7/26/2019 Cálculo y Selección de Bombas Centrífugas

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Cálculo y selección de bombas centrífugas.- Curvasde operación, eciencia y energía.

Las bombas centrífugas son equipos omnipresentes en la vida diaria, y conocer la ingeniería de su funcionamiento proporciona interesantes oportunidades parala mejora de los procesos. En muchos artículos hemos incluido recopilacionesdiversas que ayudan a entender estas máquinas (Ver alculadores y utilidadesde fluidos, alculadores gratuitos para dise!os con bombas, alculadoresgratuitos de eficiencia energ"tica en bombas y  #rtículos sobre transporte defluidos$.

En esta ocasi%n vamos a e&poner en detalle pero de forma sencilla aquellasecuaciones de ingeniería que nos permiten calcular en detalle los procesos enlos que trabajamos con bombas centrífugas. omo siempre, evitaremose&posiciones te%ricas complejas y buscaremos la simplificaci%n de los cálculosque permiten determinar las variables del proceso con facilidad.

1)  Punto de mejor eficiencia (BEP)

'na bomba no convierte completamente la energía cin"tica a energía depresi%n. #lguna energía es siempre perdida interna y e&ternamente en labomba.

Pérdidas internas

• "rdidas hidráulicas ) *ricci%n del disco en el impulsor, p"rdidas

debidas al rápido cambio en direcci%n y velocidades a trav"s de la bomba.

• "rdidas volum"tricas ) recirculaci%n interna en anillas y cojinetes

desgastados.

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Pérdidas externas

•  "rdidas mecánicas ) fricci%n en sellos y rodamientos.

La eficiencia de la bomba en el punto de dise!o es normalmente má&ima y se

llama el unto de +ejor Eficiencia (est Effciency oint ) E$.

Es posible operar la bomba a otros puntos distintos que el E, pero laeficiencia de la bomba siempre será más baja que en E.

2)  Cálculo de la potencia de una bomba

La potencia hidráulica ideal de una bomba hidráulica depende del caudal, de ladensidad del líquido y de la altura diferencial.

La elevaci%n estática de una altura a otra, puede calcularse-

h  q ρ h / (0,1 231$

4onde-

• h  otencia el"ctrica (56$

• q apacidad de caudal (m0/h$

•  7 4ensidad del fluido (5g/m0$

• g 8ravedad (9,:2 m/s;$

• h #ltura diferencial (m$

Potencia de la bomba en el eje

La potencia del eje requerida para ser transferida desde el motor al eje de labomba ) depende de la eficiencia de la bomba y puede calcularse como-

s  h /<

4onde-

• s  otencia del eje (56$

• < Eficiencia de la bomba.

Calculador de bomba online

El siguiente calculador  puede usarse para calcular la potencia hidráulica y lapotencia del eje en una bomba.

Los cálculos pueden reali=arse con unidades del sistema internacional o

unidades imperiales. >e introduce la capacidad de caudal (m0/h$, densidad del

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fluido (5g/m0$, gravedad (m/s;$, altura diferencial (m$ y eficiencia de la bomba(<$. >e obtiene la potencia hidráulica en 5? o la potencia en el eje (56$.

3)  Energa ganada por un fluido

La potencia ganada por el fluido de una bomba o ventilador puede ser e&presado como-

P = m w 

4onde-

• otencia

• m audal másico

• ? @rabajo específico

!rabajo especfico

El trabajo específico ) w  ) puede e&presarse como-

w = g h

4onde-

•  h #ltura

• g #celeraci%n de la gravedad

Caudal másico

El caudal másico ) m ) puede e&presarse-m = ρ Q

4onde-

• 7 4ensidad

• A audal volum"trico

La potencia ganada por el fluido de una bomba o ventilador puede e&presarsecomo-γ = ρ g 4onde-B eso específicoLa ecuaci%n de la potencia puede modificarse de forma que la potencia ganadapor el fluido de una bomba o ventilador puede e&presarse como-

P = γ Q hCa que la altura puede e&presarse como-

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h = (p2  – p1 ) / γ En consecuencia,

P = Q (p2  – p1 )

4onde-

• otencia

• m  audal másico

• ? @rabajo específico

")  Cálculos de par # $elocidad en bombas centrfugas

La característica te%rica de una bomba centrífuga es una parábola quecomien=a en el origen y es proporcional al cuadrado de la velocidad.

El par puede e&presarse como-

@ 5 n;

4onde-

• @ ar (Dm, lbf ft$

• onstante

•  n Velocidad de la bomba (rpm$

• otencia (56$

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Bombas centrífugas especiales, verticales ymultietapas 

tambi"n denominada bomba rotodinámica, es actualmente la máquina mas

utili=ada para bombear líquidos en general. Las bombas centrífugas son

siempre rotativas y son un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía

mecánica de un impulsor en energía cin"tica o de presi%n de un fluido

incompresible. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de

unosálabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuer=a centrífuga es

impulsado hacia el e&terior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la

bomba. 4ebido a la geometría del cuerpo, el fluido es conducido hacia las

tuberías de salida o hacia el siguiente rodete. >on máquinas basadas en

la Ecuaci%n de Euler .

Las ombas entrífugas se pueden clasificar de diferentes maneras-

F or la direcci%n del flujo en- Gadial, #&ial y +i&to.

F or la posici%n del eje de rotaci%n o flecha en- Hori=ontales, Verticales e

Inclinados.

F or el dise!o de la cora=a (forma$ en- Voluta y las de@urbina.

F or el dise!o de la mecánico cora=a en- #&ialmente ipartidas y las

Gadialmente ipartidas.

F or la forma de succi%n en- >encilla y 4oble.

 #unque la fuer=a centrífuga producida depende tanto de la velocidad en la

periferia del impulsor como de la densidad del líquido, la energía que se aplica

por unidad de masa del líquido es independiente de la densidad del líquido. or 

tanto, en una bomba dada que funcione a cierta velocidad y que maneje un

volumen definido de líquido, la energía que se aplica y transfiere al líquido,

(enpascales, a, metros de columna de agua m.c.a. o o pieJlb/lb de líquido$ es

la misma para cualquier líquido sin que importe su densidad. @radicionalmente

la presi%n proporcionada por la bomba en metros de columna de agua o pieJ

lb/lb se e&presa en metros o en pies y por ello que se denomina gen"ricamente

como KalturaK, y aun más, porque las primeras bombas se dedicaban a subir 

agua de los po=os desde una cierta profundidad (o altura$.

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Las bombas centrífugas tienen un uso muy e&tendido en la industria ya que son

adecuadas casi para cualquier uso. Las más comunes son las que están

construidas bajo normativa 4ID ;;MM (en formas e hidráulica$ con un Nnico

rodete, que abarcan capacidades hasta los M33 mO/h y alturas manom"tricas

hasta los 233 metros con motores el"ctricos de velocidad normali=ada. Estasbombas se suelen montar hori=ontales, pero tambi"n pueden estar verticales y

para alcan=ar mayores alturas se fabrican disponiendo varios rodetes

sucesivos en un mismo cuerpo de bomba. 4e esta forma se acumulan las

presiones parciales que ofrecen cada uno de ellos. En este caso se habla de

bomba multifásica o multietapa, pudi"ndose lograr de este modo alturas del

orden de los 2;33 metros para sistemas de alimentaci%n de calderas.

onstituyen no menos del :3P de la producci%n mundial de bombas, porque

es la más adecuada para mover más cantidad de líquido que la bomba de

despla=amiento positivo.

Do hay válvulas en las bombas de tipo centrífugoQ el flujo es uniforme y libre de

impulsos de baja frecuencia.

Los impulsores convencionales de bombas centrífugas se limitan a velocidades

en el orden de 13 m/s (;33 pie/s$.

Las bombas centrífugas verticales de resina serie I+ son bombas de alto

rendimiento para instalaciones fijas con la bomba sumergida directamente en

cuba, accionadas por motor el"ctrico (má& 0333 revoluciones/min$ en toma

directa para el vaciado rápido del fluido con caudales de 1 m0/hora a RM

m0/hora y altura de elevaci%n hasta 0: m. La especial forma constructiva de

este tipo de bomba, además de no utili=ar juntas mecánicas internas (sujetas

a elevados desgaste$, garanti=a la recogida en cuba de eventuales salidasaccidentales de fluido.

El rodete abierto permite el bombeo de flujo continuo de fluidos muy sucios

con viscosidad aparente de hasta M33 cps (a ;3S$ con eventuales partes

s%lidas en suspensi%n de peque!as dimensiones.

La elecci%n de los materiales de composici%n de la bomba permite determinar 

la mejor compatibilidad química con el fluido y/o el ambiente sin olvidar el

campo de temperaturas correcto.

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Selección de motores eléctricos para bombas

@odos sabemos que el motor el"ctrico es una máquina que transforma

energía el"ctrica recibida de la red en energía mecánica rotacional en el eje.

4e esta forma se puede accionar cualquier tipo de carga mecánica, siempre y

cuando tengamos disponibilidad de una red el"ctrica. @ambi"n sabemos quedentro del universo del motor el"ctrico, el motor de inducci%n es el más

comNn y prácticamente todas las aplicaciones industriales pueden reali=arse

con este motor, generalmente el tipo Taula de #rdilla, o con rotor en

cortocircuito. Es tan generali=ado su uso, que pasamos por alto muchos

aspectos en el momento de la selecci%n y aplicaci%n del mismo. En las

siguientes líneas se darán algunas indicaciones importantes que ayudarán a

hacer estas labores más t"cnicas y más eficientes desde el punto de vista de

operaci%n de una industria.

 

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La carga es la que define la potencia y velocidad del motor. En la gran mayoría

de aplicaciones, el motor jaula de ardilla puede atender cualquier carga en su

eje, pero es conveniente hacer un estudio detallado de cuál será el momento

de inercia, la curva arJVelocidad de la carga. Estos puntos nos ayudan a

definir c%mo será el comportamiento dinámico del motor con su máquina de

trabajo y cuáles serán los tiempos de arranque. Es ideal conocer las

condiciones de la carga durante la especificaci%n del motor, pues el

comportamiento varía, dependiendo de "sta. +áquinas como bombas y

ventiladores tienen un comportamiento específico diferente de molinos,

trituradoras y diferente de bandas transportadoras o de máquinas herramientas

o elevadores. En todas estas máquinas, los torques de arranque son diferentes

y con toda seguridad, los ciclos de trabajo varían de una instalaci%n a otra.