Unidad 3 - Bombas Centrifugas

Instituto Tecnológico Superior De Villa La Venta Nombre del Alumno: José Luciano Ramírez Vázquez Nombre del Maestro: ING. Agustín Carlos Celis Pérez Asignatura: Sistemas De Bombeo En La Industria Petrolera Carrera: Ingeniera Petrolera Grado: 6° Grupo: P

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Índice Objetivo………………………………………………………………………3 Alcance……………………………………………………………………….3 Desarrollo…………………………………………………………………….4 Componentes Principales……………………………………………….4 Materiales con los cuales se fabrican en función de su aplicación………4 Principio de Funcionamiento…………………………………………...5 Altura de Succión de una Bomba………………………………………..5 Tipos de Pérdidas que se tienen en las Bombas Centrifugas…………….5 Potencia de Accionamiento……………………………………………..7 Leyes de Afinidad………………………………………………………9 Diagramas de Comportamiento Gasto-Carga…………………………..9 Ventajas y Desventajas de las Bombas Centrifugas, Campos de Aplicación, Normatividad……………………………………………..10 Uso de Software para la Selección de Bombas………………………...11 Conclusión…………………………………………………………………..12 Anexos………………………………………………………………………13 Bibliografía………………………………………………………………….17

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Objetivo Conocer que es una Bomba Centrifuga, sus componentes, y todo lo relacionado tanto composición como trabajo a realizar de la bomba.

Alcance Conocer a detalle específico que es una Bomba Centrifuga, así como su composición, material de construcción, los trabajos a realizar y a detalle qué esfuerzo crea para su labor.

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Desarrollo Componentes Principales Una bomba centrífuga consiste en un rodete o impulsor que gira dentro de una envoltura o carcasa. Incrementa la energía de velocidad del fluido mediante un elemento rotante, aprovechando la acción de la fuerza centrífuga, y transformándola a energía potencial. Las bombas son la más adecuada para manejar más cantidad de líquido y está compuesto por diferentes partes como:  Carcasa: Parte exterior protectora de la bomba y cumple la función de convertir la energía de velocidad impartida al líquido por el impulsor en energía de presión.  Impulsores: Es el corazón de la bomba centrífuga. Recibe el líquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba.  Anillos de desgaste: Los anillos desgastables proporcionan un sello contra fugas (que es fácil y rápido de sustituir), entre el impulsor y la carcasa.  Estoperas, empaques y sellos: La función de estos elementos es evitar el flujo hacia fuera del líquido bombeado a través del orificio por donde pasa la flecha de la bomba y el flujo de aire hacia el interior de la bomba.  Flecha: Es el eje de todos los elementos que giran en la bomba centrífuga, transmitiendo además el movimiento que imparte la flecha del motor.  Cojinetes: Sirven de soporte a la flecha de todo el rotor en un alineamiento correcto en relación con las partes estacionarias.  Bases: Sirven de soporte a la bomba, sosteniendo el peso de toda ella.

Materiales con los cuales se fabrican en función de su aplicación Las condiciones de servicio y la naturaleza del líquido manejado determinaran el tipo de material que se usara. Las designaciones del material frecuentemente usadas para bombas son:     

Bomba estándar (hierro y bronce). Bomba de hierro fundido. Bomba de bronce. Bomba de acero con partes internas de hierro fundido o acero inoxidable. Bomba de acero inoxidable.

Las bombas centrifugas pueden construirse también de otros metales y aleaciones como porcelana, vidrio, hules, etc. Para bombas de agua potable la construcción más normal es la estándar de hierro fundido y bronce. En general las condiciones de servicio que afectan principalmente la selección de materiales son las siguientes:  Corrosión del líquido manejado. 4

    

Acción electroquímica. Abrasión de los sólidos en suspensión. Temperatura de bombeo. Carga de operación. Vida útil.

Principio de Funcionamiento El flujo entra a la bomba a través del centro o ojo del rodete y el fluido gana energía a medida que las paletas del rodete lo transportan hacia fuera en dirección radial. Esta aceleración produce un apreciable aumento de energía de presión y cinética, lo cual generar un incremento gradual en el área de flujo de tal manera que la energía cinética a la salida del rodete se convierte en cabeza de presión a la salida. [Anexo No. 1]

Altura de Succión de una Bomba Para prevenir la formación de vapor en la entrada a la bomba, la presión correspondiente a la altura máxima de la línea de succión se puede calcular con a formula que indica en la figura siguiente, deducida a partir de la igualdad: [Anexo No. 2]

Tipos de Pérdidas que se tienen en las Bombas Centrifugas Las bombas centrífugas se caracterizan por presentar una presión relativamente alta con un caudal relativamente bajo. Teniendo en cuenta lo anterior, sabemos que si la energía que entra no es igual a la que sale es porque en alguna parte hubo una perdida energética. Estas pueden ser:

 Perdidas de Potencia Hidráulicas (

Ph

):

Es cuando se disminuyen la energía útil que la bomba que comunica al fluido y consiguientemente la altura útil. Esto se expresa:

Ph=Peso Especifico∗Hint

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Donde: Hint=Perdida de Altura Especifica

Estas pérdidas hidráulicas pueden ser de dos clases distintas: P

• Las pérdidas de superficie ( h ): Se producen en parte por el razonamiento del fluido con las paredes de la bomba y en parte por la formación de remolinos. • Las pérdidas de forma: Se producen por el desprendimiento de la capa límite en los cambios de dirección y en toda forma difícil al flujo, en particular a la entrada del rodete si la tangente del alabe no coincide con la velocidad relativa a la entrada, o a la salida. 1

Las pérdidas hidráulicas se originan en: • El punto e y la entrada del rodete • En el rodete • En la corona directriz, si existe • En la caja espiral • En el punto s

 Perdidas de Potencia Volumétricas (

Pv

)

Estas son pérdidas de caudal y se dividen en dos clases:  Las pérdidas exteriores ( q e ) : Se presentan como un caudal que se fuga al exterior de la bomba, por el juego que existe entre la carcaza y la flecha que la atraviesa. Para reducirlas se utiliza una empaquetadura y un prensaestopas.  Las pérdidas interiores ( q i ) : Las pérdidas más importantes y se les denomina también como gasto de corto circuito. La forma en que se presentan es la siguiente: a la salida del impulsor existe mayor presión que a la entrada por lo que parte del líquido en lugar de seguir hacia la caja espiral se regresa por el espacio que se forma entre el impulsor y la carcasa a la entrada del mismo para poder ser impulsada por la bomba.

 Perdidas de Potencia Mecánicas (

Pm

)

Son producidas por los rozamientos de los elementos de la bomba y se suceden en tres partes distintas: •

( Pm ) Rozamiento del prensa-estopas o sello con el eje de la máquina.

•

( Pm ) Rozamiento de la flecha con las chumaceras.

•

( Pm ) Rozamiento de disco. Rozamiento de a pared exterior del impulsor con el liquido que

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lo rodea. 6

Potencia de Accionamiento Representa la potencia mecánica que la unidad motriz suministra a la bomba se le denomina también potencia absorbida o potencia absorbida o potencia en el eje, su evaluación puede hacerse en términos o magnitudes hidráulicas, o bien, en magnitudes mecánicas. a) Magnitudes Hidráulicas Pa=

( Q+q e +q i ) ( γ ) ( H t ) ηm

(en kgm/seg)

a) Magnitudes mecánicas Pa=

( Q+q e +q i ) ( γ ) ( H t ) 75 ηm

(En C.V.)

Pero como se sabe que: Q+q e +q i=

H Q y Ht= m ηm ηm

Entonces al sustituir Pa=

( Q/ηm ) ( γ ) ( H m /ηh ) ηm

y también: Pa=

( Q )( γ ) ( H m ) Pu = η h η v ηm ηh ηv ηm

(en kgm/seg)

o bien: Pa=

( Q/ ηm ) ( γ ) ( H m / ηh ) 75 ηm

(en C.V.)

y también: Pa=

Pa=

( Q )( γ ) ( H m ) Pu = 75 η h η v ηm ηh ηv ηm

M 2 πN =0.001396 MN 60 × 75

Donde:

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(en C.V.) (en C.V.)

Pa=¿ Potencia de accionamiento (en kg/seg) (en C.V.) ηv =¿ Eficiencia volumétrica (en decimales) o en (%) ηh=¿ Eficiencia hidráulica (en decimales) o en (%) M =¿ Momento de giro o par motor (Kgm)

ω=¿ Velocidad. Angular (rad/seg) η=¿ Eficiencia mecánica (en decimales)

N=¿ Velocidad' de rotaci6n (R.P.M)

Al haber descrito las ecuaciones de las potencias se puede describir una sencilla expresión para el rendimiento o la eficiencia total, la cual, es el producto de las eficiencias mencionadas: hidráulica, volumétrica y mecánica, por lo tanto ηh =

Hm HT

ηv =

Q Q+q e + qi

ηm =

Al multiplicar las expresiones anteriores termino a término: ηh ∙η v ∙ ηm =

Hm Q Pi ∙ ∙ H t Q+q e +q i Pa

Agrupando y multiplicando y dividiendo a la vez por el termino γ ηh ∙η v ∙ ηm =

Qγ H m Pi ∙ Pa ( Q+ qe +q i ) ( γ ) ( H t )

Pero como se sabe que Pu=Qγ H m

Pi=( Q+q e +q i ) ( γ ) ( H t )

Entonces al sustituir: ηh ∙η v ∙ ηm =

Pi Pu Pu ∙ = Pa Pi Pa

y finalmente: ηh ∙η v ∙ ηm =

Pu Pa

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Pi Pa

Ecuación que expresa que la eficiencia total de una bomba es el producto de sus eficiencias hidráulica. Volumétrica y mecánica y equivale al cociente de la potencia útil dividida por la potencia de accionamiento.

Leyes de Afinidad Las leyes de afinidad establecen los siguientes:  El caudal varía con la velocidad de rotación del rotor.  La presión varía con el cuadrado de la velocidad de rotación.  La potencia varía con el cubo de la velocidad de rotación.

[Anexo No.3]

Diagramas de Comportamiento Gasto-Carga El gasto (Q) es la cantidad de fluido que puede pasar a través del impelente de la bomba; se expresa en unidades de volumen entre tiempo. La carga total es la energía por unidad de peso del fluido debido a: la carga de presión (hp), la carga de velocidad (hv) y la carga de posición (Z); se expresa en metros. La carga dinámica total (CDT) desarrollada por una bomba es igual a la carga de descarga (hd) menos la carga de succión [Anexo No. 4] [Anexo No. 5] [Anexo No. 6] [Anexo No. 7]

Ventajas y Desventajas de las Bombas Centrifugas, Campos de Aplicación, Normatividad Ventajas principales de las bombas centrífugas

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Las principales ventajas de la bomba centrífuga son su sencillez, su bajo costo inicial, su gasto uniforme (sin pulsaciones), el pequeño espacio que ocupa, su gasto de conservación bajo, su funcionamiento silencioso y la adaptabilidad para su acoplamiento a un motor eléctrico o una turbina. Son más económicas que las bombas de émbolo equivalente. Las bombas centrífugas son muy versátiles en sus capacidades y presiones. Algunas de sus ventajas son:        

Caudal constante. Presión uniforme. Sencillez de construcción. Tamaño reducido. Bajo mantenimiento. Flexibilidad de regulación. Vida útil prolongada. No tienen movimientos alternativos.

Desventajas de las bombas centrifuga Una bomba centrífuga de una sola etapa no puede proporcionar una presión elevada. Se construyen bombas de múltiples etapas capaces de desarrollar grandes presiones, pero resulta mucho más costosa y no se pueden construir con materiales resistentes a la corrosión, debido a su gran complejidad. Es preferible, generalmente, emplear velocidades muy altas para reducir el número de etapas necesarias. Campos de aplicaciones de las bombas centrifugas Las bombas centrífugas son las bombas que más se aplican en diversas industrias, en las que destacan:  Industria alimenticia: Saborizantes, aceites, grasas, pasta de tomate, cremas, vegetales trozados, mermeladas, mayonesa, chocolate, levadura y demás.  Industria de cosméticos: Cremas y lociones, tintes y alcoholes, aceites, entre otras.  Industria farmacéutica: Pastas, jarabes, extractos, emulsiones. Bebidas: leche, cerveza, aguardientes, concentrados de fruta, jugos y más.  Otros químicos: Solventes, combustibles y lubricantes, jabones, detergentes, pinturas, gases licuados, etcétera.

Uso de Software para la Selección de Bombas

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El útil manejo de programas asistidos en computadoras proporciona la realización del sistema de bombeo con el uso de bombas centrifugas para generar energía de manera viable logrando hacer esta tarea más fácil uno de los programadores más utilizados es el software BES así como también el software Cornell El software cornell provee de una amplia gama de material para entrenamiento y selección, incluyendo nuestro Programa Centrific. El programa de selección Centrific le ayudará a seleccionar la bomba Cornell Correcta para un juego de condiciones de operación. El programa también incluye comparaciones de uso de energía y eficiencia. El catálogo de Cornell incluye información completa de capacidades, dimensiones, opciones de sellos y guías para la selección de una gama completa de grupos de productos para el manejo de aguas claras y aguas negras. El catálogo está dividido en secciones de fácil manejo, incluyendo un completo índice

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Conclusión En conclusión de este bloque, se da a conocer los diferentes partes de una bomba centrifuga así como la función de cada una de sus partes. También se da a conocer las ventajas y desventajas de las bombas y sus usos, así como las fuerzas y leyes que se ejercen en una bomba para su funcionamiento en todo momento.

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Anexos [Anexo No. 1]

[Anexo No. 2]

[Anexo No. 3]

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[Anexo No.4]

[Anexo No.5]

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[Anexo No.6]

[Anexo No.7]

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Bibliografía http://www.unet.edu.ve/~maqflu/doc/LAB-1-95.htm http://www.academia.edu/8014551/BOMBA_CENTR%C3%8DFUGA_DEFINICI %C3%93N_Las_Bombas_centr%C3%ADfugas_tambi%C3%A9n_llamadas_Rotodin %C3%A1micas http://www.fullmecanica.com/definiciones/b/1677-bombas-centrifugas http://www.google.com.mx/url? sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CBwQFjAA&url=http%3A%2F %2Fwww.paginasprodigy.com.mx%2Ffortino.s%2Fdescargas %2Fperdidasrendypotencias.pdf&ei=UJ9fVa_xLcObyATikYG4BQ&usg=AFQjCNHd N2D9nYWYggxAyXTx5Fm0ezlGgg&sig2=44neIHET_hT7RbUpIKiqOA&bvm=bv.9 3990622,d.aWw http://www.buenastareas.com/ensayos/Bombas-Centrifugas/7840055.html?_t=1&_p=8

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