FACULTAD DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA Y URBANISMOESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL MECÁNICA DE FLUIDOS I BOMBAS Y TURBINAS DOCENTE: Ing. Loayza Rivas Carlos Adolfo INTEGRANTES: Gonzales Medrano Rocío Liz Navarro Tello Rojer Job Peralta Peralta Franklin Jhoel Rabanal Gonzáles Diana Saguma Puelles Betsabe Vásquez Rabanal Fredy Pimentel, 04 de marzo del 2013 BOMBAS Y TURBINAS INDICE DEDICATORIA INTRODUCCIÓN ESQUEMA TEMÁTICO BOMBAS Y TURBINAS I. BOMBAS ................................................................................................................... 4 1.1. Definición ............................................................................................................ 4 1.2. Función principal ................................................................................................. 4 1.3. Carga de bombeo ............................................................................................... 5 1.4. Tipos ................................................................................................................... 6 II. TURBINAS ................................................................................................................ 7 2.1. Definición ............................................................................................................ 7 2.2. Conceptos de cabezas ........................................................................................ 7 2.3. Tipos ................................................................................................................... 8 III. APLICACIONES DE LA ECUACIÓN DE LA ENERGÍA ........................................... 9 3.1. Tubería que conecta dos depósitos o descarga entre dos depósitos .................. 9 3.2. Tubería que conecta dos depósitos mediante una instalación de bombeo. ........10 3.3. Potencia Neta o Potencia Útil de la Bomba ........................................................11 3.4. Potencia Bruta o Potencia Entregada.................................................................11 3.5. Tubería que conecta dos depósitos mediante una Turbina ................................12 3.6. Potencia Neta o Potencia Útil de la Turbina .......................................................13 IV. EJERCICIOS ..........................................................................................................14 1 ESCUELA PROFESIONAL DE ING. CIVIL MEC. DE FLUIDOS I cuales apoyan nuestras derrotas y celebran nuestros triunfos A nuestros padres. 2 ESCUELA PROFESIONAL DE ING. dándonos los últimos conocimientos para nuestro buen desenvolvimiento en la sociedad. DE FLUIDOS I . a quienes les debemos todo lo que tenemos en esta vida. A nuestros profesores quienes son nuestros guías en el aprendizaje.BOMBAS Y TURBINAS DEDICATORIA El presente trabajo lo dedicamos a Dios. CIVIL MEC. ya que gracias a los él tenemos nos esos padres en maravillosos. Esperamos que este trabajo sirva como fuente de información para próximos grupos de trabajo que tenga el mismo tema que nosotros. y turbinas son máquinas de fluido. aplicación del principio de energía con bombas y turbinas y todo lo que concierne a dicho tema. Loayza Rivas Carlos Adolfo. 3 ESCUELA PROFESIONAL DE ING. DE FLUIDOS I . Para la elaboración del trabajo hemos extraído información de grupos anteriores que también desarrollaron esta temática y también de un libro llamado Mecánica de fluidos de Irving Shames.BOMBAS Y TURBINAS INTRODUCCIÓN En el presente trabajo del área curricular Mecánica de Fluidos I. además de la carpeta del Ing. CIVIL MEC. se desarrolla una temática ingenieril basado en el tema de bombas y turbinas: Potencia neta y bruta. a través de las cuales pasa un fluido en forma continua. Este trabajo está estructurado en cuatro ítems que presentan muy detalladamente el tema tratado. Donde bombas es un instrumento que provee energía a un sistema o fluido. y éste le entrega su energía a través de un rodete con paletas. es decir por un lado entra el fluido a cualquier presión y por el otro lado sale a una presión superior y constante.BOMBAS Y TURBINAS BOMBAS Y TURBINAS I. La bomba generalmente eleva la presión de un fluido en movimiento. Función principal Toda máquina que realiza trabajo con la finalidad de mantener un fluido en movimiento o provocar el desplazamiento o el flujo del mismo se podría ajustar al nombre de bomba o compresor. Definición Una bomba. CIVIL MEC. DE FLUIDOS I . Bomba Centrífuga para grandes caudales 1. si bien algunos de ellos comunican al fluido un aumento de su energía cinética o una elevación de su nivel geodésico.1. BOMBAS 1. Las bombas en general son utilizadas para líquidos.2. los que suelen evaluarse por cuatro características: Cantidad de fluido descargado por unidad de tiempo Aumento de la presión Potencia Rendimiento El efecto conseguido por la mayoría de los dispositivos de bombeo es el de aumentar la presión del fluido. 4 ESCUELA PROFESIONAL DE ING. en pocas palabras. es un equipo que provee de Energía a un sistema o fluido. Estas trabajan simultáneamente con la presión atmosférica de forma que esta impulse el líquido hacia el interior de la bomba por la depresión que tiene lugar en el centro de la misma. además de la carga estática representada por la diferencia de nivel. o la carga total es muy pequeña y el volumen de agua bombeado es muy grande. que resulta en una pérdida de energía. está representada por el término . transformara la energía mecánica solo en energía cinética. está representada por la diferencia de nivel entre la superficie del líquido donde tiene que tomarlo la bomba y la superficie del líquido en el lugar de descarga véase la figura. Por consiguiente. o sea. las pérdidas de carga representan las pérdidas de energía como consecuencia de la resistencia que presentan las tuberías y accesorios a la circulación del líquido. La carga de velocidad. Perdidas por fricción . por consiguiente dicha fricción tiene que ser vencida por la bomba. CIVIL MEC. la carga dinámica total se obtiene sumando los cuatro factores siguientes: La diferencia de nivel. generalmente.3. la energía por unidad de peso de líquido que debe suministrarle la bomba al mismo para que pueda realizar el trabajo que se pretende. generando presión y velocidad en el fluido. en la mayoría de los casos no se la toma en cuenta. el movimiento del líquido a través de la tubería da origen a fricción.BOMBAS Y TURBINAS El funcionamiento en sí de la bomba será el de un convertidor de energía. porque su valor es muy pequeño: a no ser en casos especiales en que la velocidad es muy alta (y por consiguiente la fricción es alta también). 5 ESCUELA PROFESIONAL DE ING. Como sabemos. o sea. que se conoce como carga estática o carga a elevación Las pérdidas de carga debidas a la fricción en las tuberías y accesorios La carga a velocidad La carga a presión La carga estática ). DE FLUIDOS I . 1. Carga de bombeo Carga de bombeo o carga dinámica total es la carga total contra la cual debe operar una bomba. la carga debida a la fricción y la carga a velocidad. está representada por la presión existente en la superficie del líquido y se expresa por la longitud de la columna de líquido. 1. CIVIL MEC. y están en contacto directo con el fluido. Tipos Estas se pueden clasificar en dos grandes tipos: a) Bombas de desplazamiento positivo. Existen dos tipos: Recíprocas y Rotatorias. poseen un contorno móvil. para determinar la carga dinámica total o carga total contra la que trabajará la bomba. Bomba recíproca de diafragma Bomba rotatoria b) Bombas dinámicas o de intercambio de cantidad de movimiento. dicha presión será la que se usará para encontrar la carga a presión máxima contra la cual deberá operar la bomba. equivalente a la presión existente. Bomba Giratoria (Centrífuga) 6 ESCUELA PROFESIONAL DE ING. que añaden al fluido cantidad de movimiento por medio de álabes móviles que giran. DE FLUIDOS I . al cambiar el volumen de éste.4. Esta carga a presión en pies o metros. el fluido es obligado a pasar por la máquina hidráulica. Si la presión dentro del tanque se eleva hasta un punto fijo máximo.BOMBAS Y TURBINAS La carga a presión . Se pueden clasificar en: Giratorias (centrífugas) y de Diseño especial. deberá añadirse a la carga estática. CIVIL MEC.BOMBAS Y TURBINAS II.2. Cabeza mínima . Es la cabeza neta que se obtiene al operar la planta con todas las turbinas a plena carga y con la cota del embalse a un nivel mínimo de operación. se define como la diferencia entre la cabeza bruta y las pérdidas totales por fricción y pérdidas en accesorios en el sistema de conducción. las pérdidas hidráulicas son despreciables y pueden no tenerse en cuenta. Es la diferencia de nivel existente entre la superficie del agua en el embalse y la cota de descarga en la turbina. 7 ESCUELA PROFESIONAL DE ING. Bajo esta condición. las pérdidas hidráulicas son máximas. Turbina Pelton de la central hidroeléctrica de Walchensee en Alemania 2. Es la cabeza bruta que se obtiene al operar la planta con una turbina al 5% de su capacidad nominal y con la cota del embalse a nivel del vertedero. Es la cabeza neta a plena apertura de la turbina que entrega la capacidad nominal del generador. DE FLUIDOS I . La cabeza neta es la cabeza disponible para realizar el trabajo sobre la turbina. Generalmente se encuentra en la placa de la turbina. También llamada cabeza efectiva. la presión en dicho flujo decrece o disminuye. Cabeza neta . Cuando un fluido en movimiento atraviesa una turbina. Cabeza máxima . Conceptos de cabezas Cabeza bruta . Definición Las turbinas son dispositivos que convierten energía hidráulica en energía mecánica. TURBINAS 2. Bajo esta condición.1. En el cálculo de ésta no se incluyen las pérdidas propias de la turbina. Cabeza nominal . Turbina Francis 8 ESCUELA PROFESIONAL DE ING. Independiente del tipo de turbina. Turbina Pelton b) Turbinas de reacción. CIVIL MEC. la que está bajo la acción de la presión atmosférica.3. un chorro libre choca con un elemento giratorio de la máquina. el escurrimiento se efectúa bajo presión. el funcionamiento de ellas depende de un cambio de velocidad en el agua. para que ejerza una fuerza dinámica sobre el elemento rotatorio impulsor o rodete móvil. DE FLUIDOS I .BOMBAS Y TURBINAS 2. Tipos Se pueden agrupar en dos tipos: a) Turbinas de impulso. igual a cero. trabajando con presiones relativas) Dónde: ∑ ∑ 9 ESCUELA PROFESIONAL DE ING. Tubería que conecta dos depósitos o descarga entre dos depósitos ∑ ∑ ( Presión atmosférica. DE FLUIDOS I . APLICACIONES DE LA ECUACIÓN DE LA ENERGÍA 3. CIVIL MEC.1.BOMBAS Y TURBINAS III. DE FLUIDOS I . ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ Dónde: Altura dinámica total o carga neta que el agua recibe de la bomba. más las pérdidas de cargas localizadas e igual al desnivel de las superficies libres de agua de los estanques o carga estática “H”. CIVIL MEC. Altura Estática a carga estática.BOMBAS Y TURBINAS Es decir la pérdida de carga desde A hasta B.2. es decir: De y : ∑ ∑ 3. será la suma de las pérdidas de carga debida a la fricción. Tubería que conecta dos depósitos mediante una instalación de bombeo. 10 ESCUELA PROFESIONAL DE ING. Potencia Neta o Potencia Útil de la Bomba ( ) 3. DE FLUIDOS I .BOMBAS Y TURBINAS ∑ Pérdidas de cargas localizadas desde hasta es decir de la tubería de succión y de la tubería de impulsión. 3.3. ∑ Perdidas de cargas por fricción desde hasta es decir las producidas en la tubería de succión y en la de impulsión.4. CIVIL MEC. Potencia Bruta o Potencia Entregada 11 ESCUELA PROFESIONAL DE ING. . CIVIL MEC. 12 ESCUELA PROFESIONAL DE ING.5.BOMBAS Y TURBINAS 3. ∑ ∑ Pérdidas de cargas localizadas desde Perdidas de cargas por fricción desde hasta hasta . DE FLUIDOS I . Tubería que conecta dos depósitos mediante una Turbina ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ (∑ ∑ ) Dónde: Altura o carga neta que la turbina recibe del agua. Altura o carga estática. BOMBAS Y TURBINAS 3. DE FLUIDOS I .7. Potencia Neta o Potencia Útil de la Turbina 13 ESCUELA PROFESIONAL DE ING. Potencia Bruta o Potencia Entregada de la Turbina ( ) 3.6. CIVIL MEC. 1. CIVIL MEC. Calcular: (a) La potencia que el agua trasmite al motor. Se estima que debido a la fricción en la tubería existe una pérdida de energía de 4.BOMBAS Y TURBINAS IV. calcule la potencia de salida. Se necesita el valor de este término tenemos: para determinar la potencia de salida.0 m en el agua que fluye. La presión en A es de 700 kPa y en B es de 125 kPa. DE FLUIDOS I . (b) Si la eficiencia mecánica del motor es de 85%. A través del motor de fluido de la figura circula agua a 10°C a razón de 115 L/min. se obtiene: 14 ESCUELA PROFESIONAL DE ING. Solución: Comenzamos la solución con la escritura de la ecuación de la energía. Despejando Los resultados obtenidos son: Al resolver para . EJERCICIOS 4. El tanque de distribución de la cabaña mantiene una presión de 30. es decir la ( ) ( ) Cálculo de la potencia de salida.BOMBAS Y TURBINAS Con los valores obtenidos calculamos transmite a la turbina: . Calcule los caballos de fuerza que la bomba transmite al agua cuando impulsa 40 gal/min. es decir la ( 4. En la tubería hay una pérdida de 15.5 pie. que es la energía que el agua Calculamos la potencia que el agua transmite al motor de fluido. 15 ESCUELA PROFESIONAL DE ING.2 Se construye una cabaña en una colina y se propone el sistema hidráulico mostrado en la figura. DE FLUIDOS I . CIVIL MEC.0 psig sobre el agua. CIVIL MEC.BOMBAS Y TURBINAS Solución: Como: Despejando HB: ( ) ( ) Cálculo de la potencia que la bomba transmite al agua (PÚTIL): ( ) Convirtiendo a HP: 16 ESCUELA PROFESIONAL DE ING. DE FLUIDOS I . Solución: Como: 0 Cálculo de la potencia bruta: Cálculo de la potencia de salida (PÚTIL): 17 ESCUELA PROFESIONAL DE ING. DE FLUIDOS I .4 m. calcule la potencia de salida.3 Calcule la potencia que transmite el aceite al motor de fluido de la figura. si el flujo volumétrico es de 0. En el sistema hay una pérdida de energía de 1.BOMBAS Y TURBINAS ( )( ) 4. CIVIL MEC. Si el motor tiene una eficiencia de 75%.25 m3/s. (b) Si la bomba consume 1 hp.5 pie.BOMBAS Y TURBINAS 4. calcular: (a) La potencia que la bomba transmite al agua. Solución: Como: 0 ( ) Hallando la potencia que transmite la bomba al agua: 18 ESCUELA PROFESIONAL DE ING.4 Una bomba sumergible de pozo profundo envía 745 gal/h de agua cuando opera en el sistema de la figura. calcule su eficiencia. DE FLUIDOS I . si existe una pérdida de energía de 10. CIVIL MEC. Si el flujo volumétrico del agua es de 75 L/min.BOMBAS Y TURBINAS ( ) ( )( ) Calculando eficiencia: 4. ( ) Calculando el gasto Q: 19 ESCUELA PROFESIONAL DE ING. calcule la potencia que la bomba transmite al agua. Ignore las pérdidas de energía.5 En una prueba de bombeo. DE FLUIDOS I . La presión de descarga en un punto que está 750 mm por arriba de la entrada es de 520 kPa. CIVIL MEC. por lo tanto se anulan. la presión de succión en la entrada de la bomba es de 30 kPa por debajo de la presión atmosférica. Ambas tuberías tienen 75 mm de diámetro. Solución: Las velocidades son iguales debido a que tienen el mismo caudal y el mismo diámetro.