Bombas Centrifugas

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR

DEPARTAMENTO DE CONVERSION Y TRANSPORTE DE ENERGIA

SECCION DE CONVERSION DE ENERGIA MECANICA

LABORATORIO DE TURBOMAQUINAS HIDRAULICAS

PROFESOR: ANTONIO VIDAL

PRACTICA 1:

CURVAS CARACTERISTICAS DE UNA BOMBA CENTRIFUGA: FUNCIONAMIENTO EN REGIMEN NO CAVITACIONAL Y EN REGIMEN CAVITACIONAL

INTEGRANTES:

YEPEZ, DOUGLAS 08-11205

GUTIERREZ, CESAR 08-10509

CUEVAS, LUIS 03-35813

SARTENEJAS, DICIEMBRE 2013

Introducción

En las operaciones y procesos industriales existen requerimientos de flujo en los que es necesario utilizar una bomba o un sistema de bombeo, esto puede ser porque la demanda de gasto o de carga del proceso sea excesivamente variable.

Una bomba centrífuga consiste en un dispositivo que permite convertir la energía de un motor, bien sea eléctrico o turbina en primer lugar, en energía cinética para luego convertirla en energía de presión

La práctica a realizar es vital para el conocimiento de las curvas características que poseen las bombas ya que con la interpretación de estas curvas podemos saber si una bomba está trabajando dentro de los parámetros para lo cual fue diseñada, es decir, a través de estas curvas podemos conocer los valores nominales de caudales a los cuales debe trabajar la bomba.

Por otro lado, uno de los problemas que afecta el desempeño de una bomba centrífuga es la cavitación. Ésta se define como el “…fenómeno que ocurre en una corriente de un fluido al disminuir la presión en un punto de esta por debajo de la presión de vaporización, produciéndose burbujas de vapor, las cuales implotan al subir la presión por encima de la de vaporización a la salida del rodete”. Entre los efectos negativos de este fenómeno están la erosión y desgaste de los álabes y vibración del equipo que afecta su desempeño y vida útil.

Es importante evitar que se presente este fenómeno en una bomba hidráulica, ya que puede erosionar y desgastar los álabes, disminuir la eficiencia y la altura y producir vibraciones excesivas en el eje del rodete.

Para el estudio de este efecto, hay un factor denominado NPSH (Net Positive Suction Head, en Inglés) que está relacionado con la energía de altura en la succión de la bomba. Este parámetro nos permite definir la energía mínima en la succión, NPSHR, para que no entre en cavitación, y la energía que debe ser mayor al requerido, NPSHD.

Los objetivos de esta práctica son:

- Capacitar al participante en el procedimiento de ensayo de bombas centrifugas

- Familiarizarse con los instrumentos y equipos necesarios para la determinación de las curvas características de una bomba centrífuga.

- Evaluar el desempeño de arreglos de bombas centrifugas en serie y paralelo.

- Aprender a interpretar datos experimentales para poder analizar el desempeño de las bombas.

- La visualización del fenómeno de cavitación en una bomba centrifuga.

- Determinar el momento de aparición del fenómeno de cavitación.

Marco Teórico

Bomba centrifuga

Una bomba centrifuga es aquella en donde el fluido entra en dirección axial y sale en dirección perpendicular al eje de rotación, y es considerada una turbomáquina rotodinámica ya que el intercambio de energía en el rodete es esencialmente en forma dinámica. La energía específica (la energía por unidad de volumen, masa o peso de fluido) que una bomba es capaz de transmitir al fluido depende del caudal circulante. También la energía consumida por la bomba y el rendimiento de la misma son función del caudal circulante.

Este tipo de bomba está formada por:

• El rodete (o rodetes, en el caso de bombas con etapas o escalonamientos), el cual constituye la única parte de la bomba en donde se imparte energía al fluido; es en el donde se encuentran los alabes. Además es el elemento de una bomba cuyo diseño es el más delicado.

• La cámara (carcasa o estator), es la encargada de guiar el fluido al rodete y recogerlo luego para enviarlo a la salida de la bomba. De su diseño depende en buena parte que la bomba posea un buen rendimiento. Está compuesta por la boquilla de succión, la voluta y la boquilla de descarga.

• El difusor, está formado por una especie de alabes fijos cuyo objetivo es desacelerar y redireccionar el fluido que abandona el rotor, con el fin de convertir esta energía cinética en energía de presión.

Según las características geométricas de los alabes, existen tres tipos de bomba centrifugas, clasificadas principalmente en: de alabes inclinados hacia atrás, de alabes radiales y de alabes inclinados en el sentido de giro. Las bombas centrifugas con alabes inclinados hacia atrás son las más comunes porque son las que proporcionan la más alta eficiencia debido a que el fluido pasa por los pasajes de los alabes con la mínima cantidad de giros.

Fig. 01 Partes de una bomba centrifuga

Terminología y ecuaciones relacionadas a las bombas centrifugas empleadas en esta práctica.

• Caudal (Q): Se define como caudal el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. En esta práctica se empleara la expresión siguiente para el cálculo del caudal:

[1]

• Altura efectiva (H): Es la altura que el rodete suministra al fluido si el numero de alabes es finito. En esta práctica se empleara la expresión siguiente para el cálculo de la altura efectiva:

[2]

• Potencia hidráulica, restituida o efectiva (PH): La potencia hidráulica puede definirse como la potencia que el rotor o rodete entrega al fluido, y suele expresarse como:

[3]

• Potencia mecánica o absorbida: La potencia mecánica puede definirse como la potencia suministrada por el motor a la bomba, y suele expresarse como:

[4]

• Eficiencia total o global (η): La eficiencia total puede verse como la razón existente entre los beneficios que son obtenidos en la realidad de una máquina y aquellos que pueden obtenerse idealmente. En otras palabras el rendimiento total de una bomba se define como la razón entre la potencia hidráulica y la potencia mecánica o absorbida:

[5]

Curvas características elementales de una bomba centrifuga (a una velocidad de giro constante)

El máximo flujo volumétrico en una bomba ocurre cuando la carga hidrostática o altura efectiva es cero (H=0); este flujo es conocido como descarga libre. La condición de descarga libre se logra cuando es inexistente la restricción del flujo en la entrada o la salida de la bomba. En este punto de operación, el caudal (Q) es grande, pero la altura efectiva es cero, y la eficiencia de la bomba también es cero debido a que no está realizando trabajo útil o efectivo (PH). Por otro lado, la carga al cierre es la presión hidrostática que se presenta cuando el caudal es cero, y se obtiene cuando hay restricción total del flujo en la descarga de la bomba. En estas condiciones, la altura efectiva es grande, pero el caudal es igual a cero, y otra vez la eficiencia de la bomba es cero porque tampoco hace trabajo útil.

La eficiencia de la bomba (η) alcanza un valor máximo en algún punto entre la condición de cierre y descarga libre; este punto de eficiencia máxima se denomina punto de mejor eficiencia o punto nominal. Las curvas de H, η y potencia mecánica (P) como funciones de Q se denominan curvas de rendimiento de la bomba.

Las curvas características de una bomba centrífuga, en donde la velocidad de giro (n) se mantiene constante, se obtienen mediante un ensayo elemental. Estas características elementales son las características de explotación de la bomba, que es accionada por un motor eléctrico o por cualquier otro tipo de accionamiento donde la velocidad se mantenga constante.

Los ensayos realizados para obtener este tipo de curvas son llevados a cabo en el lugar donde funcionara la bomba o en bancos de pruebas de laboratorios hidráulicos, los cuales están especialmente diseñados y dotados de la instrumentación necesaria para conseguir exactitud máxima en las medidas.

En la Fig. 2 podemos observar un ejemplo de las curvas características de altura efectiva, potencia absorbida y eficiencia total de una bomba centrifuga, para una velocidad de giro constante. En dicha figura también podemos observar los puntos donde tenemos la eficiencia máxima o nominal (ηn), el caudal nominal (Qn), la altura efectiva nominal (Hn) y la potencia absorbida nominal (Pn); marcados con una pequeña estrella. Dichos valores fueron obtenidos proyectando una línea, desde el punto donde η es máxima en la grafica η vs Q.

Estas curvas suelen ser aportadas por los fabricantes de las bombas, con el fin de que los compradores puedan conocer los intervalos donde la bomba posee un funcionamiento optimo.

Fig. 02 Curvas características de altura efectiva, potencia absorbida y eficiencia total de una bomba centrifuga (n=ctte)

Cavitación

Cuando

...