UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL "FRANCISCO DE MIRANDA"REA DE TECNOLOGA COMPLEJO DOCENTE EL SABINODEPARTAMENTO DE ENERGTICAASIGNATURA: MQUINAS HIDRULICASPROF. ING. ANA PEA

TEMA 2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE BOMBAS

Contenido del Tema 2:

1. Principio de Funcionamiento de las Bombas

2. Tipos de Bombas Bombas Rotodinmicas Bombas de Desplazamiento Positivo

3. Clasificacin de las Bombas Rotodinmicas Segn la direccin del flujo Segn la posicin del eje Segn la presin engendrada Segn el nmero de flujos en la bomba Segn el nmero de rodetes Segn el nmero especifico de revoluciones

4. Componentes principales de las Bombas Rotodinmicas

5. Ecuacin de Euler para las Bombas

6. Parmetros de funcionamiento de las Bombas Rotodinmicas Prdidas Potencia Rendimiento

7. Tringulos de velocidades

8. Curvas Caractersticas, Diagrama H-Q, Leyes de Semejanza

1. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBASBomba es una mquina que absorbe energa mecnica y restituye al lquido que la atraviesa en energa hidrulica. Las bombas se emplean para impulsar toda clase de lquidos (agua, aceite de lubricacin, combustibles, cidos, lquidos alimenticios: cerveza, leche, etc). Tambin se emplean las bombas para bombear lquidos espesos con slidos en suspencin, como pastas de papel, melazas, fangos, desperdicios, etc.Fig. 12. TIPOS DE BOMBAS: Bombas Rotodinmicas: Todo y solo las bombas que son turbomquina pertenecen a este grupo, son de movimiento es rotativo y dinmica de la corriente juego un papel esencial en la transmisin de energa. Su funcionamiento se basa en la ecuacin de Euler, y su rgano transmisor de energa se llama rodete. Bombas de Desplazamiento Positivo: A este grupo pertenecen no solo las bombas alternativas, sino las rotativas llamadas rotoestticas porque son rotativas, pero en ellas la dinmica de la corriente no juega un papel esencial en la transmisin de la energa.

3. CLASIFICACIN DE BOMBAS ROTODINAMICASSegn la direccin del flujo Bombas de flujo radial Bombas de flujo axial Bombas de flujo radioaxialFig. 2Segn la posicin del eje Bombas de eje horizontal Bombas de eje vertical Bombas de eje inclinadoSegn la presin engendrada Bombas de baja presin Bombas de media presin Bombas de alta presinSegn el nmero de flujos en la bomba De simple aspiracin o de un flujo: Fluido penetra por un solo lado y por la abertura de la corona circular del rotor De doble aspiracin o de dos flujos: El rotor tiene forma simtrica respecto al plano normal y es capaz de recibir el fluido por dos sentidos opuestos.Segn el nmero de rodetes De un escalonamiento De varios escalonamientoSegn el nmero especficos de revoluciones (Rodete) Rodete cerrado de simple aspiracin: las caras anterior y posterior forman una caja, entre ambas caras se fijan los alabes Rodete cerrado de doble aspiracin Rodete Semiabierto de simple aspiracin: sin la cara anterior, los labes se fijan en el ncleo o cubo de rodete.

Fig.4

Fig. 5

El Nmero Especfico De Revoluciones

n: numero de revolucin en segundos (rpm)P: Potencia en (CV, W, Kp/s)H: metro (m)

4. COMPONENTES PRINCIPALES DE LAS BOMBAS ROTODINMICAS Rodete (1): Que gira solidario con el eje de la mquina y consta de un cierto nmero de alabes que imparten energa al fluido en forma de energa cintica y energa de la presin. Corona Directriz (2) o Corona de labes fijos: Que recoge el lquido del rodete y transforma la energa cintica comunicada por el rodete en energa de presin, ya que la seccin de paso aumenta en esta corona en la direccin del flujo. Caja Espiral (3): Que transforma la energa dinmica en energa de presin y recoge con prdidas mnimas de energa el fluido que sale del rodete, conducindolo hasta la tubera de salida o tubera de impulsin. Trabajo Difusor Troncocnico (4): Que realiza una tercera etapa de difusin o sea de transformacin de energa dinmica en energa de presin.Fig. 6

5. ECUACIN DE EULER PARA LAS BOMBAS

Donde los puntos 1 y 2 se refieren a la entrada y salida del rodeteHU: es la altura que el rodete imparte al fluido o altura tericaFig. 7Altura til o Efectiva de una Bomba (H)La altura til o altura efectiva H que da la bomba es la altura que imparte el rodete o la altura terica HU, menos las prdidas en el interior de la bomba Hr-int .

Primera Expresin de la Altura til (Ecuacin de Bernoulli en la seccin E y S)

Primera Expresin de la Energa til (Ecuacin de Bernoulli en la seccin E y S)

Notas a la primera expresin de la altura til El trmino suele ser o muy pequeo o incluso igual a cero en las bombas de eje vertical

El trmino suele ser tambin muy pequeo o igual a cero: positivo, aunque pequeo si el dimetro de la tubera de aspiracin se hace mayor que el de la tubera de impulsin, para evitar cavitacin, igual a cero, si

MS: Lectura del manmetro a la salida valores absoluto en el vacuometroME: Lectura del manmetro a la entrada

Segunda Expresin de la Altura til (Ecuacin de Bernoulli en la seccin A y Z)

Hr-ext: Prdida total exterior a la bombaHra: Prdida en la aspiracin o sea entre los puntos A y EHri: Prdida en la tubera de la impulsin

: Prdida secundaria en el desage en el depsito

Segunda Expresin de la Altura til

Segunda Expresin de la Energa til

Notas a la primera expresin de la altura til Para aplicar esta ecuacin es necesario conocer el caudal (porque las prdidas son en funcin de l), as como las caractersticas de la instalacin (metros de tubera, material de la misma y accesorios)6. PARMETROS DE FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS ROTODINMICAS (Entrada y Salida)PRDIDAS: Prdidas Hidrulicas: Disminuyen la energa especfica til que la bomba comunica al fluido y consiguientemente la altura til. Son de dos clases: prdidas de superficies: se producen por el rozamiento del fluido con las paredes de la bomba como rodete, corona directriz o de las partculas del fluido entre s) prdidas de forma: se producen por el desprendimiento de la capa lmite en los cambios de direccin y en toda forma difcil al flujo, en particular a la entrada del rodete si la tangente del alabe no coincide exactamente con la velocidad absoluta a la salida.Las perdidas hidrulicas se originan pues: Entre el punto E (Fig. 7) y la entrada del rodete En el rodete En la corona directriz, si existe En la caja espiral Desde la salida de la caja espiral hasta la salida de la bomba o punto S Prdidas Volumtricas: Tambin denominada prdidas intersticiales, son prdidas de caudal y se dividen en dos clases: prdidas exteriores qe y prdidas interiores qI. prdidas volumtricas exteriores qe: constituye una salpicadura de fluido al exterior, que se escapa por el juego de la carcasa y el eje de la bomba, que la atraviesa. Para reducirlas se usa la caja de empaquetadura, que se llena de estopa o material de cierre, provista de su correspondiente tapa o prensaestopas con pernos. Prdidas volumtricas interiores qI: Son las ms importantes y reducen mucho el rendimiento volumtrico de algunas bombas; retrocede por el intersticio y por la tubera de aspiracin circula un caudal menor que por el rodete. Prdidas Mecnicas: Incluyen las prdidas por rozamiento del prensaestopas con el eje de la mquina rozamiento del eje con los cojinetes accionamientos auxiliares (bomba de engranajes para lubricacin, cuentarrevoluciones, etc.) rozamiento de disco, es el rozamiento de la pared exterior del rodete con la atmosfera del fluido que lo rodea.POTENCIA: Potencia de accionamiento (Pa): Es la potencia en el eje de la bomba o potencia al freno o potencia mecnica que la bomba absorbe o potencia absorbida de la red. Esta potencia segn la mecnica tiene la siguiente expresin:

Potencia interna (Pi): Es la potencia suministrada por el rodete, igual a la potencia de accionamiento menos la perdidas mecnicas

Potencia til (P): Es el incremento de potencia que experimenta el fluido en la bomba

La potencia til por otra parte ser la invertida en impulsar el caudal til Q a la altura til H. Luego

RENDIMIENTO: Rendimiento hidrulico, h: Tiene en cuenta todas y slo las prdidas de altura total, Hr-int en la bomba

Rendimiento volumtrico, v: Tiene en cuenta y slo las prdidas volumtricas

: Caudal til o caudal efectivo impulsado por la bomba

: Caudal terico o caudal bombeado por el rodete Rendimiento interno, i: Tiene en cuenta todas y slo las prdidas internas o sea las hidrulicas y volumtricas y engloba ambos rendimientos hidrulico y volumtrico

Rendimiento mecnico, m: Tiene en cuenta todas y slo las prdidas mecnicas

Rendimiento total, tot: Tiene en cuenta todas y slo las prdidas en la bomba

Teniendo en cuenta las ecuaciones anteriores

Potencia de accionamiento en funcin de Q y de H con los rendimientos

Potencia interna en funcin del rendimiento hidrulico y volumtrico

EJERCICIOS:1. Una bomba de agua proporciona un caudal de 1200 m3/h tiene una tubera de aspiracin de 400 mm y una impulsin de 375 mm. El vacuometro conectado en la tubera de aspiracin situado a 80 mm por debajo del eje de la mquina marca una depresin de 2 m de columna de agua y el manmetro situado 500 mm por encima del eje de la bomba marca una sobrepresin de 12 m columna de agua. Calcular la altura til que da la bomba.

Con los datos del problema, tratndose de una bomba que est funcionando, es inmediato el clculo de la altura til por la ecuacin

Primera Expresin de la Altura til (Ecuacin de Bernoulli)

Sustituyendo las alturas dinmicas obtenidas, as como los datos del problema, tenemos:

El primer parntesis es la altura de la presin que da la bomba, el segundo parntesis, la altura geodsica y el tercero la altura dinmica. Ya que los dos ltimos parntesis los valores suelen ser pequeos, como en este caso o nulos la altura til es