Conceptos Básicos y Fundamentos de Operación de una Bomba Centrifuga.

CONCEPTOS BÁSICOS

BOMBAS CENTRIFUGAS

BOMBA:

•Máquina para desplazar líquidos.

•Se basa en la forma más económica de transportar fluidos: Tuberías.

•Le da al fluido la energía necesaria para su desplazamiento.

•Transporta al fluido de una zona de baja presión a una de alta presión.

PARTES PRINCIPALES DE UNA BOMBA:

IMPULSOR:

Impulsor Semi-Abierto Impulsor Cerrado

CAUDAL:

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

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

CONVERSIONES DE CAUDAL:

1 l/s = 3.6 m³/h = 15.8 gpm
1 m³/h = 0.28 l/s = 4.38 gpm
1 gpm = 0.063 l/s = 0.23 gpm

ALTURA DE LA BOMBA (H):

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

•Se representa como la altura de una columna de líquido a elevar.

•Se expresa normalmente en metros del líquido bombeado.

H = DH + (P2 - P1) + ( C2² - C1² )

GRAVEDAD ESPECIFICA (S):

•Es la relación entre la masa del líquido bombeado (a la temperatura de bombeo) y la masa de un volumen idéntico de agua a 15.6 °C. (Relación de densidades)

•Se considera S=1 para el bombeo de agua.

POTENCIA HIDRÁULICA (PH):

•Es la energía neta transmitida al fluido.

PH = rxQxgxH ó PH = QxHxS PH : P.Hidráulica ( HP )

75 Q : Caudal ( l/s )

H : Altura ( m )

S : Gravedad específica (1 para agua limpia )

EFICIENCIA DE LA BOMBA (h):

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

•Es la relación entre energía entregada al fluido y la energía entregada a la bomba.

•Se expresa en porcentaje.

h = Potencia hidráulica

Potencia al eje de la bomba

PERDIDAS DENTRO DE LA BOMBA:

POTENCIA DE LA BOMBA ( P ):

•Potencia entregada por el motor al eje de la bomba.

P = QxHxS P: Potencia ( HP )

75xh Q: Caudal ( l/s )

H: Altura ( m )

S: Gravedad específica ( 1 para agua limpia )

h : Eficiencia ( % )

CURVA DE UNA BOMBA CENTRIFUGA

LEYES DE AFINIDAD:

•Relaciones que permiten predecir el rendimiento de una bomba a distintas velocidades.

•Cuando se cambia la velocidad:

1. El Caudal varía directamente con la velocidad.

2. La Altura varía en razón directa al cuadrado de la velocidad.

3. La Potencia absorbida varía en razón directa al cubo de la velocidad.

• Q2= Q1(n2/n1)

• H2= H1(n2/n1)²

• P2= P1(n2/n1)³

n2, n1 : Velocidades (rpm)

PERDIDAS EN TUBERÍAS Y ACCESORIOS

VISCOSIDAD:

•Resistencia al flujo.

•Aumenta con la disminución de la temperatura

FACTORES QUE PROVOCAN PERDIDAS:

• Viscosidad del fluido

• Velocidad del flujo ( Caudal, diámetro de la tubería )

• Rugosidad de la tubería ( Material, edad )

• Turbulencia del flujo ( Válvulas y accesorios )

CALCULO DE PERDIDAS EN TUBERÍAS:

FORMULA DE HAZEN - WILLIAMS

hF = 1760 x L ( Q / C )^1.43

D^4.87

hF: Pérdidas (m)

L : Longitud de la tubería

C : Coeficiente de pérdidas

Tubería de acero : C=110

Tubería de PVC : C = 140

D : Diámetro de la tubería (pulg.)

CALCULO DE PERDIDAS EN ACCESORIOS:

MÉTODO DEL “K”

k = Factor de fricción (depende del tipo de válvula o accesorio ).

v = Velocidad media (Q/area) (m/seg).

g = Aceleración de la gravedad (9.8 m2/seg).

CURVA DEL SISTEMA:

Un «Sistema» es el conjunto de tuberías y accesorios que forman parte de la instalación de una bomba centrífuga.

Cuando queremos seleccionar una bomba centrífuga debemos calcular la «resistencia» al flujo del líquido que ofrece el sistema completo a través sus componentes (tuberías más accesorios).

La bomba debe suministrar la energía necesaria para vencer esta resistencia que esta formada por la altura estática más las pérdidas en las tuberías y accesorios. La altura estática total es una magnitud que generalmente permanece constante para diferentes caudales mientras que la resistencia de las tuberías y accesorios varían con el caudal.

ALTURA DINÁMICA TOTAL (ADT):

Energía que requiere el fluido en el sistema para trasladarse de un lugar a otro.

ADT = Hgeo + ( Pa - Pb ) + ( Va² - Vb² ) / 2g + SHf

Hgeo = Altura estática total (m)

(Pa - Pb) = Diferencias de Presiones Absolutas (m)

(Va² - Vb²) = Diferencias de Energia de Velociad (m)

2g = Dos veces la gravedad

SHf = Perdidas en las Tuberias y Accesorios (m)

ADT = Hgeo + SHf (Tanques abiertos a la atmósfera)

CURVA DEL SISTEMA-PUNTO DE OPERACIÓN:

SUCCION DE LA BOMBA CAVITACION Y NPSH

CAVITACIÓN:

• 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. El líquido comienza a “hervir”.

•Estas burbujas colapsan al aumentar la presión dentro de la bomba originando erosión del metal.

•Se manifiesta como ruido, vibración; reducción del caudal, de la presión y de la eficiencia. Originan deterioro del sello mecánico.

•NPSH (NET POSITIVE SUCTION HEAD)

NPSHrequerido:

• Energía mínima (presión) requerida en la succión de la bomba para permitir un funcionamiento libre de cavitación. Se expresa en metros de columna del líquido bombeado.

•Depende de:

-Tipo y diseño de la bomba

-Velocidad de rotación de la bomba

-Caudal bombeado