FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICAFACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICADEPARTAMENTO DE ENERGIA Y PRODUCCIONDEPARTAMENTO DE ENERGIA Y PRODUCCION

ASIGNATURA: ASIGNATURA: LABORATORIO DE ENERGIA IILABORATORIO DE ENERGIA II

TEMA: TEMA:

BOMBAS CENTRIFUGAS Y DE PROFUNDIDADBOMBAS CENTRIFUGAS Y DE PROFUNDIDAD

AUTOR:AUTOR:

ING, ESTEBAN MUNARRIZ ESCALANTEING, ESTEBAN MUNARRIZ ESCALANTE

Ica, noviembre 2006Ica, noviembre 2006

INTRODUCCIONINTRODUCCION

Siempre que tratemos temas como Siempre que tratemos temas como procesos químicos o de cualquier procesos químicos o de cualquier circulación de fluidos, de alguna manera circulación de fluidos, de alguna manera estamos entrando en el tema de bombas.estamos entrando en el tema de bombas.El funcionamiento en sí de la bombas será El funcionamiento en sí de la bombas será el de un convertidor de energía mecánica el de un convertidor de energía mecánica en energía cinética generando presión y en energía cinética generando presión y velocidad en el fluido.velocidad en el fluido.Los factores más importantes que permiten Los factores más importantes que permiten escoger un sistema de bombeo adecuado escoger un sistema de bombeo adecuado son: presión ultima, presión de proceso, son: presión ultima, presión de proceso, velocidad de bombeo, tipo de fluido a velocidad de bombeo, tipo de fluido a bombear.bombear.La eficiencia de cada bomba varía según el La eficiencia de cada bomba varía según el tipo de fluido.tipo de fluido.

BOMBASBOMBASDispositivo para suministrar energía a un Dispositivo para suministrar energía a un fluido, a fin de transportarlo de un lugar a fluido, a fin de transportarlo de un lugar a otro.otro.

CLASIFICACION DE LAS BOMBASCLASIFICACION DE LAS BOMBAS

a) Bombas oscilantesa) Bombas oscilantes

de émbolode émbolo

1. Bombas de 1. Bombas de

Desplazamiento positivoDesplazamiento positivo

• Axiales

• Radiales

• Rígidas

• De Diafragma

b) Bombas rotativas

• De engranaje

• De émbolo rotativo

• De aletas

• De Husillos Helicoidales

• De Husillos excéntricos

2. Bombas centrífugas

3. Bombas de profundidad

I. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVOI. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Entregan una cantidad fija de fluido en cada Entregan una cantidad fija de fluido en cada revolución del rotor de la bombarevolución del rotor de la bomba

La entrega o capacidad de la bomba no se ve La entrega o capacidad de la bomba no se ve afectada por los cambios en la presión que esta afectada por los cambios en la presión que esta debe desarrollar.debe desarrollar.

Combina el movimiento de rotación de las mismas Combina el movimiento de rotación de las mismas con el desplazamiento positivo del fluidocon el desplazamiento positivo del fluido

Las eficiencias son mas elevadas que los equipos Las eficiencias son mas elevadas que los equipos centrífugos.centrífugos.

1.1. 1.1. Bombas de émbolos de desplazamiento Bombas de émbolos de desplazamiento positivopositivo

Alcanzan altas presiones con caudales relativamente Alcanzan altas presiones con caudales relativamente pequeño por su baja velocidadpequeño por su baja velocidadImpulsan un volumen exacto de fluido en cada carrera del Impulsan un volumen exacto de fluido en cada carrera del émboloémbolo

APLICACIONESAPLICACIONESIndustria de procesos químicaIndustria de procesos químicaEn los accionamientos de trenes de laminación, vehiculos En los accionamientos de trenes de laminación, vehiculos pesados, instalaciones de perforación petrolíferas y pesados, instalaciones de perforación petrolíferas y máquina de construcciónmáquina de construcciónEn las instalaciones hidráulicas En las instalaciones hidráulicas

1.2. Bombas rotativas1.2. Bombas rotativas

Bombas de engranaje

Trabajan con líquidos viscosos y pesados

Desarrollan altas presiones y no necesitan ser cebada

En motores de combustión

interna se le conoce como

bomba de aceite

Bomba de embolo rotativoBomba de embolo rotativo

Trabajan con fluido con diferentes Trabajan con fluido con diferentes viscosidadesviscosidades

Fluido que contengan sustancias en grano o Fluido que contengan sustancias en grano o en fibras como pastas , emulsiones, jugos de en fibras como pastas , emulsiones, jugos de frutas, mostazas, etc.frutas, mostazas, etc.

En la industria alimentaríaEn la industria alimentaría

La bomba de émbolo rotativo tipo skk

Para el transporte cuidadoso de productos en un margen de viscosidad desde muy fluidos hasta altamente viscosos y pastosos.

Bombas de aletasBombas de aletas

Como compresor o como bombaComo compresor o como bomba

Expulsion de aceites minerales, lacas Expulsion de aceites minerales, lacas y productos similaresy productos similares

En camiones o vagones de cisterna.En camiones o vagones de cisterna.

Bombas de Husillos HelicoidalesBombas de Husillos Helicoidales

Características Características similares a la bomba de similares a la bomba de émbolo rotativo.émbolo rotativo.

Por su impulsión Por su impulsión ampliamente libre de ampliamente libre de tensiones cortantes y tensiones cortantes y de pulsaciones.de pulsaciones.

Tiene aplicación similar Tiene aplicación similar con fluidos delicados.con fluidos delicados.

Bombas de Husillos excéntricosBombas de Husillos excéntricos

Impulsión de líquidos poco fluidos y Impulsión de líquidos poco fluidos y pastosos o con componentes sólidos pastosos o con componentes sólidos como: lodos en fermentación, pasta de como: lodos en fermentación, pasta de frutas, mosto, pasta dentrífica, pescado en frutas, mosto, pasta dentrífica, pescado en trozo, para desagüe, etc.trozo, para desagüe, etc.

Bombas de PaletasBombas de Paletas

Utilizada para proporcionar potencia al Utilizada para proporcionar potencia al fluido.fluido.Consiste en un rotor excéntrico que Consiste en un rotor excéntrico que contiene un juego de paletas deslizantes contiene un juego de paletas deslizantes que se mueven dentro de la estructura.que se mueven dentro de la estructura.Un anillo en la estructura controla la Un anillo en la estructura controla la posición radial de las paletas.posición radial de las paletas.El fluido ingresa al punto de succión a la El fluido ingresa al punto de succión a la izquierda y luego se captura en un izquierda y luego se captura en un espacio entre dos paletas consecutivas y espacio entre dos paletas consecutivas y así es transportado al punto de descarga así es transportado al punto de descarga en el sistema de presiones.en el sistema de presiones.

CARACTERÍSTICAS:CARACTERÍSTICAS: Bombas positivas rotativas a paletas con sello o empaquetadura o de segmento oscilante herméticas sinBombas positivas rotativas a paletas con sello o empaquetadura o de segmento oscilante herméticas sin

sello mecánico.sello mecánico.Capaces de aspirar, vaciar cañerías, no se dañan por trabajo en seco, capacidad de manejar sólidos y Capaces de aspirar, vaciar cañerías, no se dañan por trabajo en seco, capacidad de manejar sólidos y

amplio rango de viscosidades.amplio rango de viscosidades.APLICACIONES:APLICACIONES:

Sanitarias y generales de proceso en químicas, petroquímica, siderurgia, etc. Líquidos de viscosidad Sanitarias y generales de proceso en químicas, petroquímica, siderurgia, etc. Líquidos de viscosidad variable con algo de sólidos, cuando la hermeticidad es requerida.variable con algo de sólidos, cuando la hermeticidad es requerida.

II. Bombas centrífugasII. Bombas centrífugas

Su campo de acción es amplio y diverso.Su campo de acción es amplio y diverso.El fluido ingresa a la misma en el centro del impulsor o El fluido ingresa a la misma en el centro del impulsor o rodete que es empujado hacia fuera por la fuerza científica.rodete que es empujado hacia fuera por la fuerza científica.En la periferie el fluido adquiere una gran velocidad y por En la periferie el fluido adquiere una gran velocidad y por tanto gran energía cinética.tanto gran energía cinética.La transformación de esta energía cinética en energía de La transformación de esta energía cinética en energía de presión proporciona diferencias de presión entre la zona de presión proporciona diferencias de presión entre la zona de succión y la zona de descarga.succión y la zona de descarga.La pérdida de energía a las turbulencias en el punto donde La pérdida de energía a las turbulencias en el punto donde el flujo pasa de radial a tangencial, puede disminución el flujo pasa de radial a tangencial, puede disminución utilizando bombas de turbina.utilizando bombas de turbina.

Bombas centrífugasBombas centrífugas

CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS CENTRIFUGASCENTRIFUGAS

Según el sentido del flujo:Según el sentido del flujo:De flujo radialDe flujo radialDe flujo axialDe flujo axialDe flujo mixtoDe flujo mixto

Según el número de tapas:Según el número de tapas:Monoetápicas (una sola tapa)Monoetápicas (una sola tapa)Multietápicas (más de una tapa)Multietápicas (más de una tapa)

Según la posición de la instalación:Según la posición de la instalación:HorizontalesHorizontalesverticalesverticales

CARACTERISTICAS VENTAJOSAS DE CARACTERISTICAS VENTAJOSAS DE UNA BOMBA CENTRÍFUGAUNA BOMBA CENTRÍFUGA

Caudales hasta 40 000l/segCaudales hasta 40 000l/segAltura de elevación hasta 4000 m.Altura de elevación hasta 4000 m.Potencia hasta 65, 000 HpPotencia hasta 65, 000 HpVelocidad hasta 10, 000 rpm.Velocidad hasta 10, 000 rpm.

Nota: el elemento más importante de una bomba centrífuga Nota: el elemento más importante de una bomba centrífuga es el impulsor o rodete.es el impulsor o rodete.

VentajasVentajas

Su construcción es simple, su Su construcción es simple, su precio es bajo.precio es bajo.El fluido es entregado a presión El fluido es entregado a presión uniforme, sin variaciones bruscas uniforme, sin variaciones bruscas ni pulsaciones.ni pulsaciones.Puede acoplarse directamente al Puede acoplarse directamente al eje del motor.eje del motor.La línea de descarga puede La línea de descarga puede reducirse e interrumpirse reducirse e interrumpirse completamente sin dañar la completamente sin dañar la bomba.bomba.Pueden utilizarse con líquidos que Pueden utilizarse con líquidos que contienen grandes cantidades de contienen grandes cantidades de sólidos en suspensión.sólidos en suspensión.No hay punto de cierre donde dos No hay punto de cierre donde dos piezas metálicas deben ajustarse.piezas metálicas deben ajustarse.Las bombas trabajan sin válvulas.Las bombas trabajan sin válvulas.El costo de mantenimiento es El costo de mantenimiento es inferior de los otros tipos de inferior de los otros tipos de bombas.bombas.

DesventajasDesventajas

No pueden trabajar con No pueden trabajar con grandes diferencias de grandes diferencias de presión.presión.La bomba nunca debe La bomba nunca debe rodar sin estar el rodete o rodar sin estar el rodete o impulsor lleno de líquido, impulsor lleno de líquido, por que de lo contrario por que de lo contrario puede producirse puede producirse rozamiento en los aros de rozamiento en los aros de cierre y agorratamiento cierre y agorratamiento generalmente deben generalmente deben cebarse.cebarse.La eficiencia máxima de La eficiencia máxima de una bomba dada solo se una bomba dada solo se obtiene en un intervalo muy obtiene en un intervalo muy estrecho en condiciones estrecho en condiciones operativas.operativas.No pueden operar No pueden operar eficientemente con líquidos eficientemente con líquidos muy viscosos.muy viscosos.

PARAMETROS FUNDAMENTALES EN PARAMETROS FUNDAMENTALES EN DISEÑO DE SISTEMA DE BOMBEODISEÑO DE SISTEMA DE BOMBEO

Características del fluido:Características del fluido:Peso específico y viscosidadPeso específico y viscosidadporcentaje de sólidoporcentaje de sólidopH (acido o alcalino)pH (acido o alcalino)Caudal a BombaerCaudal a Bombaer (GPM; l/s;m (GPM; l/s;m33/h)/h)Velocidad del fluidoVelocidad del fluidoDiámetro inferior de la tuberíaDiámetro inferior de la tuberíaAltura dinámica totalAltura dinámica total (m, pie) (m, pie)Altura estáticaAltura estáticalongitud y material de tuberíalongitud y material de tuberíaaccesorios (válvulas, codos, tee, yee, etc)accesorios (válvulas, codos, tee, yee, etc)

CARACTERISTICAS DEL FLUIDOCARACTERISTICAS DEL FLUIDO

Peso específico y viscosidadPeso específico y viscosidad

Mayor peso específicoMayor peso específico :: PulpasPulpas

Menor peso específicoMenor peso específico :: GasolinaGasolina

Mayor viscosidadMayor viscosidad :: Aceite Aceite lubricantelubricante

Menor viscosidadMenor viscosidad : : GasolinaGasolina

Porcentaje de sólidosPorcentaje de sólidos

pH (grado de acidez del fluido)pH (grado de acidez del fluido)

Ejemplo: Agua de Tajo MinaEjemplo: Agua de Tajo MinaPeso específico y viscosidad:Peso específico y viscosidad:Peso específicoPeso específico : 1000 kg- f/m: 1000 kg- f/m22

ViscosidadViscosidad : 1,046 x 10: 1,046 x 10-6-6 m m22/s/sPorcentaje de sólidoPorcentaje de sólidoMenor a 5%Menor a 5%

pH (grado de acidez del fluido)pH (grado de acidez del fluido)pH aproximadamente neutropH aproximadamente neutroVelocidad del fluido (V)Velocidad del fluido (V)Valores entre 1.5 a 5 m/sValores entre 1.5 a 5 m/sDe ser mayor – mas rápido desgasteDe ser mayor – mas rápido desgasteÁrea interior de tubería (A)Área interior de tubería (A)Mediante especificaciones de diámetro Mediante especificaciones de diámetro nominal y código de espesornominal y código de espesor

Q = V . A

Caudal de BombeoCaudal de Bombeo

100 l/s (1585,26 PM)100 l/s (1585,26 PM)

Altura dinámica total (TDH)Altura dinámica total (TDH)

Altura total a vencer por la bomba;Altura total a vencer por la bomba;

consta de: consta de:

Altura estática (ZAltura estática (Z22 – Z – Z11))

Pérdida por fricción en tuberíaPérdida por fricción en tubería

depende del material y longituddepende del material y longitud

Perdida por accesorioPerdida por accesorio

Expresado en la longitud equivalenteExpresado en la longitud equivalente

Otras perdidasOtras perdidas

CURVA DEL SISTEMA (REQUERIDO)CURVA DEL SISTEMA (REQUERIDO)

Esta en función de todosEsta en función de todos

los parámetroslos parámetros

anteriormente descritosanteriormente descritos

(en especial de la(en especial de la

velocidad del fluido)velocidad del fluido)

No tiene nada que verNo tiene nada que ver

con las curvas decon las curvas de

operación de bombasoperación de bombas

(Fabricante)(Fabricante)

H

(m)

Q

(l/s)

H = f/Q)

Z2 – Z1

BOMBA A COLOCARSEBOMBA A COLOCARSE

Debe satisfacerDebe satisfacer

los requerimientoslos requerimientos

del sistema paradel sistema para

ello, cada bombaello, cada bomba

tiene su curva detiene su curva de

operación operación

H

(m)

Q

(l/s)

800 rpm

700 rpm

600 rpm

500 rpm

PUNTO DE OPERACIÓNPUNTO DE OPERACIÓN

Suponiendo:Suponiendo:

Q = 100 l/sQ = 100 l/s

TDH = 250 mTDH = 250 m

Verificando este punto en los dosVerificando este punto en los dos

gráficos expuestos.gráficos expuestos.

800 rpm

700 rpm

600 rpm

500 rpm

400 rpm

H

(m)

Q

(l/s)

260

250

100 105

Puntos de operación de bombasPuntos de operación de bombas

ADEMASADEMAS

ηη = =75% 75% (Eficiencia de la bomba)(Eficiencia de la bomba)

Valor asumido arbitrariamenteValor asumido arbitrariamente

POTENCIA TEORICA DE BOMBEOPOTENCIA TEORICA DE BOMBEO

P = (Pe P = (Pe xx Q Q xx TDH) / TDH) / ηηP = 357 KW = 479 HPP = 357 KW = 479 HP

Es decir:Es decir:

La bomba en sus constituyentes internos (impulsor) consume 479 HPLa bomba en sus constituyentes internos (impulsor) consume 479 HP

Q = 105 l/s (100)Q = 105 l/s (100)TDH = 260 m (250)TDH = 260 m (250)

POTENCIA EN EL EJE DE LA BOMBAPOTENCIA EN EL EJE DE LA BOMBA

Potencial ideal en motor eléctricoPotencial ideal en motor eléctrico

Pe Pe = P= P

ηηbb

ΗΗb =b =

Eficiencia de la Bomba en conjunto

(Eficiencia volumétrica e hidráulica)

ΗΗb b = 0,90= 0,90 PePe = 532 HP= 532 HP

Pm = PPm = P((ηηtt xx ηηee))

ηηt = eficiencia de transmisión mecánica (0,95)

ηηe = eficiencia eléctrica (0,97)

Pm = 577 HP

MOTOR ELECTRICO O DEFINIDOMOTOR ELECTRICO O DEFINIDO

De 600 HP de potencia y 150 A de corriente nominalDe 600 HP de potencia y 150 A de corriente nominal

Observación:Observación:

El motor tendrá 600 HP de potencia nomina ; sin embargo elEl motor tendrá 600 HP de potencia nomina ; sin embargo el

consumo real al 100% de carga será de 577 HPconsumo real al 100% de carga será de 577 HP

ResumenResumen

Expresado en HPExpresado en HP

POTENCIA POTENCIA TEORICA DE TEORICA DE

BOMBEOBOMBEO

POTENCIA EN EJE POTENCIA EN EJE DE BOMBEODE BOMBEO

POTENCIA MOTOR POTENCIA MOTOR ELECTRICOELECTRICO

MOTOR MOTOR ELECTRICO ELECTRICO DESIGNADODESIGNADO

479479 532532 577577 600600

BOMBEO EN OPERACIÓNBOMBEO EN OPERACIÓN

NOMINALNOMINAL REAL REAL

(100% (100%

de carga)de carga)

REALREAL

(60% (60%

de carga)de carga)

POTENCIAPOTENCIA(HP)(HP) 600600 577577 346346

AMPERAJEAMPERAJE(A)(A) 150150 144144 8686

BOMBAS CONECTADAS EN SERIEBOMBAS CONECTADAS EN SERIE

Para alcanzar altura dinámica total (TDH) que no se Para alcanzar altura dinámica total (TDH) que no se alcanza con una sola bomba.alcanza con una sola bomba.Se conecta la descarga de la primera bomba a la Se conecta la descarga de la primera bomba a la succión de la segunda bomba.succión de la segunda bomba.No es necesariamente cierto que se duplica el TDH, No es necesariamente cierto que se duplica el TDH, depende las curvas del sistema y de las bombas.depende las curvas del sistema y de las bombas.Las bombas deben arrojar un caudal Las bombas deben arrojar un caudal aproximadamente igual para que sean conectadas en aproximadamente igual para que sean conectadas en serie.serie.Las bombas no necesariamente deben ser idénticas, Las bombas no necesariamente deben ser idénticas, pueden ser una vertical y la otra horizontal.pueden ser una vertical y la otra horizontal.

Bombas centrífugas en serieBombas centrífugas en serie

BOMBAS CONECTADAS EN BOMBAS CONECTADAS EN PARALELOSPARALELOS

Para alcanzar un caudal (Q) que no se alcanza Para alcanzar un caudal (Q) que no se alcanza con una sola bomba.con una sola bomba.Se conectan las descargas de las dos bombas Se conectan las descargas de las dos bombas en una misma tubería.en una misma tubería.No es necesariamente cierto que se duplica el No es necesariamente cierto que se duplica el caudal, depende de las curvas del sistema y de caudal, depende de las curvas del sistema y de las bombas.las bombas.Las dos bombas deben ser idénticas, de lo Las dos bombas deben ser idénticas, de lo contrario una de ellas “genera” a la otra, la cual contrario una de ellas “genera” a la otra, la cual no trabajará o trabajará con mayor esfuerzo.no trabajará o trabajará con mayor esfuerzo.