Grado de Reacción Bombas

8/18/2019 Grado de Reacción Bombas

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Grado de reacciónEn turbomáquinas, el grado de reacción es una medida de la relación entre la altura depresión y la altura total. Esta definición se aplica tanto para máquinas generadoras(bombas) como para máquinas receptoras (turbinas), aunque en el primer caso la máquinaproporciona altura de presión y en el segundo caso la recibe.

Cálculo

La altura de presión, por ejemplo en el caso de bombas (análogo razonamiento se puedehacer para las turbinas), es la presión que proporciona directamente el rodete de labomba, pero eiste otra parte de la presión que corresponde a la presión producida porel difusor de la bomba y que transforma la energ!a cin"tica del fluido (#elocidad) enpresión$ a esta %ltima se le conoce como presión dinámica.

&e acuerdo con esto, el grado de reacción se puede epresar matemáticamente delsiguiente modo'

El denominador es siempre positi#o.

Clasificación

&e acuerdo con esto se tiene que'

i * + se trata de una máquina de acción.

• i * se trata de una máquina de reacción pura.

• i - se trata del caso habitual de las máquinas reales. Es habitual

construir turbinas de #apor y turbinas de gas con un grado de reacción igual a +,.

https://es.wikipedia.org/wiki/Turbom%C3%A1quinashttps://es.wikipedia.org/wiki/Turbom%C3%A1quinashttps://es.wikipedia.org/wiki/Altura_de_presi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Altura_de_presi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Altura_de_presi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Altura_total&action=edit&redlink=1https://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_(hidr%C3%A1ulica)https://es.wikipedia.org/wiki/Turbinahttps://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Rodetehttps://es.wikipedia.org/wiki/Difusorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttps://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttps://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_de_vaporhttps://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_de_vaporhttps://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_de_gashttps://es.wikipedia.org/wiki/Altura_de_presi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Altura_de_presi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Altura_total&action=edit&redlink=1https://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_(hidr%C3%A1ulica)https://es.wikipedia.org/wiki/Turbinahttps://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Rodetehttps://es.wikipedia.org/wiki/Difusorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttps://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_de_vaporhttps://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_de_gashttps://es.wikipedia.org/wiki/Turbom%C3%A1quinas


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Altura de elevación. Geométrica ymanométrica

La forma más usual de ele#ar el agua es por medio de bombashidráulicas mo#idas por motor el"ctrico o de eplosión. En el caso más

general las bombas hidráulicas act%an en dos fases'

Aspiración: Ele#ando el agua desde su ni#el hasta la bomba, por

medio de la tuber!a de aspiración. En esta fase la bomba ejerce un

#ac!o en la tuber!a de aspiración, con el fin de que el agua pueda subir

por ella impulsada por la presión atmosf"rica.

Impulsión: /onducción del agua desde la bomba hasta su destino,

por medio de la tuber!a de impulsión. En esta fase la bomba ejerce lapresión necesaria para que el agua se traslade a lo largo de la tuber!a

de impulsión.

0ay que considerar las siguientes alturas de ele#ación'

Altura geométrica de aspiración(Ha): Es la distancia #ertical

eistente entre el eje de la bomba y el ni#el inferior del agua.

Altura geométrica de impulsión (Hi): Es la distancia #ertical

eistente entre el ni#el superior del agua (superficie del agua en el

depósito de impulsión o el punto de descarga libre de la tuber!a de

impulsión) y el eje de la bomba.

Altura geométrica de elevación: Es la distancia #ertical

eistente entre los ni#eles superior e inferior del agua.

Altura manométrica de aspiración: Es igual a la altura

geom"trica de aspiración más las p"rdidas de carga en la tuber!a

de aspiración.

Altura manométrica de impulsión: Es igual a la altura

geom"trica de impulsión más las p"rdidas de carga en la tuber!a de

impulsión.

Altura manométrica total o altura total de elevación (Hm): Es

la suma de las alturas manom"tricas de aspiración e impulsión.

Esta debe ser suministrada por la bomba, y es independiente del

peso espec!fico del l!quido, por lo que sólo puede epresarse enmetros de columna de agua (mca).


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La instalación de una bomba #iene representada en la siguiente figura

1., en donde la bomba aspira el agua del pozo y lo impulsa hasta un

depósito.

Figura 7.1. Instalación de una bomba centrífuga horizontal

http'22ingemecanica.com2tutorialsemanal2tutorialn3+4.html

3- Procedimiento de cálculo

3.1- Diámetro de tubería

La elección del diámetro de las tuber!as de la instalacióndebe realizarse con el objeti#o de limitar en lo posible lasp"rdidas de carga originadas por el rozamiento del flujo deagua con las paredes interiores de la tuber!a.

Tuberías Plásticas

Guía Tcnica

--

Luis 5alairón 6"rez!seT"#

http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn206.htmlhttp://ingemecanica.com/tutorialsemanal/objetos/figutut208/guia_tecnica.pdfhttp://ingemecanica.com/tutorialsemanal/objetos/figutut208/guia_tecnica.pdfhttp://ingemecanica.com/tutorialsemanal/objetos/figutut208/guia_tecnica.pdfhttp://ingemecanica.com/tutorialsemanal/objetos/figutut208/guia_tecnica.pdfhttp://ingemecanica.com/tutorialsemanal/objetos/figutut208/guia_tecnica.pdfhttp://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn206.htmlhttp://ingemecanica.com/tutorialsemanal/objetos/figutut208/guia_tecnica.pdfhttp://ingemecanica.com/tutorialsemanal/objetos/figutut208/guia_tecnica.pdfhttp://ingemecanica.com/tutorialsemanal/objetos/figutut208/guia_tecnica.pdfhttp://ingemecanica.com/tutorialsemanal/objetos/figutut208/guia_tecnica.pdfhttp://ingemecanica.com/tutorialsemanal/objetos/figutut208/guia_tecnica.pdf


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7o obstante, debe llegarse a una solución de compromisoque haga económicamente rentable la instalación, dado que

a mayor diámetro mayor es tambi"n el costo de la tuber!a.

6or otro lado, los diámetros de embocadura de las bridasen los orificios de aspiración e impulsión de la bomba, sólodeterminan el diámetro m!nimo que ha de tener las tuber!asde la instalación, pudi"ndose emplear accesorios (conosdifusores) que acoplen el agarre a la bomba con el diámetroque finalmente resulte de la tuber!a.

El dimensionado final de los diámetros de las tuber!asdebe ser tal que las #elocidades alcanzadas por el agua enel interior de las tuber!as sean como máimo'

$ 8uber!a de aspiración' ,9 m2s$$ 8uber!a de impulsión' 3, m2s.

:elocidades del agua por el interior de los conductosinferiores a +, m2s podr!a originar problemas desedimentación, mientras que #elocidades superiores a los

m2s podr!a originar fenómenos abrasi#os en las paredesinteriores de las tuber!as que afectar!an a su durabilidad.

La epresión que relaciona la #elocidad del fluido (v ) conel gasto o caudal (Q) es la siguiente'

Q = v · A

donde,

Q es el caudal #olum"trico o flujo de agua que circula

por la tuber!a$v es la #elocidad del agua en el interior de la tuber!a$ A es el área de la sección interna de la tuber!a

(·!" # $), siendo ! el diámetro interior de la tuber!a.6or lo tanto, sustituyendo y despejando (v ) de la

epresión anterior, el #alor de la #elocidad (v ) del agua quediscurre por el interior de una tuber!a tambi"n puede ser epresada en función del caudal (Q) y del diámetro interior (!) de la tuber!a, como'

v *Q

A


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o bien,

v *$·Q

·!"

La epresión anterior toma las siguientes formas enfunción del sistema de unidades empleados para medir elcaudal'

v *%&$·Q

!"

o bien,

v *

"1'""·(

!"

siendo,

v , la #elocidad del agua, en m#s$!, es el diámetro interior de la tuber!a, en mm$Q, es el caudal de agua que circula por la tuber!a,

en m% #h$

(, es el caudal de agua, pero epresado en l#min.

La manera de proceder para calcular el diámetro de latuber!a ser!a la siguiente'

; El caudal de agua (Q, o bien, () a suministrar por labomba es un dato de partida y conocido, seg%n lasnecesidades de la instalación que se desee proyectar.


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; &e un catálogo de fabricante de tuber!as seselecciona el material y un diámetro de tuber!a.

; 0aciendo uso de las epresiones anteriores, se

calcula la #elocidad de circulación del agua de maneraiterati#a con sucesi#os diámetros hasta que finalmenteresulte una #elocidad cercana al rango recomendadoanteriormente para las #elocidades de las tuber!as deaspiración e impulsión.

e adjuntan los siguientes enlaces que muestran losdiferentes diámetros comerciales de tuber!as aptas para elbombeo de agua'


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la impulsión. Es conocida tambi"n como la presión que debedar la bomba.

La altura manom"trica en hidráulica se mide en metros,eistiendo las siguientes correlaciones entre las distintas

unidades de medida'1 atmósfera * 1'*%% @g2cm3 * 1'*1% bar * 1'*1%·1* & 6ascal (6a) * 1*'%% metros de columna de agua(m.c.a.)

La altura manom"trica () ) total se compone de la sumade los siguientes t"rminos'

) = ) g + , c + 1* ·, i - , a

donde,

) g , representa a la altura geom"trica que debe #encer elfluido, en metros$

, c , es la p"rdida de carga del fluido a su paso por lastuber!as, #ál#ulas, etc. y epresado en metros$

, i - , a # , este t"rmino representa la presión diferencialeistente entre las superficies del l!quido en la impulsión y la

aspiración de la bomba, di#idido por su peso espec!fico. Elresultado se epresa en metros. 6ara los casos comunesdonde los lugares desde donde se realice la aspiración y laimpulsión est"n abierto a la atmósfera, las presiones deaspiración e impulsión en la superficie del l!quido serániguales (, a = , i ) y por lo tanto esta componente resultarácero (, a - , i = * ) y no deberá ser tenida en cuenta.

; La altura geom"trica () g ) será la que resulte de

sumar la altura de aspiración () a) y la altura de impulsión

() i )') g = ) a + ) i

La altura de aspiración () a) es la altura geom"tricamedida desde el ni#el m!nimo del agua hasta el eje de labomba, mientras que la altura de impulsión () i ) es la alturageom"trica medida desde el eje de la bomba hasta el ni#elmáimo de ele#ación.


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?igura 9. =ltura geom"trica

; El cálculo de la p"rdida de carga (, c ) originada por elrozamiento al paso de los fluidos por las tuber!as, #ál#ulas ydemás accesorios es un tanto complejo. El tutorial nA 3+9B/0lculo !ise2o de Instalaciones de FontaneríaB, ensu a3artado %.1 /0lculo de las 34rdidas de carga, analiza elprocedimiento para calcular la p"rdida de carga eninstalaciones de tuber!as para distribución de agua.

7o obstante, se #a a proponer en esta sección algunosprocedimientos más simplificados y rápidos, que permitiránestimar las p"rdidas de carga que se originan en unainstalación de bombeo de agua.

6or ejemplo, se adjunta el siguiente enlace donde estántabuladas las p"rdidas de carga por rozamiento, epresadasen metros, para tramos rectos de tuber!as de ++ metros de

longitud, en función del caudal que circula y su diámetrointerior'


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Tabla de pérdidas de carga (Tuberías de PVC/Polietileno)

En esta otra tabla, se incluye un ábaco que permiteestimar las p"rdidas de carga por rozamiento, epresadas enmetros, para tramos rectos de tuber!as de hierro fundido'

http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/objetos/figutut206/doc1tut206.pdfhttp://ingemecanica.com/tutorialsemanal/objetos/figutut206/doc1tut206.pdf


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8abla C. 6"rdidas de carga en tuber!as de hierro fundido

6ara tuber!as fabricadas de otros materiales, se debemultiplicar el #alor obtenido del ábaco anterior por loscoeficientes correctores siguientes'

Tabla &. 'actores de corrección ara rdidas de

carga


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Tio de tubería oe*iciente corrector

0ierro forjado +,14

=cero sin soldadura +,14

?ibro;cemento +,9+/emento de paredes lisas +,9+

>res ,1

0ierro ?orjado muy usada 3,+

0ierro de paredes rugosas C,4+

6or %ltimo, para estimar la p"rdida de carga que seorigina en elementos accesorios de la instalación (#ál#ulas,codos, cur#as, difusores...), se sustituye cada elemento por una longitud de tuber!a recta equi#alente, que origina lamisma p"rdida de carga que el elemento en cuestión.

En la siguiente tabla se incluye la longitud equi#alente detuber!a en metros, para estimar la p"rdida de carga en

accesorios, seg%n el tipo de accesorio y el diámetro del tubodonde #a acoplado'

8abla . 6"rdidas de carga en accesorios


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3.3- +lección del tio de bomba

Dna #ez definido el caudal y altura manom"trica que debesuministrar la bomba, cada fabricante de bombas dispone de

una tabla de selección rápida que permite obtener el modeloque mejores prestaciones ofrece de entre toda la gama debombas que presenta.

En la siguiente figura, se adjunta una tabla de seleccióntipo dado por un fabricante de bombas y donde se indican,seg%n la dimensión del rodete y la boca de descarga, laszonas donde presentan mejores rendimientos cada modelode bomba'


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8abla 4. 8abla de selección rápida de bombas

En general, para caudales de suministro pequeos ygrandes alturas, la geometr!a radial es la que mejor rendimiento ofrece. 6or el contrario, para suministrar grandes caudales y alturas limitadas, la geometr!a aial es lamás eficiente. F si se quiere proporcionar gran altura con uncaudal moderado, son las bombas centr!fugas las másrecomendables.


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?igura G. elección de bombas en función del caudal y altura

3.&- omrobación de ausencia de ca,itación

La ca#itación, como ya se #io en apartados anteriores, es

un proceso de formación y posterior colapso de burbujas de

#apor de agua en el seno de la corriente bombeada, que se

forma en la aspiración, justo a la entrada del rodete, que esel punto de m!nima presión.

e produce cuando la presión en alg%n punto de la

corriente de agua desciende por debajo de su presión de

saturación a la temperatura a la que está el agua dentro de

la bomba.

6ues bien, eiste una relación que asegura que una

bomba funcione correctamente sin que surjan estosproblemas de ca#itación. 6ara ello es necesario que

el 5,6) dis3onible de la instalación sea mayor que el 5,6)

re(uerido de la bomba. i se incluye un margen de

seguridad de +, metros al 760 requerido, la condición que

habrá que comprobar que se cumple ser!a la siguiente'

PHd / PHr 0 2 m.


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Bombas centrífugas

Las bombas centr!fugas mue#en un cierto #olumen de l!quido entre

dos ni#eles$ son pues, máquinas hidráulicas que transforman un

trabajo mecánico en otro de tipo hidráulico. Los elementos

constructi#os de que constan son (figura 1.C)'

a) "na tubería de asiración, que concluye prácticamente en la brida

de aspiración.

b) +l imulsor o rodete, formado por una serie de álabes de di#ersas

formas que giran dentro de una carcasa circular. El rodete #a unido

solidariamente al eje y es la parte mó#il de la bomba.

El l!quido penetra aialmente por la tuber!a de aspiración hasta el

centro del rodete, que es accionado por un motor, eperimentando un

cambio de dirección más o menos brusco, pasando a radial, (en las

centr!fugas), o permaneciendo aial, (en las aiales), adquiriendo una

aceleración y absorbiendo un trabajo.

Los álabes del rodete someten a las part!culas de l!quido a un

mo#imiento de rotación muy rápido, siendo proyectadas hacia el

eterior por la fuerza centr!fuga, de forma que abandonan el rodete

hacia la #oluta a gran #elocidad, aumentando su presión en el

impulsor seg%n la distancia al eje. La ele#ación del l!quido se produce

por la reacción entre "ste y el rodete sometido al mo#imiento de

rotación$ en la #oluta se transforma parte de la energ!a dinámica

adquirida en el rodete, en energ!a de presión, siendo lanzados los

filetes l!quidos contra las paredes del cuerpo de bomba y e#acuados

por la tuber!a de impulsión.

La carcasa, (#oluta), está dispuesta en forma de caracol, de tal

manera, que la separación entre ella y el rodete es m!nima en la parte

superior$ la separación #a aumentando hasta que las part!culas

l!quidas se encuentran frente a la abertura de impulsión$ en algunas

bombas eiste, a la salida del rodete, una directriz de álabes que gu!a

el l!quido a la salida del impulsor antes de introducirlo en la #oluta.


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c) "na tubería de imulsión. La finalidad del difusor es la de recoger

el l!quido a gran #elocidad, cambiar la dirección de su mo#imiento y

encaminarle hacia la brida de impulsión de la bomba. El impulsor,

tambi"n llamado gen"ricamente #oluta es tambi"n un transformador

de energ!a, ya que disminuye la #elocidad (transforma parte de laenerg!a dinámica creada en el rodete en energ!a de presión),

aumentando la presión del l!quido a medida que el espacio entre el

rodete y la carcasa aumenta.

Figura 7.%. ,ers3ectiva de una bomba centrífuga

Este es, en general, el funcionamiento de una bomba centr!fuga

aunque eisten distintos tipos y #ariantes. La estructura de las bombascentr!fugas es análoga a la de las turbinas hidráulicas, sal#o que el

proceso energ"tico es in#erso$ en las turbinas se apro#echa la altura

de un salto hidráulico para generar una #elocidad de rotación en la

rueda, mientras que en las bombas centr!fugas la #elocidad

comunicada por el rodete al l!quido se transforma, en parte, en

presión, lográndose as! su desplazamiento y posterior ele#ación.

Este tipo de bombas son las más utilizadas en el riego, por numerosas

#entajas que tienen' reducido tamao, caudales constantes, presionesuniformes, bajo mantenimiento y fleibilidad de regulación.


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http'22ocHus.us.es2ingenieria;agroforestal2hidraulica;y;riegos2temario28emaI3+1.I3+5ombas2tutorialJ+4.htm
http://ocwus.us.es/ingenieria-agroforestal/hidraulica-y-riegos/temario/Tema%207.%20Bombas/tutorial_06.htmhttp://ocwus.us.es/ingenieria-agroforestal/hidraulica-y-riegos/temario/Tema%207.%20Bombas/tutorial_06.htmhttp://ocwus.us.es/ingenieria-agroforestal/hidraulica-y-riegos/temario/Tema%207.%20Bombas/tutorial_06.htmhttp://ocwus.us.es/ingenieria-agroforestal/hidraulica-y-riegos/temario/Tema%207.%20Bombas/tutorial_06.htm

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