Mecánica de fluidos Autores: I. Martin; R. Salcedo This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Unported License.

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1 Mecánica de fluidos Autores: I. Martin; R. Salcedo This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Unported License. To view a copy of this license, visit http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ or send a letter to Creative Commons, 444 Castro Street, Suite 900, Mountain View, California, 94041, USA.

2 CARGAS EN EL SISTEMA Carga de aspiración Carga de impulsión

3 V 1 =0 P 1 =0 V 2 =0 P 2 =0 h V 4 =V 3 P 4 > P 3 h 4 = h i h 3 = h a h1h1h1h1 z1z1z1z1 V 2 3 /2g P 4 /g  V 2 4 /2g z2z2z2z2 z 3 =z 4 =0 L (m) H (m) P 3 /g  h2h2h2h2 1 34 2 h 4 > h 2

4 1 34 2

5 1 34 2 V 1 =0 P 1 =1 atm V 2 =0 P 2 =1 atm h 4 = h i h 3 = h a h1h1h1h1 V 2 3 /2g V 2 4 /2g P 4 /g  z2z2z2z2 z 1 <z 3 =z 4 <z 2 L (m) H (m) P 3 /g  h2h2h2h2 1 34 2 z1z1z1z1 P atm /g  z3z3z3z3 z4z4z4z4

6 1 34 2 V 1 =0 P 1 =1 atm V 2 =0 P 2 =1 atm h 4 = h i h 3 = h a h1h1h1h1 V 2 3 /2g V 2 4 /2g P 4 /g  z2z2z2z2 z 1 <z 3 =z 4 <z 2 L (m) H (m) P 3 /g  h2h2h2h2 1 34 2 z1z1z1z1 P atm /g  z3z3z3z3 z4z4z4z4

7 1 34 2 V 1 =0 P 1 =1 atm V 2 =0 P 2 =1 atm z 1 <z 3 =z 4 <z 2 L (m) H (m) h 3 = h a h1h1h1h1 V 2 3 /2g P 3 /g  1 3 z1z1z1z1 P atm /g  z3z3z3z3 h 1 >h 3 V 3 >V 1 z 3 > z 1 P 3 < P 1 =P atm

8 1 34 2 V 1 =0 P 1 =1 atm V 2 =0 P 2 =1 atm z 1 <z 3 =z 4 <z 2 L (m) H (m) P3P3P3P3 1 3 P atm P 3 < P 1 =P atm CAVITACIÓN

9 NPSH disp / NPSH req 1 34 2 haha Disponible Requerido >0 z=0 NPSH d > NPSH r

10 RENDIMIENTO POTENCIA SUMINISTRADA AL FLUIDO POTENCIA CONSUMIDA POR BOMBA =???

11 RENDIMIENTOREDELECTRICA motorbombafluido ENERGÍA  elect  bomba  total  mec  hid x x

12 RENDIMIENTO POTENCIA SUMINISTRADA AL FLUIDO POTENCIA CONSUMIDA POR BOMBA

13 Formas de impulsión Máquinas para impulsión DESPLAZAMIENTO VOLUMÉTRICO DEL FLUIDO IMPULSIÓN MECÁNICA, FUERZA CENTRÍFUGA TRANSPORTE CANTIDAD DE MOVIMIENTO (FLUIDO SECUNDARIO) ACCIÓN CAMPO MAGNÉTICO GASES LÍQUIDOS BOMBAS VENTILADORES SOPLANTES COMPRESORES

14 BOMBAS Alternativas DESPLAZAMIENTO POSITIVO POSITIVO TURBOBOMBAS Rotatorias Pistón Diafragma Ruedas dentadas Lóbulos Ruedas excéntricas Paletas Centrífugas Axiales Peristálticas Helicocentrífugas Tornillo Hélice salomónica

15 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas alternativas : pistón - Cilindro movido por una biela. - El líquido es comprimido dentro de la cámara. Válvula admisión Válvula descarga

16 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas alternativas : pistón admisión

17 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas alternativas : pistón descarga

18 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas alternativas : pistón

19 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas alternativas : pistón

20 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas alternativas : pistón descarga carga caudal

21 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas alternativas : pistón ÉMBOLOS DE ACCIÓN DOBLE

22 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas alternativas : pistón ÉMBOLOS DE ACCIÓN DOBLE

23 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas alternativas : pistón Carrera completa caudal Carrera completa Carrera completa descarga carga caudal

24 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas alternativas : pistón 2 cilindros acción doble Carrera completa caudal Carrera completa Carrera completa Carrera completa caudal Carrera completa Carrera completa

25 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas alternativas : pistón Carrera completa caudal Carrera completa Carrera completa

26 -Caudales constantes en periodos largos -Presiones elevadas a la salida -Impulsión de líquidos muy viscosos -Rendimiento volumétrico superior al 90% -No bombean líquidos con sólidos abrasivos -Tamaño grande -Elevado coste inicial y de mantenimiento BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas alternativas : pistón VENTAJASDESVENTAJAS

27 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas alternativas : diafragma MEMBRANA FLEXIBLE

28 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas alternativas : diafragma MEMBRANA FLEXIBLE

29 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas alternativas : diafragma

30 -Fácil evitar fugas -Impulsión de líquidos tóxicos o peligrosos, corrosivos y con sólidos abrasivos -Vida corta del diafragma y riesgo de rotura. -Costes de mantenimiento elevados BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas alternativas : diafragma VENTAJASDESVENTAJAS

31 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas rotatorias De ruedas dentadas

32 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas rotatorias De ruedas dentadas

33 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas rotatorias De ruedas dentadas

34 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas rotatorias De lóbulos

35 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas rotatorias De lóbulos

36 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas rotatorias De ruedas excéntricas

37 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas rotatorias De ruedas excéntricas

38 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas rotatorias De paletas

39 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas rotatorias De paletas

40 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas rotatorias De tornillo circulación en dirección axial Se utilizan para líquidos viscosos

41 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas rotatorias De hélice salomónica El eje además de girar describe trayectoria circular dentro de la cavidad

42 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas rotatorias Peristáltica

43 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas rotatorias Peristáltica

44 TURBOBOMBAS

45 TURBOBOMBAS Bomba axial Bomba centrífuga

46 TURBOBOMBAS Centrífuga de voluta Centrífuga de difusor

47 TURBOBOMBAS Tipos de rodetes AbiertoSemiabiertoCerrado

48 TURBOBOMBAS

49 TURBOBOMBAS Tipos de aspiración Aspiración sencilla Aspiración doble

50 -Construcción sencilla. Bajo coste inicial y mantenimiento -Sin válvulas en el cuerpo de bomba -Acoplamiento a motor eléctrico o fabricación conjunta de ambos -A mayor velocidad de giro, menor tamaño -Funcionamiento muy estable. Puede trabajar con la salida cerrada - Pueden manejar líquidos con sólidos en suspensión VENTAJASTURBOBOMBAS

51 -No proporcionan P elevadas. Bombas de múltiples etapas. Más costosas -Sólo operan con alto rendimiento en un pequeño intervalo de condiciones (caudal-presión) -Válvulas de retención en línea de aspiración para que líquido no vuelva al depósito al detener la bomba -Bajo rendimiento con líquidos muy viscosos DESVENTAJASTURBOBOMBAS

52 dr bTURBOBOMBAS r2r2 r1r1

53 bTURBOBOMBAS r2r2 r1r1

54 Alturas teóricas y reales proporcionadas por bomba centrífugaTURBOBOMBAS Q H a aa A H max Q=0

55 Altura proporcionada por bomba centrífugaTURBOBOMBAS Q H Curva característica de la bomba centrífuga

56 Curvas características de una bomba centrífugaTURBOBOMBAS CARGA TOTAL RENDIMIENTO POTENCIA AL FRENO Q ro  max

57 Zonas de distribución de la potencia en una bomba centrífugaTURBOBOMBAS Rozamiento en cojinetes Rozamiento en disco Fugas de líquido Rozamiento Potencia al freno Choque Potencia absorbida por el fluido Q ro

58 Zonas de distribución de la potencia en una bomba centrífugaTURBOBOMBAS Potencia al freno Potencia absorbida por el fluido Pérdidas

59 Patm z 1 Patm z 2TURBOBOMBAS 1 2

60 Altura proporcionada por bomba centrífugaTURBOBOMBAS Q H CURVA BOMBA CURVA SISTEMA PUNTO OPERACIÓN Q H

61 Asociación bombas centrífugas en serieTURBOBOMBASQ H bomba sistema Asociación bombas serie Q H

62 Asociación bombas centrífugas en paraleloTURBOBOMBASQ H Bomba 1 sistema Asociación bombas paralelo Bomba 2 Q1Q1Q1Q1 Q2Q2Q2Q2 Q=Q 1 +Q 2 H

63 Asociación bombas centrífugasTURBOBOMBAS Calcular Q que impulsa cada bomba, Q del conjunto y potencia a) con las bombas asociadas en serie b) con las bombas asociadas en paralelo H(m) Q(m³/s) Curvas características: H1=69-135Q- 4000Q² H2=54-71Q- 4285Q²

64 Semejanza bombas centrífugas Criterios de semejanza Bombas idénticas girando a distintas velocidades Bombas idénticas girando a la misma velocidad donde el rodete se ha rebajado ligeramente TURBOBOMBAS

65 Semejanza bombas centrífugas Bombas idénticas girando a distintas velocidades H´= A+BQ’ +CQ’ 2 H=  2 A +  BQ+CQ 2  /  ’ = 1  ’ = DQ’ +EQ’ 2  = DQ/  +EQ 2 /  2 Bomba semejante = 1 = 1TURBOBOMBAS

66 Semejanza bombas centrífugasTURBOBOMBASSISTEMA Q H Q2Q2Q2Q2 H2H2H2H2 Q1Q1Q1Q1 H1H1H1H1 Q3Q3Q3Q3 H3H3H3H3 1111 2222 3333  1 <  2 <  3

67 Semejanza bombas centrífugasTURBOBOMBAS Superficies de isorrendimiento

68 Semejanza bombas centrífugas Bombas idénticas girando a la misma velocidad donde el rodete se ha rebajado ligeramente H´= A+BQ’ +CQ’ 2 H= 2 A + BQ+C(Q/  2  /  ’ = 1  ’ = DQ’ +EQ’ 2  = DQ/ 2 +EQ 2 / 4 Bomba semejante  = 1 TURBOBOMBAS

69 Semejanza bombas centrífugasTURBOBOMBASSISTEMA Q H Q2Q2Q2Q2 H2H2H2H2 Q1Q1Q1Q1 H1H1H1H1 Q3Q3Q3Q3 H3H3H3H3 d1d1d1d1 d2d2d2d2 d3d3d3d3 d 1 < d 2 < d 3

70 Semejanza bombas centrífugasTURBOBOMBAS Superficies de isorrendimiento

71 Cebado bombas centrífugasTURBOBOMBAS No inician succión líquido por sí mismas altura de salida fija Potencia de salida depende de densidad

72 Bombas monta-ácidos BOMBAS ESPECIALES

73 Bombas mamut BOMBAS ESPECIALES aire Aire + líquido

74 Bombas de chorro o sifón (eyectores) BOMBAS ESPECIALES Mezcla fluidos

75 Bombas de electromagnéticas BOMBAS ESPECIALES

76 CRITERIOS SELECCIÓN BOMBA Bombas centrífugas Bombas desplazamiento positivo

77 CRITERIOS SELECCIÓN BOMBA Bombas alternativas: 1. Émbolo 2. Émbolo varios cilindros 3. Diafragma Bombas rotatorias: 4. Ruedas dentadas 5. Tornillo Bombas centrífugas: 6. Aspiración sencilla 7. Aspiración sencilla y múltiples etapas 8. Aspiración doble y múltiples etapas

78 CRITERIOS SELECCIÓN BOMBA Bombas alternativas: 1. Émbolo 2. Émbolo varios cilindros 3. Diafragma Bombas rotatorias: 4. Ruedas dentadas 5. Tornillo Bombas centrífugas: 6. Aspiración sencilla 7. Aspiración sencilla y múltiples etapas 8. Aspiración doble y múltiples etapas Q>1 m 3 /h P<10 4 kPa Q>100 m 3 /h P<10 4 kPa