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Bombas
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FLUJO DE FLUIDOS
Manejo de Slidos y
Lquidos Docente: Ximena Saavedra
Redes de tuberas
3
PRDIDAS DE CARGA EN REDES DE TUBERAS
Para tuberas en serie, la razn de
flujo es la misma en cada tubera, y
la prdida de carga total es la suma
de las prdidas de carga en tuberas
individuales Ecuacin de continuidad
Para tuberas en paralelo, la prdida
de carga es la misma en cada
tubera, y la razn de flujo total es la
suma de las razones de flujo en las
tuberas individuales
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PRINCIPIOS DEL ANLISIS DE REDES DE TUBERAS
1. Se debe satisfacer la conservacin de la masa a
travs del sistema.
2. La cada de presin (y por lo tanto la prdida de
carga) entre dos uniones debe ser la misma para todas
las trayectorias entre las dos uniones.
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PRINCIPIOS DEL ANLISIS DE REDES DE TUBERAS
Se debe bombear agua a 20C desde un depsito (za = 5 m) a otro depsito a
una elevacin mayor (zb = 13 m) a travs de dos tuberas de 36 m de largo conectadas en paralelo, como se muestra en la figura. Las tuberas son de acero
comercial, y los dimetros de las dos tuberas son 4 y 8 cm. El agua se bombear
mediante un acoplamiento motor-bomba con una eficiencia del 70 por ciento que
extrae 8 kW de potencia elctrica durante la operacin. Las prdidas menores y la
prdida de carga en las tuberas que conectan las uniones de las tuberas
paralelas a los dos depsitos se consideran despreciables. Determine la razn de
flujo total entre los depsitos y la razn de flujo a travs de cada una de las
tuberas paralelas.
6
Bombas
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Qu son?
Es un dispositivo que absorbe energa mecnica,
requerida para su funcionamiento, y la transforma en
energa hidrulica para elevar lquidos y conducirlos de
un lugar de menor altura a otro de mayor altura.
Esta energa que se comunica al fluido (carga (H)) es
requerida para vencer la resistencia al flujo que se
presenta durante el transporte de lquidos por una
tubera.
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CABEZA O CARGA DE LA BOMBA
Las bombas centrfugas tienen una cabeza o carga que corresponde a la
presin disponible y se representa como la columna de lquido bombeado (en
metros).
La columna de lquido se puede determinar de las siguientes formas:
Si es agua: 1psi son 2,31 pies de agua
Si es otro tipo de lquido: Se tiene en cuenta la gravedad especfica
=
La carga o cabeza no vara si se cambia el fluido (cambia densidad) por que
es independiente de este, pero si se incrementa la presin disponible para
elevar el lquido.
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CABEZA O CARGA DE LA BOMBA
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BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
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BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
BOMBAS RECIPROCANTES
Las bombas reciprocas funcionan utilizando un movimiento en lnea recta de
ida y vuelta (pistones).
Este tipo de bombas son empleadas cuando el fluido se encuentra por debajo
de la bomba. En este caso, el pistn que la conforma crea un vaco parcial
dentro del cilindro permitiendo que el lquido se eleve.
La cantidad de lquido desplazado depender de la velocidad de la bomba
(geometra)
Son autocebantes y de succin limitada (baja descarga y baja eficiencia).
Son recomendables cuando la altura de succin no es superior a los 6.7 m
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BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Reciprocante Bomba de mbolo
En estas bombas el lquido es forzado por el movimiento de
uno o mas pistones ajustados a sus respectivos cilindros
(comprimen el lquido).
Se produce rozamiento, en este tipo de bombas, entre el
pistn y el cilindro, por lo que necesitan de sistemas de
lubricacin.
No pueden ser usadas con lquidos contaminados con
partculas que resultaran abrasivas para el conjunto.
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BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Reciprocante Bomba de Diafrgma
El elemento de bombeo es un diafragma flexible,
colocado dentro de un cuerpo cerrado que se
acciona desde el exterior. Estas paredes
elsticas o diafragmas varan el volumen de la
cmara, aumentndolo y disminuyndolo
alternativamente
En las bombas de diafragma no hay piezas
friccionantes
Se emplean para el bombeo de lquidos
contaminados con slidos, tal como los lodos,
aguas negras y similares.
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BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
ROTATORIAS
Estas bombas desplazan el fluido de forma ms uniforme que las
bombas reciprocantes, con menos reas de trabajo. La forma en
que estn hechas y como operan proporcionan una presin de
descarga ms uniforme.
Gracias al cuerpo de desplazamiento rotatorio, las bombas tienen un
buen equilibrio y bajas vibraciones, incluso a un alto nmero de
revoluciones.
No necesitan mucho mantenimiento.
.
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BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
ROTATORIAS
ROTOR SIMPLE ROTOR MLTIPLE
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BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Bombas de rotor simple
Son aquellas en las que todos los elementos que giran lo hacen con
respecto a un solo eje
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BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Bombas de rotor Mltiple
Son bombas en los que los elementos que giran lo hacen
con respecto a uno o ms ejes.
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BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Rotatorias Bomba de Engranaje
Especialmente diseadas para bombear: aceites,
lubricantes, grasas animales y vegetales, jarabes,
pinturas, resinas, melazas, mermeladas, etc.
Se emplean en general, para todo fluido denso y
viscoso sin partculas slidas en suspensin o
abrasivas.
Son dispositivos que manejan un alta eficiencia
dependiendo de las condiciones de aplicacin.
Manejan altas vibraciones debido a los engranajes
y las revoluciones.
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BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Rotatorias - Bombas de engranajes internos y externos
Las bombas con engranajes externos son ms
usadas en la industria del petrleo, esto se
debe a su construccin, son relativamente
simples.
Tienen dos engranajes:
Engranaje activador o de poder : este que es
activado por un motor o algn otro accionador.
primario.
Engranaje accionado o secundario: este que
es accionado por el engranaje de poder.
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BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Rotatorias - Bombas de engranajes internos y externos
Bomba con Engranajes Internos : Tienen dos engranajes unidos el uno con el
otro.
El engranaje externo el cual es ms grande que el interno y se llama accionador
El engranaje interno o engranaje secundario de la bomba es el accionado
Las bombas de engranaje interno y externo estn hechas de materiales
similares, acero para la reactivacin y acero o un metal ms suave para la
accionada. Por lo general la carcasa est hecha de hierro o acero fundido, la
parte interna de la carcasa es ms lisa y ms compacta que la externa, es por
eso que el engranaje accionador est diseado para rotar alrededor del
engranaje accionado
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BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Rotatorias - Bombas de Lobulos
Estas bombas mueven fluidos usando los espacios entre los rotores y la carcasa
de la bomba del lado de succin al lado de descarga. Los lbulos son la parte
redondeada de los rotores que permiten que estos entren en contacto y que
creen hermetismo al rotor. La forma y lisura de los rotores previenen que uno de
los rotores mueva al otro por lo que se usan engranajes para sincronizar y mover
ambos lbulos.
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BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Rotatorias - Bombas de Tornillo o rosca
Constan de uno o varios tornillos tipo sin fin
colocados en el interior de la carcasa de la
bomba. A pesar de ser baja en eficiencia y
costosa, la bomba de tornillo es conveniente para
altas presiones (3000 psi), y entrega fluido con
poco ruido o pulsacin de presin.
Son apropiadas para bombear fluidos viscosos,
con altos contenidos de slidos, que no necesiten
removerse o que formen espumas si se agitan.
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BOMBAS DINMICAS
Bombas centrfugas Las bombas centrfugas deben su nombre al
hecho de que elevan el lquido (suministran
energa) por la accin de la fuerza centrfuga,
que la imprime un rotor, colocado en su
interior, el cual es accionado por un motor
elctrico.
Son muy empleadas cuando se requieren
altas velocidades pero a presiones
moderadas.
Por su capacidad de transportar grandes
caudales de lquido son ms utilizadas que
las bombas de desplazamiento positivo. Son
cerca del 80% de la produccin mundial
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BOMBAS DINMICAS
Bombas centrfugas
1a. Carcasa.
1b. Cuerpo de la bomba.
2. Rodete.
3. Tapa de impulsin.
4. Cierre del eje.
5. Soporte de cojinetes.
6. Eje.
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BOMBAS DINMICAS
Bombas centrfugas
La bomba centrifuga posee una serie de rodetes con distintas y
particulares formas que permiten tener funcionamientos especficos
cuando se trata de bombear o impulsar el fluido.
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POTENCIA DE LA BOMBA
La potencia suministrada por la bomba al fluido es igual al producto del peso
especfico por el caudal y por la altura manomtrica:
Potencia necesaria: La potencia suministrada a la bomba desde una fuente
externa se representa por PB:
=
Donde es la eficiencia o rendimiento de la bomba
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Cabeza Neta Positiva de Succin (NPSH):
Es la presin que debe existir en la regin de succin de la bomba centrfuga para
lograr su adecuado funcionamiento y evitar la cavitacin.
La cavitacin se presenta cuando la presin del lquido en la zona de succin es
menor que la presin de vapor a la temperatura de operacin, produciendo
erosin y reduccin en la eficiencia de la bomba.
NPSH disponible: depende de las caractersticas de la instalacin y del lquido
a bombear
=
Donde:
Ps: es la presin en la zona de succin
Pv: es la presin de vapor a la temperatura de bombeo
Zs: es la altura de la zona de succin
hL : es las perdidas de carga en la zona de succin
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Ejercicio
Benceno a 100 F (37,8 C) se bombea a travs del sistema de la Figura a razn de 40 gal/min
(9,09 m3/h). El depsito est a la presin atmosfrica. La presin manomtrica al final de la
lnea de descarga es 50 psi (345 kPa). La descarga est a una altura de 10 pies y la succin
de la bomba est a 4 pies por encima del nivel del depsito. La lnea de descarga es una
tubera de 1,5 in, cdula 40. Se sabe que la friccin en la lnea de succin es de 0,5 psi (3,45
kPa) y de descarga es de 5,5 psi (37,9 kPa). La eficacia mecnica de la bomba es 60%. La
densidad del benceno es 54 lb/pie3 (865 kg/m3) y su presin de vapor a 100 F (37,8 C) es
3,8 psi (26,2 kPa). Calclese: (a) la carga desarrollada por la bomba, (b) la potencia total
comunicada, (c) la carga neta de succin positiva.
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CURVA DE LA BOMBA- Rendimiento de la bomba
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CURVA DEL SISTEMA Y CURVA CARACTERSTICA
Curva del sistema: Permite identificar cuanto es capaz de bombear una
bomba y grficamente se representa como del comportamiento de la carga de
la bomba til necesaria como una funcin de la razn de flujo o caudal.
Las perdidas por friccin son proporcionales al cambio en el caudal.
Curva Caracterstica: Es la representacin de la variacin de la carga y la
eficiencia de la bomba con respecto al caudal, basado en datos
experimentales reportados por el fabricante.
El caudal aumenta al disminuir la carga de la bomba
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CURVA DEL SISTEMA Y CURVA CARACTERSTICA
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CURVA DEL SISTEMA Y CURVA CARACTERSTICA
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SELECCIN DE UNA BOMBA - LEYES DE AFINIDAD
La mayora de las bombas centrfugas se operan a velocidades distintas
para obtener capacidades variables.
Leyes de Afinidad:
Son relaciones que permiten identificar la variacin de la capacidad, la carga y la potencia, cuando se modifica la velocidad o el dimetro
del impulsor.
Cada una de estas leyes vara con la velocidad angular del impulsor. Se denota por la letra N y se expresa en revoluciones por minuto
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LEYES DE AFINIDAD
Si la velocidad vara:
Cambiando la velocidad y manteniendo constante el dimetro del
impulsor, la eficiencia de la bomba permanece igual pero varan la H, Q y
potencia suministrada
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LEYES DE AFINIDAD
Efecto del cambio de la velocidad de rotacin
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LEYES DE AFINIDAD
Si el dimetro vara:
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LEYES DE AFINIDAD
Si el dimetro y velocidad vara:
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LEYES DE AFINIDAD
Si el dimetro vara:
Al cambiar el dimetro del impulsor; pero manteniendo la velocidad de
rotacin constante, la eficiencia de la bomba no es afectada si el
dimetro del impulsor no es variado (reducido) en un valor mayor al 5 %.
Condiciones para la variacin del dimetro:
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Ejercicio
Suponga que la bomba cuyos datos de rendimiento estn graficados en la
figura, operaba a una velocidad de rotacin de I750 rpm, y que el dimetro
del impulsor era de 13 Pulgadas. En primer lugar, determine la carga que
dara lugar a una capacidad de 1500 gal/min y la potencia que se necesita
para impulsar la bomba. Despus, calcule el rendimiento para una velocidad
de 1250 rpm:
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Ejeercicio
Una bomba centrfuga opera a una velocidad de 1780 rpm presentando
las siguientes caractersticas:
Se desean obtener las caractersticas de operacin para esta bomba a
una velocidad de 1600 rpm y a 2000rpm. Aplique las leyes de afinidad y
grafique el nuevo comportamiento.
Q (gpm) H (pies) Potencia
(Hp) (%)
3250 180 200 75
2750 200 180 79
1750 237 150 71
1500 240 140 66
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EFECTO DEL TAMAO DEL IMPULSOR
El rendimiento de una bomba varia conforme cambia el tamao del impulsor. Si se
tiene una bomba centrifuga de 2 X 3 10, es decir, que tiene una conexin de descarga de 2 pulgadas, una de succin de 3 pulgadas y una carcasa en la que
cabe un impulsor de 10 pulgadas de dimetro, o menos, la curva caracterstica sera
de la forma como se muestra en la figura:
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EFECTO DEL TAMAO DEL IMPULSOR
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EFECTO DEL TAMAO DEL IMPULSOR
La figura muestra un sistema en el
que se requiere que la bomba
distribuya al menos 225 gal/min de
agua a 60 F, de un deposito inferior
hacia un tanque elevado que se
mantiene a una presin de 35.0psig.
Disee el sistema y especifique una
bomba apropiada.
Despus, determine el punto de
operacin para la bomba del sistema
diseado y de los parmetros de
rendimiento para la bomba en el
punto de operacin.
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Se selecciona la bomba que se ajusta a la curva de la figura. El sistema se
evala entre el nivel del depsito y el nivel del tanque elevado por lo que el
termino de la energa cintica en el balance global de energa es cero.
Peso especfico del agua = g =62,4
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Longitud Tubera de 21/2 = 360 ft
Longitud Tubera de 31/2 = 8 ft
Coef. Vlvula de Verificacin K= 1.8
Coef. Vlvula de Mariposa K= 0,8
Algunos criterios para el anlisis
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Se toma como referencia la curva para dimetro de 9 in ( por capacidad).
Algunos criterios para el anlisis
Bomba centrfuga de 2x3 - 10 y 3500rpm
Bombas en serie y paralelo
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BOMBAS EN PARALELO
Cuando dos o ms bombas idnticas o similares estn conectadas
en paralelo, sus cantidades de volumen individuales (y no sus
cargas hidrostticas netas) se suman. Sin embargo, conforme
ocurre un flujo volumtrico mas grande en el sistema de tubera, se
crea una carga mayor, lo que hace que cada bomba enve menos
flujo.
=
=0
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BOMBAS EN PARALELO
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Bombas distintas conectadas en paralelo
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BOMBAS EN SERIE
Cuando una o ms bombas funcionan en serie, la carga hidrosttica
neta combinada es la suma de las cargas hidrostticas netas de
cada bomba..
=
=0
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BOMBAS EN SERIE
Este tipo de acoplamiento se emplea en casos en los cuales se desea elevar un mismo caudal a distintas alturas, o para impulsar un
determinado caudal, venciendo grandes resistencias debidas a
grandes longitudes de las conducciones (lquidos industriales:
petrleo, ACPM, gasolina, etc.), siempre y cuando sea relativamente
pequeo el desnivel geomtrico a vencer.
El acoplamiento de bombas en serie se constituye por la disposicin de N rodetes idnticos en una bomba multietapas (o multicelular).
Las bombas multicelulares se aplican cuando se desea bombear
caudales a grandes alturas, como, por ejemplo, en bombas para
elevar agua desde un lago o pozo.
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BOMBAS EN SERIE
Nmero de Etapas de la Bomba:
Cuando la bomba posee ms de una etapa ofrece un nmero de
revoluciones elevado respecto a las bombas de un solo impulsor.
El nmero de etapas de la bomba puede ser calculado de la siguiente
forma:
1 = ()
Dnde n es el nmero de etapas de la bomba o nmero de rotores que
se configuran en serie para el sistema de bombeo
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BOMBAS EN SERIE
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BOMBAS EN SERIE
La asociacin de bombas en serie no es aconsejable en la inyeccin directa a redes de distribucin de agua, dado que una
ligera variacin en el caudal inyectado genera una gran variacin
en la altura debido a la variacin en la presin, proporcionada por
el sistema de bombeo, causando daos por sobrepresin.
Para efectos de evitar las altas presiones a caudales bajos, es aconsejable arrancar el sistema de bombeo en serie con la
vlvula de descarga total o casi totalmente abierta.
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Bombas distintas conectadas en serie
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Ejercicio
Dos bombas distintas, cuyas curvas caractersticas se expresan a continuacin, han de acoplarse en serie, de acuerdo con la instalacin mostrada en la figura.
1 = 69 135 40002 ; 1 = 25 230
2
2 = 54 71 42852 ; 2 = 37 380
2
Determinar el caudal que impulsaran las bombas si se acoplan en serie
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Ejercicio