Bombas Hidraulicas

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Clasificacion y variables de diseo de bombas hidraulicas

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<ul><li><p>UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR </p><p>FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA </p><p>ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA </p><p>DISEO DE PLANTAS INDUSTRIALES </p><p>TEMA: BOMBAS HIDRAULICAS </p><p>GRUPO 2 </p><p>PROFESOR: ING. HUGO SOLIS </p><p>NIVEL: 9no Semestre </p><p>INTEGRANTES: </p><p> Damaris Escobar Guerrero </p><p> Marcos Vizcano Cevallos </p><p>Semestre Abril 2015-Agosto 2015 </p><p>Quito- Ecuador</p></li><li><p> 1 </p><p>1. GENERALIDADES </p><p>1.1. Bomba Hidrulica </p><p>Keneth J. 1982 seala que Una bomba es un dispositivo que suministra energa </p><p>mecnica o altura de carga a un lquido para serlo fluir, venciendo las prdidas debidas </p><p>a la friccin o a la presencia de accesorios y si es necesario, elevar un lquido hasta un </p><p>nivel superior. </p><p>1.2. Altura </p><p> Tambin llamada carga o cabeza, Keneth J. 1982 seala que la presin de un lquido </p><p>en cualquier punto, puede considerarse como el causado por una columna vertical de </p><p>lquido que debido a su peso, ejerce una presin igual a la presin existente en el punto </p><p>mencionado. Esta altura se denomina, altura esttica y se expresa en pies. </p><p> = 2.31</p><p>. Ec: 1.2-1 </p><p>1.2. Caudal </p><p>Tambin se lo conoce con el nombre de capacidad o gasto. Se define como la relacin </p><p>de volumen de fluido en la unidad de tiempo. </p><p>1.3. Velocidad </p><p>Representa el espacio que recorre un fluido por el interior de una tubera en la unidad </p><p>de tiempo. </p><p> = = Ec: 1.3-1 </p><p>2. Clculos y Dimensionamiento </p><p>2.1. Perdidas de carga por rozamiento. </p><p>Es la presin (altura del fluido) requerida para vencer la resistencia a la circulacin de </p><p>un fluido. Estas resistencias si originan en el interior de las tuberas y accesorios, </p><p>debido a las caractersticas de las superficies de estos. </p><p>Las prdidas por friccin en el interior de la tubera se puede calcular con ayuda de la </p><p>ecuacin de Darcy-Weisbach, que estar expresada por la siguiente forma: </p><p> =</p><p>2</p><p>2 Ec:2.1-1 </p><p>hf= prdida de carga por friccin en tuberas, </p><p>f=factor de friccin de fanning </p><p>L=longitud </p></li><li><p> 2 </p><p>D=dimetro interno del tubo </p><p>v=velocidad media del fluido </p><p>g=gravedad </p><p>2.2. Perdidas menores </p><p>Las prdidas originadas por los accesorios y que se las conoce tambin con el nombre de </p><p>prdidas menores se las puede calcular con la siguiente ecuacin </p><p> = 2</p><p>2 Ec: 2.2-1 </p><p>2.3. Carga de Velocidad </p><p>Se la define como la distancia vertical por la cual tendra que entrar en un cuerpo, para </p><p>adquirir la velocidad v. Corresponde a la presin o carga esttica que producira dicha </p><p>velocidad. Matemticamente est definida por la siguiente manera. </p><p> =2</p><p>2 Ec: 2.2-3 </p><p>2.4. Componentes del Sistema </p><p>2.4.1. Cargas Estticas </p><p>Keneth J. 1982 seala que La carga esttica significa una diferencia en el evasin. </p><p>Por tanto, la carga esttica total de un sistema es la diferencia en elevacin entre </p><p>los niveles de lquido en los puntos de descarga y succin de la bomba (figura 2.4.1-</p><p>1)La carga esttica de descarga es la diferencia en elevacin entre nivel de lquido </p><p>de descarga y la lnea de centros de la bomba. Sea la carga esttica de succin tiene </p><p>un Valor negativo porque el nivel de lquido para succin est debajo de la lnea de </p><p>centros de la bomba, se suele llamar altura esttica de aspiracin. Sea el nivel de </p><p>lquido de succin o descarga est sometido a una presin que no sea la atmosfrica, </p><p>esta se puede considerar como parte de la carga esttica o como una adicin por </p><p>separado a la carga esttica. </p><p>Figura 2.4.1-1: carga estatica total de un </p><p>sistema con bomba centrfuga depende </p><p>de las condiciones de succin y descarga </p></li><li><p> 3 </p><p>Fuente: Kenneth J. (1982).Bombas Seleccin, uso y mantenimiento. En A </p><p>McGRAW-HILL (Ed.) Bombas Centrifugas y factores Hidrulicos del </p><p>Sistema, (pp. 73) </p><p>2.4.2. Carga total dinmica de descarga (TDH) </p><p>Es la altura tomada desde el eje de la bomba hasta el nivel de descarga de lquido </p><p>sumado a las prdidas de friccin en accesorios y por la tubera y se representa </p><p>mediante la siguiente ecuacin. </p><p> =().</p><p>..+ + + Ec: 2.4.2 </p><p>2.4.3. Diferencia en presiones en las superficies de los lquidos </p><p>Corresponde a la diferencia de presiones entre el nivel de la fuente de </p><p>abastecimiento y el punto de descarga de lquido. </p><p>2.4.3. Carga de friccin </p><p>Keneth J. 1982 seala que La carga de friccin (expresada en ft de lquido que se </p><p>bombea) es la necesaria para contrarrestar las prdidas por friccin ocasionadas por </p><p>el flujo de lquidos en la tubera, vlvulas, accesorios y otros componentes como </p><p>pueden ser los intercambiadores de calor. Estas prdidas varan ms o menos </p><p>proporcionalmente del flujo en el sistema. Tambin varan de acuerdo con el tamao, </p><p>tipo y condiciones de la superficie del tubo y accesorios y las caractersticas del </p><p>lquido bombeado. </p><p>2.4.4. Perdidas a la entrada y a la salida </p><p>Keneth J. 1982 seala que Si la toma de la bomba estaba en un depsito, tanque o </p><p>cmara de entrar, las peleas ocurren en el punto de conexin de la tubera de succin </p><p>cobre suministro. La magnitud de las prdidas de entre el diseo de la entrada al tubo. </p><p>Una boca acampanada bien diseada produce la mnima prdida. Asimismo, en el </p><p>lado de la descarga del sistema cuando el tubo de descarga termina en a un cuerpo del </p><p>lquido, se pierde por completo la carga de velocidad de lquido y se debe considerar </p><p>como parte de las prdidas totales por friccin en el sistema(). </p><p>2.5 Rendimiento Hidrulico </p><p>Keneth J. 1982 seala que El rendimiento Hidrulico y una bomba centrfuga incluye </p><p>tres factores bsicos: </p><p>1) La capacidad (expresada en unidades de volumen por unidad de tiempo, gpm) </p><p>2) La carga total (expresada en pies de lquido que se bombea) </p><p>3) La velocidad a la cual funciona la bomba, rpm </p><p>El rendimiento o comportamiento de la bomba se presente en forma de curvas figura </p><p>2.5-1 en que la curva de carga contra capacidad se traza en una velocidad fija. La curva </p><p>tambin indica el caballaje al freno requerido con diversos flujos y la eficiencia </p><p>correspondiente de la bomba. La capacidad a la cual la bomba trabajar con ms eficiencia </p></li><li><p> 4 </p><p>se llama punto de mxima eficiencia (denominada a veces de ingls por las siglas b.e.p., </p><p>best efficiency point). </p><p>El trabajo til que hace la bomba es el peso del lquido convidado en un periodo, </p><p>multiplicada por la carrera producida por la bomba y se expresa en trminos de caballaje, </p><p>llamados caballos de agua (WHP). </p><p> =(.)</p><p>3960 Ec: 2.5-1 </p><p>WHP= Caballos de agua </p><p>Q=Capacidad de la bomba, gpm </p><p>H= carga total, ft </p><p>La potencia requerida para la propulsin de la bomba son los caballos de agua divididos </p><p>entre la eficiencia n de la bomba. Por tanto, al dividir la ecuacin (2.5-1) entre esta n se </p><p>tiene: </p><p> =(.)</p><p>3960 Ec: 2.5-2 </p><p>Fuente: Kenneth J. (1982).Bombas Seleccin, uso y mantenimiento. En A </p><p>McGRAW-HILL (Ed.) Bombas Centrifugas y factores Hidrulicos del </p><p>Sistema, (pp. 75) </p><p>Figura 2.5-1: caractersticas de rendimiento de una bomba centrfuga </p></li><li><p> 5 </p><p>Fuente: Kenneth J. (1982).Bombas Seleccin, uso y mantenimiento. En A </p><p>McGRAW-HILL (Ed.) Bombas Centrifugas y factores Hidrulicos del </p><p>Sistema, (pp. 75) </p><p>Figura 2.5-2: mtodos para paliar la capacidad y una bomba centrfuga </p><p>De la Figura 2.5-2 podemos ver en que una bomba dada en un sistema dado </p><p>solo entrega la capacidad correspondiente a la interseccin entre la curva de la </p><p>carga de la bomba a velocidad constante y la curva de carga del sistema. </p><p>ASTMD interseccin se le llama punto de operacin de la bomba. </p><p>2.6. Velocidad Especfica </p><p>Keneth J. 1982 seala que La velocidad especfica es un til indicador para tener una </p><p>idea General del tipo de bomba que se deben seleccionar. Todas las bombas se pueden </p><p>clasificar como un nmero adimensional llamado velocidad especfica Ns, y que se </p><p>define como: </p><p> =</p><p>3 4 Ec: 2.6-1 </p><p>Las bombas centrfugas tienen velocidades especficas que van desde 400 hasta ms de </p><p>10000 segn sea el tipo de impulsor. Las bombas dinmicas ms pequeas como la se </p><p>regenera activas del tipo de turbina y de emisin parcial estn en la gama de 100 a 1200. </p><p>Las bombas rotatorias y Reciprocantes tienen valores ms bajos. </p></li><li><p> 6 </p><p>2.7. Cavitacin de la Bomba </p><p>En las corrientes de fluidos lquidos a la temperatura T y a la presin p del fluido </p><p>sin perturbar puede suceder que durante las incidencias del movimiento o algunas </p><p>presiones locales sean ms pequeas que P (ecuacin Bernouilli). Si stas de </p><p>presiones alcanzan la tensin de vapor pt correspondiente a la temperatura del </p><p>lquido se forma vapor. Debido al aumento del volumen en la ebullicin se </p><p>modificarn las formas de la corriente con respecto al movimiento o sin perturbar. </p><p>Las burbujas formadas por la ebullicin de la fraccin de agua explotan al </p><p>desplazarse a los labes del impulsor de forma brusca acompaada de ruidos este </p><p>fenmeno se conoce como Cavitacin. </p><p>La Cavitacin se presenta en las paredes slidas puede llevar a la destruccin del </p><p>material de la pared sea persiste largo tiempo. </p><p>La Cavitacin es de importancia tcnica en todas las mquinas rotatorias de fluidos </p><p>en movimiento rpido como las bombas centrifugas. </p><p>Una magnitud significativa del peligro de Cavitacin es el coeficiente de Cavitacin </p><p>expresada por la siguiente ecuacin: </p><p> =</p><p>2.2</p><p>=</p><p> Ec: 2.7-1 </p><p>Pequeos valores de representar a altas velocidades de flujo que son muy deseables desde el punto de vista de utilizacin de energa, pero al mismo tiempo o </p><p>aumentan el peligro de Cavitacin. No obstante para disminuir el peligro de </p><p>Cavitacin con bajos valores de debe procurarse en la construccin de maquina rotatorias(): </p><p>Perfiles del alavs finos! </p><p>Pequeos ngulos de incidencia! </p></li><li><p> 7 </p><p>2.8. Carga Neta positiva de succin </p><p>Keneth J. 1982 seala que El instituto Hidrulico de E. U.A. define al NSPH como la </p><p>altura total absoluta de succin en pies, corregida al eje del impulsor, menos la presin </p><p>de vapor de lquido empieza absolutos. En realidad es un anlisis de las condiciones de </p><p>succin de la bomba, para saber si el lquido se vaporiza o no, en el punto de menor </p><p>presin de la bomba. Obviamente, debemos mantener el fluido en estado lquido para </p><p>un ptimo funcionamiento de la bomba y evita la Cavitacin que afecta a la presin, </p><p>capacidad, eficiencia y produce unas perforaciones en las aletas del impulsor. </p><p>El (NSPH)R est en funcin del diseo de la bomba, al entrar el lquido al ojo del </p><p>impulsor, la velocidad aumenta la presin disminuye, adems, hay prdidas de presin </p><p>por turbulencia y el choque de lquido en el impulsor. Para mantener el lquido a una </p><p>presin inferior a su presin de vapor (no s vaporice) la bomba a necesitar, una altura </p><p>positiva de succin que vara con la capacidad y velocidad de una bomba en particular. </p><p>Los fabricantes de bombas, proporcionan este informacin en sus curvas </p><p>caractersticas. </p><p>(NSPH)A &gt;((NSPH)R Ec 2.8-1 </p><p> (NSPH)R = f(N,A, ojo imp, #alabes,Q) </p><p> (NSPH)A = f(Pv,P,H,hf imp,) </p><p>Figura 2.8-1: Altura de Aspiracion </p><p>Fuente: Kenneth J. (1982).Bombas Seleccin, uso y mantenimiento. En A </p><p>McGRAW-HILL (Ed.) Bombas Centrifugas y factores Hidrulicos del </p><p>Sistema, (pp. 80) </p></li><li><p> 8 </p><p>Fuente: Kenneth J. (1982).Bombas Seleccin, uso y mantenimiento. En A </p><p>McGRAW-HILL (Ed.) Bombas Centrifugas y factores Hidrulicos del </p><p>Sistema, (pp. 80) </p><p>Figura 2.8-2: NSPH disponible y la requerida vara con la capacidad. El punto </p><p>de interseccin representa la mxima altura de succin disponible antes de </p><p>que se produzca el efecto de Cavitacin en la bomba pasado este lmite el </p><p>efecto de Cavitacin es producido. </p><p>2.9. Leyes de Afinidad </p><p>Son relaciones que permiten predecir el rendimiento de una bomba a una </p><p>velocidad que no sea la de caracterstica conocida de la bomba. </p><p> Carga </p><p>H2</p><p>H1= (</p><p>2</p><p>1)</p><p>2</p><p> Caudal </p><p>2</p><p>1=</p><p>2</p><p>1 </p><p>Q2</p><p>Q1=</p><p>D2</p><p>D1 </p><p> Presin </p><p>2</p><p>1= (</p><p>2</p><p>1)</p><p>2</p><p>2</p><p>1= (</p><p>2</p><p>1)</p><p>2</p><p> potencia </p><p>2</p><p>1= (</p><p>2</p><p>1)</p><p>3</p></li><li><p> 9 </p><p>BHP2</p><p>BHP1= (</p><p>D2</p><p>D1)</p><p>3</p><p>3. MATERIALES DE CONSTRUCCION </p><p>Para evitar los efectos como la corrosin de los materiales constituyentes de la bomba se </p><p>debe tener en cuenta algunas propiedades de los fluidos </p><p>a) Corrosion del liquido manejado </p><p>b) Accion electroqumica </p><p>c) Abrasion de los solidos en suspensin </p><p>d) Temperatura de Bombeo </p><p>e)Altura Dinamica de Operacin </p><p>f) Vida Esperada </p><p>g) pH </p><p>Tabla 3.1-1 </p><p>La tabla siguiente muestra los materiales de construccin usualmente </p><p>recomendados para lquidos de pH conocido: </p><p>Valor pH Materiales de Construccin </p><p>10 a 14 Aleaciones Resistentes a la corrosin </p><p>8 a 10 Todo Hierro </p><p>6 a 8 Estandars de bronce o hierro </p><p>4 a 6 Todo Bronce </p><p>0 a 4 Aleaciones Acero res. Corrosin </p><p>Los materiales recomendados para la construccin de los diversos elementos de una </p><p>bomba, estn en funcin de las condiciones de utilizacin. </p></li><li><p> 10 </p><p>1) El cdigo de materiales de construccin </p><p>Los materiales utilizados en construccin de bombas se codificar mediante el uso de </p><p>letras. La primera letra indica el material utilizado para el cuerpo exterior de la bomba y </p><p>de la prensa estopa. La segunda letra indica los materiales utilizados en las piezas </p><p>internas de la bomba. </p><p>Nota: Las empaquetaduras mecnicas de bombas centrfugas se codifican con cuatro </p><p>letras y en ciertos casos con cinco </p><p>Tabla 3.1-2 </p><p>Significado de la Primera letra del cdigo de materiales </p><p>1 Letra Materiales </p><p>l Fundicion ASTM-A48-56 </p><p>B Bronce </p><p>S Acero al carbono ASTM-A216-58T </p><p>C Acero 11-13% Cr </p><p>A Acero aleado AISI serie 300:400 </p><p>H Templado o cementado </p><p>F Metalizado o con depsitos de metal al soplete (colmonoy,metcolloy) </p><p>X Especial como se especifique </p><p>Tabla 3.1-2 </p><p>Significado de la Primera letra del cdigo de materiales </p><p>Segunda Letra l B S C X </p><p>Rodete l B S C </p><p>Cuerpo Interno (etapas, difusores) l l S C </p><p>Camisa Af Af Af Af </p><p>Camisa de empaquetadura mecnica C C C C </p><p>Aro de estanqueidad de la carcasa l l Ch Ch </p><p>Aro de estanqueidad del rodete S B Ch Ch </p></li><li><p> 11 </p><p>4. Criterios de Especificacin En bombas Centrifugas </p><p> Nmero de unidades requeridas </p><p>Una vez identificado el caudal requerido se decide la disposicin (serie o paralelo) </p><p>el nmero de bombas a utilizar </p><p> Naturaleza del lquido a bombearse </p><p>Consiste en identificar el tipo de fluido a humillar su temperatura, presin de vapor, </p><p>que incida, partculas en suspensin, Corrosividad, abrasidad, determinacin de </p><p>anlisis fisicoqumico de lquido. </p><p> Capacidad requerida </p><p>Se indican la mxima y la mnima capacidad requerida </p><p> Condicin de succin </p><p>Se determina el NSPH disponible del sistema, para decidir qu tipo de bombas se va </p><p>a utilizar. </p><p> Condicin de descarga </p><p>Se deben conocer las diferencias de nivel el entre el eje de la bomba y el punto de </p><p>descarga de lquido </p><p> Columna Total </p><p>Haciendo uso de la ecuacin de Bernoulli se calcula la carga dinmica total </p><p> Servicio Continuo o intermitente </p><p> Posicin de la bomba </p><p>Se determina sea la bomba gastado ubicada en posicin vertical horizontal </p><p> En pozo hmedo o seco </p><p>Significa sea la bomba estaba cebada o vaca </p><p> Tipo de energa disponible </p><p>Se debe conocer si la planta o sistema cuenta con corriente continua o energa </p><p>trmica para el funcionamiento de las bombas. </p><p> Limitaciones </p><p>Se debe conocer las limitaciones de espacio es hoy transporte </p></li><li><p> 12 </p><p> Localizacin </p><p>Se debe indicar la localizacin geogrfica, elevacin so el nivel del mar, instalacin </p><p>al interior Howard intemperie, variacin de la temperatura ambiente indicar requisitos </p><p>o preferencias de acuerdo al diseo, construccin o caracterstica de la bomba. </p><p>5. Tipos Ge...</p></li></ul>