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CURSO DE BOMBAS CENTRIFUGAS


BOMBA TURBINA SUMERGIBLE

IMPULSOR

CONCEPTOS BASICOS

IMPULSOR SEMI-ABIERTO IMPULSOR CERRADO



Empuje axial hacia arriba (upthrust)

Empuje axial hacia abajo

(downthrust)

Se expresa generalmente en litros por segundo (l/s), metros cúbicos por hora (m³/h), galones por minuto (gpm), etc.

CAUDAL:

Es el volumen de líquido desplazado por la bomba en una unidad de tiempo.


ALTURA DINAMICA TOTAL:

Es la energía neta transmitida al fluido por unidad de peso a su paso por la bomba centrífuga.

La energía absorbida por el líquido es la que necesita para vencer la altura estática total más las pérdidas en las tuberías y accesorios del sistema.

Se expresa normalmente en metros del líquido bombeado.


ALTURA DINAMICA TOTAL (ADT):

ADT (m) = H + (P2 - P1) / g + ( C2² - C1² ) / 2g


PERDIDAS DE ENERGIA EN BOMBAS CENTRIFUGAS

Recirculación (Volumétrica)

Pérdidas por Fricción (mecánica)

Fricción del Impulsor (Mecánica)

Pérdidas por fricción (hidráulica)

Pérdidas en la entrada del impulsor

(Hidráulica)Filtraciones en la

Prensaestopa (Volumétrica)


Eficiencia = Energía neta absorbida por el fluido Energía entregada al eje de la bomba

EFICIENCIA DE UNA BOMBA CENTRIFUGA ()

Representa la capacidad de la máquina de transformar un tipo de energía en otro.

Se expresa en porcentaje ( % ).


POTENCIA ABSORBIDA POR LA BOMBA :

P = GE x Q x ADT

75 x

P :Potencia absorbida en HPGE :Gravedad específica del líquido bombeado (para el agua limpia a 15.6°C, GE = 1)Q :Caudal bombeado en litros/segundoADT :Altura Dinámica Total en metros.

:Eficiencia en porcentaje (%).



Altura Laboratorio = Pb+Zb+h1+Vc2/2g

Pb = Presión descarga

Zb = Cota del manometro

h1 = fricción hasta el punto de lectura del manómetro

Vc = Velocidad en la descarga

Altura de Campo = Pd + Zg+Zd-Zs + h2+ Vd2/2g

h2 = fricción desde la brida de la linterna hasta la ubicación del manómetro

Nivel de referencia: Es el plano horizontaltomado como referencia para tomar lasmedidas de los parámetros de la bomba.Normalmente se toma la base de la linterna.

Nivel estático: Es la distancia vertical entreel nivel de referencia y el nivel del aguacuando el equipo no funciona.

Nivel dinámico: Es la distancia vertical entreel nivel de referencia y el nivel que alcanzael agua en el pozo al caudal de bombeo.

Longitud de columna: Es la distancia entreel nivel de referencia y el cuerpo de la bomba.

Longitud de bomba: Distancia entre el nivelde referencia y el punto mas bajo de labomba.


Altura estática de descarga: Es la distanciavertical a la que debe elevarse el líquidodesde el nivel de referencia.

Altura de velocidad: Es la energía cinéticadel líquido bombeado por unidad de peso (seexpresa en metros del líquido).

Altura de descarga: Es la suma de la Altura estática de descarga, las pérdidas en la tubería y accesoriosdesde la linterna hasta el punto de descarga y la Altura de velocidad.

Altura de campo: Se define como la Altura de descarga más el nivel dinámico al caudal de bombeo.

Altura de Laboratorio: Es la altura dinámica total que desarrolla el cuerpo completo de la bomba. Se puedeexpresar como la suma de la Altura de campo más las pérdidas por fricción que se generan en la columna dedescarga desde la bomba hasta la linterna.


Eficiencia de laboratorio: Es la eficiencia que se muestra en la curva de performance de la bomba, incluyendosus respectivas correcciones.

Potencia de laboratorio: Es la potencia en hp requerida en el extremo del eje del cuerpo de bomba paradescargar el caudal solicitado contra la altura de laboratorio. Es definido como sigue: Altura de laboratorio (m)x Caudal (l/s) / 75 x Eficiencia de laboratorio.

Pérdidas del eje: Es la pérdida por fricción medida en hp que se genera entre el eje de transmisión y susapoyos.

Potencia de campo: Es la potencia requerida en el extremo superior del eje de transmisión. Se define comola suma de la potencia de laboratorio más las pérdidas en el eje de transmisión.


Eficiencia de campo: Es la eficiencia del equipo completo definido como:Altura de campo( m ) x Caudal ( l/s ) / 75 x Potencia de campo ( hp )

Empuje total: Esta compuesto por la suma del peso de todos los componentes en rotación en la bomba, elpeso de los ejes y del empuje hidráulico. El empuje hidráulico depende del tipo de impulsor de la bomba, dellíquido bombeado y del punto de operación. Se calcula como el número de etapas de la bomba por el empujehidráulico generado por etapa indicado en la curva de performance particular.


Pérdida en el rodamiento por empuje axial: Es la pérdida de potencia por fricción en el rodamiento delmotor generada por el empuje axial de la bomba. Si no se tiene la información del proveedor del motor sepuede estimar para el rodamiento de bolas de contacto angular una pérdida de aproximadamente 0.0075hppor cada 100 rpm y por cada 1000 libras de empuje total.

Eficiencia del motor: Es la relación que existe entre la potencia disponible en el eje del motor sin considerarel empuje axial y la potencia que si lo considera : Potencia en el eje / ( Potencia de entrada + Pérdidasrodamiento).


Eficiencia total: Es la eficiencia completa de la bomba y motor : Eficiencia de campo x Eficiencia del motor.

Potencia de entrada: Es la potencia total requerida para operar la bomba con su motor y una medida de lacantidad de potencia que debe ser suministrada por el usuario : Potencia en el eje / Eficiencia del motor.


CURVAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS :

Estas curvas se obtienen ensayando la bomba con agua limpia y fría (15.6°C).

ALTUR A (AD T)

EFIC IEN C IA ( )

PO TEN CIA (P )

NPSH

H

Q

R


CURVA DE UNA BOMBA:

(% )H -Q

P

H(m )

Q ( L / S )

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

050100150200250300(HP)P

20304050607080

M O D ELO AB

D =203.41750-R PM

0


(% )H -Q

P

H(m )

Q ( L / S )

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

050100150200250300(H P)P

20304050607080

M O D ELO AB

D =203.41750-R PM

CURVA DE UNA BOMBA:

MODELO DE LA BOMBA


(% )H -Q

P

H(m )

Q ( L / S )

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

050100150200250300(H P)P

20304050607080

M O D ELO AB

D =203.4

1750-R PM

CURVA DE UNA BOMBA:

VELOCIDAD


(% )H -Q

P

H(m )

Q ( L / S )

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

050100150200250300(H P)P

20304050607080

M O D ELO AB

D =203.41750 - RPM

CURVA DE UNA BOMBA:

DIAMETRO


(% )H -Q

P

H(m )

Q ( L / S )

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

050100150200250300(H P)P

20304050607080

M O D ELO AB

D =203.4

1750 - RPM

CURVA DE UNA BOMBA:

CURVA DE EFICIENCIA


CURVA DE UNA BOMBA:

CURVA H-Q

(% )H -Q

P

H(m )

Q ( L / S )

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

050100150200250300(H P)P

20304050607080

M O D ELO AB

D =203.4

1750 - R PM


(% )H -Q

P

H(m )

Q ( L / S )

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

050100150200250300(H P)P

20304050607080

M O D ELO AB

D =203.4

1750 - RPM

CURVA DE UNA BOMBA:

CURVA DE POTENCIA


LEYES DE AFINIDAD :

Relaciones que permiten predecir el rendimiento de una bomba a una velocidad que no sea la de característica conocida de la bomba se llaman leyes de afinidad.

Cuando se cambia la velocidad:

1. El Caudal varía directamente con la velocidad. 2. El ADT varía en razón directa al cuadrado de la velocidad. 3. La Potencia absorbida varía en razón directa al cubo de la velocidad.


LEYES DE AFINIDAD:

Q2 = Q1(n2/n1)

H2 = H1(n2/n1)²

P2 = P1(n2/n1)³

n2, n1 : Velocidades (rpm)

(%)

H-Q

P

H

(m)

Q ( L / S )

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

0

50

100

150

200

250

300

(HP)

P

20

30

40

50

60

70

80

MODELO AB

D=203.4

1750-RPM

1750 rpm

1510 rpm

1200 rpm



PERDIDAS DE ENERGIA EN TUBERIAS Y ACCESORIOS

P1 / g + V12 / 2g + Z1 = P2 / g + V2

2 / 2g + Z2 + hf

Ecuación de Bernoulli

Las pérdidas por fricción en las tuberías son :

• Proporcional a la longitud de la tubería ( L ).

• Proporcional al cuadrado de la velocidad (caudal).

• Inversamente proporcional al diámetro de la tubería.

• Se incrementa con la rugosidad de la tubería.

• Proporcional al tipo y número de accesorios

L

Donde:

hf = Pérdidas por fricción en metros del líquido.L = Longitud de la tubería en metrosD = Diámetro interior de la tubería en metrosV = Velocidad promedio en la tubería en metros/segundo = Factor de fricción.g = Constante de gravedad (9.8 m/s2)

hf = x L x V2 / D x 2 x g

CÁLCULO DE LA PÉRDIDAS EN LA TUBERÍA

Ecuación de “Darcy-Weisbach”



PERDIDAS POR FRICCION EN TUBERIAS

DV Re

v

D

V

Re

= El factor de fricción depende del número de Reynolds ( Re ) y de la rugosidad relativa de la tubería ( / D)

: Número de Reynolds

: Velocidad del fluido en la tubería en m/s

: Diámetro de la tubería en metros

: Viscosidad cinemática del fluido a la temperatura de bombeo en m2/s

Re < 2000 Flujo Laminar2000 < Re < 4000 Flujo Crítico ( laminar o turbulento o transición ) Re > 4000 Flujo Turbulento


TIPO DE TUBERIA

(NUEVA, LIMPIA)

RUGOSIDAD ABSOLUTA

( PULGADAS)

ACERO 0.0018

HIERRO DUCTIL (SIN RECUBRIMIENTO) 0.01

CONCRETO 0.012 - 0.12

EJEMPLO DEL CALCULO DE LA RUGOSIDAD RELATIVA :

TUBERÍA DE ACERO NUEVA DE 8 PULGADAS DE DIÁMETRO INTERIOR :

/ D = 0.0018 / 8 = 0.000225

Diagrama de MoodyF

act

or

de

fri

cció

n :

Reynolds : Re

Ru

go

sid

ad

re

lati

va :

D

K = Coeficiente de resistencia del accesorioV = Velocidad promedio en la tubería en m/sg = Constante de gravedad (9.8 m/s2)hf = Pérdida de energía en metros del líquido bombeado

hf = K x V2 / 2g

PÉRDIDAS POR FRICCIÓN EN ACCESORIOS


TABLA DE PERDIDAS EN ACCESORIOS



EL SEGUNDO MÉTODO PARA CALCULAR LAS PÉRDIDAS EN LOS ACCESORIOS ES EMPLEANDO LA “LONGITUD EQUIVALENTE DEL ACCESORIO ”

SE OBTIENE DE IGUALAR LA ECUACIÓN DE DARCY AL MÉTODO DEL “K” DEL ACCESORIO:

hf = x L x V2 / D x 2 x g = K x V2 / 2g

DE DONDE SE OBTIENE :

L = K x D /

SE ACOSTUMBRA TOMAR EL VALOR DE “” EN EL RANGO COMPLETAMENTE TURBULENTO (CONSTANTE)


EJEMPLOS :

DIAMETRO TUBERIA SCH 40 DIAMETRO (PULGADAS) (m)

4 0.1022 0.017

6 0.1540 0.015

8 0.2027 0.014

10 0.2545 0.014

12 0.3032 0.013

LA LONGITUD EQUIVALENTE DE UNA VÁLVULA DE COMPUERTA BRIDADA DE 10 PULGADAS ES :

K (DE TABLA H.I.) = 0.06

PARA 10 PULG. ES 0.014

LUEGO, LA LONGITUD EQUIVALENTE SERÁ : K x D / = 0.06 x 0.2545 / 0.014 = 1.09m

TABLAS DE PERDIDAS EN TUBERIAS DE ACERO NUEVA SCH 40 Y AGUA LIMPIA

V (m/s) V2/2g (m) Hf (%) V (m/s) V2/2g (m) Hf (%) V (m/s) V2/2g (m) Hf (%) V (m/s) V2/2g (m) Hf (%)8 0.97 0.048 0.97 0.62 0.020 0.32 0.43 0.009 0.25 0.003

10 1.22 0.075 1.46 0.77 0.030 0.48 0.54 0.015 0.31 0.00512 1.46 0.108 2.06 0.93 0.044 0.67 0.64 0.021 0.27 0.37 0.00714 1.70 0.148 2.75 1.08 0.060 0.89 0.75 0.029 0.36 0.43 0.01016 1.94 0.193 3.54 1.24 0.078 1.15 0.86 0.037 0.46 0.49 0.01220 2.43 0.301 5.42 1.55 0.122 1.74 1.07 0.058 0.70 0.62 0.02025 3.04 0.471 8.30 1.93 0.191 2.66 1.34 0.091 1.06 0.77 0.030 0.2730 3.65 0.678 11.79 2.32 0.274 3.76 1.61 0.132 1.50 0.93 0.044 0.3835 4.25 0.922 15.88 2.71 0.373 5.05 1.87 0.179 2.00 1.08 0.060 0.5140 4.86 1.205 20.58 3.09 0.488 6.52 2.14 0.234 2.58 1.24 0.078 0.6645 5.47 1.525 25.87 3.48 0.617 8.18 2.41 0.296 3.23 1.39 0.099 0.8250 6.08 1.882 31.77 3.87 0.762 10.03 2.68 0.365 3.95 1.55 0.122 1.0055 6.68 2.278 38.26 4.25 0.922 12.05 2.95 0.442 4.75 1.70 0.147 1.2060 7.29 2.710 45.36 4.64 1.097 14.27 3.21 0.526 5.61 1.86 0.176 1.4170 8.50 3.689 61.35 5.41 1.494 19.25 3.75 0.716 7.55 2.16 0.239 1.8980 9.72 4.819 79.75 6.19 1.951 24.97 4.28 0.936 9.78 2.47 0.312 2.4490 10.94 6.099 100.55 6.96 2.469 31.43 4.82 1.184 12.29 2.78 0.395 3.05100 12.15 7.529 7.73 3.049 38.63 5.36 1.462 15.08 3.09 0.488 3.74120 14.58 10.842 9.28 4.390 55.24 6.43 2.105 21.51 3.71 0.702 5.31140 17.02 14.757 10.83 5.975 74.81 7.50 2.865 29.08 4.33 0.956 7.16160 19.45 19.274 12.37 7.804 97.33 8.57 3.742 37.78 4.95 1.248 9.28180 21.88 24.394 13.92 9.877 9.64 4.736 47.62 5.57 1.580 11.66200 24.31 30.116 15.47 12.194 10.71 5.847 58.59 6.19 1.950 14.32250 30.38 47.056 19.33 19.054 13.39 9.137 90.96 7.73 3.047 22.16

8" (7,981" I.D.)Q l/s

4" (4,026" I.D.) 5" (5,047" I.D.) 6" (6,065" I.D.)


CURVA DEL SISTEMA-PUNTO DE OPERACION:

(m)H

Q ( l / s )

50

40

30

20

10

25201510500

He

Hf

CURVA DE LA BOMBA

CURVA DEL SISTEMA

PUNTO DE OPERACION

ADT


NET POSITIVE SUCTION HEAD


CAVITACION:

Es un fenómeno que ocurre cuando la presión absoluta dentro del impulsor se reduce hasta alcanzar la presión de vapor del líquido bombeado y se forman burbujas de vapor.

Estas burbujas colapsan en la zona de alta presión originando erosión del material con el que está en contacto.

La cavitación se manifiesta como ruido, vibración; reducción del caudal y de la presión de descarga.


QATMOSFERICA

PRESION


NPSH:

Es la cantidad de energía que dispone el liquido al ingreso de la bomba centrifuga.

NPSH DISPONIBLE :

Es la cantidad de energía que dispone el líquido sobre la presión de vapor en la brida de succión de la bomba a la temperatura de bombeo.

Depende de las características del sistema en el cual opera la bomba, del caudal y de las condiciones del líquido que se bombea tales como: clase de líquido, temperatura, gravedad especifica,entre otras.


NPSH REQUERIDO :

Es el valor mínimo de energía requerido en la brida de succión de la bomba que debe tener el líquido sobre la presión de vapor a la temperatura de bombeo para permitir que opere satisfactoriamente.

Depende exclusivamente del diseño de la bomba y de las condiciones de operación (velocidad, caudal, ADT, etc.), siendo su valor proporcionado por el fabricante.

Para que no cavite una bomba centrífuga:

NPSHD > NPSHR


BOMBAS CENTRIFUGAS

NPSH

NPSHD NPSHR

SISTEMA BOMBA

NPSHD > NPSHR

NET POSITIVE SUCTION HEAD


NPSHrequerido:

SUCCION DE LA BOMBA

NPSRreq


NPSH = (Pa - Pv ) x 0.7 - h - h = k - hD

G. E.

S L L

NPSH Y CURVAS DE OPERACION

H

Q

k

H L

N PSH D

RN PSH

Pa

HS

Q



RECIRCULACION :

BOMBA TURBINA VERTICAL

• LUBRICADA POR ACEITE

• LUBRICADA POR AGUA

• 1800 RPM

• MOTOR ELECTRICO / COMBUSTION

• IMPULSOR CERRADO / SEMI-ABIERTO

• POZO VERTICAL



BOMBA TURBINA VERTICAL DE POZO

PROFUNDO

BOMBA SUMERGIBLE

• 3600 RPM

• MOTOR ELECTRICO

• IMPULSOR CERRADO

• POZO ALINEADO

• OPERACIÓN SILENCIOSA

• MENOR TIEMPO DE INSTALACION

• CASETA PEQUEÑA

• BOMBA CON MENOS ETAPAS



BOMBA TURBINA SUMERGIBLE


PRELUBRICACION BOMBAS LUBRICADAS POR AGUA


CIMENTACION


EJE SOLIDO EJE SOLIDO

EJE HUECO

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