MAQUINAS HIDRAULICAS

SESION N2

MAG. JOS MORALES VALENCIA

BOMBAS HIDRAULICASDEFINICION.- Las bombas son dispositivos que se encargan de transferir energa a la corriente del fluido impulsndolo, desde un estado de baja presin esttica a otro de mayor presin. Estn compuestas por un elemento rotatorio denominado impulsor, el cual se encuentra dentro de una carcasa llamada voluta. Inicialmente la energa es transmitida como energa mecnica a travs de un eje, para posteriormente convertirse en energa hidrulica. El fluido entra axialmente a travs del ojo del impulsor, pasando por los canales de ste y suministrndosele energa cintica mediante los labes que se encuentran en el impulsor para posteriormente descargar el fluido en la voluta, el cual se expande gradualmente, disminuyendo la energa cintica adquirida para convertirse en presin esttica.

FIG.1 BOMBA HIDRAULICALas bombas o maquinas hidrulicas.- se clasifican segn dos consideraciones generales diferentes: Las que se toman en consideracin caractersticas del movimiento de los lquidos

La que se basa en el tipo o aplicacin especifica para los cuales se ha diseado la bomba.

El uso de estos dos mtodos de clasificacin de bombas puede despertar gran inters en una gran cantidad de aplicaciones. A continuacin se muestra una clasificacin de los diversos tipos de bombas que puede ser til para tener una idea ms clara de las clases y tipos de estas.

ClaseTipo

Centrifuga Voluta Difusor Turbina regenerativa Turbina vertical Flujo mixto Flujo axial

Rotatoria Engranes Alabes Leva y pistn Tornillo Lbulo Bloque de vaivn

Reciprocante

Accin directa Potencia Diafragma Rotatoria - Pistn

BOMBAS CENTRFUGAS Una bomba centrfuga es una mquina que consiste de un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o crter, o una cubierta o coraza. Se denominan as porque la cota de presin que crean es ampliamente atribuible a la accin centrfuga. Las paletas imparten energa al fluido por la fuerza de esta misma accin. As, despojada de todos los refinamientos, una bomba centrfuga tiene dos partes principales: (1) Un elemento giratorio, incluyendo un impulsor y una flecha, y (2) un elemento estacionario, compuesto por una cubierta, estoperas y chumaceras.

CARACTERSTICAS DE LA BOMBAS CENTRIFUGAS

La figura.- muestra la seccin axial de un compresor centrfugo de tres escalonamientos de presin, con las denominaciones de los diferentes elementos de que est constituida la mquina.

A Cubierta inferiorB Cubierta superiorC Tapa del cojineteD Mitad inferior del cojinete E Mitad superior del cojineteF Tapa del agujero de engraseG Anillo de engraseH Anillo de retencin de aceiteI RodeteJ Tuerca del rodeteK rbolL Manguito del rbolM Tapa del prensaestopas (mitad)N Pernos del prensaestopasO Aros de cierre de la cubiertaP Aros de cierre del rodeteQ Anillo linternaR Platos de acoplamientoS Collar de empujeU Bujes del acoplamientoFUNCIONAMIENTOEl flujo entra a la bomba a travs del centro o ojo del rodete y el fluido gana energa a medida que las paletas del rodete lo transportan hacia fuera en direccin radial. Esta aceleracin produce un apreciable aumento de energa de presin y cintica, lo cual es debido a la forma de caracol de la voluta para generar un incremento gradual en el rea de flujo de tal manera que la energa cintica a la salida del rodete se convierte en cabeza de presin a la salida. Figura 3. Principio de funcionamiento de una bomba centrfuga

PARTES DE UNA BOMBA CENTRFUGA:

Carcasa. Es la parte exterior protectora de la bomba y cumple la funcin de convertir la energa de velocidad impartida al lquido por el impulsor, en energa de presin. Esto se lleva a cabo mediante reduccin de la velocidad por un aumento gradual del rea.

Impulsores. Es el corazn de la bomba centrfuga. Recibe el lquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba.

Anillos de desgaste. Cumplen la funcin de ser un elemento fcil y barato de remover en aquellas partes en donde debido a las cerradas holguras entre el impulsor y la carcasa, el desgaste es casi seguro, evitando as la necesidad de cambiar estos elementos y quitar solo los anillos.

Estoperas, empaques y sellos. la funcin de estos elementos es evitar el flujo hacia fuera del lquido bombeado a travs del orificio por donde pasa la flecha de la bomba y el flujo de aire hacia el interior de la bomba.

Flecha. Es el eje de todos los elementos que giran en la bomba centrfuga, transmitiendo adems el movimiento que imparte la flecha del motor.

Cojinetes. Sirven de soporte a la flecha de todo el rotor en un alineamiento correcto en relacin con las partes estacionarias. Soportan las cargas radiales y axiales existentes en la bomba.

Bases. Sirven de soporte a la bomba, sosteniendo el peso de toda ella.

BOMBAS ROTATORIAS

Definicin.- En resumen una bomba rotatoria, es una maquina de desplazamiento positivo, dotada de movimiento rotativo.

Estas bombas se clasifican en dos grupos:

Segn el rgano desplazador

a) Maquinas de mbolosb) Maquinas de engranajesc) Maquinas de paletas

Segn la variedad del Caudal

a) Maquinas de desplazamiento fijo

b) Maquinas de desplazamiento variable

TIPOS DE BOMBAS ROTATORIAS

Bomba de leva y pistn

Bomba de engranajes exteriores

Bomba de dos lbulos

Bomba de tres lbulos

Bomba de cuatro lbulos

Bomba de tornillo simple

Bomba de doble tornillo

Bomba de triple tornillo

Bomba de paletas oscilantes

Bomba de paletas deslizantes

Bomba de bloque deslizante

BOMBAS RECIPROCANTES

Las bombas reciprocantes.- estn formadas por un pistn que oscila en un cilindro dotado de vlvulas para regular el flujo de lquido hacia el cilindro y desde l. Estas bombas pueden ser de accin simple o de accin doble. En una bomba de accin simple el bombeo slo se produce en un lado del pistn, como en una bomba impelente comn, en la que el pistn se mueve arriba y abajo manualmente. En una bomba de doble accin, el bombeo se produce en ambos lados del pistn, como por ejemplo en las bombas elctricas o de vapor para alimentacin de calderas, empleadas para enviar agua a alta presin a una caldera de vapor de agua. Estas bombas pueden tener una o varias etapas. Las bombas alternativas de etapas mltiples tienen varios cilindros colocados en serie.Las bombas reciprocantes.- son unidades de desplazamiento positivo descargan una cantidad definida de liquido durante el movimiento del pistn o embolo a travs de la distancia de carrera. Sin embargo, no todo el lquido llega necesariamente al tubo de descarga debido a escapes o arreglo de pasos de alivio que puedan evitarlo. Despreciando estos, el volumen del liquido desplazado en una carrera del pistn o embolo es igual al producto del rea del pistn por la longitud de la carrera.

TIPO DE BOMBAS RECIPROCANTESExisten bsicamente dos tipos de bombas reciprocantes; las de accin directa, movidas por vapor y las bombas de potencia. a) Las bombas de accin directa horizontal simple y dplex.- han sido por mucho tiempo apreciadas para diferentes servicios, incluyendo la alimentacin de calderas en presiones de bajas y medianas, manejo de lodos, bombeo de aceite y agua, y muchos otros.

Se caracterizan por la facilidad de ajuste a la columna, velocidad y capacidad, tiene una buena eficiencia a lo largo de una extensa regin de capacidades, las bombas de embolo, se usan para presiones mas altas que los tipos de pistn, al igual que todas las bombas reciprocantes, las unidades de accin directa tienen un flujo de descarga pulsante.

b) Bombas de potencia.- Estas tienen un cigeal movido por una fuente externa, generalmente un motor elctrico-, banda o cadena. Usualmente se usan engranes entre el motor y el cigeal para reducir la velocidad de salida del elemento motor.

Cuando se mueve a velocidad constante, las bombas de potencia proporcionan un gasto casi constante para una amplia variacin de la columna, y tiene buena eficiencia.

Las bombas de potencia se encuentran particularmente bien adaptadas para servicios de alta presin y tiene algunos usos en la alimentacin de calderas, bombeo en lneas de tuberas, proceso de petrleos y aplicaciones similares.

Las bombas de potencia de alta presin son generalmente verticales pero tambin se constituyen unidades horizontales.

TEORIA DEL IMPULSOR: TRIANGULO DE VELOCIDADES

Esta seccin comprende el estudio de las componentes de la velocidad del flujo en una bomba centrfuga mediante un procedimiento grfico en el que se utilicen las tcnicas vectoriales. La forma de tal diagrama vectorial es triangular y se conoce como tringulos de velocidades. Que se representa mediante dos tringulos que se llaman tringulos de entrada y salida respectivamente.Estos tringulos pueden trazarse para cualquier punto de la trayectoria del flujo a travs del impulsor pero, por lo general, slo se hace para la entrada y salida del mismo.Los tres lados vectores del tringulo son:U: velocidad circunferencial del impulsor;W: velocidad relativa del flujo;C: velocidad absoluta del flujo.

La velocidad relativa se considera con respecto al impulsor y su direccin lleva incorporada la curvatura del alabe del rotor. la absoluta, es la velocidad del flujo y con respecto a la carcaza; esta ltima es siempre igual a la suma vectorial de la relativa y la circunferencias o de arrastres.

Las velocidades citadas llevan subndices 1 2 segn sean a la entrada o a la salida, respectivamente..

Figura 1

En la figura 1. Se muestra, tal como se los mencionara, los vectores en el impulsor as como los Tringulos de entrada y salida. Adems, se muestra como se debe evaluar, a travs de a1 y a2, las distancias para poder calcular las secciones de salidas y de entrada respectivamente.Las componentes de la velocidad absoluta normales a la velocidad perifrica, son designadas como Cm1 y Cm2 para los diagramas de entrada y salida. Esta componente es radial o axial, segn sea el Impulsor. En general, se lo llamar meridional y llevar un subndice m.El flujo cuando ingresa radialmente o sin giro al rotor, 1 = 90o

Figura 2A menos que se especifique otra cosa, todas las velocidades se considerarn como velocidades promedio o media para las secciones normales a la direccin del flujo. Esta es una de las aproximaciones hechas en los estudios tericos y para diseos prcticos, situacin que no es exactamente verdadera en la realidad, en dichos tringulos se cumple:

u1 = Velocidad circunferencial del alabe a la entrada.c1 = Velocidad absoluta del fluido a la entrada.w1 = Velocidad relativa a la entrada (del fluido con respecto al alabe)cm1 = Componente meridional de la velocidad absoluta del fluido a la entrada.C1 u = Componente circunferencial de la velocidad absoluta del fluido a la entrada. 1 = Angulo que forma las dos velocidades c1 y u21 = Angulo que forma w1 con (- u1)

Entrada SalidaCm1 = w1 Sen 1 Cm2 = w2 Sen 2 C1u = C1 Cos 1 C2u = C2 Cos 2

DEDUCCION DE LA ECUACIN DE EULERLa bomba al girar crea una succin en el rodete y el fluido penetra en el interior de la bomba. El rodete accionado por el motor de la bomba gira a una velocidad de giro N (rpm), el rodete tiene una velocidad circunferencial U1, con relacin al alabe el fluido se mueve con una velocidad relativa a la entrada W1 y sea C1 la velocidad absoluta de una particula de fluido a la entrada del alabe. La velocidad perifrica (u) se poda calcular con la siguiente ecuacin: Donde:D = Dimetro del rodete en (m) = 3.1416N = Velocidad de giro velocidad radial en (rpm).

Luego la mecnica del movimiento relativo esta dado por la siguiente ecuacin:W1 = C1 U1 (a la entrada)C2 = W2 + U2 (a la salida)

MOMENTO TOTAL APLICADO AL FLUIDO

El momento total aplicado al fluido se deduce de la siguiente ecuacin:M = Q (r2 c2 cos 2 r1 c1 cos 1)Donde: M = Momento total aplicado al fluido Q = Caudal total de la bomba = Densidad del fluido

ALTURA MANOMTRICA DE UNA BOMBA (PRIMERA FORMA)La altura manomtrica (Hm), es la altura til que da la bomba o sea la altura terica (Ht) menos las perdidas en el interior de la bomba (Hr) Hm = Ht Hr1Hm = h . Ht..2Donde:h = Eficiencia hidrulica manomtricaHt = Altura terica de EulerHr = perdidas en el interior de la bomba (altura hidrulica)

SEGUNDA EXPRESION DE LA ALTURA MANOMTRICA

Hm = + (z2 z1) + Hra + Hri + Donde:Hra = perdida en la tubera de aspiracinHri = perdida en la tubera de impulsinV2 d / 2g = velocidad en la tuberaPRIMERA FORMA DE LA ECUACIN DE EULER (HE)

Llamada altura de Euler (HE) y ser la energa especifica intercambiada entre el rodete y el fluido o altura hidrulica (Hh).

Signo + para maquinas motoras (turbinas)Signo - para maquinas generadoras (bombas)

SEGUNDA FORMA DE LA ECUACIN DE EULER

Signo + para maquinas motoras (turbinas)Signo para maquinas generadoras (bombas)

EN LAS BOMBAS AUXILIARESEn las bombas auxiliares se presentan dos casos:a) H est = , U2 = U1

b) H t = +

Altura dinmica Altura esttica CALCULO DE LA POTENCIA REQUERIDA POR UNA BOMBA

La potencia requerida por una bomba se calcula en forma aproximada por la formula:

Pu = Q Hm 1Pa = ..2Remplazando 1 en 2 se tienePu = (cv)Pa = (HP)Donde:Hm = altura manomtrica en metrosPu = potencia til en KWPa = potencia de accionamiento de la bomba en HPQ = capacidad de la bomba en litros/seg. = rendimiento total de la bomba en % = peso especifico del fluido.

CAUDAL DE LA BOMBA

Q = An x V 1An = D b 2V = Cm 3Remplazando 2 y 3 en 1Q = D b Cm Donde: = 3,1446D = dimetro del rotorb = ancho del rotorCm = velocidad del flujo

RENDIMIENTOSa) Rendimiento Hidrulico (h ).- Se tiene en cuenta todas las perdidas hidrulicas en la bomba y su valor es:h = b) Rendimiento Volumtrico (v).- Se tiene en cuenta todas las perdidas volumtricas y su valor es:

v = c) Rendimiento Mecnico (m).- Se tiene en cuenta todas las perdidas mecnicas y su valor es:m =

GRADO DE REACCION PARA ROTORES RADIALES

El grao de reaccin de una turbomaquina se refiere el modo como trabaja el rotor

R = Donde:R = Grado de reaccinHp = altura de presin (altura esttica)Ht = altura terica (altura de Euler)

R = 1 C2 U = Componente circunferencial de la velocidad absoluta a la salidaU2 = velocidad circunferencial a la salida.R = Grado de reaccin.

PROBLEMAS1. El rodete de una bomba centrfuga en la salida tiene un dimetro de 200 mm y rota a 1800 RPM, el ngulo del alabe en lado de alta pr4esin es de 25, el ancho correspondiente es de 10 mm, si el grado de reaccin es 0, 6, asumir que el flujo ingresa sin rotacin, el coeficiente de resbalamiento es 0,8 y su eficiencia total es 0,7, despreciar el espesor de los alabes, determinar:a) Altura total de la bomba.b) El caudal en L/mto.c) La cifra de presin.d) El nmero especifico de revoluciones de potencia.

2. Una bomba centrifuga que gira a 1 800 RPM, tiene las siguientes dimensiones: D2 = 180 mm. D1 / D2 = 0,5, b1= 15 mm, b2 = 10 mm, 1 = 20, 2 = 25, el ingreso a rotor es sin giro, considerar condiciones ideales. Determinar:a) El caudal de la bomba en L/mto.b) altura efectiva de la bombac) El nmero especfico de revoluciones de caudald) La cifra de presin.

3. En una instalacin de bomba centrifuga de agua, la altura desde el poso de aspiracin hasta el eje de la bomba es de 4 m y desde el eje de la bomba hasta el nivel superior del depsito de impulsin es de 56 m, las tuberas de aspiracin e impulsin son de 6 pulg, la perdida de carga en la tubera de aspiracin asciende a 2 m y en la tubera de impulsin a 7 m, las dimensiones del rodete son: D2 = 400 mm, b2 =25 mm, 2 = 30, la bomba gira a 1450 RPM, la entrada en los alabes es radial, el rendimiento manomtrico es 82%, calcular:a) El caudal,b) a Altura manomtrica.c) La presin del agua junto a la brida de aspiracin.d) La presin del agua junto a la brida de la tubera de impulsin.4. Una bomba centrifuga descarga 0,56 m3 / seg de agua a una altura total de 12 m y gira a 750 RPM, la eficiencia hidrulica es 0,8. La perdida de altura debido a la friccin se asume igual a 0,0276 del cuadrado de la velocidad absoluta con la que el agua abandona el rotor, el agua ingresa al rotor sin rotacin, la componente meridiana de velocidad es constante a travs del rotor y es igual a 2,7 m7seg, despreciando el efecto de vrtice relativo y del espesor, calcular:a) Dimetro externo del rotor.b) Ancho externo del rotorc) El ngulo de alabe en la periferia externa del rotor.d) El nmero especifico de revoluciones de potenciae) La cifra de presin

5. Una bomba centrifuga en que no se considera las prdidas ni se tiene en cuenta el estrechamiento del flujo producido por el espesor de los alabes, tiene las siguientes dimensiones: D1 =75 mm, D2 = 300 mm, b1 = b2 = 50 mm, 1 = 45, 2 = 60, la entrada en los alabes es radial, la bomba gira a 500 RPM, calcular:a) El caudal de entrada.b) La altura de la bomba.c) El par transmitido por el rodete al fluido.

6. Una bomba centrifuga de agua tiene las siguientes caractersticas: D1 = 150 mm, D2 = 450 mm, b1 = 40 mm. b2 = 20 mm, 1 = 10, 2 = 30, N = 1500 RPM, la eficiencia hidrulica es 88%, la eficiencia total de la bomba es 82%, despreciando el espesor de los alabes, calcular:a) El caudal. b) La altura de Euler.c) La potencia hidrulica.d) La altura mano mtricae) La potencia de accionamiento

7. El rodete de una bomba hidrulica posee los siguientes datos: altura de bombeo igual a 3,5 m, caudal igual a 1,12 m3 / seg, el dimetro externo es de 625 mm, el nmero de alabes es 3, el factor de carga es de 0,14, la altura de succin es 0,34 m, la prdida en la succin es 0,50 m, asuma una eficiencia hidrulica de 88%, determinar:a) La velocidad de rotacinb) El dimetro interno del rodete. c) El grado de reaccin al radio externo.e) El nmero especfico de revoluciones de caudal.

FIN DE LA PRESENTACION