Sistemas Mecánicos

Profesor Darío Tamburri

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BOMBAS

Es la maquina que transforma energía, aplicándola al movimiento de

un fluido, donde su movimiento normalmente es ascendente. Las

bombas pueden ser de dos tipos, “volumétricas” y “turbo maquinas”,

Todas cuentan con un orificio de entrada (admisión) y un orificio de

salida (impulsión).

Las del tipo volumétrica son las que mueven el fluido mediante la

variación periódica del volumen, es el caso de las bombas de embolo.

Las turbo maquinas poseen un elemento que gira, produciendo así el

arrastre del fluido. Este elemento rotativo recibe el nombre de

“rodete”, y suele tener la forma de hélice o rueda con paletas.

Bomba Centrifuga Los elementos principales que constituyen la bomba centrifuga son:

1. Junta hidráulica

2. Deposito de aceite y soporte de

rodamientos

3. Eje

4. Bastidor o zócalo

5. Prensaestopas

6. Camisa

7. Espiral

8. Anillo del rodete

9. Rodete

10. Espiral de caracol

11. Tapón de purga

12. Anillo de rodete

13. Aspiración

14. Embudo de llenado

Algunas particularidades: El rodete se construye de bronce o fundición.

Por lo general las superficies en contacto con el fluido se dejan en bruto. Sin embargo en determinados casos se

pulen a fin de disminuir las perdidas por rozamiento.

El árbol es de acero semiduro y se apoya en soportes con engrase de anillo o en cojinete de bolas de rodillos.

Debido a la existencia de empuje axial, uno de los soportes actúa como cojinete de empuje (B).

El rodete se hace solidario con el eje a través de una chaveta, una turca carenada impide el desplazamiento del

rodete respecto al árbol.

La espiral se construye en fundición y se ejecuta en dos partes a fin de permitir el montaje.

Un prensa estopa asegura la estanqueidad (PE).

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Curva de las alturas (Presión). Una bomba centrifuga que gira a una velocidad constante no siempre entrega la misma altura (presión). Esto

para una bomba determinada depende del Caudal. No es posible determinar con exactitud las diferentes alturas

en función del Caudal si no se efectúa un ensayo previo en una plataforma a propósito para ello.

A continuación damos la tabla de alturas H en función del Caudal Q para la bomba SK10 para 1450rpm, y

seguidamente el diagrama que traduce esta tabla.

Q (dm3/seg) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

H (mca) 24 25,5 26 25,7 24,5 22,8 20 16,5 12 6,7 0

Por otra parte, si se conoce la altura estática (12 metros por ejemplo) y la curva Y de las pérdidas de carga de la

instalación, el punto de funcionamiento de la bomba se hallara en la intersección M de la curva de las Y con la

curva de las alturas.

Para hacer variar el gasto de una bomba centrifuga que gira a velocidad constante, habrá que modificar Y

(perdida de carga) introduciendo o suprimiendo resistencias en el circuito (ejemplo una válvula).

Rendimiento Acabamos de ver que las presiones varían en función del caudal. Lo mismo sucede con los rendimientos. A cada

Caudal le corresponde un rendimiento bien determinado para una misma máquina que gire, por supuesto, con

igual velocidad.

A continuación damos la tabla de rendimientos correspondientes a la bomba SK10 como así también su grafico

correspondiente para 1450rpm.

Q (dm3/seg) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

p 0 0,4 0,58 0,69 0,75 0,79 0,8 0,77 0,65 0,42 0

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El ideal sería hacer funcionar la bomba para un caudal correspondiente al rendimiento óptimo (Punto M). Esta

solución no siempre es posible, por ello se delimita una zona de utilización razonable de la bomba, situada a uno

y otro lado del rendimiento máximo. Esta zona es la indicada a rayas en el dibujo.

Curva de las potencias absorbidas La potencia absorbida por una bomba es teóricamente igual al producto del Caudal por la altura manométrica

total. � Potencias = Q x H

Haciendo intervenir la densidad, el rendimiento y expresando la potencia e HP, la expresión de la potencia real

aboveda será: � N (HP) = densidad x Q x H/75 rendimiento

Realizando estos cálculos para un determinado número de puntos, obtendremos una serie de potencias

absorbidas en función del Caudal para la bomba SK10 a 1450rpm.

Observaciones:

• Con Caudal Nulo y caudal máximo, la formula de la potencia nos conduce a una indeterminación (0/0), no

buscaremos su determinación por procedimientos matemáticos, sino gráficos. Véase la prolongación de la

curva punteada mas allá de los puntos X e Y.

Es de observar que la potencia absorbida no puede llegar a ser nula, debido a los rozamientos del fluido

sobre las paredes del árbol en los soportes y las guarniciones.

• La potencia mínima a prever por el motor debe ser superior a la potencia real absorbida, para tener en

cuenta los arranques y suspensiones bruscas que puedan ocurrir.

Este coeficiente de seguridad es del orden del 20% al 25%. De modo que si la bomba SK10 funcionando a

Caudal = 12 dm3/seg, la potencia mínima a prever en el motor será de: 4HP x 1.25 = 5HP.

A pesar de que acabamos de ver las curvas por separado (por motivos pedagógicos). Se acostumbran a

agruparlas tal cual se muestra en la figura siguiente:

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Ley de las velocidades Es posible predeterminar las curvas de funcionamiento de una bomba dada (en este caso SK10) para velocidades

de giro distintas a 1450rpm; conociendo las curvas para dicha velocidad. Para ello recurrimos a la siguiente ley:

Para una misma máquina:

• El gasto es proporcional a la velocidad de rotación.

• La altura manométrica es proporcional al cuadrado de la velocidad de rotación.

• La potencia absorbida es proporcional al cubo de la velocidad de rotación.

Ejemplo: Consideramos nuevamente el punto Q=12 dm

3/seg – 20m – 0,8 – 4HP – 1450rpm

Dupliquemos ahora la velocidad de rotación, pasando a ser 2900rpm.

La relación de velocidad será: 2900 / 1450 = 2

El nuevo caudal será Q´= 2Q = 2 x 12 dm3/seg = 24 dm

3/seg

La nueva presión es: H = (2)2 x H = 4 x 20 mca = 40 mca

La nueva potencia vale: N´= (2)3 x N = 8 x 4 = 32 HP

Conociendo la curva de funcionamiento a 1450 rpm para la bomba SK10, calculamos las curvas de

funcionamiento de esta misma bomba a 1600rpm.

Relación de velocidades: 1600 /1450 = 1,1

Cuadrado de la relación: (1,1)2

= 1,21

Cubo de la relación: (1,1)2 = 1,33

Nos referimos a la grafica siguiente para ver los resultados obtenidos:

Las tolerancias en general son las siguientes:

• Sobre los rendimientos: 0,05

• Sobre los gastos: +/- 5%

• Sobre las alturas manométricas 0 a +5%

Ley de las maquinas geométricamente semejantes. (Ley de Rateau) Se dice que dos maquinas son geométricamente semejantes cuando todas las magnitudes de sus dimensiones

correspondientes guardan igual relación (diámetro, ancho de rodetes, huelgos, etc.).

Se entiende que los espesores de planchas, los diámetros de los arboles, etc., no se someten a estas leyes,

determinándose de acuerdo con la resistencia de los materiales.

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Las leyes de Rateau son las siguientes:

Para una misma velocidad de rotación:

• Los gastos de las maquinas se relacionan entre su como los cubos de los diámetros.

• Las presiones se relacionan entre sí como los cuadrados de los diámetros.

• Las potencias se relacionan entre sí como las quintas potencias de los diámetros.

•

Estas leyes nos permiten determinar las curvas de toda una familia de maquinas.

Tomamos nuevamente el ejemplo de la bomba SK10 (diámetro 100mm), calcularemos y representaremos

gráficamente las características de la bomba SK12 (diámetro 120mm). Velocidad de rotación 1450rpm.

Relación: 120 / 100 = 1,2

De acuerdo a las leyes de Rateau,

Q12 = (1,2)3 x Q10 ; H12 = (1,2)

2 x Q10 ; N12 = (1,2)

5 x Q10

A continuación la grafica correspondiente a las dos bombas SK10 y SK12 a 1450rpm.

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Bombas centrifugas de boca doble o montaje en paralelo

Principio Si se montan dos bombas idénticas en paralelo el caudal resultante es el doble, mientras que la presión mantiene

su valor (analogía con las pilas eléctricas). En base a este principio, se ha imaginado colocar los dos rodetes en

posición antagónica, montándolos sobre un mismo eje y colocados en una misma espiral.

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Curva característica de funcionamiento Trataremos de determinar las características de una bomba centrifuga de doble boca DK10, constituida por dos

rodetes de bomba SK10, cuyas características conocemos.

Sera suficiente con duplicar los caudales, manteniendo constantes las alturas manométricas y los rendimientos.

Por lo que se refiere a las potencias absorbidas, estas se duplicarán, pondremos entonces:

Q´´= 2Q; H´´=H; N´´=2N

Este tipo de bombas se utiliza para caudales elevados y presiones medias. Es el caso de las bombas de circulación

para la refrigeración de los condensadores de las turbinas.

Bombas centrifugas multicelulares

Principio Si se montaran dos bombas idénticas en serie, el caudal resultante continuara siendo el mismo, mientras que la

presión se duplicará.

Basándose nuevamente en este principio, se ha imaginado disponer de dos o más rodetes en un mismo eje, uno

al lado del otro, y dentro de una misma espiral.

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Curva característica de funcionamiento Se trata por ejemplo de hallar las curvas características

de una bomba multicelular MK10 constituida por tres

ruedas de bomba SK10 de las que conocemos sus

características.

Sera suficiente triplicar las alturas, manteniendo

constantes los gastos y los rendimientos. Por lo que se

refiere a las potencias también se triplicaran, pudiendo

concluir entonces:

Q´´´= Q; H´´´=3H; N´´´=3N

Obtendremos por trazado las curvas dadas a

continuación:

Las bombas multicelulares serán utilizadas cuando sean

necesarias presiones elevadas en comparación con los

Caudales. Es de común aplicación en alimentación de

calderas, donde la presión de trabajo es de 40Kg/cm2,

donde su equivalente es 500mca.

Ejemplo instalacion de una bomba centrifuga