BOMBAS DE FLUJO AXIAL O BOMBAS DE PROPELAy

ESTAS TURBOMAQUINAS SON DISEADAS PARA:

SIMPLE SUCCION.y

UTILIZADAS EN BOMBAS DE:

UN SOLO PASO O MULTIPASOS CON IMPULSOR ABIERTO O CERRADO EMPUJE AXIAL EN BOMBAS DE SIMPLE ETAPAy y y

Estas bombas tienen un suministro de energa al fluido es realizado en un sola etapa. El paso del fluido por cada rotor o dif sor constituye un etapa. u El empuje axial hidrulico se considerada como la suma de las fuerzas del impulsor no equilibradas queactan en direccin axial. En la actualidad se cuenta con cojinetes de empuje efectivo los cuales equilibran algunas de estas fuerzas por lo que el emp axial solo se considera como uje un problema en las bombas muy grandes.

EMPUJE AXIAL (IMPULSOR SIMPLEy

El fluido penetra por un solo lado y por la

abertura de la corona circular del rotor.y

Para eliminar el exceso de empuje axial puede dotarse a una bomba con anillos de desgaste tanto al frente como atrs y asigualar las reas de empuje, igualar el dimetro en ambos anillos. Para mantener una presin aproximadamente igual ala de succin se realizan agujeros compensadores a travs del impulsor.

y

EMPUJE AXIAL (UNIPASO)

y y y

Bombas de aspiracin doble El rotor tiene forma simtrica (tericamente) respecto al plano normal al eje y es capaz de recibir el fluido por dos sentidos opuestos. Tericamente un impulsor de doble succin esta en equilibrio hidrulico , pero en la practica esto no se logra por:

1.- Que no se suministren flujos uniformes en ambos 2.- Por condiciones externas, que afecten el suministro.

lados.

3.- Que ambos lados de la cubierta de descarga no estn simtricos o el impulsor esta descentrado.

4.- El escurrimiento desigual de las juntas atreves de las dos juntas de escurrimiento.

ROTOR DE BOMBAS HELICO-AXIALES

BOMBAS DE MLTIPLES ETAPAS.y

El fluido se hace pasar sucesivamente por dos o ms rotores fijados a un mismo eje y ubicados en una misma caja dimensionadade modo que el flujo sea posible. La aplicacin de impulsores de doble succin en bombas multipasos casi nunca es necesario solo para reducir la carga neta positiva de succin req uerida para una capacidad dada. El uso de impulsores de doble admisin de varios pasos agrega longitud innecesaria a la distanciaentre apoyos de la flecha de la bomba, por lo que la mayora de las bombas de varios pasos se construyen con impulsores de admisin sencilla. Arreglos para impulsores de admisin sencilla :

y

y

y

1.- Todos los impulsores se montan en una flecha teniendo cada uno su succin en la misma direccin y sus etapas siguiendo una a la otra en orden ascendente. El empuje axial se contrarresta con un dispositivo balanceador hidrulico.y

2.- Un numero par de impulsores pueden montarse en una flecha, la mitad de ellos opuesta a la otra mitad, este montaje es conocido como de impulsores opuestos El arreglo de los impulsores opuestos balancea completamente si cumple las siguientes condiciones:

y

1.- La bomba debe contar con dos estoperos. 2.-La flecha debe tener un dimetro constante. 3.-Los cubos de los impulsores no deben extenderse a travs de la porcin entre pasos. CARACTERISTICASy

Las partculas de fluido recorren una trayectoria que se inicia paralelamente al eje del rotor y se transforman en hlices cilndricas.

y

Los alabes del rotor producen un vrtice forzado que se superpone al flujo axial del fluido.

y

La fuerza centrifuga que deviene de la rotacin del rotor no es la responsable del aumento de la energa de presin del fluido.

y

Las bombas convencionales trabajan en un punto menos eficaz de su curva de rendimiento cuando bombean grandes volmenes de lquido a pequeas alturas. El uso de bombas de hlice reduce las prdidas al mnimo, incrementando la eficacia global del sistema. Y debido a que las bo mbas de hlice trabajan mejor cuando bombean grandes caudales a poca altura de elevacin, una bomba pequea hace la tarea de una bomba convencional ms gra de. n

y

El efecto combinado de menores prdidas en el sistema y una bomba diseada para bombear a muy poca altura de eleva cin reduce drsticamente el consumo de potencia.

Motor Eje Juntas Cmara cie aceite Monitorizacin Entrada de cables Proteccin contra la corrosin Impulsor de hlice y carcasa

TURBOBOMBA AXIAL

Bombas axiales

Segn el principio de funcionamiento bombas rotodinmicas, en las que el principio de funcionamiento est basado en el intercambio de cantidad de movimiento entre la mquina y el fluido, aplicando la hidrodinmica. En este tipo de bombas hay uno o varios rodetes con labes que giran generando un campo de presiones en el fluido. En este tipo de m quinas el flujo del fluido es continuo. Estas turbomquinas hidrulicas generadoras pueden subdividirse en: Radiales o centrfugas, cuando el movimiento del fluido sigue una trayectoria perpendicular al eje del rodete impulsor. Axiales, cuando el fluido pasa por los canales de los labes siguiendo una trayectoria contenida en un cilindro. Cuando hay que bombear aguas pluviales, especialmente en aquellos casos en los que se debe bombear una gran cantidad contra u altura de elevacin baja. La na bomba se compone de una hlice de mltiples labes-guas fijos por delante y por detrs del rodete. Son turbomquinas que permiten la transferencia de energa mecnica del rotor lquido mientras ste pasa a travs de los alabes en direccin axial. El impulsor tiene la forma de hlice de 2 a 6 aspas, por lo que estas bombas se llaman tambin de hlice. La accin es pues, similar a la de una hlice de barco, ya que arrastra el agua a travs de los labes directrices de entrada y descarga a travs de las labes-gua de salida. Este tipo de bomba no deber utilizarse para las aguas residuales no tratadas o fangos, ya que los trapos pueden quedarse enredados en los labes-gua.

Se puede en algunos casos, incrementar la carga, aumentando el nmero de labes ( 5o 6 ), con lo que se operan mejor los cambios en la velocidad a travs de los ductos entre los labes, pero se aumentan las prdidas por friccin. La forma acodada del ducto se hace necesaria cuando la bomba se instala directamente en la tubera, para darsalida a la flecha, en cuyo caso debe procurarse aprovechar algn codo existente en la misma conduccin. En cualquier caso el impulsor debe estar inundado al empezar a trabaj r la bomba. a Las bombas de este tipo, son generalmente de un solo paso, aunque pu edan tener varios, constituido, como se ha dicho, por la hlice impulsora seguida de un rodete fijo a la carcasa, con o sin ducto abocinado de descarga. En contados casos d}se coloca el rodete fijo antes del impul or, pues la primera disposicin s haprovado ser ms conveniente. Las bombas axiales se deben hacer trabajar en las condiciones de diseo, aunque pueden tambin operar a cargas parciales o so brecargas, pero con gran sacrificio del rendimiento. Fcilmente se producen separaciones o choques sobre el l be cuando el ngulo de ataque no corresponde a las condiciones de incidencia prevista. Para las a condiciones de diseo, el rendimiento es tan satisfactorio como el de la bomba centrfuga. Sin embargo, si se quieren mover grandes caudales, que es donde encuentran verdadera aplicacin las bombas axiales, se debe reducir el nmero de labes ( 3 o 4 ), siempre que la carga sea pequea. La forma y disposicin del impulsor en el mismo ducto de circulacin del lquido, es lo quefacilita el paso de grandes gastos. La velocidad especifica de las bombas de hlice es alta, alrededor de 10 000 a 20 000 en el sistema ingles, como corresponde a l s condiciones de gran caudal y a pequea carga. Bombas para grandes caudales y pequeas alturas Las bombas sumergibles Flygt trabajan directamente en el lquido bombeado. Esto significa que no precisan alojamientos ni superestructuras especiales que las soporten, con lo que reducen considerablemente los gastos en obras. Tienen menor tamao que sus

equivalentes no sumerqibles debido a que el motor y la seccin hidrulica estn integrados formando una unidad compacta. Por tanto, las estaciones de bombeo son ms pequeas y su construccin es menos compleja. Al funcionar sumergidas ocupan menos espacio, quedando tambin virtualm ente eliminados los problemas de ruidos y enfriamiento. Estas series de bombas cubren un amplio campo de funcionamiento y se pueden utilizar en diversas aplicaciones tales como: aguas de tormentas aguas residuales sin tratar control de inundaciones La mayora de estas bombas se pueden equipar con la tcnica N de autolimpieza para evitar su obstruccin en aplicaciones tales como: recirculacin de lodos aguas residuales en depuradoras Reducidos costes de instalacin y construccin El concepto de bomba sumergible significa que la superestructura de la estacin se puede omitir o se puede hacer ms pequea y de diseo ms sencillo. Para reducir los costes de instalacin, ITT Flygt ha normalizado muchos de los elementos principales de las estaciones de bom beo de manera que puedan combinarse para adaptarlos a las condiciones especficas de cada emplazamiento. Las bombas utilizadas en estaciones de esta c se pueden instalar y desinstalar lase en cuestin de minutos. No es necesario utilizar ningn tornillo de fijacin.

Los ejemplos ilustrados aqu muestran la flexibilidad del sistema y pueden proporcionarle algunas orientaciones para optimizar el diseo de su propia estacin. Para bombear por ejemplo a un canal enel cual el nivel delagua es casiconstante, la bombasesita en unacolumna de hormigny no es necesarianinguna vlvula decierre.

El diseo bsico es elmismo que en lailustracin anterior, pero la bomba estsituada en unacolumna de acero que se apoya sobre unaestructura de soporte.

Un sistema cerradocon descarga librecomo se muestra en lailustracin o con unavlvula de clapeta

Cuando el nivel del

agua en el lado desalida vara

considerablemente,se instala una vlvulade clapeta.

Esta construccin permite que labomba trabaje en combinacin conun sifn ouna lnea de descarga

DIAGRAMA VECTORIAL DE VELOCIDADES INTRODUCCION La velocidad base o de arrastre, en la incidencia del lquido en el labe a la entrada, conserva su valor en el borde de fugadel labe a la salida, o sea U1 = U2, y en consecuencia la accin centrfuga es nula. La ganancia en carga de presin debe lograrse solamente a expensas del cambio en magnitud de lavelocidad relativa, con resultados desacelerativos en esta velocidad, de forma de 2 < 1, a fin de producir un efecto de difusin a lo largo del ducto entre labes, que aumenta la presin. La energa transferida bajo la forma de componentes energticas se reduce pues a: En la cual, los dos trminos del segundo miembro deben ser positivos, o sea 1 > 2 y C2 > C1. Como consecuencia, de ser nulo el trmino U2 U1 / 2g, de accin centrfuga, que es el que en las bombas proporciona mayor ganancia en carga est tica, se tiene en las bombas axiales una carga esttica reducida, ya que del cambio en velocidad relativa, que es de donde se pue obtener, se hace difcil conseguir valores de elevados, pues se exigira una velocidad relativa de entrada muy alta que debera ser reducida a un valor muy bajo en el duct entre labes, lo cual es difcil de o lograr en el corto recorrido a travs del rodete mvil. NUMEROS DE ALABES. 5 6.- (incremento de carga) operan mejor los cambios en la velocidad a travs de los ductos entre los labes, pero se aumentan lasprdidas por friccin. 3 4.- ( grandes caudales) siempre que la carga sea pequea. La forma y disposicin del impulsor en el mismo ducto de circulacin del lquido, es lo que facilita el paso de grandes gastos.

La velocidad especifica de las bombas de hlice es alta, alrededor de 10 000 a 20 000 en el sistema ingles, como correspondea las condiciones de gran caudal y pequea carga. La velocidad absoluta del agua que penetra en la hlice impulsora en direccin axial, sale de la misma con trayectoria helico idal, debido a que existe componente tangencial ( Cu2 ) y tambin el efecto de puntas. Para volverla a la direccin axial y al mismo tiempo para convertir la energa dinmica en esttica, se dispone a la

salida del impulsor, un sistema de labes fijos a la carcasa, llamados labes directores o difusor. En ciertos casos se produce tambin un ensanchamiento gradual del ducto de descarga, con divergencia de 15 a 20 grados, que completa la conversin de energa cintica en potencial. La forma acodada del ducto se hace necesaria cuando la bomba se instala directam ente en la tubera, para dar salida a la flecha, en cuyo caso debe procurarse aprovechar algn codo existente en la misma conduccin. En cualquier caso el impulsor debe estar inundado al empezar a trabaj r la bomba. a Las bombas axiales se deben hacer trabajar en las condiciones de diseo, aunque pueden tambin operar a cargas parciales o sobrecargas, pero con gran sacrificio del rendimiento. Fcilmente se producen separaciones o choques sobre el labe cuando el ngulo de ataque no corresponde a las condicion de incidencia prevista. Para las es condiciones de diseo, el rendimiento es tan satisfactorio como el de la bomba centrfuga. Si se quiere mantener alto el rendimiento al salirse de las condiciones de diseo, es preciso variar el paso del labe para corregir la incidencia.

DIAGRAMA DE VELOCIDADES A LA ENTRADA De la velocidad absoluta en el estator o difusor. En la figura se representa el perfil de unos labes del rotor y del estator, cuya seccin es normal a la direccin radial. Se va a suponer que la mquina es de un solo paso, esto es, un rotor y un estator, como es comn en las bombas. El flujo entra en direccin axial y ataca al labe mvil en esa direccin. La componente axial de la velocidad conserva el mismo valor entre la entrada y la salida para evitar empujes axiales perjudiciales.

Esta circunstancia facilita mucho la relacin entre las distintas componentes y por tanto el diseo de la mquina. La velocidad absoluta aumenta a su paso por el labe mvil, esto es C2 > C1, haciendo al trmino de c arga dinmica positivo (C2 C1) / 2 g ) = + Asimismo se advierte que 2 < 1 debido a la curvatura del labe, y que por tanto tambin es positivo el trmino de carga esttica ( 1 2) / 2 g ) = +

El labe fijo endereza y reduce la velocidad absoluta, cumpliendo las dos funciones de director y de convertidor parcial de la energa dinmica del agua en esttica. Estos dos diagramas de entrada y salida en el labe mvil se suelen agrupar en uno solo bajo las dos formas siguientes: con v rtice comn o sobre base comn. En la siguiente figura se representan estas dos formas en las que se ha considerado el caso ms general de que C2 no sea axial. Elvector que sirve de base comn es el U que tiene el mismo valor a la entrada que a la salida. Si C1 = C2 y 2 = C1 se tiene simetra en el diagrama, condicin que da lugar a un grado de reaccin del 50 %.

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io e l velocidad de gi o de defle in de la velocidad relativa, el cual suele ser del orden de unos 15 grados para las condiciones( 0 &

el valo del ngulo'

#

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de dise o.)

El ngulo medio del fluido ( m) o de la velocidad media relativa ( m ) cuya tangente se define por la e presin: Tan m= mu / Va B MB S AXIALES: EL IM ULS R DE HLI E, ANALISIS DEL ALABE COMO ELEMENTO CON PERFIL DE ALA.1 2 3 1 4

En la siguiente figura se representa el perfil de dos labes contiguos de un impulsor de hlice, cuyas secciones son normales a la direccin radial. notar las caractersticas siguientes:

Se deben hacer

C = cuerda del labe o lnea que une al borde de ataque con el borde de fug a. S = paso circunferencial; distancia entre labes resultante de dividir el valor circunferencial 2 Pi R entre el nmero de la = ngulo de curvatura del labe, formado por las dos tangentes en los bordes de ataque y de fuga del labe. bes.

Vmr = velocidad media relativa del fluido respecto al labe. = ngulo de incidencia definido por el vector Vmr con la direccin de la cuerda. m = ngulo medio del fluido. = ngulo de paso de la mquina m = ngulo de Vmr con la direccin tangente al rotor. ( m + ) = ngulo del labe formado por la cuerda y la direccin tangente al rotor. c/s = relacin de la cuerda al paso, que suele llamarse solidez del labe. Caractersticas principales de los labes de una bomba de hlice.

3.3 Curvas Caractersticasy

Para una bomba centrfuga movida a una velocidad de giro constante (r.p.m), la altura (H), la potencia absorbida (Pab), y, po tanto, el rendimiento ( ), as r como el NPSH requerido, son funciones del caudal (Q). La relacin entre estos diferentes valores se representa mediante las curvas de caractersticas. La eleccin de la bomba que nos convenga entre varas, puede llevarse a cabo por dos mtodos: a) Utilizando las tablas de seleccin. b) Mediante las curvas de campo y curvas de caractersticas individuales. Una vez conocido el tipo de bomba, la decisin final se har en la curva caracterstica de la bomba (fig. 2.11) seleccionadapreviamente, en donde se encuentran reflejados todos los datos tcnicos necesarios: - AlturaH. - Caudal Q mximo y ptimo . - Rendimiento en diversos puntos de la curva. - Potencia mnima. - Altura neta positiva de aspiracin (NPSH) en diversos puntos de la curva. - Dimetros del impulsor.

y y y

y y y y y y

Curva altura manomtrica-caudal. Curva H-Q (Hm) Curva rendimiento-caudal -Q ( ) Curva potencia-caudal P-Q (N)

Curvas caractersticas

Ejemplo del manejo de las curvas Supongamos que tenemos un caudal de Q = 260 m3/h y pretendemos elevarlo a una altura de 20 m.

1. Rendimiento del 86%. 2. Dimetro mximo del impulsor de 271 mm. 3. Potencia absorbida en la bomba de 17 kW. 4. NPSH de 3m.y

El NPSH requerido es un parmetro de la bomba y lo debe dar el fabricante. Se puedeinterpretar como la succin que produce la bomba para poder manejar el caudal y la altura para las cuales fue seleccionada.

En la prctica la cavitacin se evita garantizando que el NPSH requerido por la bomba sea MENOR el NPSH disponible en el sistema.

B V8 7

BA CAL7 A

5

6

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BA

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F NC NAC A 5 G F F G F

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l lquido se spiF F H F H

t vs de l ent d de l bo b po el l do de spiF G F F F H F G F F G

5

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F

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H

L bo b au enta la p esin. El lquido sale de la bo ba po el lado de i pulsin y en condiciones de p esin au entadaH G H G H

F

PARAMETROS DE FUNCIONAMIENTO Caudales de 38 - 58 lts/min

hasta 5700 m3/h 25 000 gpm) Alturas hasta 700 m 2300 pies) Tamaos de 150 mm 6 pulgadas)Q R

a 1200 mm 48 pulgadas) Longitudes hasta 375 mS R

1200 pies) VENTAJAS No requieren mantenimiento Son adecuadas para instalacin vertical en pozos profundos y estrechos. Transportan lquidos con una viscosidad o densidad diferente a la del agua No tienen requisitos especiales de salas oedificios

P

DESVENTAJAS Y PROBLEMAS Variaciones en el nivel del agua Efecto de la arena Efectos del aire Instalacin o pozo deficientes Columnas lubricadas con agua

APLICACIONES Sistemas de riego Extraccin de aguas subterrneas Proteccin contra incendios Aplicaciones industriales Desaguado de minas Represin de campos petroleros

OTRAS BOMBAS

VALVULA ANTIRRETORNO

APLICACIONES DE LAS BOMBAS AXIALES BOMBAS VERTICALES Las bombas verticales, son aptas para el traslado, para el reciclaje y para la distribucin de lquidos corrosivos. Estas bombas se recomiendan para la instalacin en pozos, tanques o depsitos con nivel variable. Las tecnologas constructivas, los materiales empleados y el proyecto hidruli o adoptado, permiten a las bombas c verticales satisfacer las exigencias de las instalaciones para productos qumicos (incluso cargados).

EN LA MEDICINA Estos dispositivos tienen un diseo simple, con pocas partes mviles, poca superficie de contacto con la sangre y adems no poseen vlvulas, por lo cual no son oclusivos. Su fcil insercin promete obviar los problemas tcnicos inherentes a la ex plantacin del dispositivo.

Las bombas axiales no producen succin y su grado de hemlisis es menor. Consecuentemente, su utili acin ha sido en reemplazo de la bomba peristltic a a rodillos y como asistencia circulatoria externa al paciente Las bombas axiales producen vasoconstriccin debido, probablemente, a un defecto no demostrado a nivel de los baroreceptores arteriales . Su fuente de energa es una batera de litio y las sup erficies en contacto con la sangre son de titanio [7]. Tambin se encuentra en etapa de dise o un modelo peditrico que es un quinto del tamao del modelo grande y pesa 18 g, con un volumen de desplazamiento de 5 ml [8].U T

LA BOMBA DE PRESION SUMER IBLE funciona al mismo tiempo como bomba a presin y como bomba sumergible, es silenciosa. La bomba puede permanecer constantement e sumergida. Una ventaja muy importante es su capacidad de operacin manual. Las desventajas son su bajo rendimiento, su descarga vibraciones.V

pulstil y pueden aparecer ruidos y

BOMBAS TURBINAS DE EJE VERTICAL Diseados para un amplio rango de servicios industriales, municipales, marinos y agrcolas. Capacidades hasta de 80,000GPM 18,168 m/hr) Cabezas a 3500 pies (1070 m) Temperaturas a 120 F Presiones hasta de 275 PSIGW

BOMBAS DE TORNILLO La aplicacin de las bombas de tornillo cubren una gama de mercadosdiferentes, tales como en la armada, en la marina y en el serviciode aceites combustibles, carga martima, quemadores industriales de aceite, servicio de lubricacin de aceite, procesos qumicos, industria de petrleo y del aceite crudo, hidrulica de potencia para la armada y las mquinas - herramientas y muchos otros. La bomba de tornillo puede manejar lquidos en una gama deviscosidad como la melaza hasta la gasolina, as como los lquidos sintticos en una gama de presiones de 50 a 5.000 lb/pulg2 y los flujos hasta de 5.000 gpm.