TURBOMAQUINAS HIDRAULICAS

BOMBAS ROTODINAMICAS

Bomba es una máquina que absorbe energía mecánica y restituye al líquido que la atraviesa energía hidráulica.

Las bombas se emplean para impulsar toda clase de líquidos (agua, aceites de lubricación, combustibles, etc).

También se emplean las bombas para bombear líquidos espesos con sólidos en suspensión, como pastas de papel, desperdicios, etc.

1. DEFINICION Y CLASIFICACIONDE LAS BOMBAS

A) Bombas rotodinámicas Todas y sólo las bombas que son turbomáquinas son siempre rotativas. Su

funcionamiento se basa en la Ecuación de Euler y el organo transmisor de energía se llama rodete.

Se llama rotodinámica, porque la dinámica de la corriente juega un papel escencial en la transmisión de energía.

B) Bombas de desplazamiento positivo Pertenecen las bombas alternativas, las rotoestáticas son rotativas, pero la

dinámica de la corriente no juega un papel escencial en la transmisión de la energía.

Su funcionamiento se basa en el principio de desplazamiento positivo.

Las bombas se clasifican en:

A) Según la dirección del flujo Bombas de flujo radial, de flujo axial y de flujo radio axial.

B) Según la posición del eje Bombas de eje horizontal, de eje vertical y de eje inclinado

C) Según la presión engendrada Bombas de baja presión, de media presión, y de alta presión.

D) Según el número de flujos en la bomba De simple aspiración ó de un flujo De doble aspiración ó de 2 flujos.

E) Según el número de rodetes De un escalonamiento ó de varios escalonamientos.

2. CLASIFICACION DE LAS BOMBAS ROTODINAMICAS

A) Rodete (1) ; que gira solidario con el eje de la máquina y consta de un cierto número de álabes que imparten energía al fluido en forma de energía de cinética y energía de presión.

B) Corona directriz; ó corona de álabes fijos (2) , que recoge el líquido del rodete y transforma la energía cinética comunicada por el rodete en energía de presión. Esta corona directriz no existe en todas las bombas porque encarece su construcción, aunque hace la bomba más eficiente.

C) Caja en espiral (3); que transforma también la energía dinámica en energía de presión y recoge además con pérdidas mínimas de energía de fluido que sale del rodete, conduciéndolo hasta la tubería de salida ó tubería de impulsión.

D) Tubo difusor troncocónico (4), que realiza una tercera etapa de difusión ó sea de transformación de energía dinámica en energía de presión.

3. ELEMENTOS CONSTITUTIVOS

ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UNA BOMBA

SECCION DE ENTRADA “E” Y DE SALIDA “S”. NORMA: La sección de entrada de una bomba se toma antes de la brida de

conexión del tubo de aspiración, sección E. La sección de salida se toma después de la brida de conexión del tubo de

impulsión sección S. La bomba empieza en la sección E y termina en la sección S. Todas las pérdidas de energía que tienen lugar entre las secciones E y S,

son imputables a la bomba y disminuyen el rendimiento de la bomba. Las pérdidas que tienen lugar antes de la sección E (en el tubo de

aspiración) y después de la sección S (en el tubo de impulsión) son imputables a la instalación y disminuyen el rendimiento de la instalación (no de la bomba).

4. ¿DONDE EMPIEZA Y DONDE TERMINA LA MAQUINA?

El rodete de una bomba rotodinamica se ha de proyectar de manera que para Q y H requeridas se obtenga el óptimo rendimiento.

En la prácticalos Q y H necesarios varían entre amplios límites y dentro de ellos puede requerirse cualquier combinación Q y H con diferentes valores de “n”, buscando siempre el óptimo rendimiento, así como consecuencia tenemos:

El rodete de las bombas rotodinámicas va cambiando insensiblemente de forma para adptarse a las diferentes condiciones de servicio.

5. EL RODETE: CLASIFICACION DE LAS BOMBAS POR EL NUMERO ESPECIFICO DE REVOLUCIONES

RODETE

El rodete de una bomba rotodinámica se adapta a las exigencias de Q; H; y n.

De a) hasta e) las bombas se adaptan a caudales relativamente mayores y alturas menores.

A) Flujo totalmente radial; ns = 40 a 80 (lento) B) hasta D) Flujo es cada vez más axial ns = 80 – 140 D) Se presenta rodete claramente semiaxial ó rodete de flujo mixto. ns =

300 – 600 E) El flujo es totalmente axial. ns = 600 – 1800 (rápido)

La clasificación mas precisa de las bombas rotodinámicas es una clasificación numérica, asignando a toda la familia de bombas geométricamente semejantes un número.

Este número es llamado NUMERO ESPECIFICO DE REVOLUCIONES.

ns = n.P(exp1/2).H(exp. -5/4)

n en rpm P en CV H en m.

Todas las bombas geométricamente semejantes tienen el mismo ns; independiente del tamaño.

El sistema difusor de una bomba consta de 3 elementos constitutivos: Corona directriz Caja espiral Cono difusor.

La importancia de éstos 3 elementos es transformar la energía dinámica que da el rodete ene energía de presión con el mínimo posible de pérdidas.

No siempre existen los 3 elementos indicados. En las bombas de alta eficiencia y calidad existen los 3 elementos.

6. SISTEMA DIFUSOR

PERDIDA, POTENCIAS Y RENDIMIENTOSPERDIDAS:Todas las pérdidas en la bomba (entre la sección entre E y S) se pueden clasificar en 3 grupos:

Pérdidas hidráulicas

Pérdidas volumétricas

Pérdidas mecánicas

Las pérdidas hidráulicas disminuyen la energía específica útil que la bomba comunica al fluido y por lo tanto la altura útil.

Son de 2 clases: Pérdidas de superficie y pérdidas de forma.

Las pérdidas de superficie se producen por el rozamiento del fluido con las paredes de la bomba (rodete, corona directriz, etc).

Las pérdidas de forma, se producen por el desprendimiento de la capa limite, en los cambios de dirección y en toda forma dificil al flujo, en particular a la entrada del rodete; si la tangente del álabe no coincide con la dirección de la velocidad relativa a la entrada.

Las pérdidas hidráulicas se origina: A) Entre el punto E y la entrada del rodete. B) En el rodete. C) En la corona directriz si existe. D) En la caja espiral.

PERDIDAS HIDRAULICAS

Se denominan también pérdidas intersticiales, son pérdidas de caudal y se dividen en 2 clases:

Pérdidas exteriores qe Pérdidas interiores qi

Las pérdidas exteriores qe, constituyen una salpicadura de fluidos al exterior; que se escapa la por el juego entre la carcasa y el eje de la bomba, que la atraviesa. Para reducirlas se utiliza la caja de empaquetaduras, que se llena de estopa ó material de cierre, provista de su correspondiente tapa ó prensaestopa con pernos que permiten comprimir el prensaestopa contra el eje de la máquina.

Las pérdidas volumétricas i, son las más importantes y reducen mucho el rendimiento volumétrico de algunas bombas. A la salida del rodete de una bomba ó un ventilador hay más presión que a la entrada. Luego parte del fluido en vez de seguir a la caja espiral, retrocederá por el conducto que forma el juego del rodete con la carcasa, a la entrada del rodete, para volver a ser impulsado por la bomba.

PERDIDAS VOLUMETRICAS

PERDIDAS MECANICAS

Las pérdidas mecánicas incluyen las pérdidas por:

Rozamiento del prensaestopa con el eje de la máquina.Rozamiento del eje con los cojinetes.Accionamiento de auxiliares (bombas de engranajes, para lubricación, cuenta revoluciones)Pérdidas por rozamiento de disco.

En el gráfico de potencias mostrado tenemos: Pa= Potencia de accionamiento = Potencia absorbida = Potencia al freno =

Potencia en el eje. Pi = Potencia interna = Potencia suministrada al rodete, igual a la potencia

de accionamiento menos las pérdidas mecánicas. P = Potencia útil = incremento de potencia que experimenta el fluido en la

bomba.

En el mismo gráfico se representan además los equivalentes en potencia de las pérdidas siguientes:

Ph = Pérdidas hidráulicas◦ Ph1 = Pérdidas por rozamiento de superficie.◦ Ph2 = Pérdidas por rozamiento de forma.

Pv = Pérdidas volumétricas Pv1 = Pérdidas por caudal exterior Pv2 = Pérdidas de corotocircuito

Pm = Pérdidas mecánicas Pm1 = Pérdidas por rozamiento en el prensaestopa. Pm2 = Pérdidas por rozamiento en los cojinetes y accionamientos

auxiliares. Pm3 = Pérdidas por rozamiento de disco.

Potencia de accionamiento Pa

Es la potencia en el eje de la bomba ó potencia mecánica que la bomba absorbe

Pa = 0.1047 n M

n = en rpmM = en mN

Es la potencia total transmitida al fluido, ó sea la potencia de accionamiento, descontando las pérdidas mecánicas.

El rodete entrega al fluido una energía específica equivalente a una altura: Hu = H + Hr-int

Y ésta altura la entrega el caudal bombeado por el rodete, que es Q + qe + qi

Potencia interna Pi

Es la potencia de accionamiento descontando todas las pérdidas de la bomba ó equivalentemente la potencia interna descontando todas y sólo las pérdidas internas (hidráulicas y volumétricas)

La potencia útil será también la invertida en impulsar el caudal útil Q a la altura H.

Potencia útil P

Tiene en cuenta todas y sólo las pérdidas de altura total Hr-int

Ƞh = (H / Hu)

Si Hr-int son las pérdidas de altura total hidráulica en m. mientras que ; son son las mismas pérdidas expresadas en W.

Y análogamente qe, qi son las pérdidas volumétricas en m3/seg ; mientras que

Son las mismas pérdidas expresadas en W.

Rendimiento hidráulico ƞh

Tiene en cuenta todas y sólo las pérdidas volumétricas.

Ƞv = (Q / Q + qe + qi)

Q = caudal útil ó caudal efectivo impulsado por la bomba Q + qe + qi = caudal teórico ó caudal bombeado por el rodete.

Rendimiento volumétrico ƞv

Rendimiento interno ƞi

Tiene en cuenta todas y sólo las pérdidas internas ó sea las hidráulicas y volumétricas; engloba ambos rendimientos hidráulico y volumétrico-

Ƞi = ( P / Pi)

Rendimiento mecánico ƞm

Tiene en cuenta todas y sólo las pérdidas mecánicas.

Ƞm = ( Pi / Pa)

Rendimiento total ƞtot

Ƞtot = (P / Pa)

Ƞtot = (P /Pa) = (P /Pi) . (Pi /Pa) = Ƞi . Ƞm = Ƞh .Ƞv. Ƞm

Relación entre los rendimientos

Es útil expresar la potencia de accionamiento en función de Q y de H:

Asimismo la potencia interna en función de los rendimientos hidráulico y volumétrico se expresa: