Diseño de sistemas de bombeof

Ismael Andrés Betancourt 2083548

María Marcela Fragozo 2083546

Joao Andrés Paz 2083543

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SISTEMAS DE BOMBEO

• Definición

• Elementos típicos

• Problemas de diseño y operación

CURVAS DE DESEMPEÑO DE LAS BOMBAS

CONCEPTO DE CAVITACIÓN Y NPSH

• Cavitación

• NPSHr

• NPSHd

EJEMPLOS DE DISEÑO

• Bomba tipo Pistón

• Bomba Centrifuga

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFÍA

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Un sistema de bombeo consiste en un conjunto de elementos que permiten el transporte através de tuberías y el almacenamiento temporal de los fluidos, de forma que se cumplanlas especificaciones de caudal y presión necesarias en los diferentes sistemas y procesos.

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• Bombas

• Lugares de almacenamiento y depósitos

Proporcionan la energía necesaria para el transporte:

• Válvulas

• Equipos de medida

Otros elementos de regulación y control:

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• Transporte de un caudal de un determinadofluido de un lugar a otro

Función Básica

El diseño de un sistema de bombeoconsiste en el cálculo y/o selecciónde las tuberías, bombas, etc, quepermitan cumplir las especificacionesde la forma más económica posible.

Seguridad Fiabilidad Facilidad de mantenimiento Impacto ambiental Otros factores humanos

• Sistemas de regulación y control que permitan obtener el caudal y la presión deseados, así como los problemas de cavitación e inestabilidades que se puedan producir.

Operación de SB

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• Predecir el FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA en la instalación hidráulicaa un numero determinado de revoluciones.

• Permite encontrar el punto optimo de funcionamiento de la bomba.• Escoger la bomba adecuada para la instalación hidráulica en estudio• Definir parámetros hidráulicos para evitar el problema de cavitación.• Evaluar características de las bombas con diferentes diámetros de

impulsores

Fuente:http://www.laba.usb.ve/cem/images/investigacion12.jpg

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1. Altura en funcion del caudal (Hm vs. Q)

2. Potencia en funcion del caudal (N vs. Q)

3. Rendimiento en funcion del caudal (n vs. Q)

Estas curvas son obtenidas en laboratoriospropios del fabricante y distribuidascomercialmente

Fuente: http://www.google.com.co/search?q=curvas+de+desempe%C3%B1o+de+las+bombas&oq

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La forma analítica de la curva característica carga-capacidad de una bomba centrifuga responde auna parábola de segundo grado de la forma:

Para obtener esta ecuación se obtiene una serie depuntos de funcionamiento medidos en el banco deensayo, calculándose los coeficientes A, B, C pormedio de un ajuste con un método matemático

Por ejemplo tenemos los siguientes datos:

Caudal Altura

(lps) (m)

40 83,26

100 63,58

180 11,07

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Reemplazando estos datos y solucionando por el método de los mínimos cuadrados:

resolviendo el sistema de ecuaciones:

Esta ecuación es la que debe ser suministradapor el fabricante.

Caudal Altura

(lps) (m)

40 83,26

100 63,58

180 11,07

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Fuente: http://www.google.com.co/search?q=curvas+de+desempe%C3%B1o+de+las+bombas&oq

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Estas pérdidas se deben a tres condiciones:

a) Recirculación del líquido en el propio impulsor.b) Fricción en los pasajes de la bomba.c) Choque del líquido al salir del impulsor y cambiar bruscamente de dirección en lavoluta o en el difusor.

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En teoria es el trabajo útil realizado porla bomba centrífuga (eje del impulsor)por unidad de tiempo, es decir vienedada por la expresión:

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El rendimiento es nulo para un caudal nuloy para un caudal máximo.Entre ambos el rendimiento varía,alcanzando el máximo en un puntocorrespondiente a un cierto caudal,llamado caudal nominal de la bomba, quees aquel para el cual ha sido diseñadala bomba.

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a) Pérdidas por fricción del líquido en los pasajes de la bomba.b) Pérdidas por choque del líquido, al salir del impulsor y cambiar de dirección en la voluta odifusor.c) Pérdidas por goteo, que siempre existe entre la descarga y la succión del impulsor.d) Pérdidas por pasajes, que es la pérdida debida a la fricción del impulsor con el líquidoentrampado en los ajustes.e) Pérdidas mecánicas, debidas a las fricciones en los baleros, chumaceras y prensa estopas.

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En la practica las perdidas por rozamiento hidráulico, mecánico y lasposibles fugas dan lugar a que la potencia al freno P absorbida al motorpor el eje de la bomba difiere de Ph.

La potencia absorbida por el eje de la bomba o potenciaal freno es la potencia que necesita la bomba pararealizar una determinada cantidad de trabajo. Es igual ala potencia hidráulica o potencia que necesitala bomba para elevar el agua, más la potenciaconsumida en rozamientos.

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Curvas NPSHr - Q, de 4 bombas iguales pero con distinto diámetro de rodete

• La NPSHr en una bomba a velocidad constante aumenta con el caudal .

Fuente: http://www.google.com.co/search?q=curvas+de+desempe%C3%B1o+de+las+bombas&oq

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• La limitación en los rodetes que presenta toda bomba, puede ser por arriba (diámetro máx.) como por abajo (diámetro min.)

• Las curvas de rendimiento asociadas a las bombas las podemos encontrar graficadas individualmente, para cada diámetro utilizado en la bomba o, como es más habitual, trazadas sobre las curvas H-Q de los diámetros de los rodetes.

• Se trata de trazar sobre las curvas H-Q de la familia de diámetros usados en la bomba el valor del rendimiento, que será común a todas ellas.

• Estas curvas también reciben el nombre de curvas de iso-rendimiento. Se muestro una imagen que explica como obtenerla.

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NPSH

NPSH Requerido

Acrónimo de Net Positive Suction Head,también conocido como ANPA (AlturaNeta Positiva en la Aspiración) y CNPA(Carga Neta Positiva en Aspiración).

Es la diferencia, en cualquier punto deun circuito hidráulico, entrela presión en ese punto y la presión devapor del líquido en ese punto.

Determina la presión de aspiraciónmínima a la cual se puede producir lasucción en la bomba sin causarcavitación.

Depende de las características de la bomba, por lo que es un dato que debe proporcionar el fabricante en sus curvas de operación.

Depende de las características de la instalación y dellíquido a bombear. Esta es independiente del tipo debomba y se calcula de acuerdo a las condicionesatmosféricas y de instalación/operación.NPSH

NPSH Requerido

NPSH Disponible

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fenómeno caracterizado por la formación yposterior colapso de burbujas de gas en unlíquido. Tiene lugar cuando la presión estáticaiguala la presión de vapor del líquido atemperatura ambiente. El gas puede ser aire,vapor del propio líquido u otro gas disuelto.

Cavitación

Líquidos en reposo Líquidos en movimiento

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Se tienen los siguientes datos, obtenidos de pruebas realizadas a una bomba centrífuga (para bombeo de agua) de 360 mm de diámetro interior y una velocidad de giro de 2000 rpm.

Q (m3/s) H (m) PotB (kW)

0 100 50

0,026 99,7 60

0,053 99 75

0,08 97 95

0,11 88 120

0,14 64 120

1. Determinar el máximo punto de rendimiento.

* El rendimiento de una bomba está dado por:

Teniendo en cuenta los valores de la tabla anterior, se obtiene:

Q (m3/s) H (m) PotB (kW) Rend

0 100 50 0

0,026 99,7 60 0,423

0,053 99 75 0,685

0,08 97 95 0,800

0,11 88 120 0,790

0,14 64 120 0,731

2. ¿A qué velocidad de rotación, el caudal de diseño es de 0,3 m3/s?

*Se aplica la ley de la semejanza para caudales.

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3. Se construye una bomba con 600 mm de diámetro interior para girara 1200 rpm y de la misma familia que la bomba descrita anteriormente.Determinar el caudal, altura de elevación y potencia en el eje, en elpunto de máximo rendimiento.

Se tienen los datos:

D1=360 mm D2=600 mmW1=2000 rpm w2=1200 rpmQ1=0,08 m3/s H1=97 m Pot1=95 kW

Se aplica la ley de semejanzas, entonces:

0,13 m3/s97 m

263,8 kW

Calcule el caudal máximo que puede ser bombeado en la configuración mostrada sin que ocurra cavitación.

Para que no ocurra cavitación, debe cumplirse que:

Donde,

Las pérdidas de carga en la aspiración se calculan:

Luego,

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Para que no ocurra cavitación,

Despejando luego,

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Se desea bombear el agua de un tanque de almacenamiento, que se encuentra auna temperatura de 130 °F y 2000 ft de altura sobre el nivel del mar con unabomba de pistón de simple efecto y un solo cilindro.

Determinar la presión inercial y el cabezal de succión.

• La bomba trabaja a 15 rpm.• Diámetro del émbolo: D=5 1/2”• Carrera del émbolo: 12”• Longitud de la biela: 30”• Diámetro de la tubería de succión: d=5”• Longitud de la tubería: L=70 ft• Presión de vapor @130°F: Pvp=2,18 Psia• Presión en válvula de descarga: Pvd= 5,5 Psia• Presión barométrica @2000 ft: Pbar= 14 Psia.

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Se calcula la presión inercial al final de la carrera:

Se hace una corrección considerando el efecto del cigüeñal sobre la presión inercial

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Se calcula el cabezal de succión:

ٿ Un sistema de bombeo consiste en un conjunto de elementos que permitenel transporte a través de tuberías y el almacenamiento temporal de losfluidos, de forma que se cumplan las especificaciones de caudal y presiónnecesarias en los diferentes sistemas y procesos.

ٿ El concepto de NPSH permite de manera práctica definirlas limitantes decada bomba debido a que muestra indirectamente si la presión del líquido ala entrada del impulsor está por encima de la presión de vapor del fluido quese bombea.

ٿ El comportamiento hidráulico de una bomba viene especificado en sus curvascaracterísticas, ya que representan una relación entre los distintos valores delcaudal proporcionado por la misma con otros parámetros como la alturamanométrica, el rendimiento hidráulico, la potencia requerida y la altura deaspiración, que están en función del tamaño, diseño y construcción de labomba.

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ٿ BLANCO, Eduardo; VELARDE; Sandra; FERNÁNDEZ , Joaquin. Sistemas deBombeo. Universidad de Oviedo E. T. S. Ingenieron Industriales, Dpto deEnergía, Gijon 1994.

ٿ MARTINEZ, Jose Luis. “MANUAL SISTEMAS DE BOMBEO” Universidad de laHuasteca Hidalguense. Técnico Superior Universitario en Mecánica, 2008

ٿ Curvas caracteristicas de una Bomba. Practica de laboratorio de fluidos.Universidad de Oviedo. Febrero de 2001.

ٿ ZUBICARAY VIEJO, Manuel. Bombas: Teoría, Diseño y Aplicaciones.Editorial LIMUSA. México D.F.

ٿ VIANA, CAMILO. Artículo en línea: Bombashttp://www.bombasindesur.com.ar/info/manuales/DV0011.pdf

ٿ Oil field review: efects of cavitatión and HPSH - Pumps A new era inproduction. By Schlumberger.

ٿ Presentaciones de semestres anteriores