fluidos 12. Bombas hidraulicas - UCO

1 Bombas HIDR ULICAS. Noria edad Noria rabe, rabe,media, edad media, C rdoba C rdoba Jos Ag era Soriano 2011 1. Jos Ag era Soriano 2011 2. La espectacular Noria Grande, en Abar n, con sus 12 metros de di metro, pasa por ser la m s grande en funcionamiento de toda Europa. Es capaz de elevar m s de 30 litros por Jos Ag era Soriano 2011 3. Tornillo de Arqu medes (siglo III ). Jos Ag era Soriano 2011 4. Bomba Impulsi n Jos Ag era Soriano 2011 5. Bombas HIDR ULICAS. INTRODUCCI N. CLASIFICACI N DE LAS Bombas . CENTR FUGA. CURVAS CARACTER STICAS. RENDIMIENTO SEG N VELOCIDAD ESPEC FICA. Y TAMA O. PROPORCIONES Y FACTORES DE DISE O. CAVITACI N EN Bombas . ACOPLAMIENTO DE Bombas A LA RED. Jos Ag era Soriano 2011 6. INTRODUCCI N. Reservaremos el nombre de bomba hidr ulica a la que eleva l quidos. Cuando el fluido es un gas, se llama: ventilador, cuando el incremento de presi n es muy peque o: hasta 0,07 bar soplante, entre 0,07 y 3 bar compresor, cuando supera los 3 bar.

2 Pocos t cnicos dise ar n Bombas ; en cambio, casi todos tendr n que utilizarlas. A stos va fundamentalmente dirigido el estudio que se hace a continuaci n. Jos Ag era Soriano 2011 7. CLASIFICACI N. 1) Bombas de desplazamiento;. 2) Bombas de intercambio de cantidad de movimiento. Las primeras tienen un contorno m vil de volumen variable, que obliga al fluido a avanzar a trav s de la m quina. Hay una gran diversidad de modelos. Estudiaremos el segundo grupo por ser el m s frecuente. Jos Ag era Soriano 2011 8. Bombas de desplazamiento empaquetadura tubo de mbolo tubo de succi n descarga succi n descarga (e). v lvula v lvula de de succi n descarga cilindro (a) (b). (c) (d). Jos Ag era Soriano 2011 9. Bombas de intercambio de cantidad de movimiento Seg n la direcci n del flujo a la salida del rodete, podemos hablar de, Bombas centr fugas (perpendicular al eje). Bombas h lice (flujo paralelo al eje).

3 Bombas helicocentr fugas (flujo mixto). eje de rotaci n centr fuga centr fuga helicocentr fuga h lice Jos Ag era Soriano 2011 10. Atendiendo a la velocidad espec fica nq n Q*1 2. nq =. H *3 4. r2. eje de rotaci n u = r centr fuga helicocentr fuga h lice mayor altura y poco caudal necesitan menor nq, y exigen rodetes con mayores D y/o mayor u2, y peque as anchuras de salida. c12 c 22 u12 u 22 w22 w12. Ht = + +. 2g 2g 2g Para mayores nq, la forma del rodete deriva hacia mayores anchuras de salida y menores di metros. Jos Ag era Soriano 2011 11. Los valores de nq son (n rpm, Q m3/s, H m): Bombas centr fugas: nq = 10 100 (nq 50). Bombas mixtas: nq = 75 200 (nq 130). Bombas h lice: nq = 200 320 (nq 250). ==0,95. 0,95. 0,90. 0,85. 0,80. 0,75. flujo bomba centr fuga de voluta flujo mixto 0,70 axial 0,65. 0,60. 10 15 20 25 30 40 50 60 70 100 150 200 250 300 n q eje de rotaci n Jos Ag era Soriano 2011 12.

4 ==0,95. 0,95. 0,90. 0,85. 0,80. 0,75. flujo bomba centr fuga de voluta flujo mixto 0,70 axial 0,65. 0,60. 10 15 20 25 30 40 50 60 70 100 150 200 250 300 n q eje de rotaci n Para nq inferiores a 10 15 se recurre a Bombas centr fugas multicelulares, o con varios rodetes en serie. Bombas de pozo profundo: poco di metro y muchos rodetes. Jos Ag era Soriano 2011 13. Bombas centr fugas Bomba axial Jos Ag era Soriano 2011 14. centr fugo unicelular centr fugo bicelular centr fugo tricelular Jos Ag era Soriano 2011 15. Bombas de pozo profundo rodete h lice rodete centr fugo Jos Ag era Soriano 2011 16. Bombas de pozo profundo Jos Ag era Soriano 2011 17. Bombas en paralelo Jos Ag era Soriano 2011 18. Jos Ag era Soriano 2011 19. EJERCICIO. a) Calc lese nq de la bomba de 1500 rpm, para Q = 20 l/s y H = 90 m. b) Calc lese n, para nq = 10. c) Determ nese el m nimo n mero de rodetes para que, a 1500 rpm, nq sea superior a 10.

5 D) Si para mejor rendimiento fijamos un m nimo nq = 16, calc lese el n mero de rodetes. Soluci n n Q*1 2 1500 0,021 2. a) nq = *3 4. = 34. = 7,26. H 90. No llega a 10, por lo que habr a que aumentar n o colocar dos rodetes. nq H *3 4 10 903 4. b) n = = = 2066 rpm Q *1 2 0,02 12. Jos Ag era Soriano 2011 20. *3 4 n Q *1 2 1500 0,021 2. c) H = = = 21,2. nq 10. H = 58,7 m Habr a que colocar dos rodetes (90/58,7 = 1,53); la nq de cada uno ser a, n Q *1 2 1500 0,021 2. nq = *3 4. = 34. = 12,21. H (90 2). Jos Ag era Soriano 2011 21. *3 4 n Q *1 2 1500 0,021 2. d) H = = = 13,3. nq 16. H = 31,4 m Tres rodetes (90/31,4 = 2,87); la nq de cada uno ser a, n Q *1 2 1500 0,02 12. nq = *3 4. = 34. = 16,55. H (90 3). Jos Ag era Soriano 2011 22. Descripci n de una bomba centr fuga El flujo llega al rodete a trav s de un conducto perpendicular al l. Entra en el mismo sin energ a y sale con energ a de presi n ( p2 ).

6 2. y . de velocidad ( c 2 2 g ) . Fuera del rodete, sta ha de pasar tambi n a energ a de presi n en la voluta, lo que va a originar p rdidas;. interesan pues c2 peque as. S. difusor impulsor voluta E. Jos Ag era Soriano 2011 23. r 2 =D2 /2. Entra el flujo en el rodete con secci n meridional r1. la velocidad c1 (ca1 cr1 cu1?) y sale con la velocidad c2 (cr2 cu2). b 2 labe b1 c a1. c m1 c m2 = cr 2. (a) cr1. cu 2. A la resultante de ca y cr se le c2. w2. llama velocidad meridiana cm: secci n transversal c m2. 2 2. c m2 = cr 2. 2 u2. 2'. c m2 = c a2 + c r2 w1 2'. c m1 c u1. Si no hay componente axial (b). 1. c1. 1. cm = cr 1. Si no hay componente radial u1. cm = ca r1. r2. Jos Ag era Soriano 2011 24. Tri ngulos de velocidades Caudal Qr = S1 c m1 = S 2 c m 2. Si D2 es el di metro, o di metro medio, del rodete (k = 0,95): Q r = S 2 c m 2 = k D 2 b2 c m 2. a) en las Bombas centr fugas, cm2 = cr2.

7 B) en las Bombas axiales, cm2 = ca2. centr fuga flujo mixto flujo axial D2 cm 2 = ca2 D2. b2 b2. b2 c m2. cm 2 = cr 2. D2. Do Do De De De Jos Ag era Soriano 2011 25. Tri ngulo de entrada. Prerrotaci n Generalmente, para el caudal de dise o Q*, el l quido no rota en el conducto de acceso al rodete. cu1 = 0 1 90o c1 = cm1. Para Q > Q*, cm1 aumenta (Qr = S1 cm1). Para Q < Q*, cm1 disminuye. Q. Hip tesis a) >Q. *. El l quido sigue sin rotar en el Q=. c1 Q*. conducto de acceso ( 1 90o): perfil c1* Q < Q* w1 w1. 1 var a respecto al 1' que labe c1. w1. 1 1. tienen los labes del rodete a la 1' 1 u1. entrada. Se producen choques. Jos Ag era Soriano 2011 26. Hip tesis b). El l quido entra tangente a los labes ( 1 1'): 1 var a respecto de los 90o de dise o. El flujo sufre una rotaci n previa en la tuber a de acceso (cu1 0), r en el sentido de u si Q < Q* (Qr = S1 cm1) usualmente, c m1 c1 1 ' = 15 50 o.

8 C1*. y en sentido contrario perfil c1 w1. labe c m1. si Q > Q*. 1'. 1 1. u1. c u1 1 c u1. Q > Q* Q < Q*. Esta hip tesis es la v lida: menos p rdidas. Jos Ag era Soriano 2011 27. Tri ngulo de salida r a) u 2 es la misma para cualquier caudal. b) 2 es casi el mismo para cualquier caudal: 2 = 2' si z = . 2 < 2' si z = finito *). Q. > c*2 * cr2. (2 Q 2 c2(Q<Q ) c cr2 r2. 2' es el mismo en todo c 2 2'. el ancho b2 en Bombas 2 cu2 u2. centr fugas, y diferente en Bombas h lice o perfil labe h licocentr fuga. c) c2 y 2 var an cuando var a el caudal: Qr = S 2 cr 2. Jos Ag era Soriano 2011 28. Ecuaci n de Euler g H t , = u 2 c 2 cos 2 u1 c1 cos 1. En general, en condiciones de dise o, no hay prerrotaci n: 1* = 90o g H t , = u 2 c 2 cos 2 = u 2 cu 2. S. difusor impulsor voluta E. Jos Ag era Soriano 2011 29. Veamos c mo var an en una bomba centr fuga (cm2 = cr2) c2 y Ht cuando aumentamos el caudal (Qr = S2 cr2): 2' < 90o ( labe curvado hacia atr s).

9 2' = 90o ( labe radial). 2' > 90o ( labe curvado hacia adelante). 2' > 90o no interesa: c2 m s elevadas. usualmente, Suponiendo, 1 ' = 15 50 o. 2= 2' (infinitos labes). c2 c2 w2 c2. w2 cr 2 w2 c c2 cr 2 2. c2 cr 2 r 2 2 c2 cr 2 cr 2. 2. 2 u2 2 u2 2. 2' 2' 2'. labe labe labe Jos Ag era Soriano 2011 30. Curva motriz te rica para infinitos labes No hay p rdidas: H = Ht y Q = Qr. H t , = H (Q). H t , es doblemente te rica ( 2 = 2'): u2. u 2 cu 2 cu 2 c r 2 cotg H = H t , = 2. g c2 w2. cr 2. 2' 2 2. 2 u2. 2'. perfil labe Jos Ag era Soriano 2011 31. cu 2 = u2 cr 2 cotg 2 Qr = S 2 c r 2 = k D2 b2 c r 2. Qr cu 2 = u2 cotg 2. k D 2 b2. u2. cu 2 c r 2 cotg 2. c2 w2. cr 2. 2' 2 2. 2 u2. 2'. perfil labe Jos Ag era Soriano 2011 32. u 2 cu 2. H = H t , =. g Qr cu 2 = u2 cotg 2. k D 2 b2. Sustituimos: u 22 u 2 cotg 2 '. H = H t , = Q. g g k D2 b2. H = c + a Q. ecuaci n de una recta. Jos Ag era Soriano 2011 33.

10 Pudiera que, 2 ' > 90o, 2 ' = 90o 2 ' < 90o: H t , = H (sin rozamiento). 90 . 8. 2' >. 2' = 90 . 2' < 90 . u 22. 2g 0 Q. No conviene una curva motriz creciente, pues la resistente tambi n lo es, y podr an cortarse en dos puntos: oscilaciones de bombeo. Lo habitual es que 2 ' var e entre 15o y 35o, y m s frecuente entre 20o y 25o. Jos Ag era Soriano 2011 34. Curva motriz te rica para z labes Con z de labes, 2 < 2': menor cu2 (cu2 < cu2') . Y como, u c H t , z < H t , . Ht = 2 u2. g Podemos escribir, H t , z = H t , . cu2<cu2'. Ht , z<Ht , 8. c2 cr 2. c2' 2. 2'. cu2. cu2'. u2. Jos Ag era Soriano 2011 35. Seg n Pfleiderer, Ht =H(sin rozamiento). 1. =. 1,2 (1 + sen 2 ' ). 1+. D 2 . z 1 1 Ht H. D2 ,z t, 8. La menor H t ,z con relaci n a H t , , no es una p rdida;. Ht ,z= Ht , se trata simplemente de 8. Q. prestaciones diferentes. Jos Ag era Soriano 2011 36. EJERCICIO. Si, D1 = 200 mm, D2 = 500 mm y 2' = 25o, determ nese el coeficiente de Pfleiderer para un impulsor de 6 labes.