cálculo bombas verticales

BOMBAS VERTICALES

TIPO TURBINA

MANUAL

DE

DISEÑO

BOMBAS

®

MANUAL DE DISEÑO DE

BOMBAS VERTICALES TIPO TURBINA

INDICE

INTRODUCCION

SECCION 1

1.1.- Conceptos de hidráulica 1.2.- Definiciones basicas

SECCION 2

PASO 1.- Elementos basicos para el diseño y calculo de un equipo de bombeo y obtenciòn de la informacion necesaria. PASO 2.- Calculo de la carga dinamica total (C.D.T)

PASO 3.- Calculo de cuerpo de tazones o ensamble de tazones 3.1.-Calculo de la Carga por paso y no. de pasos 3.2.-Calculo de Potencia consumida. 3.3.-Analisis de la flecha de tazones PASO 4.- Calculo de la columna de equipo 4.1.-Tubo. de columna 4.2.-Transmisión 4.3.-Analisis d empuje axial y juego axial (Estiramiento) PASO 5.- Determinacion del cabezal de descarga

PASO 6.- Calculos del elemento motriz

PASO 7.- Consideraciones de ingenieria 7.1-Analisis del NPSH (Carga Neta de Succión Positiva).

SECCION 3

Ejemplo de calculo

BOMBAS

®

BOMBASBOMBAS

RRPag. 1

AUTOR: ING. RAUL SUAREZ GONZALEZEDICION Y DIBUJO: ALEJANDRO JARALILLO HERRERA

BOMBASBOMBAS

RRPag. 2

El agua para ser utilizable no siempre la tenemos en el punto donde la necesitamos, por lo que en la mayor parte de los casos es necesario transportarla y/o elevarla al sitio donde la requerimos, y cada vez más frecuente es necesario también darle una determinada presión para su adecuada utilización.

Para ello necesariamente tenemos que agregarle cierta cantidad de energia, la cual nos permite lograr colocar el agua donde nos es util.

La mejor manera que ha encontrado el hombre hasta el momento de lograr esto es a travez de una bomba, cuya función es generar la presión necesaria para vencer la altura a la que queremos tenerla, asì como subsanar todas las perdidas de presión generadas por la fricción en

las tuberias y accesorios para su transporte, esto se logra a travez de un intercambio de energia el cual se lleva a cabo haciendo girar un impulsor mediante una flecha o eje, y el cual por su geometría es decir el diseño de sus alabes generará dicha presión.

El objetivo del presente manual de diseño, es dar una guiá lo mas objetiva y accesible posible para aprender a diseñar adecuadamente un equipo de bombeo.

Contiene una sección de hidráulica básica, la cual es muy importante comprender para generar un buen diseño y cálculo, y recomendamos al estudiante nuevo medite con cuidado estos conceptos que son basicos para comprender el transporte de agua, que como ya mencionamos

INTRODUCCION

SECCION 1CONCEPTOS DE HIDRAULICA

Se define a la Hidráulica como una rama de la fisica que estudia el comportamiento de los fluidos.

En nuestro caso el fluido a estudiar siempre sera agua, y se conoce como hidrostatica el estudio del comportamiento de agua en reposo e hidrodinámica el estudio del agua en movimiento.

El agua siempre toma la forma del recipiente que la contiene y se toma para fines prácticos, como incompresible, es decir no la puedo comprimir o cambiar el volumen que ocupa en el recipiente que la contiene.

El agua tambien tiene un peso el cual siendo destilada es decir limpia y sin gases ni solidos disueltos en ella es de 1kg por cada litro o decimetro cubico de agua, a este concepto se le conoce como densidad, es decir, es el peso por unidad de volumen de liquido.

Otro concepto interesante es la gravedad especifica, la cual es el valor relativo del peso de cualquier liquido con respecto al agua que pesa 1 kg/Lt.

Es decir si un liquido tiene una gravedad especifica de 1.2, significa que hablamos de un liquido que es 20% mas pesado que el agua destilada, dicho liquido puede ser tambien agua pero con sales disueltas como es el agua de mar, o bien si la gravedad especifica es 0.9 se trata de

Otro concepto basico para entender el comportamiento del agua es la Presión que se define como:

La fuerza que ejerce el agua en una determinada area.

Es decir, el agua confinada en un recipiente, necesariamente ejerce una fuerza contra las paredes y base de dicho recipiente.

Debido a su peso mismo, esta fuerza dividida entre el area donde la ejerce se conoce como presion y su formula matemática es :

P= F/A y sus unidades comunes son kg/cm2

En donde: P = presión F = fuerza A = area

Esta fuerza es el peso del agua sobre el punto donde se está midiendo, por lo que dependemos de la altura de la columna de agua en dicho punto .

Cuando en el sistema cerrado anterior nosotros abrimos una valvula, el agua fluye por la tuberia, esta lo hace a una cierta velocidad, la cual depende de dos variables basicas:

1.- El gasto o sea los lts/seg que quiero que fluyan en esa tuberia.

2.- El diámetro de la misma, es decir entre menor sea el diámetro de la tuberia de conducción tengo una menor area y la velocidad aumenta y entre mayor sea el gasto que quiero pasar por un diámetro dado, también tengo una mayor velocidad.

Por lo que defino la velocidad con la siguiente formula:

V= Q/(A x 1000)

donde:

V = velocidad a la que pasa un fluido en mts/seg Q = gasto que esta pasando en lts/seg

BOMBASBOMBAS

RRPag. 3

EJEM. Si nosotros tomamos un recipiente de 1 cm x 1 cm y lo llenamos de agua a una altura de digamos 1 mt. la presión sera igual a:

P = Peso/Area Para obtener el peso debemos sacar cuantos decímetros cubicos de agua hay en el recipiente que sera:

0.1 x 0.1 x 10 = 0.10 dm3 y si sabemos que la densidad del agua es 1 kg/dm3, deduzco que el peso o fuerza ejercida es 0.1 kg y como el area es 1 cm2 , la presion sera 0.1Kg/cm2 por cada metro de columna de agua.

Esto no cambia si el agua a 1 mt de profundidad esta contenida en este pequeño deposito, a que si esta en un lago y al mismo metro de profundidad, el area analizada es solo un centímetro cuadrado del fondo de ambos recipientes, ambos sienten una fuerza de 0.1 kg por centímetro cuadrado. Si en lugar de 1 metro de profundidad tengo dos metros, la presión sera lo doble pues tengo el doble de peso de agua en el mismo centímetro cuadrado del fondo.

Esto significa que para obtener una presión de 1kg/cm2 yo necesito una columna de 10 mts y a esta relación entre presión y elevación se le conoce como: METROS DE CARGA.

Por lo que con este simple factor de conversión yo puedo saber que presión puedo esperar en la parte inferior de un tanque elevado con agua en reposo, o en un tubo que viene desde un deposito en la cima de una colina de determinada altura (fig. 1), esta es la misma presión que requiero para empujar el agua hacia la cima de una colina o hacia la superficie si la tengo dentro de un pozo de cierta profundidad, presión que me la tiene que dar la bomba diseñada para elevar el agua a la altura necesaria.

Es decir, yo requiero, de 1 kg/cm2 de presión para elevar 10 mts de carga de desnivel desde un punto de referencia.

Por lo que nosotros no vamos a poder llevar agua a 50 mts de altura, con una bomba que nos de, digamos 30 mts de carga.

Presión estatica se refiere a los kgs/cm2 de presión en un sistema cerrado y sin movimiento.

En una linea de tuberia, cuando nosotros tenemos agua dentro de ella y estan cerradas todas las válvulas de salida, esta linea puede tener una presión estática, esta presión estática es una presión potencial disponible para operar un sistema.

Hay dos maneras de crear esta presión estática en la linea, llevando el agua a un tanque o deposito a un punto mas alto del que la necesitamos ó mediante una bomba, presurizando directamente

fig. 1

fig. 2

Presión en el manometro:

P=h

10En Kg/cm2

D1 V2V1 D2

Para un mismo gasto en L/s, V1 > V2 debido a que D1 < D2

BOMBASBOMBAS

RRPag. 4

Entendiendo el concepto de velocidad ahora trataremos de definir el de fricción.

La fricción es una perdida de presión o carga al transportar agua en una tuberia y se debe a la resistencia al flujo que ofrecen las paredes del tubo, asi también como cualquier tipo de accesorio o elemento que oponga resistencia al flujo como: válvulas, conecciones, etc. por donde circula dicha agua.

Esta resistencia depende de la velocidad a la que pasa el agua por el tubo o accesorio y a la rugosidad del tubo mismo.

Esta rugosidad significa que entre mas rugosa sea la pared mayor fricción tengo en la tuberia y entre mas velocidad del agua mayor fricción tengo también.

En este momento podemos hablar ya de lo que se conoce como:

Presión dinamica ó presión de operación

Esta presión es variable en diferentes puntos de la tuberia debido a estas perdidas por fricción por la tuberia y accesorios, así como la perdida o ganancia por elevación.

Debemos calcular nuestra bomba para obtener una presión minima necesaria, que sea capaz de vencer todos los desniveles desde donde tengo el agua hasta donde la necesito llevar, así como vencer todas las perdidas por fricciòn tanto en la tuberia de conducción como en los accesorios, y asì tener la presión necesaria en el punto de salida de linea para que un sistema de distribución de agua funcione adecuadamente. Ejem. un sistema de riego agricola o sistema de agua potable), presión que pudiera ser cero si yo

Tanto la ecuación como un nomograma de calculo (pag. 8) lo presentamos en el presente manual , así como tambien existen tablas obtenidas experimentalmente que nos indican la fricción en accesorios, tabla que tambien presentamos. (tabla 1), y desde fuego la tabla 2 que nos indica la fricción o perdida de carga que se experimenta en la columna de la bomba vertical tipo turbina de

computadora las podemos calcular, y existen tambien tablas basadas en dichas formulas, que nos ayudan a determinar dicha fricción.

Para calcular las perdidas por fricción en tuberias existen formulas, las cuales a travez de una

Una regla de diseño en base a experiencia es:

Diseñar con una velocidad igual o menor a 1.50 mts/seg. en la tuberia de conducción posterior al cabezal de descarga de la bomba. Y en la columna de la bomba podemos diseñar hasta velocidades de 4 mts/seg dado que para fines de fricción se considera corta la columna con respecto a la

1/8

1/4

3/8

1/2

3/4

1

1-1/4

1-1/2

2

2-1/2

3

3-1/2

4

5

6

8

10

12

0.140.210.270.330.460.610.790.931.211.391.692.102.403.003.504.505.507.00

0.851.251.802.102.903.404.805.607.008.40

10.0012.5014.00

-----

5.07.09.0

12.014.018.024.028.036.041.052.060.070.081.0

100.0130.0160.0195.0

19263644597096

116146172213246285

-----

912161823293846586986

100116

-----

5689

121520232935435257

-----

2.03.04.05.06.07.09.0

11.015.017.021.024.0

100.0110.0

30.040.045.035.0

0.460.600.750.901.401.602.503.003.504.005.005.506.50

-----

0.741.001.401.602.302.703.604.505.406.508.50

10.0012.0013.0016.0020.0025.0032.00

0.650.861.151.502.002.503.504.005.006.007.008.509.50

-----

0.50.70.91.11.52.02.52.93.64.45.56.37.29.0

11.014.017.020.0

0.400.500.650.801.001.501.702.002.503.004.004.505.006.007.00

10.0012.5015.00

1.62.33.04.05.06.08.09.5

13.015.018.020.023.0

-----

2.03.04.05.06.07.09.0

11.014.016.019.022.025.030.036.050.061.072.0

0.50.70.91.11.52.02.52.93.64.45.56.37.2

-----

1.62.33.04.05.06.08.09.5

13.015.018.020.023.0

-----

0.400.500.650.801.001.501.702.002.503.004.004.505.00

-----

0.30.40.50.60.81.01.41.62.02.52.93.44.0

-----

0.160.220.290.360.480.620.830.971.301.501.802.102.40

-----

0.741.001.401.602.302.703.604.505.406.508.00

10.0012.00

-----

0.460.620.831.201.401.602.302.703.504.004.805.606.40

-----

0.160.220.290.360.480.620.830.971.301.501.802.102.40

-----

Tabla No. 1 Fricción en accesorios.

TAMAÑOREDUCCION ABRUPTAAMPLIACION ABRUPTA

Usando los 3 primeros diametros para el tamaño del tubo.

Diametro menorDiametro mayor

=

VALVULA DE COMPUERTA

ABIE

RTA 1/4

1/4 1/4

1/2

1/2 1/2

3/4

3/4 3/4

CERRADA

CERRADA

CERRADA

VA

LV

. G

LO

BO

AB

IER

TA

VA

LV

. A

NG

UL

OA

BIE

RT

A

VA

LV

UL

AC

HE

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AB

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RO

CO

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90

ºS

TA

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90

ºC

UR

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45

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TE

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EN

LIN

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TE

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EN

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LO

PULG.

LONGITUD EQUIVALENTE DE TUBO RECTO (EN PIES)

dD

dD

dD

dD

dD

dD

dD

PAG. 5BOMBASBOMBAS

RR

2468

1012151820253035404550556065707580859095

100110120130140150160170180190200220240260280300320340360380400450500550600650700750800850900950

10001100120013001400150016001800200022002400260028003000320035003800420045005000550060006500700080009000

100001200014000160001800020000

2.104.216.318.42

10.52

0.900.961.021.081.151.211.281.401.531.661.791.912.052.182.302.432.602.923.193.523.844.174.464.805.105.485.756.066.387.037.668.308.959.58

10.2111.5012.7814.0515.32

7.4027.057.098.0

147.0

0.080.090.100.110.130.140.150.180.220.250.280.320.370.410.450.500.540.680.820.971.141.341.541.741.902.202.462.872.973.524.174.855.506.247.008.78

10.7112.7814.20

1.202.413.614.816.027.229.02

10.8412.03

0.900.981.061.151.221.311.391.471.551.631.842.042.242.452.652.863.063.263.473.673.884.084.494.905.315.716.126.537.358.168.989.80

10.6111.4112.2413.0514.3015.51

1.907.00

14.7025.0038.0053.0080.00

108.20136.00

0.060.070.080.090.110.120.140.150.170.190.230.280.330.390.450.520.590.660.750.830.911.031.191.401.621.872.132.392.953.594.245.045.816.707.627.80

10.0813.40

1.492.232.983.724.465.606.697.449.30

11.1513.0214.88

1.081.141.281.421.561.701.841.992.132.272.412.562.702.843.133.413.693.984.264.555.115.686.256.817.387.958.529.109.95

10.8011.9212.7814.20

2.144.557.80

11.7016.4025.0035.0042.0064.0089.00

119.00152.00

0.0690.0750.9500.1130.1350.1590.1900.2200.2400.2700.3100.3400.3800.4100.4900.5800.6700.7800.8900.9801.2101.4901.8102.0802.4302.7503.1503.5104.1604.9005.8806.9008.400

0.861.291.722.142.573.213.864.295.366.437.518.589.65

10.7211.7812.8713.9215.0116.0617.1618.2119.30

1.041.151.251.371.461.581.671.791.882.002.102.312.522.712.923.153.343.754.174.595.005.475.846.016.687.307.988.769.45

10.5011.5512.6013.6514.60

0.571.202.033.054.306.509.10

11.1016.6023.0031.2040.0050.0060.0072.0085.0099.70

113.00129.00145.00163.80180.00

0.060.070.080.090.100.110.130.140.160.180.190.230.270.320.360.410.470.580.710.840.991.171.321.491.671.972.362.773.223.924.655.506.457.08

0.630.941.261.571.892.362.833.153.804.725.516.307.087.878.669.44

10.2311.0211.8012.5913.3814.7114.9515.7417.3118.8920.4622.04

1.361.441.521.601.761.922.082.242.392.562.873.193.513.834.154.474.795.125.596.076.707.188.018.789.58

10.3911.1812.7814.3715.96

0.260.560.951.432.013.004.245.207.30

11.0014.7018.8023.2028.4034.0039.6045.9053.0060.0068.0075.0084.0093.00

102.00122.00143.00166.00190.00

0.080.0840.0950.1000.1200.1400.1700.1900.2100.2400.3000.3700.4400.5200.6000.6800.7800.8801.0401.2001.4401.6402.0302.3902.7903.3203.7004.7405.9007.190

0.610.821.021.231.531.842.042.553.063.574.084.605.115.626.136.647.157.668.178.689.199.70

10.2111.2312.2513.2814.3015.3216.3417.3418.3819.4020.4222.4724.5226.55

1.021.121.231.331.431.531.631.842.042.252.452.662.863.083.273.593.884.294.605.135.646.136.647.158.179.20

10.2012.2514.30

0.200.330.500.791.081.491.822.733.845.106.608.209.90

11.8013.9016.1018.4020.9023.7026.5029.4032.6035.8042.9050.0048.0067.0076.0086.0096.00

107.00118.00129.00154.00182.00211.00

0.040.040.050.06

0.0640.070.080.100.120.150.170.200.230.270.300.350.410.490.560.680.820.941.101.251.612.012.443.414.54

0.520.650.780.981.181.311.631.962.292.612.943.273.593.924.244.584.915.235.565.886.216.547.187.848.489.159.81

10.4611.1111.7612.4213.0714.3815.6913.9918.3019.6120.9222.2223.5324.8426.14

1.281.421.561.701.841.982.132.262.492.692.993.203.543.904.254.614.975.686.357.078.509.95

11.3812.7614.20

0.110.170.230.360.500.610.921.291.722.202.803.324.014.655.406.207.107.908.109.80

10.8012.0014.5016.8018.7022.3025.5029.0034.1035.7039.6043.1052.0061.0070.0081.0092.00

103.00116.00128.00142.00156.00

0.040.050.060.070.080.090.100.120.140.170.200.220.270.330.380.450.520.660.810.981.401.872.402.973.60

0.450.540.680.820.911.131.361.591.822.042.272.452.722.893.183.333.633.784.094.224.545.005.455.916.356.827.267.718.179.639.089.99

10.8911.8012.7113.6214.5215.4316.3417.2518.1620.4022.7024.9627.23

1.091.161.271.371.461.561.731.912.042.262.502.732.963.183.644.084.545.466.377.288.189.10

0.070.100.150.210.250.380.540.710.911.151.381.581.922.162.573.003.283.544.084.334.966.007.008.109.20

10.5011.8013.3014.0015.5017.8021.3025.1029.1033.4038.0042.8047.9053.0049.0065.0078.0098.00

117.00137.00

0.020.027

0.300.0370.0410.047

0.050.070.080.090.110.130.150.170.230.280.330.480.630.811.021.23

0.510.640.770.891.021.151.281.411.531.661.791.912.042.172.302.422.552.813.063.313.573.824.084.334.604.845.115.626.136.647.157.668.178.689.199.69

10.2111.4912.7714.0415.3216.5917.8719.1520.4221.7022.98

0.060.090.130.170.220.280.340.410.470.530.630.730.810.911.001.121.221.461.771.972.282.622.913.263.614.014.405.206.207.208.209.30

10.5011.7013.1014.0016.0019.8024.0028.7033.7039.0044.9051.0057.0064.0071.00

0.490.570.650.730.820.900.981.061.141.221.311.391.471.551.631.791.962.122.292.452.612.772.943.103.273.593.924.254.584.905.235.545.876.196.547.358.178.999.80

10.6211.4412.2613.0713.8914.7115.5216.3417.9719.61

0.040.060.080.090.110.140.160.190.210.240.270.310.340.380.410.490.580.670.760.880.981.081.221.351.481.772.082.412.773.143.543.974.414.865.406.708.109.60

11.3013.2015.1017.2019.4021.7024.0026.7029.20

34.940.90

0.570.620.680.740.790.850.910.961.021.081.131.251.361.471.591.701.821.922.042.162.272.502.722.953.183.403.643.844.084.314.555.115.686.256.817.387.958.509.089.65

10.2310.7711.3412.4813.6114.7215.9017.0218.10

TUBO 8"

TUBO 10"

TUBO 12"

TUBO 14"

TUBO 16"

TUBO 20"

TUBO 24"

TUBO 30"

PERDIDAS POR FRICCION A CADA 100 PIES DE TUBERIA (EN PIES) BASADA EN LA FORMULA DE WILLIAMS & HAZEN

TAMAÑOS DE TUBO DE FIERRO STANDARD EN PULG.

Vel.Pies

x Seg.

Vel.Pies

x Seg.

Vel.Pies

x Seg.

Vel.Pies

x Seg.

Vel.Pies

x Seg.

Vel.Pies

x Seg.

Vel.Pies

x Seg.

Vel.Pies

x Seg.

Vel.Pies

x Seg.

Vel.Pies

x Seg.

Vel.Pies

x Seg.

Perd.CargaPies

Perd.CargaPies

Perd.CargaPies

Perd.CargaPies

Perd.CargaPies

Perd.CargaPies

Perd.CargaPies

Perd.CargaPies

Perd.CargaPies

Perd.CargaPies

Perd.CargaPies

1/2" 3/4" 1" 1-1/4" 1-1/2" 2" 2-1/2" 3" 4" 5" 6"

0.040.050.06

0.0760.080.100.110.120.140.150.170.210.240.270.320.360.400.450.500.550.620.730.871.001.141.321.471.621.832.002.202.742.903.964.655.406.217.127.968.95

10.1111.2012.0414.5517.1018.4022.6025.6026.90

DIAMETRO

GPM

BOMBASBOMBAS

RRPag. 6

1/2

0.62vel. cargapps pies

15.80D. NOM.

D.I. (plg).

gastoGPM LPS

D.I. (mm).3/4


20.931


26.64

1-1/4


35.051-1/2


40.892


52.50

2-1/2


62.713


77.93

4


102.26

6

6.06vel. cargapps. pies

153.90

PERDIDAS POR FRICCION A CADA 100 ̀ PIES DE TUBERIA (EN PIES)BASADA EN LA FORMULA DE WILLIMS & HAZEN

TAMAÑOS DE TUBO DE PVC STANDARD EN PULG.

D.NOM. 8

D.I. (plg) 7.57

D.I.(m m)192.40

D.NOM. 10

D.I. (plg) 9.47

D.I.(m m)240.60

D.NOM. 12

D.I. (plg) 11.93

D.I.(m m)303.00

D.NOM. 15

D.I. (plg) 14.70

D.I.(m m)373.38

D.NOM. 18

D.I. (plg) 17.85 D.I.(m m)453.36D.NOM. 21

D.I. (plg) 21.18 D.I.(m m)538.04

D.NOM. 24

D.I. (plg) 23.83

D.I.(m m)605.31

D.NOM. 27

D.I. (plg) 26.86 D.I.(m m)682.17

3Capacidad-m /h

Capacidad-gpm

Fric

cio

n e

n t

ub

o d

e c

olu

mn

a-@

10

0 p

ies (

en

pie

s)

y @

10

0 m

ts. (e

n m

ts)

Factor de Conversión: 1 L.P.S. = 15.85 G.P.M.

TABLA DE FRICCION EN TUBERIA DE COLUMNA

5030 40 60 70 80 100 200 300 400 500600 800700 1 000 2 000 3 000 4 0005 000 7 000

9.0

8

6.8

1

11

.35

13

.62

15

.89

18

.16

22

.70

45

.40

68

.10

11

3.5

0

90

.80

13

6.2

0

18

1.6

0

15

8.9

0

22

7.0

0

45

4.0

0

90

8.0

0

68

1.0

0

1 1

35

.00

1 5

89

.00

10

8

6

4

2

3

5

7

9

1.00

0.80

0.70

0.90

0.60

3x1-1

/4

8 x

38x2-1

/2

8 x

2

10x3-1

/2

12x3-1

/2

10 x

3

12 x

310x2-1

/2

10 x

2

4 x

2

4x1-1

/2

4x1-1

/4

5 x

2 5x1-1

/2

5x1-1

/4

6x2-1

/2

6 x

26x1-1

/2

14 x

4

12 x

212x2-1

/2

14x3-1

/2

14 x

3

14x2-1

/2

16 x

4

16x3-1

/2

16 x

3

16x2-1

/2

Nota: La frcicción fue determinada en pruebas de laboratorio con tubo nuevo (C=140)Las etiquetas sobre las lineas diagonales muestran el diametro nominal (en plg.) exterior del tubo de columna, y el diametro exterior del tubo de cubierta, en su caso. Para el tubo de columna, se tomo el diametro interior para la construccion de la tabla mostrada, este valor fue redondeado al tamaño nominal del tubo, esto hasta 12 plg. solamente. (por ejemplo, 10 plg. = 10.2 plg. ID). Para tubo de 14 pulgadas y mayor, el diametro importante es el equivalente al diámetro exterior del tubo menos 3/8" de espesor de pared (por ejemplo, 16 plg. = 15-1/4" ID). Para la cubierta interior ( en caso de lubricacion aceite), El calculo fue basado en el diametro exterior de tubo standard (acero al carbon). De este modo 8" x 2" en la tabla , realmente seria 8.071" x 2-3/8", y 16" x 3" es 15-1/4" x 3-1/2".

BOMBASBOMBAS

RRPag. 7

TABLA No. 2 FRICCION EN TUBERIA DE COLUMNA

TABLA No. 3

3Capacidad-m /h

Capacidad-gpm

Fri

ccio

n-(

pie

s)

Fri

ccio

n-(

mts

)

10 20 30 40 60 80100 200 400 700 1 000 2 000 4 000 10 000

2.2

7

4.5

4

9.0

8

13

.62

18

.16

22

.70

45

.40

90

.80

15

8.9

0

22

7.0

0

45

4.0

0

90

8.0

0

2 2

27

.00

10

8

6

4

2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.10

0.08

0.06

0.04

0.02

0.01

3.048

2.438

1.829

1.219

0.609

0.305

0.244

0.183

0.122

0.061

0.030

0.024

0.018

0.012

0.006

0.003

Dia

met

ro d

e la

Des

carg

a

pulg

.

4 5 6 8 14

161 /

22

3 10

12

Factor de Conversión: Plg. x 25.40 = mm

FRICCION EN CABEZALES DE DESCARGA

8700

7100

5500

4000

3000

2000

1000

900

800

700

600

500

30

24

20

18

16

14

.01

12

10

9

8

400

300

200

150

100

90

80

70

60

50

40

30

20

15

7

6

5

4

3

2.5

2

1.5

1.0

.9

.8

.7

.6

10

7

6

8

9

5

4

3

2

1.5

1.0

.9

.8

.7

.6

.3

.5

.4

.2

.1

GA

ST

O E

N G

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OR

MIN

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DIA

ME

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O I

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L T

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.

FR

ICC

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A 1

00 P

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E T

UB

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FR

ICC

ION

EN

100 P

IES D

E T

UB

O E

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IES D

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GA

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EN

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FR

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3

4A

4B

1 2 3 4A

4B

12

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.02

.03

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1.0

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1.0

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3.0

4.0

6.0

8.0

10

2

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8

10

20

30

40

60

20

30

40

60

80

100

80

100

200

300

600

1000

400

8002000

1000

800

600

400

300

200

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17

18

19

20

22

24

26

28

30

40

50

(1) S

ELE

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UB

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(3) C

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(4) LO

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RR

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PV

-160 (I.

D. 2.1

93)

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51.8

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f = F

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ad in

teri

or

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bo (150 p

ara

PV

C)

BOMBASBOMBAS

RR

Pag. 8

BOMBASBOMBAS

RRPag. 9

DEFINICIONES BASICAS

1.1.- GASTO Este se da en LTS/SEG y es la razón a la cual el volumen de agua cruza la sección transversal del tubo en una unidad de tiempo.

1.2..- NIVEL DINAMICO Es la distancia vertical desde el nivel de referencia hasta la superficie del agua cuando se encuentra en operación el equipo de bombeo.

1.2..- NIVEL ESTATICO Es la distancia vertical desde el nivel de referencia hasta la superficie del agua cuando se encuentra apagado el equipo de bombeo.

1.3.- DIAMETRO DEL ADEME Es el diametro máximo disponible para colocar el equipo de 1.4.- TIPO DE LUBRICACION Esto se refiere al tipo de lubricación para la transmision, puede ser agua ó aceite.

1.5.- TIPO DE IMPULSOR Los tipos de impulsor pueden ser semi-abierto ó cerrado.

1.6.- VELOCIDAD (RPM) Es el numero de R.P.M. que necesita la bomba para cumplir las condiciones de diseño, las mas comunes son ( 1 760 RPM. o 3600 RPM ). Estos datos nos los da el cliente, pero nosotros podemos dar algunas sugerencias para que el sistema de bombeo sea mas eficiente.

ABATIMIENTO

NIVELESTATICO

NIVELDINAMICO

PROFUNDIDADDEL POZO

DESCARGA LIBRE

ELEVACION TOPOGRAFICA

NIVEL DE

REFERENCIA

TUBERIA DE CONDUCCION ALA DESCARGA

DIAMETRODE ADEME

IMPULSOR TIPOCERRADO

IMPULSOR TIPOSEMI-ABIERTO

BOMBASBOMBAS

RRPag.10

SECCION 2

PASO 1

ELEMENTOS BASICOS PARA EL DISEÑO Y CALCULO DE UN EQUIPO DE BOMBEO Y OBTENCION DE LA INFORMACION NECESARIA

- Gasto.- Nivel dinámico.- Diámetro del ademe.- Tipo de lubricación que se desea.- Tipo de impulsor ( Semi-abierto ó Cerrado ).- Velocidad de operaciòn ( R.P.M.).- Gravedad especifica del agua a bombear- Temperatura del agua a bombear.- Altitud- Presión de operación a la descarga de la bomba.- Elevación topográfica

Datos que ya definimos en la SECCION 1 de este manual y que es indispensable analizar y comprender, al menos los mencionados en la lista de arriba, y que se obtienen de la siguiente manera:

Cuando se trata de un pozo nuevo, lo correcto es practicar un aforo en dicho pozo, es decir determinar cuanta agua es capaz de dar y a que profundidad, lo cual se logra con una bomba de prueba diseñada para tal fin y un motor de combustión al que podamos variar las revoluciones y experimentalmente tomamos los datos que arroje dicho aforo, que es básicamente el gasto que nos da el pozo a una determinada profundidad y a determinadas revoluciones por minuto que gira la flecha de la bomba. En este

Resumiendo:

1.1- Gasto: del aforo o gasto de diseño (explicado anteriormente).

1.2.-Nivel Dinámico: del aforo o nivel de bombeo en el caso de un carcamo.

1.3.-Diámetro del ademe: del aforo directamente o checandolo del carcamo de bombeo.

1.4.-Tipo de lubricación: Lo sugerimos nosotros o directamente el usuario

1.5.-Tipo de impulsor: Lo sugerimos nosotros o dierctamente el usuario

1.6.-Velocidad (rpm): Se sugiere inicialmente 1760 rpm que es la velocidad normal y posteriormente si de acuerdo a las condiciones de operación del equipo no se logran con esa velocidad se escogera otra.

1.7-Gravedad especifica: Se obtiene pesando un decimetro cùbico del agua a bombear.

1.8.-Temperatura del agua: Se toma directamente con termometro.

1.9.-Altitud sobre el nivel del mar: Se debe conseguir si estamos bombeando en un lugar de excesiva altitud pues puede afectar el NPSH.

1.10.-Presión de operación a la descarga de la bomba: Esta información puede estar previamente definida por el cliente o bien la calculamos en el paso 2 de este manual.

1.11.- Elevación Topografica: Es el desnivel topografico desde el cabezal de descarga hasta la descarga del agua.

Si se trata de un pozo que no es nuevo debemos tener los datos del equipo anterior o aforo anterior.

Si hablamos de una bomba para uso industrial, un carcamo de rebombeo, o disponemos de toda el agua que queramos, nos basaremos en el gasto deseado o de diseño.

Lo primero con lo que debemos contar para poder realizar el diseño de un sistema de bombeo son los siguientes datos:

PASO 2

CALCULO DE LA CARGA DINAMICA TOTAL (C.D.T.)

A continuación se procede a calcular la carga dinámica total ( CDT ), esta la obtenemos de la siguiente manera.

CDT = Nivel dinamico + Elevación + Fricciones en columna + Fricciones en descarga o conducción + presión de operación.

Estos conceptos ya se explicaron en la sección de definiciones y conceptos de hidráulica pero podemos revisarlos nueva y brevemente de la siguiente manera:

4.1.2.- Elevación Es el nivel máximo al cual deseamos llevar el agua con respecto al cabezal de descarga. (pag. 3 y 9)

4.1.3.- Fricciones en columna Son las perdidas de carga, generadas por el rozamiento que existe entre las paredes del tubo debido a la velocidad del agua que circula dentro de el y a la rugosidad.

4.1.4.-Fricciones en conducción Son las perdidas de carga, generadas por el rozamiento que existe entre las paredes del tubo de descarga debido a la velocidad del agua que circula dentro de el, así como en los accesorios que existan en el trayecto de la descarga o conducción despues del cabezal de descarga. (ver pg. 9)

4.1.1.- Nivel Dinámico Es la distancia vertical desde el cabezal de descarga ó nivel de superficie, hasta el nivel del agua cuando se encuentra en operación el equipo de bombeo. (ver pag. 3 y 9).

Ò

BOMBASBOMBAS

RRPag. 11

Para fines de calcular la fricción en la columna de la bomba proponemos un diametro inicial de acuerdo a la tabla 4 que luego ratificaremos en el diseño del tubo de columna. Y para la conducción posterior al cabezal

PASO 3

DISEÑO DEL CUERPO O ENSAMBLE DE TAZONES

Con el gasto de diseño, buscamos la curva de operación que nos de mejor eficiencia, y tratando de quedar en el lado izquierdo del punto de mejor eficiencia.

Debemos siempre, tomar en cuenta el diametro del ademe, para así poder localizar la curva de operaciòn de acuerdo a la familia del modelo de tazón que corresponde, tomando en cuenta el diámetro máximo disponible.

3.1 CALCULO DE LA CARGA POR PASO Y No. DE PASOS

TABLA No. 4 Diámetro inicial propuesto

DIAMETRO DEL TUBO DE COLUMNAGASTO (L/s)

5 - 12

12 - 20

20 - 40

40 - 70

70 - 110

110 - 160

3

4

6

8

10

12

CURVA DE OPERACION

12

1 - Carga teórica por paso diámetro nominal.2.- Carga teórica por paso diámetro recortado.

4.1.5.-Presión de operación Es la presión que se requiere en el ultimo punto de salida del agua, expresada en: MTS o PIES (Recordemos que: 1 kg/cm2=10 mts y 1 Lb/Plg2 = 2.31 Pies) puede esta presión de operación ser cero si deseamos el agua a descarga libre.

(Para estos conceptos revisados y los calculos posteriores, es necesario ver y analizar los diagramas de las pags. 3,5,6,8 y 9, así como las tablas 1 y 2 de las pags. 4 y 7.

longitud adicional, normalmente nos vamos a un diametro mayor al de columna de la bomba, aunque todo depende de un analisis de fricciones y ecónomico entre el costo de la tuberia y el costo de energia de caballaje adicional con un

3.1.-Calculo de la Carga por paso y no. de pasos En la curva de operación seleccionada nos posicionamos en el gasto de diseño y trazamos una linea vertical hasta tocar la curva de operaciòn, de mayor diámetro, obteniendo el porcentaje de eficiencia de ese punto de operación, luego trazamos una linea horizontal en dirección a la carga total, la cual nos va a dar el número de metros que eleva un paso de dicho modelo de tazón-impulsor, y obtenemos el No. de pasos dividiendo la CDT

BOMBASBOMBAS

RRPag. 12

Lo anterior matemáticamente hablando sera:

c.p.p.2 = F1 x F2 x c.p.p. 1 (ecn 2.1)

Donde F1 = (ef2/ef1) y F2 = (g1/g2)

c.p.p.2 = carga real o ajustada por paso.

ef2 = ef1 menos los puntos por tazón no esmaltado y menos los puntos por los numeros de pasos de nuestra bomba. ef1 = Es la eficiencia obtenida en las curvas de operación. g1 = Gravedad especifica del agua destilada = 1.0

RECORTE DEL IMPULSOR

Si la carga real por paso multiplicada por el no. de pasos es muy diferente a la C.D.T. requerida, (esto es porque se toma el entero mayor de la división), debemos corregirla y la manera de hacerlo es mediante un recorte del diametro del impulsor.

Es decir disminuir un poco el diametro del impulsor para que disminuya su carga por paso y la CDT sea más cercana a la que requerimos realmente.

Para calcular el recorte de un impulsor debemos hacer un proceso inverso o sea: partir primero de obtener la carga real por paso, es decir la carga dinamica total dividida entre el no de pasos obtenidos anteriorment (ecn 2.2), con esa carga real por paso obtenemos la carga teórica por paso dividiendo la carga real por paso entre los factores de corrección obtenidos en la ecn 2.1. O sea: c.p.p2 = CDT/No de pasos

c.p.p1 = c.p.p2 / (F1 x F2).

Con esta carga teórica por paso, cruzada con el gasto del

La eficiencia de la curva de operación menos los puntos restados nos dara la nueva eficiencia o eficiencia real.

Para saber cual es la carga real por paso obtengo un factor de corrección el cual es la división de la eficiencia real entre la eficiencia de la curva de operación, con este factor lo multiplico por la carga por paso sin corregir, para obtener la carga real por paso y de aqui obtenemos el no de pasos real.

Es decir obtenemos una solución de tipo grafica

Solo debemos de tomar en cuenta los factores de corrección F1 y F2 mencionados anteriormente basados en disminuir la eficiencia a una eficiencia real y en la gravedad especifica real del agua a bombear.

También tenemos que hacer la corrección por concepto de gravedad especifica, es decir que si la gravedad especifica del agua es diferente a 1.0 tenemos que obtener un segundo factor de correcciòn que es igual a la gravedad especifica del agua destilada (1.0) entre la gravedad especifica del agua que se pretende bombear.

Siempre las curvas de operación nos muestran ciertos diámetros tipicos de operación de impulsor a ciertos diámetros tipicos, a medida que el impulsor tiene menor diametro, la curva tiene menor carga a un determinado gasto.

La primera curva es la que corresponde al diámetro nominal del impulsor, debemos ubicar o interpolar la curva en la que nuestro impulsor operara, esto se logra ubicando de una manera relativa el diámetro nuevo (determinado en la sección anterior), contra el diámetro nominal en la curva de

Existe una curva de caballaje por paso (Tabla "A" pag. 13), también de acuerdo al diámetro del impulsor, con la cual obtenemos los caballos de potencia consumidos por el equipo, en la parte inferior de la curva de operación del modelo seleccionado.

Estos caballos se obtienen, trazando una linea vertical del gasto en dirección a la curva elegida, tomando en cuenta tambien el recorte si lo hubo, de este punto trazamos una

3.2 CALCULO DE LA POTENCIA CONSUMIDA

Esta potencia obtenida es la potencia que requiere la bomba en la flecha.

A esta potencia se debera agregar la potencia perdida en la flecha de acuerdo a la tabla "B" de la pag. 13

Hasta este momento tenemos el siguiente cuadro resuelto:

* Modelo de tazón e impulsor y el no. de pasos * Diametro al que va a operar nuestro impulsor. * Carga dinamica total real a obtener * Caballos de potencia que nos va a consumir nuestro equipo.

obtenemos los HP que nos consume un paso de dicho modelo de tazón-impulsor.

Este valor lo multiplicamos por el no. de pasos obtenidos en la sección anterior y obtendremos los hp totales consumidos por nuestra bomba en cuestión.

g2 = Gravedad especifica del agua que se pretende bombear. c.p.p.1 = Carga por paso téorica obtenida en las curvas de operación.

No. de pasos = CDT/(c.p.p.2) (el entero mayor de esta división)(ecn 2.2)

La Eficiencia real es a la que va a trabajar realmente nuestra bomba, hasta ahora solo tenemos el punto de eficiencia obtenido en el inciso anterior, la cual es una eficiencia con tazón esmaltado y con un numero de pasos tal, que no hay necesidad de corregir dicha eficiencia.

Pero debemos analizar, los puntos de eficiencia que hay que disminuir por no. de pasos y por no ser esmaltado, dato que podemos ver en las tablas de la curva de operación.

entre la carga que nos da por paso a la eficiencia del punto de operación, esa eficiencia sin embargo no es la real a la que trabajara nuestra bomba, por lo que hay que hacer algunas consideraciones al respecto.

BOMBASBOMBAS

RR

Pag. 13

Diametro-mm

Diametro-Plg.

Prd

idas

en

la f

lech

a @

10

0 p

ies

de

colu

mn

a (e

n h

.p.)

0.70.5 0.6 0.8 0.9 1.0 1.5 2 2.5 3 4 5 6 7 8

15.2

4

12.7

0

17.7

8

20.3

2

22.8

5

25.4

0

38.1

0

50.8

0

63.5

0

101.

60

76.2

0

127.

00

177.

80

203.

20

152.

40

0.7

0.2

0.9

0.3

0.5

0.1

1.5

2

4

2.5

3

5

1.0

0.6

0.15

0.8

0.25

0.4

TABLA "B" PERDIDAS DE POTENCIA EN LA FLECHA

3 450

1 750

2 875

1 160

965

870

700

580

485

725

1 450

Nota: kW = 0.746 x hpNota: kW = 0.746 x hp

TABLA "A" CURVA DE POTENCIA CONSUMIDA

Ò

BOMBASBOMBAS

RRPag. 14

3.3 ANALISIS DE LA FLECHA DE TAZONES

Debemos tener en cuenta que la potencia que nos consume nuestra bomba, no debe exceder los limites de resistencia a la torsiòn que tiene la flecha del ensamble de tazones.

Esta resistencia depende del diámetro de la misma flecha, la velocidad de rotación a la que funciona, el empuje axial máximo a que está sometida dicha flecha y del material de

Para analizar nuestra flecha de tazones, en la tabla No.5 nos indica a que diámetro de flecha corresponde cada modelo de tazón-impulsor, tenemos que tomar en cuenta la potencia en la flecha que ya calculamos en el punto anterior, y el empuje axial, ya que el diámetro de flecha del ensamble de tazones debera ser mayor o igual la diámetro mínimo permisible que aparece en la tabla 6, de otro modo se tendra que consultar a la fábrica para realizar un diseño especial o un

TABLA No. 5

Flecha Diámetro Altura Flecha Altura Longitud Columna Paso

ModeloTazones Máximo Succión Succión Descarga Cuerda Descarga Adicional

L. Agua L.Aceite

EmpujeAxial

Kg/Mt

PesoElementoRotativo

KgS E D C T L1 L2

6lsc 3/4 5 15/16 6.500 4.000 6.250 1.500 3" - 4" STD 5.100 20.100 30.100

6hxhc 7/8 5 5/8 6.500 4.000 7.825 1.500 4" STD 4.750 19.750 29.750

6hhc 1 5 3/4 6.500 4.000 7.825 1.500 4" STD 5.100 20.100 30.100

7hxhc 1 7 5.850 4.000 6.250 1.500 4" STD 5.850 20.200 30.200

8lsc 1 3/16 7 5/8 8.500 4.000 9.400 1.500 4" STD 6.500 23.500 33.500

8msc 1 3/16 7 3/4 10.350 5.000 9.400 1.500 4" STD 6.250 25.100 35.100

8hxhc 1 3/16 7 3/4 7.500 5.000 3.000 2.000 6" STD 6.100 21.600 31.600

8hhc 1 3/16 7 3/4 7.500 5.000 2.000 2.000 6" STD 7.625 23.125 33.125

8mfhc 1 3/16 7 3/4 7.750 5.000 2.000 2.000 6" STD 6.700 22.450 32.450

10lsc 1 3/16 9 15/16 10.750 5.000 9.400 2.000 6" STD 8.600 27.350 37.350

10msc 1 3/16 7 3/4 10.000 5.000 9.400 2.000 6" STD 7.825 25.825 35.825

10hxhc 1 1/2 9 11/16 8.750 5.000 9.000 2.000 8" STD 8.500 25.250 35.250

10hhc 1 1/2 9 11/16 8.750 5.000 9.000 2.000 8" STD 8.500 25.250 35.250

12lsc 1 1/2 11 15/16 11.250 5.000 9.250 2.000 8" STD 9.925 29.175 39.175

12msc 1 1/2 11 13/16 11.250 5.000 9.250 2.000 8" STD 9.850 29.100 39.100

12hxhc 1 15/16 1 11/16 11.750 7.000 10.000 2.750 10" STD 11.625 30.625 40.625

14msc 1 15/16 13 3/4 11.500 7.000 13.250 2.750 10" STD 12.750 31.500 41.500

14hhc 1 15/16 14 6.625 4.000 10.000 2.750 10" STD 14.000 27.875 37.875

18hhc 1 15/16 21 1/2 10.500 4.500 9.750 C/Brida Brida 12" STD 18.625 39.125 49.125

8msa 1 7 7/8 4.000 4.500 9.400 1.500 4" STD 6.000 18.500 28.500

8mfha 1 3/16 7 3/4 7.750 5.000 3.000 2.000 6" STD 6.700 22.450 32.450

10msa 1 1/2 6 5/8 10.000 5.000 9.400 2.000 6" STD 6.800 24.800 34.800

10hxha 1 1/2 9 11/16 8.750 5.000 9.000 2.000 8" STD 8.500 25.250 35.250

10hha1

1/2 9 11/16 8.750 5.000 9.000 2.000 8" STD 8.500 25.250 35.250

12msa 1 1/2 11 5/8 11.250 5.000 9.250 2.000 8" STD 10.500 29.750 39.750

12hxha 1 15/16 11 3/4 11.750 7.000 10.000 2.750 10" STD 11.625 30.625 40.625

14msa 1 15/16 13 3/4 11.500 7.000 13.250 2.750 10" STD 12.750 31.500 41.500

Longitud Flecha 1er. Paso

P

C

D

S

T

E

L1

P'

C

E

S

T

D

L2

L1 = (S-E) + (TxNo. Pasos) + (D-C) + P

L2 = (S-E) + (TxNo. Pasos) + (D-C) + P'

CALCULO DE LA FLECHA DE TAZONES PARA BOMBAS VERTICALES

Lubricación Agua

Lubricación Aceite

donde:

L1 = Longitud flecha de tazones lubricación aguaL2 = Longitud flecha de tazones lubricación aceiteP = Proyección lubricación agua 10 Pulg.P' = Proyección lubricación aceite 20 Pulg.T = Altura tazón intermedioS = Altura succiónE = Distancia inicio de succión a inicio flechaD = Altura descargaC = Longitud de la cuerda de la descarga

Esquema 1er. Paso L. Agua Esquema 1er. Paso L. Aceite

CUADRO DE ESPECIFICACIONES PARA EL CALCULO DE LA FLECHA DE TAZONES

2.2

3.3

6.1

5.1

3.6

8.3

5.4

11.5

15.6

6.1

6.2

15.4

20.4

8.9

11.8

12.7

14.8

29.8

52.0

16.4

15.6

11.2

15.3

20.1

18.6

23.0

14.8

1.6

1.4

1.6

2.7

3.2

3.2

3.2

3.2

3.2

5.4

5.4

6.8

7.8

6.3

6.0

12.0

15.0

20.0

68.5

3.2

3.2

5.4

6.8

6.8

7.7

12.0

15.0

TABLA 6CABALLAJE ACEPTADO EN FUNCION DEL DIAMETRO DE FLECHA

Y EMPUJE AXIAL EN FLECHA DE LINEA ROSCADA ASI-C1045 @ 1760 RPM

Para material diferente a C1045 multiple por el siguiente factor.

Para velocidad diferente a 1760 RPM multiplique por el siguiente factor:

EMPUJE

AXIAL

BOMBASBOMBAS

RRPag. 15

BOMBASBOMBAS

RRPag. 16

4.1 TUBO DE COLUMNA

4.2 TRANSMISION

PASO 4

DISEÑO DE LA COLUMNA DEL EQUIPO

De acuerdo al gasto que nos solicitan, elegimos el diametro de tubo con la tabla No. 4, (pag. 11).

El diametro de tubo elegido debe acoplar con el tazón de descarga, si no coincidieran, se hace un acoplamiento mixto

checando con la fabrica, ya que es una restricción que debemos tomar en cuenta.

La longitud de la rosca del tazón de descarga (C) lo encontramos en la tabla No. 5 (pag. 14).

Aqui el unico problema es calcular el diámetro de la flecha de nuestra transmisión, y el diámetro a seleccionar va en relación a los H.P. que va a consumir nuestra bomba.

La tabla No.7, nos indica los caballos de potencia máximos que resiste una flecha a un determinado diámetro, estos HP ya fueron calculados en el paso 3, lo único que debemos hacer es escoger un diámetro que este dentro del rango de resistencia de la flecha.

En el caso de que nuestros Hp se encuentren muy cerca de los valores que nos limitan el diámetro de nuestra flecha se recomienda a criterio seleccionar el diametro siguiente.

Se debe tener mucho cuidado al escoger nuestra transmisión ya que es un elemento muy importante de nuestra bomba.

Para un diseño más preciso debemos tener en cuenta el empuje axial en los tazones y el peso mismo de las flechas, para obtener los kg de fuerza a los que esta sometida dicha flecha, y con la tabla 6 (ya analizada) obtenemos el caballaje máximo que resiste la flecha involucrando también el material y velocidad a la que gira. Dependiendo del tipo de lubricación, los componentes y funcionamiento de la columna se analizan en las proximas paginas.

3/4

1

1-3/16

1-1/2

1-11/16

1-15/16

1.9 - 4.92

5.5 - +

3/4 - 1-15/16

2-3/16 - +

0.652

0.750

1.053

1.500

-

1-1/2

2

2-1/2

2-1/2

3

29.4

98.0

147.0

294.0

490.0

686.0

15

50

75

150

250

350

9.9

33.0

49.5

99.0

165.0

231.0

8.26

27.55

41.33

82.65

137.75

192.85

H.P. MaximosDIAMETRO (Pulg)

3460FLECHA

FLECHA FACT. PARA MAT. ESPECIALES

CUBIERTA 1760

CMS. PULG 316SS 416SS

1160 970

SELECCION DEL DIAMETRO DE LA FLECHA EN RELACIONA LOS H.P. (Maximos) EN ACERO CR-1045 RECTIFICADO Y PULIDO A 1760 R.P.M.

TABLA No. 7

Lubricación Aceite. Nom. de la Parte. Mat. Estandar Longitud.

Tubo de columna. Acero al carbón 3.05 Mts. Coples de tubo. Acero al carbón Varios. Flecha intermedia. CR-1045 3.05 Mts. Coples de flecha. CR-1018 Varios. Cubiertas Acero al Carbón 1.52 Mts. Chumaceras Bronce, SAE 40. - Estabilizador Neopreno. -

CALCULO DEL EMPUJE AXIAL. Debemos calcular el empuje axial al que está sometida la flecha del cuerpo de tazones, el cual es el empuje hacia abajo ocasionado por la reacción al girar los impulsores, dato que aparece en la tabla en kg/mt de carga y depende del modelo del tazón, más el peso del impulsor mismo que aparece en la misma tabla 5.

Ejem. 12ms de 6 pasos con CDT de 125 mts, su empuje axial sera:

125 mts x 11.80 kg/mt = 1,475.00 kg de empuje.6 pasos x 6 kg/paso = 36 kg de peso.

Empuje axial total = 1,511.00 kg = 3,328.19 Lbs.

Con este empuje entramos en la tabla 6 y nos da el caballaje máximo que resiste una flecha de ½" (es la que viene en el 12ms) C-1045, el cual es alrededor de 235 h.p..

Ahora debemos mencionar que la flecha de tazones es de material T-416 de acero inoxidable y tiene un factor de incremento de 1.053 C-1045 antes de que experimente una

ruptura debido al efecto de torsión por los que la potencia máxima que resiste esta flecha de tazones de 1-1/2" es en realidad 235 x 1.053 = 247.5 h.p.

Nótese que la tabla 6 aplica con mayor exactitud en casos criticos para el análisis de diseño de flecha para la transmisión intermedia, solo que el empuje axial debera incluir también el peso mismo de todas las flechas intermedias.

La longitud de la flecha de tazones, esta dada por: Longitud de la flecha = Longitud de flecha en la succión (A) + Longitud de tazon intermedio x No. de tazones intermedios (B) + Longitud de la flecha en descarga (C) + Proyección.

Hay que notar que el No. de tazones intermedios es el no. de pasos totales menos 1.0

Proyección.- En el caso de lubricación agua es de 10" En el caso de lubricación aceite es de 20" de los cuales los primeros 10" lleva una funda o cubierta.

Lubricación agua.

Nombre de la Parte Material Estandar

Tubo de columna. Acero al carbón Coples de tubo. Acero al carbón Flecha intermedia. CR-1045 Coples de flecha. CR-1018 Mariposas. Bronce SAE 40 Hule P/Mariposa. Neopreno.

BOMBASBOMBAS

RRPag. 17

TRANSMISION EN CASO DE LUBRICACION AGUA

Nuestra flecha tiene una longitud 120.5 pulgadas ( 3.06 Mts ), las cuales se unirán a otra flecha del mismo diámetro por medio de un cople.

Esta flecha tiene un metalizado donde deberan trabajar las mariposas, estas mariposas o porta chumacera tienen en su interior un buje o chumacera de hule cuya función es la de lubricar con el agua misma a la flecha. La función de la mariposa es la de estabilizar la flecha cuando gira y se encuentra esta

8"

Metalizado

Metalizado

Metalizado

TUBO DE COLUMNAde Acero al carbon

COPLES DE TUBOde Acero al carbón

FLECHA INTERMEDIAde C-1045

COPLES DE FLECHAde C1018

MARIPOSASde Bronce SAE 40

HULE PARA MARIPOSASde Neopreno

TAZON DE DESCARGA

BOMBASBOMBAS

RRPag. 18

TUBO DE COLUMNAde Acero al carbon

COPLES DE TUBOde Acero al carbón

ESTABILIZADORde neopreno

FLECHA INTERMEDIAde C-1045

COPLES DE FLECHAde C-1018

CUBIERTASAcero al carbón

CHUMACERASde bronce SAE 40

TAZON DE DESCARGA

TRANSMISION EN CASO DE LUBRICACION ACEITE.

Nuestra transmisión intermedia cuando es lubricación aceite consta de una flecha cuya longitud es 3.05 MTS. y se une por medio de un cople a otra flecha.

Cada transmisión o columna interior, tiene dos chumaceras, dichas chumaceras tienen la función de unir las cubiertas y lubricar las flechas.

Las cubiertas tienen una longitud de 1.52 MTS que es la mitad de una flecha y su función es la de alojar a la flecha para que no este en contacto con el agua, y pueda lubricarse con el aceite, que viene desde el gotero que esta en el cabezal de descarga, y para que las chumaceras por medio de las venas que se encuentran en su interior permitan ir lubricando dicha flecha.

Al mismo tiempo tiene una funcion de estabilización, evitando vibracions que pudiera ocurrir.

Entre las cubiertas y el tubo de columna se colocan cada tres tramos de cubierta un estabilizador, el cual es de neopreno y su función es la de amortiguar los movimiento radiales de las cubiertas, al estar en movimiento la flecha.

BOMBASBOMBAS

RRPag. 19

Transmision motriz.

Nuestra transmision motriz tiene una longitud de 3.05 mts., la cual tiene la particularidad que en un extremo de ella cuenta con un cuerda acme, la cual nos permite ajustar el juego axial en los impulsores por medio de la tuerca de ajuste, esta tuerca tiene en cada una de sus caras un opresor para asi evitar que se descalibre nuestra bomba cuando ya esta perfectamente calibrada.

También cuenta con un metalizado que se encuentra a la altura del estopero (cuando se trata de lubricaciòn agua) y por ultimo tiene un cople y un niple para unirse a nuestra flecha intermedia.

Cuando es lubricación aceite, se tiene una cubierta superior que esta roscada en su exterior, y que sirve para tensar la totalidad de la cubierta, por medio de una tuerca tensora alojada en el cabezal de descarga.

En la cuerda acme tiene la flecha por uno de sus lados un cuñero y una cuña de arrastre, esta permite que el movimiento de motor se trasmita a nuestra flecha.

Tuerca de ajuste rosca acmepara juego axial

Cuña

Tapa

Flecha motriz

Cople

8"

Metalizado

Metalizado

Tuerca de ajuste rosca acmepara juego axial

Cuña

Tapa

Flecha motriz

Cople

TR

AM

SM

ISIO

N M

OT

RIZ

PA

RA

LU

BR

ICA

CIO

N A

GU

A

TR

AM

SM

ISIO

N M

OT

RIZ

PA

RA

LU

BR

ICA

CIO

N A

CE

ITE

Flecha Motriz

Flecha Motriz

Cople de flecha

Niple

Cople de flecha

Cople de tubo

Flecha intermediaFlecha intermedia

Cople de flecha

Cople de Tubo

Mariposa

Cabezal de descargaCabezal de descarga

Estopero Estopero

Tensor

Elemento motriz

Elemento motriz

Tubo de columna

Tubo de columna

Estabilizador

Cubierta superior

roscada al cabezal de

deescarga

Chumacera

DISTANCIA DEL METALIZADO SUPERIOR Y LONGITUD DE NIPLE

DE 3/4", 1", 1-3/16", 1-1/2", 1-11/16", 1-15/16"

FLECHA MOTRIZ LUBRICACION AGUA

BOMBASBOMBAS

RRPag. 20

DIAMETRO

FLECHA

MOTRIZX

CABEZALES

3-4 6-8 10 12 10 EST.

10 2.5 17 4.5 21 4.0 17 4.5 22 5.0

LONGITUD DEL NIPLE LUBRICACION AGUAN = C + T - P - E - X

3/4

1

1 3/16

1 1/2

1 11/16

1 15/16

81

81

76

71

71

71

36.500

36.500

41.500

46.500

46.500

46.500

41.500

41.500

46.500

51.500

51.500

51.500

46.000

46.500

51.000

56.000

56.000

56.000

41.500

41.500

46.500

51.500

51.500

51.500

46.000

46.000

51.000

56.000

56.000

56.000

C C C C CE E E E E

Notas: Todas las unidades estàn en Pulgadas.

El cálculo de la longitud de esta medida está basado

en la siguiente ecuación:

N=C+T-P-E-XEn donde:

N = Longitud del niple

C = Altura del cabezal

T = Longitud del tubo

P = Proyección Lubricación Agua = 10"

E = Distancia de la base superior del cabezal inicio del estopero.

X =Longitud del final del metalizado al inicio de la flecha motríz

12 EST.

22 3.0C E

48.000

48.000

53.000

58.000

58.000

58.000

Tuerca de ajuste

Cuña

Tapa

Flecha motriz

Cople

MOTOR

H P

ALTURA

DEL

MOTOR

CABEZALES

3-4 6-8 10 12 10 EST.

10 2.5 17 4.5 21 4.0 17 4.5 22 5.0

DISTANCIA DEL INICIO DE LA FLECHA MOTRIZ

AL INICIO DEL METALIZADO Y = (M + E)

US

/ 1

800

RP

MS

IEM

EN

S /

1800

RP

MIE

M /

1800

-360

0 R

PM

US

/ 3

600

RP

M

5

7.5

10

15

20

25

30

40

50

60

75

100

125

150

200

2505

7.5

10

15

20

25

30

40

50

60

75

100

125

15015

20

25

30

40

50

60

75

100

125

150

200

250

300

3505

7.5

10

15

20

25

30

40

50

60

75

100

125

150

200

300

20.500

20.500

20.500

26.500

26.500

28.000

28.000

31.500

31.500

34.500

34.500

40.000

40.000

46.000

46.000

46.000

23.000

23.000

23.000

27.000

27.000

30.000

30.000

34.500

34.500

36.500

36.500

40.500

46.000

46.000

46.000

54.500

20.500

20.500

20.500

20.500

26.500

28.000

28.000

28.000

31.500

31.500

34.500

34.500

40.000

40.00025.500

27.000

28.000

28.000

31.500

31.500

36.000

36.000

40.000

45.000

45.000

49.000

49.000

57.000

57.000

23.000

23.000

23.000

29.000

29.000

30.500

30.500

34.000

35.500

38.500

38.500

44.000

44.000

50.000

50.000

50.00023.000

23.000

23.000

23.000

29.000

30.500

30.500

30.500

35.500

35.500

38.500

38.500

44.000

44.00028.000

29.500

30.500

30.500

34.000

34.000

38.500

38.500

44.000

49.000

49.000

53.000

53.000

61.000

61.00025.500

25.500

25.500

39.500

39.500

32.500

32.500

37.000

38.500

40.500

40.500

44.500

50.000

50.000

50.000

58.500

25.000

25.000

25.000

31.000

31.000

32.500

32.500

36.000

34.500

37.500

37.500

43.000

43.000

49.000

49.000

49.00025.000

25.000

25.000

25.000

31.000

32.500

32.500

32.500

34.500

34.500

37.500

37.500

43.000

43.00030.000

31.500

32.500

32.500

36.000

36.000

40.500

40.500

43.000

48.000

48.000

52.000

52.000

60.000

60.00027.500

27.500

27.500

31.500

31.500

34.500

34.500

39.000

37.500

39.500

39.500

43.500

49.000

49.000

49.000

57.500

24.500

24.500

24.500

30.500

30.500

32.000

32.000

35.500

34.000

37.000

37.000

42.500

42.500

48.500

48.500

48.50024.500

24.500

24.500

24.500

30.500

32.000

32.000

32.000

34.000

34.000

37.000

37.000

42.500

42.50029.500

31.000

32.000

32.000

35.500

35.500

40.000

40.000

42.500

47.500

47.500

51.500

51.500

59.500

59.50027.000

27.000

27.000

31.000

31.000

34.000

34.000

38.500

37.000

39.000

39.000

43.000

48.500

48.500

48.500

57.000

25.000

25.000

25.000

31.000

31.000

32.500

32.500

36.000

34.500

37.500

37.500

43.000

43.000

49.000

49.000

49.00025.000

25.000

25.000

25.000

31.000

32.500

32.500

32.500

34.500

34.500

37.500

37.500

43.000

43.00030.000

31.500

32.500

32.500

36.000

36.000

40.500

40.500

43.000

48.000

48.000

52.000

52.000

60.000

60.00027.500

27.500

27.500

31.500

31.500

34.500

34.500

39.000

37.500

39.500

39.500

43.500

49.000

49.000

49.000

57.500

25.500

25.500

25.500

25.500

31.500

33.000

33.000

33.000

36.500

36.500

39.500

39.500

45.000

45.00030.500

32.000

33.000

33.000

36.500

36.500

41.000

41.000

45.000

50.000

50.000

54.000

54.000

62.000

62.00028.000

28.000

28.000

32.000

32.000

35.000

35.000

39.500

39.500

41.500

41.500

45.500

51.000

51.000

51.000

59.500

C C C C CE E E E E

M A

R

C

A

&

R

. P

.

M.


El cálculo de la longitud de esta medida está basado en la siguiente ecuación:

Metalizado

M

Y = M + E

En donde:

M = Altura del motor

E = Dist. de la base superior del cabezal al inicio del estopero

Y = Long. del inicio del metalizado al final de la flecha motríz

M

Y

C

E

12 EST.

22 3.0C E

23.500

23.500

23.500

29.500

29.500

31.000

31.000

34.500

34.500

33.500

37.500

43.000

43.000

49.000

49.000

49.00023.500

23.500

23.500

23.500

29.500

31.000

31.000

31.000

34.500

34.500

37.500

37.500

43.000

43.00028.500

30.000

31.000

31.000

34.500

34.500

39.000

39.000

43.000

48.000

48.000

52.000

52.000

60.000

60.00026.000

26.000

26.000

30.000

30.000

33.000

33.000

37.500

37.500

39.500

39.500

43.500

49.000

49.000

49.000

57.500

25.500

25.500

25.500

31.500

31.500

33.000

33.000

36.500

36.500

36.500

39.500

45.000

45.000

51.000

51.000

51.000

X

T 120"

Longitud Niple N

P 10"

BOMBASBOMBAS

RRPag. 21

LONGITUD DEL NIPLE

LUBRICACION ACEITE

Tuerca de ajuste

Cuña

Tapa

Flecha motriz

CopleMOTOR

H P

ALTURA

DEL

MOTOR

AL TURA CABEZALES

3-4 6-8 10 12 10 -12 EST.

10 17 21 17 22LONGITUD DEL NIPLE

N = M + C - 20

US

/ 1

800

RP

MS

IEM

EN

S /

1800

RP

MIE

M /

1800

-360

0 R

PM

US

/ 3

600

RP

M

5

7.5

10

15

20

25

30

40

50

60

75

100

125

150

200

2505

7.5

10

15

20

25

30

40

50

60

75

100

125

15015

20

25

30

40

50

60

75

100

125

150

200

250

300

3505

7.5

10

15

20

25

30

40

50

60

75

100

125

150

200

300

20.500

20.500

20.500

26.500

26.500

28.000

28.000

31.500

31.500

34.500

34.500

40.000

40.000

46.000

46.000

46.000

23.000

23.000

23.000

27.000

27.000

30.000

30.000

34.500

34.500

36.500

36.500

40.500

46.000

46.000

46.000

54.500

20.500

20.500

20.500

20.500

26.500

28.000

28.000

28.000

31.500

31.500

34.500

34.500

40.000

40.00025.500

27.000

28.000

28.000

31.500

31.500

36.000

36.000

40.000

45.000

45.000

49.000

49.000

57.000

57.000

15.500

17.000

18.000

18.000

21.500

21.500

26.000

26.000

30.000

35.000

35.000

39.000

39.000

47.000

47.00013.000

13.000

13.000

17.000

17.000

20.000

20.000

24.500

24.500

26.500

26.500

30.500

36.000

36.000

36.000

44.500

22.500

24.000

25.000

25.000

28.500

28.500

33.000

33.000

37.000

42.000

42.000

46.000

46.000

54.000

54.00020.000

20.000

20.000

24.000

24.000

27.000

27.000

31.500

31.500

33.500

33.500

37.500

43.000

43.000

43.000

51.500

26.500

28.000

29.000

29.000

32.500

32.500

37.000

37.000

41.000

46.000

46.000

50.000

50.000

58.000

58.00024.000

24.000

24.000

28.000

28.000

31.000

31.000

35.500

35.500

37.500

37.500

41.500

47.000

47.000

47.000

55.500

22.500

24.000

25.000

25.000

28.500

28.500

33.000

33.000

37.000

42.000

42.000

46.000

46.000

54.000

54.00020.000

20.000

20.000

24.000

24.000

27.000

27.000

31.500

31.500

33.500

33.500

37.500

43.000

43.000

43.000

51.500

27.500

29.000

30.000

30.000

33.500

33.500

38.000

38.000

42.000

47.000

47.000

51.000

51.000

59.000

59.000

C C C C C

M A

R

C

A

&

R

. P

.

M.


El cálculo de la longitud de esta medida está basado en la siguiente ecuación:

La longitud de la flecha motríz y el tubo será de 120" para respetar la longitud el niple

M

N = M + C - 20

En donde: N = Longitud del Niple

M = Altura del Motor

C = Altura del Cabezal

20 de Proyección

10.500

10.500

10.500

16.500

16.500

18.000

18.000

21.500

21.500

24.500

24.500

30.000

30.000

36.000

36.000

36.000

17.500

17.500

17.500

23.500

23.500

25.000

25.000

28.500

28.500

31.500

31.500

37.000

37.000

43.000

43.000

43.000

21.500

21.500

21.500

27.500

27.500

29.000

29.000

32.500

32.500

35.500

35.500

41.000

41.000

47.000

47.000

47.000

17.500

17.500

17.500

23.500

23.500

25.000

25.000

28.500

28.500

31.500

31.500

37.000

37.000

43.000

43.000

43.000

22.500

22.500

22.500

28.500

28.500

30.000

30.000

33.500

33.500

36.500

36.500

42.000

42.000

48.000

48.000

48.00010.500

10.500

10.500

10.500

16.500

18.000

18.000

18.000

21.500

21.500

24.500

24.500

30.000

30.000

17.500

17.500

17.500

17.500

23.500

25.000

25.000

25.000

28.500

28.500

31.500

31.500

37.000

37.000

21.500

21.500

21.500

21.500

27.500

29.000

29.000

29.000

32.500

32.500

35.500

35.500

41.000

41.000

17.500

17.500

17.500

17.500

23.500

25.000

25.000

25.000

28.500

28.500

31.500

31.500

37.000

37.000

22.500

22.500

22.500

22.500

28.500

30.000

30.000

30.000

33.500

33.500

36.500

36.500

42.000

42.000

20"Proyección

25.000

25.000

25.000

29.000

29.000

32.000

32.000

36.500

36.500

38.500

38.500

42.500

48.000

48.000

48.000

56.500

Flecha Motríz Lubricación Aceite

Tubo 120"

Niple N

Flecha Motríz 120"

Cabezal C

Motor M

BOMBASBOMBAS

RRPag. 22

4.3 ANALISIS DE EMPUJE AXIAL Y JUEGO AXIAL (ESTIRAMIENTO)

La flecha de la columna de la bomba (no la de los tazones), experimenta un fenómeno de estiramiento, debido a que los impulsores producen una reacción ó empuje hacia abajo, asi como por el efecto del peso mismo de la flecha de la columna, por lo cual debemos calcular este fenomeno, para por medio de la tuerca de ajuste compensar dicho estiramiento y eliminar el peligro de que dichos impulsores arrastren sobre el tazòn así como para que nuestros impulsores trabajen en el lugar optimo de eficiencia .

Para poder sacar el estiramiento tenemos que observar la tabla No. 8

ESTIRAMIENTO

Este estiramiento. depende de tres cosas básicamente.

a) El empuje hacia abajo ejercido por el impulsor al estar en funcionamiento, el cual depende de la C.D.T., la geometría y el peso del impulsor.

b) El largo de la flecha de la columna.

EXPLICACION DEL USO DE LA TABLA

Para obtener el empuje axial del impulsor nos vamos a la tabla 5, y con la C.D.T. (calculada en el paso 2), y el No. de pasos, obtenemos el empuje total hacia abajo que soporta la flecha de la columna en conjunto, es decir:

HT= (Empuje axial x CDT) + (peso del impulsor x No. de pasos)

El resultado de está operación es el empuje hacia abajo, solo falta considerar el peso mismo de la flecha, lo que obtenemos directamente de la tabla No 7, multiplicando el peso de una flecha, por el numero de flechas que tiene la bomba.

Luego la tabla 8 nos relaciona la carga axial total y el diámetro de la flecha, obteniendo el estiramiento por cada 100 pies, y así obtenemos el estiramiento total.

226.8

272.1

362.8

454.0

544.0

635.0

725.7

816.5

907.2

1,088.6

1,270.0

1,451.5

1,632.9

1,814.4

1,995.8

2,177.2

2,358.7

2,540.0

2,721.6

2,948.3

3,175.0

3,401.9

3,628.7

4,082.3

4,535.9

5,443.0

6,350.0

7,257.0

8,165.0

9,072.0

9,979.0

10,886.0

11,793.0

12,701.0

13,608.0

14,515.0

500

600

800

1,000

1,200

1,400

1,600

1,800

2,000

2,400

2,800

3,200

3,600

4,000

4,400

4,800

5,200

5,600

6,000

6,500

7,000

7,500

8,000

9,000

10,000

12,000

14,000

16,000

18,000

20,000

22,000

24,000

26,000

28,000

30,000

0.047

0.056

0.075

0.094

0.112

0.131

0.150

0.169

0.187

0.225

0.262

0.026

0.032

0.042

0.053

0.063

0.074

0.084

0.095

0.105

0.127

0.148

0.169

0.190

0.211

0.240

0.253

0.274

0.018

0.022

0.030

0.037

0.045

0.052

0.060

0.067

0.075

0.090

0.105

0.119

0.135

0.150

0.164

0.179

0.194

0.209

0.224

0.243

0.260

0.012

0.014

0.019

0.024

0.028

0.033

0.038

0.042

0.047

0.056

0.066

0.085

0.094

0.103

0.113

0.122

0.131

0.141

0.153

0.164

0.176

0.188

0.211

0.234

0.281

0.009

0.011

0.015

0.019

0.022

0.026

0.030

0.033

0.037

0.044

0.052

0.059

0.067

0.074

0.081

0.089

0.096

0.107

0.111

0.120

0.129

0.139

0.148

0.167

0.185

0.222

0.259

0.296

0.007

0.008

0.011

0.014

0.017

0.020

0.022

0.025

0.028

0.034

0.039

0.045

0.051

0.056

0.062

0.067

0.073

0.079

0.084

0.091

0.098

0.105

0.112

0.126

0.140

0.168

0.196

0.224

0.252

0.280

0.006

0.009

0.011

0.013

0.015

0.018

0.020

0.022

0.026

0.030

0.040

0.044

0.048

0.053

0.057

0.062

0.066

0.071

0.077

0.082

0.088

0.098

0.110

0.132

0.154

0.176

0.198

0.220

0.242

0.264

0.286

0.009

0.011

0.012

0.014

0.016

0.018

0.021

0.025

0.028

0.032

0.036

0.039

0.043

0.046

0.050

0.053

0.058

0.062

0.067

0.071

0.080

0.089

0.106

0.124

0.142

0.160

0.176

0.195

0.213

0.230

1.9 cm

3/4"

2.54 cm

1"

3.01cm

1-3/16"

3.81cm

1-1/2"

4.28 cm

1-11/16

4.92 cm

1-15/16"

5.5 cm

2-3/16"

6.19 cm

2-7/16"

ALARGAMIENTO DE FLECHAEN PULGADAS POR CADA 100 PIES (30.4) MTS. DE FLECHA

TABLA No. 7TABLA No. 8

DIAMETRO DE LA FLECHA

KGS

Resultados obtenidos

Por medio de la ecuación:

H.T. = (Empuje axial x C.D.T.) +

(peso del Impulsor x No. de pasos)+Peso de las flechas

En donde:

E = Alargamiento (Pulg)

L = Largo de la flecha (pies)

e = Modulo de elasticidad (29,000,000)

H.T. = Carga Axial (Lbs)

G.S.A. = Sección area de flecha (Pulg )

L x 12 x H.T.

L x 12 x H.T.

e x G.S.A.

29,000,000 x Area de la flecha

Datos optenidos de las curvas de operación

Pi x d E2. =G.S.A

4

1 Pie = 12 Pulg.

1 Kg = 2.20 Lbs.

1 Pulg. = 2.54 Cm

1 Mt = 3.28 PiesEQUIVA

LENCIA

S

LBS

CARGA AXIAL

PESO DE 10' DE FLECHA Y COPLE (Kg.) 7.05 12.50 17.68 28.26 35.91 47.65 59.33 73.67

E =

E =

BOMBASBOMBAS

RRPag. 23

PASO 5

DETERMINACION DEL CABEZAL DEDESCARGA

PASO 6

CALCULO DEL ELEMENTO MOTRIZ

Este es de acuerdo al diametro del tubo utilizado.

Sus partes son: Estopero, prensa empaque, empaque grafitado, bridas tanto succión como descarga

Y en lubricación aceite ademas de estos elementos también lleva estrella, deposito y conexiones.

El elemento mótriz es el motor que dara la potencia para poner a funcionar el equipo de bombeo, puede ser eléctrico o de combustión interna.

Lo debemos escoger de acuerdo al caballaje que consume nuestro equipo y tomando en cuenta las perdidas mecánicas en las flechas y nunca limitado, pues corremos el riezgo de forzarlo.

Tapa tuerca cubierta (estrella)

Casquillo chumacera

Casquillo chumacera

Empaque tuerca cubierta

Empaque tuerca cubierta

Anillo prensa-empaque

Anillo prensa-empaque

Empaque grafitado

Empaque grafitado

Tuerca cubierta

Cubierta superior

Brida de descarga

Brida de descarga

Brida de succión

Brida de succión

DEPOSITO DE ACEITE

Lubricación manual

CABEZAL DE DESCARGA LUBRICACION ACEITE

CABEZAL DE DESCARGA LUBRICACION AGUA

Metalizado

BOMBASBOMBAS

RRPag. 24

PASO 7

CONSIDERACIONES DE INGENIERIA

7.1.- ANALISIS DEL NPSH. (CARGA NETA DE SUCCION POSITIVA)

Este punto es para obtener algunos datos criticos de diseño en el equipo de bombeo, que siempre hay que

tomar en cuenta en lo que respecta a condiciones de operacion y diseño.

El NPSHR requerido.- Es la carga neta positiva absoluta requerida en metros, que debera existir en la succión de la bomba para prevenir la vaporización ó cavitación del fluido.

Esta cantidad de carga en metros depende del diseño y geometria del impulsor y lo define el fabricante en sus curvas de operación. Dicha carga varia de acuerdo al gasto y es basada en agua clara y con una gravedad especifica de 1.0

El NPSHD disponible.- Es la carga neta Positiva absoluta que se dispone en metros en la succión de la bomba, si esta es menor que la requerida se tendra el problema de vaporizacion o cavitacion en el sistema.

Esta carga disponible depende de las condiciones de como este operando la bomba, mas que de la bomba misma,

Estas condiciones de operación a las que nos referimos son: presión atmosférica a la altitud de instalación, temperatura del agua a bombear, la sumergencia de la

Para obtener el NPSH requerido, existe una curva que se encuentra dentro de las curvas de operación, en la parte inferior de estas.

El valor en metros, lo encontramos trazando una linea vertical partiendo del gasto en dirección a la curva y de este punto trazamos una linea horizontal y obtenemos el NPSH requerido.

El siguiente paso es obtener el NPSHD (NPSH Disponible) qu se calcula de la siguiente manera.

Para obtener dicho NPSHD, se debe siempre tomar un punto de referencia constante; en el que se haran las mediciones de presión o carga en metros ya sea, a favor (+), o en contra (-), que en el casode las bombas verticales se toma como punto de referencia la entrada de agua en el primer impulsor de la bomba.

+NPS H A= 1 + 2 3 - 4 - 5

=L/10mt

=Perdidas por fricción

en la succión, en mts.

=Presión de vapor del

agua a la temperatura

de bombeo.

1 a) =PATM

4

5

3

2Q (MTS) HV= 4(D x 5.04)

2

2

3

4

.- Carga de velocidad en metros de agua en la

succion. (Normalmente es despreciable).

.- Carga estatica en mts. sobre o bajo el nivel del

primer impulsor. Siendo esta carga positiva si el

nivel del liquido esta sobre el impulsor o negativa si

esta bajo el nivel de primer impulsor. (Sumergencia

ó Desnivel)

.- Todas las perdidas por fricción en metros

incluyendo valvulas y accesorios que hubiera

entre el primer impulsor y la conducción de succión

BOMBASBOMBAS

RRPag. 25

-100

-500

0

+500

+1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

6500

7000

7500

8000

8500

9000

9500

10 000

15 000

-304.8

-152.4

0.0

+152.4

304.8

457.2

609.6

762.0

914.4

1066.8

1219.2

1371.6

1524.0

1676.4

1828.8

1981.2

2133.6

2286.0

2438.4

2590.8

2743.2

2895.6

3048.0

4572.0

31.0

30.5

29.9

29.4

28.9

28.3

27.8

27.3

26.8

26.3

25.8

25.4

24.9

24.4

24.0

23.5

23.1

22.7

22.2

21.8

21.4

21.0

20.6

16.9

788

775

760

747

734

719

706

694

681

668

655

645

633

620

610

597

587

577

564

554

544

533

523

429

15.2

15.0

14.7

14.4

14.2

13.9

13.7

13.4

13.2

12.9

12.7

12.4

12.2

12.0

11.8

11.5

11.3

11.1

10.9

10.7

10.5

10.3

10.1

8.3

35.2

34.6

33.9

33.3

32.8

32.1

31.5

31.0

30.4

29.8

29.2

28.8

28.2

27.6

27.2

26.7

26.2

25.7

25.2

24.7

24.3

23.8

23.4

19.2

213.8

212.9

212.0

211.1

210.2

209.3

208.4

207.4

206.5

205.6

204.7

203.8

202.9

201.9

201.0

200.1

199.2

198.3

197.4

196.5

195.5

194.6

193.7

184.0

05

101520253035404550556065707580859095

100

0.06230.0890

0.1250.1730.2380.3230.4320.5730.7520.9771.2571.6052.0312.5503.1773.9314.8295.8947.1498.619

10.332

0.200.290.410.570.781.061.421.882.473.204.125.276.668.37

10.4212.9015.8419.3423.4628.2833.90

PIES METROSPLG. HG MM. HG

LEC. BAROMETRICA PRESION ATMOSF.

PSI PIES AGUA

PUNTO DE EBULLISiON DEL AGUA (ºF)

TEMP.ºC

PRESIONMTS. H2O PIES H2O

LE

CT

UR

AS

BA

RO

ME

TR

ICA

S Y

PR

ES

ION

AT

MO

SF

ER

ICA

CO

RR

ES

PO

ND

IEN

TE

S A

DIF

ER

EN

TE

S A

LT

ITU

DE

S

TABLA DE PRESION DE VAPORIZACION DEL AGUA

A DIFERENTES TEMPERATURAS

1 .- a) Presión atmosférica (PATM)en metros en el lugar de instalación la cual depende de la altura sobre el nivel del mar en el lugar de instalación. Se adjunta tabla.

b) En el caso de que el punto de succión en el primer impulsor fuera un tanque a presión

(en el caso de bombas enlatadas o levantadoras

de presión) al valor del inciso a) debera agregarse la presión del tanque, es decir que esta presión nos incremetaria el NPSHD.

5 .- Presión de vapor del agua bombeada a la

temperatura del agua bombeada, expresada en

mts de carga (adjuntamos tabla).

Sumando y restando los c inco e lementos

mecionados anteriormente obtenemos el NPSHD

el cual debera siempre ser al menos un metro

mayor que el NPSHR para no tener problemas de

cavitación.

Si esto no sucediera, deberan cambiarse las

condiciones de operación de la bomba y la manera

mas fácil de hacerlo es generando sumergencia en

el primer impulsor, cuando las condiciones lo

permitan

Debido a la discusión anterior, la temperatura, la

gravedad especifica y el nivel de sumergencia

requerido tiene una gran importancia ya que si la

bomba no se encuentra con un NPSH disponible

mayor que el NPSH requerido, se tendra el

fenomeno de cavitación, el cual hace que por

condiciones de presión y temperatura dentro del

impulsor, se generen burbujas dentro del mismo,

que al pasar a una zona de baja a una de alta

presión estallan, generando datos importantes al

impulsor y al funcionamiento de la bomba en

BOMBASBOMBAS

RRPag. 26

SECCION 3

EJEMPLO DE CALCULO

PASO l Definición de datos:

Gasto = 30 LPS Nivel Dinámico = 30 Mts. Diámetro de ademe = 14" Tipo de Lubricación = Por agua Tipo de impulsor = CerradoVelocidad de operación = 1,760 RPM Gravedad especifica = 1.0 Temperatura = 301 C Altitud = 1,760 S.N.M Presión de operación = 3.0 kg/cm2 Datos adicionales: Conducción de 1,000 mts en tubo de 8" y un desnivel de 6 mts desde el cabezal de descarga al punto de descarga del agua.

PASO 2 Calculo de la C.D.T.

PASO 3 Calculo del ensamble de tazones.

3.1 - CALCULO DE LA CARGA REAL POR PASO Y DEL No. DE PASOS.

C.D.T. = 30 mts (nivel dinamico) + 6.0 mts (elevacion topografica) + 1.27 mts (friccion en la columna = 3.20 mts. x 39.65 mts. de col /l00 Tabla 2 pag.7) + 4. 1.0 mts (friccion en la descarga .41 x l000/100 pag. 6) + 30 mts. (presion de operacion 3.0 kg/cm2 x 10) Por lo tanto: C.D.T. = 71.37 mts

Lo primero que hacemos es definir el no. de tramos, lo cual hacemos una aproximacion inicial de 10 mts. adicionales al nivel dinamico y con la tabla 4 de la pag. 11 se propone un diametro de tuberia de columna de acuerdo al gasto de diseño.

En nuestro caso escogemos 13 tramos (39.65 mts) de columna y 6" de diametro.

Con esta informacion procedemos al calculo de la carga dinamica total.

Con el gasto de diseño 30 1.p.s. busco en las curvas de operación el mas eficiente, en este caso 10 ms-l c, con su curva de operación obtengo los siguientes datos: Carga por paso = 12.57 mts.Eficiencia = 80.58 %Potencia por paso = 6.13 HP No. de pasos= 71.37/1 2.57 = 5.68 o sea 6 pasos. Puntos de eficiencia a quitar = 3% por tazon no esmaltado y por no. de pasos no hay necesidad de quitar ningun punto en eficiencia.

Con esta informacion procedemos a obtener el factor de correción en la carga por paso: Fl = (80.5-3.0)/80.5 = 77.58/80.5 = 0.96

Para el factor de corrección por densidad ó gravedad especifica:

F2 = 1.0 es decir no hay necesidad de corregir por gravedad especifica dado que esta es 1.0

Por lo que la carga ajustada por paso sera:

12.57x 0.96 = 12.07 mts/paso

Y el no. de pasos ajustado sera = 71.37/1 2.07 = 5.91 pasos o sea 6 pasos.

Y la carga que nos dara este ensamble de tazones sera :

6 x l 2.07 = 72.42 mts.

Lo cual excede ligeramente la C.D.T. de diseño que es 71.37 mts.

BOMBASBOMBAS

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Si esta carga excediera demasiado de la C.D.T. de diseño, debemos pensar en la opción de recortar el impulsor, para lo cual seguimos un proceso inverso es decir dividir la C.D.T. entre los 6 pasos 71.37/6 = 11.90 mts por paso, ajustamos la carga por los puntos de eficiencia a restar, dividiendo entre el factor de eficiencia Fl mencionado arriba es decir 11.90/.96 = 12.39 mts/paso. En lugar de 12.57 mts/paso en diametro nominal.

Ahora intersecto en la curva de operación los 30 L.p.s. Con los 12.39 mts y obtengo un punto

ligeramente abajo de la curva de diámetro nominaly hago una interpelación entre el diametro de Curva nominal, el punto de operacion y diametro de Curva mas cercana hacia abajo, diámetros que obtengo de la curva de operacion.

Tendremos también que hacer dicha interpolación en la potencia viendo tambien las curvas de potencia, dando esta Potencia por paso menor a la de diametro nominal o de curva no. 1.

Con la potencia por paso solo la multiplico por el no. de pasos: 6.13 hp's x 6 pasos = 36.78 HP Ahora, calculamos las perdidas en la flecha, tomando en cuenta que son 130 pies de columna

y con la tabla "B" pg. 13 0.53xl3O/lOO = 0.69 hp's.

Por lo que la potencia total consumida por la bomba es: 37.47 HP

Este estiramiento se calculo con la tabla No 8 de la pag. 22.

Aqui vemos en la tabla no. 5 que el modelo l0ms cuenta con una flecha de 1 3/16"; la bomba consume 37.47 hp's de acuerdo a la tabla No. 6 y 7 pg's 15 y 16, dicha flecha nos resiste perfectamente.

En caso de un analisis fino o en casos extremos de

ensambles de tazones de muchos pasos, es

necesario ver la explicacion de las pag's 14 y 16 de

este manual de diseño.

3.2 CALCULO DE LA POTENCIA CONSUMIDA

3.3 ANALISIS DE LA FLECHA DE TAZONES

4.1 TUBO DE COLUMNA.

4.2 TRANSMISION

4.3 ANALISIS DEL EMPUJE AXIAL Y ESTIRAMIENTO DE LA FLECHA.

De hecho el tubo de columna ya lo seleccionamos al calcular la fricción en la columna con la tabla no.4, solo lo confirmamos y es de 6". En caso que la fricción fuera excesiva pudimos haber seleccionado un diámetro mayor.

Debemos checar que la descarga del cuerpo de

tazones ensamble con la columna, esto lo vemos en

el cuadro de especificaciones de tazones, tabla 5 que

en el caso del 1Oms-2c es 6" por lo que si hay un

ensamble correcto de otra manera se tiene que

recurrir a conecciones especiales (reducciones)

para hacerlo ensamblar.

PASO 4

De acuerdo a la tabla 7 y con la velocidad de operacion (1,760 RPM) vemos que debemos tener flecha de 1" que resiste hasta 50 hp y nosotros

solo consumimos 37 hp. La transmision motriz debera ser del mismo diámetro 1".

El empuje axial de un ensamble 1Oms-2c de 6 pasos con 69.27 mts de carga asi como el peso de los impulsores y las flechas seran de acuerdo a la tabla siguiente:

6.2 kg/mt x 69.27 mt = 429.47 0.050

5.4 kg/Impulsor x 6 Impulsores = 32.4 12.50 kg/flecha x 13 tramos = 162.9 Total = 194.9 despreciable

Empuje AxialKg

Estiramiento Pulg

BOMBASBOMBAS

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que tenerlo en cuenta cuando hagamos el ajuste inicial de los impuisores para compensar dicho estiramiento y dejar un espacio adicional entre y el impulsor y el tazón para evitar que exista rozamiento.

El estiramiento por concepto del peso de la flecha es lo que hay que "levantar la transmision" con la tuerca de ajuste antes de arrancar, pero el estiramiento por el empuje axiai de los impulsores existe cuando la bomba está en operación ya hay

Tendra que ser del mismo diametro de la columna, en este caso 6" por lo que debera ser 6 X 6Xl6 l/2, que significa 6" de succion 6" de descarga y 16 l/2"

del plato del ensamble del motor eléctrico o cabezal de engranes.

PASO 5 Cabezal de descarga

PASO 6 Consideraciones del NPSH

PASO 7

COTIZACION FINAL

En nuestra curva de operación aparece la grafica de NPSH requerido, en este caso en 30 Lps es de 2.87 mts. solo debemos calcular el NPSH disponible el cual tendra que ser mayor para evitar la cavitación. Carga a favor:Presion atmosférica a 1760 mts s.n.m. = 31.8 pies x .3048 = 9.69 mts

Carga de velocidad = 30 x 30 /(6*4)*5.04 = 0.14 mts Normalmente este termino es despreciable.

Sumergencia de la bomba =39.65-30.0 = 9.65 Mts (Long.columna-nivel dinamico)

Suma de cargas a favor = 9.69 +.l 4 + 9.65 = 1 9.48 mts

Carga en contra:Presion de vapor a la temperatura de bombeo = .432 mts. a 30ºC

Fricciones en la succion = no hay pues normalmente no hay accesorios en la succion excepto el colador de fabrica que se considera despreciable tal friccion.

Suma de cargas en contra = .432 mts Entonces el NPSH disponible es:

= 19.48 - .432 = 19.05 Mts.

Por lo que es mayor que el requerido no hay ningun problema de cavitación.

cálculo bombas verticales

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