BOMBAS CENTRFUGASCURSO DE CAPACITACIN
MODULO 1 : Curvas de una bombaMODULO 2 : Altura de una bombaMODULO 3 : Deflexin
John Crane Argentina
Ing. Hugo Ricardo Cifuente
MODULO 3 : DeflexinMODULO 4 : Elementos mecnicosMODULO 5 : Caeras y sistemaMODULO 6 : Sellos mecnicosMODULO 7 : Planes de inyeccinMODULO 8 : Anlisis de fallas
BOMBAS CENTRFUGASCURSO DE CAPACITACIN - MDULO 1
TEMAS A DESARROLLAR EN ESTE MODULO
Esquema energtico.Tipos de bombas centrfugas. Sus aplicaciones.Curvas de performance de una bomba.Revisin de conceptos hidrulicos. Prdida de carga.
John Crane Argentina
Ing. Hugo Ricardo Cifuente
Revisin de conceptos hidrulicos. Prdida de carga.Frmulas bsicas para convertir presin en altura y viceversa. Relacin entre altura, presin, caudal y velocidad del lquido.Leyes de la afinidad. Sus limitaciones.Operacin de bombas en serie y en paralelo.Velocidad especfica.Curva de performance vs. velocidad especfica.
Una bomba centrfuga, como cualquier mquina; transforma energa.La cantidad de energa que entra es igual a la que sale
ENERGA
Esquema energtico
ENERGAMECNICA
BOMBACENTRFUGA
ENERGAHIDRULICA
CALOR VIBRACIONES RUIDO
BOMBA FUNCIONANDO EN BUENAS CONDICIONES
ENERGA
Esquema energtico
ENERGAMECNICA BOMBACENTRFUGA
ENERGAHIDRULICA
CALOR VIBRACIONES RUIDO
BOMBA FUNCIONANDO EN MALAS CONDICIONES
ENERGAHIDRULICA
Esquema energtico
ENERGAMECNICA BOMBACENTRFUGA
HIDRULICA
CALOR VIBRACIONES RUIDO
Tipos de Bombas Centrfugas
Cmo se clasifican las bombas centrfugas?
POR EL TIPO DE FLUJO: FLUJO RADIALFLUJO MIXTO FLUJO AXIAL
POR EL TIPO DE IMPULSOR: CERRADO SEMI-ABIERTOABIERTO
POR LA SUCCIN: SIMPLEDOBLE
POR EL NMERO DE ETAPAS: UNA ETAPAMULTIETAPAS
POR EL TIPO DE CUERPO: VOLUTA CONCNTRICODIFUSOR
POR LA POSICIN DEL EJE: HORIZONTALVERTICAL - POZO HMEDOVERTICAL - POZO SECOVERTICAL - SUMERGIBLE
BOMBA ANSI BOMBA API BOMBA ANSI MAGNTICA
Bombas horizontales en voladizo
BOMBA ANSI PLSTICABOMBAS PARA LODOS Y PASTAS
1- Succin2- Impulsor3- Descarga
Bomba ANSI
3- Descarga4- Cubierta trasera5- Eje6- Sello/Empaquetadura7- Brida/Prensaestopas8- Cojinetes
Utilizadas en la industria qumica y petroqumica. Sus medidas son normalizadas, se puede intercambiar bombas sin modificaciones. Tienen impulsor abierto o semi abierto para manejar slidos en suspensin. Hay dos proveedores fundamentales: Durco (Flowserve) y Goulds (ITT). Soportes de cojinete de hierro fundido. Bases de chapa plegada, bases antivibracin o polimricas. Muchas metalurgias disponibles, adems de versiones no metlicas.
Bomba API
Utilizadas en la industria petrolera (downstream & upstream) y petroqumica. Sus medidas no son normalizadas, las bases se hacen a medida. Tienen impulsor cerrado con anillos de desgaste. Hay varios proveedores: Flowserve, Goulds, Sulzer, David Brown, Marelli, KSB, etc. Soportes de cojinete de acero fundido. Bases tipo drim rain con apoyos centrados. Metalurgias acotadas a lo que indica la norma API 610.
Bombas horizontales entre cojinetes
Bombas verticales
BOMBA VERTICAL PARA HIDROCARBUROSBOMBA VERTICAL PARA CIRCULACIN DE AGUA
BOMBA VERTICAL CON MOTOR SUMERGIDO
BOMBA VERTICAL CON MOTOR SUMERGIDO Provisin de agua de pozos para consumo humano, procesos, riego. Motor y bomba se ubican dentro de la perforacin. Impulsor de flujo mixto. Son del tipo multietapa.
Bombas verticales
BOMBA VERTICAL DE CIRCULACIN Provisin de agua de refrigeracin, procesos en grandes caudales. La bomba est sumergida, el motor no. Impulsor de flujo casi axial, curva empinada. Son del tipo multietapa, pero la ms comn es que tenga slo 1.
BOMBA VERTICAL PARA HIDROCARBUROS Lquidos muy voltiles, con problemas de ANPA (NPSH) o criognicos. Bomba sumergida en un barril, el motor se sita arriba. Impulsores casi radiales, con posibilidad de combinar impulsores. Son del tipo multietapa, pueden tener hasta tres tipos distintos de impulsor.
SOLUCIN FCIL PARA CONVERSIONESLa conversin de diversas unidades de medida es algo siempre engorroso, sobre todo en pases como el nuestro, dondedebemos convivir con tecnologa de origen europeo en unidades mtricas y tecnologa estadounidense en unidadesinglesas.
Por eso les propongo utilizar el siguiente programa, desarrollado por Joshua Madison, que se puede bajar gratuitamentedesde www.joshmadison.com . El programa se llama Convert.exe y a continuacin vemos una imagen del mismo.
Revisin de unidades de medida
- CURVA CAUDAL ALTURA DE LA BOMBA
- CURVA CAUDAL ALTURA DEL SISTEMA
- CURVA DE EFICIENCIA
Curvas de performance
- CURVA DE POTENCIA ABSORBIDA
- CURVA DE ANPA
- CURVAS DE DIMETROS RECORTADOS
- CURVAS A DISTINTAS VELOCIDADES
- BOMBAS EN SERIE Y EN PARALELO
CURVA CAUDAL ALTURA
CURVA CAUDAL ALTURA
Curvas de performance
CAUDAL (m3/h)
A
L
T
U
R
A
(
m
)
Curva del sistema
Curva de la bomba
Altura deseada
Caudal deseado
CURVA DE EFICIENCIA
CURVA CAUDAL ALTURA
Curva de la bomba
Curvas de performance
CAUDAL (m3/h)
A
L
T
U
R
A
(
m
)
Eficiencia de la bomba
Curva de la bomba
Altura BEP
Caudal BEP
Punto de mxima eficiencia
(B.E.P.)
ZONAS DE LAS CURVASCURVA CAUDAL ALTURA
A
L
T
U
R
A
(
m
)
Curva de la bomba Punto de mxima eficiencia
(B.E.P.)
Curvas de performance
- ZONA A: Bomba demasiado grande. Gran generacin de calor y vibraciones. Baja eficiencia.
- ZONA B: Bomba sobredimensionada. Usar menor dimetro de impulsor o lnes de retorno. Baja eficiencia y vibraciones.
- ZONAC: Bomba muy chica. Vibraciones. Posible cavitacin. Altas cargas radiales y axiales.
- ZONA PREFERIDA: Mxima eficiencia y durabilidad del equipo.
CAUDAL (m3/h)
A
L
T
U
R
A
(
m
)
ZONA "A"
ZONA "B"
ZONA "C"
ZONA PREFERIDA
CURVAS DE PERFORMANCE
CURVAS DE PERFORMANCE
60
70
80
P
O
T
E
N
C
I
A
A
L
F
R
E
N
O
(
H
P
)
Caudal - altura Eficiencia
Curvas de performance
0
10
20
30
40
50
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
CAUDAL (GPM)
A
L
T
U
R
A
(
P
I
E
S
)
P
O
T
E
N
C
I
A
A
L
F
R
E
N
O
(
H
P
)
E
F
I
C
I
E
N
C
I
A
(
%
)
Potencia
A.N.P.A.
ZONAS DE LAS CURVAS
Curvas de performance
CURVAS DE PERFORMANCE
Curvas de performance
CURVAS DE PERFORMANCE
Curvas de performance
VELOCIDAD VARIABLE
VELOCIDAD VARIABLE 355 mm
50
60
70
1750 RPM
Curvas de performance
0
10
20
30
40
50
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750
CAUDAL (GPM)
A
L
T
U
R
A
(
m
)
1450 RPM
1150 RPM
DIMETROS DE IMPULSOR
CURVAS 1450 RPM - VARIOS DIAMETROS
35
40
45
50
355 mm
Curvas de performance
0
5
10
15
20
25
30
35
0 60 120 180 240 300 360
CAUDAL (m3/h)
A
L
T
U
R
A
(
m
)
330 mm
304 mm
279 mm
BOMBAS EN SERIE
20
40
60
80
100
120
140
160
A
L
T
U
R
A
(
P
I
E
S
)
UNA BOMBA
DOS BOMBAS
Curvas de performance
00 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
CAUDAL (GPM)BOMBAS EN PARALELO
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
CAUDAL (GPM)
A
L
T
U
R
A
(
P
I
E
S
)
UNA BOMBA DOS BOMBAS
BOMBAS EN PARALELO - ANLISIS DETALLADO
BOMBAS EN PARALELO - CASO 1
60
70
80
90
A
L
T
U
R
A
(
P
I
E
S
)
BOMBA "A"
BOMBA "B"
Curvas de performance
0
10
20
30
40
50
60
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
CAUDAL (GPM)
A
L
T
U
R
A
(
P
I
E
S
)
ALTURA REQUERIDA: 61 PIESCAUDAL BOMBA A: 360 GPMCAUDAL BOMBA B: 360 GPMCAUDAL AMBAS: 720 GPMFUNCIONAMIENTO: O.K.
BOMBAS EN PARALELO - CASO 2
50
60
70
80
90
A
L
T
U
R
A
(
P
I
E
S
)
BOMBA "A"
BOMBA "B"
BOMBAS EN PARALELO - ANLISIS DETALLADO
Curvas de performance
ALTURA REQUERIDA: 54 PIESCAUDAL BOMBA A: 420 GPMCAUDAL BOMBA B: 490 GPMCAUDAL AMBAS: 910 GPMFUNCIONAMIENTO: PELIGRO BOMBA B
BOMBA A O.K.
0
10
20
30
40
0
5
0
1
0
0
1
5
0
2
0
0
2
5
0
3
0
0
3
5
0
4
0
0
4
5
0
5
0
0
5
5
0
CAUDAL (GPM)
A
L
T
U
R
A
(
P
I
E
S
)
BOMBAS EN PARALELO - CASO 3
50
60
70
80
90
A
L
T
U
R
A
(
P
I
E
S
)
BOMBA "A"
BOMBA "B"
BOMBAS EN PARALELO - ANLISIS DETALLADO
Curvas de performance
ALTURA REQUERIDA: 69 PIESCAUDAL BOMBA A: 280 GPMCAUDAL BOMBA B: 65 GPMCAUDAL AMBAS: 345 GPMFUNCIONAMIENTO: PELIGRO BOMBA B
BOMBA A O.K.
0
10
20
30
40
0
5
0
1
0
0
1
5
0
2
0
0
2
5
0
3
0
0
3
5
0
4
0
0
4
5
0
5
0
0
5
5
0
CAUDAL (GPM)
A
L
T
U
R
A
(
P
I
E
S
)
BOMBAS EN PARALELO - "GANCHO"
40
50
60
70
80
A
L
T
U
R
A
(
P
I
E
S
)
BOMBA "A"
BOMBA "B"
BOMBAS EN PARALELO - ANLISIS DETALLADO
Curvas de performance
ALTURA REQUERIDA: 64 PIESCAUDAL BOMBA A: 30 GPM? O 230 GPM?CAUDAL BOMBA B: 260 GPMCAUDAL AMBAS: ???????FUNCIONAMIENTO: PELIGRO BOMBA A
BOMBA B O.K.
0
10
20
30
40
0
5
0
1
0
0
1
5
0
2
0
0
2
5
0
3
0
0
3
5
0
4
0
0
4
5
0
5
0
0
5
5
0
CAUDAL (GPM)
A
L
T
U
R
A
(
P
I
E
S
)
QU ENTREGA UNA BOMBA? PRESIN O ALTURA?
LA RESPUESTA ES ENERGA.
La energa mecnica suministrada por el eje, se convierte en energa cintica y potencial de un lquido.
Frmulas de conversin
La energa impartida por kilogramo de lquido es independiente del lquido en s.
La altura de impulsin de una bomba es independiente del lquido, cualquiera sea su peso especfico.
La presin desarrollada ser igual al peso de la columna del lquido elevado.
Altura 100 m Altura 100 m
Altura 100 m
AGUA SALMUERA NAFTA
Presin10 kg/cm2
Presin12 kg/cm2
Presin7,5 kg/cm2
Clculos y Frmulas
10 kg/cm2 12 kg/cm2
P.E.= 1 Kg/dm3 P.E.=1.2 Kg/dm3 P.E.= 0.75 Kg/dm3
POTENCIA ABSORBIDA
100 HP 120 HP 75 HP
Algunas definiciones:
h = altura (m)p = presin (Kg/cm2) = P.E. = Peso especfico (Kg/dm3)
Clculos y Frmulas
En este sistema de unidades, la relacin entre presin y altura es:
h (m) = p (Kg/cm2) x 10
(Kg/dm3)
OTRAS FRMULAS TILES
Potencia al freno:
Q = Caudal (m3/h) = Rendimiento ( adimensional )
Clculos y Frmulas
= Rendimiento ( adimensional )BHP = Potencia al freno (CV)
BHP (CV) = Q (m3/h) x h (m) x (Kg/dm3) 270 x
CORRECCIONES POR Tomamos los valores indicados por el fabricante para agua.
Q = Caudal para agua No se modifica
h = altura para agua Vimos que no se modifica
BHP = Potencia al freno para agua (CV)
a
a
a
Clculos y Frmulas
= Peso especfico del agua = 1 (kg/dm3)
Si manejamos un lquido b con distinto , entonces ser:
P = P x
BHP = BHP x
a
b a
b a
CORRECCIONES POR VISCOSIDADLas curvas de ensayo son vlidas para agua limpia a 30C. Para determinar los valores de caudal, altura y potencia de accionamiento para un lquido viscoso; se deben efectuar las siguientes correcciones.
Hv=Ha x Ch /100 Qv=Qa x Cq /100 HPv=Hpa x Ch x Cq / Ce x 100
Donde:
Clculos y Frmulas
Donde:Hv: Altura corregida por viscosidadQv: Caudal corregido por viscosidadHPv: Potencia corregida por viscosidad
Ha: Altura con aguaQa: Caudal con aguaHpa. Potencia con agua
Ch: Factor de correccin de altura por viscosidadCq: Factor de correccin de caudal por viscosidadCe: Factor de correccin de eficiencia por viscosidad
Notas:
No extrapolar fuera del rango de las curvas
Verificar que la viscosidad est dada a la temperatura de bombeo
Las correcciones son vlidas para lquidos newtonianos
LEYES DE LA AFINIDAD PARA BOMBAS CENTRFUGASConociendo la curva de una bomba a una cierta velocidad y dimetro de impulsor, es posible determinar sus parmetros operativos a otras velocidades o con diferentes dimetros de impulsor.
Son muy confiables cuando se trata de variar velocidades.
1- El caudal es directamente proporcional a la relacin de velocidades de rotacin.
Clculos y Frmulas
Q2 = Q1 ( N2 / N1 ) Donde : Q= Caudal N= RPM2- La altura es directamente proporcional al cuadrado de la relacin de velocidades.
H2= H1 ( N2 / N1 ) Donde: H= altura 3- La potencia al freno es directamente proporcional al cubo de la relacin de velocidades.
BHP2=BHP1 ( N2 / N1 ) Donde: BHP= potencia
2
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LEYES DE LA AFINIDAD PARA BOMBAS CENTRFUGASTambin se aplican al cambio de dimetro de los impulsores, pero ya no son muy confiables si el recorte es mayor al 10% del dimetro. Esto se debe a tres razones.
El ngulo de salida va variando con el dimetro, y este ngulo es uno de los parmetros clave en la forma de la curva de performance. Las leyes de la afinidad suponen que los respaldos del impulsor son paralelos, los que solamente es cierto en los impulsores radiales. Si el recorte es importante, habr turbulencias en la voluta, lo que reducir la eficiencia.
Clculos y Frmulas
Si el recorte es importante, habr turbulencias en la voluta, lo que reducir la eficiencia.
1- El caudal es directamente proporcional a la relacin de DIMETROS.
Q2 = Q1 ( D2 / D1 ) Donde : D= Dimetro2- La altura es directamente proporcional al cuadrado de la relacin de DIMETROS.
H2= H1 ( D2 / D1 )3- La potencia al freno es directamente proporcional al cubo de la relacin de DIMETROS.
BHP2=BHP1 ( D2 / D1 )
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VELOCIDAD ESPECFICAEs un nmero adimensional desarrollado para poder comparar bombas geomtricamente similares, con curvas de performance que tambin sern similares:
n = velocidad de rotacin (RPM)Q = Caudal (m3/seg) Atencin! No en m3/h
Clculos y Frmulas
Q = Caudal (m3/seg) Atencin! No en m3/hH = altura (m)
Ns = velocidad especfica =
Si es en unidades inglesas:
n = velocidad de rotacin (RPM)Q = Caudal (GPM) H = altura (PIES)
n x Q H 3/4
VELOCIDAD ESPECFICAAlgunas notas sobre la velocidad especfica:
Siempre se debe calcular para el punto de mejor rendimiento (BEP). En bombas multietapa, H es la altura por etapa. En bombas de doble succin, Q es el caudal de cada lado, es decir Q/2.
La velocidad especfica es como la huella digital del tipo de impulsor:
Clculos y Frmulas
VELOCIDAD ESPECFICAY tambin del tipo de curva de la bomba y su rendimiento:
Clculos y Frmulas
CLASIFICACIN DE BOMBAS POR EL TIPO DE FLUJOLa velocidad especfica de un impulsor describe su forma.
La forma de la curva altura/caudal es una funcin de la velocidad especfica, adems de lacantidad e inclinacin de los labes.
Impulsores de flujo radial (baja velocidad especfica)Son ideales para caudales reducidos y grandes alturas.Rara vez pasan de los 150 mm de dimetro y giran a altas RPM.
Clculos y Frmulas
Rara vez pasan de los 150 mm de dimetro y giran a altas RPM.La carcasa es habitualmente concntrica con el impulsor.Estos impulsores tienen una curva altura/caudal achatada hasta el 75% del BEP, a partir dedonde se inclina en forma pronunciada.
Impulsores de flujo axial (alta velocidad especfica)Tienen la mayor eficiencia.Tienen el requerimiento de ANPA ms bajo.Usualmente tiene su mxima requerimiento de potencia a vlvula cerrada, por eso searrancan a vlvula abierta.
Impulsores de flujo mixto .Son los ms difundidos en la industria.Combinan las caractersticas de los impulsores de flujo axial y radial.Su velocidad especfica est comprendida entre 2000 y 7000.