INTRODUCCIÓN A LAS MÁQUINAS HIDRÁULICAS

Transcripción

1 INTRODUCCIÓN A LAS MÁQUINAS HIDRÁULICAS BOMBAS AXIALES Prof. Jesús DE ANDRADE Prof. Miguel ASUAJE Marzo 010

2 Bombas Axiales Turbomáquinas en las cuales el flujo es paralelo al eje Rotor También son denominadas bombas helicoidales por la forma del rodete Maneja grandes caudales a relativamente pequeños saltos energéticos

3 Configuraciones Bomba Axial de eje Vertical

4 No confundir Bomba de Flujo Mixto de eje Vertical Se pueden fabricar bombas de eje vertical con rotores mixtos o radiales

5 Configuraciones Bomba Axial de Eje Horizontal

6 Bomba Axial de Eje Horizontal Partes Principales: Carcaza Rodete Difusor En el rodete se pueden identificar dos partes: Cubo Álabes

7 Partes de una Bomba Axial CARCAZA: Elemento exterior de la bomba. Se compone de la boquilla de succión, el cuerpo de la carcaza y la boquilla de descarga RODETE: Elemento que realiza la transferencia de energia al fluido. Está compuesto por el cubo, los álabes, la extensión de la cubierta. El rodete está formado por la punta cónica, el cubo y los álabes DIFUSOR: Sistema de álabes fijos que se encuentran a la salida del impulsor Otros Elementos: Ejes, Cojinetes y Sellos

8 Rodete o Impulsor. Bomba Axial CUBO: Porción maciza del impulsor acoplada al eje de la bomba. Los álabes estan fijos en la parte exterior del cubo ALABES: Perfiles helicoidales que ceden energía al fluido.

9 Montaje de una Bomba Axial Dimensiones principales de instalación

10 Conceptos y Ecuaciones Básicas

11 Planos de estudio Plano álabe a álabe S i S 1 i Plano Meridiano Álabes w Cubo k(re-ri) Dominio de Cálculo k(re-ri) Pala re ri

12 Planos de estudio Transferencia de Energía Q

13 Rejilla de álabes Los ángulos y principales dimensiones m W ó prom t u l i C U W ó W prom W 1 1 c W 1 W W ów prom Velocidad Relativa en un punto muy alejado de la rejilla. Es un promedio Geométrico de la velocidades relativas de entrada y de salida

14 Las Fuerzas del Fluido sobre un Álabe. DCL DCL: Sobre elemento diferencial dr en un radio r ó prom r dr D ó prom F m F u 90 F res prom W ó W prom L

15 Ecuación Fundamental de las Bombas Axiales La potencia suministrada al eje, se escribe: P dp dp dp w d d d w F r F U (r) u U w w r De forma diferencial El Torque, es el producto de la fuerza por el brazo Para un radio constante Donde: Del DCL, obtenemos las relaciones trigonométricas de las fuerzas F F u res F res cos L ó cos Fz cos

16 Ecuación Fundamental de las Bombas Axiales Se puede expresar la fuerza de sustentación en función del coeficiente de sustentación C z df z Fz A W A nivel diferencial C z W da Sustituyendo: df da res C Recordando ldr z W da cos l cuerda del álabe dr diferencial de envergadura

17 Ecuación Fundamental de las Bombas Axiales Recordando dp dp d d F u F U cos r U Sustituyendo dp C U z W cos cos da Diferencial de Potencia para un solo álabe!!

18 Ecuación Fundamental de las Bombas Axiales Para Z álabes dp W ZCzU cos da cos Recordemos la definición de potencia hidráulica P A nivel diferencial dp H Q H dq

19 Ecuación Fundamental de las Bombas Axiales Al igualar las expresiones anteriores: H dq Recordando dq V m W ZCzU rdr V m Ztdr cos da cos y da ldr l t Sustituyendo H V m Ztdr W ZCzU cos ldr cos Despejando la altura de la bomba W cos ZCzU ldr H cos V Ztdr m Finalmente Cz H g UW V m cos l cos t

20 Ecuación Fundamental de las Bombas Axiales Recordando 90 Sabemos cos sin Queda prom prom C z l t gv mh cos UW sin prom prom debe ser tal que se igual al planeo e min

21 Valores Prácticos de Diseño El número de álabes < Z <5 El coeficiente de Sustentación l Cz rejilla f c, t La relación cuerda paso l t l t Cubo Punta 1,1 0,7 Nota: este coeficiente de sustentación se refiere a la rejilla. Generalmente se considera igual al del perfil aislado. Puede existir una diferencia entre ellos en forma de una constante C z perfil mc 1 < m <1,05 z rejilla

22 Ecuación Reducida. Bombas Axiales No hay fuerza de arrastre: cos 1 0 sin sin prom prom De los triángulos de velocidades: W ów prom C z l t gvmh cos UW sin prom U V V m sin prom V m W

23 Ecuación Reducida. Bombas Axiales Sustituyendo l gh C z t UW Con: U ND 60 y t D Z Se obtiene: 10gH C lw z ZN

24 Eficiencia Hidráulica Global de una Bomba Axial La ecuación de Euler, para infinitos álabes H T U g ( C C ) 1 u u Triángulo de Velocidades Expresiones Trigonométricas ctg ctg ctg ctg ctg ctg 1 1 WU 1 WU WU V V V VU V V V V U1 U U M M1 M M

25 Eficiencia Hidráulica Global de una Bomba Axial e H z H H Por otra parte H H H H H t t t e z H H t...eficiencia hidráulica global Sustituyendolas expresiones de H Simplificando V W Alturas: M U Cz W sen g VM cos UVM ctg ctg1 g = sen se tiene que : l t y sustituyendo

26 Eficiencia Hidráulica Global de una Bomba Axial Con las ecuaciones anteriores se obtiene: H 1 l t Cz sen sen cosctg ctg 1 ctg1 0 o ctg Para 1 90 ctg H 1 4 l t Cz sen sen cos ctg

27 Eficiencia Hidráulica Global de una Bomba Axial Relación entre los ángulos medios para diferentes rendimientos

28 Campo de aplicación de una Bomba Axial

29 Curvas Características. Bombas Axiales

30 Campo de trabajo de una bomba de hélice con álabes ajustables Cada curva de H y h corresponde a una determinada posición de los álabes

31 Comparación Curvas BC y BA Bombas Centrífugas Bombas Hélico-Centrífugas Bombas Axiales

32 Cavitación en la bóveda

33 NPSH R [mca] Altura [mca] Curvas Características Régimen Cavitacional 30 Altura Vs NPSH D l/s 74 l/s 80 l/s NPSH d [mca] NPSH R Vs Caudal Q [m 3 /s]