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Escuela Politécnica Nacional

Facultad de Ingeniería Mecánica

Laboratorio de Mecánica de Fluidos y Turbomáquinas

Tema: Preparatorio de la práctica “Bomba Centrífuga”

Integrantes: Julio Campoverde

PREGUNTAS:

1. ¿Cómo varía la curva característica de la bomba centrífuga con el diámetro

del rotor?

Figura. Curva característica de la bomba centrífuga con el diámetro del roto

Tenemos que tener en cuenta que esta curva así obtenida es sólo para un determinado

diámetro de impulsor, si usamos un diámetro distinto, la curva obtenida será distinta.

Normalmente, en una misma bomba podemos usar distintos diámetros de rodete, así, el

fabricante debería suministrar junto con la bomba, no una curva, sino una familia de

curvas en función de los diámetros D diferentes de impulsor a utilizar.

2. Explique la ecuación de Euler

Se denomina ecuación de Euler a la ecuación fundamental que describe el

comportamiento de una turbomáquina bajo la aproximación de flujo unidimensional.

Donde:

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es la potencia trasegada por la máquina. Esta es obtenida ( ) para

una turbina y cedida ( ) para una bomba.

es el caudal másico que atraviesa la máquina.

c es la velocidad absoluta del fluido. El subíndice u indica que se considera

solo la velocidad tangencial. Los subíndices 1 y 2 indican entrada y salida

respectivamente.

u es la velocidad del rodete. Se ve que

3. ¿Qué ventaja presenta la bomba centrífuga sobre las volumétricas?

Caudales altos

Coste bajo

Flujo no pulsante

Regulación sencilla

No tienen órganos articulados y los mecanismos de acoplamiento son muy

sencillos.

4. ¿Por qué es tan importante el NPSH?

El NPSH requerido es función del rodete, su valor, determinado experimentalmente, es

proporcionado por el fabricante de la bomba. El NPSH requerido corresponde a la carga

mínima que necesita la bomba para mantener un funcionamiento estable. Se basa en una

elevación de referencia, generalmente considerada como el eje del rodete.

5. ¿Cómo evita la cavitación en una bomba? ¿Cuál es la parte del rodete de la

bomba más propensa a cavitación y por qué?

En general, la cavitación indica un NPSH disponible insuficiente. Pérdidas de carga

excesivas en la aspiración, junto con una reducida altura estática y alta temperatura,

contribuyen a este fenómeno. Por tanto, podemos atacar varios factores a la hora de

evitar la aparición de este fenómeno como puede ser reducir las pérdidas de carga en la

aspiración, tratar de presurizar el tanque de aspiración, aumentar el nivel del mismo,

reducir la altura de aspiración cuando ésta sea negativa, variar en la medida de lo posible

la temperatura del líquido bombeado e incluso instalar una pequeña recirculación desde

la tubería de impulsión hasta un punto justo a la entrada de la bomba. Si, por el contrario,

no existe forma de modificar el sistema puede llegar a ser preciso modificar las

condiciones, de forma que pueda utilizarse una bomba distinta con un NPSH requerido

más bajo. Las bombas mayores pueden precisar el uso de una bomba booster auxiliar,

para añadir altura de presión a la NPSH disponible.

Si no se ha producido ningún cambio en la operación, y la

bomba sigue cavitando se seguirán formando burbujas

nuevas y las viejas seguirán creciendo en tamaño. Las

burbujas, que han sido creadas mayoritariamente en el ojo

del rodete y en la cara posterior de los álabes como se tiene

en la figura 4, comienzan a juntarse y a crecer a través del

rodete. Luego de esto comienzan a viajar a zonas de más

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alta presión, que son las partes más lejanas radialmente del ojo del rodete, como se

aprecia en la figura 10, que aunque esta bomba tiene un inductor, nos sirve para

visualizar que la presión va a aumentando a medida que el fluido se aleja del centro del

rodete.

Una vez que las burbujas alcanzan zonas de alta

presión se produce que llegan a un punto donde

la presión exterior es mayor que la presión dentro

de las burbujas, por lo tanto, estas son

aplastadas por el líquido e implosionan, de esta

manera, muchas burbujas comienzan a colapsar

de manera asimétrica en los álabes. Al colapsar,

el líquido alrededor de la burbuja tiende a ocupar

el volumen del vapor rápidamente alcanzando

grandes velocidades, estas gotas aceleradas

chocarán con gran fuerza sobre la superficie del

rodete si las burbujas se crearon sobre éste,

como se ilustra en la figura 11.

En conclusión, podemos decir que la cavitación es una condición anormal de una bomba

centrífuga y que implica todo el proceso desde que se forman las burbujas hasta que

implosionan en el rodete.

Se debe aclarar que el golpeteo continuo de muchas burbujas sobre el rodete produce un

desgaste de la bomba, es por ello que se debe tratar de evitar la cavitación, otras razones

por las cuales debe evitarse la cavitación.

6. ¿Cómo evitar los golpes de ariete?

Para evitar este efecto, existen diversos sistemas:

Para evitar los golpes de ariete causados por el cierre de válvulas, hay que estrangular

gradualmente la corriente de fluido, es decir, cortándola con lentitud utilizando para ello,

por ejemplo, válvulas de asiento. Cuanto más larga es la tubería, tanto más tiempo

deberá durar el cierre.

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Sin embargo, cuando la interrupción del flujo se debe a causas incontrolables como, por

ejemplo, la parada brusca de una bomba eléctrica, se utilizan tanques neumáticos con

cámara de aire comprimido, torres piezométricas o válvulas de muelle que puedan

absorber la onda de presión, mediante un dispositivo elástico.

Otro método es la colocación de ventosas de aireación, preferiblemente trifuncionales

(estos dispositivos son para disminuir otro efecto que se producen en las redes de agua o

de algún otro fluido parecido al desalojarlo del sistema mas no es propio del fenómeno

del golpe de ariete).

función: introducir aire cuando en la tubería se extraiga el fluido, para evitar que

se generen vacíos;

función: extracción de grandes bolsas de aire que se generen, para evitar que una

columna de aire empujada por el fluido acabe reventando codos o, como es más

habitual en las crestas de las redes donde acostumbran a acumularse las bolsas

de aire;

función: extracción de pequeñas bolsas de aire, debido a que el sistema de las

mismas ventosas por lado tienen un sistema que permite la extracción de grandes

cantidades y otra vía para las pequeñas bolsas que se puedan alojar en la misma

ventosa.

Otro caso común de variación brusca de la velocidad del flujo en la tubería se da en las

centrales hidroeléctricas, cuando se produce una caída parcial o total de la demanda. En

estos casos tratándose de volúmenes importantes de fluido que deben ser absorbidos, se

utilizan en la mayoría de los casos torres piezométricas, o chimeneas de equilibrio que se

conectan con la presión atmosférica, o válvulas de seguridad.

7. Mencione 3 formas de controlar el caudal de una bomba. Descríbalas.

Modificación de la curva del sistema sobre el que trabaja la bomba

Éste es el método más utilizado, se trata en esencia de regular el flujo mediante la

actuación de una o más válvulas, de tal forma que se modifique la curva de

comportamiento del sistema de conducción.

Modificación de la curva de la bomba

Otra alternativa de control, consiste en variar la curva “Carga-Capacidad”, de la bomba.

Esto se logra, variando la velocidad de operación de la bomba.

Modificación simultánea de las curvas del sistema y la bomba

Uno de las casos más frecuentes es aquel en donde por requerimientos del proceso, la

curva “Carga-Capacidad” del sistema varía, debido a que en el sistema existen varios

usuarios y cada uno de ellos demanda más o menos gasto como función de sus propias

necesidades. Esto, visto desde la bomba, representa variaciones en la curva del sistema,

por lo que continuamente varía el gasto y la carga.

En sistema de control que garantice el mismo gasto a los usuarios a pesar de que algún

otro usuario haya cambiado su régimen de demanda, lo encontramos en la variación de

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la curva de la bomba, simultáneamente con la variación de la curva del sistema, de

manera tal que se mantenga la carga del sistema en cualquier condición de operación.

8. Describa qué es la colina de rendimientos

Un conjunto de ensayos elementales caracterizados por un número distinto de

revoluciones, consta de varias curvas H vs Q y de varias curvas ηtotal vs Q. Al conjunto de

todas ellas se les llama curvas en concha o colinas de rendimiento.

Fuentes de consulta:

http://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_de_Euler_(turbom%C3%A1quinas)

https://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/mgilarra/Fluid/Transparencias%20Bombas.pdf

http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/TBombas.htm

https://areamecanica.wordpress.com/2011/07/28/ingenieria-mecanica-la-cavitacion-en-

bombas-centrifugas/

http://www2.udec.cl/~josefcastillo/cavitacion.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Golpe_de_ariete

http://watergymex.org/contenidos/rtecnicos/Curso%20basico%20de%20Variadores%20de

%20Velocidad.pdf

http://biblioteca.uns.edu.pe/saladocentes/archivoz/curzoz/bombas3_2009.pdf

http://books.google.com.ec/books?id=194g9lx5vpcC&pg=PA501&lpg=PA501&dq=que+so

n+colinas+de+rendimiento+bombas&source=bl&ots=Gs6a4JN8-

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