calculo de bombas centrifugas

CONCEPTOS BASICOS

BOMBAS CENTRIFUGAS

I

BOMBA:

• Máquina para desplazar líquidos.

• Se basa en la forma más económica de transportar fluidos: Tuberías.

• Le da al fluido la energía necesaria para su desplazamiento.

• Transporta al fluido de una zona de baja presión a una de alta presión.

CONCEPTOS BASICOS

PARTES PRINCIPALES DE UNA BOMBA:

CONCEPTOS BASICOS

VOLUTA

IMPULSOR

IMPULSOR:

CONCEPTOS BASICOS

IMPULSOR:

CONCEPTOS BASICOS

IMPULSOR SEMI-ABIERTO IMPULSOR CERRADO

CAUDAL:

• Es el volúmen de líquido desplazado por la bomba en una unidad de tiempo.

• Se expresa generalmente en litros por segundo (l/s), metros cúbicos por hora (m³/h), galones por minuto (gpm), etc.

CONCEPTOS BASICOS

CAUDAL:

1 l/s = 3.6 m³/h = 15.8 gpm

1 m³/h = 0.28 l/s = 4.38 gpm

1 gpm = 0.063 l/s = 0.23 gpm

CONCEPTOS BASICOS

ALTURA DE LA BOMBA (H):

• Es la energía neta transmitida al fluido por unidad de peso a su paso por la bomba centrífuga.

• Se representa como la altura de una columna de líquido a elevar.

• Se expresa normalmente en metros del líquido bombeado.

CONCEPTOS BASICOS

ALTURA DE LA BOMBA (H):

CONCEPTOS BASICOS

C 2 ( m/s )

C 1 ( m/s )

P 1

P 2

H ( m ) H = DH + (P2 - P1) + ( C2² - C1² ) / 2g

DN 4"

DN 6"

-10 "Hg

80 psi

0.8 m

ALTURA DE LA BOMBA (H) - Ejemplo:

CONCEPTOS BASICOS

H = 0.8 + (56.3 + 3.46) + (3.08 ² - 1.37²) / 2g

H = 0.8 + 59.8 + 0.4 H = 60.9 m

( 1 psi = 0.704 m )( 1 “Hg = 0.346 m )( g = 9.81 m/s² )

Q = 25 l/s

GRAVEDAD ESPECIFICA (S):

• Es la relación entre la masa del líquido bombeado (a la temperatura de bombeo) y la masa de un volumen idéntico de agua a 15.6 °C. (Relación de densidades)

• Se considera S=1 para el bombeo de agua.

CONCEPTOS BASICOS

POTENCIA HIDRAULICA (PH):

• Es la energía neta transmitida al fluido.

PH = rxQxgxHó PH = QxHxS PH : P.Hidráulica ( HP )

75 Q : Caudal ( l/s ) H : Altura ( m )

S : Gravedad específica( 1 para agua limpia )

CONCEPTOS BASICOS

EFICIENCIA DE LA BOMBA (h):

• Representa la capacidad de la máquina de transformar un tipo de energía en otro.

• Es la relación entre energía entregada al fluido y la energía entregada a la bomba.

• Se expresa en porcentaje.

Potencia hidráulica

Potencia al eje de la bomba

CONCEPTOS BASICOS

h =

PERDIDAS DENTRO DE LA BOMBA:

CONCEPTOS BASICOS

POTENCIA DE LA BOMBA ( P ):

• Potencia entregada por el motor al eje de la bomba.

P = QxHxS P : Potencia ( HP ) 75xh Q : Caudal ( l/s )

H : Altura ( m )

S : Gravedad específica

( 1 para agua limpia )

h : Eficiencia ( % )

CONCEPTOS BASICOS

CURVA DE UNA BOMBA CENTRIFUGA

CURVAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS:

• La Altura ( H ), la Eficiencia (h), el NPSH requerido (NPSHr) y la Potencia Absorbida (P) están en función del Caudal (Q) .

• Estas curvas se obtienen ensayando la bomba en el Pozo de Pruebas.

CURVAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS

CURVA DE UNA BOMBA:

(%)H-Q

P

H(m)

Q ( L / S )

MR

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

050100150200250300(HP)P

20304050607080

12HQRL-11

D=203.41750-RPM


CURVA DE UNA BOMBA:

MODELO DE LA

BOMBA

(%)H-Q

P

H(m)

Q ( L / S )

MR

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

050100150200250300(HP)P

20304050607080

12HQRL-11D=203.4

1750-RPM


CURVA DE UNA BOMBA:

VELOCIDAD

(%)H-Q

P

H(m)

Q ( L / S )

MR

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

050100150200250300(HP)P

20304050607080

12HQRL-11

D=203.41750-RPM


CURVA DE UNA BOMBA:

(%)H-Q

P

H(m)

Q ( L / S )

MR

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

050100150200250300(HP)P

20304050607080

12HQRL-11

D=203.41750-RPM

CURVA H-Q


CURVA DE UNA BOMBA:

CURVA DE EFICIENCIA

(%)H-Q

P

H(m)

Q ( L / S )

MR

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

050100150200250300(HP)P

20304050607080

12HQRL-11

D=203.41750-RPM


CURVA DE UNA BOMBA:

CURVA DE POTENCIA

(%)H-Q

P

H(m)

Q ( L / S )

MR

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

050100150200250300(HP)P

20304050607080

12HQRL-11

D=203.41750-RPM


CURVA DE UNA BOMBA:

DIAMETRO

(%)H-Q

P

H(m)

Q ( L / S )

MR

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

050100150200250300(HP)P

20304050607080

12HQRL-11

D=203.41750-RPM


LEYES DE AFINIDAD:

• Relaciones que permiten predecir el rendimiento de una bomba a distintas velocidades.

• Cuando se cambia la velocidad:

1. El Caudal varía directamente con la velocidad.2. La Altura varía en razón directa al cuadrado de la

velocidad.3. La Potencia absorbida varía en razón directa al

cubo de la velocidad.


LEYES DE AFINIDAD:

• Q2 = Q1(n2/n1)

• H2 = H1(n2/n1)²

• P2 = P1(n2/n1)³

n2, n1 : Velocidades (rpm)

(%)

H-Q

P

H(m)

Q ( L / S )

MR

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

050100150200250300(HP)P

20304050607080

12HQRL-11

D=203.41750-RPM


PERDIDAS EN TUBERIAS Y ACCESORIOS

VISCOSIDAD:

• Resistencia al flujo.

• Aumenta con la disminución de la temperatura.


FACTORES QUE PROVOCAN PERDIDAS:

• Viscosidad del fluido

• Velocidad del flujo ( Caudal, diámetro de la tubería )

• Rugosidad de la tubería ( Material, edad )

• Turbulencia del flujo ( Válvulas y accesorios )


CALCULO DE PERDIDAS EN TUBERIAS:FORMULA DE HAZEN - WILLIAMS

hF = 1760 x L ( Q / C )^1.43D^4.87


hF : Pérdidas (m)L : Longitud de la tuberíaC : Coeficiente de pérdidas

Tubería de acero : C=110 Tubería de PVC : C = 140

D : Diámetro de la tubería (pulg.)

CALCULO DE PERDIDAS EN TUBERIAS:FORMULA DE HAZEN - WILLIAMS


Material Condición CHW

Fierro Fundido Todo 100Fierro galvanizado Todo 100Concreto Todo 110Hierro Fundido Con revestimiento 135 a 150

Encostrado 80 a 120PVC Todo 150Asbesto Cemento Todo 140Polietileno Todo 140Acero soldado 12 120

8 10 1194 6 118

Acero bridado 24 11312 20 1114 10 107

Limitaciones: T° Normales, 2” , V 3 m/seg

CALCULO DE PERDIDAS EN ACCESORIOS:METODO DEL “K”


Rev d

hf kv2

2g

k = Factor de fricción (depende del tipo

de válvula o accesorio ).

v = Velocidad media (Q/area) (m/seg).

g = Aceleración de la gravedad (9.8

m2/seg).

CALCULO DE PERDIDAS EN ACCESORIOS:METODO DEL “K”


Fitting K Fitting KValves: Elbows:

Globe, fully open 10 Regular 90°, flanged 0.3

Angle, fully open 2 Regular 90°, threaded 1.5

Gate, fully open 0.15 Long radius 90°, flanged 0.2

Gate 1/4 closed 0.26 Long radius 90°, threaded 0.7

Gate, 1/2 closed 2.1 Long radius 45°, threaded 0.2

Gate, 3/4 closed 17 Regular 45°, threaded 0.4

Swing check, forward flow 2

Swing check, backward flow infinity Tees:

Line flow, flanged 0.2

180° return bends: Line flow, threaded 0.9

Flanged 0.2 Branch flow, flanged 1

Threaded 1.5 Branch flow, threaded 2


Rev d

hf kv2

2g


RANGOS APROXIMADOS DE VARIACION DEL “K”

CURVA DEL SISTEMA

CURVA DEL SISTEMA:Un «Sistema» es el conjunto de tuberías y accesorios que forman parte de la instalación de una bomba centrífuga.

Cuando queremos seleccionar una bomba centrífuga debemos calcular la «resistencia» al flujo del líquido que ofrece el sistema completo a través sus componentes (tuberías más accesorios).

La bomba debe suministrar la energía necesaria para vencer esta resistencia que esta formada por la altura estática más las pérdidas en las tuberías y accesorios. La altura estática total es una magnitud que generalmente permanece constante para diferentes caudales mientras que la resistencia de las tuberías y accesorios varían con el caudal.

CURVA DEL SISTEMA

ALTURA DINAMICA TOTAL (ADT):

Energía que requiere el fluido en el sistema para trasladarse de un lugar a otro.

ADT = Hgeo + ( Pa - Pb ) + ( Va² - Vb² ) / 2g + SHf

CURVA DEL SISTEMA

Altura estática total (m)

Diferencia de presiones absolutas (m)

Diferencia de energías de velocidad (m)

Pérdidas en las tuberías y accesorios (m)

N

H geo.

H desc.

H succi.Pa

Pb

Vb

Va

ADT = Hgeo + ( Pa - Pb ) + ( Va² - Vb² ) / 2g + SHf

CURVA DEL SISTEMA

ADT = Hgeo + SHf

N

H geo.

H desc.

H succi.

Pres. atm.

Va

Pres. atm.

Vb

CURVA DEL SISTEMA

CURVA DEL SISTEMA-PUNTO DE OPERACION:

(m)H

Q ( l / s )

50

40

30

20

10

25201510500

He

Hf

PUNTO DE OPERACION

ADT

CURVA DEL SISTEMA

SUCCION DE LA BOMBA CAVITACION Y NPSH

SUCCION DE LA BOMBA

Hs ( + )

Hs ( - )

SUCCION NEGATIVA

SUCCION POSITIVA

CAVITACION:

• Fenómeno que ocurre cuando la presión absoluta dentro del impulsor se reduce hasta alcanzar la presión de vapor del líquido bombeado y se forman burbujas de vapor. El líquido comienza a “hervir”.

• Estas burbujas colapsan al aumentar la presión dentro de la bomba originando erosión del metal.

• Se manifiesta como ruido, vibración; reducción del caudal, de la presión y de la eficiencia. Originan deterioro del sello mecánico.

• NPSH (NET POSITIVE SUCTION HEAD)

SUCCION DE LA BOMBA

NPSHrequerido:

• Energía mínima (presión) requerida en la succión de la bomba para permitir un funcionamiento libre de cavitación. Se expresa en metros de columna del líquido bombeado.

• Depende de: -Tipo y diseño de la bomba-Velocidad de rotación de la bomba-Caudal bombeado

SUCCION DE LA BOMBA

NPSHrequerido:

SUCCION DE LA BOMBA

H(m)

Q ( L / S )

MR

(%)

H-Q

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

050100150200250300(HP)P

20304050607080

12HQRL-11

D=203.41750-RPM

(m) (ft)NPSH

30

20

10

0

108642

NPSRreq

NPSHdisponible:

• Energía disponible sobre la presión de vapor del líquido en la succión de la bomba. Se expresa en metros de columna del líquido bombeado

• Depende de: -Tipo de líquido-Temperatura del líquido-Altura sobre el nivel del mar

(Presión atmosférica)- Altura de succión- Pérdidas en la succión

SUCCION DE LA BOMBA

SUCCION DE LA BOMBA

Z

Z

hL

P2

Pg

V2

2 g

2

P1

Pg

V1

2 g

2 DISTRIBUCION DE ENERGIA EN LA SUCCION DE LA BOMBA

NPSHdisponible:

SUCCION DE LA BOMBA

SNPSHd = Pa - Pv + Hsuc - Hf

Pa : Presión atmosférica (m)Pv : Presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeoS : Gravedad específica del líquido

bombeadoHsucc: Altura de succión ( + ó - ) (m)Hf : Pérdidas por fricción en la tubería de succión (m)

Pv y Pa:

SUCCION DE LA BOMBA

0 0.062

10 0.125

20 0.238

30 0.432

40 0.752

50 1.258

60 2.031

70 3.177

80 4.829

90 7.149

100 10.332

TEMPERATURA º C

Pv (m)ALTITUD

msnm0 10.33

500 9.73

1000 9.13

1500 8.53

2000 8.00

2500 7.57

3000 7.05

3500 6.62

4000 6.20

4500 5.78

5000 5.37

Pa (m)

PARA QUE LA BOMBA NO CAVITE:

SUCCION DE LA BOMBA

NPSHdisponible > NPSHrequerido

ESQUEMA DE INSTALACION:

SUCCION DE LA BOMBA

VALVULACOMPUERTA

VALVULA DERETENCION

VALVULACOMPUERTA

INSTALACION CON SUCCION POSITIVA


SUCCION DE LA BOMBA

COMPUERTAVALVULA DE

RETENCIONVALVULA DE

CONEXION PARAEL SUMINISTRODE CEBADO

INSTALACION CON SUCCION NEGATIVA


SUCCION DE LA BOMBA

VALVULA DE PIE Y CANASTILLATUBERIA DE SUCCION CON

VALVULA DE PIECON CANASTILLA

CORRECTO

BOMBA

DESCARGA

SUCCIONINCORRECTO

BOLSADE AIRE

RECOMENDACIONES DE INSTALACION:

SUCCION DE LA BOMBA

BIEN MAL


SUCCION DE LA BOMBA

BIEN MAL

CORRECTO MAL

BURBUJASDE AIRE

DEFECTOS MAS COMUNES

NIVEL MUY BAJO DESCARGA SUPERIORCON INTRODUCCION

DE AIRE

ENTRADA EXCENTRICACAUSANDO ROTACION

SOLUCIONES POSIBLES

SUMERGENCIA

CAUDAL L / S

SU

ME

RG

EN

CIA

(m

)

6

0.2

0

0.6

0.4

0.8

10 20 30 40

S = SUMERGENCIA

1.2

1.0

1.4

1.8

1.6

2.0

15050 60

S

100 300200 350


SUCCION DE LA BOMBA

CORRECTO MAL

BURBUJASDE AIRE

DEFECTOS MAS COMUNES

NIVEL MUY BAJO DESCARGA SUPERIORCON INTRODUCCION

DE AIRE

ENTRADA EXCENTRICACAUSANDO ROTACION

SOLUCIONES POSIBLES

SUMERGENCIA

CAUDAL L / S

SU

ME

RG

EN

CIA

(m

)

6

0.2

0

0.6

0.4

0.8

10 20 30 40

S = SUMERGENCIA

1.2

1.0

1.4

1.8

1.6

2.0

15050 60

S

100 300200 350

SELECCION DE UNA BOMBA CENTRIFUGA

INFORMACION REQUERIDA:

1. DEFINIR LA APLICACIÓN2. CAUDAL A MOVER3. ALTURA A DESARROLLAR4. NPSH DISPONIBLE5. CARACTERISTICAS DEL LIQUIDO6. VELOCIDAD DE BOMBA7. FORMA DE LAS CURVAS DE OPERACION8. CONSTRUCCION



EFIC IEN C IA (

C AU D AL (Q )ALT U R A (AD T )

C O N D IC IO N ES D E O PER AC IO N

EJE L IB R E MO N O B LO C K

B O MB A H O R IZO N T AL

T U R B IN A VER T IC AL SU MER G IB LE

B O MB A D E PO ZO PR O FU N D O

C O N D IC IO N ES D E IN ST ALAC IO N

PAU T AS D E SELEC C IO N

SELECCION DE UNA BOMBA CENTRIFUGA EJE LIBRE

LIQUIDO : AGUA LIMPIA A 30°CCAUDAL : 15 l/sADT : 35 m

CONDICIONES DE OPERACION:

SELECCION DE UNA BOMBA

ABACO DE SELECCION A 3600 RPM:

80

(50)40-250

CAUDAL U.S. GPM

(8.5)

CAUDAL LITROS / SEGUNDO

50 32-160L

100.5

15

20

30

40

METROSALTURA

21 3 4 5

(6)

32-125(12)

ABSORBIDO(X) HP MAXIMO

3600 RPM

60

70

9080

100

160

120

140

200180

250

10

32-160

20 40 60

(15) 65-160(44)

6 87 109 20 30

(12)40-125

65-160(26)

50-125(17)

6040 50 80

80

40

60

100

150

600

65-250(130)

40-160

(36)40-200

(48)50-200

(80)50-250

200100 400

800ALTURA

65-200(95)

PIES

200

300

500

400

600

1000800

SELECCION DE UNA BOMBA

CURVA INDIVIDUAL BOMBA 50 - 125:

149

141125

110

50

55

60

65

70.5

6769

70

7069

67%65605550

Ø149

Ø141

Ø125

Ø110

N(HP)

151052

50-125n = 3480 RPM

30

20

10

0

(m)NPSH

(ft)

10864

2

(m)H

(ft)

H

Q ( l / s )

Q ( U.S.gal / min)

50160

140

120

100

80

60

40

3002001000

40

30

20

10

2520151050

CAUDAL : 15 l/sADT : 35 mEFICIENCIA : 69%POTENCIA ABS.: 10.1 HPPOT. MAXIMA : 13 HPVELOCIDAD : 3480 RPMDIAM. IMPULSOR: 141 mmNPSHr : 3 m

BOMBA HORIZONTAL DE EJE LIBRE

BOMBAS Y SOLUCIONES CON TECNOLOGIA

calculo de bombas centrifugas

Documents

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formula de

perdidas en

altura de

conceptos

metodo del

s6

la bomba