EFICIENCIA EN SU APLICACIÓN. MÁQUINAS DE FLUJO. EFICIENCIA EN SU APLICACIÓN.

MAQUINAS DE FLUJO. INTRODUCCIÓN. Las bombas, los ventiladores y compresores han tenido y tienen un papel decisivo en el desarrollo de la humanidad. No es posible imaginar los modernos procesos industriales y la vida en las grandes ciudades sin la participación de estos equipos.

Bombas, ventiladores y compresores. Convertidor de par Turbinas Convierten la energía de un fluido en energía mecánica. Transforman la energía mecánica que reciben del motor en energía de fluido Las que transfieren energía de un equipo a otro mediante un fluido. BOMBAS. Trasiegan fluidos incompresibles (ρ = const.) VENTILADORES Y COMPRESORES. Cuando el fluido es compresible (ρ = variable)

MÁQUINAS HIDRÁULICAS MÁQUINAS TÉRMICAS Aquella en el que fluido que intercambia su energía no varia sensiblemente su densidad en su paso a través de la máquina. MÁQUINAS HIDRÁULICAS Aquella en el que fluido que intercambia su energía varia sensiblemente su densidad y su volumen especifico en su paso a través de la máquina. MÁQUINAS TÉRMICAS

CLASIFICACIÓN DE LA MAQUINAS DE FLUJO

PARAMETROS BASICOS DE LAS MAQUINAS DE FLUJO. SU RELACION CON LA ENERGÍA CAPACIDAD CARGA POTENCIA CONSUMIDA RENDIMIENTO VELOCIDAD DE ROTACION

CAPACIDAD. Q = v . A Q = ρ . v . A CAPACIDAD v – velocidad del fluido (m/s) A – Área de la sección transversal de conducto (m). Q = ρ . v . A ρ - densidad (kg/m3)

CARGA O CARGA DE IMPULSIÓN CARGA CARACTERIZA A LA CANTIDAD DE ENERGÍA CONSUMIDA O TRANSMITIDA CUANDO ESTE PASA POR LA MÁQUINA O CARGA DE IMPULSIÓN

BENOULLI, entre la entrada y la salida de la bomba DETERMINACION DE LA CARGA LA ENERGÍA especifica: CUANDO PASA POR LA BOMBA APLICANDO BENOULLI, entre la entrada y la salida de la bomba

La CARGA, o Sustituyendo, queda la carga como:

ASPECTOS IMPORTANTES QUE SE DEBEN TENER EN CUENTA: Las presiones de impulsión (salida) y de aspiración (entrada) son expresiones absolutas Pvac o Pman – (Pa) hvac o hman – mm de H2O

LA PRESIÓN p La PRESIÓN La presión representa en las máquinas de flujo, el producto de la energía especifica recibida por el fluido por su densidad Teniendo en cuenta que:

POTENCIA UTIL POTENCIA MAQUINA POTENCIA MOTOR ELECTRICO POTENCIA Y RENDIMIENTO POTENCIA UTIL POTENCIA MAQUINA POTENCIA MOTOR ELECTRICO Potencia que la máquina le aplica al fluido

ECUACION DE LA ENERGIA EN EL FLUJO DE FLUIDOS POR TUBERIAS

La energía cinética de un cuerpo rígido. La energía cinética para un fluido. Energía por unidad de peso

“La energía interna es una función de la temperatura” La energía interna es energía almacenada y está asociada con el estado molecular o interno de la sustancia “La energía interna es una función de la temperatura”

La ecuación general de la energía. ECUACION GENERAL DE LA ENERGIA PARA FLUJO ESTACIONARIO DE CUALQUIER FLUIDO La ecuación general de la energía.

TRABAJO Se sabe que: S- espacio recorrido A- área sección transversal del conducto - peso específico

El problema mecánico de movimiento o la deformación se divide en: LEYES FUNDAMENTALES DEL MOVIMIENTO. LEYES DE LA DINAMICA. FUERZA Y MOVIMIENTO. LEYES DE NEWTON El problema mecánico de movimiento o la deformación se divide en:

CANTIDAD DE MOVIMIENTO PARA UN LIQUIDO

Los elementos constructivos de que constan son: BOMBAS CENTRIFUGAS Las bombas centrifugas constituyen al menos el 80% de la producción mundial de bombas, porque son más adecuadas para manejar una cantidad mayor de líquido que las bombas de desplazamiento positivo. Una tubería de aspiración, que concluye prácticamente en la brida de aspiración. El impulsor o rodete, formado por una serie de álabes de diversas formas que giran dentro de una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente al eje y es la parte móvil de la bomba. Los elementos constructivos de que constan son: Una tubería de impulsión.- La finalidad de la voluta es la de recoger el líquido a gran velocidad, cambiar la dirección de su movimiento y encaminarle hacia la brida de impulsión de la bomba.

accionado por un motor eléctrico experimentando un cambio de dirección más o menos brusco, adquiriendo una aceleración y absorbiendo un trabajo. La elevación del líquido se produce por la reacción entre éste y el rodete sometido al movimiento de rotación; en la voluta se transforma parte de la energía dinámica adquirida en el rodete, en energía de presión, siendo lanzados los filetes líquidos contra las paredes del cuerpo de bomba y evacuados por la tubería de impulsión. Los álabes del rodete someten a las partículas de líquido a un movimiento de rotación muy rápido, siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrífuga, accionado por un motor eléctrico La carcasa, (voluta), está dispuesta en forma de caracol, para, que la separación entre ella y el rodete es mínima en la parte superior; la separación va aumentando hasta que las partículas líquidas se encuentran frente a la abertura de impulsión; El líquido penetra axialmente por la tubería de aspiración hasta el centro del rodete de forma que abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando su presión en el impulsor según la distancia al eje. en algunas bombas existe, a la salida del rodete, una directriz de álabes que guía el líquido a la salida del impulsor antes de introducirlo en la voluta.

CINEMATICA DE FLUJO A TRAVES DEL ROTOR. TRIANGULO DE VELOCIDADES A LA ENTRADA Y LA SALIDA DE UN IMPELENTE CENTRIFUGO El órgano principal de una bomba centrífuga es el rodete con los álabes dispuestos según una sección perpendicular al eje de la bomba. El líquido llega a la entrada del rodete en dirección normal al plano de la figura, (dirección axial), y cambia a dirección radial recorriendo el espacio o canal delimitado entre los álabes.

w1 C1 u1 C1r C1u β α α1 Angulo tomado entre C1 y U1 Velocidad relativa de la partícula de fluido respecto al impelente a la entrada w1 Componente radial de la velocidad absoluta a la entrada C1r β Velocidad absoluta en la entrada C1 α C1u Velocidad tangencial a la entrada u1 Componente tangencial de la velocidad absoluta a la entrada α1 Angulo tomado entre C1 y U1 β1 Angulo tomado entre C1 y U1

C2 C2r u2 C2u w2 α β α2 Angulo tomado entre C1 y U1 Velocidad absoluta en la salida C2 Componente radial de la velocidad absoluta a la salida C2r u2 C2u Velocidad tangencial a la salida α w2 β Velocidad relativa de la partícula de fluido respecto al impelente a la salida α2 Angulo tomado entre C1 y U1 β2 Angulo tomado entre C1 y U1

Por la relación que existe entre la carga y la energía especifica.

ANALISIS DE LA ECUACIÓN DE EULER PARA LA CARGA TEÓRICA

OTROS ANALISIS DE LA CARGA TEÓRICA

CONCLUSION La PRESIÓN estática aumenta al aumentar LA CARGA ESTATICA PARA LA CANTIDAD INFINITA DE ALABES. TRABAJO DE LA FUERZA CENTRIFUGA La PRESIÓN estática aumenta al aumentar TRABAJO DE LA FUERZA CENTRÍFUGA CONCLUSION La CARGA estática aumenta al disminuir CARGA DINÁMICA O VELOCIDAD

MAQUINAS CENTRIFUGAS. CANTIDAD DE MOVIMIENTO Y LAS TRANSFORMACIONES ENERGETICAS Para el estudio de las Bombas Centrífugas se deben analizar las siguientes suposiciones:

O CANTIDAD DE MOVIMINETO VARIACION DEL MOMENTO O CANTIDAD DE MOVIMINETO Si se aplica al impelente la ecuación en que LOS MOMENTOS DE LAS FUERZAS IMPULSIVAS EXTERNAS

CONSIDERANDO: LA POTENCIA TEORICA SERÁ:

LA CARGA REAL DESARROLLADA POR EL IMPELENTE (H), ES MENOR QUE LA CARGA TEÓRICA PARA UNA CANTIDAD INFINITA DE ÁLABES 1. Parte de la energía recibida por el fluido SE GASTA en vencer las resistencias hidráulicas en los canales entre paletas. Se debe a: SE EVALÚA TENIENDO EN CUENTA EL RENDIMIENTO HIDRÁULICO 2. Debido a la distribución irregular de la velocidad media a la salida del canal w2 SE TIENE EN CUENTA POR EL COEFICIENTE DE CORRECCIÓN (μ)

Z – Cantidad de paletas de la rueda de trabajo o impelente μ = 0,8 para cálculos aproximados Z – Cantidad de paletas de la rueda de trabajo o impelente

Cantidad finita de álabes INFLUENCIA DE LA CANTIDAD FINITA DE ALABES SOBRE LA CARGA Cantidad finita de álabes (MAQUINA REAL) Número o cantidad infinita de álabes

La velocidad relativa W debe aumentar desde la superficie delantera del álabe (ED) hasta la posterior (AB) En el caso real cuando el flujo entregado es pequeño, la velocidad en el canal del impelente también es pequeña, surgiendo las condiciones para que en el lado de la superficie o cara delantera del impelente, la velocidad relativa puede llegar a ser NEGATIVA surgiendo las corrientes inversas. Solo en este caso la presión sobre la superficie delantera es mayor que sobre la posterior y existiendo un diferencia de presión entre ambos lados

C2 w2 βálabes β2 β2 C2u C2u´

INFLUENCIA DEL ANGULO DE SALIDA DEL ALABE EN LA CARGA DE IMPULSION

Partiendo del análisis de la siguiente ecuación: Y del triángulo de velocidades, con un ángulo mínimo

y

ANALISIS GRAFICO DE LA VARIACION DE LA CARGA PARA UN NUMERO NFINITO DE ALABES

Variación de la carga estática Variación de la carga total

COEFICIENTE DE REACCION

Cavitación La cavitación ocurre cuando la presión absoluta dentro de un impulsor cae por debajo de la presión de vapor del fluido, generándose burbujas de vapor. Estas implotan en los alabes del impulsor cuando llegan a una zona de presión más alta. Aunque esta no es exactamente una medida de ahorro de energía, sí es de importancia observar si una bomba esta cavitando, ya que bajo estas condiciones la bomba no cumplirá con las exigencias que de ella se esperan. Por lo tanto, cuando una bomba cavita consume energía que no aprovecha.

Carga Neta de Succión Positiva (NPSH) Es la energía por metro de columna de líquido necesaria para que se lleve a cabo la succión de la bomba, por arriba de la presión de vapor del fluido de trabajo, a fin de que la bomba entregue el gasto y carga específicos a una velocidad dada. Cuando se bombea un líquido, la presión dentro de la bomba nunca deberá ser menor a la presión de vapor del líquido a la máxima temperatura de bombeo. Siempre se debe tener suficiente energía disponible en la succión de la bomba para lograr que el fluido llegue al impulsor y contrarreste las pérdidas entre la succión y la entrada al impulsor. A cada sistema de bombeo puede asignarse su NPSH correspondiente, valor que depende de la configuración geométrica existente en el mismo sistema y se denota como NPSH disponible (NPSHd). Por otra parte, los fabricantes de bombas manufacturan sus equipos para operar satisfactoriamente hasta ciertos valores NPSH. A este valor se le denomina NPSH requerido (NPSHr).

Cuando en la operación de una bomba el NPSH requerido es mayor que el disponible, una fracción del líquido se vaporiza en el interior de la bomba y en consecuencia, esta entregará una cantidad menor de gasto y carga, pudiendo llegar incluso a no bombear. A este fenómeno se le llama cavitación y se le puede identificar por las siguientes manifestaciones: Ruido intenso y continuo al trabajar la bomba (parecido al de un molino de bolas). Vibración. Calentamiento. Frecuente mantenimiento (erosión por cavitación en el impulsor). Gasto insuficiente. Dentro de las curvas características de la bomba, el fabricante anexa la curva NPSHr donde indica el valor mínimo requerido para cada gasto.

Sobre la base de lo anteriormente expuesto, la expresión para la determinación del NPSH disponible es: donde: NPSHd: es la carga neta de succión positiva disponible. Ps: es la presión del deposito de succión. Hf: son las pérdidas por fricción en la línea de succión. Hes: es la altura geométrica de la succión. Pvap: es la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo. : es la densidad del fluido. g: es la aceleración de la gravedad. El valor de NPSHr se determina experimentalmente por el fabricante del equipo y tiene un valor determinado para un cierto tipo de bomba. En la práctica se recomienda como margen de seguridad añadir 0.5 m al valor de NPSHr. Para evitar la cavitación de la bomba es necesario que el NPSH disponible sea mayor que el NPSH requerido, es decir: NPSHd > NPSHr

Recomendaciones para Evitar la Cavitación en Bombas Centrífugas No trabajar a velocidades más altas que las recomendadas por el fabricante. Evitar que la temperatura del fluido sea mayor a la del diseño del sistema. Siempre el NPSHd disponible debe ser mayor que el NPSHr requerido. Evitar la entrada de aire por la tubería de succión, la empaquetadura ó el sello mecánico. Para incrementar el NPSH disponible se recomiendan las siguientes acciones: 1.- Subir el nivel del líquido 2.- Bajar la bomba. 3.- Reducir las pérdidas por fricción en la tubería de succión. 4.- Utilizar una bomba reforzadora. 5.- Subenfriar el líquido. Para reducir el NPSH requerido se recomienda: 6.- Operar a velocidades más bajas. 7.- Impulsor de doble succión. 8.- Ojo del impulsor más grande. 9.- Colocar una bomba de tamaño más grande. 10.- Colocar un inductor (impulsor axial) antes del impulsor convencional. 11.- Colocar varias bombas pequeñas en paralelo.