Golpe Ariete-Cavitacion-Bomba Engrane

 

 

UNIVERSIDAD TÉCN UNIVERSIDAD TÉCNICA ICA DE AMB AMBATO ATO FACULTAD DE INGENIE INGENIERÍA RÍA EN SISTE SISTEMAS, MAS, EL ELECTRÓ ECTRÓNICA NICA E INDUSTRIAL INDUSTRIAL

GOLPE DE ARIET A RIETE, E, CAVITACIÓN Y BOMBAS DE ENGRANES  Carrera:

Ingeniería Industrial

Nombre:

Vargas Edisson

Nivel:

Séptimo “A” 

Módulo y Docente:

Control Hidráulico y Neumático Ing. Christian Mariño.

MARZO  – AGOSTO 2018

 

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL I NDUSTRIAL CARRERA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIÓN PERÍODO ACADÉMICO: MARZO – MARZO – AGOSTO  AGOSTO 2018 

OBJETIVOS: GENERAL   Investigar acerca del golpe de ariete, la cavitación y de las bombas de engranes.

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ESPECÍFICOS   Realizar una investigación referente a los efectos del golpe de ariete en las tuberías.

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  Consultar sobre la cavitación en los rotores con álabes.

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  Buscar información sobre bombas de engranes, definiendo partes, funcionamiento, etc.

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INTRODUCCIÓN  El golpe de ariete o pulso de Zhukowski (llamado así por el ingeniero ruso Nikolái Zhukovski) es,  junto a la cavitación, el principal causante de averías en tuberías e instalaciones hidráulicas. hidráulicas. Las bombas de engranajes se usan para bombear aceite de lubricación, y casi siempre tienen un componente de vibración fuerte en la frecuencia del engranaje, que es el número de dientes en el engrane por las RPM. Este componente dependerá fuertemente de la presión de salida de la bomba. Si la frecuencia del engranaje se cambia de manera significativa, y hay una aparición de armónicos o de bandas laterales, en el espectro de vibración, este podría ser una indicación de un diente cuarteado o dañado de otra manera.

DESARROLLO  GOLPE DE ARIETE [1]  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). En consecuencia, cuando se cierra bruscamente una válvula o un grifo instalado en el extremo de una tubería de cierta longitud, las partículas de fluido que se han detenido son empujadas por las que vienen inmediatamente detrás y que siguen aún en movimiento. Esto origina una sobrepresión que se desplaza por la tubería a una velocidad que puede superar la velocidad del sonido en el fluido. Esta sobrepresión tiene dos efectos: comprime ligeramente el fluido, reduciendo su volumen, y dilata ligeramente la tubería. Cuando todo el fluido que circulaba en la tubería se ha detenido, cesa el impulso que lo comprimía y, por tanto, éste tiende a expandirse. Por otro lado, la tubería que se había ensanchado ligeramente tiende a retomar su dimensión normal. Conjuntamente, estos efectos provocan otra onda de presión en el sentido contrario. El fluido se desplaza en dirección contraria pero, al estar la válvula cerrada, se produce una depresión con respecto a la presión normal de la tubería.

 

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Al reducirse la presión, el fluido puede pasar a estado gaseoso formando una burbuja mientras que la tubería se contrae. Al alcanzar el otro extremo de la tubería, si la onda no se ve disipada, por ejemplo, en un depósito a presión atmosférica, se reflejará siendo mitigada progresivamente por la propia resistencia a la compresión del fluido y la dilatación de la tubería.

Clasificación  De acuerdo con la dirección de la oleada de martillo de agua a presión puede ser:   Positivo. En este caso, el aumento de presión es debido a la conmutación brusca en la

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bomba o las tuberías se superponen.

  Negativo. En este caso estamos hablando de la caída de presión como resultado de la

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apertura de la charnela o parada de la bomba. martillo de agua en las tuberías De acuerdo con el tiempo de propagación de la onda y el periodo de solapamiento de válvulas (o de otras válvulas), durante el cual el martillo de agua formado en tuberías, se separa en:   Directa (lleno).

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  Indirecta (incompleta).

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En el primer caso los resultantes del frente de onda se mueven en la dirección opuesta a la dirección inicial del flujo de agua. El movimiento adicional dependerá de elementos de conducción, que están situados delante de la puerta cerrada. Es probable que el frente de onda pasará varias veces hacia adelante hacia atrás. Con un flujo parcial de impacto no sólo puede comenzar a moverse en yuna dir ección dirección diferente, pero también en partehidráulico a transmitir a través de la válvula si no está cerrada hasta el final.

Consecuencias  Este fenómeno es muy peligroso, ya que la sobrepresión generada puede llegar a entre 60 y 100 veces la presión normal de la tubería, ocasionando roturas en los accesorios instalados en los extremos (grifos, válvulas, etc). La fuerza del golpe de ariete es directamente proporcional a la longitud del conducto, ya que las ondas de sobrepresión se cargarán de más energía, e inversamente proporcional al tiempo durante el cual se cierra la llave: cuanto menos dura el cierre, más fuerte será el golpe. El golpe de ariete estropea el sistema de abastecimiento de fluido, a veces hace reventar tuberías de hierro colado, ensancha las de plomo, arranca codos instalados.

 

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CAVITACIÓN [2] Cavitación, esa fuerza desconocida, casi podría pensarse que se trata de un fantasma. Para muchos no es palpable ni comprensible. Pequeñas burbujas que destruyen estructuras metálicas macizas en corto espacio de tiempo. La enorme acumulación de energía que se produce en la cavitación aún no se ha estudiado científicamente de forma exhaustiva. Los procesos térmicos de reparación presentan muchos problemas, las consecuencias son cambios estructurales no deseados.

Bombas y hélices Los álabes de un rodete de una bomba o de la hélice de un barco se mueven dentro de un fluido. Cuando el fluido se acelera ac elera a través de los álabes se forman regiones de bajas presiones. Cuanto más rápido se mueven los álabes menor es la presión alrededor de los mismos. Cuando se alcanza la presión de vapor, el fluido se vaporiza y forma pequeñas burbujas de vapor que al colapsarse causan ondas de presión audibles y desgaste en los álabes. La cavitación en bombas puede producirse de dos formas diferentes:

 

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  Cavitación de succión

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La 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. Se produce en ese momento una violenta implosión sobre la superficie del rodete. Un rodete que ha trabajado bajo condiciones de cavitación de succión presenta grandes cavidades producidas por los trozos de material arrancados por el fenómeno. Esto origina el fallo prematuro de la bomba.

  Cavitación de descarga

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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. A medida que el líquido fluye alrededor del rodete debe de pasar a una velocidad muy elevada a través de una pequeña apertura entre el rodete y el tajamar de la bomba. Esta velocidad provoca el vacío en el tajamar (fenómeno similar al que ocurre en un venturi) lo que provoca que el líquido se transforme en vapor. Una bomba funcionando bajo estas condiciones muestra un desgaste prematuro del rodete, tajamar y álabes. Además y debido a la alta presión de funcionamiento es de esperar un fallo prematuro de las juntas de estanqueidad y rodamientos de la bomba. Bajo condiciones extremas puede llegar a romperse el eje del rodete.

 

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BOMBA DE ENGRANAJES [3] Las bombas de engranajes son bombas robustas de caudal fijo, con presiones de operación hasta 250 bar (3600psi) y velocidades de hasta 6000 rpm. Con ccaudales audales de hasta 250 cc/rev combinan una alta confiabilidad y tecnología de sellado especial con una alta eficacia.

Características Reversibles y unidireccionales, versiones con Brida SAE, DIN y Brida Europea.   Divisores de caudal rotativo.

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  Cuerpos en aluminio reforzado y en acero.

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  Alto rendimiento y altas temperaturas.

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  Bajo nivel sonoro. Larga duración en condiciones extremas.

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  Excelente versatilidad. Amplio abanico de aplicaciones.

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  Diseño compacto. Alta fiabilidad.

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Tipos de bombas de engranajes   Bombas de aluminio con rodamientos

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  Bombas de aluminio con cojinetes

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  Bombas de fundición con rodamientos

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  Bombas de fundición con cojinetes

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  Bombas para camiones

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Bombas de engranajes externos  Producen caudal al transportar el fluido entre los dientes de dos engranajes acoplados. Uno de ellos es accionado por el eje de la bomba (motriz), y éste hace girar al otro (libre).

 

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Bombas de engranajes externos de baja presión: Lo que sucede es el origen de un vacío en la aspiración cuando se separan los dientes, por el aumento del volumen en la cámara de aspiración. En el mismo momento los dientes se van alejando, llevándose el fluido en la cámara de aspiración. La impulsión se origina en el extremo opuesto de la bomba por la disminución de volumen que tiene lugar al engranar los dientes separados. Bombas de engranajes externos de alta presión: El tipo de bomba más utilizado son las de engranajes rectos, además de las helicoidales y behelicoidales. En condiciones óptimas estas bombas pueden llegar a dar un 93% de rendimiento volumétrico.

Bombas de engranajes internos:  Están compuestas por dos engranajes, externo e interno. Tienen uno o dos dientes menos que el engranaje exterior. Su desgaste es menor por la reducida relación relaci ón de velocidad existente. Son utilizadas en caudales pequeños y pueden ser de dos tipos: semiluna y gerotor. Este tipo de bomba produce caudal al transportar el fluido entre los dientes de dos engranajes acoplados. Uno de ellos es accionado por el eje de la bomba (motriz), y este hace girar al otro (libre).

 

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Funcionamiento La bomba de engranajes funciona por el principio de desplazamiento; un piñón es impulsado y hace girar al otro en sentido contrario. En la bomba, la cámara de admisión, por la separación de los dientes, en la relación se libera los huecos de dientes. Esta depresión provoca la aspiración del líquido desde el depósito. Los dientes llenados transportan el líquido a lo largo de la pared de la carcasa c arcasa hacia la cámara de impulsión. En la cámara los piñones que engranan transportan el líquido fuera de los dientes e impiden el retorno del líquido. Por lo tanto el líquido de la cámara tiene que salir hacia el receptor, el volumen del líquido suministrado por revolución se designa como volumen suministrado (cm3/rev).

Rendimiento de la bomba de engranaje  La operación y eficiencia de la bomba hidráulica, en su función básica de obtener una presión determinada, a un número también determinado de revoluciones por minuto se define mediante tres rendimientos a saber:   Rendimiento volumétrico de la bomba de engranaje

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El rendimiento volumétrico de la bomba es el cociente que se obtiene al dividir el caudal de líquido que comprime La bomba y el que teóricamente debería comprimir. Dicho en otros términos el rendimiento volumétrico expresa las fugas de líquido que hay en la bomba durante el proceso de compresión. El rendimiento volumétrico es un factor de la bomba muy importante, ya que a partir de él se puede analizar la capacidad de diseño y el estado de desgaste en que se encuentra una bomba. El rendimiento volumétrico es afectado también por la presión del fluido hidráulico que se transporta y por la temperatura del mismo.   Rendimiento mecánico de la bomba de engranaje

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El rendimiento mecánico mide las pérdidas de energía mecánica que se producen en la bomba, causadas por el rozamiento y la fricción de los mecanismos internos. En términos generales se puede afirmar que una bomba de bajo rendimiento mecánico es una bomba de desgaste acelerado. Rendimiento total o global de la l a bomba de engranaje El rendimiento total o global es el producto de los rendimientos volumétrico y mecánico. Se llama total porque mide la eficiencia general de la bomba en su función de bombear líquido a presión, con el aporte mínimo de energía al eje de la bomba.

Así pues el rendimiento total se expresa como el consumo de energía necesario para producir la presión hidráulica nominal del sistema.

 

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CONCLUSIONES    El golpe de ariete afecta a tuberías es causado por el corte brusco del flujo, para lo cual

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debe instalarse algún tipo de protección para evitar que la tubería se deforme.  deforme.  

  La cavitación es un fenómeno que destruye los álabes de rotores, para lo cual se debe

evitar materiales corrosivos.  corrosivos.    La bomba de engranaje se usa para el movimiento de aceite o cualquier fluido con viscosidad, aprovecha el desplazamiento positivo y es accionado por un motor que ayuda al desplazamiento del fluido, depende del diseño de los engranes para obtener una mayor eficiencia.  eficiencia. 

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Bibliografía [1 Michael, «Nextews,» 2017. [En línea]. Available: http://es.nextews.com/19441f05/. ] [Último acceso: Mayo 2018]. [2 Metaline, «Metaline,» 2017. [En línea]. Available: ] http://metaline.de/wSpanisch/problemloesungen/kavitationsschutz.php?navanchor=2110 048#!lightbox[1]/0/. [Último acceso: Mayo 2018]. [3 EcuRed, «EcuRed,» 2018. [En línea]. Available: ] https://www.ecured.cu/Bomba_de https://www.ecured.cu/Bomba_de_engranajes. _engranajes. [Último acceso: Mayo 2018].