Bombas Centrifugas.docx

INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE COSAMALOAPAN

UNIDAD 3: BOMBAS CENTRIFUGAS.

PRESENTA: JESUS GUADALUPE ARREDONDO TELLEZ MONSERRAT FABIAN GARCIA.

SISTEMAS DE BOMBEO

DOCENTE: MARCO YAEL SOTO AHUEJOTE

Cosamaloapan, Veracruz. A 16 de Abril del 2018

Indice Introduccion...............................................................................................................................3 3.1 Componentes principales.....................................................................................................4 3.2 Materiales por los cuales se fabrican en funcióna su aplicación...........................................9 3.3 Principio de funcionamiento (ecuacion de euler)................................................................10 3.4 Altura de succión de una bomba.........................................................................................11 3.5 Tipos de perdida que se tiene en las bombas centrifugas...................................................12 3.6 Potencia de accionamiento................................................................................................15 3.7 Leyes de afinación.............................................................................................................16 3.8 Diagrama de comportamiento gasto-carga........................................................................17 3.9 Ventajas y desventajas de las bombas centrifugas, campos de aplicación, normatividad..18 3.10 uso de sofware para la seleccion de bombas...................................................................20 Conclusión..............................................................................................................................22 Blibliografia..............................................................................................................................23

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Introduccion Desde la antigüedad se ha hecho uso de métodos para transportar líquidos de un lugar a otro, la primer máquina que podría clasificarse como centrífuga data de 1475 En el Renacimiento Italiano por el ingeniero Francisco Martini. Una bomba es un dispositivo que absorbe la energía mecánica y las transforma en energía que la transfiere a un fluido como energía hidráulica. Existe una clasificación de las bombas, podemos encontrar las bombas rotatorias, reciprocantes y centrífugas. Las bombas centrífugas son las más utilizadas en las industrias ya que se utilizan comúnmente para mover líquidos a través de un sistema de tuberías. Las bombas centrífugas se componen de diferentes. Piezas, así como de materiales distintos, pues no siempre se va a transportar el mismo tipo de fluido, conoceremos un poco del principio que lo hace funcionar así como las pérdidas que se tienen en dichas bombas, el uso del software que permite seleccionar las bombas y las ventajas y desventajas que tienen al trabajar.Todo esto con la intencion de tener conocimiento mas a fondo sobre lo que es una bomba centrifuga su funcionamiento.

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3.1 Componentes principales Una bomba centrífuga es uno de los tipos más simples de equipo en cualquier planta del proceso. Su propósito es convertir energía de un primer elemento (un motor eléctrico o turbina) primero en velocidad o energía cinética y luego en energía de presión de un fluido que está bombeándose. Los cambios de energía ocurren en virtud de dos partes principales de la bomba, el impulsor y el en espiral o difusor. El impulsor es la parte que esta girando y convierte la energía de la máquina en energía cinética. El en espiral o el difusor es la parte estacionaria que convierte la energía cinética en energía de presión. Algo que siempre debe recordarse es que una bomba no crea presión, esta solamente proporciona flujo. La presión es solamente una indicación de la resistencia al flujo. Una bomba centrifuga esta dividida en tres partes bien diferenciadas: 

Parte eléctrica.



Parte hidráulica.



Acoplamiento entre ambas partes.

Parte eléctrica Los motores asíncronos trifásicos se imponen en la mayoría de las aplicaciones debido a las ventajas que conllevan: robustez, sencillez de mantenimiento, facilidad de instalación, bajo coste, especialmente en bombas centrifugas. Por ello la descripción se realizara sobre ellos. Elementos principales de la parte eléctrica: Inductor o Estator: Es la parte fija del motor, está compuesta por la carcasa de acero que contiene al núcleo magnético del devanado estatórico o inductor. Esta carcasa sirve para proteger y disipar el calor generado dentro del motor. El núcleo estatórico está compuesto por un conjunto de chapas de hierro apiladas, formado un cilindro hueco, en cuyo interior se alojará el rotor. En el interior de este núcleo se han practicado un conjunto de ranuras donde se bobinan el devanado inductor. Rotor: Es la parte móvil del motor. Acoplado al eje se sitúa el núcleo rotórico, en cuya superficie de alojan cierto número de barras conductoras cortocircuitadas en sus extremos mediante anillos 4

conductores. Este tipo de rotores se llaman de jaula de ardilla. El eje de giro se sujeta a la carcasa mediante unos cojinetes o rodamientos, y transmiten el par de fuerzas a la parte hidráulica mediante una transmisión mecánica (eje). Entrehierro: Es el espacio de aire que separa el estator del rótor. Debe ser lo más reducido posible para minimizar los flujos de dispersión y reducir la relutancia del circuito magnético (el aire conduce peor el flujo magnético que el hierro). Caja de bornes: Aloja a los terminales de los devanados estatóricos para su conexión al cable de alimentación. Existen 2 terminales por devanado, y un devanado por fase. Refrigeración: Si acoplamos un ventilador al eje de giro, éste refrigerará al motor cuando gire, evacuando el calor al exterior, esto se llama auto-ventilación. También existen motores con ventilación forzada, si el ventilador tiene su propio motor, o refrigerados con agua, aceite, glicol, etc.

Parte Hidráulica: Es la parte de la bomba donde se transforma energía mecánica en hidráulica mediante un rodete dentro de la voluta. Impulsor o rodete: Esta formado por un conjunto de álabes que pueden adoptar diversas formas, según exigencias y liquido a bombear del sistema de bombeo, los cuales giran dentro una carcasa circular. El rodete, accionado por un motor, va unido solidariamente al eje, siendo una parte móvil de la bomba. Voluta o carcasa : Órgano fijo que está dispuesta en forma de caracol alrededor del rodete, a su salida, de tal manera que la separación entre ellas y el rodete es mínima, y va aumentando hasta que las partículas líquidas se encuentran frente a la abertura de impulsión. Acoplamiento ambas partes:

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El acoplamiento de la parte eléctrica (motor) con la parte hidráulica (bomba) que consiste en los apoyos del o de los ejes (cojinetes o rodamientos) y el sellado de todos los elementos (juntas, sellos mecánicos, empaquetaduras, etc.). Ejes: Los ejes son el elemento transmisión del par entre motor y bomba. Según el tipo de bomba podemos encontrar diferentes configuraciones. Las bombas de proceso, verticales, cámara partida, o multietapa, el eje de la bomba se une al eje del motor comercial mediante un acoplamiento. El eje de las bombas sumergibles es único y va solidario al rotor del motor eléctrico incorporado. Elementos de sellado: Una bomba tiene muchos puntos críticos donde puede haber una posible fuga o filtración. Algunos de estos puntos son críticos afectan considerablemente al funcionamiento efectivo de la bomba están cubiertos por dos clases de elementos de sellado: Elementos de sellado estático: Los elementos más típicos de este tipo que se pueden encontrar en bombas son las juntas o anillos tóricos. Se trata de un elastómero en forma toroidal que puede ser de varios materiales según la aplicación. Elementos de sellado dinámicos: Impiden fugas cuando existe una velocidad relativa entre los dos componentes a sellar, y que son los denominados sellos dinámicos. Sello mecánico: Elementos de sellado dinámico que realizan estanqueidad entre un eje rotativo y una parte estructural, normalmente fija, del conjunto de la aplicación. La estanqueidad se consigue a partir del movimiento rotativo relativo entre dos caras de rozamiento, de una gran planitud, y de la película de fluido que se genera entre ellas y que impide el paso del resto del fluido. Juntas de laberinto: Elementos de sellado dinámico que se utilizan para proteger a los rodamientos contra la suciedad y los elementos contaminantes y favorecer su lubricación. Normalmente esta formada por dos partes, una fija, montada en el alojamiento, y otra rotante, montada sobre el eje. La geometría de la parte estática hace que el lubricante quede en su interior y retorne a la carcasa del rodamiento.

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Juntas espejo: Elementos de sellado dinámico normalmente utilizados en entorno de trabajo extremadamente rigurosos requiriendo una alta resistencia al desgaste. Son dos aros metálicos idénticos enfrentados uno contra el otro, a través de una zona lapeada y montados en dos alojamientos separados. Una de las piezas, permanece estática en el alojamiento, mientras que la otra gira con el suyo. Este tipo de juntas se suelen encontrar en bombas lobulares para fluidos muy viscosos, bombas de tornillo helicoidal. Etc. Empaquetaduras o presostopas: Elementos de sellado dinámico cuyo principio de funcionamiento o estanqueidad se logra por la interferencia conseguida mediante un apriete exterior. Muy usual en bombas convencionales no sumergibles. Tienden a tener una filtración progresiva la cual se soluciona temporalmente apretando o prensando el paquete. Juntas o anillos tóricos: Son los elementos de sellado de tipo estático más típicos que se pueden encontrar en bombas. Se tratan de un elastómero en forma toroidal que puede ser de varios materiales según la aplicación. Rodamientos: Elementos que están diseñados para permitir el giro relativo entre dos piezas. Minimizan la fricción que se produce entre el eje y las piezas que están conectadas a él para soportar cargas radiales, axiales o combinaciones de ambas. Está constituido por un par de cilindros concéntricos, separados por una serie de bolas o rodillos que sustituye el rozamiento por fricción por el de rodadura que es mucho menor girando de manera libre y una jaula. Estas bolas o rodillos no se tocan entre sí, van separadas mediante la jaula para minimizar rozamientos.

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Fig. 3.1. Principales partes de una bomba centrifuga.

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3.2 Materiales por los cúales se fabrican en función a su aplicación Construcción : Diseño PROCESS : desmonte sin desacoplar las tuberías o el motor. Bastidor de 3 rodami}entos lubrificados por el aceite del engrasador de nivel constante. Impulsor cerrado, con anillo de usura sobre cuerpo. Anillo de usura sobre impulsor en opción según su tamaño. Eje totalmente protegido del líquido bombeado. Estanquidad por trenzas o sello mecánico normalizado simple, doble o tándem. Cámara de refrigeración en estándar. Intercambiabilidad máxima de las piezas constitutivas de la serie. NPSH requerido el más bajo. Modelos corrientes en stock. Control de la presión en la caja de guarnición por las alabes dorsales del impulsor.

Cualidades técnicas: 

Caudal : de 2 a 5 000 m3/h o de 10 a 22 000 U.S GPM.



Altura manométrica total : hasta 165 m o 540 pies .



Presión máxima de servicio : hasta 20 bar.



Temperatura de servicio admisible :



de –40 hasta 180 °C.



Velocidad máxima : 3 000 rpm a 50 Hz o



3 600 rpm a 60 Hz.

Los materiales estándar: 

Fundición.



Acero inoxidable austenítico 18/10/2,5*.



Acero inoxidable austenítico 20/25/4 +Cu*.



Acero inoxidable austeno-ferritico 26/5/2+Cu*.



Otros materiales realizables por pedido : titanio,



níquel, Hastelloy.



* Los valores indicados son los porcentajes en Cr/Ni/Mo

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3.3 Principio de funcionamiento (ecuación de Euler) El estudio y análisis del funcionamiento de las Turbo máquinas Hidráulicas se basa, en forma concreta

en

la

Ecuación

de

Euler,

también

conocida

como

la

Ecuación

Fundamental de las Turbo máquinas. Constituye la ecuación de básica para el estudio, de las bombas, ventiladores, turbinas hidráulicas.

Turbo máquinas Hidráulicas. Turbocompresores, turbinas a vapor y turbinas a gas también son estudiadas con ésta ecuación.

Tabla. 3.1. ecuación de Euler. Está ecuación en esencia, expresa el intercambio de energía en el rodete o impulsor de todas estas máquinas. Deducción de la Ecuación de Euler: La deducción se hace con relación a la cual representa el rodete de una bomba centrifuga (o el de un ventilador centrifugo, que esencialmente se diferencia de una bomba en la cual el fluido bombeado no es liquido si no gaseoso).

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3.4 Altura de succión de una bomba Es la energía neta trasmitida al fluido por unidad de peso a su paso por la bomba centrifuga. Se representa como la altura de una columna de líquido a elevar Se expresa normalmente en metros del líquido bombeado. Para prevenir la formación de vapor en la entrada a la bomba, la presión correspondiente a la altura máxima de la línea de succión se puede calcular con a formula que indica en la figura siguiente, deducida a partir de la igualdad:

Fig. 3.2. Altura máxima de succión de una bomba centrifuga.

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3.5 Tipos de perdidas que se tienen en las bombas centrifugas Pérdidas de potencia hidráulicas: Estas disminuyen la energía útil que la bomba comunica al fluido y consiguientemente, la altura útil. Se producen por el rozamiento del fluido con las paredes de la bomba o de las partículas del fluido entre sí. Son de dos clases: perdidas de superficie y perdidas de forma. Las perdidas de superficie se producen por el rozamiento del fluido con las paredes de la bomba (rodete, corona directriz...) o de las particulas del fluido. las perdidas hidraulicas se originan, pues: entre la entrada e (fig.3.3) 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.

Fig. 3.3. Perdida de potencia hidraulica.

Además se generan pérdidas hidráulicas por cambios de dirección y por toda forma difícil al flujo. Esta se expresa de la siguiente forma: Ph = Q * Hint Donde Hint son las perdidas de altura total hidráulica.

Pérdidas de potencia volumétricas:

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Se denominan también pérdidas intersticiales y son perdidas de caudal que se dividen en dos clases: 

Perdidas exteriores (qe)



Perdidas interiores (qi)

Las primeras constituyen una salpicadura de fluido al exterior, que se escapa por el juego entre la carcasa y el eje de la bomba que la atraviesa. Reducen considerablemente el rendimiento volumétrico de algunas bombas. Estas perdidas se explican de la siguiente forma: A la salida del rodete de una bomba hay mas presión que a la entrada, luego parte del fluido, en vez de seguir a la caja espiral, retrocederá por el conducto que forma el juego del rodete con la carcasa, a la entrada de este, para volver a ser impulsado por la bomba. Este caudal, también llamado caudal de cortocircuito o de reticulación, absorbe energía del rodete.

Fig. 3.4. Representacion de perdidas volumetricas.

Pérdidas de potencia mecánicas: Estas se originan principalmente por las siguientes causas: 

Rozamiento del prensaestopas con el eje de la maquina



Accionamiento de auxiliares (bomba de engranajes para lubricación, cuenta revoluciones)



Rozamiento de la pared exterior del rodete con la masa fluida que lo rodea.

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Factores que provocan pérdidas: 

Viscosidad del fluido



Velocidad del flujo (Caudal, diámetro de la tubería)



Rugosidad de la tubería (Material, edad)

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3.6 Potencia de accionamiento Es la potencia en el eje de la bomba o potencia al freno o potencia mecánica que la bomba absorbe o potencia absorbida de la red. Esta potencia según la mecánica tiene la siguiente expresión:

Pa  M 

 30

nM W , SI 

Se mide n con un cuentarrevoluciones y M con un torsiómetro o midiendo el par de reacción con un motor de accionamiento basculante. La potencia interna: potencia suministrada al rodete igual a la potencia de accionamiento menos las pérdidas mecánicas.

La potencia útil: incremento de potencia que experimenta el fluido en la bomba, y es la potencia de accionamiento descontando todas las pérdidas de la bomba. P=pa -prm -prv -prh= =pi -prv -prh Donde: 𝑟 𝑃ℎ𝑟 - pérdidas hidraulicas: 𝑃ℎ𝑙 - pérdidas por razonmiento de superficie: 𝑟 𝑃ℎ2 - perdidas por razonamiento de forma. 𝑟 𝑟 𝑃𝑣𝑟 - pérdidas volumetricas: 𝑃𝑣1 – pérdidas por caudal al exterior: 𝑃𝑣2 - pérdidas por corto circuito. 𝑟 𝑟 𝑃𝑚𝑟 – pérdidas mecanicas: 𝑃𝑚1 - pérdidas por razonamiento en el prensaestopas; 𝑃𝑚2 - pérdidas

por razonamiento en los cojinetes

𝑟 accionamiento de auxiliares; 𝑃𝑚3 - pérdidas por

razonamiento de disco.

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3.7 Leyes de afinidad Relaciones que permiten predecir el rendimiento de una bomba a distintas velocidades. Cuando se cambia la velocidad: 

El caudal varia directamente con la velocidad



La altura varia en razón directa al cuadrado de la velocidad



La Potencia adsorbida varia en razón directa al cubo de la velocidad

Leyes de afinidad de las bombas centrífugas: Son relaciones que permiten predecir las características de funcionamiento de una bomba centrífuga con un diámetro y velocidad de impulsor conocidos. Cambio de velocidad cuando una bomba opera a una velocidad diferente a la velocidad de diseño (por ejemplo cuando se requiere un control de la capacidad de la bomba por medio de un variador de velocidad), se pueden determinar los efectos del cambio de velocidad en los parámetros de gasto, carga y potenciaconsumida por la bomba. Para éste caso se establece como premisa que la eficiencia y el diámetro del impulsor permanecen constantes.

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3.8 Diagramas de comportamiento gasto-carga Un diagrama de comportamiento de Gasto (Q) con respecto a una carga (H) tiene como función lo siguiente: H = f (Q) Por lo general el caudal se toma como variable independiente por tratarse de un parámetro fundamental en la operación de una turbomáquina y que además es fácil de cuantificar. En el siguiente diagrama se muestran graficas de carga – gasto (H), potencia-gasto (P) y rendimiento – gasto (n), sin embargo que indican la carga, la potencia y la eficiencia con respecto al gasto, lo que nos da una relación aparente de la variabilidad de la carga en disminución cuando el gasto aumenta en la bomba.

Fig. 3.5 diagrama de carga – gasto (H), potencia-gasto (P) y rendimiento – gasto (n)

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3.9 Ventajas y desventajas de las bombas centrifugas, campos de aplicación, normatividad Las principales ventajas de la bomba centrífuga son su sencillez, su bajo costo inicial, su gasto uniforme (sin pulsaciones), el pequeño espacio que ocupa, su gasto de conservación bajo, su funcionamiento silencioso y la adaptabilidad para su acoplamiento a un motor eléctrico o una turbina. Son más económicas que las bombas de émbolo equivalente. Las bombas centrífugas son muy versátiles en sus capacidades y presiones. Algunas de sus ventajas son: 

Caudal constante.



Presión uniforme.



Sencillez de construcción.



Tamaño reducido.



Bajo mantenimiento.



Flexibilidad de regulación.



Vida útil prolongada.



No tienen movimientos alternativos.



Adaptabilidad para su acoplamiento a un motor eléctrico.



Costos de fabricación bajos.

Desventajas: Las bombas centrifugas también cuentan con desventajas e importantes tales como: 

No proporciona presiones elevadas.



Proporciona altas presiones a costos elevados.



En fabricaciones complejas no es posible construir con materiales anticorrosivos, debido a su gran complejidad.

Es preferible, generalmente, emplearvelocidades muy altas para reducir el númerode etapas necesarias.

Campos de aplicaciones de las bombas centrifugas Las bombas centrífugas son las bombas que más se aplican en diversas industrias, en las que destacan: 

Industria petroquímica

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

Industria alimenticia: Saborizantes, aceites, grasas, pasta de tomate, cremas, vegetales trozados, mermeladas, mayonesa, chocolate, levadura y demás.



Industria de cosméticos: Cremas y lociones, tintes y alcoholes, aceites, entre otras.



Industria farmacéutica: Pastas, jarabes, extractos, emulsiones. Bebidas: leche, cerveza, aguardientes, concentrados de fruta, jugos y más.



Otros químicos: Solventes, combustibles y lubricantes, jabones, detergentes, pinturas,



gases licuados, etcétera.

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3.10 Uso de software para la selección de bombas En este apartado abarcaran dos softwares para la selección de bombas centrifugas, uno para bombas electro sumergible en aplicación al campo de ciencias de la tierra y otro para bombas centrifugas horizontales en un portal gratis.

Software BES: Es una buena aproximación para la selección de equipos y accesorios usados por el sistema de bombeo electro sumergible, además de contar con pantallas individuales de ingreso de datos, y consta de pantallas en las que es posible visualizar la variación del sistema en cuanto se elige la instalación del equipo, esto ocasiona que sea posible intercambiar accesorios según su necesidad y asi poder elegir dichos equipo para su sistema.

Fig. 3.6. Software BES

Fig. 3.7. Software BES.

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BOMBAS (Aplicación web para la selección de bombas centrifugas): Puedes especificar las unidades de tu preferencia así como el método de determinación de pérdidas de carga a utilizar en los cálculos. El modelo de cálculo implementado en BOMBAS te permitirá especificar las características de las tuberías así como el tipo y número de accesorios que estarán instalados en la succión, en los ramales de bombeo y en la tubería de impulsión. Así se logrará mayor precisión en el cálculo del punto de operación del sistema de bombeo.

Fig. 3.8. BOMBAS (Aplicación web para la selección de bombas).

Fig. 3.9. BOMBAS (Aplicación web para la selección de bombas.

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Conclusión El conocimiento para saber el uso específico de bombas centrifugas es muy importante ya que la aplicación de dichas bombas es necesario para el transporte de hidrocarburos a largas distancias en el ambito petrolero. Así como tambien se pueden presentar las características de distintos tipos de bombas, además de las reglas básicas de selección de materiales de construcción y saber aplicarlas en la selección de la más apropiada. Tambien se debe tomar en cuenta las potencias y rendimientos en conjunto para la elección de las bombas centrifugas en un sistema de bombeo. Como se hablo en la investigacion las bombas centrifugas pueden ser usadas en distintos ambitos de las industras no solo en el ambito petrolero.

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Blibliografia https://www.infobombas.com/partes-una-bomba-centrifuga/ http://www.fullmecanica.com/definiciones/b/1677-bombas-centrifugas https://es.pdfcoke.com/doc/266290100/Bombas-Centrifugas-13-03-2013

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