Bombas

Operaciones de Transferencia de MOMENTUM

ChemEng IQA

Introducción: Bombas

• Incrementan energía mecánica:– Aumento en velocidad

– Aumento de presión

– Aumento de altura

• Se clasifican en:– Desplazamiento Positivo

– Cinéticas

• La densidad del fluido NO cambia (fluidos incompresibles)

Selección y Operación de Bombas

• Naturaleza del líquido

• Cap. Requerida (flujo volumétrico)

• Condiciones de succión y descarga

• Tipo de fuente de potencia (tipo de motor)

• Espacio, peso, dimensiones

• Costos de adquisición y operación

Selección y Operación de Bombas

• Tipo de Bomba y Fabricante

• Tamaño y tipo de conexiones

• Vel. de operación

• Especificaciones del impulsor

• Materiales

Bombas: Diagrama

Bombas

Desplazamiento Positivo Cinéticas

Rotatorias Recíprocas Axiales Centrífuga

•Engrane•Paleta•Tornillo•Cavidad Prog.•Lóbulo•Peristáltico

•Pistón•Diafragma

Desplazamiento Positivo

• Aplican presión directamente

• Miembros rotatorios

• “Llenan y vacían” el fluido

• Cantidad fija por revolución: eje 1.8 cm^3/rev

• Se dividen en 2: Rotatorias y Recíprocas

D.P. Rotatorias

• Engranes

• Paleta

• Tornillo

• Cavidad progresiva

• Lóbulo

• Peristáltico

D.P. Rotatorias: Engranes

D.P. Rotatorias: Paletas

D.P. Rotatorias: Tornillo

D.P. Rotatorias: Cavidad Progresiva

D.P. Rotatorias: Lóbulo

D.P. Rotatorias: Peristálticas

D.P. Recíprocas

• Pistón

• Diafragma

D.P. Recíprocas: Pistón

D.P. Recíprocas: Diafragma

Cinéticas

• Altas velocidades rotacionales (impulsor)

• Se convierte a energía de presión

– Flujo radial

• Centrífugas

– Flujo axial

• De impulsor

– Flujo mixto

Cinéticas: Radial

Cinéticas: Axial

Cinéticas: Axial

Cavitación

• Si el fluido de trabajo se evapora a la entrada de la bomba, ocurre un ruido y un desgaste conocido como Cavitación

Ejemplificación

NSPHr

• NSPHr = Net Specific Pressure at Head Required

• Carga de succión positiva neta requerida

• Es un indicador del fabricante

• Esta presión es el límite para la cavitación

• El ususario debe de garantizar que el NSPHd(presión de succión Disponible) sea mucho mayor

NSPHR y NSPHD

• NPSHd > 1.10*NPSHr

• Las presiones de vapor:

– Tablas

– Gráficas

– Calculándolas con la ecuación de Antoine

NSPHR y NSPHD

• NPSHd = (Psuc – Psat)/(rho*g)

• Pasar a comprar con NPSHr

• Ejercicio en YT

Ejercicio de Cavitación

Potencia de una bomba

• La potencia de una bomba se da simplemente multiplicando:

• Pot = m*Wb

• m: flujo másico

• Wb= trabajo de bomba por unidad de masa

Ejercicio en YT

Carga Total /Cabeza de la Bomba

• Se despeja para la bomba de la EEM

• El resultante es la carga de la bomba

• A: Succión

• B: Descarga

BombaA B

Carga Total /Cabeza de la Bomba

• Se despeja para la bomba de la EEM

• El resultante es la carga de la bomba

• A: Succión

• B: Descarga

BombaA B

Carga Total /Cabeza de la Bomba

• Se despeja para la bomba de la EEM

• El resultante es la carga de la bomba

• A: Succión

• B: Descarga

BombaA B

No hay cambio de altura

Carga Total /Cabeza de la Bomba

• Frecuentemente se expresa la cabeza de la bomba en unidades de longitud (metros o pies)

• Esto se hace dividiendo por gravedad

• Carga de bomba: 100 J/kg

– (100 J/kg) / (9.8 m/s2)

Carga Total /Cabeza de la Bomba

• Frecuentemente se expresa la cabeza de la bomba en unidades de longitud (metros o pies)

• Esto se hace dividiendo por gravedad

• Carga de bomba: 100 J/kg

– (100 m2/s2) / (9.8 m/s2)

Carga Total /Cabeza de la Bomba

• Frecuentemente se expresa la cabeza de la bomba en unidades de longitud (metros o pies)

• Esto se hace dividiendo por gravedad

• Carga de bomba: 100 J/kg

– (100 m2/s2) / (9.8 m/s2) = 10.2 m

Curva de la bomba

• Se realizan cálculos de la Cabeza de la bomba con diferentes gastos (flujos)

• Se grafican los resultados

• La gráfica resultante es la curva de la bomba

• Tamaño de impulsor es constante

Curva de la bombaFlujo Másico Flujo

Volumétrico

GPM = Gallonsper minute

Pdes-Psuc Vel. suc Vel. desc Cabeza de Bomba

0 Se calcula… Se miden… Se miden… Se miden… Se calcula

1

5

10

20

Ver video YT

Curva de la bomba (1 impulsor)

8”

Curva de la bomba (1 impulsor)

8”

Cabeza (nW)

Curva de la bomba (1 impulsor)

8”

Gasto (V)

Curva de la bomba (Varios impulsores)

6“ 1/25”

4“ 1/2

3”

8”

Tamaño impulsor

Eficiencia de la bomba

6“ 1/25”

4“ 1/2

3”

8”

Eficiencia de la bomba

6“ 1/25”

4“ 1/2

3”

8”

¿Qué TIPO bomba escoger?

Datos de Fabricante de Bomba

• Tamaño de impulsor

• Velocidad

• Potencia

• Eficiencia

• Carga de succión neta requerida (NSHPR)

• Gráfica de Carga vs. Gasto

• Punto de operación

Datos de Fabricante de Bomba

Datos de Fabricante de Bomba

3 x 5 – 12

3: tamaño de conexión de descarga5: tamaño de conexión de succión12: tamaño nominal del impulsor más largo

Datos de Fabricante de Bomba

Datos de Fabricante de Bomba

NPSHR

¿Qué bomba escoger?

¿Qué bomba escoger?

• Se cuenta con un solo equipo

• El proceso opera a 240 gpm

• Contamos con impulsores de 5” y 6” ya que la empresa era pequeña cuando compró la bomba.

• Actualmente instalado el de 6”

• ¿Qué hacer si el proceso crecerá a 500 gpm?

• Favorecer cambios económicos

¿Qué bomba escoger?

Punto de operación actual

¿Qué bomba escoger?

Punto de operación actual

¿Qué bomba escoger?

Punto de operación actual

Eficiencia: 57%

Potencia: 13 HP

Cabeza= 140 ft

¿Qué bomba escoger?

Línea de operación deseada de crecimiento

¿Qué bomba escoger?

Línea de operación deseada de crecimiento

Imposible de operar con impulsores actuales… cambiar a uno mas grande

¿Qué bomba escoger?

Línea de operación deseada de crecimiento

Imposible de operar con impulsores actuales… cambiar a uno mas grande

Cabeza= 220 ft

¿Qué bomba escoger?

• Conclusiones…

Curva del sistema vs. Curva de bomba

• Identificar el punto de operación:

– Se debe de hacer una curva del sistema.

– Se empalma dicha gráfica con la gráfica de la curva de la bomba (sistema vs. bomba)

– La intersección es el punto de operación

¿Qué bomba escoger?

Válvulas abiertas

¿Qué bomba escoger?

Válvulas abiertas

Válvulas 40% cerradas

¿Qué bomba escoger?

Válvulas abiertas

Válvulas 40% cerradas

Válvulas 80% cerradas

¿Qué bomba escoger?

Válvulas abiertas

Válvulas 40% cerradas

Válvulas 80% cerradas

Zona de operación

Leyes de afinidad de Bombas

• Se puede aumentar RPM

• Se puede cambiar el impulsor (diámetro)

• Relaciones de gastos

• Relaciones de potencias

• Solo aplica dentro de la misma carcasa (“misma bomba”)

Leyes de afinidad de Bombas

q = gastoD = diametroP = potencianWp = cabezaN = revoluciones por minuto

Efecto de viscosidad de fluido

• Incrementa potencia necesaria

• Disminuye flujo entregado

• Bajas eficiencias

Efecto de viscosidad de fluido

• Incrementa potencia necesaria

• Disminuye flujo entregado

• Bajas eficiencias

Bombas en paralelo

• Ideal cuando el flujo varía mucho

• Adición de bomba: Duplica la capacidad del sistema, la presión se mantiene igual

• Paralelo cantidad!

• Presión se mantiene igual

• Gasto se aumenta

Ejercicio en YT

Bombas en serie

• Ideal para cuando se requiere aumentar la presión del sistema

• Adición de bomba: Aumenta la presión del sistema; la cantidad se mantiene igual

• Paralelo calidad!

• Presión NO se mantiene igual

• Gasto NO aumenta

Ejercicio en YT