Curvas Caracteristicas De Las Bombas Hidraulicas 1j3u39

CURVAS CARACTERISTICAS DE LAS BOMBAS HIDRAULICAS INGENIERIA MECANICA

NOMBRES

La Curva Característica de una Bomba hidráulica • es un gráfico que representa la relación de Carga – Caudal que garantiza la Bomba a determinada velocidad de rotación de su impulsor. • El impulsor o rodete de una Bomba Centrífuga es el componente que, a través de su rotación a altas velocidades, incrementa la velocidad del fluido generando a la vez el incremento de la energía cinética en el fluido bombeado (produciendo el incremento de presión buscado con el uso del Equipo de Bombeo). Las características geométricas (forma, tipo y tamaño) del impulsor son las que definen la Curva Característica de una Bomba Centrífuga.

Un ejemplo de Curva Característica de una Bomba Centrífuga se presenta en la siguiente figura, en la que se muestran varios de sus componentes principales:

Existirá una Curva Característica para cada diámetro de Impulsor que sea posible instalar en el modelo de bomba respectivo. El modelo de bomba, cuya Curva de Operación se presenta en la figura anterior, trabaja con cuatro posibles diámetros de impulsor: 483, 515, 549 y 585 mm. En función de lo referido en el punto anterior, en la medida que el diámetro del impulsor es menor, la Carga o Altura de bombeo suministrada por la bomba, para un mismo caudal, es menor:

A lo largo de cada Curva Característica de una Bomba Centrífuga, se diferencian distintos valores de eficiencia para el equipo, destacándose (como en el caso del impulsor de 585 mm de diámetro en las figuras previas), el mayor valor de eficiencia que puede ser alcanzado por el equipo (89% en el caso del modelo de referencia). En el caso del caudal de 800 l/s referido en el punto anterior, tendríamos que la eficiencia de la bomba, cuando se le instala el impulsor de 549 mm de diámetro, es del orden del 87%. En virtud de las pérdidas hidromecánicas que se suceden en el interior de la Bomba Centrífuga, se tendrá que la potencia que ésta le suministra al fluido es menor que la que el motor le imprime a ella. De esta forma, la Eficiencia de un equipo de bombeo se define como la relación entre la potencia útil (la de la bomba) y la potencia del motor que la acciona y por lo tanto tendrá siempre un valor inferior a la unidad. Quizá la consideración más importante es que, dado que la Curva Característica de una Bomba Centrífuga representa una relación única de Caudal-Altura, el punto de operación de la instalación en la que ésta se emplace tendrá que “adaptarse” a lo que establezca dicha Curva.

Es decir, si la altura de bombeo calculada para determinada Instalación (utilizando elprincipio de energía y de pérdidas de carga) es, por ejemplo, y utilizando la Curva Característica de referencia en este Tutorial, de 26 m para 900 l/s, tendríamos situaciones como las siguientes: Utilizar el impulsor de 549 mm de diámetro, en cuyo caso el caudal bombeado tenderá a ser mayor que el requerido, pues la Curva Característica (en realidad el equipo e impulsor seleccionados) obligará a que el punto de operación del sistema de bombeo se desplace hacia la derecha, pues ella no contiene al punto de “diseño” de 26 m a 900 l/s:

Si utilizamos el impulsor de 515 mm, por supuesto no será posible alcanzar el caudal de 900 l/s deseado, pues la Curva Característica para este diámetro de impulsor tampoco contiene al punto de diseño y, además, ofrece menores alturas de bombeo que la buscada para el caudal en cuestión:

Curvas características de una bomba. El comportamiento hidráulico de una bomba viene especificado en sus curvas características que representan una relación entre los distintos valores del caudal proporcionado por la misma con otros parámetros como la altura manométrica, el rendimiento hidráulico, la potencia requerida y la altura de aspiración, que están en función del tamaño, diseño y construcción de la bomba. Estas curvas, obtenidas experimentalmente en un banco de pruebas, son proporcionados por los fabricantes a una velocidad de rotación determinada (N). Se representan gráficamente, colocando en el eje de abcisas los caudales y en el eje de ordenadas las alturas, rendimientos, potencias y alturas de aspiración.

Curva altura manométrica-caudal. Curva H-Q. Para determinar experimentalmente la relación H(Q) correspondiente a unas revoluciones (N) dadas, se ha de colocar un vacuómetro en la aspiración y un manómetro en la impulsión, o bien un manómetro diferencial acoplado a dichos puntos. En la tubería de impulsión, aguas abajo del manómetro, se instala una llave de paso que regula el caudal, que ha de ser aforado. La velocidad de rotación se puede medir con un tacómetro o con un estroboscopio. Con un accionamiento por motor de corriente alterna, dicha velocidad varía muy poco con la carga. La relación H(Q) tiene forma polinómica con las siguientes formas: H = a + b·Q + c·Q2 H = a + c · Q2

Curvas características de tres tipos de bombas hidraulicas. a) Bomba radial centrífuga; b) Bomba helicocentrífuga; c) Bomba de hélice

Curva rendimiento-caudal. El rendimiento de la bomba o rendimiento global es la relación entre la potencia útil o hidráulico y la potencia al freno. Este es, en general, suministrado por los constructores de la bomba, y considera las pérdidas por fugas (rendimiento volumétrico) y por rozamientos en ejes y caras del impulsor (rendimiento mecánico). La curva característica rendimiento-caudal para tres tipos de bombas distintas la podemos ver en la figura 7.13. En general la curva del rendimiento

podrá ajustarse a una expresión del tipo:

El rendimiento es nulo para un caudal nulo y para un caudal máximo. Entre ambos el rendimiento varía, alcanzando el máximo en un punto correspondiente a un cierto caudal, llamado caudal nominal de la bomba, que es aquel para el cual ha sido diseñada la bomba.

•Curva potencia-caudal. En la teoría, la potencia suministrada por el eje del impulsor es:

Ph = potencia hidráulica En la práctica, las perdidas por rozamiento hidráulico, mecánico y las posibles fugas dan lugar a que la potencia al freno P absorbida al motor por el eje de la bomba difiere de Ph. Su valor se obtiene en laboratorio mediante un dinamómetro o freno, aplicando la relación: P=T·N Siendo T el par resistente de la bomba, el cual es el producto de [F x r] donde r es el brazo donde se aplica la fuerza tangencial F. N es el numero de revoluciones o vueltas en la unidad de tiempo, o velocidad angular. La relación entre la potencia hidráulica (P salida) y la potencia al freno (P entrada) mide el rendimiento global. Se determina a partir de la ecuación:

La potencia absorbida por el eje de la bomba o potencia al freno es la potencia que necesita la bomba para realizar una determinada cantidad de trabajo. Es igual a la potencia h

nde: potencia bomba (w)

= rendimiento de la bomba (º/1). También se puede utilizar la siguiente expresión para Potencias expresadas en C.V.

= peso específico (N/m3) Q = caudal (m3/s) H = altura manométrica total (m)

•Curvas carga neta positiva de aspiración requerida (NPSHr)-Caudal.

Figura 7.14. Curvas NPSHr - Q, de 4 bombas iguales pero con distinto diámetro de rodete La NPSHr en una bomba a velocidad constante aumenta con el caudal como se muestra en la figura 7.14. Este tipo de curva se estudiará detalladamente en el punto 9 de este tema. En la figura 7.15 se representa las curvas de igual rendimiento en el diagrama Altura-Caudal para distintas velocidades de giro del rotor. Este gráfico, por tanto, nos suministrará información de velocidad rotación, caudal, altura y rendimiento. Por ejemplo, para obtener un caudal de 100 l/s a una altura manométrica de 30 m se requiere una velocidad de 850 r.p.m. y se obtiene un rendimiento del 70 %, figura 7.15 D).

Curvas de Bombas CARGA DINAMICA en Pies o Metros

H-Q

CAPACIDAD

• • •

El rendimiento de la bomba es definido por la capacidad (Q) y carga dinamica (H) El diseño de la bomba determina la figura de la curva La bomba siempre correrá por la línea de su curva produciendo mas carga dinámica (H) o mas Flujo (Q)

CARGA DINAMICA

8”

1800 rpm

6”

CAPACIDAD

Con velocidad constante, variamos el rendimiento cambiando el diámetro de impulsor Impulsores de menor diámetros producen menos carga dinámica y capacidad

CARGA DINAMICA

3450 rpm

8” Diametro

2400 rpm

CAPACIDAD

• • •

Con diámetro constante, el rendimiento de la bomba se cambia con el cambio de velocidad Menor velocidad produce menos carga dinamida y capacidad esto es la propiedad que usan los Variadores de Frecuencia como el Aquavar

CARGA DINAMICA

5 bhp 3 bhp

CAPACIDAD

Curvas de Bombas típicamente enseñan los “caballos de fuerza” requerido para operar la bomba en varios pumtos sobre su curva de Carga Dinamica Capacidad.

CARGA DINAMICA

8”

52%

56% 62% 65%

6” 56%

CAPACIDAD

• •

Curvas de bombas centrífugas típicamente enseñan la eficiencia hidráulica en varios puntos El punto de máxima eficiencia (BEP) es el punto de mas alta eficiencia en la curva

CARGA DINAMICA H-Q

30

NPSHR

20

EN

10

PIES O METROS

CAPACIDAD

Curvas de bombas enseñan el NPSHr “Net Positive Suction Head” Requerido para operar la bomba en todos sus puntode de CARGA DINAMICA - CAPACIDAD. NPSHR incrementa con capacidad El valor de NPSHR para una aplicación es determinado por el diseño de capacidad

CARGA DINAMICA

8”

1800 rpm

Altura De ceba

6”

8”

25’

7”

22’

6”

19’

CAPACIDAD

Curvas de bombas auto-cebante, desglosan la máxima altura de succión que se puede auto cebar.

Curva del Sistema 250 200 C 150 D T 100 (Pies)

Estática + Fricción

150 Pies

Carga Dinámica Estática

70 GPM

50 0 0

20

40

60

80

100

CAPACIDAD (GPM) La curva del sistema representa el efecto hidráulico de CDT - capacidad y toma en cuenta caudal estático y perdidas por fricción

120

140

160