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BOMBAS HIDRAULICASMg. Amancio R. Rojas Flores1
CLASIFICACIONLa primera clasificación posible de las bombas es separarlas en elgrupo de bombas de desplazamiento positivo y bombasrotodinámicas.bombas de desplazamiento positivooperan de forma volumétrica: desplazan un determinado volumenpor unidad de tiempo, independientemente de la presión.Son bombas de émbolos, paletas, engranajes, etc., utilizadasen oleohidráulica, donde se requieren unos caudales ínfimoscon presiones muy elevadas2
bombas rotodinámicas.consiguen incrementar la energía del fluido a base de aumentar laenergía cinética -por medio de la deflexión y el efecto centrífugo queprovocan los álabes del rodete- recuperando esta energíaposteriormente en forma de presión.La principal forma de clasificación de las bombas rotodinámicas essepararlas en bombas axiales, mixtas y radiales, según la direcciónde salida del flujo con respecto al eje.El nombre común para las radiales es bombas centrífugas,Hay otras muchas características que hacen a las bombassusceptibles de clasificaciones distintas, y así se pueden tenerbombas de una o varias etapas, bombas de cámara bashorizontales o verticales, etc.3
La utilización de bombas axiales estáindicada cuando se necesitangrandes caudales con pequeñasalturas de elevación.Las bombas centrífugas,cuando se necesitangrandesalturasypequeños caudales.Las bombas mixtasconstituyen un casointermedio.4
BOMBAS CENTRÍFUGASLas bombas centrífugas mueven un cierto volumen de líquido entre dosniveles; son pues, máquinas hidráulicas que transforman un trabajomecánico en otro de tipo hidráulico.Los elementos de que consta una instalación son:a) Una tubería de aspiración, que concluye prácticamente en labrida de aspiración.b) El impulsor o rodete,formado por un conjunto de álabes que pueden adoptar diversasformas, según la misión a que vaya a ser destinada la bomba, loscuales giran dentro de una carcasa circular.El rodete es accionado por un motor, y va unido solidariamenteal eje, siendo la parte móvil de la bomba5
El líquido penetra axialmente por la tubería de aspiración hasta la entradadel rodete, experimentando un cambio de dirección más o menos brusco,pasando a radial, (en las centrífugas), o permaneciendo axial, (en lasaxiales), acelerándose y absorbiendo un trabajo.d) Una tubería de impulsión,instalada a la salida de la voluta, porla que el líquido es evacuado a lapresión y velocidad creadas en labomba.6
La voluta es también un transformadorde energía, ya que frena la velocidaddel líquido, transformando parte de laenergía dinámica creada en el rodeteen energía de presión, que crece amedida que el espacio entre el rodetey la carcasa aumenta, presión que sesuma a la alcanzada por el líquido en7el rodete.
TRIANGULOS DE VELOCIDADES DE UNA BOMBA CENTRIFUGAEl órgano principalde una bombacentrífuga es elrodete que, en laFigura se puedever con los álabesdispuestos segúnunasecciónperpendicularaleje de la bomba;el líquido llega a la entradadel rodete en direcciónnormal al plano de la figura,(dirección axial), y cambia adirección radial recorriendo elespacio o canal delimitadoentre los álabes.8
El triángulo de velocidades a la entrada.A la salida del rodete se tiene otro triángulo de velocidades9
ALTURA EN UNA BOMBA CENTRIFUGASi se designa por :H: el desnivel o altura geométrica existente entre los niveles mínimo ymáximo del líquido.Ha: la altura o nivel de aspiración, (altura existente entre el eje de labomba y el nivel inferior del líquido).Hi: la altura de impulsión, (altura existente entre el eje del rodete y elnivel superior del líquido),se tiene que:H Ha Hi10
Las alturas a considerar, aparte dela geométrica ya definida, son:11
Las pérdidas de carga que pueden aparecer en la instalación, (bomba ytuberías), son:¾Pérdidas internas de la bomba: ΔiΔi Δ roz Δ choque Pérdidas en el rodete (hr) Pérdidas en la directriz (si la tiene) (hd) Pérdidas en la voluta (hv)¾Pérdidas de carga en las tuberías de aspiración e impulsiónpor lo que:12
El rendimiento manométrico se define en la forma:ηmanHm HtLa altura manométrica creada por la bomba tiene por expresión:H man cE2 pE cs2 ps Z E H t ηman Z s 2g γ 2g γes decir, la diferencia del Bernoulli entre las bridas de impulsión y de aspiración.ECUACIÓN GENERAL DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGASc2u2 cos α 2 c1u1 cos α1Ht gH m H t ηmanc2u2 cos α 2 c1u1 cos α1 ηmang13
SALTO TOTAL MÁXIMO.Para hallar la condición de salto total máximo es necesario que:quedando la ecuación general,14
Esta ecuación permite trazar la curva característica de la bombacentrífuga ideal, es decir, la gráfica de la función de la altura creadapor la bomba según el caudal, para cada número de revoluciones delrodete, que es una rectaLa Ecuación:H t f (q ) A B qes una recta de la queúnicamente se conoce suordenada en el origen A, yaque su coeficiente angularB depende del ángulo β2.Siendo:15
curva característica de la bomba centrífuga ideal, es decir, la gráfica de lafunción de la altura creada por la bomba según el caudal, para cada númerode revoluciones del rodete16
Triángulo de velocidades a la entrada con α1 90ºy desprendimientos de la corriente líquidaa) Flujo menor que el nominal;b) Flujo igual al nominal;c) Flujo mayor que el nominal17
Modificación del triángulo de velocidades a la salida al variar el flujoa) Flujo menor que el nominal;b) Flujo igual al nominal;c) Flujo mayor que el nominal18
CURVA CARACTERÍSTICASLa curva característica de una bomba centrífuga es una ecuación de la formaH m f (q )La relación entre la altura manométrica y la total es:H m H t Δi A B q ΔiLas pérdidas de carga internas de la bomba Δison de dos tipos:a) Las debidas al rozamiento del líquido, que son proporcionales alcaudal circulante q:en dondeK: es una constante de rozamiento que depende de las dimensiones delrodete, del estado superficial de los álabes y de la voluta, etc.19
b) Las debidas a las componentes de choqueque se producen cuando el caudal que circula q es diferente del caudal dediseño qt de la formaSe observa que parasiendoson nulasuna constante que depende de las dimensiones del rodete, voluta, etc.En consecuencia las pérdidas de carga internas de la bomba son:20
Las pérdidas Δi tienen un valor mínimo para un caudaldistinto delen la forma:luego la ecuación de la curva característica es:H m H t Δi A B q Δi A B q C q 221
y, por lo tanto, su representación gráfica se obtiene restando de la alturatotal las pérdidas internas para cada caudal q.Hay que tener presente que para (q 0) las pérdidas de cargainternas Δi no son nulas, pues aunque la tubería de impulsión estécerrada (caudal nulo) los álabes seguirán girando y en consecuenciaproduciendo rozamientos que implican pérdidas de carga.22
Pérdidas en una bomba23
Curva caracteristica teórica de una bomba centrifuga24
Curva característica real de una bomba centrifuga25
El rendimiento manométrico se puede definir, en función de la ecuación de lacurva característica, en la forma:Para pasar de un nº de r.p.m. n a otro n*, la relación existente entre losparámetros de las curvas características es:26
POTENCIAS Y RENDIMIENTOS DE UNA BOMBA CENTRÍFUGALlamamosNNhNUPotencia aplicada al eje de la bombaPotencia cedida al liquidoPotencia útil o disponible de la bombaηvolRendimiento volumétricoηmecRendimiento mecánicoηhidηRendimiento hidráulicoRendimiento globalηhid ηvol .ηman27
La relación entre estas potencias y rendimientos se expresamediante el siguiente esquema:28
Se puede considerar que las pérdidas de caudal q* en los intersticios de labomba a través de los diversos órganos de cierre, hacen que el caudalimpulsado q sea menor que el aspirado q1, es decir:lo cual implica la aparición de un rendimiento volumétrico de la forma:Potencia útil : NUTambién se le llama potencia disponible en la bomba para impulsar el caudal qNU γ q H m q ΔpPotencia hidráulica : N hEl caudal aspirado se corresponde con la carga total Ht entonces la potenciahidráulica Nh cedida al líquido es:h1tN γ q Hγ q HmNh ηh29
Potencia aplicada al eje de la bomba : NEs la potencia aplicada al eje de la bomba para impulsar el caudal q ala altura HmanN γ q1g(u2c2u u1c1u )El rendimiento global de la bomba esNuη η mec .η man .η volN30
La principal forma de clasificación de las bombas rotodinámicas es separarlas en bombas axiales, mixtas y radiales, según la dirección de salida del flujo con respecto al eje. El nombre común para las radiales es . bombas centrífugas, Hay otras muchas características que hacen a las bombas susceptibles de clasificaciones distintas, y así
