174928378 guia de calculo para procesos con bombas centrifugas

Download 174928378 Guia de Calculo Para Procesos Con Bombas Centrifugas

Post on 18-Oct-2015

64 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Gua de clculo para procesos con bombas centrfugas (1 PARTE)

    Las bombas centrfugas son equipos omnipresentes en la vida diaria, y conocer la ingeniera de su funcionamiento proporciona interesantes oportunidades para la mejora de los procesos. En muchos artculos hemos incluido recopilaciones diversas que ayudan a entender estas mquinas (VerCalculadores y utilidades de fluidos, Calculadores gratuitos para diseos con bombas, Calculadores gratuitos de eficiencia energtica en bombas y Artculos sobre transporte de fluidos). En esta ocasin vamos a exponer en detalle pero de forma sencilla aquellas ecuaciones de ingeniera que nos permiten calcular en detalle los procesos en los que trabajamos con bombas centrfugas. Como siempre, evitaremos exposiciones tericas complejas y buscaremos la simplificacin de los clculos que permiten determinar las variables del proceso con facilidad.

    1) Punto de mejor eficiencia (BEP)

    Una bomba no convierte completamente la energa cintica a energa de presin. Alguna energa es siempre perdida interna y externamente en la bomba. Prdidas internas

    Prdidas hidrulicas Friccin del disco en el impulsor, prdidas debidas al rpido cambio en direccin y velocidades a travs de la bomba.

    Prdidas volumtricas recirculacin interna en anillas y cojinetes desgastados.

    Prdidas externas

    Prdidas mecnicas friccin en sellos y rodamientos.

    La eficiencia de la bomba en el punto de diseo es normalmente mxima y se llama el Punto de Mejor Eficiencia (Best Effciency Point BEP). Es posible operar la bomba a otros puntos distintos que el BEP, pero la eficiencia de la bomba siempre ser ms baja que en BEP.

    2) Clculo de la potencia de una bomba

  • La potencia hidrulica ideal de una bomba hidrulica depende del caudal, de la densidad del lquido y de la altura diferencial. La elevacin esttica de una altura a otra, puede calcularse:

    Ph = q h / (3,6 106)

    Donde: Ph = Potencia elctrica (kW)

    q = Capacidad de caudal (m3/h)

    = Densidad del fluido (kg/m3)

    g = Gravedad (9,81 m/s2)

    h = Altura diferencial (m)

    Potencia de la bomba en el eje La potencia del eje requerida para ser transferida desde el motor al eje de la bomba depende de la eficiencia de la bomba y puede calcularse como:

    Ps = Ph / Donde: Ps = Potencia del eje (kW)

    = Eficiencia de la bomba.

    Calculador de bomba online El siguiente calculador puede usarse para calcular la potencia hidrulica y la potencia del eje en una bomba. Los clculos pueden realizarse con unidades del sistema internacional o unidades imperiales. Se introduce la capacidad de caudal (m

    3/h), densidad del fluido (kg/m

    3),

    gravedad (m/s2), altura diferencial (m) y eficiencia de la bomba (). Se obtiene la potencia

    hidrulica en kw o la potencia en el eje (kW).

    3) Energa ganada por un fluido

    La potencia ganada por el fluido de una bomba o ventilador puede ser expresado como:

    P = m w Donde: P = Potencia

    m = Caudal msico

    w = Trabajo especfico

    Trabajo especfico El trabajo especfico w puede expresarse como:

    w = g h

  • Donde: h = Altura

    g = Aceleracin de la gravedad

    Caudal msico El caudal msico m puede expresarse:

    m = Q Donde: = Densidad

    Q = Caudal volumtrico

    La potencia ganada por el fluido de una bomba o ventilador puede expresarse como:

    = g Donde: = Peso especfico La ecuacin de la potencia puede modificarse de forma que la potencia ganada por el fluido de una bomba o ventilador puede expresarse como:

    P = Q h Ya que la altura puede expresarse como:

    h = (p2 p1) / En consecuencia,

    P = Q (p2 p1) Donde: P = Potencia

    m = Caudal msico

    w = Trabajo especfico

    4) Clculos de par y velocidad en bombas centrfugas

  • La caracterstica terica de una bomba centrfuga es una parbola que comienza en el origen y es proporcional al cuadrado de la velocidad. El par puede expresarse como:

    T = k n2

    Donde: T = Par (Nm, lbf ft)

    K = Constante

    n = Velocidad de la bomba (rpm)

    P = Potencia (kW)

    5) Clculo del trabajo especfico de una bomba o ventilador

    El trabajo especfico de una bomba o ventilador trabajando con un fluido incompresible puede expresarse de la siguiente forma:

    w = (p1 p2) / Donde: w = Trabajo especfico (Nm/kg = J/kg = m

    2/s

    2)

    p = Presin (N/m2)

    = Densidad (kg/m3)

    Gua de clculo para procesos con bombas centrfugas (2 PARTE)

  • Veer 1 PARTE Leyes de afinidad Las leyes de afinidad se usan en hidrulica para expresar las relaciones entre las variables de una bomba o el rendimiento del ventilador (tales como altura, caudal volumtrico, velocidad del eje) y potencia. Se aplican a bombas, ventiladores y turbinas hidrulicas. En estos implementos rotatorios, las leyes de afinidad se aplican tanto a caudales centrfugos como axiales. Las leyes de afinidad son tiles para predecir las caractersticas de descarga de altura de una bomba o ventilador desde una caracterstica conocida medida a una velocidad diferente o dimetro del impulsor. El nico requerimiento es que las dos bombas o ventiladores son dinmicamente similares, por lo que el ratio del fluido forzado es el mismo. Se usan para recalcular el rendimiento de una bomba al cambiar de una velocidad a otra. La ley afirma que para condiciones similares de caudal (es decir, sustancialmente la misma eficiencia) la capacidad variar directamente con el ratio de la velocidad y/o el dimetro del impulsor y la altura con el cuadrado de este ratio en el punto de mejor eficiencia. Otros puntos que queden a la izquierda o derecha del punto de mejor eficiencia correspondern similarmente. El punto de corte de la bomba usualmente se determina por las condiciones de succin de la bomba. A partir de esta definicin, las frmulas siguientes pueden ser usadas para recalcular el rendimiento de la bomba con el dimetro del impulsor o cambio de velocidad.

  • Ejemplo de clculo Una bomba operando a 3.550 rpm tiene un rendimiento como el que se muestra en la lnea slida de la figura anterior. Calcular el nuevo rendimiento de la bomba cuando la velocidad de operacin se incrementa a 4.000 rpm. Paso 1 De la curva de rendimiento, tabulamos el rendimiento a 3.550 rpm. Paso 2 Establecemos los factores de correccin para la operacin a 4.000 rpm. 4.000/3.550 = f = 1,13

    f2 = 1,27

    f3 = 1,43

    Paso 3 Calculamos las nuevas condiciones a 4.000 rpm de: Q2 = Q1 X 1,13

    H2 = H1 X 1,27

    bhp2 = bhp1 X 1,43

    Los resultados son tabulados a continuacin y representados como lnea de puntos. Ntese que le eficiencia de la bomba queda la misma con el incremento de velocidad.

    GPM H(ft) Eff. % Bhp

    0 350 0 25

    100 349 28 31

    200 345 48 36

    300 337 52 42

    400 325 70 46

    500 300 74 51

    600 260 73 54

  • 650 235 72 53 Para estimar las eficiencias de la bomba esperadas a los puntos de mejor eficiencia, muchos libros representan diagramas mostrando la eficiencia como una funcin de la velocidad especfica (N5) y capacidad (GPM). Capacidad de volumen La capacidad de volumen de una bomba centrfuga puede expresarse como:

    q1/q2 = (n1 / n2)(d1 /d2) Donde: q = Capacidad de caudal volumtrico (m

    3/s, gpm, cfm..)

    n = Velocidad de giro revoluciones por minuto (rpm)

    d = Dimetro del impulsor

    Altura o presin La altura o presin de una bomba centrfuga puede expresarse como:

    dp1 / dp2 = (n1 / n2)2 (d1 /d2)

    2

    Donde: dp = Altura o presin (m, ft, Pa, psi,) Potencia El consumo de potencia de una bomba centrfuga puede expresarse como:

    P1 / P2 = (n1 / n2)3 (d1 /d2)

    3

    Donde: P = Potencia (W, bhp,) Cambiando la velocidad del impulsor Si el dimetro del impulsor es constante el cambio en la velocidad del impulsor de la bomba puede simplificar las leyes de afinidad Capacidad de volumen q1 /q2 = (n1 / n2) Altura o presin dp1 / dp2 = (n1 / n2)

    2

    Potencia P1 / P2 = (n1 / n2)

    3

    Ntese que si la velocidad de una bomba se incrementa un 10 % El caudal volumtrico se incrementa en un 10 %

    La altura se incrementa un 21 %

    La potencia se incrementa un 33 %

    Si deseamos incrementar la capacidad volumtrica de un sistema con un 10 % tendremos que incrementar el suministro de energa en un 33 %.

  • Calculador de las leyes de afinidad de la bomba Cambiando la velocidad del impulsor de una bomba podremos variar el comportamiento de la misma. En el siguiente calculador podremos calcular caudales, altura final y potencia cambiando la velocidad del impulsor. Cambiando el dimetro del impulsor Si la velocidad del impulsor es constante un cambio en el dimetro del impulsor puede simplificar las leyes de afinidad. Capacidad de volumen q1 / q2 = d1 / d2 Altura o presin dp1 / dp2 = (d1 /d2)

    2

    Potencia P1 / P2 = (d1 / d2)

    3

    Gua de clculo para procesos con bombas centrfugas (3 PARTE)

    Ver 2 PARTE

    1) Clculo de los costes de bombeo de agua

    Los costes del bombeo de agua podemos estimarlos usando la siguiente expresin:

    Donde: C = Coste por hora

    Q = Caudal (gpm)

    h = Altura (ft)

    c = Coste por kWh

  • 2) Clculos de los costes por friccin

    La energa consumida para superar la altura esttica en un sistema de bombeo vara linealmente con el caudal y poco puede hacerse para reducir el componente esttico del sistema. Sin embargo, varias oportunidades de ahorro existen si trabajamos sobre el componente de friccin del sistema de bombeo. La energa por friccin es dependien