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• Arturo Cro

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TIPOS DE BOMBAS HIDRÁULICAS 1. Principios de funcionamiento de las bombas Bomba es una máquina que absorbe energía mecánica y restituye al líquido que la atraviesa en energía hidráulica. Las bombas se emplean para impulsar toda clase de líquidos (agua, aceite de lubricación, combustibles, ácidos, líquidos alimenticios: cerveza, leche, etc). También se emplean las bombas para bombear líquidos espesos con sólidos en suspención, como pastas de papel, melazas, fangos, desperdicios, etc.

2. Tipos de bombas: Bombas Fotodinámicas: Todo y solo las bombas que son turbomáquina pertenecen a este grupo, son de movimiento es rotativo y dinámica de la corriente juego un papel esencial en la transmisión de energía. Su funcionamiento se basa en la ecuación de Euler, y su órgano transmisor de energía se llama rodete.

Bombas de Desplazamiento Positivo: A este grupo pertenecen no solo las bombas alternativas, sino las rotativas llamadas rotoestáticas porque son rotativas, pero en ellas la dinámica de la corriente no juega un papel esencial en la transmisión de la energía.

CLASIFICACIÓN DE BOMBAS ROTODINAMICAS Según la dirección del flujo

Bombas de flujo radial

Bombas de flujo axial Bombas de flujo radioaxial

Según la posición del eje  Bombas de eje horizontal

 Bombas de eje vertical

 Bombas de eje inclinado

Según la presión engendrada  Bombas de baja presión  Bombas de media presión  Bombas de alta presión

Según el número de flujos en la bomba De simple aspiración o de un flujo: Fluido penetra por un solo lado y por la abertura de la corona circular del rotor

De doble aspiración o de dos flujos: El rotor tiene forma simétrica respecto al plano normal y es capaz de recibir el fluido por dos sentidos opuestos.

Según el número de rodetes  De un escalonamiento  De varios escalonamiento

Según el número específicos de revoluciones (Rodete) Rodete cerrado de simple aspiración: las caras anterior y posterior forman una caja, entre ambas caras se fijan los alabes Rodete cerrado de doble aspiración Rodete Semiabierto de simple aspiración: sin la cara anterior, los álabes se fijan en el núcleo o cubo de rodete.

Fig.4

Fig. 5

El Número Específico De Revoluciones

ns  n  P1 2  H 5 4 n: número de revolución en segundos (rpm) P: Potencia en (CV, W, Kp/s) H: metro (m)

P  QgH

W 

P  QH  kp   s  QH CV  P 75

 QH   n    75 

12

ns  n  P

12

H

5 4

 H 5 4  3,65  Q1 2  H 3 4

Componentes principales de las bombas rotodinámicas Rodete (1): Que gira solidario con el eje de la máquina y consta de un cierto número de alabes que imparten energía al fluido en forma de energía cinética y energía de la presión. Corona Directriz (2) o Corona de álabes fijos: Que recoge el líquido del rodete y transforma la energía cinética comunicada por el rodete en energía de presión, ya que la sección de paso aumenta en esta corona en la dirección del flujo.

Caja Espiral (3): Que transforma la energía dinámica en energía de presión y recoge con pérdidas mínimas de energía el fluido que sale del rodete, conduciéndolo hasta la tubería de salida o tubería de impulsión. Trabajo Difusor Troncocónico (4): Que realiza una tercera etapa de difusión o sea de transformación de energía dinámica en energía de presión.

Ecuación de Euler para las bombas

HU 

u 2 cu 2  u1cu1  g

Donde los puntos 1 y 2 se refieren a la entrada y salida del rodete HU: es la altura que el rodete imparte al fluido o altura teórica

Altura Útil o Efectiva de una Bomba (H) La altura útil o altura efectiva H que da la bomba es la altura que imparte el rodete o la altura teórica HU, menos las pérdidas en el interior de la bomba Hr-int .

H  H U  H r int

Primera Expresión de la Altura Útil (Ecuación de Bernoulli en la sección E y S)

H

 pS



 pE  v S2  v E2  z S  z E   g 2g



Primera Expresión de la Energía Útil (Ecuación de Bernoulli en la sección E y S)

Y

 pS  pE  

 z S  z E

v g 

2 S

 v E2  2

Notas a la primera expresión de la altura útil El término z S  z E  suele ser o muy pequeño o incluso igual a cero en las bombas de eje vertical

El término

v

2 S

 vE2  suele ser también muy pequeño o igual a cero: positivo, aunque pequeño si 2g

el diámetro de la tubería de aspiración se hace mayor que el de la tubería de impulsión, para evitar cavitación, igual a cero, si DS  DE

H

 pS  p E   M g

S

 ME

MS: Lectura del manómetro a la salida valores absoluto en el vacuometro ME: Lectura del manómetro a la entrada

Segunda Expresión de la Altura Útil (Ecuación de Bernoulli en la sección A y Z)

H

 pZ

 pA   z Z  z A   H r ext g

H r ext  H ra

vi2  H ri  2g

Hr-ext: Pérdida total exterior a la bomba Hra: Pérdida en la aspiración o sea entre los puntos A y E Hri: Pérdida en la tubería de la impulsión

vi2 2 g : Pérdida secundaria en el desagüe en el depósito

Segunda Expresión de la Altura Útil

H

 pZ

vi2  pA   z Z  z A   H ra  H ri  g 2g

Segunda Expresión de la Energía Útil

 p  p A   z Y Z 

Z

vi2  z A g  H ra  H ri g  2

Notas a la primera expresión de la altura útil Para aplicar esta ecuación es necesario conocer el caudal (porque las pérdidas son en función de él), así como las características de la instalación (metros de tubería, material de la misma y accesorios)

Parámetros de funcionamiento de las bombas rotodinámicas (Entrada y Salida) PÉRDIDAS: Pérdidas Hidráulicas: Disminuyen la energía específica útil que la bomba comunica al fluido y consiguientemente la altura útil. Son de dos clases: Pérdidas de superficies: se producen por el rozamiento del fluido con las paredes de la bomba como rodete, corona directriz o de las partículas del fluido entre sí) Pérdidas de forma: se producen por el desprendimiento de la capa límite en los cambios de dirección y en toda forma difícil al flujo, en particular a la entrada del rodete si la tangente del alabe no coincide exactamente con la velocidad absoluta a la salida. Las perdidas hidráulicas se originan pues: Entre el punto E (Fig. 7) y la entrada del rodete

En el rodete En la corona directriz, si existe En la caja espiral Desde la salida de la caja espiral hasta la salida de la bomba o punto S Pérdidas Volumétricas: También denominada pérdidas intersticiales, son pérdidas de caudal y se dividen en dos clases: pérdidas exteriores qe y pérdidas interiores qI. Pérdidas volumétricas exteriores qe: constituye una salpicadura de fluido al exterior, que se escapa por el juego de la carcasa y el eje de la bomba, que la atraviesa. Para reducirlas se usa la caja de empaquetadura, que se llena de estopa o material de cierre, provista de su correspondiente tapa o prensaestopas con pernos. Pérdidas volumétricas interiores qI: Son las más importantes y reducen mucho el rendimiento volumétrico de algunas bombas; retrocede por el intersticio y por la tubería de aspiración circula un caudal menor que por el rodete. Pérdidas Mecánicas: Incluyen las pérdidas por Rozamiento del prensaestopas con el eje de la máquina Rozamiento del eje con los cojinetes Accionamientos auxiliares (bomba de engranajes para lubricación, cuentarrevoluciones, etc.) Rozamiento de disco, es el rozamiento de la pared exterior del rodete con la atmosfera del fluido que lo rodea.

POTENCIA: Potencia de accionamiento (Pa): Es la potencia en el eje de la bomba o potencia al freno o potencia mecánica que la bomba absorbe o potencia absorbida de la red. Esta potencia según la mecánica tiene la siguiente expresión:

Pa  M 

 30

nM W , SI 

Potencia interna (Pi): Es la potencia suministrada por el rodete, igual a la potencia de accionamiento menos la perdidas mecánicas

Pi  Pa  Pmr

Pi  Q  q e  q i g H  H r int  Pi  Q  q e  q i gH U

Potencia útil (P): Es el incremento de potencia que experimenta el fluido en la bomba

P  Pa  Pmr  Pvr  Phr P  Pi  Pvr  Phr

La potencia útil por otra parte será la invertida en impulsar el caudal útil Q a la altura útil H. Luego

P  QgH RENDIMIENTO: Rendimiento hidráulico, ηh: Tiene en cuenta todas y sólo las pérdidas de altura total, Hr-int en la bomba

h 

H HU

Rendimiento volumétrico, ηv: Tiene en cuenta y sólo las pérdidas volumétricas

v 

Q Q  qe  qi

Q : Caudal útil o caudal efectivo impulsado por la bomba

Q  qe  qi : Caudal teórico o caudal bombeado por el rodete Rendimiento interno, ηi: Tiene en cuenta todas y sólo las pérdidas internas o sea las hidráulicas y volumétricas y engloba ambos rendimientos hidráulico y volumétrico

i 

P Pi

Rendimiento mecánico, ηm: Tiene en cuenta todas y sólo las pérdidas mecánicas

m 

Pi Pa

Rendimiento total, ηtot: Tiene en cuenta todas y sólo las pérdidas en la bomba

 tot 

P Pa

Teniendo en cuenta las ecuaciones anteriores

 tot 

P P Pi    i m   h v m Pa Pi Pa

 tot   i m   h v m

Potencia de accionamiento en función de Q y de H con los rendimientos

Pa 

QgH

 i m



QgH

 h v m



QgH

 tot

Potencia interna en función del rendimiento hidráulico y volumétrico

Pi 

QgH

 v h