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generalidades sobre las bombas centrifugas y reciprocantes
Tipo: Apuntes
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GENERALIDADES SOBRE BOMBAS Definición La energía requerida para causar que un fluido fluya es una combinación de la energía requerida para llevar el fluido a su velocidad de flujo (que es su energía cinética), la energía requerida para elevarlo o bombearlo (energía potencial) y la energía requerida para vencer los efectos de fricción de la tubería misma y sus obstrucciones o accidentes, como válvulas, codos, filtros, etc. La cantidad total de energía se aplica sobre el fluido por una máquina llamada bomba, soplador, compresor o ventilador. Las bombas mueven líquidos, y las máquinas que mueven gases o vapores son compresores, como los ventiladores, sopladores, etc. Todos los compresores y bombas se especifican mediante cuatro características. La primera se llama capacidad o flujo volumétrico, la segunda, el aumento de presión (que también se llama carga), la tercera es la potencia y, finalmente, la eficiencia. Se denominan bombas a las máquinas hidráulicas que transforman la energía mecánica de un motor o una turbina en energía de un líquido bombeado aumentando su presión. Son equipos que proveen de energía o carga a un flujo para vencer las pérdidas debidas a la fricción y, además, si es necesario, para elevar un líquido a un nivel más alto. También son equipos que convierten la energía cinética de un líquido, su velocidad, en presión o trabajo, o que reciben un flujo de líquido, elevan su presión y lo descargan a una presión más alta. La carga impartida al líquido por la bomba se conoce como la carga total. Es decir, una bomba es una máquina que imparte energía a un líquido causándole que fluya, se eleve a una altura mayor, o ambos. El transporte del líquido se basa en la carga desarrollada o diferencia de presiones (llamada altura de elevación, carga dinámica total o carga total) entre la tubería y la bomba. El bombeo de líquidos surge de la necesidad de mover fluidos de un lugar a otro a través de conductos o canales. Un fluido se mueve a través de un conducto o canal por la transferencia de energía. El medio empleado para causar el flujo puede ser la gravedad, el desplazamiento o corrimiento, la fuerza centrífuga o electromagnética, la transferencia de momentum, el impulso mecánico, o alguna combinación de estos. Aparte de la gravedad, el medio más comúnmente empleado en la actualidad es la fuerza centrífuga. La cantidad de trabajo útil en la unidad de tiempo que cualquier dispositivo transportador de fluidos lleva al cabo es el producto del flujo de la masa del fluido a través de él y la diferencia total de presión medida inmediatamente antes y después del equipo,
generalmente expresada como altura de la columna de fluido equivalente bajo condiciones adiabáticas. La primera de estas cantidades se llama capacidad y la segunda carga. La nomenclatura o terminología relativa a bombas se puede ver detalladamente en Perry (págs. 6-4 y 5) y en Walas (págs. 166 y 167). Clasificación Las bombas son de dos clases principales, según Walas: centrífugas y las otras. Las últimas desarrollan principalmente una acción de desplazamiento positivo en el que el flujo a la descarga es casi independiente de la presión contra la cual trabajan y prácticamente sólo depende de la velocidad de giro del accionador. Las bombas centrífugas contienen elementos rotatorios que imparten alta velocidad inicial y gran carga de presión al fluido, siendo sus ventajas: construcción sencilla, baratas, disponibles en una gran variedad de materiales, bajo costo de mantenimiento, funcionan a altas velocidades y pueden ser movidas directamente por motores eléctricos, entregan caudal constante, pueden manejar suspensiones, ocupan poco espacio, son durables, seguras, etc. Más precisamente, hay dos grupos principales de bombas: las de desplazamiento positivo, que se subdividen en reciprocantes, o rotatorias; y las centrífugas. Las del primer grupo se caracterizan por que una cantidad definida de líquido se descarga en cada carrera o revolución del accionador; la carga o presión de descarga que estas bombas desarrollan dependen de la resistencia al flujo del sistema en el que se instala el equipo y están limitadas al tamaño del accionador; sólo el tamaño, diseño y condiciones de entrada a la bomba afectan la cantidad de líquido descargado, pues funciona a un flujo esencialmente constante con carga variable , y es equipo apropiado para altos requerimientos de presión, líquidos muy viscosos y donde se requiere un flujo controlado o medido con precisión. Al aumentar la viscosidad del líquido también aumenta el flujo. Las del segundo grupo pueden descargar un volumen variable al modificarse la carga a una velocidad constante. En las bombas centrífugas el flujo o capacidad están determinadas por la resistencia al flujo del sistema donde se instalan y funcionan a una carga aproximadamente constante y a un flujo variable ; son apropiadas para líquidos de baja a moderada viscosidad, y para una amplia variedad de condiciones de flujo, por lo que son más comunes. Al aumentar la viscosidad del líquido, su capacidad disminuye.
Leyes de Afinidad La carga y capacidad producidas por una bomba centrífuga dependen de la velocidad con que el líquido sale del impulsor, velocidad que se llama periférica. Por tanto, la carga y capacidad se ajustan cambiando la velocidad periférica, lo cual se puede obtener de dos maneras con resultados casi idénticos: cambiando la velocidad de giro del impulsor, o reduciendo el diámetro del impulsor. Las relaciones que existen entre carga y capacidad y la velocidad periférica del impulsor de una misma bomba se denominan colectivamente leyes de afinidad. Para un cambio mayor de 10%, estas leyes sólo predicen resultados aproximados. Bibliografía Perry, R. H. y Green, D. (editores), Chemical Engineers’ Handbook, 6a. ed., McGraw Hill Book Co., Nueva York, 1984 Peters y Timmerhaus, Plant Design and Economics for Chemical Engineers, 5a. ed., McGraw-Hill, Boston, 2003 Leesley, M. E., Freshman Chemical Engineering, Gulf Publishing Co., Houston, 1979 Walas, S. M., Chemical Process Equipment Selection and Design, Butterworth Heinemann, Boston, 1990 Reginaldo Mondragón S. Diseño de Equipo Agosto de 2020
Leyes de afinidad Si la velocidad es fija, las leyes de afinidad quedan como sigue: Q 1 /Q 2 =D 13 /D 23 H 1 /H 2 =(D 1 /D 2 )^2 Potencia 1 /Potencia 2 =(D 1 /D 2 )^5 Si el diámetro es fijo, las leyes de afinidad quedan como sigue: Q 1 /Q 2 =n 1 /n 2 H 1 /H 2 =(n 1 /n 2 )^2 Potencia 1 /Potencia 2 =(n 1 /n 2 )^3 Q=caudal o flujo volumétrico D=diámetro del impulsor n=velocidad de giro del impulsor, rpm H=carga Potencia es directamente proporcional a la n^3 Potencia = Potencia al freno de la bomba Potencia es directamente proporcional al D^3 si n es cte. Las bombas ANSI tienen partes intercambiables aunque sean diferentes fabricantes.