FUNDAMENTOS TEORICOS
Fundamento Teóricos
Está
comprendido entre los conceptos utilizados para el modelado de un sistema de
tuberías impulsado por una bomba centrífuga, así como todos aquellos principios
teóricos expresamente importantes para el manejo de los datos característicos.
Mecánica de
fluidos
La mecánica de fluidos es una rama de la mecánica de
los medios continuos, y esta a su vez es una rama de la física que estudia el
movimiento de los fluidos y las fuerzas que los provocan; los fluidos se
dividen en Gases y líquidos, estos tienen una característica similar y es que
son incapaces de resistir esfuerzos cortantes, y esto provoca que no tengan una
forma definida.
Estudia los principios que determinan el flujo y
transporte de cualquier fluido de un punto a otro. El flujo de fluidos es una
operación sin la cual no se podría integrar un conjunto de operaciones y
procesos unitarios, que constituyen una secuencia de transformaciones físicas y
químicas en la materia prima para la elaboración de un producto y el transporte
de los materiales de un punto a otro (Flujo de fluidos), forma parte importante
de los procesos.
La mecánica de
fluidos es fundamental en campos tan diversos como la aeronáutica, la
ingeniería química, civil e industrial, la meteorología, las construcciones
navales y la oceanografía.
La mecánica de fluidos puede dividirse en dos
aspectos importantes que son:
La Estática de Fluidos: Que se ocupa de los fluidos en reposo, es decir sin
que existan fuerzas que alteren su posición.
La Dinámica de Fluidos: Que se ocupa
de los fluidos en movimiento, es decir que están bajo fuerzas que alteran su
posición.
Régimen de
Corriente Laminar
Régimen de Corriente Turbulento
Componentes principales
Fluido: Definimos
como fluido a aquella cantidad de masa que por poseer poca cohesión inter
molecular no tiene forma propia, adoptando la del recipiente que lo contiene.
Peso específico: Es la relación
entre el peso de una sustancia y su volumen a una temperatura específica.
𝛄 = Peso/volumen
Volumen específico:
Es el recíproco del peso específico.
υ = 1 / 𝛄
Presión:
Es la relación de la fuerza ejercida por un fluido actuando sobre un área
determinada.
P = f/A
Caudal:
Se lo define como la relación de una unidad de volumen por el tiempo que tarda
en transitar una sección de tubería.
Q = V/A
Número
de Reynolds: Es una relación adimensional entre las fuerzas de inercia y
las fuerzas viscosas de un fluido.
Viscosidad Dinámica Estos esfuerzos por unidad de área generan un
gradiente de velocidad y un factor denominado viscosidad absoluta
µ
= Tensión de corte/gradiente de velocidad
Viscosidad Cinemática En la práctica de campo muchos cálculos involucran la
relación entre la viscosidad dinámica con la densidad. Convencionalmente se
acepta la relación.
υ = µ/ ρ
Bombas centrífugas
La bomba centrífuga, es también denominada bomba roto
dinámica, actualmente es la máquina más utilizada para bombear fluidos
incompresibles (líquidos). Las bombas centrífugas son siempre rotativas y son
un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor
en energía cinética o de presión de un fluido incompresible. El fluido entra
por el centro del rodete o impulsor, que dispone de unos álabes para conducir
el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior,
donde es recogido por la carcasa (voluta) o cuerpo de la bomba. Debido a la
geometría del cuerpo, el fluido es conducido hacia las tuberías de salida o
hacia el siguiente impulsor.
Partes de la bomba
centrífuga
• Carcasa
Es la parte exterior protectora de la bomba y cumple
la función de convertir la energía de velocidad impartida al líquido por el
impulsor en energía de presión. Esto se lleva a cabo mediante reducción de la
velocidad por un aumento gradual del área.
• Impulsores
Es el corazón de la bomba centrífuga. Recibe el líquido y le imparte una
velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba
• Anillos de desgaste
Cumplen la función de ser un elemento fácil y barato
de remover en aquellas partes en donde debido a las cerradas holguras entre el
impulsor y la carcasa, el desgaste es casi seguro, evitando así la necesidad de
cambiar estos elementos y quitar solo los anillos.
• Estoperas y
empaques
La función de estos elementos es evitar el flujo hacia
fuera del líquido bombeado a través del orificio por donde pasa la flecha de la
bomba y el flujo de aire hacia el interior de la bomba.
•
Flecha
Es el eje de todos los elementos que giran en la bomba centrífuga,
transmitiendo además el movimiento que imparte la flecha del motor.
• Cojinetes
Sirven de soporte a la flecha de todo el rotor en un alineamiento correcto en
relación con las partes estacionarias. Soportan las cargas radiales y axiales
existentes en la bomba.
•
Base
Sirven de soporte a la bomba, sosteniendo el peso de toda ella
Clasificación de los tipos de bombas
centrífugas
• Por la dirección del flujo en: radial, axial
y mixto.
•
Por la posición del eje de rotación o flecha en: horizontales, verticales e
inclinados. • Por el diseño de la coraza (forma) en: voluta y las de turbina.
• Por el diseño de la mecánico coraza en:
axialmente bipartidas y las radialmente bipartidas.
•
Por la forma de succión en: sencilla y doble.
Tipos
de bombas:
Bombas centrífugas de flujo radiales:
Las bombas centrifugas de flujo radial se utilizan para
cargas altas y caudales pequeños, sus impulsores son por lo general angosto. El
movimiento del fluido se inicia en un plano paralelo al eje de giro del
impulsor de la bomba y termina en un plano perpendicular a éste.
Bombas centrífugas
de flujo axiales:
Estas bombas se
utilizan para cargas pequeñas y grandes caudales, tienen impulsores tipo
propela, de flujo completamente axial. La corriente líquida se verifica en
superficies cilíndricas alrededor del eje de rotación. La energía se cede al
líquido por la impulsión ejercida por los álabes sobre el mismo.
Bombas centrífugas
diagonales:
Estas bombas se utilizan para cargas y caudales
intermedios. La corriente líquida se verifica radial y axialmente,
denominándose también de flujo mixto. La energía se cede al líquido mediante la
acción de la fuerza centrífuga y la impulsión ejercida por los álabes sobre el
mismo.
Bombas en Paralelo.
Se dice que dos
bombas o más están colocadas en paralelo cuando sus caudales convergen en una
Tubería. El caudal resultante es la sumatoria de todos los caudales. En estos
arreglos no existe un incremento en la presión de descarga.
¿Para qué usar las bombas centrífugas en paralelo?
Siempre que tengamos variaciones apreciables de consumo del fluido
bombeado que requiere el sistema, podemos plantearnos la posibilidad de
utilizar bombas centrífugas en paralelo.
En definitiva se trata solo de arrancar y parar bombas en función
de la demanda del sistema, bien sea para entregar más o menos caudal.
Mientras más variable sea la demanda, mayor será el número de
bombas que se recomienda poner en paralelo (2, 3, 4,…). Ojo, siempre que éste
sea el método de regulación de caudal más apropiado para nuestro sistema.
Evidentemente, al aumentar el número de bombas, estas serán cada
vez más pequeñas. Además, trabajarán con mayor probabilidad dentro de la POR o Zona Preferida de Trabajo Lo
cual está bien y además es lo recomendable.
No habría necesidad de provocar pérdidas adicionales de energía por
estrangulación del sistema para controlar el flujo. Consiguientemente, no
gastaremos energía extra en balde… o sea, evitaremos tirar potencia a la basura
sin justificación.
Ni tampoco tendríamos que acudir a la regulación por velocidad
variable, con una mayor inversión inicial. Aunque todo hay que decirlo… el
control del caudal variando la velocidad de giro de la bomba, es el método más
eficiente desde el punto de vista energético y de Coste del Ciclo de Vida
(LCC).
Sin embargo, el jugar con el número de bombas que operan en
paralelo, tiene el atractivo de que es un método de control del caudal muy
simple. Y encima nos permite ajustar el consumo necesario de potencia lo más
posible a la demanda del sistema, aunque de forma menos fina que con la
regulación por velocidad.
Obtención de las curvas de operación de bombas
iguales en paralelo
Primero hay
que decir que, para obtener las curvas combinadas de
bombas centrífugas en paralelo, se suman los
caudales Q para un valor de
altura o carga H constante.
De esta forma se obtienen las curvas combinadas de las bombas.
A continuación vemos la secuencia de obtención de la
curva de forma gráfica, para 2 bombas centrífugas iguales A y B.
– Representación
de las curvas simples de las bombas
Tal y como se observa en la gráfica las curvas de las bombas A y B son
idénticas y por tanto son coincidentes.
O sea, para un punto «X» dado
de la curva de 1 bomba:
– Obtención de un punto de la
curva combinada de 2 bombas iguales
Si para ese valor de Hx sumamos los
caudales correspondientes de las bombas A y B, obtendremos el punto
correspondiente a la curva combinada en paralelo de
las 2 bombas para ese valor de altura, carga o TDH de la bomba.
– Obtención de la curva
combinada completa de las 2 bombas en paralelo
Del mismo modo lo haremos para otros valores de la altura H y así
obtendremos varios puntos de la curva que nos permitirán representarla.
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