Instituto Tecnológico de Apizaco Ing. Electromecánica

Catedrático: Desiderio Cuatecontzi Xochitiotzi alumno : Daniel Tecuapacho Meléndez

Aula T-4 Fecha de entrega: 30/SEPT/2011

Calificación

Para el correcto funcionamiento de las

bombas rotodinámicas se necesita que

estén llenas de fluido incompresible, es

decir, de líquido, pues en el caso estar

llenas de fluido compresible (cualquier gas

como el aire) no funcionarían

correctamente.

El cebado de la bomba consiste en llenar de líquido la tubería de aspiración succión y la carcasa de la bomba, para facilitar la succión de líquido, evitando que queden bolsas de aire en el interior. Al ser necesaria esta operación en las bombas rotodinámicas, se dice que no tienen capacidad autocebante. Sin embargo, las bombas de desplazamiento positivo son autocebantes, es decir, aunque estén llenas de aire son capaces de llenar de fluido el circuito de aspiración.

Esquema de una bomba instalada por encima del nivel de agua

En un circuito como el mostrado en el esquema adjunto sin ningún dispositivo adicional, al detener la bomba centrífuga el fluido del circuito de aspiración cae hacia el depósito vaciándose la bomba por el vacío creado por el circuito primario.

La altura de elevación H que proporciona la bomba es siempre la misma y responde a la siguiente fórmula:

donde PI es la presión de impulsión, PA es la presión de aspiración, ρ es la densidad del fluido y g la aceleración de la gravedad.

Despejando la diferencia de presiones se tiene que:

Es decir, si la bomba está llena de aire la presión de

aspiración es 0,00129 veces la que conseguiría

dicha bomba si estuviese llena de agua, es decir, si

estuviese cebada. Por lo que si la bomba está vacía

la altura que se eleva el agua en el circuito de

aspiración sobre el nivel del agua en el depósito es

mínima y totalmente insuficiente para que el agua

llegue a la bomba.

Con lo cual:

Por otra parte el funcionamiento de una bomba

centrífuga en vacío puede estropear el sellado de

la bomba debido a una deficiente refrigeración

dado que no circula fluido por su interior que

ayuda a mejorar la disipación del calor producido

por la bomba.

Por lo tanto en instalaciones de bombeo cuyo esquema coincide con el indicado en el esquema adjunto es necesario un sistema adicional para evitar que la bomba se descebe. Algunos de estos sistemas se enumeran a continuación:

Se puede construir un orificio en la parte superior de la carcasa de la bomba y arrojar agua sobre el mismo para que la bomba al encenderse esté llena de agua y pueda bombear correctamente. No se trata de un sistema muy eficiente.

Se puede usar una válvula de pie (Válvula antirretorno). Permite el paso del líquido hacia la bomba pero impiden su regreso al depósito una vez se ha apagado la bomba con lo que impide el descebe de la tubería de impulsión. Puede presentar problemas cuando el fluido tiene suciedad que se deposita en el asiento de la válvula disminuyendo su estanqueidad, por otra parte supone una pérdida de carga más o menos importante en la tubería de impulsión por lo que aumenta el riesgo de que se produzca cavitación en la bomba.

Uso de una bomba de vacío. La bomba de vacío es

una bomba de desplazamiento positivo que extrae

el aire de la tubería de impulsión y hace que el

fluido llegue a la bomba centrífuga y de este modo

quede cebada.

Por último otra posibilidad consiste en instalar la

bomba bajo carga, es decir por debajo del nivel del

líquido, aunque esta disposición no siempre es

posible, a no ser que se instale sumergida, con lo

cual la bomba tiene que ser especial.

Necesitamos calcular previamente la velocidad

del agua y, en impulsiones, la altura

manométrica del grupo de bombeo.

Se obtiene el tiempo de parada con la

ecuación de Mendiluce. En el caso de

abastecimientos por gravedad, el tiempo de

cierre de la válvula será conocido.

Se calcula la celeridad “a” con la fórmula de Allievi o se consultan las tablas para calcular la sobrepresión mediante la fórmula adecuada.

Se calcula la longitud crítica “Lc”, que es la distancia que separa el final de la impulsión del punto crítico o de coincidencia de las fórmulas de Michaud y Allievi. En la Lc rige la fórmula de Michaud.

El tipo de cierre, lento o rápido, también puede conocerse comparando el tiempo de parada de la bomba o el de cierre de la válvula con el tiempo que tarda la onda de presión en dar una oscilación completa, es decir, con

En impulsiones, se colocan las válvulas de retención

necesarias para mantener la línea de sobrepresión

debida al golpe de ariete por debajo de la línea

piezométrica. Con las válvulas de retención se

desplaza la línea de máximas presiones del golpe de

ariete.

Por lo tanto, el correcto estudio del golpe de

ariete es fundamental en el dimensionamiento de

las tuberías, ya que un cálculo erróneo puede

conducir a:

1. Un sobredimensionamiento de las

conducciones, con lo que la instalación se

encarece de forma innecesaria.

2. Tubería calculada por defecto, con el

consiguiente riesgo de que se produzca una

rotura.

. Volante de inercia

Consiste en incorporar a la parte rotatoria del grupo

de impulsión un volante cuya inercia retarde la

pérdida de revoluciones del motor, y en

consecuencia, aumente el tiempo de parada de la

bomba, con la consiguiente minoración de las

sobrepresiones.

Este sistema crea una serie de problemas mecánicos,

mayores cuanto mayor sea el peso del volante.

Chimeneas de equilibrio

Consiste en una tubería de diámetro superior al de la

tubería, colocada verticalmente y abierta en su

extremo superior a la atmósfera, de tal forma que su

altura sea siempre superior a la presión de la tubería

en el punto donde se instala en régimen permanente.

Este dispositivo facilita la oscilación de la masa de agua,

eliminando la sobrepresión de parada, por lo que sería

el mejor sistema de protección si no fuera pos aspectos

constructivos y económicos. Sólo es aplicable en

instalaciones de poca altura de elevación.

Calderín

Consiste en un recipiente metálico parcialmente lleno de aire que se encuentra comprimido a la presión manométrica. Existen modelos en donde el aire se encuentra aislado del fluido mediante una vejiga, con lo que se evita su disolución en el agua.

El calderín amortigua las variaciones de presión debido a la expansión prácticamente adiabática del aire al producirse una depresión en la tubería, y posteriormente a la compresión, al producirse una sobrepresión en el ciclo de parada y puesta en marcha de una bomba.

Su colocación se realiza aguas debajo de la válvula de retención de la bomba. Se instala en derivación y con una válvula de cierre para permitir su aislamiento.

Válvulas de alivio rápido

Son de dispositivas que permiten de forma automática y casi instantánea la salida de la cantidad necesaria de agua para que la presión máxima en el interior de la tubería no exceda un valor límite prefijado. Suelen proteger una longitud máxima de impulsión el orden de 2 km. Los fabricantes suelen suministrar las curvas de funcionamiento de estas válvulas, hecho que facilita su elección en función de las características de la impulsión.

Válvulas anticipadoras de onda

Estas válvulas están diseñadas para que se produzca su apertura en el momento de parada de la bomba y cuando se produce la depresión inicial, de tal forma que cuando vuelva a la válvula la onda de sobrepresión, ésta se encuentre totalmente abierta, minimizando al máximo las sobrepresiones que el transitorio puede originar.

Ventosas

Dependiendo de su función, permiten la eliminación del aire acumulado en el interior de la tubería, admisión de aire cuando la presión en el interior es menor que la atmosférica y la eliminación del aire que circula en suspensión en el flujo bajo presión.

Válvulas de retención

Estas válvulas funcionan de manera que sólo permiten el flujo de agua en un sentido, por lo que también se conocen como válvulas anti-retorno. Entre sus aplicaciones se puede señalar:

· En impulsiones, a la salida de la bomba, para impedir que ésta gire en sentido contrario, proteger la bomba contra las sobrepresiones y evitar que la tubería de impulsión se vacíe.

· En impulsiones, en tramos intermedios para seccionar el golpe de ariete en tramos y reducir la sobrepresión máxima.

· En hidrantes, para impedir que las aguas contaminadas retornen a la red.

· En redes de distribución con ramales ascendentes, para evitar el vaciado de la mismas al detenerse el flujo.

Válvulas de retención tipo clapeta

Válvulas de retención tipo clapeta simple

Válvulas de retención tipo clapeta simple con corto recorrido de clapeta

Válvulas de retención tipo clapeta simple con sistema Amortiguador y contrapeso

Válvulas de retención con clapeta de eje semicentrado

Válvulas de retención de semiclapeta doble o de disco partido

Válvulas de retención de disco sobre eje longitudinal centrado

Todos estas válvulas de acuerdo a las condiciones de uso

Es un efecto hidrodinámico que se

produce cuando el agua o cualquier

otro fluido en estado liquido pasa a

gran velocidad por una arista afilada

produciendo una descompresión del

fluido, puede ocurrir que se alcance

la presión de vapor del liquido de tal

forma que las moléculas que la

componen cambian inmediatamente

a estado de vapor formándose

burbujas o cavidades.

Cuando el fluido se evapora en la succión de la bomba, la cantidad de vapor

contenida en el fluido varia dependiendo de que tanto vacio hay, y esto va a

afectar el caudal de la bomba. Es decir, mientras mas vacio haya, mas vapor

habrá y por consiguiente menos flujoFlujo: Flujo o rata de Flujo es el volumen

de fluido en movimiento. El volumen de Fluido por unidad de Tiempo. En

unidades estandar es dado en Galones Por Minuto (GPM). En unidades Metricas

se expresa como Litros Por Minuto (LPM). efectivo a la salida de la bomba.

Adicionalmente, el vapor contenido en el aceite una vez entra en la bomba y se

traslada a la salida se comprime violentamente al pasar a la alta presión,

generando ruido, y erosión el las paredes o partes donde ocurre la transición de

vacio a presión, bajando la vida de la bomba dramáticamente.

Esto es lo que le sucede a la burbuja de vapor cuando pasa de la succión a la

salida de presión, causando ruido y erosión.

La implosión (reducción del volumen Volumen: Medida del espacio en una

camara interna de un componente hidraulico. Dado en pulgadas cubicas o

centimetros cubicos ) es tan fuerte y rápida que se genera una fuerzaFuerza:

En terminos Hidraulicos, la fuerza es igual a la Presion x area de aplicacion.

Dado en libras o kilogramos. que actúa contra la superficie que este mas

cerca. Si este fenómeno sucede durante mucho tiempo, el daño causado a las

superficies internas puede ser reversible y además puede ocasionar fallas

catastrófica de la bomba hidráulica.

Bombas centrífugas siempre tienen un componente de vibración importante en la frecuencia de paso de álabes que es igual al número de álabes de la impulsora por las RPM.

La impulsora de la bomba produce un impulso de presión en el fluido bombeado cuando cada álabe pasa el punto de salida. Este excita la frecuencia de vibración del paso de álabes en la tubería, por lo tanto se transmite a través de la máquina.

En esta imagen (generada por un simulador) se puede observar la generación de la presión sobre el impulsor. El líquido entra por el centro

(color azul). Los álabes generan la fuerza centrífuga (marcado en rojo) necesaria para bombear el producto. El

área rojo es la parte crítica donde puede presentarse

cavitación.

Las bombas centrífugas operan con normalidad si la presión absoluta a la

entrada del rodete no está por debajo de un determinado valor.

Si a la entrada del rodete la presión es inferior a la presión parcial del

vapor, se forman las burbujas de vapor. Estas disminuyen el espacio

utilizable para el paso del líquido.

Un funcionamiento prolongado con estas condiciones daña la bomba. La

intensidad del golpeteo a medida que disminuye la presión absoluta a la

entrada del rodete, se aprecia claramente en las curvas características de la

bomba de la siguiente figura.

Por los efectos que produce, se puede decir que la cavitación “es un ataque al corazón de la bomba”

Una investigación y diagnostico cuidadoso de los síntomas y problemas descritos mas arriba ayuda a detectar el tipo de cavitación y sus causas.

Sin embargo, el objetivo fundamental debe ser el de eliminar o a lo menos reducir la cavitación, considerando que se trata de una condición anormal dentro de la bomba que se produce por la formación y subsiguiente colapso de burbujas de vapor y que las burbujas se forman cuando existe una presión externa sobre el líquido inferior a su presión de vapor.

Por lo tanto, la cavitación se puede combatir reduciendo la presión de vapor o aumentando la presión exterior sobre el líquido.

La Presión de Vapor se reduce disminuyendo la temperatura del líquido. En el punto de menor presión dentro de la bomba las burbujas se producen

cuando el NPSHa es igual o inferior al NPSHr. (NPSHa = NPSHr) El NPSHa se puede aumentar actuando sobre cualquiera de los factores de la

ecuación Nº1. El NPSHr lo entrega el fabricante y es característico de cada bomba.

Generalmente disminuye con el caudal por lo que la cavitación se podría combatir reduciendo el caudal de bombeo. La reducción de caudal generalmente aumenta el NPSHa y reduce el NPSHr.

Si no se puede reducir el caudal ni mejorar el NPSHa, se tendría que sustituir la bomba por otra (apta para la aplicación) de mejor NPSHr (generalmente de mayor tamaño y menor rpm).

En muchas instalaciones el nivel de succión (factor Zm en ecuación 1) es crítico para obtener una relación NPSHa/NPSHr adecuada. Un rango de 0.5 m. o menos puede

hacer la diferencia entre cavitación o no. En estos casos es altamente recomendable implementar un sistema regulador de flujo que permita mantener Zm dentro de determinados límites. El método más efectivo y universal, para todo tipo de aplicaciones, es controlar el nivel del estanque de succión por medio de un Variador de Frecuencia, que regule automáticamente la velocidad de la bomba (y por ende el caudal) en función del nivel de succión.

Estos temas son muy importantes y debemos tomarlos en cuenta para un correcto

funcionamiento en las bombas y en las tuberías y componentes que hay en un sistema