calculo de bombas centrifugas
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CONCEPTOS BASICOS
BOMBAS CENTRIFUGAS
I
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.
CONCEPTOS BASICOS
PARTES PRINCIPALES DE UNA BOMBA:
CONCEPTOS BASICOS
VOLUTA
IMPULSOR
IMPULSOR:
CONCEPTOS BASICOS
IMPULSOR:
CONCEPTOS BASICOS
IMPULSOR SEMI-ABIERTO IMPULSOR CERRADO
CAUDAL:
• Es el volúmen 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.
CONCEPTOS BASICOS
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
CONCEPTOS BASICOS
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.
CONCEPTOS BASICOS
ALTURA DE LA BOMBA (H):
CONCEPTOS BASICOS
C 2 ( m/s )
C 1 ( m/s )
P 1
P 2
H ( m ) H = DH + (P2 - P1) + ( C2² - C1² ) / 2g
DN 4"
DN 6"
-10 "Hg
80 psi
0.8 m
ALTURA DE LA BOMBA (H) - Ejemplo:
CONCEPTOS BASICOS
H = 0.8 + (56.3 + 3.46) + (3.08 ² - 1.37²) / 2g
H = 0.8 + 59.8 + 0.4 H = 60.9 m
( 1 psi = 0.704 m )( 1 “Hg = 0.346 m )( g = 9.81 m/s² )
Q = 25 l/s
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.
CONCEPTOS BASICOS
POTENCIA HIDRAULICA (PH):
• Es la energía neta transmitida al fluido.
PH = rxQxgxHó PH = QxHxS PH : P.Hidráulica ( HP )
75 Q : Caudal ( l/s ) H : Altura ( m )
S : Gravedad específica( 1 para agua limpia )
CONCEPTOS BASICOS
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.
Potencia hidráulica
Potencia al eje de la bomba
CONCEPTOS BASICOS
h =
PERDIDAS DENTRO DE LA BOMBA:
CONCEPTOS BASICOS
PERDIDAS DENTRO DE LA BOMBA:
CONCEPTOS BASICOS
PERDIDAS DENTRO DE LA BOMBA:
CONCEPTOS BASICOS
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 ( % )
CONCEPTOS BASICOS
CURVA DE UNA BOMBA CENTRIFUGA
CURVAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS:
• La Altura ( H ), la Eficiencia (h), el NPSH requerido (NPSHr) y la Potencia Absorbida (P) están en función del Caudal (Q) .
• Estas curvas se obtienen ensayando la bomba en el Pozo de Pruebas.
CURVAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS
CURVA DE UNA BOMBA:
(%)H-Q
P
H(m)
Q ( L / S )
MR
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(HP)P
20304050607080
12HQRL-11
D=203.41750-RPM
CURVAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS
CURVA DE UNA BOMBA:
MODELO DE LA
BOMBA
(%)H-Q
P
H(m)
Q ( L / S )
MR
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(HP)P
20304050607080
12HQRL-11D=203.4
1750-RPM
CURVAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS
CURVA DE UNA BOMBA:
VELOCIDAD
(%)H-Q
P
H(m)
Q ( L / S )
MR
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(HP)P
20304050607080
12HQRL-11
D=203.41750-RPM
CURVAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS
CURVA DE UNA BOMBA:
(%)H-Q
P
H(m)
Q ( L / S )
MR
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(HP)P
20304050607080
12HQRL-11
D=203.41750-RPM
CURVA H-Q
CURVAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS
CURVA DE UNA BOMBA:
CURVA DE EFICIENCIA
(%)H-Q
P
H(m)
Q ( L / S )
MR
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(HP)P
20304050607080
12HQRL-11
D=203.41750-RPM
CURVAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS
CURVA DE UNA BOMBA:
CURVA DE POTENCIA
(%)H-Q
P
H(m)
Q ( L / S )
MR
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(HP)P
20304050607080
12HQRL-11
D=203.41750-RPM
CURVAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS
CURVA DE UNA BOMBA:
DIAMETRO
(%)H-Q
P
H(m)
Q ( L / S )
MR
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(HP)P
20304050607080
12HQRL-11
D=203.41750-RPM
CURVAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS
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.
CURVAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS
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 )
MR
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(HP)P
20304050607080
12HQRL-11
D=203.41750-RPM
CURVAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS
PERDIDAS EN TUBERIAS Y ACCESORIOS
VISCOSIDAD:
• Resistencia al flujo.
• Aumenta con la disminución de la temperatura.
PERDIDAS EN TUBERIAS Y ACCESORIOS
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 )
PERDIDAS EN TUBERIAS Y ACCESORIOS
CALCULO DE PERDIDAS EN TUBERIAS:FORMULA DE HAZEN - WILLIAMS
hF = 1760 x L ( Q / C )^1.43D^4.87
PERDIDAS EN TUBERIAS Y ACCESORIOS
hF : Pérdidas (m)L : Longitud de la tuberíaC : Coeficiente de pérdidas
Tubería de acero : C=110 Tubería de PVC : C = 140
D : Diámetro de la tubería (pulg.)
CALCULO DE PERDIDAS EN TUBERIAS:FORMULA DE HAZEN - WILLIAMS
PERDIDAS EN TUBERIAS Y ACCESORIOS
Material Condición CHW
Fierro Fundido Todo 100Fierro galvanizado Todo 100Concreto Todo 110Hierro Fundido Con revestimiento 135 a 150
Encostrado 80 a 120PVC Todo 150Asbesto Cemento Todo 140Polietileno Todo 140Acero soldado 12 120
8 10 1194 6 118
Acero bridado 24 11312 20 1114 10 107
Limitaciones: T° Normales, 2” , V 3 m/seg
CALCULO DE PERDIDAS EN ACCESORIOS:METODO DEL “K”
PERDIDAS EN TUBERIAS Y ACCESORIOS
Rev d
hf kv2
2g
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).
CALCULO DE PERDIDAS EN ACCESORIOS:METODO DEL “K”
PERDIDAS EN TUBERIAS Y ACCESORIOS
Fitting K Fitting KValves: Elbows:
Globe, fully open 10 Regular 90°, flanged 0.3
Angle, fully open 2 Regular 90°, threaded 1.5
Gate, fully open 0.15 Long radius 90°, flanged 0.2
Gate 1/4 closed 0.26 Long radius 90°, threaded 0.7
Gate, 1/2 closed 2.1 Long radius 45°, threaded 0.2
Gate, 3/4 closed 17 Regular 45°, threaded 0.4
Swing check, forward flow 2
Swing check, backward flow infinity Tees:
Line flow, flanged 0.2
180° return bends: Line flow, threaded 0.9
Flanged 0.2 Branch flow, flanged 1
Threaded 1.5 Branch flow, threaded 2
PERDIDAS EN TUBERIAS Y ACCESORIOS
Rev d
hf kv2
2g
PERDIDAS EN TUBERIAS Y ACCESORIOS
Rev d
hf kv2
2g
PERDIDAS EN TUBERIAS Y ACCESORIOS
RANGOS APROXIMADOS DE VARIACION DEL “K”
CURVA DEL SISTEMA
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.
CURVA DEL SISTEMA
ALTURA DINAMICA 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
CURVA DEL SISTEMA
Altura estática total (m)
Diferencia de presiones absolutas (m)
Diferencia de energías de velocidad (m)
Pérdidas en las tuberías y accesorios (m)
N
H geo.
H desc.
H succi.Pa
Pb
Vb
Va
ADT = Hgeo + ( Pa - Pb ) + ( Va² - Vb² ) / 2g + SHf
CURVA DEL SISTEMA
ADT = Hgeo + SHf
N
H geo.
H desc.
H succi.
Pres. atm.
Va
Pres. atm.
Vb
CURVA DEL SISTEMA
CURVA DEL SISTEMA-PUNTO DE OPERACION:
(m)H
Q ( l / s )
50
40
30
20
10
25201510500
He
Hf
PUNTO DE OPERACION
ADT
CURVA DEL SISTEMA
SUCCION DE LA BOMBA CAVITACION Y NPSH
SUCCION DE LA BOMBA
Hs ( + )
Hs ( - )
SUCCION NEGATIVA
SUCCION POSITIVA
CAVITACION:
• 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)
SUCCION DE LA BOMBA
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
SUCCION DE LA BOMBA
NPSHrequerido:
SUCCION DE LA BOMBA
H(m)
Q ( L / S )
MR
(%)
H-Q
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(HP)P
20304050607080
12HQRL-11
D=203.41750-RPM
(m) (ft)NPSH
30
20
10
0
108642
NPSRreq
NPSHdisponible:
• Energía disponible sobre la presión de vapor del líquido en la succión de la bomba. Se expresa en metros de columna del líquido bombeado
• Depende de: -Tipo de líquido-Temperatura del líquido-Altura sobre el nivel del mar
(Presión atmosférica)- Altura de succión- Pérdidas en la succión
SUCCION DE LA BOMBA
SUCCION DE LA BOMBA
Z
Z
hL
P2
Pg
V2
2 g
2
P1
Pg
V1
2 g
2 DISTRIBUCION DE ENERGIA EN LA SUCCION DE LA BOMBA
NPSHdisponible:
SUCCION DE LA BOMBA
SNPSHd = Pa - Pv + Hsuc - Hf
Pa : Presión atmosférica (m)Pv : Presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeoS : Gravedad específica del líquido
bombeadoHsucc: Altura de succión ( + ó - ) (m)Hf : Pérdidas por fricción en la tubería de succión (m)
Pv y Pa:
SUCCION DE LA BOMBA
0 0.062
10 0.125
20 0.238
30 0.432
40 0.752
50 1.258
60 2.031
70 3.177
80 4.829
90 7.149
100 10.332
TEMPERATURA º C
Pv (m)ALTITUD
msnm0 10.33
500 9.73
1000 9.13
1500 8.53
2000 8.00
2500 7.57
3000 7.05
3500 6.62
4000 6.20
4500 5.78
5000 5.37
Pa (m)
PARA QUE LA BOMBA NO CAVITE:
SUCCION DE LA BOMBA
NPSHdisponible > NPSHrequerido
ESQUEMA DE INSTALACION:
SUCCION DE LA BOMBA
VALVULACOMPUERTA
VALVULA DERETENCION
VALVULACOMPUERTA
INSTALACION CON SUCCION POSITIVA
ESQUEMA DE INSTALACION:
SUCCION DE LA BOMBA
COMPUERTAVALVULA DE
RETENCIONVALVULA DE
CONEXION PARAEL SUMINISTRODE CEBADO
INSTALACION CON SUCCION NEGATIVA
ESQUEMA DE INSTALACION:
SUCCION DE LA BOMBA
VALVULA DE PIE Y CANASTILLATUBERIA DE SUCCION CON
VALVULA DE PIECON CANASTILLA
CORRECTO
BOMBA
DESCARGA
SUCCIONINCORRECTO
BOLSADE AIRE
RECOMENDACIONES DE INSTALACION:
SUCCION DE LA BOMBA
BIEN MAL
RECOMENDACIONES DE INSTALACION:
SUCCION DE LA BOMBA
BIEN MAL
RECOMENDACIONES DE INSTALACION:
SUCCION DE LA BOMBA
BIEN MAL
CORRECTO MAL
BURBUJASDE AIRE
DEFECTOS MAS COMUNES
NIVEL MUY BAJO DESCARGA SUPERIORCON INTRODUCCION
DE AIRE
ENTRADA EXCENTRICACAUSANDO ROTACION
SOLUCIONES POSIBLES
SUMERGENCIA
CAUDAL L / S
SU
ME
RG
EN
CIA
(m
)
6
0.2
0
0.6
0.4
0.8
10 20 30 40
S = SUMERGENCIA
1.2
1.0
1.4
1.8
1.6
2.0
15050 60
S
100 300200 350
RECOMENDACIONES DE INSTALACION:
SUCCION DE LA BOMBA
CORRECTO MAL
BURBUJASDE AIRE
DEFECTOS MAS COMUNES
NIVEL MUY BAJO DESCARGA SUPERIORCON INTRODUCCION
DE AIRE
ENTRADA EXCENTRICACAUSANDO ROTACION
SOLUCIONES POSIBLES
SUMERGENCIA
CAUDAL L / S
SU
ME
RG
EN
CIA
(m
)
6
0.2
0
0.6
0.4
0.8
10 20 30 40
S = SUMERGENCIA
1.2
1.0
1.4
1.8
1.6
2.0
15050 60
S
100 300200 350
SELECCION DE UNA BOMBA CENTRIFUGA
INFORMACION REQUERIDA:
1. DEFINIR LA APLICACIÓN2. CAUDAL A MOVER3. ALTURA A DESARROLLAR4. NPSH DISPONIBLE5. CARACTERISTICAS DEL LIQUIDO6. VELOCIDAD DE BOMBA7. FORMA DE LAS CURVAS DE OPERACION8. CONSTRUCCION
SELECCION DE UNA BOMBA CENTRIFUGA
SELECCION DE UNA BOMBA CENTRIFUGA
EFIC IEN C IA (
C AU D AL (Q )ALT U R A (AD T )
C O N D IC IO N ES D E O PER AC IO N
EJE L IB R E MO N O B LO C K
B O MB A H O R IZO N T AL
T U R B IN A VER T IC AL SU MER G IB LE
B O MB A D E PO ZO PR O FU N D O
C O N D IC IO N ES D E IN ST ALAC IO N
PAU T AS D E SELEC C IO N
SELECCION DE UNA BOMBA CENTRIFUGA EJE LIBRE
LIQUIDO : AGUA LIMPIA A 30°CCAUDAL : 15 l/sADT : 35 m
CONDICIONES DE OPERACION:
SELECCION DE UNA BOMBA
ABACO DE SELECCION A 3600 RPM:
80
(50)40-250
CAUDAL U.S. GPM
(8.5)
CAUDAL LITROS / SEGUNDO
50 32-160L
100.5
15
20
30
40
METROSALTURA
21 3 4 5
(6)
32-125(12)
ABSORBIDO(X) HP MAXIMO
3600 RPM
60
70
9080
100
160
120
140
200180
250
10
32-160
20 40 60
(15) 65-160(44)
6 87 109 20 30
(12)40-125
65-160(26)
50-125(17)
6040 50 80
80
40
60
100
150
600
65-250(130)
40-160
(36)40-200
(48)50-200
(80)50-250
200100 400
800ALTURA
65-200(95)
PIES
200
300
500
400
600
1000800
SELECCION DE UNA BOMBA
CURVA INDIVIDUAL BOMBA 50 - 125:
149
141125
110
50
55
60
65
70.5
6769
70
7069
67%65605550
Ø149
Ø141
Ø125
Ø110
N(HP)
151052
50-125n = 3480 RPM
30
20
10
0
(m)NPSH
(ft)
10864
2
(m)H
(ft)
H
Q ( l / s )
Q ( U.S.gal / min)
50160
140
120
100
80
60
40
3002001000
40
30
20
10
2520151050
CAUDAL : 15 l/sADT : 35 mEFICIENCIA : 69%POTENCIA ABS.: 10.1 HPPOT. MAXIMA : 13 HPVELOCIDAD : 3480 RPMDIAM. IMPULSOR: 141 mmNPSHr : 3 m
BOMBA HORIZONTAL DE EJE LIBRE
BOMBAS Y SOLUCIONES CON TECNOLOGIA
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