investigacion incompresibles

Mario Jos Martnez Farfn

i

Mquinas de Fluidos Incompresibles

Criterios De Seleccin De Mquinas De Fluidos Incompresibles

M.C. Lenin Russel Suarez Aguilar

Instituto Tecnolgico De Tuxtla Gutirrez

Departamento Metal-Mecnica

Ingeniera Mecnica

M.C. Lenin Russel Suarez

Aguilar

Instituto Tecnolgico de Tuxtla Gutirrez Mquinas de Fluidos Incompresibles

1

ndice

Introduccin

2

Maquinas Hidrulicas 3

Caractersticas Y Criterios De Seleccin De Las Maquinas De Fluidos Incompresibles

5

Curvas Caractersticas De Turbinas Hidrulicas

8

Curvas Caractersticas De Tres O Ms Variables.- Curvas Colina

13

Curvas Caractersticas De Mquinas Reales

15

Criterios De Seleccin De Ventiladores, Soplantes Y Compresores

17

Caractersticas De Rendimiento Y De Seleccin De La Bomba

18

Conclusin.

24

Referencia Bibliogrfica

25


2

Introduccin.

En las diferentes plantas industriales, los ingenieros han enfocado su esfuerzo en la

bsqueda de la eficiencia y economa, orientando las operaciones a la conservacin de la

energa, sin dejar de lado que las mquinas efecten el trabajo adecuadamente. Se ocupa

principalmente, sin que se limite, a la generacin de energa; a partir del diseo de

maquinaria y la seleccin de equipos, as como de la transformacin y utilizacin de la

energa en todas sus magnitudes.

Por lo anterior, ste trabajo les dar los medios para comprender las formas operativas de

las mquinas de fluidos, caracterizadas por efectuar el intercambio de energa con fluidos

incompresibles o fluidos que no varan sensiblemente su densidad, como las bombas,

ventiladores y turbinas hidrulicas; con la finalidad se posea una base firme sobre las

diferentes mquinas hidrulicas, las cuales revisten infinidad de formas y se encuentran en

un sin fin de aplicaciones en las industrias.

Las Mquinas Hidrulicas se pueden clasificar en dos grandes grupos como ya se ha

explicado en clases: las Turbo Mquinas Hidrulicas donde el rgano transmisor de

energa es un rodete que se mueve siempre con movimiento rotativo, y el otro grupo son

las Mquinas Hidrulicas de Desplazamiento Positivo donde el rgano intercambiador

de energa que puede moverse alternativa rotativamente cede energa al fluido el fluido

a l en forma de energa de presin creada por la variacin de volumen. Estos dos grupos

se subdividen en Mquinas Hidrulicas Motoras que absorben energa del fluido y

restituyen energa mecnica y Mquinas Hidrulicas Generadoras que absorben energa

mecnica y restituyen energa al fluido.

Este trabajo est dividido en los diferentes tipos de Mquinas Hidrulicas, y son las

siguientes:

Bases Conceptuales de las Mquinas Hidrulicas

Turbinas Hidrulicas

Ventiladores

Bombas Rotodinmicas

Seleccin y Aplicacin de las Bombas


3

Mquina Hidrulica

Una Mquina hidrulica es una variedad de mquina de fluido que emplea para

su funcionamiento las propiedades de un fluido incompresible o que se comporta

como tal, debido a que su densidad en el interior del sistema no sufre variaciones

importantes.

Convencionalmente se especifica para los gases un lmite de 100 mbar para el

cambio de presin; de modo que si ste es inferior, la mquina puede considerarse

hidrulica. Dentro de las mquinas hidrulicas el fluido experimenta un proceso

adiabtico, es decir no existe intercambio de calor con el entorno.

Clasificacin

Las mquinas hidrulicas se pueden clasificar atendiendo a diferentes criterios.

Segn la variacin de energa

En los motores hidrulicos, la energa del fluido que

atraviesa la mquina disminuye, obtenindose energa

mecnica, mientras que en el caso de generadores

hidrulicos, el proceso es el inverso, de modo que el fluido

incrementa su energa al atravesar la mquina.

Atendiendo al tipo de energa fluidodinmica que se

intercambia a travs de la mquina tenemos:

Mquinas en las que se produce una variacin de

la energa potencial, como por ejemplo el tornillo de Arqumedes.

Mquinas en las que se produce una variacin de la energa cintica, como por

ejemplo aerogeneradores, hlices o turbina Pelton. Estas se denominan

mquinas de accin y no tienen carcasa.

Mquinas en las que se produce una variacin de la entalpa (presin), como

por ejemplo las bombas centrfugas. Estas mquinas se denominan mquinas

de reaccin.


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Segn el tipo de intercambio

Teniendo en cuenta el modo en el que se intercambia la energa dentro de la

mquina su clasificacin puede ser as:

Mquinas de desplazamiento positivo o volumtrico. Se trata de uno de los

tipos ms antiguos de mquinas hidrulicas y se basan en el desplazamiento de

un volumen de fluido comprimindolo. El ejemplo ms claro de este tipo de

mquinas es la bomba de aire para bicicletas. Suministran un caudal que no es

constante, para evitarlo en ocasiones se unen varias para lograr una mayor

uniformidad. Estas mquinas son apropiadas para suministros de alta presin y

bajos caudales.

Segn el movimiento

Existen otros criterios, como la divisin en rotativas y alternativas, dependiendo de

si el rgano intercambiador de energa tiene un movimiento rotativo o alternativo,

esta clasificacin es muy intuitiva pero no atiende al principio bsico de

funcionamiento de estas mquinas.

En la tabla siguiente se muestra un resumen de la clasificacin de las mquinas

hidrulicas (l=lquido, g=gas).

Motoras

Volumtricas Alternativas - Bombas de mbolo1

Rotativas - Bombas rotoestticas

Turbomquinas Turbinas hidrulicas1

Aerogeneradores (g) (Mquina axial)

Generadoras

Volumtricas Alternativas - Bombas de mbolo

Rotativas - Bombas rotoestticas

Turbomquinas Bombas rotodinmicas o centrfugas (mquina radial) (l)

Ventiladores (g) (Mquina axial)


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CARACTERSTICAS Y CRITERIOS DE SELECCIN DE LAS MAQUINAS DE

FLUIDOS INCOMPRESIBLES

SELECCIN DEL TIPO DE TURBINA El criterio para conocer y seleccionar el tipo de turbina que corresponde a una determinada central hidroelctrica es la velocidad especfica, ya que se sabe qu cada turbina funciona con buenos rendimientos en un determinado campo de valores de aqulla. Por tanto la seleccin del tipo de turbina pasa por conocer la velocidad de giro, la potencia efectiva y la altura neta si se utiliza el nmero de Camerer o la velocidad de giro, el caudal y la altura neta si se emplea la velocidad especfica adimensional. Si se adopta el nmero de Camerer se toman como datos de partida:

Salto neto

Caudal turbinable

Rendimiento supuesto de la turbina. A continuacin:

Con , Q y se calcula la potencia efectiva, Con y se calcula el nmero de Camerer en funcin de la velocidad y

del nmero de chorros en el caso pelton. Se advierte que la velocidad especfica es un parmetro que es propio del rodete ms que en s de la turbina. Dependiendo del tipo de turbina es el caudal que se adopta, por ejemplo si se trata de una turbina Pelton el caudal que se adopta es el denominado unitario es decir, el de cada chorro y si se habla de una turbina Francis doble el caudal a adoptar es la mitad del total. Si una vez calculada la velocidad especfica se decide seleccionar una turbina pelton se juega con la velocidad de giro y el nmero de chorros hasta obtener una velocidad especfica dentro del campo en que aqulla trabaja con buen rendimiento. Si se trata de una turbina de reaccin en primer trmino hay que conocer la velocidad especfica mxima con que ha de trabajar la turbina para que no exista cavitacin y a continuacin se adopta la velocidad de giro para que se cumpla tal limitacin. Para unos datos de partida determinados habr varias soluciones al problema, elegir la ms idnea se sale del mbito de la asignatura; solamente cabe decir que es conveniente que el nmero de polos del generador y el nmero de chorros, en el caso pelton, deben ser limitados en turbinas de media y pequea potencia.


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En la siguiente tabla se indican datos orientativos para la seleccin de turbinas para los diferentes intervalos de potencia neta.

Potencia neta N X= n chorros

< 500 kW Microcentral 1000-3000 1 0.8 0.82

500-5000 kW

Minicentral 1000-3000 1, 2 0.85 0.85

5000-10000 kW

Midicentral 500-3000 1, 2, 4 0.88 0.9

>10.000 kW

Maxicentral Cualquier N 1, 2, 4, 6 0.9 0.93

Ejemplo: se tiene una central hidroelctrica que dispone de un caudal de 6 m3/s con una altura neta de 500 m. Suponemos que el rendimiento de la maquina sea del 90%. Con estos datos se tiene:

= = 0,9.9800.6.500 = 26.460.000 W = 36.000 CV

Se recuerda que el nmero de Camerer est preparado para que la velocidad de giro se exprese en rpm, la potencia efectiva en CV y la altura neta en m. O bien:

Si en primer trmino se piensa en una turbina pelton, teniendo en cuenta que una turbina de este tamao, bastante importante, arrastra directamente al generador, la velocidad de giro de la turbina ha de ser de sincronismo, es decir

Dnde: f es la frecuencia de la electricidad a generar en Hz, 50 en Europa, y p el nmero de pares de polos del generador. Con esto se tiene que las velocidades de sincronismo son 3.000, 1.500, 1.000, 750 rpm, etc. Con todo lo anterior podemos pensar en una turbina pelton de cuatro chorros y 750 rpm de velocidad de giro, con lo que:

Nmero de Camerer con que trabajan las turbinas Pelton con buen rendimiento.


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CURVAS CARACTERSTICAS DE TURBINAS HIDRULICAS 1.- OBTENCIN DE LAS VARIABLES PARA EL TRAZADO DE CURVAS CARACTERSTICAS. Se entiende por curva caracterstica de una mquina la representacin grfica de su funcionamiento, siendo en el caso de las turbinas hidrulicas extraordinariamente til. La representacin se realiza en un sistema de ejes coordenados cartesianos, figurando en abscisas, en ordenadas, y como parmetros las entidades que entran en juego en el fenmeno fsico, y definiendo las escalas convenientes de stas, se anotan sus magnitudes. Cada punto de las curvas caractersticas es un punto de funcionamiento de la mquina, de tal manera, que aquellas podran ser definidas como el lugar geomtrico de los puntos en que puede funcionar una turbina hidrulica. Se ha intentado por todos los medios trazar estas curvas por procedimientos analticos basados en la teora, introduciendo variaciones y aproximaciones; pero todos los intentos han sido baldos. El nico procedimiento vlido es el ensayo concienzudo de las mquinas. En el laboratorio, o bien con la mquina real instalada en la central, se realizan los ensayos necesarios haciendo funcionar la turbina de todas las maneras posibles, tomando medidas de las diferentes variables. Estas variables son: altura neta, caudal turbinado, grado de abertura del distribuidor, potencia til y revoluciones por minuto de la mquina. Para tomar estas medidas se necesita un manmetro para medir la altura neta; un caudalmetro para conocer el caudal, un freno tipo Prony o vatmetro para conocer la potencia til, y un tacmetro para medir la velocidad de giro de la mquina. Con estos valores, y ya en gabinete, puede calcularse otras variables, con que construir otras curvas caractersticas, como son: potencia absorbida, velocidades especficas, par, y sobre todo el rendimiento manomtrico. Con los valores calculados se pueden construir las curvas caractersticas de la turbina ensayada, estas tienen el inconveniente de que no pueden ser comparadas con facilidad con las correspondientes a otras turbinas. Con el fin de facilitar estas comparaciones, se refieren todos los datos obtenidos, a los que tendra una mquina imaginaria homloga, cuyo rodete tuviera un metro de dimetro y se dispusiera en un salto de un metro de altura neta.


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2.- CURVAS CARACTERSTICAS DE DOS VARIABLES. Una vez realizados los ensayos y los clculos consiguientes, se pueden construir diferentes curvas caractersticas; de entre ellas, con sus dos variables, cabe destacar las siguientes: 2.1.- PAR VELOCIDAD DE GIRO Llevando a abcisas la velocidad de giro N y a ordenadas el par C, tomando como parmetro el grado de apertura, se obtiene la figura 1.

Observando esta curva caracterstica se sacan las siguientes consecuencias;

1. Para un valor dado de la admisin, el par decrece al aumentar la velocidad de giro de una manera sensiblemente lineal.

2. Las turbinas poseen par de arranque. 3. La velocidad para la que se anula el par motor, es decir la velocidad de

embalamiento, es prcticamente igual para todos los grados de apertura.


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2.2.- POTENCIA VELOCIDAD DE GIRO Conocida la velocidad de giro N y el par C, la potencia valdr:

La curva caracterstica correspondiente se indica en la figura 2, de ella se deduce:

1. La curva caracterstica potencia velocidad de giro, forma una parbola, lo

que se puede demostrar analticamente con facilidad.

2. El mximo de la potencia se alcanza para una velocidad aproximadamente igual a la mitad de la de empalamiento.


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2.3.- CAUDAL - VELOCIDAD DE GIRO En la figura 3, se presenta esta curva caracterstica para las turbinas pelton, y francis lenta, normal y rpida. Estas curvas demuestran:

1. En las turbinas pelton el caudal es independiente de la velocidad de giro, como puede saberse recordando su funcionamiento.

2. En la turbinas francis lentas el caudal disminuye al aumentar la velocidad de

giro, ya que al tener un rodete de dimetro grande la fuerza centrfuga aumenta al aumentar la velocidad y dificulta la entrada de agua.

3. En las turbinas francis rpidas el caudal aumenta al aumentar la velocidad

de giro, pues el rodete tiene dimetro pequeo y la fuerza centrpeta al pasar el codo del labe es superior a la centrfuga.

4. En las turbina francis normales el caudal ser aproximadamente

independiente de la velocidad de giro.


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2.4.- POTENCIA RENDIMIENTO En la figura 4 se representan las curvas caractersticas potencia rendimiento para los diferentes tipos de turbinas. En ellas se observa:

1. En las turbinas pelton el rendimiento se mantiene bastante alto al variar la potencia, como ya se vio en captulos anteriores.

2. En las turbinas francis y sobre todo en las de hlices, el rendimiento baja fuertemente al variar la potencia.

3. La turbina Kaplan mantiene muy alto el rendimiento al modificarse la potencia, ya que tiene la posibilidad de orientar las palas convenientemente. Su curva caracterstica sera la envolvente de las correspondientes a una serie de turbinas de hlice con labes de diferente inclinacin.


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3.- CURVAS CARACTERSTICAS DE TRES O MS VARIABLES.- CURVAS COLINA En cada uno de los puntos con los que se han construido las curvas potencia velocidad de giro, se pueden anotar los valores del rendimiento y de la velocidad especfica. De la misma manera con que se procede en un plano topogrfico para trazar las lneas de nivel, se dibuja la familia de curvas que tienen el mismo rendimiento y la misma velocidad especfica, adquiriendo alguna de estas curvas la misma forma que las lneas de nivel de una colina, de ah su nombre. De esta forma en un mismo grfico se dispone de informacin sobre la potencia, la velocidad de giro, el grado de apertura, el rendimiento y la velocidad especfica; en la figura 5 se representan estas curvas.

Analizando este grfico se deducen las consecuencias siguientes:

El punto de mximo rendimiento no coincide con el de mxima potencia, ni est situado en la curva de apertura total. En general, se disean las turbinas, de forma de conseguir el mximo rendimiento con un grado de apertura del 80% al 90%, y no para un grado de admisin total. Indudablemente la turbina debe alcanzar su ptimo para la velocidad de rgimen.

Las curvas que forman las lneas isoetas (curvas de igual

rendimiento) son partes de elipse, ms o menos deformadas, y similares a las que tiene una colina en un plano topogrfico, de ah su nombre de curvas colina o curvas concha.


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La direccin del eje de las elipses y su excentricidad depende del tipo de turbina ensayada.

Las curvas correspondientes a las turbinas pelton (figura 3.1) tienen

su eje mayor prximo a la vertical y con una excentricidad bastante grande; ello es debido a que si se vara la potencia, o lo que es lo mismo el caudal, ya que el salto se mantiene constante, el rendimiento se mantiene, pues hay bastante distancia en el sentido de las ordenadas entre las curvas isoetas. En cambio, si se modifica la velocidad de giro, el rendimiento disminuye notablemente, pues las curvas estn ms juntas en el sentido de las abcisas.

Con objeto de apreciar mejor lo que antecede, se han dibujado en la figura 3.2 unos cortes en los sentidos de las ordenadas y de las abcisas de la figura 3.1

En las turbinas francis, el eje mayor de las elipses se inclina, y stas pierden excentricidad; ello es debido a que al variar el caudal, el rendimiento no se mantiene alto como en las pelton, y al variar la velocidad de giro tampoco disminuye tan fuertemente. La turbina hlice es el caso opuesto a las pelton, el eje mayor es sensiblemente horizontal y la excentricidad de las elipses tambin es fuerte; la causa es que al variar el caudal el rendimiento disminuye notablemente, mientras se mantiene alto al variar la velocidad de giro. Lo mismo que se ha indicado con la curva potencia velocidad de giro se puede hacer con la curva par velocidad de giro o con la caudal velocidad de giro, pudiendo llegar a consecuencias anlogas.


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4.- CURVAS CARACTERSTICAS DE MQUINAS REALES Teniendo en cuenta las siguientes funciones o variables y curvas de la figura 4.1.

11 Velocidad de la rueda de ensayo en rpm bajo altura neta de 1 m. 11 Potencia de la rueda de ensayo en CV bajo una altura neta de 1 m.

Curvas de potencia 11 en funcin de 11 tomando como parmetro al abertura del distribuidor.

Curvas de igual velocidad especfica ns

Curvas isoetas ( curvas colina)


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11 Velocidad de la rueda de ensayo en rpm bajo altura neta de 1 m. 11 Caudal en

3 bajo una altura neta de 1 m.

Curvas de potencia 11 en funcin de 11 tomando como parmetro al abertura del distribuidor.

Curvas de igual velocidad especfica.

Curvas colina (igual rendimiento)

Fig. 4.2. Curvas en colina de una turbina francis.


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11 Velocidad de la rueda de ensayo en rpm bajo altura neta de 1 m. 11 Caudal en

3 bajo una altura neta de 1 m. i Angulo de incidencia de los alabes del rodete.

Angulo de inclinacin de las directrices del distribuidor.

Curvas de igual abertura

Curvas de incidencia constante

Curvas de igual velocidad especfica.

Curvas colina (igual rendimiento).


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CRITERIOS DE SELECCIN DE VENTILADORES, SOPLANTES Y COMPRESORES Los criterios para la seleccin del tipo de aparato ms adecuado para la impulsin de gases son en principio los mismos que para la seleccin del tipo de bomba. Se han de tener en cuenta, por un lado, las propiedades del gas y por otro, las condiciones de la impulsin. En principio, el primer factor a considerar es la presin de descarga que se ha de alcanzar, o mejor dicho, el "salto de presin" requerido. Ello determina la seleccin entre los tres grandes tipos de aparatos (ventiladores, soplantes y compresores). Dentro de cada grupo deben conocerse, adems del caudal, las condiciones particulares de cada caso (funcionamiento continuo o intermitente, etc.). En la figura siguiente se muestra un ejemplo, en el que aparecen las zonas de presin y caudal aptas para cada tipo. La utilizacin de estos grficos es similar a la de los correspondientes a las bombas.

Grfica comparativa de los diversos tipos de ventiladores soplantes y compresores: Ventiladores 1. Soplantes de desplazamiento positivo: de tornillo 2; de lbulos rectos 3, de paletas 4. Compresores: alternativos de un cilindro 5; axiales de mltiples etapas 6; centrfugos de mltiples etapas 7; centrfugos de una sola etapa 8. Por otra parte, si se representa el coste del motor de impulsin como porcentaje del coste del compresor, en funcin de la velocidad de giro del motor, se observa que el coste mnimo se encuentra para velocidades de 1000 a 2000 r.p.m. Motores de estas caractersticas se pueden acoplar directamente a compresores rotativos y centrfugos, incidiendo favorablemente en su coste. Otros factores dignos de consideracin a la hora de seleccionar el aparato ms adecuado sern su flexibilidad, hermeticidad, ruido, posible contaminacin del gas, exigencias de cimentacin, mantenimiento, repuestos, etc.


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CARACTERSTICAS DE RENDIMIENTO Y DE SELECCIN DE LA BOMBA Caractersticas de rendimiento de la bomba El aumento de carga real ganado por el fluido a travs de una bomba se puede determinar mediante un arreglo experimental que se muestra en la figura "disposicin experimental caracterstica para determinar el aumento de carga ganado por un fluido que circula a travs de una bomba". La potencia ganada por el fluido est expresada en trminos de caballos de potencia tradicionalmente se denomina fuerza o potencia hidrulica. Adems de la carga o potencia agregada al fluido, la eficiencia total est dada por: Donde el denominador representa la potencia total aplicada al eje de la bomba y a menudo se denomina potencia al freno. La eficiencia total de la bomba es afectada por las prdidas hidrulicas en la bomba y adems por las prdidas mecnicas en los cojinetes y los sellos. Tambin puede haber algo de perdida de potencia debido a fuga del lquido entre la superficie trasera de la placa del cubo del impulsor y la caja, o a travs de otros componentes de la bomba. El rendimiento volumtrico de la bomba es el cociente que se obtiene al dividir el caudal de lquido que comprime la bomba y el que tericamente debera comprimir, conforme a su geometra y a sus dimensiones. Dicho en otros trminos el rendimiento volumtrico expresa las fugas de lquido que hay en la bomba durante el proceso de compresin, fugas que se deben a las holguras existentes en el interior de los componentes de la bomba. El rendimiento volumtrico es un factor de la bomba muy importante, pues a partir de l se puede analizar la capacidad de diseo y el estado de desgaste en que se encuentra una bomba, as si el rendimiento volumtrico disminuye con una alta tasa de cambio, el desgaste de sus elementos ya es demasiado. El rendimiento volumtrico se ve afectado tambin por la presin del fluido hidrulico que se transporta y tambin por la temperatura del mismo. Rendimiento mecnico El rendimiento mecnico mide las prdidas de energa mecnica que se producen en la bomba, debidas al rozamiento y a la friccin de los mecanismos internos. Es esencial evitar la friccin y el rozamiento en el interior de la bomba, de tal manera que la energa que se comunica al eje de la bomba se invierta, en el mayor grado posible en aumentar la presin del lquido y no en vencer rozamientos y fricciones excesivas entre las partes mecnicas de la bomba. En trminos generales se puede afirmar que una bomba de bajo rendimiento mecnico es una bomba de desgaste acelerado, principalmente debido al rozamiento que sufre las partes en movimiento.


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Rendimiento total o global El rendimiento total o global es el producto de los rendimientos volumtrico y mecnico. Se llama total porque mide la eficiencia general de la bomba en su funcin de bombear lquido a presin, con el aporte mnimo de energa al eje de la bomba. Esta consideracin, de aporte mnimo de energa a los mecanismos del avin, es general y muy importante en la ingeniera aeronutica, debido a que toda la energa se obtiene de los motores. As pues el rendimiento total se expresa como el consumo de energa necesario para producir la presin hidrulica nominal del sistema. Carga de Aspiracin neta positiva (CANP o NPSH) Sobre el lado de aspiracin de una bomba es comn que haya bajas presiones, con la posibilidad concomitante de que dentro de la bomba ocurra cavitacin. La cavitacin ocurre cuando la presin del fluido en un punto dado es menor que la presin del vapor del lquido. Cuando ocurre esto se forman burbujas de vapor y este fenmeno puede provocar una reduccin de la eficiencia, as como un dao estructural de la bomba. Para caracterizar el potencial de cavitacin se usan la diferencia entre la carga total sobre el lado de aspiracin, cerca de la entrada del impulsor de la bomba y la carga de presin de vapor del lquido.

La NPSH:

La cada interna de presin que sufre un fluido cuando este ingresa al interior de

una bomba centrfuga. Cuando el fluido ingresa a una bomba centrfuga, lo hace

siempre por el centro del rodete impulsor, lugar en donde toma contacto con las

paletas de dicho rodete para ser luego impulsado hacia la periferia de la bomba.

Pero, al hacer contacto con dicha paletas, el fluido sufre lo que se denomina "Efecto

de la Proa de Fuhrmann". Este efecto, establece que el fluido, que ya ha pasado

por las prdidas de friccin y de accesorios del sistema de tuberas, an contina

perdiendo presin esta vez dentro de la bomba centrfuga, al reacomodarse al

contorno de la paleta, en cuya punta el fluido choca contra el extremo, se reacomoda

rpidamente, aumenta su velocidad, y por ende disminuye su presin. Otro factor

que determina esta cada de presin es el hecho de que el flujo ingresa al centro

del rodete de forma axial, y se debe reorientar para seguir el contorno de las paletas.

La NPSH es un parmetro importante en el diseo de un circuito de bombeo: si la presin en el circuito es menor que la presin de vapor del lquido, ste entrar en algo parecido a la ebullicin: se vaporiza, producindose el fenmeno de cavitacin, que puede dificultar o impedir la circulacin de lquido, y causar daos en los elementos del circuito. En las instalaciones de bombeo se debe tener en cuenta la NPSH referida a la aspiracin de la bomba.


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Distinguindose dos tipos de NPSH: NPSH requerida: es la NPSH mnima que se necesita para evitar la cavitacin. Depende de las caractersticas de la bomba, por lo que es un dato que debe proporcionar el fabricante en sus curvas de operacin.

Donde Hz es la presin mnima necesaria a la entrada del rodete, en m.c.l. (metros de columna de lquido).

Es la presin cintica correspondiente a la velocidad de entrada del lquido en la boca de aspiracin, en m.c.a. (para Va en m/s).

NPSH disponible: depende de las caractersticas de la instalacin y del lquido a bombear.

Donde

Es el peso especfico del lquido (N/m3). Pa es la presin en el nivel de aspiracin, en Pa Ha es la altura geomtrica de aspiracin en m.c.l. hf es la prdida de carga en la lnea de aspiracin, en m.c.l. Pv es la presin de vapor del lquido a la temperatura de bombeo, en Pa La NPSH disponible debe ser mayor que la NPSH requerida para evitar la cavitacin. Las causas ms frecuentes de que esta condicin no se cumpla son dos:

Aumento de la prdida de carga en la lnea de aspiracin, bien por obstruccin de la tubera o filtro de aspiracin, bien por funcionamiento de la bomba con la vlvula de aspiracin semicerrada.

Aumento de la presin de vapor del lquido al aumentar su temperatura, por ejemplo si el lquido a bombear se refrigera previamente, y esta refrigeracin falla.


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Tipos de prdida Las prdidas de energa en el interior de la bomba son de tres especies: Prdida hidrulica: debido a un frotamiento continuo para accidentales que el lquido encuentran al atravesar la bomba. Prdidas volumtricas: Dividas a las fugaces que eventualmente se pueden producir al pasar el lquido a travs de la bomba, las obras pueden ser diferencias de presiones, o que existe entre las partes fijas y mviles de la bomba. Otras fugas importantes son por creacin de gases o vapores y ocupar un volumen concentrado en el interior de la bomba lo que provoca la disminucin del caudal. Prdida mecnica: debido a los frotamientos mecnicos en el las partes fijas y las partes de la bomba, como por ejemplo en el pernos y cojinetes, entre pistones y cilindros, etc. Caractersticas del Funcionamiento de las Bombas a Velocidad Constante El rendimiento de una bomba vara considerablemente dependiendo de las condiciones bajo las cuales est operando. Por tanto, cuando se selecciona una bomba para una situacin dada, es importante que la persona encargada de realizar dicha seleccin tenga informacin relativa el funcionamiento de las distintas bombas entre las que vaya a realizarse la eleccin. El fabricante de bombas suele tener informacin de este tipo, basada en ensayos de laboratorio, sobre su catlogo de bombas estndar. Sin embargo, algunas veces las bombas de gran capacidad se fabrican a medida. A menudo se fabrica y se ensaya un modelo de tal bomba entes de realizar el diseo final del prototipo de la bomba. Aun cuando algunas bombas centrfugas son accionadas por motores de velocidad variable, la forma ms frecuente de operacin de las bombas es a velocidad constante. La forma de los impulsores y de los alabes y su relacin con la envolvente de la bomba dan lugar a variaciones en la intensidad de las prdidas por choque, la friccin del fluido y la turbulencia. Dichos parmetros vara con la altura y el caudal, siendo responsables de las grandes modificaciones en las caractersticas de las bombas. La altura en vaco es la que desarrolla la bomba cuando no hay flujo. En el caso de las bombas centrfugas de flujo mixto, la altura en vaco es alrededor de un 10 por 100 mayor que la altura normal, que es la que corresponde al punto de mximo rendimiento, mientras que en el caso de las bombas de flujo axial la altura en vaco puede ser hasta tres veces la altura normal. La eleccin de una bomba para condiciones determinadas depender de la velocidad de giro del motor que la acciona. Si la curva caracterstica de una bomba para una velocidad de giro dada es conocida, la relacin entre la altura y el caudal para velocidades de giro distintas puede deducirse a partir de ecuaciones.


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Cavitacin en las Bombas Un factor importante para el funcionamiento satisfactorio de una bomba es evitar la cavitacin, tanto para obtener un buen rendimiento como para evitar daos en el impulsor. Cuando un lquido pasa por el impulsor de una bomba, se produce un cambio de presin. Si la presin absoluta de un lquido cae por debajo de s presin de vapor, se producir cavitacin. Las zonas de vaporizacin obstruyen el flujo limitando la capacidad de la bomba. Cuando el fluido avanza a una zona de mayor presin, las burbujas colapsan y su implosin puede producir un picado del impulsor la cavitacin suele producirse con ms frecuencia cerca de la salida (periferia) de los impulsores de flujo radial y mixto, donde se alcanzan las velocidades mayores. Tambin puede aparecer en la aspiracin del impulsor, donde las presiones son menores. En el caso de las bombas de flujo axial, la parte ms vulnerable a la cavitacin es el extremo de los alabes. Para las bombas se define el parmetro de cavitacin como para evitar que se produzca cavitacin, la bomba debe funcionar de manera que sea mayor que c. Esto puede conseguirse seleccionando el tipo, tamao de bomba y la velocidad de funcionamiento adecuados, y situando la bomba en el punto y a la elevacin correcta dentro del sistema. La cavitacin ocurre cuando la presin absoluta dentro de un impulsor cae por debajo de la presin del vapor del lquido y se forman burbujas de vapor. Estos se contraen ms adelante en los alabes del impulsor cuando llegan a una regin de dispersin ms alta. La cavitacin de la bomba se nota cuando hay uno o ms de las siguientes seales: ruido, vibracin, cada en la curva de capacidad de carga y eficiencia, con el paso del tiempo, por los daos en el impulsor por picaduras y erosin. Como todas estas seales son inexactas, se hizo necesario aplicar ciertas reglas bsicas para establecer cierta uniformidad en la deteccin de la cavitacin.


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Conclusin.

Despus de finalizar el presente trabajo he notado la importancia que tienen las bombas, compresores, ventiladores, y turbinas en nuestra vida diaria, tambin la relevancia que tienen en la tecnologa mecnica.

Ahora bien, lo que se busc con este trabajo es encontrar la manera de elegir con un buen criterio y adems de un buen sentido mecnico nuestra mquina de fluido incompresible (las bombas, compresores, ventiladores, y turbinas) que vayamos a utilizar, dependiendo el uso, la necesidad que tengamos y el lugar donde la necesitaremos. Se sabe que en el mercado existen una gama de diferentes maquinas, pero siempre hay que buscar la adecuada.

Se sabe que en el mercado existen una gama de diferentes maquinas, pero siempre hay que buscar la adecuada para el uso y nuestro bolsillo.

Este trabajo es realmente importante para mi desarrollo profesional y para la consulta de todos los estudiantes y personas interesadas en esta materia.

De igual forma se puede decir que es fundamental para ampliar y profundizar mucho ms en lo que son la turbo mquinas y su utilidad en nuestra sociedad.


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Referencia Bibliogrfica.

Mataix, Claudio (1986). Mecnica de Fluidos y Mquinas

Hidrulicas. Segunda Edicin. Espaa: Ediciones del Castillo S.A.

Pfleiderer, G. (1960). Bombas Centrfugas y Turbocompresores.

Editorial Labor.

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_hidr%C3%A1ulica

Kenneth J. (1998). Bombas, Seleccin, Uso y Mantenimiento.

Mxico: Editorial McGraw-Hill

investigacion incompresibles

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