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Resumen teoria maquinas hidraulica
 

Resumen teoria maquinas hidraulica

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    Resumen teoria maquinas hidraulica Resumen teoria maquinas hidraulica Document Transcript

    • CLASIFICACION DE LAS BOMBAS.1. De acuerdo a la aplicación.: No nos dice nada del aspecto técnico. 1.1. Bombas de Aguas Negras 1.2. Bombas de Gasolina 1.3. Bombas para productos químicos2. De acuerdo a la forma de cómo se transfiere la energía al fluido 2.1. B.D.P (Bombas de Desplazamiento Positivo).son utilizadas para fluidos viscosos. 2.1.1. Bombas de Movimiento alternativo. El suministro de caudal es bastante intermitente. 2.1.1.1. De diafragma 2.1.1.2. De Pistón. 2.1.2. Bombas Rotatorias. 2.1.2.1. Engranaje 2.1.2.1.1. Externo 2.1.2.1.2. Interno 2.1.2.2. Tornillo 2.1.2.3. Paleta 2.2. B.P.D Bombas de Presión Dinámica. 2.2.1. Radial Centrifugas 2.2.2. Mixto 2.2.3. Axial En las bombas de movimiento alternativo se observa que el suministro decaudal es bastante intermitente, salvo en la de tipo pistón, que cuando son mas deun pistón, el flujo lo vemos de una forma bastante continua, esta bomba con masde un pistón, son hechas con dúplex (2 cilindros) o triplex (tres cilindros), de talmanera que cuando un cilindro esta entregando fluido el otro esta cargando y esologra regularizar mas el caudal que se esta entregando.Las bombas rotatorias, sin dejar de ser una bomba de desplazamiento positivo,proporcionan un caudal mas continuo, que el que proporciona una bomba de
    • movimiento alternativo, no tan continuo como lo han de hacer las bombas depresión dinámica (dentro de las cuales están las bombas centrifuga).Velocidad Específica: es un instrumento que nos caracteriza el tipo de bomba enfunción de los tres parámetros que rigen su selección.Ns=Parámetros.Q= Caudal, el flujo que queremosH= carga donde queremos llevar el fluidoN= R.P.M. Si queremos una bomba de velocidad especifica baja nos vamos a laecuación, esta nos dice que la bomba debería de tener una carga grande y quedebemos de estar manipulando un caudal pequeño. La velocidad especifica (Ns) va creciendo en el orden que tenemos laclasificación de las bombas, desde las bombas de movimiento alternativo, lascuales son las bombas de mas baja velocidad especifica que van a levantar maspresión, mas carga y van a manipular menos caudal, hasta las bombas de flujoaxial que es una bomba que se caracteriza por ser la más apta, para proyectosque requieren manipular grandes caudales y cargas pequeñas con una velocidadespecifica muy alta.Uso Típico de la Bomba de Flujo Axial: En sistema de riego, hay que trasladarfluido desde embalse a otro que esta muy cerca y casi en horizontal) se manipulacargas pequeñas) el flujo que traslada es muy grande, por lo tanto se estánmanipulando grandes caudales.
    • Uso Típico de la Bomba de Flujo Radial y Mixto: cuando se quieremanipular agua de un pozo perforado, donde el agua está localizada a 50, 60, 70,80 o más de 100 mts por debajo del suelo, estamos en la presencia de unproyecto en que se requiere manejar una carga grande y un caudal pequeño, yaque al explotar un pozo nos da un caudal tan grande como el que nos daría unacaptación superficial (un rio o un flujo que tendríamos que movilizar de unembalse). Estas bombas son de velocidades específicas pequeñas encomparación con la de flujo axial. Una bomba que tiene una velocidad específica grande va a ser una bombaque va a tener un NPSHrequerido grande, o sea tiende a cavitar mas, lo queimplica que los problemas de cavitación se crecentan a medida que utilizamosbombas de presión dinámica, la bomba que tendría que cavitar más seria labomba d flujo axial. ¿Por qué no se utilizan graficas H vs Q ( girando a velocidad constante)para simbolizar de desplazamiento positivo?. No es práctico utilizar esta gráfica,ya que el funcionamiento de las B.D.P. VARIACION N2>N1estaría determinado en esta grafica por DE CARGArectas casi verticales, las cualesdificultarían visualizar la variación delcaudal para una variación de carga VARIACIONbastante grande. DE CAUDAL En las bombas de desplazamiento positivo pueden tener grandesvariaciones de cargas con muy poca variación de caudal. En estas bombas esimposible regular el caudal estrangulando en la descarga. Son aptas para ciertotipo de aplicaciones, por ejemplo para lubricar un motor de combustión interna,para accionar el sistema hidráulico de un montacargas.
    • Las gráficas que por excelencia se utiliza para simbolizar elcomportamiento de la Bomba de Presión Dinámica, son graficas de carga “H” vscaudal “Q”, girando a velocidad constante se puede observar que estas presentancurvas casi planas. Por el tipo de curva, se puede ver que con una estrangulación en la descarga de una N2>N1 Bomba de Presión Dinámica (Centrifuga). Se puede conseguir una regulación del caudal, no es lo ideal pero se consiguen resultados satisfactorios.¿Por qué cuando queremos lubricar un motor de combustión interna no podemosutilizar una bomba centrifuga? Cuando en las bombas centrifugas bajamos la velocidad de rotación, lascurvas de funcionamiento caen notablemente por lo tanto, si un motor decombustión interna que tiene que estar bien lubricado, tanto en mínimo(funcionaentre las 3 y 400 RPM) como en una autopista ( funciona alrededor de las5000RPM), al usa una bomba centrífuga es posible que en la presión que senecesite para llevar el aceite a la parte mas alta del motor, al desacelerar elmotor, el motor se funda por lo menos en las partes altas .¿Por qué la bomba para accionar el sistema hidráulico de un montacargas nopuede ser una bomba hidráulica? La bomba para accionar el sistema hidráulico de un montacargas se muevecon la aceleración que se le de al motor diesel o al motor de gasolina que estámoviendo al montacargas , de tal forma que si colocamos una bomba centrifuga, yaccionamos las paletas cargadas, si el operador se ve en la necesidad dedesacelerar el motor, existe la posibilidad de que la carga se caiga, no ofrece
    • seguridad, en cambio la B.D.P no importa la velocidad que vaya , va a levantarpresiones grandes , lo que va a hacer es manipular la carga mas lentamente. Para levantar la carga con más rapidez basta aumentar la velocidad de labomba, aumentando la velocidad del motor. Las bombas de desplazamiento positivo son utilizadas generalmente cuandoestamos trabajando por fluidos viscoso, cuya viscosidad supera a 3000 S.S.U. En la selección de bomba se puede utilizar la gráfica 1 de la pag.1 de losábacos, es una gráfica de carga (altura en metros) vs caudal (litros por minutos),en la cual esta localizado los campos de trabajo de acuerdo al tipo de bomba. La B.D.P tiene una zona de trabajo en la parte superior izquierda, no estadiciendo que estas bombas trabajan con cargas muy grandes y con caudalpequeño. Cuando el campo de trabajo cae en la zona de transacción entre las bombassignifica que cualquiera de las bombas se puede seleccionar, el parámetroadecuado extra para escoger cual bomba utilizar o si debemos utilizar dos enparalelo que cada una maneje la mitad del cual que maneje una sola bomba, es elfenómeno de la cavitación, que va a influir en la colocación de la bomba. Estapauta se debe a la exigencia en la sección de los equipos de bombas, ya queantes de la bomba no se le cede energía al fluido, la bomba le cede energía alfluido y después de la bomba es que vamos a tener fluidos presurizados. Antes de la bomba, cuando estamos bombeando, de recipientes abiertos a laatmosfera, la pequeña bomba que nos lleva a nosotros el fluido desde, el tanquede sección a la misma bomba, es la presión atmosférica. Muchas veces se van a encontrar bombas que están girando 1750 y no 3500RPM girando a 1150y no a 1750 RPM, esto se debe a que al bajar la velocidad delos equipos se solventa el problema de la cavitación, es decir cuando se usa unmotor es para evitar el problema de la cavitación.
    • Según el aspecto económico: los motores lentos en la mayoría de los casosresultan más costosos que los motores rápidos, la potencia (P MN), es elproducto del par torsor por la velocidad de rotación, los costos de los motoresestán ligados al par torsor. Podemos hablar de una misma potencia, convelocidad grande o velocidad pequeña, pero en ese mismo orden, variando el partorsor MParte motriz – a mayor par torsor menor velocidad, motor más costoso _ a menor par torsor mayor velocidad de rotación abaratando los costos del motor.Parte bomba _ una bomba de velocidad lenta resulta de dimensiones mayores que una bomba rápida. Ya que necesita mayor diámetro para alcanzar la misma altura de mayor diámetro para alcanzar la misma altura para manejar el mismo caudal por lo tanto es más costosa.En conclusión, bajar la velocidad de rotación en un equipo de bombeo, desde elpunto de vista de costo de inversión esta incidiendo relativamente tanto en laparte motriz como en la parte bomba, el motor sube de precio y la bomba se hacemás grande, de tal forma que la bomba también se encarece.Siempre se va a tratar de hacer un acople directo de motor a bomba , losfabricantes van a representar la curva de función nacimiento de las bombas a lasvelocidades que corresponde a los motores de inducción con rotores jaula deardilla, en la pág. 129, se tiene una tabla con los motores mas comerciales. CALCULO DE LA VELOCIDAD DEL MOTORN(PRM)=
    • La velocidad teórica es mayor a la velocidad real esto es porque el inducidoestá montado sobre rodamientos y estos introducen perdidas por fricción, yretraso en el desplazamiento del campo magnético. En las bombas centrifugas se sacrifica un poco de eficiencia por el hecho detener un motor en ciertos casos acorde con las revoluciones requeridas ya que espreferible hacer un acople directo y no meterse con cargas de engranajes, frenosmultiplicadores, sistemas de poleas con correas etc. a diferencia de las bombasde desplazamiento positivo, es usual utilizar cajas de engranaje, etc. Porque es laúnica manera de regular el caudal, ya que seria un punto mas donde suinstalación puede fallar. Métodos utilizados para la regulación de flujo de bombas de desplazamientospositivos. En vista de que es imposible estrangular el flujo en la descarga paracontrolarlo, en bombas de este tipo, existen diferentes métodos para conseguir elcontrol. a) Variando la velocidad de rotación del equipo b) Variando el recorrido del elemento de bombeo c) Desviando el flujo. d) Estrangular en la sección de la bombaa) VARIANDO LA VELOCIDAD DE ROTACIÓN DEL EQUIPO. Esta variación dela velocidad de rotación del equipo se puede conseguir a través de cargas deengranajes, sistemas de poleas con correas, trenes multiplicadores, etc. H1 = 10 psi Q H2 = 120 psi POLEAS MULTIPLES MULTIPLICADORAS N(RPM)
    • El comportamiento de esta bomba se puede representar en una gráfica Q vs N(RPM) se puede visualizar mejor la variación de pequeños caudales a grandescargas y una Velocidad constante. Además estas graficas lleva incluido el rangode viscosidad “µ” a la cual está trabajando, si el flujo es menos viscoso lacapacidad de carga que puede levantar es mayor, porque el peso especifico debereducirse y la capacidad de columna debe aumentar. En el caso de una bomba centrifuga se da una curva de NPSHd en el caso deuna B.D.P. el fabricante de un motor determinado de NHSPr. Al seleccionar bombas en un proyecto, se debe estar claro cual es el rango deviscosidad que se va a manejar, es decir si se esta sujeto a una variación detemperatura, se debe ver que la bomba tenga el comportamiento deseado paravencer una carga definida, aun con esa variación de viscosidad que está siendoproducida por dicha variación.¿Qué sucede si utilizamos una bomba centrifuga para manejar con unaviscosidad mayor a 300S.S.U?.Se disminuye el caudal que se está manejando; aumenta la carga que la bombaestá manejando, ya que se maneja un fluido más viscoso, dentro de la bomba vaa tener perdida por fricción, que disminuye el rendimiento hidráulico y lo mascatastrófico es que el rendimiento total de la bomba baja ¿Cuáles son los motivos por los cuales utilizaremos bombas centrifugas paramanejar fluidos viscosos y no bomba de desplazamiento positivo? • Las bombas centrifugas están más generalizadas en el mercado • Es mas económica y versátil para su reparación • Hay más personal especializado para su reparación • Hay facilidad para conseguir repuestos
    • Cuando el fluido es demasiado viscoso ya no hay remedio tendremos que utilizaruna bomba de desplazamiento positivob) VARIANDO EL RECORRIDO DEL ELEMENTO DE BOMBEO. Esto seconsigue por ejemplo en una bomba de diafragma (en esta bomba el elemento debombeo es el diafragma), esta variación del recorrido se consigue externamentepor medio de una leva o un tornillo de graduación, los cuales van a oprimir o dejarlibre el diafragma para que tenga un recorrido entre 0% y 100% respectivamente.La mayoría de estas bombas tienen una paleta y un dial que dice 0% y 100 % elcual es el recorrido del diafragma si se mueve la paleta a 0%, se esta alejando eleje que tiene el diafragma del cigüeñal de la leva que lo está empujando, si estáoprimiendo el diafragma de una manera que no se va a mover cuando marca100% se le permite al diafragma hacer el 100% de su recorrido. Esta es unaforma de regular el caudal con bastante exactitud en este tipo de bomba se puedeobtener variaciones de caudal a la misma presión de descarga con solo mover eldial a 5%, 10%, 15% o 20 % etc . El comportamiento de estas bombas se puede representar en una gráfica G.P.Hvs graduación de la carrera del diafragma, (pag.3 fig. 4 ábacos) donde vemos dosrectas inclinadas que definen presiones en la descarga. Estas graficas G.P.H 10 psi 120 psi 20% 30% 40% 50% 60% 100%
    • Están hechas para una velocidad determinada (la de la pág. 3 para 46 carrerapor minutos) al cambiar la velocidad de la bomba también cambia la gráfica. Unaparticularidad de esta grafica es que a pesar de existir una variación de presión enla descarga bastante grande (de 10psi a 125 psi ), es perfectamente observableen la escala vertical la variación de caudal, es decir, se visualiza bastante bien lavariación del caudal , aun por lo pequeña que ella sea.c) DESVIANDO EL FLUJO. Ya sabemos que las B.D.P manejan caudalespequeños y cargas grandes, al desviar el flujo se puede pensar que se estabotando mucha energía, porque estamos presurizando el flujo que luego se va adesviar a la sección. Pero al desviar el flujo estamos trabajando sobre el caudal,que es el parámetro mas pequeño que hay en una B.D.P, y no sobre la presión,que de hecho no se traduce en una perdida de potencia.¿ Por que es preferible desviar el flujo en una bomba de este tipo, para regular elcaudal y no estrangular en su descarga?Si estrangulamos en la descarga la presión subirá muchísimo, y esto se traduceen botar potencia, ya que P HQ, y al estrangular en la descarga significaaumentar alguno de los dos factores (Q o H), por lo tanto crece la potencia, por lotanto es preferible desviar el fluido en una bomba de este tipo ya que repercute enuna disminución o un consumo de energía en exceso mucho menor que siestrangularemos en la descarga como se hace con las bombas centrifugas.d) ESTRANGULAR EN LA SECCIÓN DE LA BOMBA. Sabemos que sitenemos un equipo de bombas centrifugas instalado y queremos regular, de suflujo, nunca oiremos hablar de estrangular en la sección de la bomba, lo primeroque se hace es no colocar muchos accesorios del lado de la succión, ya queestamos aumentando las perdidas por fricción en este tramo. Cuando queremosdosificar por ejemplo combustible de un motor diesel o a una cámara decombustión va a resultar ilógico sea cual sea el tipo de bomba a estrangular elflujo en la descarga, ya que: 1º) estaríamos botando potencia, 2º) podemosproducir un calentamiento en el compuesto por el aumento de la presión, que
    • provocaría una auto inflamación, cuando estamos dosificando el combustible enun motor de combustión interna estamos dosificando en cantidades y enmovimiento exacto para que se produzca la expansión en ese motor diesel, 3ºantes de que el cigüeñal llegue a colocar el pistón en su punto muerto superior enla carrera de compresión cuando las válvulas están cerradas en motores decombustión interna, al final ya cuando el pesto va llegando arriba, es cuandodebemos dosificar el combustible, con una presión bastante grande, porque va aencender por compresión y no porque haya una chispa. Por esto es imposible quenosotros estemos regulando el caudal estrangulado en la descarga porque lo queestamos produciendo es un recalentamiento del fluido.Ventajas que produce estrangular en la sección de la bomba:1º) el ahorro de potencia se disminuye el consumo de esta.2º) elimina la elevación de la temperatura del fluido que se esta regulando odosificando.Desventajas:Nosotros al estrangular en la succión, lo que se consigue es aumentar laspérdidas por fricción (hfs) en el tramo de la succión, por lo que podemos inducir lacavitación del equipo, esto obliga a colocar suficiente disponibilidad (NPSHdisponible) para que nos permita que la bomba no cavite.¿Cómo se consigue este aumento de disponibilidad, para evitar la cavitación?Dada la ecuación de disponibilidad:NPSHdisp =
    • Dónde:Pf = presión absoluta sobre el fluido en la Succión.Pv = presión de vapor a la temperatura de bombeo. = peso específico del fluido manejado en función de la temperaturaHs: colocación relativa del tanque de la bomba al fondo.hfs: perdidas en el tramo d succión. CARGA DE SUCCION CUANDO SE ESTRANGULA EN LA SUCCION AUMENTAMOS LAS PERDIDAS HFS, PUDIENDO +hs PROVOCAR CAVITACION YA QUE hfs DISMINUYE LA DISPONIBILIDAD Pf -hs ALTURA DE SUCCION Pv
    • Para aumentar la disponibilidad NPSHdisp., ya que es disminuida por el aumentode pérdidas en la succión hfs, debemos aumentar algunos de los parámetros Pfy/o hs. Por lo tanto cuando utilizamos este último método de regulación, elrecipiente debe estar por encima de la bomba, para aumentar la disponibilidad. Enel caso de que no lo este, entonces se usa una bomba de diafragma auxiliar a labomba principal para dosificar el fluido y colocarlo en la bomba aumentado depresión, y así solventar el problema causado por el estrangulamiento de lasucción.Ejemplo práctico de este método: un ejemplo es: “las bombas que dosifica elcombustible en los motores diesel”. En los motores de gasolina, la gasolina pasapor una bombita al carburador y en este se hace la mezcla de aire con elcombustible para luego levarlo a la válvula de admisión del pistón. En los motoresdiesel, la mezcla se hace en el pistón mismo, la válvula de admisión no recibe unamezcal que viene del carburador, ya que estos motores no tienen carburador , loque recibe es aire, y cuando este aire está a presión al final de la carrera delpistón es que se dosifica el combustible, la presión que levanta el pistón es de1000 lbs, por lo tanto es imposible que se utilice una bomba. Centrifugas paradosificar, ya que esta maneja grandes caudales y pequeñas presiones. La bombautilizada es una bomba de desplazamiento positivo de tipo pistón. Las cualestienen las características de trabajar con presiones grandes y pequeños caudales,la dosificación exacta o regulación que se necesita para la mezcla se consigueestrangulando en la sección.La bomba de desplazamiento pasivo de movimiento alternativo tipo pistón que seutiliza para la dosificación del combustible, es una bomba diesel, cuyo elementode bombeo lo podemos observar en la pag.4 fig.6 (ábacos). Este elemento constade un émbolo el cual siempre va a tener el mismo recorrido radial, el siempre seva a mover desde un punto muerto superior a un punto muerto inferior, que es lacarrera que le da el árbol de leva; por lo tanto no podemos regular el caudalutilizando el segundo método que es variando el recorrido del elemento debombeo, ya que si trancamos el recorrido, se nos va a partir el árbol de leva y por
    • lo tanto se nos puede partir la bomba. El método que se utilizara es laestrangulación en la succión, el embolo tiene un corte helicoidal y es rotadodentro del cilindro por medio de una cremallera que es accionada por elacelerador, el enfrenta a la cumbrera de admisión y dependiendo de la posiciónde este corte, se permitirá la entrada a la cámara superior del embolo, de mayoro menor cantidad de combustible, este combustible luego pasa a través de unconducto de alta presión a una tobera, que es la encargada de atomizarlo.¿Qué esta pasando cuando un vehículo con motor diesell está produciendo humonegro contaminante?La tobera esta mala y esta dosificando el combustible a forma de gotas y no enforma spray y por lo tanto no hay una buena combustión.¿Qué condiciones necesita para calibrar una tobera cuando se repara un motordiesel?Para que el fluido entre al cilindro y para pulverizarlo, se necesitan presiones queson mayores a los 100 lbs, para conseguir esto hay probadores de tabalca queson a su ves bombas de embolo para probar la tobera que son de 1200 libras.Parta que pueda llegar el fluido al elemento de bombeo con la presión que sedesea, es necesario que el tanque de combustible este por encima de la bomba, oen tal caso que no lo este, contar con una bomba de diafragma auxiliar quepermita legar a la condición deseada.¿En que caso en particular se estrangula el flujo en la sección de una bombacentrifugada?La bomba que se encarga de dosificar el combustible en la cámara decombustión de los siclos Breyton (tobera a gas) es una bomba centrifugada quese le regula el caudal estrangulado en la sección.
    • ¿Que otro resultado satisfactorio se ha conseguido con los métodos utilizadospara la regulación de flujo en bombas de desplazamiento pasivo? - Se utiliza bombas de diafragma para reemplazar el corazón en una operación de corazón abierto, con estas bombas se construye una exactitud en la dosificación de flujo - Cuando se esta desinfectado agua con productos químicos, estos procesos llevan concentraciones muy pequeñas (una parte por millón), imposible regular este flujo con una bomba centrifuga, para esto se utiliza B.D.P que utilizan algunos métodos de regulación. Cavitación en las bombas de desplazamiento positivo los datos que nos da una fabricante de una B.D.P son diferente a los que nos dan de una bomba centrifugada, el de la B.D.P lo que nos da es un valor N¨PSHR , el de la B.P.D, nos da es una curva de valores de NPSR en un grafico HVQ. el NPSHR va a ser función de caudal que esta manejando la bomba, en la medida que el caudal que estamos manejando sea mayor la bomba va a necesitar en succión, de una presión absoluta mayor; ya que estamos tratando fe forzar dentro de una bomba de dimensiones constantes una cantidad de fluido mayor, por lo tanto el NPSHR tiende a crecer en la medida que sea mayor el caudal que estamos manejando con la misma bomba cuando estamos trabajando a velocidad constante.
    • Esto es por el hecho de que tenemos que pasar mayor cantidad, de flujo por elmismo rodete con la misma dimensión, y por lo tanto mayor será las perdidas, ypor esto necesitamos una carga mayor.Cuando se trabaja con B.D.P el fabricante no nos da curva de NPSHR, si vemoslas graficas de la pag.8-c, se nota que estas están bastante en un valor de 10pulg-hg, este valor es la presión mínima en la ecuación para que la bomba noCavite (se debe respetar).Esta presión es una presión de vacio y se mide de la presión atmosférica haciaabajo (la presión atmosférica al nivel del mar es de 30 pulg-hg); cuando se hablade pulg-hg estamos blando de presión de vacio.Cuando estamos ablando, basado en 10plg-hgm, es la lectura de un instrumentocolocado en la sección de esa bomba, tiene que marcar ese vacio. Lec Vac hs + hfs vacuometro Para conseguir esa lectura nosotros podemos jugar con la colocación de hs la bomba o con el diámetro que debe tenerla línea de sucesión.Nota: el valor de pulg-hg dado, va a ser NPSHR, nos están diciendo que tan altopodemos colocar la bomba, en función de diámetro de tubería que genera
    • perdidas, si por ejemplo si por ejemplo queremos colocar la bomba más alta (hsaumenta) tendremos que aumentar el diámetro de tubería para que el termino hfs disminuya y el NPSHR quede igual.Generalmente el problema de la cavitación en B.D.P, cuando se estánmanejando fluidos viscosos tienen poco interiores práctico, ya que cuando sebombea aceite los tanques se construyen por arriba del piso y no subterráneos, locual aleja la posibilidad por el tipo de aplicación que se le da a este tipo debomba; de que puedan cavitar; porque le estamos poniendo prácticamente,siempre una carga en la sección, es decir, hs positiva.Golpe de ariete en B.D.P: generalmente en las bombas de desplazamientopositivo, se puede conseguir dos válvulas de alivio supresoras de golpe de arieteincorporada a la estructura de la bomba. Cuando se trabaja con bomba centrifugano se va a conseguir válvula de alivio incorporado a su estructura, el ingenierotoma la decisión si la válvula va o no va.¿Cuando se produce el golpe de ariete?El golpe de ariete se produce cuando ocurre el paro violento de la bomba o alcierre o apertura de la válvula que colocadas en la línea de descarga puedenalterar la velocidad del fluido. El golpe de ariete se puede producir cuando se va la energía o cuando se tieneuna bomba de movimiento alternativo (eje. Bomba de pisto pág. 7-A), los cualestienen un movimiento muy fluctuante que produce picos de presión que puedensobrepasar las presiones que resisten los accesorios que están colocados en lacercanía de la bomba; es decir, se cambia y se origina los frentes de ondas.El incremento máximo de presión o carga ( h)Que puede producir en esta circunstancia se puede evacuar por la siguienteecuación:
    • ( Para agua Donde) h(m.c.a)=Este es el incremento de la presión máxima sobre la presión de trabajo.V = velocidad de la onda de presión (m/seg). Al cambiar la velocidad del fluido, seproduce ondas que se transmiten con alta velocidad, hay como un choque entrefluidos.v= la velocidad del liquido en el momento en que se produce la falla (m/seg).Puede ser la falla de energía eléctrica o el cierre de válvula.g=la aceleración de la gravedad ( 9,81 m/seg2)Calculo de la velocidad de la onda de presión (V) K= relación ent6re el modulo de ! " # elasticidad de el agua, al modulo de elasticidad del material de la tubería. (Adimensional) si el material es mas fino mas fino se refleja en la onda. K Material del tubo 0,01 Acero Para agua 0,0107 Hierro maleable 0,025 Hierro colado 0,088 Asbesto - cemento
    • R= relación ent6re el diámetro interno del tubo y el espesor de la pared del mismotubo.Calcular la velocidad del líquido en el momento que se produce la falla (__v_)Si se conoce el caudal que se esta manejando y se conoce el área del tubo, seaplica la ecuación de la continuidad, para conocer la velocidad media v(caudal/área tubo).Ecuación de la continuidad:V =Q/AiLo que se produce por el hecho de abrir o serrar una válvula, apagar el equipo ose vaya la energía eléctrica es un incremento de presión sobre la presión detrabajo. Por ejemplo si se tiene en la descarga de la bomba 400 psi esta presiónse va a ver aumentada en un h debido al hecho de irse la energía eléctrica y portal razón, la maquina va tender a disminuir su velocidad y va a cambiar lavelocidad del fluido, e incluso llega a devolverse la onda, produciendo un vay-ven,que a su ves produce picos de presión.¿Cuál es el interés de calcular h?Ver que presión se alcanza para ver si la tubería no resiste, h se debe sumar ala presión que marca de nuevo el equipo en funcionamiento, para ver si resiste lapresión que resiste el material de la tubería y accesorios.En la práctica, ¿Cuándo se alcanza la máxima presión en un sistema de bombeo?Cuando los sistemas del bombeo, se tienen en la descarga de la bomba unaválvula CHEK; al fallar la energía eléctrica, esta válvula va a tener un cierreviolento y va a impedir el paso del fluido en sentido contrario a como estabapasando anteriormente, provocando la máxima presión del sistema; que va a ser
    • la suma de la presión conocida del proyecto en la descarga (presión del trabajo),mas el incremento máximo de presión “ h” provocado por el cierre.¿Como se puede reducir el incremento de la presión?Usando B.P.D que no utilicen válvulas CHEK en la descarga, estas permiten, lafallar la energía eléctrica el paso del fluido en sentido contrario. Para poderpermitir este sentido, tenemos que tener los datos del fabricante de la bomba, esdecir, la zona de disipación de energía que es la que normalmente conocemos, lagráfica H vs Q, y cómo se comporta como turbina cuando se esta girando ensentido inverso, el fabricante, además de decir la velocidad máxima del sentidoinverso.No todas, las bombas de envergadura poseen válvulas de rotación en ladescarga, estas se pueden instalar sin válvula, para permitir el giro en sentidocontrario hasta un cierto valor.¿Qué tipo de válvula se puede colocar en la descarga, para controlar que no sesobre pase, la velocidad máxima permitid a y solventar el golpe de ariete?Las válvulas de cierre anular_, estas son actas para serrar las líneas de bombé otrabajando, son de menos vibración, menos ruido. Los equipos de bombeosuministrados para utilizar agua a los acueductos, se arrancan con la válvula de ladescarga cerrada y cuando se apagan, lo primero que hace es cerrar la válvula yluego se paga el equipo, es decir, arrancan y se apagan con la válvula en ladescarga cerrada. Al accionarse el swich, la bomba no se para, pero comienza amoverse el contra peso de la válvula y es que la válvula se esta cerrando con labomba encendida.Este tipo de válvula se utiliza para solventar el problema de golpe de arietecuando se quiere hacer un cierre de la tubería y no se esta utilizando una válvulade presión constante (CHEK). Las presiones que se pueden alcanzar sonpresiones menos a la presión máxima alcanzada con una válvula CHEK.
    • Los fabricantes de tuberías y los fabricantes de accesorios para este fenómeno degolpe de ariete, toleran que su productos puedan trabajar con 70% o un 80% de lapresión de falla, con la que se ensaya la tubería en le laboratorio ( la presión deprueba es 3 veces la presión de trabajo ) estas tolerancias son basadas en lacondiciones que no son continuas sino muy esporádica s( falla de energíaeléctrica).El contrapeso de las válvulas de cierre anular, cuando fallas la energía hace quela válvula cierre en ¾ partes en forma violenta, y la cuarta parte que falta se hacecon ayuda de un magneto y una materia de corriente directa que accionan unmotor que trabaja con corriente directa cuando hay energía también trabaja concorriente directa, el rectifica la corriente alterna.Incremento de la presión máxima para cualquier otro fluido que no sea el agua. h(m.c.f)=V (m/s) =Donde.K= modulo de elasticidad del fluido (kg/m2)E= modulo de elasticidad del material de la tubería (kg/m2) = peso especifico del fluido (kg/m3)Øi = diámetro interno del tuboe= espesor de pared del tubo (m)g= aceleración de gravedad (9,81cm/seg2)
    • Método para proteger tanto la bomba como estructura de su descarga contra elgolpe de ariete A.) Válvulas supresoras de golpe de ariete: la válvula supresora de golpe ariete, es un dispositivo que se va a colocar en derivación con el equipo de bombeo, graduada a una presión que suele ser entre 5% y 10% superior a la del régimen permanente. 300 PSI PROCESO 300*1.10= 330 PSI (TIENE QUE SER MENOR QUE LA PRESION QUE SOPORTA LA TUBERIA Y ACCESORIOS Patm VSGA PILOTO DE VALVULA RECIRCULACION valvula de pie Si la carga total que debe vencer el equipo es de 300 psi, la válvula supresora de golpe de ariete, se debe graduar a 1,10 multiplicado por ese valor, es decir, a 330 psi. Esta presión de apertura, a la que se gradúa la válvula, tiene que estar por debajo de lo que soporta la tubería que se ha seleccionado para descargar el equipo. La VSGA va a actúa como un sensor graduado que la llegar a una cierta presión (330 psi), va a abrir y a permitir que se alivie la tubería que esta
    • suministrando flujo al proceso, estableciendo una recirculación hacia el mismo recipiente de donde se está succionando (un ejemplo de esta válvula la podemos observar en la pág. 15).la selección de esta válvula se hace en selección del caudal que se quiere manejar, que va a definir su tamaño y la presión a la que va ser sometida en la línea de descarga. Generalmente antes de tomar la decisión de utilizar una válvula supresora de golpe de arriate debemos tener presente que, los accesorios y las tuberías pueden ser sometidas a presiones instantáneas que pueden ser el 80% de la presión de la falla.B.) Cámara de aire: es utilizada en los sistemas para bombear aguas negras. Consiste en co0nectar en la tubería de descarga una cámara de aire que inyecta aire con ayuda de un compresor, con el fin de amortiguar la ola que se origina por la sobrepresión ya que el aire es compresible (no se obstruye).} aire Nivel proceso
    • C.) Volante en los equipos de bombeo: es un método sofisticado que requiere de todo un estudio. Al irse la energía eléctrica, este sistema va a aumentar la inercia el par torsor de las partes en movimiento de la bomba y del motor provocando que el equipo tarde mas tiempo en pararse. Otro método utilizado para suprimir el golpe de ariete es utilizando CIENCIAS DE EQUILIBRIO. Rendimiento Total de las bombas t= v * h * m Rendimiento volumétrico ( v): Se define en función de Qneto caudal. La bomba está manejando un caudal total Qr (QT) que es la suma de tres flujos: el caudal neto (Qneto), que va a ser el caudal Qt Qp aprovechado, el caudal de recirculación (QR), por muy exacta que sea la construcción de una bomba, siempre existen holguras entre la parte que se mueve (rodete) y la queno lo hace (carcasa), la necesidad de que esta holgura exista, va a crear unproblema ya que por allí se escapa parte del caudal total, y por último el flujo quese fuga por los prensaestopas de la bomba (Qp). Hay bombas que tienen unsistema de sellos que es a base de prensaestopas ajustable, que se gradúan parapermitir el paso de cierta cantidad de agua, que lubrica y refrigera el eje que seesta proyectando fuera de la bomba.
    • Si se trata de eliminar el goteo o el paso de agua, apretando la prensa-estopa,empieza a producir uno y se parte el eje. Hay sellos mecánicos que no permitenel paso del flujo,( de acero-acero, grafito, cerámica). El sello se refrigera, pero nopermite el paso del agua. La ecuación de Q total será: Qtotal = Qneto + Qr + Qp Una bomba grande que necesita refrigeración podría utilizar parte del agua que ya están manipulando para hacer a través de un intercambiador y que vuelva a caer en la sección, salvo que, en algunas instalaciones grandes se usan bombas pequeñas para suministrar el fluido que va a pasar a través de un intercambiador situado en los cojinetes, el rendimiento volumétrico se mide en la medida de, que aprovechamos y que es lo que estamos presurizando. Rendimiento hidráulico ( h): este rendimiento es una relación de cargas: h= dónde: proceso Hm = Carga Manométrica Mt Carga Teórica
    • La carga manométrica es la carga verdaderamente trasmitida al fluidomanejado, puede ser leída con instrumentos de medición. Si lo colocamos a laentrada y a la salida de la bomba podemos ver el incremento de presión quede manera real nos está dando la bomba es lo que nos interesaLa carga Teórica es la que deberíamos obtener si no existiera perdidas dentrode la bomba, es la que teóricamente estamos esperando en función de lasdirecciones y velocidad del rodete, en función de las curvaturas de los alabes.El rendimiento hidráulico es uno de los que mas va a pesar, tiene que ver conel diseño del impulsor, este nos indica en función de la velocidad especifica yel caudal que se esta manejando, si la bomba esta mal utilizada, es decir, elrendimiento hidráulico va a tener una variación con un buen o mal diseño de labomba en si, los alabes, el ancho de los alabes, el material, la curvatura delalabe. Es lo que realmente podemos mejorar.Procedimiento mecánico ( m): se define en función de potencias m= donde:Ni = Potencia InternaNf = potencia al frenoLa potencia al freno (Nf): es la potencia que tenemos que darle al motor quenos va a mover el equipo, no solo va a mover la bomba, sino también losrodamientos, es decir, va a ser la suma de lo que se aprovecha en la bomba(potencia interna de la bomba) mas la potencia necesaria para vencer lasperdidas mecánicas.Nf = Ni+Pm Ni= Nf –Pm Pm = Perdidas Mecánicas
    • La potencia interna (Ni): es la potencia que absorbería la bomba sinoexistiera las perdidas mecánicas.La eficiencia total o rendimiento total se puede definir también como unarelación de potencia: t=Nh = Potencia HidráulicaNf = potencia al frenoLa potencia hidráulica es potencia verdaderamente transmitida al fluido. Nh = * Qneto * HmEl caudal neto es lo que verdaderamente se esta aprovechando del caudaltotal, interesa que no es lo que va a llenar el tanque, y eso es el caudal neto.No interesa lo que se esta perdiendo por fricción dentro de la bomba, lo queinteresa es cuanto incremento la bomba. Por lo tanto: t=Nf=
    • Como evaluar en el laboratorio el rendimiento total (Nt)?se evalúa con laayuda de la ecuación t= Ensaya la bomba de la siguiente forma:Se le acopla a la bomba el motor, y se pone a funcionar de un recipiente queeste en un siclo serrado. Se coloca instrumento de medición en la succión y enla descarga, para ver el incremento de la presión que se esta obteniendo, yasí obtenemos la carga macro métrica. Para cada posición de la llave sepuede evaluar, (ya sea con una placa orificio o un rotámetro), el caudal queesta pasando, lo que quiere decir que, para esa posición tenemos el caudalneto. está a una temperatura definida, si la prueba es muy larga, se puedecolocar intercambiadores de calo para tratar de mantener una trayectoriaconstante y así permanece constante. Faltaría conocer la potencial al freno.NF, para conocerlo medimos la potencia que estamos tomando de la red, perono toda consume la bomba ya que el motor tiene una eficiencia, y los acoplesmecánicos entre la bomba también absorben cierta potencia, por lo tantopodríamos hallar la potencia al freno donde:Nf= Pot.red * acople * motorLa potencia tomada de la red (Pot red) la podemos medir con un voltímetroy un amperímetro, se mide la intensidad en las tres fases con el amperímetro yse promedia, se mide el voltaje entre las tres fases, y se promedia y se aplica:P(w)red = V* I* dondeV= VoltageI = amperaje, Ø = Factor de Servicio
    • Actualmente este método no se utiliza, ya que se usan acoples con sensoresque no dan, al registro digital del torque, velocidad (RPM) , y la potencia. Si locolocamos entre el motor y la bomba, se mide es la potencia que se le estadando a la bomba, ya que no estamos tomando en consideración lo que elmotor tomo de la red. MANOMETRO Q PLACA ORIFICIO O VALVULA ROTAMETRO MANOMETRO RED motor bomba ACOPLE DE SENSORES DEPOSITOSe puede calcular el rendimiento pera cada posición de la válvula y ademáspodemos determinar la cueva HvsQ, ya que al variar la válvula estamosmidiendo el consumo de potencia, de caudal y la carga de cada posición.
    • Potencia que consume los equipos de bombeo para cualquier fluido.Nf (Hp) =  1Hp = 1,01 C.V = 76 kg*m/segSi es agua: = 1 kg/ltsNf (Hp) = ¡Nf (Hp) = ¢Para hacer este tipo de prueba en el laboratorio, no es recomendable utilizarun motor comercial, ya que al medirle la intensidad, esta no es reflejo de loque realmente están dando. Para poderlo utilizar hay que calibrarlo,metiéndole un freno, que puede ser hidráulico o electromagnético, los cualesnos indica que potencia esta dando el motor en función de la intensidad.
    • Para bombas de desplazamiento PositivoNf (Hp) = £Para evaluar las bombas de desplazamiento positivo en el laboratorio se utilizaválvulas de agujas en la descarga para poder variar ese caudal tan pequeño.Factor de reserva de Potencia: no debemos acoplar un equipo a un motor conuna potencia exacta a la calculada. Por lo general se le aplica un factor dereserva que va de acuerdo con el orden del caballaje que dio la ecuación Nf(Hp) anterior, estos factores son: Potencia absorbida * (Kw) Incremento de Potencia (%) P < 0,75 (1 hp) 50 [ * (1,50)] 0 P<3 (4hp) 30 [ * (1,30)] 3 P<7,5 (10hp) 20 [ * (1,20)] 7,5 P<15 (20hp) 15 [ * (1,15)] 15 P 10 [ * (1,10)]Manual de eficiencia Energética : José Merino ¨¥¦¤   ©§* Es la potencia con la formula Nf (Hp) = 9 86 45301)$ #! @ 7 2 ( & % " F GEDCBCA
    • Para bombas centrifugas en procesos petroleros (normas API-610)Hasta 25 hp------------ 25%Superiores a 25 hp y hasta 75 hp ----------- 15%Superior a 75 hp ----------- 10%EVALUACION DE LA CARGA DINAMICA TOTAL QUE HAN DE VENCER LOSEQUPOS DE BOMBEO.Aplicando la ecuación de conservación de energía tenemos: E1-Hfs(1-2) = E2No hay equipos de bombeoE=P= presión absoluta = peso especificoV^2 /2g = Energía CinéticaZ = Energía Potencial
    • Presiones 1 Presurizado P manometrica Presurizado PVacuometrica vacio 2 0 AbsolutoPmanometrica$ la presión manométrica dada en la lectura de un manómetro, esreferida a la presión atmosférica, es decir si se tiene en la descarga de unabomba un manómetro instalado y la lectura marca 100 psi esta es una presiónmanométrica es una presión sobre la presión atmosférica.Pabs1 = Patm del sitio + P manométrica (lbs/pulg2, lbs/cm2)