capituli ix bombas

5/20/2018 Capituli IX Bombas

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERA QUMICA

TEMA : TURBOMQUINAS HIDRULICAS

CICLO : VII

PROFESORA : Ing. Zoila Daz Crdova


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TURBOMQUINAS HIDRULICAS

Una mquina es un transformador de energa, es

decir absorbe energa de una clase y restituye

energa de otra clase (un motor elctrico por

ejemplo absorbe energa elctrica y restituye

energa mecnica).

Las mquinas se clasifican en 3 grupos:

- Mquinas de fluidos.

- Mquinas herramientas

- Mquinas elctricas.


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Las mquinas hidrulicas pertenecen a un grupo

muy importante llamado de fluido, el fluido obien proporciona la energa que absorbe la

mquina (como el caudal de agua que absorbe

una tubera, posee una energa geodsica o deposicin, proveniente de un embalse que la

mquina transforma en energa mecnica) o bien

aquellos en que el fluido es el receptor de energaal que la mquina restituye la energa mecnica

absorbida.


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En toda mquina de fluido hay un intercambio

entre energa de fluido y energa mecnica (porejemplo, el agua sale de la bomba con ms

presin que la que tena a la entrada de la

misma; porque la bomba ha restituido al agua laenerga absorbida por el eje).

Las mquinas de fluido se clasifican en mquinashidrulicas y mquinas trmicas.


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Se entiende por mquina hidrulica como aquella

en el que el fluido es agua, sin embargo el

nombre no es apropiado ya que la turbina de

vapor funciona con agua y no es una mquina

hidrulica si no trmica. Por el contrario el

ventilador impulsa aire no agua es una mquinahidrulica aunque no bombee agua.

Mquina hidrulicaes aquella en que el fluido queintercambia su energa no vara sensiblemente de

peso especfico a travs de la mquina.


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Mquina trmicaes aquella en que su peso especifico a travs de

la mquina vara.En turbo compresor por el contrario, se debetener en cuenta la variacin del volumenespecfico del aire a travs de la mquina, por loque se considera una mquina trmica. Es unamquina trmica cuya razn de compresin esgrande, supera a los 1000 mm c.a.

Turbomquinas hidrulicasUna bomba es una turbomquina generadorapara lquidos. La bomba absorbe energamecnica y restituye al lquido que la atraviesa

energa hidrulica.


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Las bombas se clasifican en:1. Bomba rotodinmicas.2. Bombas de desplazamiento positivo


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BOMBAS

DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO ROTODINAMICAS

DE EFECTOESPECIAL

CENTRFUGASROTATORIAS RECIPROCANTES

DE DIAFRAGMA

DE PISTON,EMBOLO

DE VAPORDE DOBLE ACCION

DE POTENCIA


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Bomba de lbulos dobles. Bomba de engranajes.

Bomba rotodinmica axial Bomba centrfuga de 5 etapas.
http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Centrifugal_5.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Axial_2.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Rotary_piston_pump.svghttp://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Gear_pump.png


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1)Bombas retodinmicas.- Estos son siemprerotativos. Su funcionamiento se basan en la

ecuacin de Euler y su rgano transmisor deenerga se llama rodete.Se llama tambin rotodinmicas por que sumovimiento es rotativo y el rodete comunica

energa al fluido en forma de energa cintica.

2)Bombas de desplazamiento positivo.A estegrupo no solo pertenecen las bombas

alternativas si no las rotativas, llamadosrotoestticas; pero en ellos el rodete se basa enel principio de desplazamiento positivo.


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Las bombas retodinmicas se clasifican :1) Segn la direccin del flujo: bomba flujo axial,

radial y flujo mixto.2) Segn la posicin del eje bomba de horizontal,vertical o inclinada.

3)Segn la presin engendrada : baja presin,

media presin y alta presin.4)Segn la entrada del flujo a la bomba. Simple

aspiracin y de dobe aspiracin.5)Segn el nmero de rodetes de un

escalonamiento o de varios escalonamientos.dentro de los cuales las bombas centrfugas sonlos ms utilizados por las diferentes ventajasque ofrece frente a las pocas desventajas.


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Bombas centrifugasSon los ms utilizados por las diferentes ventajasque ofrece frente a las pocas desventajas.

Las bombas centrfugas son de gran versatilidad,bajo costo, fcil diseo y operacin ymantenimiento, por lo que resulta la ms indicadaen la mayora de los casos. Puede proporcionarcaudales variables desde algunos l/min hastavarios miles de m3/min. Segn el tipo de lquido a

bombar se elige un tipo u otro de rodete,construyndolo adems del material adecuado.

.


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Los rodetes pueden ser cerrados o abiertos, semiabiertos o de flujo mezclado. Los primeros estn

formados por 2 discos paralelos entre los que seencuentran los labes soldados a sus caras. Losrodetes semiabiertos constan de un disco conlabes en una de sus caras.

Los rodetes abiertos, los alabes estn con elsoporte imprescindible para su sujeccin y los de

flujo mezclado disponen de unos labes especialesque proporcionan adems de flujo radial, un flujoaxial.


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Elementos Constitutivossalida

difusor

empaquetadura

Brida de impulsin

Voluta

rida de aspiracin

Anillo de desgaste

entrada

eje

rodete

Bomba Centrfuga


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Bomba Centrfuga (de voluta)


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1) Rodete que gira solidario con el eje de la

mquina alli se imparte energa al fluido en

forma de energa cintica y energa de presin.

2) Corona directrz recogen el lquido del rodete

y transforma la energa cintica comunicado

por el rodete en energa de presin, ya que laseccin de paso aumenta en esta corona en la

direccin del flujo.


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3) Caja aspiral, transforma tambin la energa

dinmica en energa de presin y recogeadems con prdidas mnima de energa el

fluido que sale del rodete conducindolo hasta

la tubera de salida o tubera de impulsin.

4) Tubo difusor tronco cnico, realiza a una

tercera etapa de difusin o sea la

transformcin de energa dinmica en energade presin.


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Dnde empieza y dnde determina la mquinaSecciones de entrada (e)Secciones de salida (s)

E

z

z

E

Vlvula de

compuerta

Vlvula de pie

Panel de manmetros

Tubera

de

cebado

Llave de purga

de aire

2

z

s

Reductor

Vlvula de

compuerta

Vlvula de

retencin

z

2

Instalacin de una bomba centrfu a


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La seccin de entrada de una bomba, se tomaantes de la brida de conexin del tubo (E). La

seccin de salida se toma despus de la brida deconexin del tubo de impulsin seccin (S). Todaslas prdidas de energa que tiene lugar entre lassecciones e y s son imputables a la bomba y

disminuye el rendimiento de la misma, pero lasprdidas que tiene lugar antes de la seccin E (esel tubo de aspiracin y despus de la seccin S enel tubo de impulsin son imputables a lainstalacin y disminuye el rendimiento de lainstalacin no de la bomba.


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El Sistema Difusor

La voluta sencilla permitefuerzas radiales

desequilibradas

Los labes de gua deldifusor mejoran la

eficiencia


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El Sistema Difusor

El sistema difusor de una bomba consta de 3elementos:- Corona directriz.- Caja aspiral- Cono difusor

El papel de estos tres elementos es el mismo,

transformador la energa dinmica que d elrodete en energa de presin con el mnimoposible de prdidas.


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Cebado de una bomba

Las bombas centrfugas no son autocebantes. Lasbombas de embolo y rotativos, todas las dedesplazamiento positivo si.

El fundamento de la explicacin es que en losprimeros el principio de funcionamiento es la Ec.de Euler y los segundos al principio de

desplazamiento positivo.


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En efecto, las bombas rotodinmicas funcionan

con un n(rpm) determinado, proporcionan una

altura H mxima que generalmente coincide con elpunto para el cul Q=0. Esta ltima segn Euler

no depende de la r del fluido, asi por ejemplo

una bomba de agua que d una altura mxima de100m dar esa misma altura si esta lleno de aire o

lleno de agua, pero si la bomba est lleno de aire

el incremento de presin creado por la bombaser:

DP= raireH =1,2x100 m =120Kg/m2=120 mm.c.a.


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Que no sera suficiente para que subiera el agua

por la tubera de aspiracin.

Si la bomba estuviera llena de agua (bomba de

cebado) el incremento de presin creada por la

bomba sera- El cebado puede hacerse mediante una bomba

de vaco.

DP= g O

H =1000Kg/m2 x100m = 100 m.c.a, la

bomba podra aspirar.


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Instalacin de una bomba.- defincin de altura

monomtrica,

- Una Vlvula de pie con alcachofa.

- Dos vlvulas de compuerta ,de la segunda no se

puede prescindir porque sirve para la regulacin

del caudal de la bomba.

- Vlvula de retencin en la impulsin impide el

retorno del fluido, cuando la bomba se para.

Es imprescindible, si la tubera de impulsin es

muy larga o se encuentra a gran presin.


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- El reductor en la aspiracin. Para mejorar la

aspiracin de la bomba y evitar la cavitacin se

aumenta a veces el fde la tubera de aspiracin.La reduccin evita la formacin de bolsas de aire

en la parte superior.

Para el estudio de la bomba y de la instalacin esimportante considerar las secciones siguientes:

Secc 1 Secc E

Secc 2 Secc S


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Una instalacin consta de una serie de metros de

tuberas y de accesorios, en los tramos rectos hay

prdidas primarias y en los accesorios prdidassecundarias. El conjunto de estas prdidas

constituyen las prdidas exteriores de la bomba

Hrextadems se originan prdidas de superficie yde forma en el interior de la bomba Hrint.

Ec. de Euler de Bombas

g

uCuuCuHt

1122


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Donde 1 y 2 se refieren a la entrada y salida del rodete.u = velocidad circunferencial del rodeteC = velocidad absoluta de una partcula de

fluido a la entrada de un alabe.

w= velocidad relativa a la entrada


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Las tres velocidades se relacionan, segn la

mecnica del mov. relativo por la ec. vectorial

C1= w1+ u1

Definicin de altura monomtrica

Hm es la altura til de la bomba, o sea la altura

terica Htmenos las prdidas en el interior de la

bomba Hrint.Hm= HtHrint


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1 expresin de Altura manomtrica

gVZPH

gVZP ss

see

e

22

22

gg

g

VZ

P

g

VZ

PH ee

ess

sm

22 gg


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Esta diferencia es el incremento de altura til

comunicada por la bomba al fluido.

Por tanto la altura monomtrica es igual al

incremento de presin que experimenta el fluido

en la bomba + el incremento de altura geodsica+ el incremento de altura dinmica.

g

VVZZ

PPHm sses

es

2

22

g


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El trmino Zs Ze suele ser pequeo

El trmino suele ser pequeo

En algunos casos y muy aproximadamente se

tiene

Hm es igual a la lectura del monmetro. La

primera expresin Hm mira la bomba misma y estil para calcular Hm en una bomba en

funcionamiento, leyendo Me + Ms y midiendo el

caudal para calcular las velocidades.

esesm MMPP

H

g

g

VeVs

2

22


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La segunda expresin de Hm se deducira en la

seccin siguiente, mira la instalacin y es til para

calcular Hm estudiando el proyecto mismo de

instalacin con miras a encargar la bomba ms

adecuada para la instalacin que se proyecta.

Una bomba de agua que proporciona 1200 m3/h

tiene una tubera de aspiracin de 16 y una de

impulsin de 15.


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El vacumetro conectado en la tubera de

aspiracin situado a 80 mm por debajo del eje de

la bomba marca una presin de 2 m.c.a. por

debajo de la p. atmosfrica y el manmetro

situado a 500 mm por encima del eje de labomba marca una presin de 12 m.c.a.

gVeVsZZPP

H esesm 2

22

g

s/m,Q 3

33303600

1200

s/m,V 92521 5722

2 ,V


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m,),,(),,()(Hm

6014337404362008050212

mPP

H esm 14

g


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Deduccin de la Ec. de Euler

Para ello haremos un corte transversal al rodetede una bomba centrfuga y se har el siguienteanalisis.

La bomba al girar crea una succin en el rodetey el fluido penetra en el interior de la bomba.


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Sea C1 la velocidad absoluta de una partcula de

fluido a la entrada de un labe. El rodete

acciondado por el motor de una bomba gira a una

velocidad n,rpm. En el punto 1 el rodete tiene una

velocidad circunferencial. Con relacin allabe el fluido se mueve con una velocidad w1

llamada velocidad relativa a la entrada. Las tres

velocidades se relacionan c1, u1, w1, segn la

mecnica del movimiento relativo por la ecuacin

vectorial.

601

1

nD

u


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111

uwc

Suponemos que el labe (o su tangente) tiene la

direccin del vector w1 con lo que las partculas

entran sin choque en el labe, las partculas

guiadas por el labe sale del rodete con unavelocidad relativa a la salida w2que ser tangente

en el labe en el punto 2. La misma composicin

de velocidades a la Ec anterior. Nos proporciona la

velocidad absoluta a la salida C2


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222

uwc

Donde u2

= velocidad del rodete a la salida

La partcula de fluido ha sufrido, pues en su paso

por el rodete en cambio la velocidad de c1a c2.

En rgimen permanente todo un hilo de corriente

de caudal dQ sufrir la misma desviacin de la

partcula que acabamos de describir.Al teorema de la cantidad de movimiento

corresponde en el movimiento circular el teorema

de momento cintico o del momento de cantidad

En efecto la ecuacin )v(QF Dr


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En efecto, la ecuacin

Expresada en forma diferencia ser

Tomando momento a la ecuacin en relacin al eje de

la mquina. Tenemos:

dM = dQ (l2c2l1c1)

Donde:

dM = momento resultante con relacin al eje de lamquina de todas las fuerzas que el rodete ha

ejercido. Sobre el filamento de corriente considerado

para hacer variar su momento cintico.

)CC(QddF 12

r

)v(QF Dr

dQ = caudal de filamento l l = brazos de


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dQ = caudal de filamento l2 l1 = brazos de

momento de los vectores C2C1.

Suponemos ahora que todas las partcula de fluido

entran en el rodete a un dimetro D1con la misma

velocidad C1y salen a un dimetro D2con la mismavelocidad C2. Esto equivale a esperar que todos los

filamentos de corriente sufran la misma desviacin,

lo cual a su vez implica que el nmero de labes esinfinito para que el rodete gue al fluido

perfectamente.


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Aplicando esta hiptesis de # infinito de labes,

al hacer la integral de la Ecuacin, el parntesis

del segundo miembro ser constante.

Donde M = momento total aplicado al fluido.

Q= caudal total de la bomba.

M

)ClC(lQM1122

r

111 cosrl

222 cosrl

)Ccosrcosr(wQMwN11122

r


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Donde: (velocidad angular

del rodete mol/seg.

Este momento es igual al momento motor, el

cual multiplicado por w ser igual a la potencia

de accionamiento de la bomba en ausencia de

prdidas mecnicas toda la potencia del eje se

transmite integramente al rodete y al fluido por

tanto.

60

2 nw


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Ahora bien llamado Ht al incremento de energa

especfica que el fluido experimenta en la

bomba, o sea energa por unidad de peso

Kg/kg=n y siendo Qr el caudal en peso Kg/s que

atraviesa la bomba, esta comunicar al flido una

potencia.

Ht altura terica de la bomba, porque una parte

de esta energa se perder por rozamiento

hidrulicas.

HcQN r

b d d d d d


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Sin embargo en ausencia de prdidas de dos potencias

Si

Si y

)CcosrCcosr(wQHtQr111222

r

)CcosrCcosr(wQgHtQ111222

rr

11 urw

22 urw

uCcosC111

uCcosC222


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Son proyecciones de C1y C2sobre u1y u2.

que es la ecuacin de Euler para bomba yventiladores.

g

uCuuCutH 111222

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