Charla#1.docx

UNIVERSIDAD DE PANAMA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL EN EDIFICACIONES

INTEGRANTES

AYARZA, LARISSA DOMINGUEZ, AURORA MARTINEZ, ABRAHAM ZAMORA, DANIEL

PROFESOR:

MARIO GALLARDO

TEORIA DE LAS BOMBAS Y BOMBAS DE AGUA

HIDRAULICA II

21 DE FEBRERO DEL 2018

Historia La primera bomba conocida fue descrita por Arquímedes y se conoce como tornillo de Arquímedes, descrito por Arquímedes en el siglo III a. C., aunque este sistema había sido utilizado anteriormente por Senaquerib, rey de Asiria en el siglo VII a. C. En el siglo XII, Al-Jazari describió e ilustró diferentes tipos de bombas, incluyendo bombas reversibles, bombas de doble acción, bombas de vacío, bombas de agua y bombas de desplazamiento positivo.

¿Qué son las bombas? La palabra bomba es un término general que designa a cualquier máquina hidráulica que añada energía al fluido. El incremento en la energía hidráulica se experimenta como un aumento en la presión del fluido. De acuerdo con el principio de continuidad, si el flujo es incompresible, el gasto en la entrada y gasto en la descarga deben ser iguales. Además, si el diámetro de la descarga es igual al de la entrada entonces la velocidad promedio en la descarga debe ser idéntica a la velocidad promedio en la entrada. En otras palabras, una bomba no aumenta necesariamente la velocidad del fluido que pasa por ella, sino que incrementa la presión del fluido. La velocidad de salida podría ser más baja que la velocidad de entrada si el diámetro de la descarga es mayor que el de la entrada.

Teoría de las Bombas Esta teoría comprende el estudio de las componentes de la velocidad del flujo, el cual puede mejorarse recurriendo a un procedimiento gráfico en el que se usen vectores. La forma de tal diagrama vectorial es triangular y se conoce como triángulo de velocidades.

Clasificación de los equipos de bombeo  Bombas de desplazamiento positivo En este tipo de bombas, el fluido se aspira dentro de un volumen en expansión y luego se expulsa cuando ese volumen se contrae, pero el mecanismo que provoca que cambie el volumen es muy diferente entre los diversos modelos de bombas. Algunas bombas tienen un diseño muy simple, otras son más complejas, ya que necesitan levas rotatorias con lóbulos sincronizados, engranajes conectados o tornillos. Las bombas de desplazamiento positivo son ideales cuando se necesita alta presión, como en el bombeo de líquidos viscosos, lodos o suspensiones espesas, y donde se necesita medir o despachar cantidades de líquido precisas, como en las aplicaciones médicas. Este tipo de bombas se utiliza, por ejemplo, cuando el motor de un automóvil bombea aceite y en la industria de los alimentos para bombear líquidos pesados como jarabes, pasta de tomate, chocolate y sopas preparadas. Las bombas de desplazamiento positivo ofrecen muchas ventajas en comparación con las bombas dinámicas. Por ejemplo, una bomba de desplazamiento positivo es mejor para conducir líquidos sensibles al esfuerzo cortante. La sangre es un líquido sensible al esfuerzo cortante, esta es la razón por la que estas bombas se usan en corazones artificiales. Una bomba de desplazamiento positivo muy bien sellada, genera una presión de vacío importante en su entrada, incluso si no está cebada, y por lo tanto es capaz de elevar un líquido que esté ubicado a varios metros por abajo de la bomba. Esta clase de bombas se denominan bombas de autocebado. Por último, los rotores de las bombas de desplazamiento positivo funcionan a velocidades menores que las del rotor (o impulsor) de una

bomba dinámica a cargas similares, esto prolonga la vida útil de los sellos. Las bombas de desplazamiento positivo también tienen desventajas. Su gasto no puede cambiar a menos que se modifique la rotación (esto no es tan sencillo como parece, debido a que la mayoría de los motores eléctricos de corriente alterna (AC) están diseñados para operar a una o más velocidades rotacionales fijas). Estas bombas generan una presión muy alta en el lado de descarga, y si la salida se bloquea, podría haber roturas o el motor se puede sobrecalentar. Con frecuencia, la protección contra presión excesiva (es decir, válvulas reductoras de presión) se necesita por esta causa. Estas bombas por su diseño podrían entregar un flujo pulsátil que sería inaceptable en algunos casos.

 Bombas dinámicas Existen tres tipos de bombas dinámicas que cuentan con álabes rotatorios, que son llamados álabes del rotor o impulsor (en América Latina). Estos elementos le proporcionan una cantidad de movimiento al fluido. Por esta razón se les llama algunas veces bombas rotodinámicas o, simplemente, bombas rotatorias (no deben confundirse con las de desplazamiento positivo). También existen bombas dinámicas no rotatorias, como las bombas de chorro (o bombas de inyección) y las bombas electromagnéticas. Las bombas rotatorias se clasifican por la manera en la cual el flujo sale de la bomba: Flujo radial (centrífugo), flujo axial y flujo mixto (o radio axial). En el caso de una bomba de flujo radial, el fluido entra de manera axial (en la misma dirección del eje giratorio) en el centro de la bomba, pero se descarga de una manera radial (o tangencialmente) a lo largo del radio exterior de la carcasa de la bomba. Por esta razón las bombas

centrífugas reciben también el nombre de bombas de flujo radial. En el caso de una bomba de flujo axial, el fluido entra y sale axialmente, en general a lo largo de la parte exterior de la bomba. Una bomba de flujo mixto es considerada intermedia entre centrífuga y axial, ya que el flujo entra en forma axial, no necesariamente en el centro, pero se descarga a un ángulo entre las direcciones radial y axial.

Clasificación de los equipos de bombeo Simple Doble

Piston Embolo

Doble Accion Simple Accion

Simple Doble

Triple

Vapor

Potencia

Multiple

Reciprocantes Diafragma

desplazamiento positivos Rotor Simple

Simple Multiple

Operada p/fluido operada mecanicamente

Aspas Piston Miembro flexible tornillo

Rotatorias

Rotor Multiple

engranes Lobulos Balancines Tornillos

Bombas Autocebantes Flujo Radial Flujo Mixto

Simple Succion Doble Succion Cebados p/medios externos

Centrifugas

Flujo Axial

Simple Succion

Implusor Abierto, cerrado, semmiabierto

Unipaso

Impulsor Abierto

Multipaso

Impulsor Cerrado

Dinamicas PerIfericas

Unipaso Multipaso

Especiales

Electromagneticas

Autocebantes Cebados p/medios externos

Tomando en consideración la “Hydrauliz Institute”, el cual es un instituto compuesto por más de 50 compañias fabricantes de equipos de bombeo en el mundo entero y se preocupa por mantener los standars.

Factores para la selección del tipo de bomba Los tres factores principales para determinar si usaremos una bomba de desplazamiento positivo son:  Presión  Gasto  Características de los líquidos: - Índice de acidez- alcalinidad % - Condiciones de viscosidad - Temperatura - Presión de vaporización del liquido a la temperatura de bombeo - Densidad - Materiales en suspensión, tamaño, naturaleza, etc. - Condiciones de abrasión - Contenidos de impureza Se debe saber que las bombas de desplazamiento positivo reciprocante son aplicables para:  Gastos pequeños  Presiones altas  Líquidos limpios Mientras que las bombas de desplazamiento positivo rotatorio para:  Gastos grandes  Presiones reducidas o medianas  Líquidos de todo tipo, excepto viscosos

Partes de una Bombas centrifuga

Tamaño: El tamaño se determina generalmente por el diámetro interior de la brida de descarga. Sin embargo, esta designación muchas veces no es suficiente puesto que no determina el gasto que puede proporcionar una bomba, ya que este dependerá de la velocidad de rotación asi como del diámetro del impulsor.

Sentido de rotación Puede ser:  En el sentido de las manecillas del reloj  En el sentido contrario a las manecillas del reloj El punto de observación debe ser en una bomba horizontal cuando el observador esta colocado en el lado del cople de la bomba. Lo mismo sucede en las bombas vertivales en las cuales elobservador debe colocarse mirando hacia abajo en la flecha superior de la bomba.

Clasificación de las bombas por el tipo de material de sus partes. 1. 2. 3. 4. 5.

Bomba estándar (fierro y bronce) Bomba toda de fierro Bomba toda de bronce Bombas de acero Bombas de acero inoxidable

Las bombas centrifugas pueden construirse también de otros metales y aleaciones como lo son la porcelana, vidrio y hules. Las condiciones de servicio y la naturaleza del liquido manejado determinaran el tipo de material que se usara. Para bombas de alimentación de agua potable la construcción mas normal es la estándar de fierro y bronce.

En general, las condiciones que afectan la selección de materiales son:      

Corrosión del líquido manejado Acción electroquímica Abrasión de los sólidos en suspensión Temperatura de bombeo Carga de operación Vida esperada

Carcasa Función: convertir la energía de la velocidad impartida al liquido por el impulsor en energía de presión, esto se lleva a cabo mediante reducción de la velocidad por un aumento gradual del área. voluta Segun la manera de efectuar la conversion de energia difusor

de una pieza Segun su construccion Carcasas partida

segun caracteristicas de succion

segun el numero de pasos

Simple doble succion por un extremo

de un paso de varios pasos

Impulsores Es el corazon de la bomba centrifuga. Recibe el liquido y le imparte una velocidad de la cual depende de la carga producida por la bomba. Los impulsores se clasifican en:

simple Tipo de succion doble A. curvas radiales A. tipo Francis forma de las aspas

Impulsores

A. para flujo mixto A. tipo propela

Direccion del flujo segun el numero de pasos Construccion mecanica velocidad especifica

Radial Mixto Axial de un paso de varios pasos Abierto Semiabierto Cerrado Baja Alta Media

Anillos de desgaste Función: es el tener un elemento fácil y barato de remover en aquellas partes en donde, debido a las cerradas holguras que se producen entre el impulsor que gira y la carcasa fija. Existen diversos tipos de anillos y deberá escogerse el mas adecuado para cada condición de trabajo y de liquido manejado. Estos incluyen  Anillos planos  Anillos en forma de I  Anillos de laberinto

Estoperos, empaques y sellos Función: evitar el flujo hacia afuera, del líquido bombeado a través del orificio por donde pasa la flecha de la bomba, y el flujo de aire hacia el interior de la bomba.

Flechas Son el eje de todos los elementos que giran en ella, transmitiendo además el movimiento que le imparte la flecha del motor. En el caso de una bomba horizontal hay una sola flecha a lo largo de la bomba, en bombas de pozo profundo existe flecha de impulsores y después una serie de flechas de transmisión unidas por un cople.

Cojinetes El objeto de los cojinetes es soportar la flecha de todo el rotor en un alineamiento correcto en relacion con las partes estacionarias. Por medio de un correcto diseño soportan las cargas radiales y axiales existentes en la bomba.

Teoría de la bomba centrífuga La bomba centrífuga, también denominada bomba roto dinámica, es actualmente la máquina más utilizada para bombear líquidos en general. Las bombas centrífugas son siempre rotativas y son un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor en energía cinética o de presión de un fluido incompresible. El fluido entra por el centro del rodete o impulsor, que dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba.

La característica principal de la bomba centrífuga es la de convertir la energía de una fuente de movimiento (el motor) primero en velocidad (o energía cinética) y después en energía de presión. El rol de una bomba es el aporte de energía al líquido bombeado (energía transformada luego en caudal y altura de elevación), según las características constructivas de la bomba misma y en relación con las necesidades específicas de la instalación. El funcionamiento es simple: dichas bombas usan el efecto centrífugo para mover el líquido y aumentar su presión. Dentro de una cámara hermética dotada de entrada y salida (tornillo sin fin o voluta) gira una rueda con paleta (rodete), el verdadero corazón de la bomba. El rodete es el elemento rodante de la bomba que convierte la energía del motor

en energía cinética (la parte estática de la bomba, o sea la voluta, convierte, en cambio, la energía cinética en energía de presión). Cuando entra líquido dentro del cuerpo de la bomba, el rodete (alimentado por el motor) proyecta el fluido a la zona externa del cuerpo-bomba debido a la fuerza centrífuga producida por la velocidad del rodete: el líquido, de esta manera, almacena una energía (potencial) que se transformará en caudal y altura de elevación (o energía cinética). Este movimiento centrífugo provoca, al mismo tiempo, una depresión capaz de aspirar el fluido que se debe bombear. Conectando después la bomba con la tubería de descarga, el líquido se encanalará fácilmente, llegando fuera de la bomba.

Una bomba centrífuga se compone de dos elementos principales: 1. Un rodete o impulsor, constituido por álabes que producen un cambio en el momento cinético del fluido, de modo que su velocidad y presión a la salida son superiores a las de la entrada. 2. Voluta, encargada de conducir al fluido desde la salida del rodete hasta la brida de descarga. Esta formada por un conducto cuya sección aumenta gradualmente hasta alcanzar la salida de la bomba. En ella, parte de la energía de velocidad se transforma en energía de presión, reduciéndose las pérdidas por fricción. Es frecuente la existencia a la salida del rodete, de un difusor constituido por álabes fijos y cuya misión es la de contribuir a esta transformación de energía cinética en energía de presión.

Proyecto y trazo del impulsor ¿Qué es? Son la selección de la velocidad específica en el punto de mejor eficiencia. Esto significa la selección de la velocidad de operación y del número de pasos necesarios para proporcionar la carga requerida.

El trazo del impulsor se podrá llevar a cabo si se conocen los siguientes elementos: 1. Velocidades meridionales en la entrada y salida. 2. Diámetro exterior del impulsor. 3. Ángulos de entrada y salida del aspa del impulsor.

¿Qué es un impulsor? Un impulsor es un disco giratorio de hierro o acero con álabes en una bomba centrífuga. El impulsor transfiere energía desde el motor que impulsa a la bomba al líquido que se va a bombear, sin más que acelerar radialmente el líquido hacia fuera desde el centro de giro. La velocidad alcanzada por el impulsor se transforma en presión cuando el movimiento radial del líquido se ve confinado por la carcasa de la bomba. Existen dos tipos de ruedas de paletas: de vórtice y de canal.

A. Impulsor vortex B. Impulsor mono canal C. Impulsor de 2 canales 1. Alabes 2. Contrapesos 3.

Algunas clasificaciones de bombas centrífugas: Bombas de impulsor abierto, semi-abierto y cerrado. Según su diseño mecánico o estructural, se pueden distinguir tres tipos de impulsores: a) De álabes aislados (abiertos) b) Con una pared o disco lateral de apoyo (semi-abiertos) c) Con ambas paredes laterales (cerrados). Esta clasificación es independiente de la anterior, que se refiere al tipo de diseño hidráulico, por lo que en esta nueva clasificación puede haber impulsores centrífugos y de flujo mixto, abiertos, semi-abiertos o cerrados.

IMPULSORES ABIERTOS: En un impulsor abierto, los álabes desnudos van unidos únicamente al eje de giro y se mueven entre dos paredes laterales fijas pertenecientes a la carcasa de la bomba, con tolerancias laterales lo más estrechas posibles para evitar fugas. IMPULSORES SEMIABIERTOS: Los impulsores con una sola pared lateral, que siempre es la posterior, se emplean con cierta frecuencia, destacando las bombas de flujo mixto y todas las axiales. Al igual que en los abiertos, su buen rendimiento está basado en una tolerancia lateral muy estrecha, del orden de 0,3 mm, que evita fugas de la periferia al centro y en los canales del impulsor entre sí. IMPULSORES CERRADOS: Los impulsores cerrados tienen los álabes colocados entre dos paredes laterales, anterior o de aspiración y posterior.

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO • Estas bombas guían el fluido a lo largo de su trayectoria. • Manejan fluidos viscosos • Manejan presiones de descarga altas. • Limitaciones de caudal. • Flujo pulsante. • Son autocebantes.

BOMBA DE DESPLAZAMIENTO NEGATIVO Se dice que una bomba es de desplazamiento negativo o no positivo, cuando su órgano propulsor no contiene elementos móviles; es decir, que es de una sola pieza; o de varias ensambladas en una sola. Otra definición para aclarar los terminos dice que las bombas de desplazamiento negativo son las que desplazan una cantidad variable de líquido dependiendo de la presión del sistema. A mayor presión menor cantidad de líquido desplazará. A este caso pertenecen las bombas centrífugas, cuyo elemento propulsor es el rodete giratorio. En este tipo de bombas, se transforma la energía mecanica recibida en energía hidro-cinetica imprimiendo a las partículas cambios en la proyección de sus trayectorias y en la dirección de sus velocidades.

Bombas Reciprocantes Las bombas reciprocantes son unidades de desplazamiento positivo descargan una cantidad definida de liquido durante el movimiento del pistón o émbolo a través de la distancia de carrera. Sin embargo, no todo el líquido llega necesariamente al tubo de descarga debido a escapes o arreglo de pasos de alivio que puedan evitarlo. Despreciando éstos, el volumen del líquido desplazado en una carrera del pistón o émbolo es igual al producto del área del pistón por la longitud de la carrera.

Existen básicamente dos tipos de bombas reciprocantes las de acción directa, movidas por vapor y las bombas de potencia. Pero existen muchas modificaciones de los diseños básicos, construidas para servicios específicos en diferentes campos. Algunas Se clasifican como bombas rotatorias por los fabricantes, aunque en realidad utilizan movimiento reciprocante de pistones o émbolos para asegurar la acción de bombeo. Bombas de Acción Directa. En este tipo, una varilla común de pistón conecta un pistón de vapor y uno de líquido o émbolo. Las bombas de acción directa se constituyen de simplex (un pistón de vapor y un pistón de líquido, respectivamente) y duplex (dos pistones de vapor y dos de líquido). Los extremos compuestos y de triple expansión, que fueron usados en alguna época no se fabrican ya como unidades normales.

Bombas de Potencia. Estas tienen un cigüeñal movido por una fuente externa generalmente un motor eléctrico, banda o cadena. Frecuentemente se usan engranes entre el motor y el cigüeñal 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 variación de columna, y tienen buena eficiencia. El extremo líquido, que puede ser del tipo de pistón o émbolo, desarrollará una presión elevada cuando se cierra la válvula de descarga. Por esta razón, es práctica común el proporcionar una válvula de alivio para descarga, con objeto de proteger la bomba y su tubería. Las bombas de acción directa, se detienen cuando la fuerza total en el pistón del agua iguala a la del pistón de vapor; las bombas de potencia desarrollan una presión muy elevada antes de detenerse. La presión de parado es varias veces la presión de descarga normal de las bombas de potencia. Las bombas de potencia se encuentran particularmente bien adaptadas para servicios de alta presión y tienen algunos usos en la alimentación de calderas, bombeo en líneas de tuberías, proceso de petróleos y aplicaciones similares.

CARACTERÍSTICAS DE LAS BOMBAS RECIPROCANTES Son unidades de desplazamiento positivo, esto significa que la presión desarrollada está limitada por la resistencia estructural de las distintas partes de la bomba, la descarga no es afectada por la carga a presión, sino que está determinada por la velocidad de la bomba y la medida del volumen desplazado Las bombas reciprocantes descargan una cantidad definida de líquido mediante el pistón o embolo a través de la distancia de carrera.

No todo el líquido llega al tubo de descarga esto es debido al escape del mismo por esta razón se desprecia el volumen del líquido desplazado en una carrera del pistón es igual al producto del área del pistón por la longitud de la carrera. El gasto de una bomba reciprocante es directamente proporcional a su velocidad de rotación y casi independiente de la presión de bombeo. La variación cíclica del gasto de descarga obliga al empleo de cámara de aire de grades tuberías. Se basan en los principios de:  ALTA PRESIÓN Y ALTA EFICIENCIA  AUTO-CEBADO  BAJA ROTACIÓN No son apropiadas para líquidos que contengas arena. Se dividen en 2 de bombas: BOMBAS DE PISTÓN:

El líquido es forzado por el movimiento de uno o más pistones ajustados a sus respectivos cilindros. Son utilizadas para el bombeo de productos articulados o productos sensibles al esfuerzo de cizalla. Poseen un diseño higiénico Su trabajo es en vació.

TABLA DONDE SE MUESTRA LOS CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN DE CADA UNA DE LAS BOMBAS.

BOMBAS DE DIAFRAGMA: La barra reciprocante mueve le diafragma flexible dentro de una cavidad. Mueve el líquido cuando se flexiona y luego lo empuja enviándolo hacia la derecha. Una ventaja es que solo el diafragma entra en contacto con el fluido. Son utilizadas en la construcción, minería, en el procesamiento de alimentos, en procesos químicos. Son capaces de manejar aceite, gas y otras aplicaciones industriales. La presión inicial es menor.

Su costo de mantenimiento es más bajo. Manipula productos abrasivos y viscosos, así como también solidos de tamaños hasta de ¾ de pulgada. Pueden operar en seco

DOBLE DIAFRAGMA

MAQUINAS ROTATORIAS Estas máquinas consisten en una caja fija que contienen engranes, aspas, pistones, lebas, tornillos entre otros. Operan con un claro mínimo, aunque generalmente se les considera bombas para líquidos viscosos. Pueden manejar casi cualquier líquido que esté libre de solidos abrasivos, sin embargo, pueden existir sólidos. Son de alta presión y alta eficiencia. Descargan flujo constante.

Se pueden dividir en 2 tipos: DE ROTOR SIMPLE: Por lo general estas compuestos de aspas, elementos flexibles y tornillos. La de aspas: consiste en un motor excéntrico que contiene un conjunto de aspas deslizantes que corren dentro de una carcasa. Un anillo de levas en la carcasa controla la posición radial de las aspas. La selección de la entrega variable es manual, eléctrica, hidráulica o neumática. Las capacidades comunes de presión van desde 2000 a 4000 psi. Por lo general esas bombas son relativamente pequeñas en función de las potencias de desarrollo. La aspiración se produce al incrementar el volumen de la cámara mediante el giro.

De elementos flexibles: el fluido y la acción de sellado dependen de la elasticidad del elemento flexible los cuales pueden ser un tubo, corona de aspas o una camisa.

En la de tubo el mismo es aplastado por el paso de unos rodillos colocados adecuadamente, a medida que estos pasan el tubo recupera su estado original causando un vació para el producto a bombear. Son utilizadas para bombear fluidos limpios o estériles. Pero también es usada para bombear fluidos agresivos ya que el fluido no podría dañar la bomba.

La de camisa flexible: en estas bombas el fluido si tiene contacto con la carcasa. Estas constan de una membrana flexible y de un eje excéntrico que comprime el líquido contra la membrana haciendo que este salga por la parte superior de la bomba.

Las bombas de tornillos: utiliza un tornillo helicoidal excéntrico que se mueve dentro de una camisa.

Mantienen un fluido constante. Maneja muy altas viscosidades, operan a bajas revoluciones. Son de larga duración, eficientes y silenciosas. Pueden manejar caudales de 126 l/s a 200atm.

ROTOR MULTIPLE: Compuestos por lóbulos, engranajes, balancines, tornillos.

Las de engranajes: son compactas y de diseño simple. Aptas para gran variedad de líquidos. Maneja flujos de 60 l/s a 150 atm. Se componen de dos engranes dentro de una carcasa que giran en sentido contrario y muy ajustados uno con el otro. El flujo que entregan varían con el tamaño de los engranes y la velocidad de rotación puede legar a ser de hasta 4000 rpm. El accionamiento de la bomba se produce por un árbol acoplado a uno de los engranes y que sale al exterior. Las presiones en este sistema pueden ser de 1500 a 400 psi.

Las bombas de lóbulos: se consideran de engranes con la diferencia de que está compuesto por 2,3 o 4 lóbulos giratorios. Tienen un alto desplazamiento, sin embargo, son de alto costo en comparación con las otras bombas. Operan de forma similar a la de engranes.

Bombas de balancín: es el sistema más reconocido de bombeo. Utiliza un movimiento vertical transmitido por contrapeso un brazo mecánico que realiza la acción de subir y bajar. Son utilizadas para pozos profundos. La bomba en realidad está ubicada en el fondo y se le transmite el movimiento a través de varillas que hacen su recorrido por dentro de tubo al descender la válvula inferior se cierra y el pistón de la bomba baja, al hacer el caso contrario se llena la del pistón