Hidraulica Sistemas De Bombeo.docx

ALUMNO: GUERRERO FUENTES ANTHONY ABDIEL GRUPO: 5CB DOCENTE: ING. ROSA ISELA SOSA AVILA FECHA: 29 DE NOVIEMBRE DE 2018 SEMESTRE AGO-DIC 2018 1

Contenido INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 3 DEFINICIÓN...................................................................................................................................... 4 CLASIFICACIÓN DE EQUIPOS DE BOMBEO .......................................................................... 5 CURVAS DE FUNCIONAMIENTO ................................................................................................ 7 SELECCIÓN DE EQUIPO ............................................................................................................ 13 GOLPE DE ARIETE ...................................................................................................................... 13 CAVITACIÓN .................................................................................................................................. 15 CONCLUSIÓN ................................................................................................................................ 17

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INTRODUCCIÓN Durante años, el hombre ha buscado siempre la necesidad de abastecerse de agua desde tiempos memorables. Las primeras bombas de las que se tiene conocimiento, son conocidas de diversas formas, dependiendo de la manera en que se registró su descripción, como las ruedas persas, ruedas de agua o norias. Todos estos dispositivos eran ruedas bajo el agua que contenían cubetas que se llenaban con agua cuando se sumergían en una corriente y que automáticamente se vaciaban en un colector a medida que se llevaban al punto más alto de la rueda en movimiento. La existencia, en algunas partes de Oriente, de ruedas semejantes ha continuado aun dentro del siglo veinte.

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DEFINICIÓN Un equipo de bombeo es un transformador de energía, mecánica (que puede proceder de un motor eléctrico, térmico, etc.) Y la convierte en energía, que un fluido adquiere en forma de presión, de posición y de velocidad. Así se tendrán bombas que funcionen para cambiar la posición de un cierto fluido. Por ejemplo la bomba de pozo profundo, que adiciona energía para que el agua del sub-suelo se eleve a la superficie. La función de un equipo de bombeo es aportar energía a un fluido, con ello se consigue darle movimiento y presión de trabajo, es por esto que además se utilizarse en los sistemas de riego, se utiliza en todos los campos de trabajo donde el movimiento de fluidos es necesario. En otras palabras el funcionamiento en sí de la bomba será el de un convertidor de energía, o sea, transformará la energía mecánica en energía cinética, generando presión y velocidad en el fluido Los equipos de bombeo se componen por una unidad motriz (motor eléctrico, de combustión interna, etc.) y por la bomba, la correcta selección de la bomba, se realiza a partir de las condiciones de operación (gasto y presión), y las condiciones físicas del lugar de bombeo, buscando la máxima eficiencia de operación posible, esto se ve reflejado en el tamaño de la unidad motriz y en un bajo consumo de energía. Algunos de sus funcionamientos son:         

Drenar el agua de un sótano. Extraer agua de un pozo. Trasladar agua de un lugar a otro, aún a diferentes niveles del suelo. Incrementar la presión o el caudal de agua. Vaciar y llenar piscinas, estanques o bañeras de hidromasaje. Drenar zonas poco profundas que están inundadas. Regar césped o zonas agrícolas de manera tradicional o por aspersión. Distribuir fertilizantes y pesticidas. Realizar diversas tareas en el área de la construcción.

Es muy importante saber lo que se requiere hacer con la bomba, ya que en el mercado hay mucha variedad de bombas las cuales emplean un distinto funcionamiento.

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CLASIFICACIÓN DE EQUIPOS DE BOMBEO Como se mencionó anteriormente, existe una gran variedad de bombas diseñadas para la amplia gama de condiciones de trabajo que se requieren, en los sistemas de bombeo, Los factores más importantes que permiten escoger un sistema de bombeo adecuado son: presión última, presión de proceso, velocidad de bombeo, tipo de gases a bombear (la eficiencia de cada bomba varía según el tipo de gas). Para su fácil comprensión, las bombas se pueden clasificar en los siguientes grupos: Bombas rotatorias: Las bombas rotatorias consisten de una caja fija que contiene engranes, aspas, pistones, levas, segmentos, tornillos, etc., que operan con un claro mínimo. En lugar de "aventar" el líquido como en una bomba centrifuga, una bomba rota.

Bombas verticales tipo turbina: con tazones y cabezal de descarga en fierro fundido, flechas de acero al carbono y, con impulsores de bronce con lubricación por agua y por aceite, para velocidad de trabaja de 1,800 y 1,200 rpm, con acople directo a motor vertical no reversible o con cabezal de engranes para uso de motor diesel. Bombas reciprocantes: Las bombas reciprocantes son unidades de desplazamiento positivo descargan una cantidad definida de líquido 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. Bombas centrífugas: Usan un impulsor giratorio para mover el agua en la bomba y presurizar el flujo de descarga. Pueden procesar todo tipo de líquidos (agua, vino, leche, etc.), incluso de baja viscosidad. Estas bombas funcionan adecuadamente con líquidos ligeros y altos caudales. Usos más comunes:

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  

  

Edificios: bombear el suministro de agua y en lugares donde no se requiere altura de succión. Pozos de agua: sistemas de abastecimiento de agua para uso doméstico. Sistemas de protección contra incendios: proporcionar una fuente de presión continua, pero estas bombas deben cumplir con las normas pertinentes. Circulación de agua caliente: para mover agua en un sistema cerrado que requiere pequeña carga hidrostática. Pozos negros: pueden ser bombas de agua horizontal o vertical, operadas por un interruptor automático controlado por el flotante. Aplicaciones generales: aumentar la presión en la toma de agua.

Bombas de desplazamiento positivo o volumétrico: Suministran una cantidad fija de flujo mediante la contracción y expansión mecánica de un diafragma flexible. Pueden ser de tipo reciprocante o de tipo rotatorio, y son ideales en muchas industrias que manejan líquidos de alta viscosidad o donde están presentes sólidos sensibles. Se recomiendan para combinaciones de bajo caudal y alta presión, líquidos de alta viscosidad u otras aplicaciones.

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CURVAS DE FUNCIONAMIENTO La curva de funcionamiento o curva característica de una bomba describe la relación entre la altura manométrica (caída de presión) y el caudal, datos que permiten escoger la bomba más adecuada para cada instalación. La altura manométrica de una bomba es una magnitud, expresable también como presión, que permite valorar la energía suministrada al fluido, es decir, se trata de la caída de presión que debe de vencer la bomba para que el fluido circule según condiciones de diseño. En la siguiente imagen puede notarse que para cada velocidad de rotación n, hay una curva característica. Nótese también que si la velocidad se reduce, también disminuye la altura manométrica máxima y el caudal máximo.

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A continuación se describen los tipos de curvas de funcionamiento o curvas características de una bomba: Curva de potencia absorbida caudal La potencia absorbida depende de las características de trabajo, del caudal y de la altura manométrica de la bomba. Es la potencia que consume la propia bomba para accionar el eje. Rendimiento total de la bomba El rendimiento de la bomba o rendimiento global es la relación entre la potencia útil o hidráulico y la potencia al freno. Este es, en general, suministrado por los constructores de la bomba, y considera las pérdidas por fugas (rendimiento volumétrico) y por rozamientos en ejes y caras del impulsor (rendimiento mecánico).Cuando un líquido fluye a través de una bomba, sólo parte de la energía comunicada por el eje impulsor es transferida al fluido. Existe fricción en los cojinetes y juntas, y no todo el líquido que atraviesa la bomba recibe de forma efectiva la acción del impulsor, y existe una pérdida de energía importante debido a la fricción del fluido. Esta pérdida tiene varias componentes: 



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Rendimiento del motor: Cuantifica las pérdidas energéticas en el motor eléctrico, se obtiene la relación entre la potencia eléctrica consumida y la potencia en el eje. Rendimiento volumétrico u orgánico: Son pérdidas ocasionadas por el rozamiento del eje con los prensaestopas, los cojinetes o el fluido en las holguras entre el rodete y la carcasa. Todo esto hace que la potencia que se necesita suministrar en el eje de la bomba sea mayor. Rendimiento volumétrico: En teoría, una bomba suministra una cantidad de fluido igual al caudal que mueve. En realidad el caudal desplazado siempre suele ser menor, debido a fugas internas. A medida que aumenta la presión,

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

las fugas también aumentan, y por lo tanto el rendimiento volumétrico disminuye. Rendimiento hidráulico o manométrico: Es la relación entre la energía entregada en el eje de la turbina y la hidráulica absorbida por el rodete. Suelen estar asociadas a pérdidas por rozamiento, y cambios de dirección.

Curva NPSH El NPSH (Net Positive Suction Head, o altura neta positiva en la aspiración) es la presión mínima que debe haber en la entrada de la bomba para evitar fenómenos de cavitación. Se puede apreciar que, si la velocidad de rotación n se mantiene constante, la curva de potencia absorbida P aumenta con el caudal. El rendimiento η, en cambio, tiene un máximo en presencia de un determinado caudal ̇ y disminuye cuando el caudal ̇ se hace superior o inferior a dicho valor.

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Curva altura manométrica-caudal. Curva H-Q. Para determinar experimentalmente la relación H(Q) correspondiente a unas revoluciones (N) dadas, se ha de colocar un vacuómetro en la aspiración y un manómetro en la impulsión, o bien un manómetro diferencial acoplado a dichos puntos. En la tubería de impulsión, aguas abajo del manómetro, se instala una llave de paso que regula el caudal, que ha de ser aforado. La velocidad de rotación se puede medir con un tacómetro o con un estroboscopio. Con un accionamiento por motor de corriente alterna, dicha velocidad varía muy poco con la carga. La relación H(Q) tiene forma polinómica con las siguientes formas: H = a + b·Q + c·Q2 H = a + c · Q2

Las curvas características H-Q, típicas de los 3 grupos de bombas vienen indicadas en las siguientes ilustraciones. La curva que se obtiene corta el eje (Q = 0) en un punto en el que la bomba funciona como agitador, elevando un caudal nulo. Esta situación se consigue cerrando totalmente la llave de paso en el origen de la tubería de impulsión. El llamado caudal a boca llena es el que corresponde a H=0, dando un caudal máximo.

a)

b) Curvas características de tres tipos de bombas hidraulicas.

c)

a) Bomba radial centrífuga; b) Bomba helicocentrífuga; c) Bomba de hélice

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Curva potencia-caudal. En la teoría, la potencia suministrada por el eje del impulsor es: Ph = potencia hidráulica En la práctica, las perdidas por rozamiento hidráulico, mecánico y las posibles fugas dan lugar a que la potencia al freno P absorbida al motor por el eje de la bomba difiere de Ph. Su valor se obtiene en laboratorio mediante un dinamómetro o freno, aplicando la relación: P=T·N Siendo T el par resistente de la bomba, el cual es el producto de [F x r] donde r es el brazo donde se aplica la fuerza tangencial F. N es el número de revoluciones o vueltas en la unidad de tiempo, o velocidad angular. La relación entre la potencia hidráulica (P salida) y la potencia al freno (P entrada) mide el rendimiento global. Se determina a partir de la ecuación:

La potencia absorbida por el eje de la bomba o potencia al freno es la potencia que necesita la bomba para realizar una determinada cantidad de trabajo. Es igual a la potencia hidráulica o potencia que necesita la bomba para elevar el agua, más la potencia consumida en rozamientos, y viene determinada por la fórmula:

Donde: P = potencia bomba (w) = peso específico (N/m3) Q = caudal (m3/s) H = altura manométrica total (m) = rendimiento de la bomba (º/1). También se puede utilizar la siguiente expresión para Potencias expresadas en C.V.

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Donde: P = potencia bomba (C.V.) Q = caudal (l/s) H = altura manométrica total (m) = rendimiento de la bomba (º/1). Para cada posición de la llave de regulación del caudal, se determinará la potencia P. La potencia absorbida por la bomba es la que tiene que suministrar el motor (eléctrico o combustión o hidráulico) por el rendimiento de dicho motor (ηm).

Curvas de isorrendimiento Puede ser útil representar en un mismo gráfico las curvas características que ilustran la variación del rendimiento de la bomba en función de la velocidad de rotación, del caudal y de la altura manométrica. Estas curvas, denominadas de isorrendimiento, delimitan zonas en las cuales el rendimiento tiene el mismo valor. Se puede observar que el campo de rendimiento es muy estrecho, y que mínimas variaciones en el caudal, la altura manométrica o la velocidad de giro, provocan grandes variaciones en el rendimiento. En muchos casos, los fabricantes también proporcionan las curvas características de la bomba para distintos diámetros del rodete a igual velocidad de rotación.

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SELECCIÓN DE EQUIPO

A la hora de diseñar un sistema de bombeo, existen una serie de accesorios que deberán siempre instalarse junto con una bomba:

A .- Válvula de mariposa – Se utiliza para poder aislar el circuito de la bomba en caso de necesidad de reparación o mantenimiento, tanto de la bomba como de cualquier otro elemento perteneciente al circuito. B.- Filtro- Para evitar que cualquier tipo de impureza entre a la bomba y la dañe. C.- Válvula de bola.- Para aislar únicamente la bomba, también en caso de necesidad de reparación o mantenimiento de la misma. D.- Válvula de bola motorizada.- Primera válvula en cerrar, por eso se encuentra accionada mediante un motor. E.- Manguitos anti vibratorios.- Evitan que durante el funcionamiento de la bomba, las vibraciones afecten a la tubería. F.- Manómetro.- Lleva el control de la presión de la bomba, en caso de sobrepasar ciertos límites puede provocar la parada de la bomba. G.- Válvula de retención.- Situada siempre a la salida de la bomba, evita la inversión del flujo, situación bastante común en bombas al superarse ciertos valores de presión. GOLPE DE ARIETE El golpe de ariete es, junto a la cavitación, el principal causante de averías en tuberías e instalaciones hidráulicas El golpe de ariete se origina debido a que el fluido es ligeramente elástico (aunque en diversas situaciones se puede considerar como un fluido no compresible). Este fenómeno se produce al cerrar o abrir una válvula y al poner en marcha o para una máquina hidráulica, o también al disminuir bruscamente el caudal. Al cerrarse por completo una válvula se origina una onda de presión que se propaga con una cierta velocidad (el líquido no es estrictamente un fluido incompresible).

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Esta onda origina una sobrepresión que se desplaza por la tubería, causando dos efectos:  Comprime ligeramente el fluido.  Dilata ligeramente la tubería. La sobrepresión que origina el golpe de ariete no puede producirse en el arranque de una bomba porque la presión producida por la bomba no puede exceder el valor máximo que indica su curva característica, curva H-Q. En la parada de una bomba se ha de tener precaución de cerrar antes la válvula de impulsión. Si esto se hace a mano, el cierre es lento, la columna de líquido que llena la tubería se decelera gradualmente, y el golpe de ariete no se produce.  Si se para el motor de la bomba sin cerrar previamente la válvula de impulsión.  Si hay un corte imprevisto de la corriente, en el funcionamiento de la bomba. Los medios empleados para reducir el golpe de ariete son:  Cerrar lentamente la válvula de impulsión.  Escoger el diámetro de la tubería de impulsión grande, para que la velocidad en la tubería sea pequeña.  Instalar la bomba con un volante de inercia que en caso de corte de la corriente reduzca lentamente la velocidad del motor, y por consiguiente la velocidad del agua en la tubería.  Depósitos de expansión.  Instalación de válvulas de retención con by-pass diferencial.  Válvulas de retención anti ariete.

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CAVITACIÓN La cavitación es un fenómeno indeseable y evitable que se produce a la entrada de la bomba y que provocará el fallo prematuro de la misma. Durante la entrada del fluido en el rodete de una bomba, se produce una aceleración que, cuando la presión es suficientemente baja, genera la formación de burbujas de vapor. Esto tiene dos efectos sobre el funcionamiento, en primer lugar, la cavitación erosiona el rodete, y con el tiempo lleva a su destrucción. En segundo lugar, cuando la cavitación es fuerte disminuye la altura de elevación.

Efecto de cavitación en una bomba.

Este fenómeno tiene 2 fases: •

Fase 1: Cambio de estado líquido a estado gaseoso.

•

Fase 2: cambio de estado gaseoso a estado líquido.

En otras palabras es un efecto hidrodinámico que se produce cuando se crean cavidades de vapor dentro del agua o cualquier otro fluido en estado líquido en el que actúan fuerzas que responden a diferencias de presión. La cavitación es, en la mayoría de los casos, un suceso indeseable. En dispositivos como hélices y bombas, la cavitación puede causar mucho ruido, daño en los componentes y una pérdida de rendimiento. Este fenómeno es muy estudiado en ingeniería naval durante el diseño de todo tipo de barcos debido a que acorta la vida útil de algunas partes tales como las hélices y los timones. En el caso de los submarinos este efecto es todavía más estudiado, evitado e indeseado, puesto que imposibilita a estos navíos de guerra mantener sus características operativas de silencio e indetectabilidad por las vibraciones y ruidos que la cavitación provoca en el casco y las hélices.

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Cavitación Incipiente: Se Suele hablar de cavitación incipiente cuando el tamaño de las burbujas es muy pequeño y no son apreciables los efectos sobre la curva característica, y se habla de cavitación profunda o desarrollada si las burbujas son mayores. El efecto de erosión puede ser más grave en la cavitación incipiente que en la desarrollada. Cavitación de succión: a cavitación de succión ocurre cuando la succión de la bomba se encuentra en unas condiciones de baja presión/alto vacío que hace que el líquido se transforme en vapor a la entrada del rodete. Este vapor es transportado hasta la zona de descarga de la bomba donde el vacío desaparece y el vapor del líquido es nuevamente comprimido debido a la presión de descarga. Cavitación de descarga: La cavitación de descarga sucede cuando la descarga de la bomba es muy alta. Esto ocurre normalmente en una bomba que está funcionando a menos del 10 % de su punto de eficiencia óptima. La elevada presión de descarga provoca que la mayor parte del fluido circule por dentro de la bomba en vez de salir por la zona de descarga. A este fenómeno se le conoce como slippage.

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CONCLUSIÓN Hoy en día, el uso de las bombas es muy útil para algunas cosas que nosotros requerimos, como por ejemplo abastecer de agua en un punto determinado, o llenar una piscina, o bombear una cisterna. Las bombas nos sirven para muchas actividades, por eso es importante conocer el tipo de bombas, y el equipo de bombeo a elegir, debe ser el adecuado para poder satisfacer nuestras necesidades, incluso si estamos en un edificio alto y queremos suministrar agua al último piso necesitamos de una bomba.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS http://irrigationsystemsco.com/componentes/equipos-debombeo/?v=0b98720dcb2c http://www.demaquinasyherramientas.com/herramientas-electricas-yaccesorios/bombas-de-agua-funcionamiento https://es.grundfos.com/Formacion-en-bombas/ecademy/all-topics/basic-principlesand-pump-types/about-pump-curves.html http://ingenieriacivil.tutorialesaldia.com/sabes-que-es-la-curva-caracteristica-deuna-bomba-centrifuga/

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