121 a 1T1113F1 STEORA, DISEO Y APLICACIONES

1

ii

121 11aii5TEORA, DISEO Y APLICACIONES

TERCERA EDICINING. MANUEL VIEJO ZUBICARAY

Premio Adicional de Ingeniera Mecnica y Elctrica.Priatsor titular de las Ctedras dr Turbo-maquinaria. Mquinas Hidruli-cas. Ingeniera Italustrd y Mecnica de Fluidos en la Unirersidad ,VationalAutnoma de J'tico y en la Universidad Iberoamericana.Ex jefe del Departamento de Ingeniera Mecnica 1 Elctrica de la Enc ubadde Ingeniera de la Universidad Nacional Autnoma de :l'xito.Director de la Facultad de Estudios Superiores Cuautitln.Director Adjunto de la. Rectora de la Universidad Panamericana.Director de las fibrica.le turbinas y bombas 1716.1 importantes de :l'xito.Subdirector de Planeacin hJ ablacin de Petrleos Mexicanas.

ING. JAVIER LVAREZ FERNNDEZIngeniero qumico egresado de la Unarrsidad Nacional Autnoma de M-xico.Ex presidente de la Asociatin Mexicano de Fabricantes de Equipo de Rontheo.Wrepresidente de Ventas internacionales de Ruhr immpen. Inc.. con sede enSingapnr.

NORIEGAIle roa IS

LA PTIFEENTACION Y DISPOSICIN EN CON/ORLO DLBOMBASTEORTA, DISEO Y APLICACIONES

SON PII(ALUAD DEI FonerE NiliGuiTs PARTE DE ESTA CANAEVECI E SED DENI011uCLOA O TRAALMATICM. Pon/TANTE NINGRNSISTEMA O NE IODO. Fi rcYnotornomEcmco (ecaerewort FOTOCCPIADO. LA GETARACCIT O CUALQUIER SISTEMA DERECUPERACIN Y ALMACENAMIENTO DE INECI TINACIN). SINCONSPITMENT0 P014 ESCRITO SAL EDITOR.

DERECHOS RESLIWADOS

2004. EDITORIAL LIMUSA. S.A.er C.VGRUPO NORIEGA EDITORESBAI ornAs 95, MEMIC. D.F.C P. 06040

8503 805001(800) 706 91005512 2903limusarCnoviega com mx

1 wwvenottega.com.mx

CANIEM NuM. 121

PRIMERA REIMPRESINDE LA TERCERA UNCIN

HECHO EN MEMO:,ISBN 968.18-6443-3

A la memoria de mis padres s de mi esposo. que meinspiran desde el cielo.

A mis hijas.

A mi nieto.

A mis instituciones de Educacin Superior de di/lxico,Latinoamrica y- Espaa. donde he tenido a mis nuestrosy a mis alumnos r abrumas. Ellos constituyen la riquezade todo autor.

Prlogo

Esta nueva edicin corregida pretende adecuarse a las necesidades del si-glo XXI. Aunque las teoras siguen siendo fundamentales y muchas deellas inalterables en el tiempo. 1 . 1 diseo se hace ahora con la a y uda de laspoderosas computadoras. Eallo ha llevado a modificar %arios captulos.

Considerando que la alta eficiencia y la compelitividad que conllevaeste siglo deben influir en los libros de texto y consulta, esta edicin esms

8 imoi.oco

originales dr Worthington s Solir ha logrado ahora la dr Ilithr i nimpen: atodos ellos nuestro agradecimiento.

Por ltimo, lo uns valioso son las experiencias y aportaciones de cua-renta generaciones de universidades. politcnicos institutos tecnolgicos.ele., tanto de Mxico como de Latinoamrica y Espaa. que han estudia-do o enseado mon este libro que hoy Noriega Editores vuelve a poner a sudistinguida consideracin.

MANUEL VIEJO ZUBICAHAYJAVIER LVAREZ FERNNDEZ

Contenido

Prlogo -

Captulo I Clasificacin de los equipos dr bombeo 1 I

2 Etecificaciones y detalles de consiniecin 33

Teora de la bomba

CAPITULO 1

Clasificacin de los equiposde bombeo

DEFINICION

Un equipo de bombeo es un transformador de energa. Recibe energa mec-nica, que puede proceder de un motor elctrico, trmico, etc., y la convierte enenerga que Un fluido adquiere en imita ale presin, de posicin o de velocidad.

As tendremos bombas que se utilizan para cambiar la posicin de un ciertofluido. Un ejemplo lo constituye una bomba de pozo profundo, que adiciona ener-ga para que el agua del subsuelo salga a la superficie.

Un ejemplo de bombas que adicionan energa de presin seria una bomba en unoleoducto, en donde las cotas de altura, as como los dimetros de tuberas y con-secuentemente las velocidades fuesen iguales, en tanto que la presin es incremen-tada para poder vencer las prdidas de friccin que se tuviesen en la conduccin.

Existen bombas trabajando con presiones y alturas iguales que nicamenteadicionan energa de velocidad. Sin embargo, a este respecto, hay muchas confu-siones en los trminos presin y velocidad, por la acepcin que llevan implcitade las expresiones fuerza tiempo. En la mayora de las aplicaciones de energaconferida por una bomba es una mezcla de las tres, las cuales se comportan deacuerdo con las ecuaciones fundamentales de la Mecnica de Fluidos.

Lo inverso a lo que sucede en una bomba se tiene en una mquina llamadacomnmente turbina, la cual transforma la energa de un fluido, en sus diferentescomponentes citadas, en energa mecnica.

Para una mayor claridad, buscando una analoga con las mquinas elctricas, ypara el caso especfico del agua, una bomba sera un generador hidrulico, en tantoque una turbina sera un motor hidrulico.

Normalmente un generador hidrulico (bomba) es accionado por un motor elc-trico, trmico, etc., mientras que un motor hidrulico (turbina) acciona un gene-rador elctrico.

Tratndose de fluidos compresibles el generador suele llamarse compresor y elmotor puede ser una turbina de aire. r;a: o simplemente un motor trmico.

CLASIFICACION

Siendo tan variados los tipos de bombas que existen, es muy conveniente haceruna adecuada clasificacin. La que se considera ms completa, y que se usar:', eneste libro, es la del "Ityclratilic Instituto", en su ltima edicin. El mencionadoInstituto tiene como miembros a ms de cincuenta compaas fabricantes de equi-pos de bombeo en el mundo entero y se ha preocupado por mantener al da losllamados "standards". A continuacin se muestra esa clasificacin.

13

EngranesLbulosBalancinesTomillos

Impulsor abierto- Impulsor serniabierto

Impulsor cerrado

Dobl e succin Unipaso

Multipase

1 Aulocebontes

{

Simple succin } Cebadas ja,. medios galernos

14 CAPiTUI.0 1

CLASIFICACION DE BOMBAS

Doble accin{ Simple }

Doble

Pistn }

Reciprocantes

Embolo Simple accin}Doble accin

{

SimpleDobleTripleMltiple

Vapor

Potencia

Desplaza-mientopositivo

DiafragmaOpera

{ Simple {Mltiple

AspasPistnRolo? simple Miembro flexibleTornillo

Rotatorias

ec

do p/fluidoOperada mecnicamente

R0101 mltiple

flujo radialFlujo mixto

Centrifugas

Flujo axial Simple succin }Multiposo f { Impulsor abiertoImpulsor cerrado

BOMBAS

Perifricas

Especiales

Unipaso

Multipaso

Electrornagnricat

Aulocoban los

Cebados pia/dios estemos

Dinmicos

La clasificacin anterior, nos permite apreciar la grandiversidad de tipos que existen y si a ello agregamosmateriales de construccin, tamaos diferentes pata ma-nejo de gastos y presiones sumamente variables y losdiferentes lquidos a manejar, etc., entenderemos la im-portancia de este tipo de maquinaria en las siguientes

aplicaciones que se cubren ron detalle en la parte finalde este libro.

Unidamente con el fin de orientarnos mencionaremoslas aplicaciones principales que ilustramos con fotogra-fas.

Fotografas

igura 1 . Bombas para manejo de dame/tics substancia, qum icas.Bombas rotatorias para manejo de aceites. mieles. filtras. etctera.Bomba,. rimadoras de aguas subterrneas.

I. IlcanhaQ a profundidad colocadas a 1.650 metros bajo el nivel de Mielo.Bomba de proceso pata Senici0 pesado, Miar etapa, cdigo API-610 L-nea In.Bomba 41e Innee:41 pura scnicio i >saclo. simple etapa. doble succin.rlltgo AP1-610 Linea J.

7. Bomba de proceso para ser% icio pesado. simple etapa. cdigo API-610Lnea13catilni dr prorso pura sers ir io en la industria qumica. cantiliver. eta-pa sencilla, cdigo ANSI B73.1. hura CPP-21.Bomba de proceso. vertical en lnea. cdigo API-610. lnea sil.

o. Bomba terlical circuladora de moltimapa.Bomba de proceso. ,ertival dr multirtapa. tipo lata. Lnea VIT I/ VMT.Bomba para proceso API-610. Mostrando planes para sello y enfria-miento dr acuerdo al cdigo. Tipo BOA.

13. Ilninha de sirte etapas para olvembirto.I . 1. p il n:os tipos de impulsores usados 1111r las bombas.

Corte de int reactor timlear Munir SI' muestran los sistemas de bombeo.Ifolor de 4:1 toneladas utilizado en las lorbohombas de 68.300 KW tic Inplanta Indroeleeirica de Viandtm. rn la frontera Alemania-Luxemburgo.

I 7. Laboratorio dr pruebas. Caparidad de 6.5 ni 3/seg. Con 10.5 111w de

I R. Bombas de proceso. diseno dr acuerdo con el cdigo API-610.1 9. 1101111/11S centrfugas de ronstruccin horizontal y vertiral. flujo mixto y

axial. Para .seo icio muniripal en plantas de regeneracin y tratamientode aguas negras residnales.

211. Bombas especiales l iara rl rOlillnite de hiel:0110S, diseadas bajo el e ri-Itrio NFPA-211 listada ,. por VI, y aprobadas por FM.

21. Cientos de bombas son usadas en los barcos langur que surcan losmares de tmln el mundo.

alVILA:AS

Figura 1. litnnItas paramanejo de diferentes substan-ias qumicas.

PROCIVC-ICS Al!.

ME YOC 'OS

GASIFICACIN I: 1.0s EQUIPOS DE BONIIIED 17

Figura 2. B01111121`, rotatorias para manejo de aceites. mieles . libras. ele. ((:ortesa Viking Pumps.)

18 1:11411 tul 1

3. lkiriba, rivx:uloa-..!o r rr . - u / d raiu t. 1 4 .1 it ../ ifit:19.1

19CIASIFICW.I0N DE 10 EI.11114>s nomitE0

Figura 1. 11onibas de profundidad (-donadas a 1.6.50 metros llano el nivel del suelo. (Cortesa Suizer.)

20 C %flirt I IIDIFERENTF:> 1041 \ O s

DE MAMA': l'AB 1 NI'l :A \ 1.`n

loadtearialeN. otorbia Mihipuropen.1

Figura 5. Bomba de pron .. pum 11,...1.11.. 111111111 Lipa.

cdigo 11 3 1.41B I foca TM.

Figura 4. Bomba dr pro.,.... para /I clara. doble m'erbio.

cdigo .1P1-610 1 lora I

Figura B.,mba eit para 4 u ...murb viapa.el -mbgeb 11'1-(>10 iota -(

CLASIFICACIN ni: LOS EQUIPOS ni: BOMBEO 21

Figura 8. !Inhiba dr proceso para seo t o EI In industria(pintura. cantitiser. ~pa sencilla. elogo, \ \ ' I B73.1. I flIVZI

1;1\P-21. (Cortesa de Rulupte.

Figura 9. Bend be de in ot n n'In al en Ihwa. cdi-go 11'1610. Roca Srl. (Cortesa de Rubtpuropen.)

Figura II. Bomba de proceso. vertical de mullietapa.tipo lata, Lnea VII u VMT. (Cortesa de Ruhrpumpen.)

Figura 10. Bonihn vertical cUculadord oleiediirtapa.(Cortesa de Ruhrpumpen.)

221:111111.0

1:igtaa 12. I I111 1.1 para pi... n 11 1 1 4,111, Han. ".

ion".o iie ido

rigtti a 1:1 II.. ei. lie. tel.

Cl.tSIFIC .111N IIF. LOS EQI 11 .41S 111. ItinlItIA I 23

Figura 11. I r,en> loro. Jr impuhwr. ti..111... 4'11 la- Igual :en irsia ruido:1(1;5 .11orm..)

1. EDIFICIO DEL REACTORDESCARGA DE DESPERDICIOS GASEOSOSGENERADOR DE VAPORGENERADOR DE VAPORREACTORBOMBA PRIMARIA

7. CONSOLAS DE CONTROL8. PRESURIZADOR

TUBERIA DE VAPOR PRINCIPALTRANSFORMADOR PRINCIPAL

11.- GENERADOR12. ACCESO DE PERSONAL13.. SECADOR DE VAPOR14.- TURBINA DE ALTA PRESION

TURBINA DE BAJA PRESIONBOMBAS DE AGUA DE CIRCULACIONAGUA DE REPUESTO PARA EL CIRCUITO PRIMARIOAGUA DE REPUESTO PARA CONDENSADO

I . EDIFICIO DEL REACTORADMINISTRACIONMANEJO DE COMBUSTIBLESALA DE TURBOGENERADORCASETA DE BOMBAS PARA AGUA DE ENFRIAMIENTO

VI.- SUBESTACION DE TRANSFORMACION

Figuro 15. Cenit- dr un protsior litivirar tu thilicle - illurbtian lo. -3 ..ivena. dr hombro.(l:ont .sia l:onnsuitt Federal do Electric:11ot .116-kv.)

25

27CI.ASIFIC %CI DF. LOS EQUIPOS 111: III )Mlitl.

I ig lll 17. .11-.poirin (I,

RUHRPUMPENSpecialisf for Pumping Technology

ki^uni 17t. l iomba..1 I' ... . . 11'1

API 610 Between [temible Radial Split Single Stage

28 s: %vitt' u 1

RUHRPUMPEN

Specialls1 for Pumping Technology

CLASIFICACIN IIE IAIS EQI IDOS DE IDDIDEO

1 19. Ilmilli - rPara 1

29

30 utn 1.0 I

u 211. Bond. pal\ I 1'1 21/11

CIASIFICACIN DE LOS EQI IPt IA DL. BOSIBFA 31

Figuras 21. / 11. en u- Id 1., I. .- inqi tu, -.ore .ni 111.1I1 lill

t . r i i.. 1 ritui p h le ..r P I 1

CA PITULO 1

32

FACTORES PARA LA SELECCION DEL TIPODE BOMBA

tos tres beton, piincipilles para determinar si usa-remos una bomba de desplazamiento positivo son: pre-sin, gasto y las siguientes caractersticas de los lquidos.

Indice de acidez-alcalinidad pl .Condiciones de viscosidad.

r) Temperatura.el) Presin de vapotizacin del lquido a la Inri.

rattira de bombeo.e) Densidad.

Materiales en suspensin. tamao, naturaleza. etc.Condiciones de abrasin.

hl Contenido dr impurezas.Etctera.

Antes de adentramos en mayores detalles. veamos lascaractersticas generales de los diferentes tipos de bom-bas.

las bombas de clesplaz.amiento positivo leciprocantesSin) aplicables para:

Gastos pequeios.bi Presiones altas.r . Lquidos limpios.

I.as de desplazamiento positivo rotatorias para:

Gastos ',estudios y medianos.Presiones altas.

cl Lquidos Viscosos.

Las 1>onibas -clinticas - del tipo centrifugo:

a Casos grandes.II: Presiones reducidas o medianas.

Lquidos de todos tipos. excepto viscosos.

Las bombas reciprocantes se usaron mucho y su subs-titucin por las centrfugas ha corrido al parejo de lasubstitucin del vapor por energa ol:dril:1, COMO fuentede tutti

los progresos en los molotes elctricos han propicia-do el desarrollo de bombas centrfugas. mucho ms lige-ras y l'avalas.

En un mincipio, las bombas centrifugas tenan ladesvemaja de su baja : sin embargo. las mejorasobtenidas a base sIc investigaciones ccmtinuas. las ha pues-to siempre a 1:1 cabria en el aspecto competitivo. Tienena su favor las condiciones dr descarga constante, a unapresin dada. que no tienen la, recipocantes: y adems,no presentan problemas dr vlvulas. que son tan comu-nes en las leciprocantes.

Actualmente las bombas centr fugas tallIbin cubrenel campo de las altas presiones, que so logran mediantelas bombas de varios pasos accionadas a altas velocidades.

En t mullo a capacidad es. las bombas centrfugas sehan conso nido para gastos que van desde un galn pormima. a In$ ( l un milln de galones por minuto. Lasi!iizarii s ae bombas usadas en las pesas de almacena-11 . 11111 europeas y muelle:mas O tplittrIl 11101011'S TIC. enalgunos casos, exceden los 100010 bp.

En virtud dr que aproximadamente partes de las

bombas usadas hoy da son centrfugas. 4111prialtillOSestudindolas, dejando para

los (limos captulos los

(tos tipos de bombas.El siguiente capitulo ser dedicado a sus especifica-

ciones y detalles de ronsuuccin, para seguir con latema y diseo de las IllitiCLUIN.

CAPITULO 2Especificaciones y detallesde construccin

DEFINICIONES Y NOMENCLATURA

Dclinicitietes de las partes eonstitutiy as de una 1 La. las parles constitutivasde una bomba centrfuga dependen de su runstrvrriSu y tipo. Por esta razn existe una in-numerable cantidad le piezas. las cuales se han numerado de 1 a 1 70 por el instituto de Hi-drulica de los Estados Unidos de Amrica.

De la lista el libro del Instituto Se [HUI entresacado las partes ms usa-das. cupos nombres se enumeran a continuacin y se ilustran en la figura 22.

I. ':amasa 44. Copie Imitad loado).A: Mitad superior 41. Cua del chic13: Mitad inferior Iii. Buje del copie

2. Impulsor 50. fae na del rindad. opl 52. Peino (lel copieA . He,. h., W. Tapa de registro,L. Anillo de desgaste de la (amasa CIL Collado dr la flecha

Anillo dr desgaste del jugad...1 72. Collaan :sialTapa de morrin 78. Espaciador de balero

II. 'lapa del estopero 83. 'Pula. ole joroleecin dr la atila13. Sello

Coini,o littlia 91. Tazn ole %maln13. Tazn de descarga 101. Tubo de columna

Balan :den. or 1 103. CI acera de roten inPierbarstopas 123. topa de balen)Balero lexlrrior) 12.5. Grasera de copaSupone de loaleros 127. Tubera dr sello

20. 'fuetea ole la ramini22. Tuerva del balen. Careasu

ien .a del impulsor Extremo Calina de succin25. Anillo de debga.oe de la cabeza dr morrin liquido (todas Impulsor27. Anillo li la tapa del estopne las parte% en l pialo,29. Jaula de ad lo contarlo imm el de (lecha

Alojamiento dr lealeso iinie ) lquido, Jaula de selloCuna del impulsor Sello. ele.

33. AH: nao de balero lextedo035. Cua de la pamela:17. Tapa de balero 'exterior) Supone

Buje del ladero Elemento,. de t. 'lechaDellerior y transmisin BalerOS

{

42. Copie (mitad moit l Tupas. ele

35

RW.101135/1

36 CAPITULO 2

Llenen 22. l'arte% < on .dinni n ab de nna bomba

Tamao. El tamao nominal de una bomba cen-trfuga se determina generalmente por el dimetro inte-rior de la brida de descarga. Sin embargo, esta designa-cin muchas veces no es suficiente puesto que nodetermina el gasto que puede proporcionar una bomba.ya que Se depender de la velocidad de citacin asicomo del dimetro del impulsor.

Conforme a ello suelen usarse designaciones talescorno la que se muestra al final de esta pgina.

Sentido de rotacin. El sentido de rotacin deuna bomba centrfuga puede ser:

a) En el sentido de las manecillas del reloj.h) En el sentido contrario a las manecillas del reloj.

El punto de observacin debe ser en una bomba ho-rizontal cuando el observador est colocado en el ladodel copie de la bomba.

Lo mismo sucede en las bombas verticales en las cua-les el observador debe colocarse mirando hacia abajo enla flecha superior de la bomba.

Clasificacin de las bombas por el tipo de mate-rial de sus partes. I.as designaciones del material fre-clIPOICOWIll usadas pana bombas son:

Bomba esifindar (fierro y bronce).Bomba toda de fierro.

:I. Ilinnha nxia de bronce.Bombas de acero con partes internas de fierro o aceroinoxidable.B101/11,IS de acero inoxidable.

I.as bombas centrfugas pueden constniirse tambinde otros metales y aleaciones como porcelana, vidrio,hules, etctera.

Las condiciones de servicio y la naturaleza del lquidomanejado determinarn el tipo de material que se usar.

Para bombas de alimentacin de agua potable la cons-truccin ms normal es la estndar de fierro y bronce.

1Dimetro Alguna indicacin

de tal como bomba centrfugadescarga impulsor abierto

4

Dimetro Nm. de polos deldel motor que da

impulsor una idea dela velocidad

ESPECIFICACIONES Y DETALLES DF: CONSTRUCCIN 37

Parle Bombaestndar

Bomba defierro ductil

Bombas deacero

Bombas deacero

inoxidable

Bombas deacero duples

Difusor

De una pieza

Partida

Por un planohorizontalPor un planoverticalPor un planoinclinado

{Voluta Simple

38 CAPITULO 2

la velocidad especfica de los impulsores es mayor que lasde flujo radial.

En las bombas de flujo axial 11,. odas de premia elflujo es completamente axial y sus impulsores son de altavelocidad especfica.

CARCASA

Mine' . La funcin de la rareasa en una lannlgi cen-trfuga es convenir la energa de elocidad impartida al li-quido por el impulsor en energa de presin. Esto se lleva acabo mediante reduccin de la veloridad por un aumentogradual del rea.

Tipo.

La rnagniliiel de vate el1114/e radial es una funcin de lacarga. (dimetro del impuk ir. ancho del mismo y diseo dela misma careasa. se quien, eliminar el problema deempuje radial C pie Se lirOdilee en tina bomba de simple vo-luta. se usa 11. mil la 11 doble voluta en la cual cada voluta to-ma la mitad del gasto Y cada una de ellas tiene su gargantacolorada 180" distante.

ariallie se usa Snlailleilit ru lambas glandes.

La canoso lipo difusor. COUSiSie en una serie de aspaslijas pie adrillis dr Itaver el rambiolle energa eltdad a torsin. guan el lquido de un impulsor a otro.

So aplicar11111 ms importante es en las 'gandul?, de pozolin Girk. ir son lamba . de varios pasos ton impulsoresen serie. val romo se Muestra en las figuras 2 , 1 y 25.

Segn la nia-IICTa de efectuarla conversinde energa

Segn su cons-truccin

SimpleSegn sus carat teris- {DobleLateralticas de succin Succin por un {Superior

extremo Inferior

Segn el nmero de f De un pasopasos II varios pasos

La corcusa tipo voluta. Es llamada as luir su forma deespiral. Su rea es inerenumlada a lo largo de los 360-que rodean al impulsor hasta llegar a la garganta de lacarcaza donde conecta con la descarga (Hg. 231.

Figura 23. Careze.a tipo %olida

Debido a que la voluta no es simtrica. existe undesbalanceo de presiones, lo cual origina una fuerza ra-dial muy apreciable sobre todo si la bomba se trabajacon gastos alejados y menores al gasto del punto de m-xima eficiencia.

21. 1:arrau tipo

Segn su rou.4frioviiio, las canosas pueden Ser de unasola pieza o

Las careasas de una 'cola pieza. pi ir supuesto. deben te-ner una parte abierta por donde entra el liquido.

Sin embargo. pana poder introducir el impulsor, es ne-cesario

----- CONO DE SALIDA

CHUMACERA DELCONO DE SALIDA

PUERTO DE ALIVIO

COPEE DE LA FLECHADE IMPULSORES

FLECHA DE IMPULSOR

CHUMACERA DE CONE XION

EMPAQUE

ANILLO RETEN

IMPULSOR

BUJE IMPULSOR

TORNILLO

BUIE DE TAZON

TAZON

CAPACETE CONO DE ENTRADA

Se\ ....------.- CONO

DD EEL INC TO RN: D:E ENTRADA

ANILLO "O"

CAPACETE

SELLO

TAPON CONO DE ENTRADA

ESPECIFICACIONES Y DETALLES or. CONSTRUCCIN 39

Figura 25. Cor 'rechinar de una Ifonta de pozo profundo.

caractersticas del impulsor que succionar el agua por unoo /11111(1. OXITC/110S.

Piro por Io que se retiro: pmpiamente a la tarrasa. sepuede tener succin lateral superior e inbrior. COMO semuestra grficamente en las fotografas (le las figuras 28. 29y

LOS ventajas de las distintas disposiciones dciretalen deluso clarifico a que se vaya a destinar la bomba centrfugay depende, principalmente. de las neersidades y coloracinde las tuberas de succin y. descarga.

Por ltimo. la earrasa puede ser de uno o vados pasossegn contenga uno u DIDS impulsores.

Un caso ya citado fue el de la bomba de lanzo profu ndo,jro en ella rada tazn lleva su pmpio impulsor, por lo cual,aun cuando la bomba es (le varios pasos, el tazn slo estconstnado para alojar un solo impulsor.

ENisten carcasas de bombas centrfugas mucho mscomplicadas. las cuales deben alojar 'arios impulsos. Es-tas bombas se usan para altas presiones y las careusas de-ben tener los conductos que comuniquen de una a (aropaso, segtn se muestra en la figura 31.

Construccin. La construccin de los diversos tipos decarrasas antes citadas cubre las siguientes etapas:

40

CAPTUI.0 2

hacer un modelo maestro en madera y el modelo defi-nitivo de trabajo en aluminio, ya que ste no se tuerce,es ligero y resiste mucho ms, aun cuando, por supues-to, es Cit ms caro.

Al hacer los modelos debe tenerse en cuenta la con-traccin que sufrir el material al ser fundido y por tantoel modelo deber ser ms grande. Ta contraccin de losmetales usados es la siguiente:

fierro I/O por pieFigura 26. (:amasa partida por un Plano %runa'. Bronce 3/16" por pie

Acero 1/4" por pieAcero inoxidable 5/1 fi" por pie

I. Diseo con la elaboracin de los planosElaboracin de modelos.Seleccin de materialesFundicin.Maquinado.

El diselo se hace partiendo de las condiciones hidru-licas que se pretenden cubrir y mediante los conocimientos obtenidos del (lisa() hidrodinmica as como de lasexperiencias obtenidas en diseitos anteriores mediantelos cuales se fijan constantes de diseo que facilitan eltrabajo del proyectista.

Es sabido que la complejidad del flujo en una m-quina hidrulica impone an hoy da, la necesidad derecurrir en numerosas ocasiones a la experimentacin,hien en modelos reales o en modelos a escala, convir-tiendo los resultados por las relaciones de homologa.

Una vez que experimentalmente se ha obtenido laforma ptima, se terminan los planos, determinando to-das las secciones y desarrollos necesarios para proceder ala elaboracin de los modelos que se usaron para la fun-dicin de las piezas.

Los modelos suelen hacerse en madera o en alumi-nio. Si la madera es buena y desflemada que asegure queno habr deformaciones, se prefiere por su fcil trabajoy menor costo. Cuando la madera no cumple dichascondiciones, como es el caso en Mxico, es necesario

Materiales do lo arreas. La mayora de las careasas debombas renlrfugas estn hechas de fierro fundido. Sinembargo, tiene limitaciones debido a su baja resistencia ala tensin, por lo vital no se puede usar ni para altas pre-siones ni albis temperaturas en donde debern usarse p iale-

l'Onlo acero. rl cual ron menores espesores inulrsupurhw presbil les muy OOS.

HaraS vete' sr osan eareasas de fierro par presionesminores de 1,0(X) I1)/pule' y temperaturas superiores a.3.511` E

El fierro es. sulenus. difcil de soldar. ("11,411 que no SUCO-do ron ( . 1 acero. Otro material usado ro rOn'aSaS de bombascentrifugas es el bronce. donde no se quiere knut contami-pari') co el agua II se tengan substancias ligerzunente y acero inoxidable.

Para OI maquinado de rai aSas 11Cet.bilint (10-

lados le 101110S. InandrilildOth, tilladnON, etc.. y se deben su-jetar a una inspeccin rigurosa para un buen ajuste en elensumbh con las dems parles ronslitutivas ole la bombaque ,s4' 1 crin a rool inticin.

IMPULSORES

Figure 27. ( :arrasa partida por un plano holt.,,nial.

El impulsor es rl corazn ele la bomba centrfuga.Recibe el lquido y le imparte una velocidad de la cualdepende la carga producida por la bomba.

Los impulsores se clasifican segn:

Tipo de succin j* Simple succin

1. noble succin

{

/

Aspas curvas radialesAspas tipo FrancisForma de las aspas Aspas para flujo mixtoAspas tipo propela

RadialMixtoDireccin del flujoAxial

ESPECIFICACIONES Y DETALLES DE CONSTRUCCIN

41

AbiertoConstruccin mecnica {Setniabierto

Cerrado

{BajaVelocidad especfica Media

Alia

En un impulsor de simple succin el lquido entra por unsolo extremo, en tanto que el de doble sucein podra consi-derarse como uno formado por dos de simple succin colo-cadas tvspahla con espalda (Figs. 32 y 33).

El de doble succin tiene entrada por ambos extremosy una salida comn.

El impulsor de simple succin es ms prctico y usa-do, debido a razones de manufactura v a que simplificaconsiderablemente la forma de la carcasa. Sin embargo.para grandes gastos es preferible usar un impulsor de do-ble succin, ya que para la misma carga maneja el doblede gasto.

Tiene adems la ventaja de que debido a la succinpor lados opuestos no se produce empuje axial: sin embar-go. complica bastante la forma de la camisa.

En cuanto a la .fornro (de las aspas liemos visto cuatrogrupos que se ilustran PD las figuras XL 35 y 36. expli-cndose al mismo tiempo su tipo de flujo y velocidad es-pecficos.

los impulsores de aspas de simple curvatura son deflujo radial y estn sobre un plano perpendicular. Gene-ralmente son impulsores para gastos pequeos y cargasaltas, por lo cual son impulsores de baja velocidad espe-cfica. Manejan lquidos limpios sin slidos en suspen-sin.

En un impulsor tipo Francis. las aspas tienen doblecurvatura. Son ms anchas y el finjo tiende a ser va ra-dial, ya axial. La velocidad esiocefica va amnentando yla curva de variacin del gasto con la carga se hace msplana.

Una degeneracin de este tipo lo constituye el clsicoimpulsor de flujo mixto, es decir. radial-axial. en el cualempieza ya a predominar el flujo mixto. Se pueden manejarlquidos con slidos en suspensin.

Por ltimo, tenemos los impulsores tipos [impela. deflujo completamente axial para gastos altsimos y cargasreducidas, que vienen a ser los de mxima velocidad es-pecfica. Tienen pocas aspas y pueden manejar lquidoscon slidos en suspensin de tamao relativamentegrande.

Son especialmente adecuados para bombas de drenajeen ciudades. Otro lipa de aspas es el de los impulsores cen-trfugos inatascables. Todos ellos se muestran en las figu-ras 37, 38 y 39.

Por su construccin mecnica se ve que pilt!lleii sercompletamente abiertos. semiabiertos o cerrados.

Un impulsor abierto es aquel en el cual las aspas es-tn unidas al mameln central sin ningn plato en losextremos. Si estos impulsores son grandes en dimetro.resultan mu y dbiles, por lo cual. :ion cuando en reali-dad son semiabierlos, lo que se conoce como impulsores

Figura 28. Succin barrar Descarga por arriba.

abiertos, llevan un plato en la parte posterior que les da re-sistencia (Fig. 4)).

Estos impulsores abiertos tienen la ventaja de quepueden manejar lquidos ligeramente sucios, va que lainspeccin visual es mutilo ms simple y posible. Tienenla desventaja de tener quo trabajar con claros muy redu-cidos.

los impulsores cerrados pueden trabajar con clarosmayores entre ellos y la carcasa. va que en realidad el l-quido va canalizando entre las tapas integrales con lasaspas que cubren ambos lados del impulsor (Fig. 41).

Por esa razn no se presentan fugas ni reeirculacin.Son los impulsores ms usados en aplicaciones generalesde las bombas centrfugas de simple y doble succin, ascomo en las bombas de varios pasos.

ANILLOS DE DESGASTE

La funcin del anillo ole desgaste es el tener un ele-mento fcil y barato de remover en aquellas partes endonde, debido a las cerradas holguras que se producenentre el impulsor que gira y la carcasa fija. la

presenciadel desgaste es casi segura. En esta forma, en lugar detener que cambiar todo el impulsor o toda la carcasa, so-lamente se quitan los anillos, los cuales pueden estarmontados a presin en la carcasa o en el impulsor, o enambos.

Existen diversos tipos de anillos y deber escogerseel ms adecuado para cada condicin de trabajo y de l-quido manejado. stos incluyen: a) anillos planos; b)anillos en forma de 1.. y e) anillos de laberinto, de loscuales se pueden ver interesantes ilustraciones en la Fi-gura 42.

gFigure 29. Surekso por mi iba. Hesitan:a por arriba.

42

CAPTL LO 2

Figura 30. Sumen por abajo. Descarga lateral.

Deber cuidarse el claro que existe entre los anillos.puesto que si es excesivo resultar en una recirculacinconsiderable, y si es reducido, stos pueden pegarse. so-bre todo si los materiales tienen tendencia a adherirseentre s, romo en el caso de los aceros inoxidables.

Generalmente en las bombas centrfugas estndar srusa bronce y en Vi

w.

ESPECIFICACIONES Y DETALLES DE CONSTRUCCIN 43

din de tornillos. La disposicin de los elementos citadossi' muestra en la figura 43.

Los materiales usados como empaques en las 1/011111i1Scentrfugas pueden ser diversos, pero los ms usados son:

Figura :1:1. Impulsor de doble succin.

I. Empaque de asbesto. Este es comparativamentesuave y aconsejable para agua fra y agua a temperaturano muy elevada. Es el ms comnmente usado en formade anillos cuadrados de asbesto grafitado.

Para presiones y temperaturas ms altas puedenusarse anillos de empaque de una mezcla de fibras deasbesto y plomo o bien plsticos, con el mismo plomo,cobre o aluminio. Sin embargo, estos empaques se usanpara otros lquidos diferentes del agua en procesos in-dustriales qumicos o de refinacin.

Para substancias qumicas se utilizan empaquesde fibras sintticas, como el tefln, que dan excelentesresultados.

lognikor de una. radiales.

Como va se ha dicho. todos ellos van introilucidos comoanillos en la caja de empaque. quedando en medio la jaulade sello, tal como se muestro en la figura 44.

Las bombas de pozo profundo lubricadas por aguallevan tambin una caja de empaques vertical concn-trica con la flecha, en la cual se alojan tambin la jaulade sello y los anillos de empaque grafitado, en una formaenteramente anloga a las centrfugas horizontales.

Sellos mecnicos. En aquellos casos en que se usa elempaque convencional y prensaestopas debe dejarse unpequeo goteo, ya que de otra manera el calor y fric-cin generado sobre la flecha es muy grande, dandolay haciendo que el motor tome ms potencia.

Sin embargo. hay ocasiones en que se desea que nose produzca ninguna fuga, o bien el lquido ataca a losempaques haciendo que SU cambio sea frecuente. En es-tos casos se usa un sello mecnico que consiste en dossuperfie ies perfectamente bien pulidas que se encuen-tran en contarlo una con otra. Una de ellas es estaciona-ria y se encuentra unida a la carcasa, mientras que laotra gira con la flecha.

Los materiales de ambas superficies en forma de ani-llos son diferentes (generalmente una es de carbn otefln y la otra de acero inoxidable).

El apriete de una superficie contra otra se regula pormedio de un resorte. En los dems puntos por dondepodra existir una fuga se ponen anillos y juntas de ma-terial adecuado, con lo cual se logra que el flujo que seescapa sea reducido prcticamente a nada.

Existe una gran cantidad de diseos de diferentesfabricantes y dos tipos bsicos, el sello interior o sea den-tro de la caja de empaques, y el sello externo.

Existe adems el sello mecnico desbalanceado y el ba-lanceado. entendindose por ello que la presin que ejerceel lquido sobre ambas cara, debe ser la misma. En la figu-ra 45 se ilustran mejor los sellos mecnicos.

Figura 35. Impulsor tipo Francis.

FLECHAS

La flecha de una bomba centrifuga es el eje de todoslos elementos que giran en ella, transmitiendo adems elmovimiento que le imparte la flecha del motor.

En el caso de una bomba centrfuga horizontal, laflecha es una sola pieza o lo largo de toda la bomba.En el caso de bombas de pozo profundo, existe una fle-cha de impulsores y despus una serie de flechas detransmisin unidas por un copie, que completan la lon-gitud necesaria desde el cuerpo de tazones hasta el ca-bezal de descarga.

I.as flechas generalmente son de acero, modificndosenicamente el contenido de carbono, segn la resistencia

44 CAPTULO 2

que se necesite. En el caso de bombas de pozo profundo.las flechas de impulsores son de acero inoxidable con13% de cromo, en tanto que las flechas de transmisinson de acero con 0.38 a 0.15 de carbono, rolado en froy rectificado.

Figura 36. hapal.ar ,le doble

La determinacin del dimetro de las (lechas en cen-trfugas horizontales se hace tomando en cuenta la po-tencia mxima que va a transmitir la bomba, el peso delos elementos giratorios y el empuje radial que se pro-duce en las bombas de voluta, que como se ha visto an-teriormente, llega a ser una fuerza de magnitud apre-ciable.

Puesto que la velocidad crtica de una flecha estrelacionada con su dimetro, debern calcularse dichasvelocidades crticas para que con el dimetro seleccio-nado, la flecha trabaje en zonas alejadas de la crtica.

Como es sabido, en la zona de velocidad crtica exis-ten muchas vibraciones y cualquier desviacin de la fle-cha las incrementa.

Las bombas de Pozo profundo debern tener cho-maceras gua en diferentes puntos equidistantes. pala

Figura 38. Ingadsor axial.

En las horizontales las partes que deben ser mejormaquinadas son las zonas de los baleros, de la camisade flecha, del copie y del impulsor, piezas que van ase-guradas en distintas formas ya sea con cuitas, tuercas,etctera.

Camisas de flecha. Debido a que la flecha es unapieza bastante cara y en la seccin del empaque o de losapoyos hay desgaste, se necesita poner una camisa deflecha que tiene por objeto proteger la flecha y ser unapieza de cambio, sobre la cual trabajan los empaques.

1.as camisas son generalmente tic latn o de aceroinoxidable y existen diversas formas constructivas de ellas,dependiendo del tamao de la flecha y de la naturalezadel lquido manejado.

Corno se e coi las figura ,: lb 17. la camisa r..r en-:lacrara rime el impulsor n una tuerca que la aprieta. En

ba-la con una simple runa.

COJINETES

4;n

't..'

El objeto de los coji netes es soportar la flecha de todoel rotor en utt alineamiento correcto en relacin con laspartes estacionarias. Por medio de un correcto diseiosoportan las cargas radiales y axiales existentes en labomba.

Figura 37. Impulsar mixto.

reducir la longitud entre apoyos y las consecuentes vi-braciones.

Las flechas, tanto para bombas horizontales comoverticales, deben ser rectificadas y pulidas. Film ra 30. I winikor lilw, inatzneable.

fas'

I mpulsor

Anillo del impulsor

rnpulsor

enin de Il crasaAnillo del impulsor

Impulsor

(a Sin anillos l) Anill OS la Cate= id Dos anillos rineutsce !di Anillos dobles con escalncarcami

{el Millo atocinadobpo L en la carease

Carcass

J0004sirArilbc

Impulsor

Anillo del impulsorIf) &odios en impuisce ycarease a r ribos Upo I.

Aras Sr h st2sa

Impulsor

Anea del impulsorg) Laberinto simple

imanitor

ESPECIFICACIONES Y DETALLES DE CONSTRUCCIN

Figurar lO. Impulsores abiertas.

Los soportes pueden ser en forma de bujes de ma-terial suave, con aceite a presin que centra la flecha obien los baleros comunes y corrientes, que pueden ser debolas en sus variantes de una hilera, dos hileras, auto-alineables, etc., o bien pueden ser del tipo de rodillos.

Para cargas axiales el balero deber tener un hombrosobre el cual carguen las bolas. La carga axial es mayoren las bombas de pozo profundo que en las centrifugashorizontales y en stas, es mayor en las bombas de sim-ple succin que en las de doble.

En la figura 48 se ilustran diversos tipos de paleros.as como sus montajes en bombas centrfugas horizon-tales.

45

Vieron 11. Parten- anterior si posterior de un impulsor cenado.

En las bombas de pozo profundo existen diversashumaceras gua a lo largo de la bomba, como son:

Chumacera en el cono de entrada:Chumacera en cada tazn:

rasa

Figura .12. Dideninws iriso de anillos de despear.

Laberinto con dobleanillo

1, ni$.21121121S11:30

46 tratui.0 2

Figura 13. Jaula dr

rimara 41. barip.opir dr fibras ..inbl iira> ron aula.

Chumacera en el cono de salida:Chumacera de lnea;Cojinete de baleros en el motor.(Todas las chumaceras son bujes de bronce.)

Lubricacin de los cojinetes. El lubricante que se useen los cojinetes depende de las condiciones especificas deoperacin. Cuando se maneja agua a temperatura am-biente, la grasa es el lubricante generalmente usado yslo se maneja aceite cuando las bombas van a trabajarcon lquidos muy calientes los cuales, al transmitir sucalor a la flecha, podan licuar la grasa.

Al usar grasa se deber tener cuidado de no dejarlos baleros sin ella, pero tambin (le no sobnibricarlos,

ti^ ff; 1Ae

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1111.0Figura -15. 411

ilbs MI*kW Jahr.,- tistIr 41 a.

4: n .

ESPECIFICACIONES Y DETALLES DE CONSTRUCCIN

Figura. lb. lirrim.

Figura .17. Camisa de hecha.

ya que una cantidad excesiva de grasa impide que lasbolas giren. presentando sien ipre el mismo plano de car-ga con el consabido a coto de temperatura que per-judica a los baleros.

Cuando los Muros se lubrican con aceite, es nece-sario proveer un medio idneo para mantener los nivelesadecuados en los alojamientos. El nivel de aceite debe

estar a la altura de la lnea de centros de la bola inferiory debe tenerse un par de anillos que efecten una especiede bombeo del aceite a las paredes. para que resbale vcaiga sobre los baleros. El nivel ser inspeccionado pormedio de un indicador de nivel constante.

Las construcciones de los alojamientos para baleroslubricados con aceite son ms complicadas por tener que

Figura 18. I)ivrmu tipos de halen,-

48 CAPITULO 2

Figura 19. l Han para balero. labrieael..- r(.11 aceite

poma,. anillos lubricadores. anillos gua y sobo . Indoretenes. En la figura 49 se ve el mismo ah itamiento paralubricacin con aceite y grasa sucesivamente.

En las bombas de pozo pmfundo existen dos ii 110% de 11/-hricaein para las chumaceras contenidas a lo largo dela columna, las lubricadas ron agua y las lubricadas conaceite. cuyos coces y expliCHC I(1111'S se ilustran en las Figu-r a 50 v 51.

BASES

Entre los elementos de soporte en una unidad exis-ten:

a) Soporte de Meros;61 Soporte de toda la bomba;e) Soporte del grupo bomba-motor.

Los soportes de baleros sun los alojamientos donde bisbaleros entran con un ajuste especial quedando en unaposicin definida, perfectamente cont:mica con el ejede la flecha. Adems de alojar los baleros. tienen la fun-cin de contener el lubricante necesario para la operacincorrecta de los mismos. Con baleros axiales el alojamien-to tiene tambin la funcin de localizar el balero en suposicin axial adecuada.

El alojamiento de halitas puede ser una pieza integralcon el soporte del extremo lquido o hien una piezacompletamente separada.

En el primer caso, el maquinado asegura un alinea-miento correcto de todas las partes, evitando roces delas partes giratorias. En el caso en que los alojamientossean partes separadas, es necesario ajustarlas por mediode tornillos para centrarlas exactamente.

En todos los casas, la carga radial es Iransmil ida pi elsoporte hacia la base de la bomba. que 'minen/ . el pesa Oh'toda ella. Lo anterior se ilustra en la figura 152.

Base' para !yapo bomba-motor. Por varias razonessiempre es aconsejable que la bomba y el motor estnmontados en una base comn, donde al mismo tiempose puedan atontar y dr:Inmutar fcilmente.

1.a bomba y el motor deben estar p p lenamente ali-neados y unidos por medio de un copie rgido o flexible,todo ello montado sobre una base metlica, la cual des-cansar sobre la cimentacin fijada por medio de pernosde anclaje.

Por supuesto. conforme las unidades sean ms gran-des, ms exacta deber ser la constniccin de las bases,que son maquinadus en la parte donde sentarn las patasdel motor y de la bou iba: la mayora de las veces, stastendrn una altura diferente con respecto a la lnea decentras.

En aquellas limabas donde se manejan lquidos a tem-penauras altas. i 1 soporte de la bomba Sobre la base debe-r hacerse en la parte media. con objeto de evitar que laexpansin dr las pieza. pudi Ne :ifeelar la altura y desali-IWZIF una unidad que lin irse las palas de la bomba aoya-das Sobo` la base o ye ase Fig SS).

Para hacer las cimentaciones, los fabricantes remitendibujos certificados de las dimensiones de la boniba, co.lile y motor ; as como el E11113n0 de la base, especificandorl tinnaiio y colocacin de los agujeros pana los pernosde anclaje. Se incluyen tambin datos sobre el minara) ycoloracin de las la idas de succin y descarga.

Se Muestra en 1;1 figura 51 un dibujo esquemticotipo. el cual no se usa para coteaructin a menos quelisi gamitir:111o.

I.o anterior es pata unidades que van a tener copiesy que por lo tanto deben estar perfectamente alineadas.

Sin embargo, hay muchas instalaciones donde se tie-nen dificultades pani montar ambas unidades en una

ESPECIFICACIONES Y DETALLES DE CONSTRUCCIN 49

Moto. Miet,100 o deben, de eareaduende se un ',neo de comborldn inerme

Fleche buwolue dececeo Ino.10010 tele00 en Ido, Cetlefd0.OndOve00 y puddo....

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Flecha de linee desera rinde en M. O -CIdpdo. naeol:a.do y pulule: en loraraen no 3 rnPies/Tobo re40010020.

S0

CAPTULO 2

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Ceo, de 'a fl igida nefierre Puna00 dendelos tfonis rae nen 000p w13103 Opino deare.. n bbb be , 19 Y te--bombeo boye owelleVII pone !so bbbbb b sien se Claiden evednIslie . Vibro besdales (ampo 0e enbode S rel/Ofead01CO, Job,. desop iplicie ernirriPara Fas ChoinsCere.,qua compensen. en/MIL 1 O S inconvemientes de une per.forscOn ni e I Poolnada

Cbumeeot de coine o*, 1. n oinumelfPare cdote(00n de

i dbaraCin de sechu n Clizel de linea

Cono rl e dSCirlie _de marro fundido

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flor> tie Mote de I...... 100(9110 CO n .(0 que lbs el be.

Cauciono onmecion-Cf....ocre de b r o nce de irnlo n olluCI y n r.aanne (en 0400f bu d occidn

Cohainie tipo (Orla. %abarateda tu dise n o espacial Conton me DiA.Cr, enes nao su.ene. inri loa. la Rae loOldeQue pi tulle material entrenoen tes I .. n ... +esos

Lubricada con aceite

l'OCUPA S I . Bomba ok: puto pndunclo lubricado ro l muslratob. 'idas sud parir- rillIIOW111:15.(Corteliia ii.bnintrom.t

51ESPECIFICACIONE S Y DETALLES DE CONsTRECCDON

IKrura 52. Alojamiento de boleros.

Asura 33. Raw. liara grupo Inindia-motnr.

DIMENSIONES EN PULGA DAS Y PA IL IM E TRO S

E n X a I ol sena once oc Las flanTipo ? ; , ede

r t,4 - e D E F O at ;:lBombo

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... ... ..... ..... ni ..." .,,, er ese ..4111.103 HL* In t"Ma III n p,, Ist lije :Ill: a :::11I Datos a p o.nd dos dependiendo

del tamao de motor

Figura 54. Dibujo eaqUenuilieu tipo 'lel grupo Im p roba -motor. ICortesia Worthingzonj

52 CAPTULO 2

Manmetro-- -VlvulaBomba de aire.

Linea de aire

Ademe

Amarre

Figura 55. tabend dr de-rara.

misma base, por lo que se emplean transmisiones flexi-bles, tipo cardanicas. Estas se usan mucho, por ejemplo,para bombas de pozo profundo con motor de combustininterna y cabezal de engranes.

Para terminar, se mencionar que en las bombas depozo profundo el elemento que carga con todas las par-tes fijas de la bomba, o sea, tubera y tazones, es el cabe-zal de descarga. pieza sumamente robusta que, ademsde ser por donde descarga la bomba, tiene conexionespor arriba para el motor o cabezal y por abajo para todala tubera de columna.

El cabezal cargar v transmitir esa carga elelemuestra en la figura 55.

El peso de los elementos giratorios tales corno flechae impulsores, es m 'yodado por un cojinete axial que seencuentra en el motor. que generalmente es de flechahueca.

REFERENCIAS

Karassik. Enginern' Cuide In Centrifuga) Pum p), McGraw 11111.Karassik S. C:artcr. Centrifuga( Pumps, McGrawInsi Unto de hidrulica (E.U.A.), Standards of the Ilydraulic

institutr.Woriltinttron de Mxico. Boletines tcnicos.

CAPITULO 3Teora de la bombacentrfuga

o

TEORIA DEL IMPULSOR

Esta teora comprende el estudio de las componentes de la velocidad del flujo,el cual puede mejorarse recurriendo a un procedimiento grfico en el que se usenvectores. La forma de tal diagrama vectorial es triangular y se conoce como trin-gulo de velocidades.

Estos tringulos se pueden trazar para cualquier punto de la trayectoria delflujo a travs del impulsor pero usualmente slo se hacen para la entrada y salidadel mismo.

Los tres lados vectores del tringulo son:u: velocidad perifrica del impulsor;

velocidad relativa del flujo;c: velocidad absoluta del flujo.La velocidad relativa se considera con respecto al impulsor y la absoluta, con

respecto a la carcaza; esta ltima es siempre igual a la suma vectorial de la relativay la circunferencia!.

Las velocidades citadas llevan subndices l 2 segn sean a la entrada o a lasalida. Pueden llevar tambin los subndices O y 3 que corresponden a un puntoanterior a la entrada del im pulsor v a uno posterior a la salida, respectivamente.

En la figura ab se muestran los vectores en el impulsor. as como los tringulos deentrada v salida.

Las componentes de la velocidad absoluta normales, a la velocidad perifrica,son designadas como cm, y cm., para los diagramas de entrada y salida. Esta com-ponente es radial o axial, segn sea el impulsor. En general, se lo llamar meridio-nal y llevar un subndice ar.

A menos que se especifique otra cosa, todas las velocidades se considerarncomo velocidades promedio para las secciones normales a la direccin del flujo.Esta es una de las aproximaciones hechas en los estudios tericos y diseos prc-ticos, que no es exactamente verdadera en la realidad.

La velocidad perifrica u se podr calcular con la siguiente ecuacin:rD D X r.

229

p m..u = --- X r.p.s. (pes/seg (3.1)12

en la cual D es el dimetro del crculo en pulgadas.55

0111

cm:

56 CAPTULO 3

.1 54. Sehwidadp4 y ngulo .. 111

CARGA TEORICA DE UNA BOMBA CENTRIFUGA

La expresin pala la carga terica de una bombacentrfuga se obtiene aplicando el principio del momen-to angular a la masa de lquido que circula a travsdel impulsor.

Este principio establece que el cambio del momentoangular de un cuerpo con respecto al eje de rotacin,es igual al par de fuerzas resultantes sobre el cuerpo,con respecto al mismo eje.

Momento hidrulico de una vena es el que se ori-gina por el impulso del agua de esta vena con respectoal eje de rotacin.

En la Fig. 58 consideremos una musa lquida quellene completamente el espacio entre dos aspas del im-pulsor. En el instante (1 = O) su posicin es abre! y des-pus de un intervalo de tiempo di su posicin hacambiado a efgh, al salir una capa de espesor diferen-

cial chef. Esta es igual a la masa lquida que entra enun intervalo de tiempo dt y est representada por cdgh.

La parte abgh del lquido contenido entre las aspas.no cambia su momento hidrulico.

Por lo tanto, el cambio de momento hidrulico delcontenido total del canal est dado por el cambio demomento de la masa dm que entra al impulsor y lamasa dm que sale.

Este canibio del momento hidrulico es igual al mo-mento de todas las fuerzas externas aplicadas al lquidocontenido entre las dos aspas.

Deduciremos a continuacin la frmula:En un cierto tiempo dr entra un volumen dlt cuya

masa es:

1.11 - dl

(3.2)

cuyo impulso valdr:

VJ U I CV.

VI

a 57. nuingalw. de wiewidadt.-.

TEORA DE LA nomnA CENTRFUGA

Figura 38. Fuerzas ro 1111 iiiiindricg.

57

1, =Y-dVci

El impulso a la salida ser:

I. 1. d11c,g

(3.3) que ejercen las aspas del impulsor. Estas fuerzasse desprecian an en el flujo idealizado.Si multiplicamos la ecuacin (1) por et obtenemos:

(3.4)

(r,c, COS Ct: TIC COS 0/ 1 ) (3.8)

Por lo que se refiere al momento hidrulico, a laentrada ser:

h Y- dV-c,r, cos a, (3.5)g

Ahora bien, esto es igual a la potencia hidrulica apli-cada al lquido por las aspas del impulsor.

Al substituir u, = m y.: y c, cos a, = CU:

y a la salida:

= dIfc,r2COSg

obtenemos:(3.6) P r

58 CAPTULO 3

impulsor, con In cual ru, = O y debe salir formando unngulo lo ms pequeo posible para que (u, tienda a 1.

Si tu, O la ecuacin de Euler se reduce a:

11C11.

I " (3.12)

gPor substitucin trigonomtrica de los tringulos de

velocidad:11? = + 2u, :cosa,

= c , r + te, 2 2u,c, cos

de las cuales:= 21: 22

.

9

u,ru, = ze, 2 e, 1

Substituyendo en la ecuacin de Euler, obtenemos.re,2 e, u + + u,'

2g

que separarnos en tres trminos, quedando:

u.'u1 (3.13)

2g 2g 2g

El primer trmino representa la presin generada porlas fuerzas centrfugas que actan sobre las masas dellquido que viajan del dimetro Da al dimetro D2.

El segundo muestra el cambio de la energa cinticadel flujo desde el ojo del impulsor hasta la descarga delmismo. El ltimo es un cambio de presin debido al cam-

bio de velocidad relativa del flujo al pasar por el im-pulsor.

Si en las wuaciones (3.7) y [3.8) e, y c, represen-tan las velocidades absolutas reales y a, y a, sus verda-deras direcciones; P de la ecuacin (19) representa lapotencia real dada al lquido por el impulsor. En esecaso las ecuaciones (II ), (3.12) y (3.13) nos darn lacarga terica de la bomba.

Sin embargo, en la prctica no se conocen las verda-deras velocidades y sus direcciones. Lo que. se

hace esdibujar los tringulos de velocidad sobre los ngulos delas aspas y por ~dio de la ecuacin (3.13) calcular lacarga. Estos tringulos as trazados se llaman tringulosde Euler: y la carga obtenida, carga de Euler. Estacarga es un poco mayor que la terica, y no es posiblecalcular con ella la verdadera potencia hidrulica.

CURVAS CARACTERISTICAS TEORICASUsamos la ecuacin de Euler para la carga en su

forma ms simple, o sea, siqxmemos que el lquido entra

al impubia ladialmente u, = O), por tanto:

u..ru..

Ile (3.12)g

Puede mOSI fa tse que sta es la ecuacin de una Enearecta, la cual dar la variacin de la carga de Euler conla capacidad.

En efecto, tenemos que:C112.2

u: ti2 11: tan p,

6 cm,

Figura 59. l'Aovas Uf Q1 dr Euler.

TLUMA UL LA HOMHA CENTRirICA 59

Figura 60. Tringulo de descarga para 0 2 > 90`.

lo cual substituido en la ecuacin (3.12) nos da:

u. ern2He = - -

g g tan /3,.

En esta ecuacin cm, es proporcional a la capacidadQ, puesto que sta es igual a e-ni, multiplicada por elrea normal a ella.

Si aplicarnos la ecuacin anterior a un sistema deejes H-Q, obtenemos una recta que intersecta al ejede cargas a una distancia -- y al de gastos o velocidades

a una distancia u, tan 13.La pendiente de esta lnea depende del ngulo EL.

Cuando 11., = 90 la lnea de capacidad- carga es unarecta paralela al eje de capacidad con una ordenada devalor He = Este caso se presenta cuando se tiene

gun impulsor con aspas radiales.

Para 13, < 90 la carga decrece cuando la capacidadincrementa.

Con > 90 la carga incrementa con la velocidad.Esta condicin no puede cumplirse ni aun en bombasideales, ya que el flujo no puede producirse si se pre-senta una presin o carga ms alta, que la que se pro-duce con la vlvula cerrada.

El significado de esto puede ser apreciado refirin-donos a la figura 58. Cuando /9, > 90 la velocidadabsoluta e, y su componente tangencia! cu, son mayoresque u, as que el lquido se mueve ms aprisa que elaspa del impulsor.

Esto slo se puede realizar por una accin de impulsocon un impulsor similar a la rueda Pelton. Por otra par-te, la carcaza tendra que convertir velocidad en presin,al mismo tiempo que permitir la accin de impulso; cosaque es imposible.

Criando la llegada al ojo del impulsor es tal que ellquido tiene pre-rotacin antes de que lo maneje el im-pulsor, el tnnino substractivo de la ecuacin (3.11) noes igual a cero y la curva capacidad-carga es obtenidacorno sigue:

/ti< u,Sea: -

Cu, =. u, - zeu, = u, -

u,- u, cm,,,t3

r= - --

g tan 13,(3.15)

Esta ecuacin es tambin una recta que corta el ejetr,2

de las cargas de , la cual es paralela al eje de capa-cidades para /9, = 90 y decrece para valores /3, < 90(lnea EF1,

La lnea representativa de la carga de F.taler se ob-tiene restando las ordenadas de la lnea EF de las (le AC.Sin embargo, en diseos normales la pre-rotacin sesuprime para facilitar el clculo.

En la prctica los ngulos

> 20.El ngulo de entrada se encuentra entre los lmites50 > 13, > 15.

Por lo que se refiere a las potencias, en una bombaideal, la potencia que entra es igual a la que sale, o enotras palabras. los caballos al freno son iguales a los ea-

.l'anos de agua.La forma de la curva de potencia se obtiene multi-

plicando la ecuacin (3.14) por Q o por Kcm, dondeK es una constante para una bomba dada y se puededeterminar mediante una apropiada seleccin de par-metros.

- _

U. (M:2g tan p,

Cuando p, = 90 la ecuacin (3.16) representa unalnea recta que pasa por el origen. Para 132 < 90 esuna parbola tangente, en el origen. a la recta anterior:

Figura 6 I . l:111111, de poienria.

CM,

tan

(3.161

/1 lii prdidas hidrulicasIrIli= Hi

11i (carga de entrada )He (carga de EulerLa eficiencia vena =

60 CAPTULO 3

EFICIENCIAS

En una bomba centrfuga el inqmlsor genera toda lacarga. El resto de las partes no ayudan a aumentarla,sino que producen prdidas inevitables, tanto hidrulicascomo mecnicas.

Todas las prdidas que se originan entre los puntosdonde se mide la presin de succin y descarga, consti-tuyen las prdidas hidrulicas.

Estas incluyen prdidas por friccin a lo largo de latrayectoria del lquido desde la brida de succin hastala de descarga; prdidas debidas a cambio brusco, tantoen rea como en direccin de flujo; y todas las prdidasdebidas a remolinos, cualquiera que sea su causa.

La eficiencia hidrulica se define corito la razn de lacarga dinmica total disponible a la carga de entrada:

Figura 62. Tringulo,. de Euler.

En la figura 62 ARO es el tringulo de Euler: y Ab?)el tringulo de velocidad a la entrada. El rea 1/.11proporcional a la potencia comunicada al impulsor, yaque:

donde A. es el rea de descarga del impulsor nointalcm,

u,tu, eu,ern.P Qylli = X em, 7A, = X K.

En la cual K es una constante: por consiguiente, eltringulo AFB es proporcional a la potencia de entrada.Similarmente el rea AEC es proporcional a la potenciaque produce la carga de Euler. Por consiguiente, el co-ciente de las dos reas es la eficiencia de la vena:

AFB Hi_ _

AEC 11e (42

o sea que el tringulo de Euler se toma como punto dereferencia y las eficiencias se refieren a l.

Adems de las prdidas de caiga existen prdidasde capacidad, debido a las fugas que existen en los espa-cios entre partes rotatorias y estacionarias de las bombas.

El gasto en la descarga de la bomba es menor queen la succin y tambin, rs menor que el gasto que pasapor el impulsor. El cociente de los dos gastos se llamala eficiencia volumtrica:

Q Q -Q Q

donde Q. es la suma de las fugas.Las prdidas mecnicas incluyen prdidas de poten-

cia en chumaceras y estoy cros y la friccin en el disco.La Ultima prdida es de tipo hidrulico, pero se agrupacon las prdidas mecnicas puesto que se produce fueradel flujo a travs de la bomba y no ocasiona una pr-dida de carga.

',a eficiencia mecnica rs el cociente de la potenciarealmente absorbida por el impulsor y convertida en car-ga. y la potencia aplicada a la flecha de la bomba:

Potencia al frenoprdidas mecnicase ,

Potencia al freno= , .,, e,

ENTRADA AL IMPULSOR Y PRE-ROTACION

Al estudiar el efecto del canal de entrada al impulsorsobre el funcionamiento de ste, es mejor tomar en con-sideracin nal te del tubo de succin, ya que la reaccinilel impulsor sobre el flujo puede extenderse a una con-siderable distancia detrs del impulsor.

El flujo a travs del impulsor y despus de l es can-sado por la cada del gradiente de energa abajo delnivel que existe ron flujo nulo.

Siguiendo el gradiente de energa, el lquido fluyepor la trayectoria de mnima resistencia.

El lquido adquiere una pee-rotacin al entrar a loscanales del impulsor. y su direccin depende del ngulo

de entrarla del aspa la capacidad a manejar y lavelocidad perifrica, factores que determinan el trin-gulo de velocidades a la entrada.

Es evidente que la resistencia a fluir es mnima si ellquido entra al impulsor en un ngulo cercano al ngulodel aspa fli.

Sin embargo, para una velocidad dada del impulsorslo hay un gasto que per mire al liquido entrar meridio-nalmente al impulsor sin pre-rotacin. Esto se muestraen la figura 63.

COD un gasto considerablemente menor que el nor-mal. el liquido adquirir pre-rotacin en la direccin derotacin del impulsor para poder entrar al impulsor conun ngulo aproximado a Bi.

TEORA RE LA BOMBA CENTRFUGA 61

Con un gasto mayor que el normal, se necesita unapre-rotacin en la direccin opuesta, es necesaria paraque el lquido pueda satisfacer la condicin de mnimaresistencia.

Estos dos casos se muestran en la figura 64.Stewart estableci con un instrumento especial lla-

mado "rotmetro" la pre-rotacin en un tubo de succinde 6", midindola 18" atrs del impulsor.

En capacidad cero, el rotmetro marc una velocidadde 233 r.p.m. (la del impulsor era de 1,135 r.p.m.), lacual decreci gradualmente a cero a medida que la ca-pacidad se aproximaba a la normal. Entonces, el rot-metro incrementaba de nuevo su velocidad hasta -10

Figura 63. "frillgu lo de velocidad a la nitrada.

r.p.m. En estas pruebas no se poda observar el cambioen la direccin, cosa que acontece en la realidad; yaque el sentido, antes de la capacidad normal, es contrarioal que existe despus de este punto.

La carga de succin medida en la boquilla fue msalta que el nivel esttico del lugar donde se succion,indicando la presencia del paraboloide de presiones, cau-sado por el movimiento "vortex".

El gradiente de energa es mayor en medio que cercade las paredes. Por lo tanto, se producirn velocidadesms altas en el ojo del impulsor, y dicha diferencia llegaa ser bastante pronunciada con capacidades bajas.

Es imposible estimar con certeza la direccin del flu-jo en las cercanas del impulsor, pero rara vez es meri-dional, o sea, sin me-rotacin. En bombas modernas dealta velocidad los ngulos de entrada de las aspas songrandes, debido a que los ngulos pequeos producenuna eficiencia ms baja.

La pro-rotacin est dada por el trmino substrac-tivo de la ecuacin de Euler, o sea, disminuye la cargaterica por lo que deber tratarse de reducirla al mnimo,cuando se disean la carcaza y caben de succin.

RAZONES POR LAS CUALES NO SE PRESENTA LACARGA DE EULER

La carga de Euler no se produce a consecuencia deciertas variaciones de presin v velocidad.

I. La velocidad relativa del lquido en la parte pos-terior del impulsor es mayor que en la cara de enfrente,debido a la distribucin de presiones dentro del hn-pulsor.

Esta velocidad relativa, menor en el frente, dar lu-gar a cargas menores; y la carga total ser menor queaquella calculada para un promedio de velocidad delflujo.

2. Debido al efecto de la rotacin del agua en lascercanas y dentro del impulsor. Entre ellas est la cima-!acin relativa con respecto al impulsor, que se debe a lafuerza de inercia de partculas de lquido sin friccin.

El resultado es una componente en la direccin tan-gencial, opuesta a en, en la descarga y del mismo senti-do que cu, a la entrada. Por otra parte, la circulacinrelativa disminuye el valor del ngulo de descarga eincrementa el de entrada.

Evidentemente la circulacin relativa es menor conun gran nmero de aspas. Tambin es razonable esperarque la circulacin relativa sea ms pequea en un im-pulsor angosto que en uno ancho. Es por esto que conel mismo dimetro del impulsor. la

carga total es mayo!en un impulsor angosto.

Parte inactiva de una vena. En una bomba real yaun en la ideal, la diferencia de presiones entre las doscaras del aspa desaparece donde las dos corrientes decanales adyacentes se juntan. Esto significa que no todael aspa es igualmente activa.

Las presiones sobre las aspas fueron medidas. porUchimaru y muestran que la diferencia de presiones so-bre las dos caras tiene un mximo cerca de la succin,y es nula en la descarga.

En la figura 65 se muestra la distribucin de pre-siones para una bomba de 316 g.p.m.: 28.6 pies de cargay girando a 7(X) r.p.m.

VELOCIDAD ESPECIFICALa velocidad especfica n, se define corno aquella

velocidad en revoluciones por minuto, a la cual un im-

Figura 64. Ganaos matar 1 mena i loe el normal

62

CAPITULO 3

Figu a ,5. 1 r oreIffilen,

pulsor geomtricamente similar al impulsor en cuestin,pero pequeo, desarrollara una carga unitaria a unacapacidad unitaria.

La siguiente informacin acerca de la velocidad es-pecfica es importante para el estudio y diseo de bom-bas centrifugar

El nmero se usa simplemente como Una carac-terstica tipo, para impulsores geomtricamente similares,pero carece de significado fsico para el proyectista.

La velocidad especfica se usa como un nmerotipo, para disear las caractersticas de operacin, sola-mente, para el punto de mxima eficiencia.

e) Para cualquier impulsor, la velocidad especficavara de 0 a a en diversos puntos de la curva capacidad-carga, siendo cero cuando la capacidad es cero, e infi-nita cuando la carga es nula.

Para el mismo impulsor, la velocidad especfica nocambia con la velocidad del mismo. Esto se puede com-probar expresando los nuevos valores de la carga y capa-cidad cm trmino de los viejos, y substituyndolos en laexpresin de la velocidad especfica.

Para impulsores similares, la velocidad especficaes constante en diferentes velocidades y tamaos.

f) Los incisos d) y e) presuponen la misma eficien-cia hidrulica, y se aplican a todos los puntos de la curvaH.Q. Los puntos de igual velocidad especfica de variascurvas //.Q., para diferentes velocidades del mismo im-pulsor o para diversos tamaos de impulsores similares,son referidos a sus correspondientes puntos, o puntos dela misma eficiencia hidrulica.

R) El estudio de la frmula de la velocidad espec-fica muestra que sta aumenta con la velocidad y decreceal aumentar la carga. Un impulsor de alta velocidadespecfica se caracteriza por tener bastante ancho. encomparacin con el dimetro del impulsor: una granrelacin entre dimetro D I 1D, y un pequeo Manero deaspas.

Si diferentes tipos de bombas proporcionan la mismacarga y gasto, las bombas de alta velocidad especfica

gitain a una mayor velocidad y sern de menor tama-o: por consiguiente, sern ms baratas y requerirnmotores chicos de alta velocidad.

/I:: En general, cualquier requisito de una condicincargagasto se puede satisfacer con muchos tipos de im-pulsores de diferentes tamaos, operando a diferentesvelocidades.

i) Como un ejeinplo, supongamos que un impulsorde 15 puyadas de dinu ro a 1.800 r.p.m., desarrolla 200pies de Carga y 2,500 g.p.m., de capacidad. Cul serla velocidad y tamao de un impulsor similar para dar10,000 g.p.m.. a 13 pies.'

La velocidad esj cifica es n, =La velocidad del nuevo impulsor es:

v10,000= 1.700 n = 129.5 r.p.m.(15

el factor:1.800V200b = 5.s = a lInfrnishe InNsal ..1 Figura I I S. \ ls tila (Ir Irak. 'inc .alti.di en 4.1narria'. 41 olo .m.t I ilifronf

Meyer: Es una vlvula de vapor plana con ajustemanual que libra las vlvulas de cierre.

Figura I :S. (1.orle-ia IIdootfit &curare.'

OJEO PERFORADOFigura I I O. I mut tmitlito n1.911.1 int,..iji.1.114r.

i4 1.1

CAPITULO 7Caractersticas de operacinde las bombas reciprocantes

CONSUMO DE VAPOR

La figura 117 preparada por el llydraulie Instituir proporciona un medio rpidopara calcular en forma aproximada el consumo de vapor en mquinas de accin(brema.

Para bombas duplex, divida los WHP (Water Horse Power! entre 2 antes deaplicarlos a las curvas. 1.as curvas estn basadas en WHPicilindro.

Procedimiento:I. Principie con los W1-1Pkilindro.

Suba verticalmente a la curva correspondiente al tainafio del cilindr "vapor".Llegue horizontalmente a la curva de velocidad del pistn de 50 pies/seg.Esta es la curva bsica para la que be trazaron las otras curvas.Llegue verticalmente a la velocidad del pistn ta la cual trabajar).Llegue horizontalmente a la escala de consumo de vapor en donde lo en-contrar expresado en 16/W11P-hora.Multiplique el resultado obtenido por los WHP totales para obtener el con-SUMO de vapor en librasjhora.

Para los cilindros que manejan el vapor, con dimetros como los que se mues-tran, pero con carrera ms larga, deduzca del consumo de vapor por cada20% adicional de carrera. As, un cilindro de 12" X 24" tendr 5 t4 menos deconsumo de vapor que un cilindro de 12 X 12. Para 5% X 5 y 4 1,4 X 4 la curvapara cilindros de 6 X 6 dar cifras aproximadas.

Para corregir por vapor sobrecalentado, deduzca l'7 por cada 10 de sobre-calentamiento. Para corregir por -back pressure" multiplique el consumo de vaporpor un (actor de correccin igual a:

K _ FP + BPN P

donde:

P Presin neta del vapor para accionar la bomba.BP e Hack pressurc.

1113

300280260

240

220

200

180

160

90

80

70

T10,1

CAPTI LO 7

60

50

111119111111111`11111111111Lifil

11111111111111TAMAO DEL C LINDRO

Val" 'kZEIN1b,wilmEtotiomita.minavminun rNum! ,111kararaNara I\

.4 .6 .8 1 2 4 6 810 20WHP-POR CILINDRO

Figura 117. Con .nanto .tpooituudo de Impor thowl..o(Cortesa Ihtlemdir

40 60 80 00 200 400

PRUEBAS HIDROSTATICAS

Cualquier pieza de fundicin que est bajo la pie.sin hidrulica o del vapor debe someterse a una pruebahidrosttica con 11/2 veces la mxima presin de trabajo.

VELOCIDAD DEL PISTON O EMBOLO

En la Fig. 118 se muestran las velocidades de pisto-nes o mbolos en bombas simplex o duplex para serviciogeneral con agua fra o lquidos que no excedan de 250SSU de su viscosidad.

GRAFICA DE CORRECCIONES PARA TEMPERATURAO VISCOSIDAD

En la Fig. 119. las velocidades de buntlias sirnplex yduplex que MaIHMI lquidos calientes O sisensus, semuestran COMO un porcentaje dt . las velocidades bsicas.

Esta grfica es para bombas de diseo normal. Lasde diseo especial con vlvulas excepcionalmente gran-des, pueden trabajar a velocidad mayor.

Esta grfica es muy til, por ejemplo, para seleccio-nar la velocidad de las bombas ch. alimentacin decalderas que manejan agua a temperaturas elevadas.Las bombas deben trabajar a un 50 60(71 de la que seindica para agua fra.

n11111001 gl WIE ~EnEnMEMn MEM E nNEM MOMn MEM IMMIlln n nEME MEnMgMg OlanMEMO

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111:1.111111121:2111M n E n

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~E 111 MMEOMMOMIWWWWUMMWWWWWWWIIIIMIIIIMINUMIZINI

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IIIM..m......r.r..~.iligiummumirgMEgag.. immg.MEMmig

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MMEMMME 10511 E MIUMMOEIIM MMEMIUEME MIUMn MEM nIMMEzas nE usww-TIMM/

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...~.. nMI 1111 WIMIMIIIIIellS

ME111~111

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ffigg MENMOMME ME MEMMI

MI I

M

~1~nele n11am o 1.min01 Es ama m aun-- -- -- --- -- -- --- - - - - -

4

3

3

2

2-J

17, 2

W0o 1

CC

1

4

4U 120

CARACTEHSTICA.S DE OPERACIN 1W LAS BOMBAS HECIPROCANTLS 105

PIES POR MINUTO

Figura 118. Morid:ales Intsiras para bombas simplex y duplex.(Coriesta Imritertr.)

Carrera>: Las carreras comnmente usadas en b0111-bas de vapor simplex o duplex, son las siguientes (ex-presadas en pulgadas)

21/2, 3, 31/2, 4, 5, 6, 7, 8, 10. 12, 14, 15, 16, 18, 20, 28, 36.

LIMITACIONES DE SUCCION

El tipo de bomba, as COMO el diseo de las vlvulasde succin, pistones y pasajes de succin afectan la altu-ra de succin que se logra con una bomba reciprocante.La figura 120 se puede aplicar a bombas similares a unabomba duplex de 6 X 4 X 6, ron vlvulas de laminillas.

DESPLAZAMIENTO

L IN tablas de las figuras 121 y 122 muestran el des-plazamiento real para una carrera de un pistn de sim-ple accin. A fin de obtener el desplazamiento porrevolucin:

para una bomba simple; con pistn de doble accin,multiplique por 2;

para una bomba duplex, con pistn de doble ac-cin, multiplique por 1.

200300

0400

9_500Ucn

600

700

800

900

1000

1-1nn. 7(

1 MI.M'In

L

Ei=ir ,,

EziCiiiirrILNEER W,

Immr:'

has .ah&WEIN

a

IEEE

ralanalapram 1111E

U IIIIWILMEEMENI

1111111,41I .9:=1:11la=lam m in

ilarma- :90 EELE mm

VS~E: mk-

in- m -, Qn gn inmasn1 n

o

100C

o

o

o

o

cccc

cc

o_

106

cArtrum7

VELOCIDAD DE LA BOMBA-PORCENTAJE DE VELOCIDAD BASICA-. - --- --

Figura119.GriwAdro~~~~..1.i~idad.

24.8 240

17.0 22014.7 212

11.5 20010.0 193.3

cn

-dc

-91 3.71 Ir 1500 ccco*w )o_ ec

a_

.946 100

.25 60

CARACTERtMCAS DE OPERACIN DE 1AS OMR: RECIPROCANTE.S 107

1 Altura terica de succin al nivel del marPA -- Altura mxima de succin esttica al nivel del marN Altura normal de succin esttica al nivel del mar

---= A tura normal de succin esttica a diversas altitudesB Punto de Uncin del agua a varias altitudes

Id/ y Ni C rga de succin minima, y normal p ra agua a latemperatura de ebullicin y sus corre pondientes p esiones

Lin a d temperatura atmosfrica Un

erlregintliWZMMISittalasomillithailltiallazati

wease. sil.a ~1111-.MI n 1E

I st Nil, k I.n

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Z 1:1 KIWI01

MIII TI

1":

"

P. - y NE

:11 11 "III III IIIIIIIIn I

0 10 20 30 34Altura de succinPies

0 3220 10

Cabeza de succin-Pies

Figura I 21 /. hora .1c, succin. (tortena ll,(Inzitti< Institut. .1

Cilindrode la

nomna IJen plg 2 fi

.

31;2 1 11 7 10

%I .00024 .000i0 .00036A .00012 .00053 .00064l' lei .00066 .00083 .0010

11 .00096 .0012 .001 .0017 .0019 .....7/10 .9013 .0016 .0020 .0091 .0026

..'

I; .0017 .0021 .0026 .0101 .0031 1013 .0051 ', . .0068'i0 .0022 .0027 .0032 .0038 .0043 .18154 .0065 .01175 .0086rr'41 .0027 .0033 .0040 .0017 .0053 .0066 .0000 .0093 .1)106bay o . .0032 .0040 .00411 .0056 .0064 nelm .01)97 j113 .0129 .3i .0038 .0048 .0057 A5067 .0070 )1096 .0115 .0134 .0153.10

_

.0045 .0056 .0067 .0079 .0096 iti 12 mis ,nts; i ,1 7 te' s .0032 .0065 .0078 .0091 .0104 .0131 .0157 .0183 i,

.0060 .0075 .0090 .0105 .0120 .19150 .0180 .02091 .0068 .0085 .0102 .0119 .0136 .8170 .0204 .11218 -/ .0306 .034011 . .0086 .0108 .0129 .0151 .1r!-: I Pis .02i8 .11301 1:344 .0387 .0430

11/4 .0100 .0133 .0159 .0186 .:. 1 31266 .6119 .037J .0125 .0178 .0511111 .0129 .0161 .0193 .0225 , :) u' .ii .88 .0450 .0511 .0579 .064317/, .0153 .0191 .0230 .02611 .0e 583 .01 59 .13534] . 0612 .0609 .07651% .0180 .0225 .0269 .0311 1,119 .0519 .06211 .0718 .0808 .0898131, .0208 .0260 .011, .0365 J.A. .] 521 .0625 .0729 .0831 .0937 .1011

1743 .0239 .0299 .0359 .0418 .11;.-.4 .0598 .0717 .V837 .0956 .1076 .11952 .0272 n340 .0408 .0476 .0511 .0680 .0816 .0952 .1088 .1224 .136021/4 .0314 .0430 .0516 .0603 .0689 0861 .1013 .1205 .1177 .1549 .172121 2' .0425 .0511 .0638 .0744 .1)850 .1063 .1275 .14118 .1700 .1911 .212523' .0514 .0643 .0771 .0900 .1029 12116 .1513 .1801 .21157 .2314 .25713 .0612 0765 .0918 .1071 .1 ../ .15:81 , IR% .211., .. t .2754 .306031/4 .0718 01198 .1077 .1257 .1417 .1796 .2155 .2511 .:.:7; _1232 .3591

'31/2 .0833 .1011 .1250 .1158 .1666 .2083 .2199 .2916 .4332 .3749 .416513' .0956 .1195 .1434 .1671 .1913 .2191 .2869 .3347 .3825 .1103 .47814 .10811 1360 .1632 .1901 .2176 2720 .3264 .180A .4352 .4896 .544041i .1228 .1535 .1842 .2150 .2457 .3071 .3685 .4299 .4913 .5527 .614141/2 .1377 .1721 .2066 .2410 .2754 .1443 .4131 .482(1 .5508 .6197 .688541 .1534 .191R .2301 .2685 .3069 .3836 .4601 .5170 .6137 .6904 .76715 .1700 .2125 .2550 .2975 .340n .4250 .5100 .5950 .6800 .7650 .850051/4 .1874 .2343 .2811 .32140 .3719 .4686 .5623 .6560 .7497 .8434 .9371511, .2057 .2571 .3086 .3600 .4114 .5143 .6171 .7200 .8228 .9257 1.02856 .2448 .1060 .3672 .4284 .4896 .6120 .7344 .8568 .9792 1.1016 1.22407 .3332 .4165 .4998 .5811 .6661 .8110 .9996 1.1662 1.3320 1.1991 1.6660X .4352 .5440 .6528 .761n .8701 1.0880 1.1056 1.5232 1.7408 1.9584 2.17609 .5508 .6885 .8262 .9639 1.1016 1.3770 1.6524 1.9278 2.2032 2.4786 2.7540

10 .6800 .8500 1.0200 1.1900 1.3600 1.7000 2.0400 2.3800 2.7200 3.0600 3.4000II .8228 1.0285 1.2342 1.4399 1.6456 2.0570 2.4684 2.8798 3.2912 3.7026 4.114012 .9792 1.2240 1.4688 1.7136 1.9584 2.4480 2.9376 3.4272 3.9168 4.4064 4.896013 1.1492 1.4365 1.7238 2.0111 2.2984 2.6730 3.4476 4.09 22 4.5968 5.1714 5.746014 1.3328 1.6660 1.9992 2.3324 2.6656 3.3320 3.9984 4.6618 5.3312 5.9976 6.664015 1.5300 1.9125 2.2950 2.6775 3.0600 1.8250 4.5900 5.3550 6.1200 6.8850 7.650016 1.7408 2.1760 2.6112 3.0464 3.4846 4.3520 5.2224 6.0928 6.9632 7.8336 8.704018 2.2032 2.7540 3.3048 3.8556 4.4064 5.5080 6.6096 7.7112 8.8128 9.9144 11.016020 2.7200 3.4000 4.0800 4.7600 5.4400 6.8000 8.1600 9.5200 10.0000 22.2400 13.600022 3.2912 4.1140 4.9368 5.7596 6.5824 8.2280 9.8736 11.5192 13.1648 14.8104 16.456024 4.9168 4.8960 5.8752 6.8544 7.8336 9.7920 11.7504 13.71188 15.6672 17.6256 19.584026 4.5968 5.7460 5.8952 8.0444 9.1936 11.4920 13.7904 16.088H 111.3872 20.6856 22.984028 5.3312 6.6640 7.9968 9.3296 10.6624 13.3280 15.9936 18.6592 21.3248 23.9904 26.656030 6.1200 7.6500 9.1800 10.7100 12.2400 15.3000 18.3600 21.4200 24.4800 27.5400 30.6000

kryziane 121. 116 .1 .1../.111eiree oe Ir 183106.3 3. n ee pro< 181183.0.318,18 'belfo die lieelitiify.)

Cilindnidrla

bomba Den Ws 12 13 16 18 20 22 24 28 36

li4

... .

161117.46IL,l'i1G

.....

1111,41:416..,

581:?16

1 .0408 .0442 .0476 .0510 .0514 .0612 .0680 .0748 .0816 .0952 .12211% .0516 .0559 .0602 .0645 .0688 .0775 .0861 .0947 .1033 .1205 .154911,4 .0638 .0691 0744 .0797 .0850 .0957 .1063 .1169 .1275 .1188 .191411 .0771 .0836 .0900 .0961 .1028 .1157 .1286 .1111 .1543 .1800 .9315114 .0918 .0995 .1071 .1148 .1221 .1377 .1530 .1683 .1836 .2142 .27541% .1077 .1167 .1257 .1347 .1416 .1616 .1796 .1975 .2155 .2514 .3232la'

..-1 .1251' .1351 .1458 .1562 .1666 .1874 .2083 .2291 .2499 .2916 .3749

1741 .1424 .1554 .1673 .1793 .19)2 .2151 .2390 .2619 .2848 .3346 .43022 .1632 .1768 .1904 .2040 .2171 .2448 .2720 .2992 .3264 .3808 .4896214 .2066 .2238 .2410 .2582 .2751 .3098 .3443 .3787 .4131 .4820 .6197211 .2550 .2763 .2975 .3188 .140e .3825 .4250 .4675 .5100 .5950 .7650214 .3086 .3343 .3600 .3857 .4114 .4628 .5143 .5657 .6171 .7200 .92573 .3672 .3978 .1284 .4590 .4896 .5508 .6120 .6732 .7344 .8568 1.101631/4 .4310 .4669 .5028 .5387 .5746 .6464 .7183 .7901 .8619 1.0056 1.292931,4 .4998 .5415 .5831 .6248 .6664 .7497 .8330 .9163 .9996 1.1662 1.499431'4 .5738 .6216 .6694 .7172 .7650 .8606 .9563 1.0519 1.1475 1.3388 1.72134 .6528 .7072 .7616 .816(1 .8704 .9792 1.0880 1.1968 1.3056 1.5232 1.9584414 .7370 .7984 .8598 .9212 .9826 1.105+ 1.2281 1.3511 1.4739 1.7196 2.2109411 .8262 .8951 .9639 1.0328 1.1(116 1.2393 1.3770 1.5147 1.6524 1.9278 2.4786411 .9206 .9973 1.0740 1.1507 1.2274 1.3808 1.5343 1.6877 1.8411 2.1480 2.76175 1.0200 1.1050 1.1900 1.2750 1.3600 1.5301) 1.7000 1.8700 2.0400 2.3800 3.0600514 1.1246 1.2183 1.1120 1.1057 1.4994 1.68611 1.8743 2.0617 2.2491 2.6240 3.373751,; 1.2342 1.3371 1.4399 1.5428 1.6466 141513 2.0570 2.2627 2.4684 2.8798 3.70266 1.4688 1.5912 1.7136 1.8360 1.9584 2.2032 2.4480 2.6928 2.9376 3.4272 4.40647 1.9982 2.1658 2.3224 2.4990 2.6656 2.9988 3.3320 3.6642 3.9964 4.6648 5.9976II 2.6112 2.8288 3.0464 3.2640 3.4816 3.9168 1.3520 4.7872 5.2224 6.0928 7.83369 3.3048 3.51102 3.8556 4.1310 4.4064 4.9572 5.5080 6.0588 6.6096 7.7112 9.9144

10 4.0800 4.4200 4.7600 5.1000 5.4400 6.1200 6.11000 7.4800 8.1600 9.5200 12.240011 4.9368 5.3482 5.7596 6.1710 6.5821 7.4052 8.2280 9.0508 9.8736 11.5192 14.810412 5.8752 6.3648 6.8544 7.3440 7.8336 8.8128 9.7920 10.7712 11.7504 13.7088 17.625613 6.8952 7.4698 8.0444 8.6190 9.1936 10.3428 11.4920 12.6412 13.7904 16.0888 20.685611 7.9968 8.6632 9.3296 9.9960 10.6624 11.9952 13.3280 14.6608 15.9936 18.6592 23.990415 9.1800 9.9450 10.7100 11.4750 12.2400 13.7700 15.3000 16.8300 18.3600 21.4200 27.540016 10.4448 11.3152 12.1856 13.0560 13.9264 15.6672 17.4080 19.1488 20.8896 24.3712 31.334418 13.2192 14.3208 15.4224 16.5240 17.6256 19.8288 22.0320 24.2352 26.4384 30.8448 39.657620 16.3200 17.6800 19.0100 20.4000 21.7600 24.4800 27.2000 29.9200 32.6400 38.0800 48.960022 19.7472 21.3928 23.0381 24.6840 26.3296 29.6208 32.9120 36.2032 39.4944 46.0768 59.241624 23.5008 25.4592 27.4176 29.3560 31.3344 35.2512 39.1680 43.0848 47.0016 54.8352 70.502426 27.5808 29.8792 32.1776 34.4760 36.7744 41.3712 45.9680 50.5648 55.1616 64.3552 82.742428 31.9872 33.6528 37.3184 39.9840 42.6496 47.9808 53.3120 58.6432 63.9744 74.6368 95.961630 36.7200 39.7800 42.8400 45.9000 48.9600 55.0800 61.2000 67.3200 73.4400 85.6800 110.1600

Figura 122. De plimamienl,delKouhasperiprormars.111:orl 41H hlydrm /ir lissiitul4

CAPITULO 8Mquinas rotatorias

El campo de aplicacin de estas bombas es muy extenso. Se usan para manejargran variedad de lquidos; las hay en un amplio rango de capacidades, y paradistintas presiones, viscosidades y temperaturas.

Aplicaciones1. Manejo de lquidos de cualquier vis-

cosidad.10. Enfriamiento para mquinas herra-

mientas.2. Procesos qumicos. I I. Bombeo de petrleo (lneas, oleo-

Manejo de alimentos. ductos).Descargas marinas. 12. Bombas para quemador% de pe-Bombas para cargar carros tanque. trleo.Proteccin contra incendios. 13. Refineras.

7. Transmisiones hidrulicas de poten- 11. Manejo de grasas.cia. 15. Cases licuados (propano, butano.

8. Lubricacin a presin. amonaco, fren).9. Pintura. 16. Aceites calientes.

Restricciones

I. I.os lquidos que contienen substancias abrasivas o corrosivas pueden causarun desgaste ptetnaturo en las partes con tolerancias muy pequeas.

2. Estas bombas no se deben usar VI) instalaciones donde pudieran quedarsegirando en seco.

l'enta)a3I. Combinan las caractersticas de flujo constante de las bombas centrfugas

Cell el efecto positivo de las bombas reciprocantes.Pueden manejar lquidos densos o delgados, as como lquidos que contenganaireo vapor.Pueden manejar lquidos altamente viscosos, lo que ninguna otra bombapuede hacer.

4. No tienen vlvulas.113

Des p lazare lentoC.3 >Jorl arl

} Deslizamiento

Potencia hidrulica

l'alinda de himen

11 ttrTuto 8

RANGOS

las botabas rotatoi ias tienen 11111thil% aplicaciones,segn el elemento. impulsor. Mencionaremos la bombade engranes, que puede manejar desde 1 hasta 5.000g.p.m.. a presiones hasta de 3,0011 Iblple.

AA. aciones

Industria petrolera: (En casi todas las fases de losprocesos). Produccin-refinacin, aceites crudos e refi-nadas. Carga de tanques, transporte, disuibucin.

Lubricacin. Mquinas herramientas y todo tipo (leequipo mecnico.

Quentadorer de rutile. Servicios de aceite combus-tible.

Sistemas hidrulii os. Elevadores, manejo dr mate'-rialtS.

Filtros. Aceite.Industria alimenticia. Jarabes y melaras. chocolates.

etctera.Plstico. Fibras.Industria qumica. Procesos solventes.Marina. Carga, aceite combustible. etctera.Industria del acero. Lubricacin de los molinos rola-

dores, circulacin de aceites para procesos trmicos ypara enfriamiento.

Ferrocarriles. Transferencia dr aceites combustible ediesel. aceite de lubricacin y grasa.

) rl acero. Por tanto, la combinacin de dichos metalesno es adecuada para temperaturas altas.

Aten,. El acero tiende a pegarse, por lo que no de-ber usarse para lquidos no lubricantes (baja viscosi-dad'.

Ilinro. A altas temperaturas pueden ocurrir fractu-ras. al

producirse un enfriamiento. Se recomienda usaracero pata lquidos a temperatinas > .150F.

FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS ROTATORIAS

Desplasandento. El desplazamiento rs la cantidadterica de lquido que Ins elementos giratorios puedendesplazar sin carga O presin.

En una bomba de engranes, por ejemplo, 1,4 despla-nIllientU CS la suma de los vol:nenes existentes entrelos dientes.

Deifizamicillo. !Slip Es la cantidad de lquido queregresa de la descarga a la succin, a travs de los claros 5,00U SSU casisial iguales.

El efecto del claro en el retorno o mecirculacin pue-de apreciase ms cuantitativamente Si usamos de lasiguiente frmula:

p X 1 X d'12.!

300 PMPSI

100 PMo PS1

RPM

mitian

...s.

EIN

Ea n

SIQUIP1AS Hurxrunts 115

= Flujo a travs del claro.isp = Presin diferencial (PdP.).

b Ancho de la trayectoria.4 = Claro.

= Viscosidad absoluta.1 = Longitud de. la trayectoria.

Se puede notar que el (lujo Q varia con el cubo delclaro. Por ejemplo, si el claro aumenta al doble, el flujode retorno aumentar 8 veces.

Potencia. En una grfica, la variacin de la poten-cia tiene la forma de una lnea recta.

Para p = O existen prdidas de friccin. Al aumentarla presin aumenta la potencia al freno requerida. Estadepende de la presin y la viscosidad.

Eficiencia. La eficiencia de la bomba vala segn eldiseo de la misma, la viscosidad y otros factores. Engeneral es mayor para bombas de alta presin.

Las bombas rotatorias pueden tener eficiencias muyaltas tales como 80-85%, cuando manejan lquidos deviscosidad relativamente alta (10-15,000 SSU). Por logeneral, cuando aumenta la viscosidad, la eficienciatiende a disminuir, pero se pueden obtener eficienciasaltas, si se selecciona correctamente el equipo.

A continuacin se muestra una grfica de funcuma-miento para viscosidad constante r distintas velocidades.

En la grfica de la figura 124 se observan las varia-ciones de gasto y potencia, para diferentes velocidades v,en el raso de la puericia, para diferentes presiones. Lafigura 125 muestra el efecto del elan,.

Como se ve, el exceso de claro hace que el retornode flujo aumente a tal grado que las bombas resulteninoperantes.

De aqu se deduce tambin que el maquinado de es-tas bombas debe ser sumamente preciso.

Hay dos maneras de comprobar si el claro es correc-to: determinar las curvas que muestren el retorno, o bien

1 1161613:11161110

} Potencia

Figura 124. Renalimirnto b nnlla rotatoria con rissxesidadconstante.

cerrar momentneamente la vlvula de la lnea de suc-cin.

En estas condiciones deber producirse un vaco de27 a 29 1.r. flg, con lo cual se comprueba que el claro escorrecto.

Los claros para presiones moderadas pueden ser comosigue;

Engranes de 1 14" D.P.

Claro en los extremos .002" .001"Claro diametral .00 ,1" .007"

Engranes de 13" D.P.

Claro en los extremos .010" .018"Claro diametral .002" .028"

Engranes. Los engranes de las bombas pueden serhelicoidales (Spur) o tipo de espina de pescado (He-rringbone).

100

20

De sol atamiento

o

100 200 300P. 5.1 .

Figura 125. Grifira que muenra el efecto del elan, en las bombas rotatorias.

Planas, cangilonesrodillos

Axial

Radial

Pistn

Aspas

116

Los primeros generalmente se usan en bombas d