“EQUIPOS Y COMPONENTES INDUSTRIALES” RUBRICA CALIFICADA 4to Ciclo Mantenimiento de Maquinaria de Planta 2015-I ALUMNOS: Amezquita Mamani, Giann Karlo Diaz Coa, Mario Halanoca Torres, Glenda Huamani Diaz, Fernando Huanca Araujo, Gina GRUPO:”A-B” DOCENTE: Juan Manuel Gomez AREQUIPA –PERÚ INTRODUCCIÓN Una bomba es un dispositivo empleado para elevar, transferir o comprimir líquidos y gases, en definitiva son máquinas que realizan un trabajo para mantener un líquido en movimiento. Consiguiendo así aumentar la presión o energía cinética del fluido. Equipos y Componentes Industriales Tema : RUBRICA Nro. DD-106 Página 2 de 18 Código : Semestre: Grupo : Se tiene constancia de la existencia de algún tipo de bomba sobre el 300 A.C., Arquímedes (matemático y físico griego) construyó una de diseño sencillo, aunque poco eficiente, con un tornillo que gira en una carcasa e impulsa el líquido. Existen infinidad de formas de clasificación de bombas pero fundamentalmente se pueden dividir en dos grandes grupos: Bombas volumétricas o de desplazamiento positivo y las bombas dinámicas o de energía cinética. En todos los tipos de bombas para líquidos deben emplearse medidas para evitar el fenómeno de la cavitación, que es la formación de un vacío que reduce el flujo y daña la estructura de la bomba. La selección de la bomba adecuada para cualquier aplicación entre la multitud de estilos, tipos y tamaños puede ser difícil para el usuario o el contratista de construcción. El mejor método es hacer investigaciones preliminares, llegar a decisiones básicas y selecciones preliminares y analizar la aplicación con el proveedor de la bomba. Richard F. Neerken, Ralph M. Parsons Co. Imagen 1.- Tipo de Bomba Industrial IV A Equipos y Componentes Industriales Tema : RUBRICA Nro. DD-106 Página 3 de 18 Código : Semestre: Grupo : OBJETIVOS Determinar el diseño correcto de la bomba que requiere un sistema de tubería para transportar agua para el principio de funcionamiento de nuestro sistema de bombeo. Desarrollar el tema de bombas en forma objetiva y simplificada para tener una idea de la función y de las aplicaciones que cumplen estas máquinas en la industria. Presentación de ejemplos sencillos de selección y de mantenimiento de bombas. IV A Equipos y Componentes Industriales Tema : RUBRICA Nro. DD-106 Página 4 de 18 Código : Semestre: Grupo : IV A MARCO TEORICO Antes de entrar en profundidad en el tema debemos partir de unos conocimientos previos, para ello definiremos los conceptos claves para tu total comprensión: MEDIDA DE PRESIÓN Las presiones suelen expresarse tomando como referencia un origen arbitrario. Los manómetros miden la diferencia entre la presión del fluido y la presión atmosférica local. Por lo tanto hay que sumar esta última al valor indicado por el manómetro para hallar la presión absoluta. Una lectura negativa de manómetro indica un vacío parcial. Imagen 2.- Diagrama representativo de los tipos de Presiones MEDIDA DE ALTURAS El plano de referencia lo determina la altura de la bomba. H: Altura estática de impulsión Z1: Altura estática de aspiración (-, al encontrarse por debajo de la bomba) Z2: Carga estática de aspiración (+, al estar por encima del plano de referencia) Equipos y Componentes Industriales Tema : RUBRICA Nro. DD-106 Página 5 de 18 Código : Semestre: Grupo : IV A Altura total de aspiración para el caso a) = (Z1 - pérdidas por rozamiento) Es negativa porque Z1 es negativa. Altura total de aspiración para el caso b) = (Z2 – pérdidas por rozamiento) Puede ser positiva o negativa porque Z2 es positiva. Altura total de impulsión = H + pérdidas de carga en la impulsión Altura total = Altura total de impulsión – Altura total de aspiración Es la medida del incremento de energía que transmite la bomba al líquido Imagen 3.- Representación 1 del sistema de bombeo BOMBAS EN SERIE Y PARALELO Bombas en Serie: La impulsión de una bomba constituye la aspiración de la siguiente unidad, por lo que el caudal bombeado será el mismo en todas las máquinas aunque las alturas creadas deberán sumarse. Un caso especial es el de las bombas multicelulares, puesto que a pesar de estar los rodetes montados en serie el cuerpo de la bomba es único. Su uso es generalizado para elevar agua de pozos profundos, puesto que utilizar un solo rodete elevaría a diámetros muy grandes. Además mejora el rendimiento puesto que éste crece con ns. Equipos y Componentes Industriales Tema : RUBRICA Nro. DD-106 Página 6 de 18 Código : Semestre: Grupo : y para el caso que se tienen m etapas puestas en serie se tiene Analíticamente esto se expresa como: De forma gráfica esto es: Al acoplar bombas en serie hay que sumar alturas manteniendo caudales, lo que se traduce en que las curvas resultantes tienen una pendiente acusada, tanto mayor cuanto más grande sea el número de etapas. Ello ocasiona el que sean bastante rígidas y que las variaciones de nivel estacional de un pozo hagan fluctuar poco el caudal que elevan y el rendimiento de la instalación cuando la curva resistente tenga escasa pendiente (conducción sobredimensionada). Imagen 4.- Representación de las curvas de una Bomba en Serie Bombas en Paralelo: El fluido se aspira en un punto común, inyectándose después el caudal en la impulsión general. En este caso se suman los caudales, conservando las alturas. Todas las impulsiones se conectan ordenadamente a una conducción general común o a un múltiple de impulsión. Su empleo se IV A Equipos y Componentes Industriales Tema : RUBRICA Nro. DD-106 Página 7 de 18 Código : Semestre: Grupo : justifica por ejemplo cuando en un abastecimiento el consumo de agua fluctúa mucho con el tiempo, si bien las condiciones de uso se mantienen. La utilización de una sola bomba tratando de satisfacer una amplia gama de consumo sería factible, pero a costa de trabajar con rendimientos bajísimos en determinados puntos de funcionamiento. Poniendo en funcionamiento en forma progresiva los grupos necesarios según el consumo, se logra mantener el rendimiento dentro de márgenes razonables. Otro caso será cuando hay gran Q para satisfacer y es imprescindible tener un buen nivel de respaldo. Para obtener la curva de funcionamiento de un sistema de bombas acopladas en paralelo solo debemos sumar los caudales para una misma altura. Analíticamente esto se expresa como: De forma gráfica, la suma de caudales manteniendo las alturas para obtener la curva característica del sistema acoplado resulta ser: Imagen 5.- Representación de las curvas de una Bomba en Paralelo NPSH REQUERIDA DE LA BOMBA Es una característica propia de la bomba, se define como la energía necesaria para llenar la parte de aspiración y vencer las pérdidas por rozamiento y aumentar la velocidad. En definitiva es la energía del líquido que una bomba necesita para funcionar satisfactoriamente. Su valor puede determinarse tanto por prueba como por cálculo. IV A Equipos y Componentes Industriales Tema : RUBRICA Nro. DD-106 Página 8 de 18 Código : Semestre: Grupo : Para una bomba centrífuga el NPSH requerido es la cantidad de energía necesaria, expresada en metros columna de líquido para: • Vencer las pérdidas de carga desde la abertura de admisión (entrada) a los álabes del impulsor. • Crear la velocidad deseada de corriente a los álabes, ya que es necesaria una velocidad mínima. Para una bomba rotativa el NPSH requerido es la energía expresada en 2 Kg./cm precisada para: • Vencer las pérdidas desde la abertura de admisión a los engranajes o paletas. • Crear la velocidad deseada de entrada a los engranajes o paletas. NPSH DISPONIBLE DEL SISTEMA Es una característica del sistema y se define como la energía que tiene un líquido en la toma de aspiración de la bomba (independientemente del tipo de esta) por encima de la energía del líquido debida a su presión de vapor. La NPSH disponible puede ser calculada u obtenida tomando lecturas de prueba en el lado de aspiración de la bomba. Para su cálculo es necesario considerar tanto la energía potencial como la cinética y la de presión. La altura de presión o carga total desarrollada por una bomba se define mediante la siguiente ecuación: IV A Equipos y Componentes Industriales Tema : RUBRICA Nro. DD-106 Página 9 de 18 Código : Semestre: Grupo : Imagen 6.- Representación 2 del sistema de bombeo IV A Equipos y Componentes Industriales Tema : RUBRICA Nro. DD-106 Página 10 de 18 Código : Semestre: Grupo : IV A Donde: • H es la altura de presión total desarrollada por la bomba, expresada en metros de columna del líquido que impulsa. 2 • P1: presión en el espacio de aspiración, expresada en Nw/m o Pa • P2, es la presión en el espacio de impulsión, expresada igual que la anterior 3 • ρ es la densidad del líquido que se bombea expresada en Kg/m • Hg es la altura geométrica de elevación del líquido, en m • hs es la altura de presión necesaria para crear la velocidad y superar el rozamiento y todas las resistencias locales en las horas de succión y de impulsión, expresadas en m • g es la aceleración de la caída libre, su valor g =9,81 m/sg2. CAVITACIÓN Este fenómeno sucede cuando un líquido se mueve por una región (tubería) donde la presión del líquido es menor que la tensión de vapor, lo que hace que el líquido hierba y se formen burbujas de vapor en su seno. Estas burbujas de vapor son arrastradas con el líquido hasta una región donde se alcanza una presión más elevada y allí desaparecen violentamente, provocando que el líquido se introduzca a alta intensidad en áreas reducidas. Estas sobrepresiones que se producen pueden sobrepasar la resistencia a la tracción del material y arrancar partículas del metal dándole una apariencia esponjosa (picado de los álabes del impulsor). Cuando estas burbujas de vapor llegan a la zona de alta presión desaparecen, ocasionando ruido y vibración, pudiendo llegar a producir averías en rodamientos, rotura del eje y otros fallos, ya que el material está desgastado. En resumen la cavitación es la formación de burbujas de vapor o de gas en el seno de un líquido, causada por las variaciones que este experimenta en su presión, y cuyas consecuencias son: •Disminución de la capacidad de bombeo. •Disminución del rendimiento de la bomba. La cavitación indica un NPSH disponible insuficiente, ocasionado por una altura estática baja, alta temperatura o excesiva pérdida de carga en la Equipos y Componentes Industriales Tema : RUBRICA Nro. DD-106 Página 11 de 18 Código : Semestre: Grupo : aspiración. Este fenómeno puede evitarse manteniendo la presión del líquido por encima de la presión de vapor. VISCOSIDAD Además de la cavitación existen otros parámetros que afectan al funcionamiento de una bomba, uno de ellos es la viscosidad. La potencia absorbida de una misma bomba crece de forma aguda al pasar a manejar líquidos de mayor viscosidad, por lo que también se verá alterado su rendimiento, disminuyendo este al ir aumentando la viscosidad, mientras que su NPSH requerido seguirá siendo esencialmente el mismo. PROCEDIMIENTO Realizamos las simulaciones en el programa Solidworks. BOMBAS EN SERIE Imagen frontal bomba 7.- Vista de la en serie. IV A Equipos y Componentes Industriales Tema : RUBRICA Nro. DD-106 Página 12 de 18 Código : Semestre: Grupo : Imagen 8.- Vistas laterales de la bomba en serie. Imagen 9.- Vistas Isométrica de la bomba en serie. IV A Equipos y Componentes Industriales Tema : RUBRICA Nro. DD-106 Página 13 de 18 Código : Semestre: Grupo : BOMBAS EN PARALELO Imagen 10.- Vista frontal de la bomba en paralelo. Imagen 11.- Vistas laterales de la bomba en paralelo. IV A Equipos y Componentes Industriales Tema : RUBRICA Nro. DD-106 Página 14 de 18 Código : Semestre: Grupo : Imagen 12.- Vistas Isométrica de la bomba en paralelo. BOMBA NORMAL Imagen 13.- Vista frontal de la bomba normal. IV A Equipos y Componentes Industriales Tema : RUBRICA Nro. DD-106 Página 15 de 18 Código : Semestre: Grupo : Imagen 14.- Vistas laterales de la bomba normal. Imagen 15.- Vistas isométrica de la bomba normal. Realizamos el Excel que realizaran los cálculos de nuestra bomba: IV A Equipos y Componentes Industriales Tema : RUBRICA BOMBA EN SERIE Nro. 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En conclusión usando el programa Excel nos ayuda en cuanto al cálculo y las gráficas de cómo trabaja nuestro sistema, y conociendo los parámetros más importantes que debemos tener en cuenta. El software SolidWorks es una herramienta potente que ayuda al dibujo, modelado y a la simulación de diversos sistemas que pueden ser utilizados dentro de la industria de la que seremos parte, podemos configurar entornos virtuales del mundo real para probar los diseños de los productos antes de fabricarlos, realizar pruebas con una amplia variedad de parámetros durante el proceso de diseño. El software SolidWorks sirvió de apoyo para el diseño de componentes, en este caso, el estudio de los diferentes tipos de distribución y/o funcionamiento de las bombas, de esta manera entender como realiza su trabajo, visualizar también la mayoría de partes que conforman el ciclo de funcionamiento en el traslado de un fluido. IV A