SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Las bombas se utilizan para impulsar líquidos a través de sistemas de tuberías. SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Bombas Centrífugas SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Bombas centrífugas En una bomba centrífuga, la energía cinética de un fluido que le imparte el difusor, se transforma en energía de presión. La diferencia de presión entre la descarga y la succión depende de la eficiencia con que se realiza dicha conversión. Difusor Impulsor SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Corte esquemático de una bomba centrífuga 1a, 3 y 5: carcasa 1b cámara, 2 álabes, 4 cojinete 6 eje. SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS De la ecuación general de la energía: P2 P1 v 22 v11 hA z2 z1 g 2g hA : carga total sobre la bomba, representa la cantidad de energía que se agrega a una unidad de peso de fluido conforme pasa por la bomba Debe elevar la presión de un fluido , desde la que tiene en la fuente P1, hasta la que tendrá en el punto de destino P2 Debe subir el fluido, desde el nivel de la fuente z1, al nivel de destino z2 Se necesita compensar las pérdidas de energía en el sistema, debido a la fricción SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS La potencia que una bomba transmite al fluido es: PA hA Q Hay pérdidas inevitables de energía en la bomba debido a la fricción mecánica y a la turbulencia que se crea en el fluido cuando pasa a través de ella. PA Se define la eficiencia como: eM P1 PA Potencia requerida por el sistema: P1 eM SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Al seleccionar una bomba para una aplicación específica se debe considerar: • Naturaleza del líquido a bombear (Tº, , , Pv) • Capacidad requerida (flujo volumétrico) • Condiciones de la succión y de la descarga • Carga total sobre la bomba, hA • Tipo de servicio (continuo o discontinuo) • Limitaciones de espacio, peso y posición • Condiciones ambientales • Costo de adquisición e instalación de la bomba • Costo de operación de la bomba SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Curva característica de una bomba centrifuga w2,v2,A2 1 2 w1,v1,A1 w1 w 2 Balance de masa 1 v1 A1 2 v 2 A 2 P2 P1 v 22 v11 Ecuación de la energía hA z2 z1 g 2g Si entre los puntos 1 y 2 se desprecia la altura y los efectos de la velocidad: P2 P1 hA g SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Curvas características de bombas centrifugas Existe una fuerte dependencia entre la capacidad y la presión que debe desarrollar la bomba Hbomba PE Caudal (Q) SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Leyes de afinidad para bombas centrífugas La mayoría de las bombas centrifugas operan a distintas velocidades para obtener capacidades variables. Además una carcasa de una bomba es susceptible de acomodar impulsores de diámetros diferentes Q1 Q2 N1 D13 N2 D32 Q = flujo volumétrico h1 h2 D = diámetro rodete N12 D12 N22 D22 N = velocidad giro impulsor P = potencia P1 P2 h = carga N13 D15 N32 D52 SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Curva característica de una bomba centrifuga SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Curva característica del sistema Sea el sistema 2 1 P2 P1 v 22 v11 hA,sistema z 2 z1 hL g 2g SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS La ecuación se puede dividir en dos términos: • La componente estática, que es independiente del caudal • La componente dinámica, que depende del caudal H v 22 - v12 hL 2g Z2 - Z1 P2 - P1 g Caudal (Q) SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Punto de operación de una bomba Toda bomba centrífuga sitúa su punto de funcionamiento en la intersección de su curva característica con la curva del sistema H Hbomba Hoperación Hsistema Qoperación Q SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Modificación del punto operación de la bomba Modificando la curva de la bomba • bombas geométricamente similares • bombas en paralelo • bombas en serie Modificando la curva del sistema • Modificando las pérdidas por fricción entre la succión y la descarga • Sistemas en paralelo • Sistemas en serie Modificando la curva de la bomba y la curva del sistema SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Modificando la curva de la bomba Bombas geométricamente similares Q1 Q2 H N1 D13 N2 D32 B3 h1 h2 B2 N12 D12 N22 D22 B1 P1 P2 N3 N2 N13 D15 N32 D52 N1 Q SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Modificando la curva de la bomba Bombas centrifugas en paralelo Se utilizan para aumentar el caudal H Dos bombas en paralelo Una bomba Curva del sistema Q1 Q2 total Q SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Modificando la curva de la bomba Bombas centrifugas en serie Se utiliza para aumentar la altura de servicio del sistema Curva del Dos bombas en serie sistema H Bomba 2 Punto de operación Bomba 1 Q SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Modificando la curva del sistema Modificando las pérdidas por fricción entre la succión y la descarga: • Instalando accesorios de H Curva B, válvula pérdida de carga cerrada en forma Curva A, todas variable parcial las válvulas abiertas • Cambiando diámetro de la tubería Curva de • Colocando otra la bomba tubería en paralelo con la primera • Colocando otro Q2 Q1 Q ramal en serie con la primera SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Modificando la curva del sistema Sistemas en paralelo Se utiliza para aumentar el caudal del sistema H Sistema 1 Sistema 2 Sistemas en paralelo Q1 Q2 Q1+Q2 Q SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Modificando la curva del sistema Sistemas en serie Se utiliza para aumentar la altura de servicio del sistema H Sistema H1+ H2 en serie Sistema 2 H2 H1 Sistema 1 Q SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Carga neta de succión positiva (NPSHA) • En la práctica, el límite inferior de la presión de succión está fijado por la presión de vapor del fluido. • Cuando la presión de succión se iguala a la presión de vapor, se produce cavitación (evaporación repentina del fluido). • El valor de la NPSHA depende de la presión del vapor del fluido que se bombea, las pérdidas de energía en la succión, la ubicación de almacenamiento de fluido y la presión que se aplica a éste. SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS NPSHA hsp hs hf hv p Psp = Presión estática (absoluta) sobre el fluido en el depósito hsp = Carga de presión estática (absoluta) sobre el fluido en el almacenamiento; hsp = Psp/g hf = Pérdidas de carga en la tubería de succión, debido a la fricción y pérdidas menores Pvp = Presión de vapor (absoluta) del líquido a la temperatura que se bombea hvp = Carga de presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo; hvp = Pvp/g SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS hs = diferencia de elevación desde el nivel del fluido en el depósito a la línea central de la entrada de succión de la bomba za Sistema con carga de succión 1 z1 hs = negativo z1 Sistema con carga de descarga hs = positivo za SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Los catálogos de bombas centrífugas reportan los resultados de la carga de succión neta positiva requerida, NPSHR, de la bomba para el rango de caudales de operación. En los problemas de diseño, se pide un margen mínimo de 10%, es decir NPSHA 1,10 NPSHR SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Ejemplo Para el sistema mostrado en la figura, seleccione una bomba centrifuga adecuada para transportar 3000 L/s. diametro 24" 0,0001 mm Aire Pv (abs) 3100 Pa Agua 6,9 104 Pa 3m Válvula abierta K=1 2,4 105 Pa 12 m Aire Agua 9m 152 m 152 m Nivel de referencia K = 0,4 K = 0,9 Bomba Ejemplo Se desea instalar una bomba centrifuga para mover agua entre dos estanques, como se muestra en figura. El caudal necesario a transportar es de 400 L/min a través de una tubería de PVC de 2” de diámetro. a) Seleccione la bomba más adecuada a su sistema, justifique su respuesta. b) Si se instala un medidor de flujo en la descarga ¿qué coeficiente de pérdida podría tener para que su bomba selecciona en (a) se pudiera seguir utilizando? Justifique. LeS : 4 m LeD : 13 m Pv abs : 1,65 x 103 Pa : 1000 kg/m3 : 1,3 x 10-3 Pa-s SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Ejemplo Se tiene un sistema como el de la figura por el cual circula agua a 20ºC. La tubería es de acero comercial de 6 pulgadas de diámetro. En la succión, la longitud equivalente es de 10 m y en la descarga de 340 m. Si la curva característica de la bomba a 1750 rpm está representada por: H 200 - 1585 Q 2 H m ; Q m 3 /s a) Cuál es el caudal que circula por el sistema? b) Si las revoluciones de la bomba cambian a 2000 rpm, cuál es el nuevo caudal? 30 m SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Ejemplo Una tubería de PVC de 6 pulg de diámetro conduce agua (R= 0,975, = 8,4x10-4 Pa-s) hacia un aparato, tal como se muestra en figura, la bomba centrífuga instalada en el sistema tiene la siguiente curva de funcionamiento: H (m) 55 50 35 15 Q (L/min) 4.800 7.200 9.600 12.000 Calcule: a) El caudal que circula por el sistema b) Potencia necesaria para mover el flujo si la eficiencia de la bomba es del 65% SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS Ejemplo a) Para el sistema de la figura, cual es el caudal que circula? b) Cuál es el porcentaje de aumento de caudal si se instala en el sistema una bomba centrífuga con las siguientes características? Q (L/min) 0 4000 8000 12000 16000 H (m) 98 97 90 77 60 c) Cuál sería el nuevo caudal si se instalan dos bombas en paralelo? d) Si las revoluciones bajan de 1200 a 800 rpm, cuál es el nuevo caudal que circula por el sistema? 35 m K = 0,4 K = 0,9 150 mm 65 m 35 m 0,09 mm 16 m K=1