfuerzos axiales, para randes caudales 0

6 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Los Rodetes (II): Cerrados: Si se emplean con fluidos sucios suelen tener sólo dos álabes de cantos redondeados Grundfos Auas Residuales Manual de Bombeo de A. Residuales.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Los Rodetes (III): Abiertos: Existen alunos diseños especiales; por ejemplo, rodetes para el trasieo de pescado desde la bodea del barco a la planta de tratamiento.

7 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas La Voluta: Espiral Doble Difusor Reduce los esfuerzos radiales.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Clasificación por (I): Forma del rodete La dirección del flujo Radiales Axiales Radioaxial o mixta Flujo a la entrada Aspiración simple Aspiración doble Separación bombamotor Rotor seco (mejor rendimiento) Rotor húmedo (menos ruido, menos tenimiento, sólo para circuitos cerrados) Número de rodetes Una etapa Multicelulares, multifase o multietapa Posición del eje orizontal Vertical Inclinado

8 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Clasificación por (II): Presión suministrada Baja Media Alta Ubicación Sumerible Pozo profundo Construcción Partida.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Clasificación por (III): Bombas sobre bancada Ventajas: Es adaptable a diversos motores y acoplamientos Desventajas: Requiere ran espacio (acoplamiento) Necesita alineación entre motor y bomba Elevado coste (bancada, acoplamiento y protección) Bombas Monobloc Ventajas: Necesita un poco espacio, es de construcción compacta No necesita alineación entre motor y bomba No necesita bancada, acoplamiento ni protección Desventajas: La potencia máxima está limitada a unos kw (por el motor eléctrico) 6

9 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Clasificación por (IV): Bombas inline Ventajas: Requiere poco espacio y es de instalación sencilla, ya que va instalada en la propia tubería No necesita alineación entre motor y bomba No se necesita bancada, acoplamiento ni protección Desventajas: La potencia máxima es de unos kw (por el motor eléctrico) Bombas multietapa Ventajas: Pueden disponer de una descara secundaria desde una de las etapas (a una presión intermedia) Desventajas: Requiere de instalación especial para alta temperatura, con patas a la altura del eje Peliro por empuje axial con randes caudales 7 Bombas multietapa Máster Ineniería Industrial.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Peliro por empuje axial con randes caudales Si la bomba está sobredimensionada, entonces el caudal es excesivo, y los rodetes pueden flotar (empujan a la bomba en la dirección del eje) Esto enera desaste en los cojinetes y vibraciones Este ran caudal se produce siempre que se rompa la tubería cerca de la bomba, ya que aparece un circuito preferencial, la fua El efecto se limita con una válvula en la impulsión parcialmente cerrada 8

10 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Clasificación por (V): Bombas verticales Ventajas: La instalación resulta sencilla, puede ser directa en un depósito, requiere poco espacio No precisa tubería de aspiración o de cara Si se sumere queda cebada, por lo que está lista para el servicio Desventajas: El motor debe quedar por encima del nivel del líquido Bombas verticales (multietapa) Ventajas: Requiere poco espacio para bomba multietapa No necesita alineación entre motor y bomba No se necesita bancada, acoplamiento ni protección Desventajas: La potencia máxima es de unos kw (por el motor eléctrico) 9.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Clasificación por (VI): Bombas sumeribles Ventajas: La instalación resulta sencilla, puede ser directa en un sumidero, por lo que requiere poco espacio No necesita tubería de aspiración o de cara Si se sumere queda cebada, por lo que está lista para el servicio No requiere caseta especial de bombas Desventajas: Requiere tener motor eléctrico especial, que sea sumerible La temperatura máxima de trabajo está limitada a 00 C 0

11 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Clasificación por (VII): Bombas sumeribles con motor sumerible Ventajas: Se pueden instalar en pozos muy estrechos y profundos sin requerir precauciones especiales Se pueden instalar como bomba de apoyo Desventajas: Aplicaciones limitadas Aspiración Motor.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Clasificación por (VIII): Bombas para depósito Ventajas: Permite la instalación directa en el depósito, por lo que se requiere un espacio mínimo Aspira directamente del depósito, por lo que no precisa tubería de aspiración o cara; al no necesitar conexiones en la base del depósito elimina problemas de fuas (que en alunos fluidos pueden implicar a la seuridad) Si se sumere queda cebada, por lo que está lista para el servicio Desventajas: Limita la lonitud de la instalación Para fluidos con contenido en sólidos abrasivos requieren una construcción especial (sin cojinetes), ya que el diseño estándar lleva cojinetes internos

12 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Clasificación por (IX): Bombas con depósito Ventajas: Permite incrementar el valor del NPS d al variar la lonitud de su depósito y, por tanto, la lonitud de la bomba Tiene ran fiabilidad de funcionamiento, ya que si se instala correctamente, incluso en malas condiciones de aspiración, no tiene problemas de cavitación Desventajas: Es cara Por su volumen y forma, su instalación es dificultosa m.c.a... Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas m /h

13 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Grundfos Industry Manual de Bombeo.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Grundfos Industry Pump andbook 6

14 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas 7 Radial (R + T) AXIAL (A + T) MIXTO (R + A + T) R T A R T A R T A.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas 8 Marca el comportamiento de las Bombas (Generadores idráulicos) La Ec. de Euler para Bombas: u c c u u u w w c c u u La es la altura suministrada por el rodete, pero en el interior de la bomba existen pérdidas, De este modo la altura útil o ométrica, es: Aplicando Bernoulli entre la entrada y salida de la bomba se tiene: int B L S S S E E E p v z p v z per ext aña p V z p V z E S E S E S p p v v z z En la práctica: z S z E, y si v S v E E S p p

15 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas La Curva Característica (I): u c u u ª Ec. EULER G.. c u C U W W β C C u C u C m C C u Si =90º c u = 0 max c u w u t w w m u cot C m w w u m C W Max β c u U c u u u w u w u w m cot w m c m r c r β U W C u u c m cot U u Max u c m cot u u c m cot 9.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas La Curva Característica (II): Max u c m u cot W β C El Caudal impulsado realmente es: Caudal, A A k Cm A k Cm A r anchorodete r anchorodete C C u C m k yk dependen del espacio ocupado por los álabes del rodete en la entrada y salida respectivamente C C u C m r r β U W C U Max u u cot Siendo: u.,k,a,yβ ctes Max A B k A C m A B cot k A u u 0

16 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas La Curva Característica (III): u c u u ª Ec. EULER G.. c u C U W W β C C C u C m C C u C m C W β U r r β W C U U Si =90º c u = 0 max Max u Caudal, c u c A m Si = 90º c u = 0 = 0 C u da presión C m da caudal Si = 0 c m = 0 = 0.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas La Curva Característica (IV): Max A B A B cot k A u u W β C t β > 90º r W U β = 90º r β C A β < 90º Típico en las Bombas Centrífuas U eom imp Ltub asp La Curva Característica relaciona con ométrica

17 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Una bomba centrífua ira a.00 rpm. La superficie de entrada del aua al rodete es de 0,0 m, y la de salida 0,0 m. El diámetro del rodete a la entrada es de 0, m y a la salida de 0, m. Los ánulos de los álabes son: = º; =º;con =90º Calcular los triánulos de velocidades (U,U,C,C ; ) La altura teórica de impulsión El caudal de la bomba.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Una bomba centrífua ira a.00 rpm. La superficie de entrada del aua al rodete es de 0,0 m, y la de salida 0,0 m. El diámetro del rodete a la entrada es de 0, m y a la salida de 0, m. Los ánulos de los álabes son: = º; =º;con =90º Calcular los triánulos de velocidades (U,U,C,C ; ) La altura teórica de impulsión El caudal de la bomba Representar la variación de la altura teórica de impulsión si el ánulo varía de rado en rado desde º a 8º Representar del caudal de impulsión si el ánulo varía de rado en rado desde º a 8º

18 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Una bomba centrífua ira a.00 rpm. La superficie de entrada del aua al rodete es de 0,0 m, y la de salida 0,0 m. El diámetro del rodete a la entrada es de 0, m y a la salida de 0, m. Los ánulos de los álabes son: = º; =º;con =90º Calcular los triánulos de velocidades (U,U,C,C ; ) La altura teórica de impulsión El caudal de la bomba Representar la variación de la altura teórica de impulsión si el ánulo varía de rado en rado desde 8º a º Representar la variación del caudal de impulsión si el ánulo varía de rado en rado desde 8º a º.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas Una bomba centrífua ira a.00 rpm. La superficie de entrada del aua al rodete es de 0,0 m, y la de salida 0,0 m. El diámetro del rodete a la entrada es de 0, m y a la salida de 0, m. Los ánulos de los álabes son: = º; =º;con =90º Calcular los triánulos de velocidades (U,U,C,C ; ) La altura teórica de impulsión El caudal de la bomba Representar la variación de la altura teórica de impulsión si el ánulo α varía de rados en rados desde 8º a 96º Representar la variación del caudal de impulsión si el ánulo α varía de rados en rados desde 8º a 96º 6

19 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas La Curva Característica (V): Max A B B cot k A u A u t A β > 90º β < 90º β = 90º La Curva Característica relaciona con ométrica son de dos tipos: Rozamiento líquido álabes Lfric Cte Choques por nominal Linteriores Cte Cte nom A B Cte Cte Lchoq Cte Cte Cte Cte Cte Cte Cte n nom n 7.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas La Curva Característica (VI): Max A B A B ométrica Cte Cte Cte eom util Euler Cte Cte Cte a A Cte Curva Ideal b B Cte c Cte imp asp Ltub a b c 8

20 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas La Curva Característica (VI): Max A B A B ométrica Curva Ideal Cte Cte Cte eom util Euler Cte Cte imp Cte asp Ltub a b c Fuas 9.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas La Curva Característica (VI): Max A B A B ométrica Curva Ideal Cte Cte Cte eom util Euler Cte Cte imp Cte asp Ltub a b c Fuas 0

21 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas La Curva Característica (VI): Max A B ométrica eom util Euler imp asp Ltub Cte Cte Cte A B Cte Curva Ideal P. por fuas Cte Cte a b c a A Cte b B Cte c Cte El esquema es ilustrativo del fenómeno, no es una representación a escala.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas La Curva Característica (VI): Max A B ométrica eom util Euler imp asp Ltub Cte Cte Cte A B Cte Cte Curva Ideal P. por fuas Cte a b c a A Cte b B Cte c Cte P. por recirculación El esquema es ilustrativo del fenómeno, no es una representación a escala

22 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas La Curva Característica (VI): Max A B A B ométrica Cte Cte Cte eom util Euler Cte Cte imp Cte asp Ltub a b c Curva Ideal P. por fuas Lfric Cte P. por fricción P. por recirculación opt.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas La Curva Característica (VI): Max A B A B ométrica Cte Cte Cte eom util Euler Cte Cte imp Cte asp Ltub a b c Curva Ideal P. por fuas P. por fricción P. por recirculación a restar opt Lfric Cte

23 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas La Curva Característica (VI): Max A B ométrica eom util Euler imp asp Ltub Cte Cte Cte A B Cte Cte Curva Ideal P. por fuas Cte a b c a A Cte b B Cte c Cte P. por recirculación Resta por fricción opt Lfric Cte.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas La Curva Característica (VI): Max A B ométrica eom util Euler imp asp Ltub Cte Cte Cte A B Cte Cte Cte a b c Curva Ideal P. por choque y turbulencia P. por fuas Lchoq Cte nom P. por recirculación Resta por fricción opt Lfric Cte 6

24 .. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas La Curva Característica (VI): Max A B ométrica eom util Euler imp asp Ltub Cte Cte Cte A B Cte Cte Cte a b c Curva Ideal P. por choque y turbulencia P. por fuas P. por recirculación opt a restar por choque a restar por turbulencia a restar por fricción 7.. Bombas idráulicas... Bombas Centrífuas La Curva Característica (VI): Max A B ométrica eom util Euler imp asp Ltub Cte Cte Cte a restar por choque A B Cte Curva Ideal P. por fuas Curva real Cte Cte a b c a A Cte b B Cte c Cte P. por recirculación a restar por fricción opt a restar por turbulencia 8