bombas mott

5/13/2018 bombas mott - slidepdf.com

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13.1Panorama

~ CARGA TOTAL SOBRE

LA BOMBA

382

Descubrlmlentos

• Es probable que en el curso de una semana dada

encuentre gran cantidad de tipos diferentes de

bombas para realizar trabajos distintos. Haga una

lista de algunas de elias.

• Escriba todo 1 0 que pueda sobre el sistema donde

opera cada bomba.

• Describa la funci6n de la bomba, la clase de fluido

que impulsa, la fuente del fluido, el punta de descarga

final y el sistema de bombeo can sus valvulas

y acoplamientos.

13 Selecci6n y aplicaci6n

de bombas

Mapa de aprendizaje

• Las bombas se utilizan para

impulsar Ifquidos a traves

de sistemas de tuberfas.

• Deben mover el flujo volume-

trico que se desea al mismo

tiempo que desarrollan la carga

dlnarnlca total ha, creada par

los cambios de elevaci6n,

diferencias en las cargas de

presion y de velocidad, y todas

las perdldas de energia en el

sistema.

• Usted necesita desarrollar la

capacidad de especificar las

bombas apropiadas que

satisfagan los requerimientos

del sistema.

• Tarnblen necesita aprender a

oisenar sistemas de bombeo

eficientes respecto de la

entrada de la bomba (linea

de succion) y del lado de

la descarga.

~ Debe analizarse la presion en

la entrada de la bomba, can

el fin de asegurar la operacton

adecuada de esta.

En este capItulo aprendera como analizar el rendimiento de

las bombas y a seleccionar la apropiada para una aplica-

cion especifica. Tarnblen aprendera a diseiiar un sistema

eficiente que minimice la cantidad de energia que sa r e -

quiere para que la bomba funcione.-

Conceptos introductorios

Las bom bas se utili z an para im pulsar lfquidos a traves d e sistem as d e tuberias. En capilU los

anteriores se vio la aplicacion general de elias. En el capitulo 7, cuando se introdujo l a ecu~-

ci6n general de la energfa, se aprendi6 a determ inar la energia que un a b omb a a gr eg a aiIlU l -

do, la cual se denom in6 h ; AI d e sp eja r h" de la ecuaci6n general de la energfa. se lIega a

b b'l~sCA este valor de II" se Ie llam a cargo total sobre 1(/bomba. Algunos fabricantes de omrn .

refieren a 1 5 1 como cargo dinamira total (TDH).

Debe usted ser c ap az d e i nt erp re ta r esta ecuacion como IIlIa expresion de l con ju nlO10-tal de tareas que tiene que realizar la bomba en un sistema dado,

• En general, debe clevar la presion del Iluido, desdc In q ue tiene en la fuenle 1 ' 1 ' has u 1 Inqu e tendra en cl punta de dcstinn 1'2.



383

13.1 Panorama

• D.ebe subir el fluido, desde el nivel d

• Tiene que incrementar la carga de v k I~ fuente ZI, al nivel del destino Z2 '

• Se necesita que com pense cual . e oCldad en el punto 1 a la del punto 2cion en I esqulera perdidas de' .

, as tubenas 0en valvulas I.' energia en el sistema, debido a la fric-el area 0 direcci6n del flujo. ' acop amlentos, componentes del proceso 0cambios en

Es su deber efectuar el analisis . .t' . apropiado p . d .ecnrcas estu.diadas en los capltulos 11 12 ara eterrninar el valor de ha por medio de las

Tambien aprendio a calcular I, y '.denornino P

A: a potencla que una bomba trasmite al fluido, a la que se

-

../ TRASMITE AL FLUIDO

ENERGIA QUE UNA BOMBAP - h Q

, ,. A - a1 ' (13-2)

Hay perdidas inevitables de energfa en la bo b r . .lencia que se crea en el fl id m a debido a la friccion rnecanica y a la turbu-

. UI 0 cuando pasa a tn 'd II' .tencia para impulsar la bo br I . aves e e a. Por tanto, se requiere mas po-

rn a que a cantidad q Icapitulo 7 tambien di , . . ue eventua mente se trasmite al fluido En el

, apren 10 a utilizar la eficiencii d I b b .tencia de entrada ala bomba P . ra e a om a eM para determinar la po-

I :

-'wi EFICIENCIA DE LA BOMBA

wi ENTRADA DE POTENCIA

A LA BOMBA

e.IJ= PAIPI

PI =PAle.l!

(13-3)

(13-4)

I P~a Ia Iista de bornbas que elaboro antes, respond a las preguntas siguientes Consulte

a ec uacion (13-1) conforme 10 haga: .

• "De d6nde viene el fluido cuando se aproxima a la entrada de la bomba?

• i,Cual es la elevacion, presion y velocidad del fluido en la fuente?

• i,Que tipo de fluido hay en el sistema?

• i,Cual es la temperatura del fluido?

• l,Considerarfa que el fluido tiene viscosidad baja como la del agua, 0 alta como la de un

petrol eo pesado?

• i,Puede mencionar el tipo de bomba?

• "Como se impulsa la bomba? l,Con un motor electrico? "Por medio de una banda?

l,Directamente, con un motor?

• "Cuales son los elementos que constituyen la linea de succion que Heva el fluido a la

entrada de la bomba? Describa el tubo, valvulas, codos u otros elementos.

• l,Hacia donde se conduce el fluido? Considere su elevacion, la presion en el destino y la

velocidad del flujo ahi.

• l,Que elementos constituyen la linea de descarga que saca al fluido de la bomba y 10 lle-

va a su destino? Describa el tubo, valvulas, cod os y los dernas elementos.

Compare su lista con el ejemplo que sigue, que describe la bomba del agua de una lavadora

de ropa domestica. Yea la figura 7.23.

• La tarea de la bomba consiste en lIevar agua desde la tina del aparato, por medio de una

manguera, a la tina de lavado.• EI fluido es una soluci6n de agua y detergente, 0algtin otro agente limpiador, e impurezas

de la ropa que se lava.• La temperatura del fluido yarra de 60 O F (16°C) a 120 O F (49 °C), aproximadamente.

• La viscosidad es parecida a la del agua.• L' b mba se localiza cerca de la parte inferior de la lavadora, bajo la tina. Por tanto, existe

a 0 "6n positive en la entrada de la bornba, debido a la columna de fluido arriba deuna pres) <

ella. f d ,(• EI fluido sale de la tina a traves de una abertura en su on 0y pasa a traves de un tubo de

hfl 'hie hacia la entrada de la bomba. Cerca de esta, hay una vuelta a 90°,

caUC 0 ex) ,. corta conecta lu descarga de In bomba con un acoplarniento de plastico que

• Una manguera

I t posterior de la lavadora. Y la manguera de descarga final se conecta a este.

hay en a par e .



384 Capitulo 13 Selecci6n y aplicaci6n de bombas

13.2OBJETIVOS

• La manguera de descarga tiene un diametro interior de 1.0 pulg (25 mm) .. 5 . aproxlmd

mente, una longitud cercana a 5 pies (1. m) y conduce e l flu id o a una carga de 36 a a-

gadas, mas 0menos. pul.

• La manguera tiene una vuelta de 900

y otra de 1800

•

• EI fluido sale de la manguera a gran velocidad hacia la tina, a presion atmosfe .

. 'f (" I rica.• La bomba parece ser pequefia, de upo centn ugo. yea a figura 13.15 de este ea 'Pltulo.)

Hay muchos otros tipos de bomba descritos en este capitulo. Observe las ilustracione'1' . I di d II Y sen1aspaginas siguientes para que se fami ranee con e estu 10 e e as. a mostramos alg

. . unas a n .tes, en el capftulo 7, y debiera revisarlas ahora.

En este capitulo. aprendera a analizar el rendirniento de las bombas y a seleeeion"6 Ifi T bi I.: I a r laque sea apropiada para una aplicaci n especi rca. am len vera a manera en que el di _. d' . Iseno

del sistema de circulaci6n del fluido afecta. el ren Imle~to de la bom~a. Esto debieraayudar.

1 0 a disefiar un sistema eficiente que redujera el trabajo que se requiere de la bombay. d ' . I • p a r

tanto. la cantidad e energia necesana para mover a.

Se dispone de una extensa variedad de bombas para transportar liquidos en sistemasd e

flujo de fluidos. La selecci6n y aplicacion apropiadas de una bomba requiere de la c o m -

prension de sus caracterfsticas de rendirniento y usos comunes.

Al tenninar de estudiar este capitulo. sera capaz de:

1. Mencionar los parametres que tienen que ver con la seleccion de bombas.

2. Mencionar los tipos de informacion que debe especificarse para una bomba dada.

3. Describir las clasificaciones basicas de las bombas.

4. Mencionar cuatro tipos de bombas rotatorias de desplazarniento positivo.

5. Mencionar tres tipos de bombas reciprocantes de desplazarniento positivo.6. Mencionar tres tipos de bombas cineticas,

7. Describir las caracterfsticas principales de las bombas centrffugas.

8. Describir las bombas de chorro de pozos profundos y las bombas de chorro de p o z o s

superficiales.

9. Describir la curva de rendimiento cormin de las bombas rotatorias de desplazamiento

positivo.

10. Describir la curva de rendimiento cormin de las bombas centrffugas.

11. Enunciar las leyes de afinidad de las bombas centrffug as. respecto de las relacio-

nes entre su velocidad, diametro del impulsor, capacidad, capacidad de carga total

y energia necesaria para impulsar la bomba.

12. Describir como se relaciona el punta de operacion de una bomba con la curvade

resistencia del sistema.

1 3. Definir la carga de succion positiva neta (NPSH) de una bomba, y analizar su s ig-

nificado para el rendimiento de la bomba.

14. Describir la importancia de la presion de vapor del fluido en relaci6n con la N P S H .

15. Calcular la NPSH disponible para un disefio de linea de succi6n y un Ifquidodados.

16. Definir la velocidad especifica de una bomba centrifuga y analizar su relaci6nc o n

la seleccion de una bomba.

17. Describir el efecto del aumento de viscosidad sobre el rendimiento de las bombas

centrffugas,

18. Analizar el rendimiento de las bombas conectadas en paralelo y en serie-

19. Describir las caracterfsticas deseables en el disefio de una lfnea de succi6n.

20 . D escribir las caracterfsticas deseables en el disefio de una Ifnea de descarga. na21 D ibi I ., de U. escn rr e concepto del costo del cicio de vida. aplicado a la selecclOn

bomba y a la operaci6n del sistema de tlujo.



13.3

PARAlVlETROS

N\'OLlICRADOS EN LA, 1 :

1L~{'CI()ND E B01\lBAS

~~, ./1'-

13.4TIPOS DE BOMBAS

13.5

nOMBAS DE1»<,SPJ.lAZAMIENTC)

POSITIVO

13.5Bombas de desplazamiento positivo

385

Al seleccionar una bomba . . ,

siguientes: para una aphcaclOn especffica, debe considerar los factores

1.

2 .

3 .

4 .

5 .

6 .

7 .

8 .

9 .

10.

1 1 .

12.

Natur~leza del lfquido por bombear.

Capa~l~ad requerida (flujo volumetrico).

Cond~c~ones del lado de succion (entrada) de la bornba.

CondIcIOnes del lado de descarga (salida) de la bomba.~.arga tot~1 sobre la bomba (terrnino ha de la ecuacion de la energfa).

~po de sistema don de la bornba impulsa el fluido.Tipo de fuente de potenci ( I" . .. . . . ta motor e ectnco, motor diesel, turbma de vapor y otros).

LlmltaclOnes de espacro. peso y posicion.

Condiciones ambientales.

Costo de adquisicion e instalacion de la bomba.

Costo de operacion de la bomba.

Codigos y estandares gubernamentales.

La naturaleza del fluido se caracteriza por su temperatura y condiciones de bom-

beo, gravedad especffica, viscosidad y tendencia a corroer 0 erosionar las partes de labomba y su presion de vapor a la temperatura del bombeo. EI termino presion de vapor

se emplea para definir la presion en la superficie libre de un fluido debido a la forma-

cion de vapor. La presion de vapor se hace mas alta conforme aumenta la temperatura

del liquido, y es esencial que la presion en la entrada de la bomba permanezca por arri-

ba de la presion de vapor del fluido. En la seccion 13.12 aprendera mas sobre la pre-

sion de vapor.

Despues de seleccionar la bomba debe especificarse 10 siguiente:

1. Tipo de bomba y su fabricante.

2. Tarnafio de la bomba.

3. Tamafio de la conexion de succion y su tipo (bridada, atornillada y otras).

4. Tamafio y tipo de la conexion de descarga.

5. Velocidad de operacion.

6. Especificaciones para el impulsor (por ejemplo: p~a un m_?tor electri~o -~ote~-

cia que requiere, velocidad, voltaje, fase, frecuencia, tamano del chasis y npo e

cubierta).

7. Tipo de acoplamientos, fabric ante y mirnero de modelo.

8. Detalles de montaje. . . h bi a19. Materiales y accesorios especiales ~ue se requiere, Sl u iera guno.

10. Disefio y materiales del sella del eje.

'I d bombas y los representantes del fabricante proporcionan laLos cata ogos e . . d I b b

. , . seleccionar y cumplir las especificaciones e as om as yinformacion necesana para

el equipo accesono.

, ifi uen las bombas como de desplazamiento positivo 0 cineticas;Es comun que se clas q . tipos de cada una. EI tipo de bomba de chorro 0

I bl 13 1 se muestra vanos ibi /.en a ta a u ,». . , . I d bomba cinetica centrffuga, que descri rrernos mas

a version especIa e 'fi . , ,eyectora, es un t proporciona una estructura de clasi icacron mas am-adelante. En el sitio 1 de Inte.me

tseque

tienen que ver con la orientacion de la bombah de las varran es .

plia, con muc as , I' de impulsor de la bomba (acoplarniento cercano,. tical en lfnea), e tIpO ' , ., f .

(horizontal- ver IC , . '(co) 0 el disefio mecaruco de ciertas caracter sn-. I jado impulse rnagne I

acoplamlento a e .' montajes de los rodamientos.cas, como los apoyos y

des lazamiento positivo envfen una cantidad fija de flui-Lo ideal es que las bornbas de p. ~npulsor de la bomba. La capacidad de la bomba

do en cada revoluci6n del rotor °deJ~ dll

po; los cambios de presion, debido a desliza-.1 n forma mo ela a . .

s610 se ve afedaua e . ., z por las holguras entre la carcasa y el rotor, pis-. - . caslOnados a su ve d d I .mientos pequenos 0 . '. La mayorfa de las bornbas e esp azarruento po-

S elementos actlVOS. . . '.tones, aspas y otTO., ' . d n rango ampho de viscosidades .. , operan con hqUldos e u

sruvo



386Capitulo 13 Seleccion y aplicacion de bomb as

TABLA 13.1. Clasificaci6n de los

tipos de bombas.

13.5.1

Bombas de engranes

13.5.2

Bombas de piston

13.5.3

Bornhas de aspas

Desplazamiento

positivo

Engranes

,---- Rotatorias ----+-- Aspa

Tornillo

Cavidad progresiva

Lobule 0 leva

Tubo flexible (perishiltico)

-Eiston

Recfprocas Embole

Diafragma

-EFlujo radial (centrffugas)

Cineticas Flujo axial (de impulsor)

Flujo mixto

Tipo chorro 0 eyectora

En la figura 7.2 del capitulo 7 se muestra la configuracion mas cormin de una bomba

de engranes que se usa para aplicaciones en potencia de fluidos, y para distribuir lubri-

cantes a componentes especificos de maquinaria. Se com pone de dos engranes quegi.

ran dentro de una carcasa, en senti do contrario y muy ajustados uno con el otro.La p e -

riferia exterior de los dientes del engrane se ajusta muy bien con la superfieie interior

de la carcasa. Se lleva fluido del almacenamiento del suministro al puerto de la succi6n,

y se conduce en los espacios entre los dientes al puerto de descarga, desde dondesee n -

via a alta presion al sistema. La presion con que se envfa depende de la resistenciadel

sistema. En la parte (a) de la figura se muestra el corte de una bomba de e n g r an e s , d i s -

ponible comercialmente. Las bomb as de engranes desarrollan presiones en el sistemaen

el rango de 1500 a 4000 psi (l0.3 a 27.6 MPa). El flujo que entregan varia coneltamafio de los engranes y la velocidad de rotacion, que puede ser de hasta 4000 r p m .

Con unidades de tamafio diferente es posible tener flujos volumetricos de 1a 50 gal/min

(4 a 190 Llmin). Consulte los sitios 8 a 10 de Internet.

La figura 7.3 muestra una bomba de piston axial, que utiliza una placa de derrameg i-

ratoria que acnia como leva para hacer reciprocar los pistones. Los pistones lIevanen

forma altemada fluido al interior de sus cilindros a traves de valvulas de succion. y l u e g o

10 fuerzan a salir por valvulas de descarga contra la presion del sistema. La entregade

fluido varia de cero al maximo, si se cambia el angulo de la placa y con ello la carrera

de los pistones. La capacidad de presion llega hasta 5000 psi (34.5 MPa). Consule lossitios 8 a lOde Internet.

La bomba de aspas, que tambien se utiliza para potencia de tluido (vea la tigura IJ,l).

consiste en un rotor excentrico que contiene un conjunto de aspas deslizantes que~o'd d . '6 1 r ad lldrren entro e una carcasa. Un anillo de Ievas en la c arc as a control a la p os te r I

FIGURA 13.1 Bomba de aspas.

(Fuente: Machine Design Magazine; E je i U l p u ls o r

StlLciun

Rotor



13.5.4

Bombas de tornillo

GlK\ 13.2 Bomba de tornillo."rnle: IMO Industries Inc., IMO

- o Division. Monroe, NC.)

SIIVO

387

de las aspas. EI tluido entra por el puerto de succi6n en el lado izquierdo, despues es

capturado en un espacio entre dos aspas sucesivas, y asf se lIeva al puerto de descarga

a la presi6n del sistema. Despues, las aspas se retraen hacia sus ranuras en el rotor, con-

forme regresan al lado de entrada, 0 succi6n, de la bomba. Las bornbas de aspas de des-

plazamiento variable son capaces de entregar desde cero hasta el flujo volurnetrico ma-

ximo, cuando varian la posici6n del rotor respecto del anillo de levas y la carcasa. La

selecci6n de la entrega variable es manual, electrica, hidniulica 0 neumatica, para ade-cuar el rendimiento de la unidad de potencia de f1uido a las necesidades del sistema que

se opera. Las capacidades comunes de presi6n van de 2000 a 4000 psi (13.8 a 27.6 MPa).Consulte los sitios 8 a 10 de Internet.

Una desventaja de las bombas de engranes, piston y aspas es que distribuyen un flujo

por impulsos hacia la salida, debido a que cada elemento funcional mueve un elernen-

to, volumen capturado, de fluido de la succi6n a la descarga. Las bombas de tornillo no

tienen este problema. En la figura 13.2 se ilustra una bomba de tornillo don de el rotor

de impulso central, semejante a una espiral, se acopla muy bien con los dos rotores im-

Rotorde impulso

Rotor

(a) Corte del ensamble de la bomba

. I') rotores impulsudos y carcusu(b) Rotor de nnpu ~I •



388Capitulo 13 Seleccion y aplicacion de bombas

FIGURA 13.3 Bomba de cavidad progresiva. (Fuente: Robbins & Myers. Inc., FIII'ids Handling Group. Springfield. OH.)

13.5.5Bombas de cavidad

progresiva

13.5.6Bombas de lobule

13.5.7Bombas de piston para

transferencia de fluidos

13.5.8Bombas de diafragma

pulsados, con 10 que se crea un confinamiento dentro de la carcasa que se mueve

rna axial de la succion a la descarga, y proporciona un flujo uniforme contin en fOr-

bombas de tornillo ope ran a 3000 psi (20.7 MPa) nominales, funcionan a velo~~dLas

altas y son mas silenciosas que la mayoria de otros tipos de bombas hidniulicas ~s

suite el sitio 12 de Internet. . On-

La bomba de cavidad progresiva de la figura 13.3 tarnbien produce un flujo suav,

no pulsa, y se utiliza sobre todo para enviar fluidos de procesos, mas que en aplica~~~

nes hidraulicas, Con forme el rotor central grande gira dentro del estator, se forman c a .

vidades que avanzan hacia el extrema de descarga de la bomba que mueve el material

en cuestion, Es comiin que el rotor este hecho de una placa de acero con capas gruesas

de cromo duro, con el fin de aumentar la resistencia a la abrasion. Para la mayorfa de

aplicaciones, los estatores estan construidos de caucho natural 0 cualquiera de variosti-

pos y formulas de cauchos sinteticos. Entre el rotor metalico y el estator de caucho exis-

te un acoplamiento de compresion, con objeto de reducir el balanceo y mejorar la eft-

ciencia. La circulacion que hace una bomba dada depende de las dimensiones de lacombinacion rotor/estator, y es proporcional a la velocidad de rotacion. Las capacida-

des de flujo llegan a ser hasta de 1860 gal/min (7040 L/min), y la capacidad de presiOn

alcanza 900 psi (6.2 MPa). Este tipo de bomba maneja gran variedad de fluidos, i n c l u -

sive agua dulce, lodos que contienen solidos pesados, Ifquidos muy viscosos como los

adhesivos y mezclas de cemento, fluidos abrasivos como las mezc1as de carburo des i-

licon 0 de rocas calizas, productos farmaceuticos como champii y alimentos como el ja-

rabe de manzana e inc1uso masa de pan. Consulte los sitios 14 y 15 de Internet.

La bomba de lobulo (vea la figura 13.4), Hamada a veces bomba de levas, opera en

forma similar a la de engranes. Los dos rotores que giran en sentido contrario tienen

dos, tres 0 mas lobulos que coinciden uno con otro y se ajustan muy bien en su con-tenedor. EI fluido se mueve alrededor de la cavidad formada entre los lobules contiguos.

Las bombas de pistol! para transferencia de j7uidos se c1asifican como Simplex (de a c -

tuacion unica) 0 duplex (de actuacion doble), y aparecen en la figura 13.5. En principio

son similares a las bombas de piston de potencia de fluido, pero es corruin que tengan

una capacidad de flujo mayor y operen a presiones bajas. Adernas, por 10 general operan

por medio de un impulsor tipo ciguefial, en lugar de la placa de derrame descrita antes.

En la bomba de diafragma de la figura 13.6, una barra reciprocante mueve un diafrag-

rna flexible dentro de una cavidad, con 10 que descarga fluido conforme a q u e l se m u e -

ve a la izquierda, y 10 empuja cuando va hacia la derecha, en forma altemada. Una



r;IJ~, .,.rr"", de di'<:tfragmacon carcaza no metalica (b) Diugruma del flujo a truves de una bomba de diafragma de pist6n doble

.·I'~lkA13.6Bomba de diafragma. (Fuente: Warren Rupp, Inc .• Mansfield. OH.)

fl(;liRA 13.4 Bomba de lobulo.

F1GrR.\ 13.5 Bombas de piston

par.i transferencia de fluidos.

c ,"

13.5Bombas de desplazamicnto posilivo

389

SalidaEntrada

(a) De actuacion iinica -sImplex (b)Actuaci6n doble --{juplex

Diafragmas Valvula de control

de aire comprimido

Valvulas de bola (4)

Puerto de succion



390Capitulo 13 Selecci6n y aplicaci6n de bombas

ventaja de este tipo de bomba es que solo el diafragma entra en contacto con el fl .. . . . , d I I Uldo

con 10 que se elimina la contammacion provoca a por os e ementos de ope . '. raclOn

Las valvulas de succion y descarga se abren y cierran en forma alternada C .. onSulte

el sitio 16 de Internet.

Las bombas de diafragma grandes se usan en la construccion, minena ac .

, . . ' elte ygas, procesamiento de alimentos, procesos quimrcos, tratamiento de aguas reSidual

y otras aplicaciones industriales. La mayor parte son de actuacion doble con dos di f es. , a rag_

mas en lados opuestos de la bomba. Puertos de succion y descarga en paralelo aSI', co-

mo las valvulas de verificacion, proporcionan una circulacion relativamente SUaveaUn

cuando manejen cierto contenido de solidos pesados. EI diafragma esta hecho de mu,

chos materiales diferentes parecidos al caucho, como el buna-N, neoprene, nylon, PT-

FE. polipropileno y muchos polfmeros elastorneros especiales. La seleccion debe basar-

se en la compatibilidad con el fIuido por bombear. Muchas de estas bombas son

impulsadas por aire comprimido que se opera por medio de una valvula de control di-

reccional.

Tarnbien existen pequefias bomb as de diafragma que envian flujos volumetricosmuy bajos, para aplicaciones como la medicion de productos qufrnicos en un proceso,

manufactura microelectronica y tratamiento medico. La mayor parte utiliza electromag-

netismo para producir movimiento recfproco de un rodiIlo que mueve al diafragma.

13.5.9 Las bombas peristdlticas (vea la figura 13.7) son iinicas en cuanto a que el fluido se

Bombas peristalticas captura por completo dentro de un tubo flexible a traves del cicIo de bombeo. EI tubo

se dirige entre un conjunto de rodiIlos giratorios y una carcaza fija. Los rodiIlos e x p r i -

men el tuba y atrapan un volumen dado entre los rodillos adyacentes. EI diseno en ver-

dad elimina la posibilidad de que el producto se contarnine, 10 que hace atractivas estas

bombas para las aplicaciones qufrnicas, medicas, procesamiento de alimentos, de impre-

sion, tratamiento de aguas. industriales y cientfficas. EI material del tuba se seleccionapara que tenga resistencia apropiada ante el fluido que se bombea, ya sea este alcalino,

acido 0 solvente. Los materiales cornunes son neopreno, PVC, PTFE, silic6n. sulfuro de

(a, Bomba pcrlstalrica con sistema de envto de vclocidud

variable(b) Bomhu pcrisuiltiru con .~1ICUITIISU ah icrtu pu rn lIlos1rar

la tuhcrfn y los rodillos rotatorios de illlpuiso

FIGURA 13.7 Bomba peristriltica. (Fuente: Watson-Marlow Brcllcl Pumps. Wilmington, MA.)



13.5.10

t - de rt'ndimit.'nto paraDa (I~ •

lh - l " de drsplalanu{,lltob O i l • . • •positivo

13.5.11

Rendimiento de las bombasreciprocantes

13.5.12Rendimiento de la bomba

rotatoria

F lGeRA 13.8 Distribucion con

o ( i m b a s sfmplex y duplex.

13.5Bombas de desplazamiento positivo

391

polifenilo (PPS) y varia f' I d 'I ' " . s orrnu as e elastomeros termophisticos patentados, Consulteos S1tIOS lOy 17 de Internet.

En esta seccion estudiare I ' .'. mos as caractenstlcas generales de las bombas recfprocas de

accion directa y de las bombas rotatorias.

Las ,c~racterfsticas de operacion de las bombas de desplazamiento positivo hacen

qu~ sean utiles para manejar fluidos como el agua, aceites hidraulicog en sistemas de

fluldos de potencia, productos quimicos, pintura, gasolina, grasas, adhesives y ciertos

productos alimenticios. Debido a que el envio es proporcional a la velocidad rotacional

del rotor, puede emplearse estas bombas para fines de medicion. En general, se utilizan

para aplicaciones de presion elevada que requieren un envfo con stante, relativamente.

Algunas desventajas de ciertos disefios son los pulsos de salida, susceptibilidad al dana

por solidos y abrasivos y la necesidad de una valvula de alivio.

En su forma mas sencilla, la bomba recfproca emplea (vea la figura 13.5) un piston que

mueve el fluido hacia un cilindro, a traves de una valvula de entrada conforme el pis-ton se aleja de esta. Despues, cuando el piston se mueve hacia delante, la valvula de en-

trada se cierra y el fluido es empujado por una valvula de descarga. Una bomb a asf se

denomina simplex, y su curva de descarga versus el tiempo se parece a la que se pre-

senta en la figura 13.8(a). Es frecuente que la distribucion intermitente que resulta sea

indeseable. Si el piston es de accion doble 0 duplex, uno de sus lados impulsa el fluido

mientras que el otro 10 recibe, 10 que da como resultado la curva de rendimiento que se

aprecia en la figura l3.8(b). La entrega de fluido se suaviza aiin mas si se tiene tres 0

mas pistones. Con frecuencia, las bombas de piston para sistemas hidraulicos tienen cin-

co 0 seis pistones.

La figura 13.9 muestra un conjunto com tin de curvas de rendimiento para bo~bas rota-tori omo las de engranes, aspas, tornillo y lobule. Es una grafica de capacidad, efi-onas c ., .ciencia y potencia, versus la presion de la descarga. Con forme la presion se mcremen-

Descarga Succi6n Succi6nescarga Descarga

Flujo volurnetrico

~ Ievoluci6n __..j(a) Bomba de acci6n iinica -simplex

Tiempo

Succion Des_c~I':.lig""a_I--_S_ucci:::.6n~-+--==-Lado #1 De,"_c~':5rg~Il--lf---::OD-escar::' :g:':" 'a-f---:S-:-ucci6n Descarga

~L~a'::::do:::"':':"'#2:--t-~SC;-::ucci6n

Flujo volumelrico

Tiernpo

~.- _.,._.I rcvolucion --~

(h) Bomba tic uccion dohle =-duplex




FIGURA 13.9 Curvas de

rendimiento pam una bomba 40

rotatoria de desplazamienro positivo.

c

'E 30- . . . . .' i < i01)._ _

" "0E0.0 20~OJ"0

"0

" "0'u

" " 10..

" "U

r--

~ - - - - I-- - , _Eficiencia

volurnetrica

Eficiencia

conjun/ ~

Potencia ~

Vdeen~ ~

/

i ~~

»:

.:V

0.5

100 " " --."O~" " , - ,b ""._

80 OJ oOJ C

"0 .~

.~ ~60 g L L l

~0

40c,

20

oo 500 1000 1500 o2000

Presi6n de descarga (psi)

ta, ocurre una disrninucion pequefia de la capacidad, debido a una fuga intema dellado

de alta presion al de baja presion. Es frecuente que esta sea insignificante. La potencia

que se requiere para impulsar la bomba varia casi en forma lineal con la presion. Asi-

mismo, debido a los disefios de desplazamiento positive de las bombas rotatorias, la

capacidad varia de modo casi lineal con la velocidad rotativa, siempre y cuando las con-diciones de la succi on permitan el flujo libre hacia la bomba.

Es cormin que la eficiencia de las bombas de desplazamiento positivo se repor-

te de dos maneras, como se ilustra en la figura 13.9. La eficiencia volumetrica es una

medida de la relacion del flujo volumetrico entregado pOTla bomb a a la entrega teori-

ca, con base en el desplazarniento por revolucion de la bomba, multiplicado por la ve -

locidad de rotacion. Por 1 0 general, esta eficiencia se encuentra en el range de 90 a

100%, Y disminuye con el aumento de la presion, proporcional a la disminucion de la

capacidad. La eficiencia global es una medida de la relacion de la potencia trasmitida

al fluido a la potencia de entrada a la bomba. En la eficiencia global se induye la efi-

ciencia volurnetrica, la fricci6n mecanica de las partes moviles y las perdidas de ener-

gia del fluido conforme se mueve a traves de la bomba. Cuando se opera en las con-diciones de disefio, las bombas rotatorias de desplazamiento positivo muestran una

eficiencia global que va del 80 al 90%. .

13.6

BOM8AS CINETICAS

Las bombas cineticas agregan energfa al fluido cuando 1 0 aceleran con la rotaci6n de

un impulsor. La ftgura 13.10 muestra la configuracion basica de una bomba centrffuga

de f1ujo radial, que es el tipo mas comiin de bomb a cinetica. EI fluido se lleva aI cen-

tro del impulsor y despues es lanzado hacia fuera por las aspas, AI salir del impuls~r, ~I

tluido pasa por una voluta en forma de espiral, donde baja en forma gradual y ocaslOn•1

que parte de la energfa cinetica se convierta en presion de tluido. .

La figura 13 .11 muestra el diseno basico de impulsores de flujo radial, ax~aly

mixto. EI tipo de impulsor que la bomb" tenga (flujo axial) depende de la accion hldro-

dinarnica de las aspas del impulse r para elevar y acelerar el fluido en forma axial. l~1 0

largo de una trayectoria paralela al eje de este. La bomba de flujo mixto incorpora Cler-

tas acciones tanto del tipo centrffugo radial como del impulsor,



13.6 Bombas cinelicas393

(a) Bomba

y motor

(c) Impulsor de flujo radial

(b) Corte de una bomba

FIGURA 13.10 Bomba centrffuga. (Fuente: Goulds Pumps, Inc., Seneca Falls, NY.)

13.6.1Bombas de chorro

Las bombas de chorro, que se utilizan con frecuencia en sistemas hidraulicos domesti-

cos, estan compuestas par una bomba centrffuga junto con un ensamble de chorro 0

eyector. La figura 13.12 muestra una configuracion corruin de bomba de chorro de po-

zo profundo, donde la bomba principal y el motor se encuentran a nivel del terreno en

la boca del pozo, y el ensamble del chorro esta abajo, cerca del nivel del agua. La bom-

ba envfa agua a presion para abajo, por el pozo, a traves del tuba de presion y hacia una

boquilla. EI chorro que sale de la boquilla crea un vacfo tras de sf, 1 0 que hace que elagua del pow salga junto con el chorro. La corriente combinada pasa a traves de un di-

fusor, donde el f1ujo disminuye su velocidad, y asf convierte la energfa cinetica del agua

en presion. Debido a que el difusor se encuentra dentro del tubo de succion, el agua es

conducida a la entrada de la bomba, donde es movida por el impulsor. Parte del flujo

de salida se descarga al sistema que se suministra y el resto vuelve a circular hacia el

chorro para que la operacion continue.



FIGURA 13.11 Impulsores parabombas cineticas.

FIGURA 13.12 Bomba de chorro

de pozo profundo. (Fuente: Goulds

Pumps, Inc. . Seneca Falls, NY.)

394

Salida

Entrada

de l f lu ido

(a) Impulsor de flujo radial (b) Impulsor de flujo mixto

---- -+--Entrada

(c) Impulsor de flujo axial (propulsor)

Motor

/

Impulsor

.salida

Tuberfa

de succion

Tuberfa~--de presion

Difusor

Valvula

de pic

COli fillro



13.6 Bombas cineticas

395

-----,\

\

Si el pozo es superficial, menos de 6.0 m (20 pies) entre la bomba y el nivel del

agua, el ensarnble del chorro puede construirse en el cuerpo de la bomba. Asi, el agua

se elevarfa par media de una solo tuberfa de succi6n, como se muestra en la figura13.13.

13.6.2 Las bomb as sumergibles est an disenadas de modo que pueda sumergirse todo el con-

Bombas sumergibles junto de la bomba centrffuga, el motor impulsor y los aparatos de succion y descarga.

La figura 13.14 muestra un diseno portatil que se instala en un tuba confinante gracias

(bl Vistll exteriorfa) Corle .

C Pumps and Systems, PIqua, OH.)ihle portatil. (Fuente:,ranc .Bomba sumcrgl

FIGl"R.\ 13.13 Bomba de chorro

d e pow superficial. (Fuente: Goulds

Pu;'~r~. Inc.. Seneca Falls. NY.) Valvula

BoquiIIa Difusor

Puerto de descarga . Conexi6n:•...- electrica.'f

Trayectoria del flujo

de descarga

Impulsor

de referendaFiltro de succion

FIGURA 13.14

Motor

Impulsor




13.6.3

Bombas centrifugas

pequefias

13.6.4

Bombas de autoarranque

13.6.5

Bombas verticales

de turbina

a su carcasa cilfndrica de diametro pequefio. Estas bombas son titiles para reti

que no se desea en sitios de construcci6n, minas, servicios en satan os tan rar e! agua

triales y bodegas en barcos de carga. La succi6n de la bomba esta en ~I fo~~esIndus_

tluye el agua a traves de un filtro y hacia el ojo del impuisor resistente a la ~ bdO~deLa descarga fluye hacia arriba a traves de un pasaje anular entre el mkleo y ~ rasl6n.

sa del motor. Arriba de la unidad, el flujo se reline y fluye hacia un tubo 0 a carCa_. rnanguera

de descarga que se localiza en el centro. EI motor seco se encuentra sellado Ien e cen

tro de la bomba. -

Aunque la mayoria de estilos de las bombas centrffugas estudiadas hasta este rno. fi . , di - d I'" mentatrenen un tamaiio su iciente y estan isena as para ap icaciones Industriales y com .

. erCla-les, hay unidades pequefias para usarse en aparatos ChlCOScomo lavadoras de ropa d

trastos, asf como para productos de escala pequeiia. La figura 13.5 muestra uno de~s~

disefios, el cual mide solo 4 pulgadas de diarnetro y tiene una capacidad de 30 gal/min

(114 L'min). Hay bombas aun mas pequeiias. Consulte el sitio 10 de Internet.

Es esencial que existan las condiciones adecuadas en el puerto de succi6n de unabom-

ba cuando esta arranque, con objeto de garantizar que el fluido Ilegue a 1 impulsor y se

establezca un flujo estable de Ifquido. EI terrnino arranque describe este proceso. EIme-

todo predilecto para arrancar una bomba consiste en colocar la fuente del fluido arriba

de la Ifnea central del irnpulsor, y dejar que por efecto de la gravedad Ilene el puertod e

succi6n. Sin embargo, es frecuente que sea necesario retirar el fluido de una fuente p o r

debajo de la bomba, 10 que requiere que esta cree el vacio parcial para elevar el fluido,

al mismo tiempo que expele cualquier cantidad de aire que se halle en la tuberfadesue-

ci6n. Consulte el sitio 7 de Internet.

En la figura 13.16 se ilustra uno de varios estilos de bomb as de autoarranque.La

camara grande de entrada conserva alguna cantidad de lfquido durante los periodosen

que esta apagada. Cuando arranca, el impulsor comienza a jalar aire y agua de la tube-

rfa de succi6n hacia la carcasa. Cierta cantidad del agua que se bombea vuelve a circu-

lar, con objeto de mantener la acci6n de bombeo. De modo sirnultaneo, el aire saledel

puerto de descarga y el proceso continua hasta que se establece un flujo de Ifquidoso-

lamente. Tales bombas son capaces de elevar un fluido a 25 pies, aunque es mascomtln

una carga menor.

Es frecuente que el bomb eo del fluido de un tanque se realice de mejor modo par me-

dio de una bomba vertical de turbina, como la que se presenta en la figura 13.17. La

bomba se monta directamente sobre el tanque, en una brida soportando la carga dedes·

FIGURA 13.15 Bomba centrffuga

pequefia con motor integral.

(Fuente: Gorman-Rupp Industries.

Bellville, OH.)



13.6 Bombas cineticas

397

(a) Bomba con motor(b) Vista seccionada que muestra como esta construida la bomba

FIGURA 13.16 Bomba de autoarranque. (I) Carcasa de la entrada de succion, (2) impulsor,

(3) sello del eje mecanico, (4) eje. (Fuente: Crane Pumps & Systems, Piqua, OH,)

Eje

Sistema de sello

'-- __ Carga

de descarga

1---- Impulsor

(h) Corte que muestru la construcci6n de la bomba(a) Vista exterior

, I de turbina (Fuente: Crane Pumps & Systems, Piqua. OH.)Bomba verucu ' .FIGURA 13.17



398Capitulo 13 Selcccion y aplicacion de bornbas

13.6.6Bombas centrifugas

de molino

13.7DATOS DE

RENDI~lIENTODE BO;\IBAS

CENTRIFOGAS

FIGURA 13.18 Bomba centrffuga

de molino. (Fuente: Crane Pumps &

Systems, Piqua, OH.)

carga donde esta conectada la tuberfa de salida. En el extremo inferior de una '

pesado que se extiende al tanque estan montados impulsores multiples en ser' t~befJa

pulsor inferior lIeva fluido a la boquilla de succi6n y 10 mueve hacia arriba all~. I lin.

siguiente. Cada etapa incrementa la capacidad de carga de la bomba. Los impullllPUlso. . d I ' . soresse

mueven por medio de un eje conecta 0 a un motor e ectnco que se halla sobre I ', . d a i I I a u n I.

dad. Rodamientos guian al eje en ca a impu sor, a a carga de descarga, y a punt .id d . I' os in,termedios para ejes largos. Se pone CUI a 0 especia para evitar fugas del productoh _

cia el ambiente. Si es necesario, se emplea acero inoxidable 0 hierro fundido para penn'~. . I' d fl .d d db' Ihrel manejo de una vanedad amp ia e UI os, es e agua a com ustibles, productos li-

menticios, aguarras, alcohol, acetona, glicerina, barniz y muchos otros. a I

Cuando es necesario bombear lfquidos que contienen una variedad de s6Iidos, una hue.

na soluci6n es utilizar una bomba con un molino integrado a ella. En la figura 13.18se

ilustra un disefio que se apoya en el fondo de un tanque 0 cisterna y maneja efluentes

del drenaje, lavado de ropa 0 trastos, u otra c1ase de agua residual. EI molino se halla

adjunto al eje impulsor en la entrada de la bomba, de modo que reduce el tamano de los

s61idos antes de que pasen al impulsor y vayan al tuba de descarga para su disposiei6nfinal. Es frecuente que tales bomb as esten equipadas con interruptores de flotaci6n q u e

acnian en forma automatica para controlar el nivel del fluido en la cisterna. Consulteel

sitio 7 de Internet.

Debido a que las bombas centrffugas no son de los tipos de desplazamiento positivo.

existe una dependencia fuerte entre la capacidad y la presion que debe desarrollar la

bomba. Esto hace que la medici6n de su rendimiento sea algo complicada. La curvade

rendimiento cormin grafica la carga total sobre la bomba ha versus la capacidad 0 des-

carga Q, como se observa en la figura 13.19. La carga total lI a se calcula con la ecua-

cion general de la energfa. segtin se describio en el capitulo 7. Representa la cantidad

de energfa que se agrega a una unidad de peso del fluido Conforme pasa por la bomba.

Consulte tarnbien la ecuacion (13-1).

Como se ve en la figura 13.10, hay espacios gran des entre el impulsor rotatorio

y la carcasa de la bomba. Esto tiene que ver con la disminuci6n de la capacidad eon-

Descargu

(u ) V istu e xte rio r (h) Cortmlores del molino



13.7Datos de rendimicnto de bombas centrffugas

399

F lG L lR A 1 3.1 9 Curva de.. 200

d' 111'cntO de una bomba centrffuga

~n tl •

,..--<.' lIrga total \'er,\"IIS capacidad.

150.-.

'"J

E :?j

100s

'"IJU

50

-- .._------

60

r----t : : : : - - - - 50

<

-.40

E

§-, 30 '"

l= 3

1 \u

20

\ 10

500 1000 1500 2000 2500

oo

Capacidad de la bomba (gal/min)

o 2000 4000 6000 8000 10000

Capacidad de la bomba (Umin)

forme se incrementa la carga total. De hecho, a una carga de corte el flujo se detiene

por completo cuando toda la entrada de energia de la bomba va a mantener la carga. Por

supuesto, la carga de operacion comun esta muy por debajo de la carga de corte, de mo-

do que se logra una capacidad elevada.

Para operar con e x ito una bomba, tambien son importantes la eficiencia y la po-

tencia requeridas. La figura 13,20 presenta una medicion mas completa del rendimien-

to de una bomba, en la que se superpone las curvas de carga, eficiencia y potencia, y se

grafica estas tres versus la capacidad. La operaci6n normal debe estar en la vecindad del

pi co de la curva de la eficiencia, con eficiencias que por 10 cormin estan en el range de

60 a 80%, para bombas centrifugas.

FIGl'RA 13.20 Curvas de

r e n d : m i e n t o de una bomba

C e n t r f l u g a ,

200~----,-----'-----~----'-----II----r80

II J___~~~~~~--~~~Oo t., 1000 1500 2000 2500() 500

lCnpacidad de Inbombn (gal/min)

100

,-._

io nQJ

80 '6.,'-' '-

'" - a(3

8:QJ

60(3 '"n. . ; : : ;

1 :3U .l

U

40

20

0

2000 4000 6000 8000

Cupucidnd de Inbornba (Umin)

1 0 0 0 0o



400 Capitulo 13 Seleccion y aplicacion de bom bas

13.8LEYES DE AFINIDAD

PARA HOlVIBAS

CENTRIFlIGAS

: : : J PROBLEMA MODELO 13.1

Solucl6n

La mayorfa de las bombas centrffugas se operan a velocidades distintas para Oble

pacidades variables. Adernas, una carcasa de bomba de tarnafio dado es SUSce ib h ca,., dic E . p t J Iede

dar acomodo a irnpulsores de diametros irerentes. s importante entender la m s, 'I I . do se rnodifi anera enque varlan_Ia capacidad, a ~arga, ~ a potencia, cuan ? se modi rca la velocidad 0el di'.

metro del impulsor, A contmuacion se presenta una Itsta de estas relaciones de ,a, .' nomina·

das leyes de afinidad. EI sfrnbolo N se refiere a la velocidad de rotacion del im ulI I. . ( I ' P S O T

por 0 general en revo uciones por minuto r mm 0 rpm). '

Cuando la velocidad varia:

a. La capacidad varfa en forma directa con la velocidad:

(13-5)

b. La capacidad de carga total varia con el cuadrado de la velocidad:

hal ( N l ) 2ha2 = N 2

c. La potencia que requiere la bomba varia con el cuba de la velocidad:

(13 -6)

(13-7)

Cuando el didmetro del impulsor varia:

a. La capacidad varfa en forma directa con el diametro del irnpulsor:

03-8)Q2 D 2

b. La carga total varia con el cuadrado del diametro del impulsor:

hal = ( D l ) 2ha2 D 2

c. La potencia que requiere la bomba varfa con el cuba del diametro del impulsor:

(13-9)

;~ = ( ~ ~ ) 3La eficiencia permanece casi constante para cambios en la velocidad y para cambios

pequefios en el diarnetro del impulsor. (Consulte el sitio II de Internet.)

(13-10)

Suponga que la bomba cuyos datos de re nd im ie nto e strin graficados en la tigura 13 ,20 , o p e r a -11 1 I 1 , ' a -

ba a una velocidad de rotacion de 1 750 rpm , y que el diametro del impulsor era de - ,P ~I'l

das, En primer lugar, determ ine la carga que darfa lugar a una capacidad de 1 50 0 gal/m in, )vc~, " I di t para un apotencia que se necesua para irnpulsar la bom ba. Despues, calcule e ren limen 0 , ,

locidad de 1250 rpm.

De la figura 13 .20 , al proyectar hacia arriba desde QI= ISOO gal/m in , se o blie ne

Carga total = 13D pies = hal

Potcncia rcquerida = 50 hp =PI



13.9Datos del fabricante de bomb as centrffugas

4 0 1

Cuando la velocidad cambi: , 1250 I "I a a rpm, e rendimienro nuevo se calcula por media de laseyes de ufinidad:

Capacidad: Q2 = Q](N 2 /N 1 ) = 1500(1250/1750) = 1071 gal/min

Carga: Ha2 = Ha](N2/N])2 = 130(1250/1750)2 = 66.3 pies

POlencia: P2 = P](N 2 /N])3 = 50(1250/1750)3 = 18.2 hp

Observe la disnu . , . 'fi ' .. mucron sigm icatrva de la potencia que se requiere para operar la bomba. Si

la capacldad y carga disponibles Son adecuadas, se tendra ahorros grandes en los costos

de la energfa al modificar la velocidad de operaci6n de una bomba. Consulte tambien la sec-cion 13.5.1.

•13.9

PATOS DEL FABRICANTEDE BOl\IBAS

CE~TRiFUGAS

Debido a que es posible utilizar diametros de impuisor y velocidades distintos, los fa-

bricantes de bomb as cubren un rango amplio de requerimientos de capacidad y carga

con unos cuantos tamafios basicos de bombas. En la figura 13.21 se muestra una grafi-

ca compuesta de rendimiento de una linea de bombas, la cual permite determinar con

rapidez el tamafio de bomba. Despues, para cada tamafio, se prepara graficas mas com-pletas del rendimiento, como se muestra a continuacion.

13.9.1

Efecto del tamafio

del impulsor

En la figura 13.22 se muestra como varia el rendimiento de una bomba dada conforme

cambia el tamafio del impulsor. La bomba centrffuga de 2 X 3 - 10 tiene una conexi6n

de descarga de 2 pulgadas, otra de succion de 3 pulgadas y una carcasa en la que cabe

un impulsor de 10 pulgadas de diametro, 0menos. Se presenta las curvas de cap acid ad

versus carga para cinco tamafios distintos de impulsor, en la misma carcasa. La veloci-

dad de operaci6n es de 3500 rpm, que corresponde a la velocidad de carga cornpl eta de

un motor electrico de dos polos.

En la figura 13.23 se muestra el rendimiento de la misma bomba de 2 X 3 - 10, cuan-

do opera a 1750 rpm (velocidad de un motor estandar de cuatro polos), en lugar de 350013.9.2Efecto de la velocidad

1 5Q1 50

or.1)

~ 300L----+----~--~

2

10 0

50

30005001500 2000

Capacillad (Umin)

1000500

~f' - I ._, b" 2 x 3 - 10(JT rn atl, d e la nomenclatura de a ,,,)m a. .

~

- . I (en pulglldas) del impulsor nuis grande, , d 'a casa - Tum ano 110 1 l1 lna ,(lase e c r '0 de suo.:ci6n (pulgudax nominnles)T - de la coneXI III . . Iamana '0 d descargll (pulgudas 1101111naes)

Tamai ' io de la conext 10 c

. .' lfnea de bombas ccntrffugas.r.'1 d r ndlmiento para unarGIJRA 13.21 Grafica compuesta e c



402

)I

)10 pulg

h i --pulg -r---r - - - - l---~ + r-

-r--t-- - . . . . . . . . . . . . .

r-.pulg r - - - . . . _)

1

1--- -- --- --- - - - - .---r-- r - - - . -r - - - - - r-,1--7 pulg " t- - 1----- --

I"-- - - - - - . - -~~ - + - --- -- -- - ---

r--- <

_ 6 pulg_r - - - . . . .

~ ~_r---- 1----t-<-I--r--

r - - - . .

50 (

45(

400

~ 350tilQ)

:§ . 30(o : : i

§ 250!':IOJ,)

a 200U

I S O

100

S O

o o

I

50

Capitulo 13 Seleccion y aplicaci6n de bombas

100 150 200 250 300 350 400

160

140

120

100 ~E

80 ~

"C '60 "

40

20

0450

o 200 1800

Capacidad (gal/min)

400 600 800 1000 1200 1400 1600

FIGURA 13.22 Ilustracion del rendimiento de una bomba para diametros diferentes del impulsor.

Grafica de rendirniento de una bomba centrffuga de 2 x 3 - 10, a 3500 rpm.

FIGURA 13.23 Rendimiento de

una bomba centrffuga de 2 x 3 - to ,cuando opera a 1750 rpm.

Capacidad (Umin)

120

110

100

90

80, . . . . . ,tilQ)

- a . .70_.

-;

§ 60: : : s00

:: a 50u

40

30

20

10

Bomba centrffuga de 2 x 3 - lOa 1750 rpm

10puig !

-I-- Ir--- r---9 pulg I ' - - - .

~

I r-..I-- r - .- . . . . . . .r-8 pulg r-. -,----I--

b-.:::,-

- . . . . . . . . . .r-, <, \7 pulg r - . -, 1 \--j

I - - - r - - - - . . <, 1 \\

t--6 pulgr-, r - ,<, '\l- t - - - . . . r-,<r-, " \,

[\ \

35

30

2 5

E

~~20 .3

~::Ii. . . .~

15u

1 0

5

0

240 280

()

() 40 80 12 0 160 200

Capacidad (Umin)

Capacidnd (gal/min)



I0 !

10 pulg

r

0

0-, I t--~-- _ ~r-_f-_ .....9 pulg

- -- -.............. < ~

I_ I r-.::-I-- ..... "<, :-::::---. r - - . . .

8 pulg1 - " " " " " " " . . . . . _ r - ~r-- ..... <

~- . . . . . . . . . . ~ - - - - - . . . . . . . . . . _ _ _ "

I .....< t--~~~t'-....... .....~ -~<,,

-7 pulg " . . . . . ~ . . . . . . . .

-, - ,

t- r---~..... r-, ~ -, ~" 60

I . . . . . . - . . . . : : : : : : : : : : : : : : : "r - 1 ; 0

. . . . .I ' . . . . . . <r--~ -,~~

~--I- I--- 6

t.s pulg )t~r--~~ ..........<~"'" -,

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-.......::::::-- /S" ..?O~' ..? ~

I/~ < I - Y / J - 1 1 " ' 1 ; , 1 ; , 1 2

I - Y ~ I I

13.9.3Pott'llcia requerida

50

45

40

350

. .§ 250

150

10 0

50

oo

\

50

13.9 Datos del fabricante d be ombas centrffugas

40 3

rpm. Si se Com It para as cargas ".ra la ley de afinidad' es dec" n~axlmas totales para cada tamafio de ' .Incrementa en fact ir, SI se duplica la velocid d I irnpulsor, se ilus-

curvas hacia a:~ actor de 4 (el cuadrado de la raz6~ ~ , alca~acidad de carga total sese obs ajo, al punto cero de car at. e ve ocidad). Si se extrapola las

erva que la capacidad se duplica g °dtal, en el que ocurre la capacidad maximacuan 0 la velocidad se duplica '

La figura 1324 1 . .1 . es a misma que la 1322 'p:r,~e~cia que se requiere para impul~ar i::i:'e ~ agreg6 las curvas que muestran

r e 8 pulgadas enviaria 215 II' m a. or ejernplo, la bomba con un im-

E.n esas condiciones, necesitana 2~\ ml~ con~ra una carga total de 250 pies de fluido.

pies, y consumirfa 26 hp. p. a rrnsma bomba enviarfa 280 gal/min a 200

160

140

120

100 ~E'-

::;80 §

<':01)

[;o u

o

o

o100 ISO 200 250 300 350 400 450

Capacidad (gal/min)

o 20 0 400 600 800

Capacidad (Umin)

FIGU~ 13.24 Ilustraci6n del rendimiento de una bomba para diametros diferentes del impulsor, con la potencia

requerida. Se trata de una grafica del rendimiento de una bomba centrffuga de 2 x 3 - 10, a 3500 rpm.

13.9.4

Eficiencia

r 13.9.5-artJa ( 1 £ . • ,.. ~ ..:succron neta

P ( ' < - ' l tl1ta. (~Utse requiere

(.r(f- 13.9.6d l('a (IL• Iimi

J, renr imiento

compuesto

" 1000 1200 1400 1600 1800

La figura 13.25 es la misma que la 13.22, solo que se agrego las curvas de eficiencia

constante. La eficiencia maxima para esta bomba es de 57%, aproximadamente. Por su-

puesto, es deseable operar una bomba cerca de su punto optimo de eficiencia.

Un factor importante por considerar en la aplicacion de una bomba es la carga de succi6n

neta positiva que se requiere (NPSH R), como se vera en la secci6n 13.11. La NPSH R se

relaciona con la presi6n en la entrada de la bomba. Para este analisis basta con decir que

es deseable una NPSHR baja. Para la bomba de la figura 13.26, el rango es de cerca de

4.5 pies de flu ida a capacidades bajas, a mas de 12 pies de fluido a capacidades altas,

La figura 13.27 reune todos estos datos en una, gr~fi,ca, de n~~~doque el usuario yea

rodos los parameLros importantes a la vez. AI pnncipro. la gra.llca parece complicada,

perc para interpretarla en fonna correcta resulLa de ayuda considerar cadu parte indivi-

dual por separado.



404

FIGURA 13.25 Ilustracion del rendimiento de una bomba para diarnetros diferentes del impulsor, con

la eficiencia. Es una grafica del rendimiento de una bomba centrffuga de 2 x 3 - 10, a 3500 rpm.

FIGURA 13.26 Ilustracion del rcndirniento de una bornha para diametros diferentes del impulsor,

con la carga de succion neta positiva que se requicrc. Es una gnifica del rendimicnto de una bomba

centrffuga de 2 / 3 - 10. a 3)f){) rpm.

Capitulo 13 Selecci6n y aplicaci6n de bombas

500I I I I I I I 1 I

I 30 35 40 45 50 53 55 56 57Eficiencia porcentual

10puig I I I I I I I / /

r- I / /II

h- L _I,-57

9 pulg I I I I I I I If - -

- -56

-+---j

/ / j_ l /-. . . . . . . . _ ~ 55

I / / I / I rr-f - ; ' - - ~- ,/

r- .....38 pulg i-' r - : > <I I

I r-- . . . . . . . . - - V ,/

I 1 I /--,

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I 1--- 1 . . . . . . . . . . . . - - /,50% eficienciar-7 pulg -

0 - - - ~ )---'-,

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r< 1--- ,/---I- I ~ .>

I I I f I I \- r--rC

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~ f.-.- I - - - - -__, .

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450

400

~ 350"-II)

:§. 300-.;

§ 250

'",0' " 2 00u

150

100

50

o o

I

50 350 40000 150 200 250 300

Capacidad (gal/min)

o 200 1200 1400 160000 100000 800

Capacidad (Umin)

NPSH R 4.5 pies

l 5 pies . '~ Pie~_1 . I I Ip,es

I / j / / 8 pies 9 pies 10 pies10 pulg V / V 11 pies 12 pi

~ . I / j _ /--;-J V / / /9 pulg J / / / V 7r;..V V

r - - . LI II

1 / I I - -:--- - I - V V v / V . . . . . . . . . . . . . . .

8 pulg / U r-,

I / ir-~I

V 71/k/

r-7 pulg / / / / //-b( /V r-,I I

I / L / 1 7~ / V_LV I r-,_6 pulg <I

V II 1 / ~--r- --..;.r--.I II;S/

)

)

500

450

400

/'"-50:/"., . . ..§ 300

: : : :

§ 250~' j f J

J 200

150

10 0

S (

f

o

I

150 200 2500 0 300 350 4000

Capacidad (gal/min)

f lO!)0000 1000 120000 1400 1600

Cclpucidad (Umin)

160

140

120

100 -E'-"

-.;80 §

" "1)60

au

40

20

450 o

1800

160

140

120

100 -'-

80]5 :2

" "60

~U

40

20

()

450

1800



13.9 Datos del fabricante de bombas centrffugas4 0 S

NPSHR 4.5 pies

160

140

120

encia100 ~g

80" 98~i : ! J

60: - : sU

40

20

0

o 200 1800

Capacidad (L'min)

FIGURA 13.27 Grafica del rendirniento de una bomba compuesta de 2 X 3 - 10, a 3500 rpm.

(Fuente: Goulds Pumps Inc., Seneca Falls, NY.)

:::::PROBLEMA MODELO 13.2 Una bomba centrffuga debe entregar al menos 250 gal/min de agua, a una carga total de 300

pies de agua. Especifique la bomba apropiada. Mencione sus caracterfsticas de rendimiento.

Soluci6n En la figura 13.27 se encuentra una solucion posible. La bomba de 2 X 3 - 10 con impulsor

de 9 pulgadas distribuye aproximadamente 275 gal/min a 300 pies de carga. En este punto de

operaci6n, Ia eficiencia sena de 57 0 / 0 , cerca del maximo para este tipo de bomba. Se requerirfa

alrededor de 37 hp. La NPSH R en la entrada de succi6n a la bomba es de 9.2 pies de agua, apro-

ximadamente.

13.9.7Crafica~ adicionales de

rendimiento

400 600 800 1000 1200 1400 1600

•

Las figuras 13.28 a 13.33 muestran las graficas compuestas de rendimiento de otras seis

bombas centrffugas de tamafio medio. Varfan de 11/2 X 3 - 6 a 6 X 8 - 17. Las capa-

cidades maximas van de 130 gal/min (492 Umin) a 4000 gal/min (15 140 L'min), apro-

ximadamente. Con las bombas de estas figuras es posible desarrollar una carga total de

hasta 700 pies (213 m) de fluido. Observe que las figuras 13.28 a 13.31 son para las

bornbas que operan a 1750 rpm, aproximadamente, y las figuras 13.32 y 13.33 son para

3560 rpm.Las figuras 13.34 Y 13.35 iIustran dos curvas de rendimiento adicionales para

bornbas centrffugas mas pequefias. Debido a que por 1 0 general se vende estas bornbas

con un impulsor de cierto tamano, la manera de obtener los parametres de rendimiento

es algo diferente. Se da curvas completas para la carga total, eficiencia, potencia de en-trada requerida y NPSH R que se necesita, versus la capacidad de la bornba. Cada bom-

ba enviarfa 19 gal/min, aproximadamente, en su punto maximo de eficiencia, pero la

homba de la flgura 13.34 tiene un irnpulsor de diumetro mas pequefio que da una capa-

cidad de carga total de 32 pies a 19 gal/min. mientras que la bomba de la figura 13.35.

mas grande, ticne una capacidad de cargu total de 43 pies a In misma cupacidad,



406

FIGURA 13.28 Rendimiento de una

bomba centrffuga de ll/~X 3 - 6,

a 1750 rpm. (Fuente: Goulds Pumps.

Inc .. Seneca Falls. NY.)

120

100

: - : :

§

60~J. . . .c J

40

20

(

f) 50

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12pie -PSH R I pie

1

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3 pi s40 - 48.54

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66 / i pies1

6 1116pl ~I 68.~ I ,1 V H-~r--~ 69 ""-

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1 r 7 \ ~ t \ - - \ " " V ' - ~ - - C-'t966

5 pt ls ~ ~, ~63

1 / \ ~ '~LJ_~~.f r-::"_~ -.t --4112 pul

~V \ '" 1 " - , " - - ~ ~ ->.~/9 -,~ \ .>t---.~~ --1-' ' < , ; 54 0~ ~/;-..o

',I' 7 < $ ; - . . 0 - r--/ ; - . . 0

/

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Capitulo 13 Seleccion y aplicacion de bombas

50

40

~'"08

30S.8

" "~" " 20

10

6

4

1 2

10 E

4

2

000 20 40 60 80 100 120 140 160

C ap ac id ad (g al/m in )

1 1 1 1 1 1

0 100 200 300 400 500 600

C ap ac id ad (L lm in )

100 ISO 200 250 300 350 400 450

I NPSH R I I " . 3 p ic spn S

I 42_t-52

10 pulgI ~

6064

4 pit s_j

II r--r t - ~

70 5 pie6 pies,

t-f._ 71 72

9 pLIg \ I I I <,"I, I' I If ~ r-- 72 71 fici. . . . . . . . . . . . . 70% e ! c i e n I' " I

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I : : : : : : , _--;

I ' - - - - .1\

' I F - ~ C ? L V~ -

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I' '1--..(< . 3 HP. 2 HP I

Ca pa cid a d ( ga l/m in )

o 200

Capucidm] (Umin)

400 ( i o n H O O 1000 1200 1400 1600

FIGlJRA 13.29 Rendimicnto de una bornba ccntrffuga de 3 X 4 - 10, U 1750 rpm.

(Fuente: Goulds Pump", Inc .. Seneca Falls, NY.)

35

30

a

25E-; ;

§20 " "o

au15

10

o

IRon



13.9Datos del fabricante de bombas centrffugas

80

~_-I--~P~H I

- - - r - ~ R_4 pies

~-t---- 556 pit s

8 pi .I

/ 60) 13 PUl,' . .. ;

657 0 " I 72 10 pi s 12 .

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J pies 16 pies

'1 ~ r - - L J IV ~73/ 7 3 /. . . . I----. r-,

12pulg

/ /' - . . . . . . . . ( '/ H V~ ~ I J - - ~ / 72% efiI~<

II pulg / r-. I I ' - . . JP ' - - - - , /---~

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15

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180

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U 100

60

40o

o 100 200 300 400 500 600 700 800

Capacidad (gal/min)

o 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200

Capacidad (L/min)

FIGURA 13.30 Rendimiento de una bomba centrffuga de 3 X 4 - 13, a 1780 rpm.

(Fuente: Goulds Pumps, Inc., Seneca Falls, NY.)

360

I I INPSHR 10 pies

I r n 12 pies 14 pies

60 _65 - 70 -1 16pies.j g pies

163/4 pu II!<: / I. 75 / ;77 I / / 22 pies

I r- II / / 79 I f . /16 pulg I I r- ,,/ t!-~ I 80 80

1/""J, fI V i ~~~ ?f::::1f:J.29 77I

15 pulg

I 1/7 ~~r---;rJ' ' - t G L ; b , ~ ' / 5 % efici: ncia14 pulg I /1 I r - - . . . . . . . . . . ~ I

13 plllg / fT" ~ Wft-pt::tzJMk <r-, -,1/ I /~~ V_':~R . . . 2 50 H P

I _,.~v .... <, I

V1 -~ r - . . . . 200HP.. . I150HP

100HP

)

") lS0! 4000

320'li

Il)

'0 . . 280

~ 240

~J 200

G160

120

80

4 (

oSOO 1000 ISOO 200n 30no .. )

Capacidad (gal/min)

o 400012(JO() 16000O O O

Capaddad (Llmin)

H(;{JRA 13.31 Rcndimicnto de una bomha ccntnfugu de 6 X H - 17, a 1780 rpm.

(Fuente: Goulds Pumps, Inc., Seneca Falls, NY.)

40 7

70

60

ciencia50 ~g]. 9

40 o : : s

~U

30

20

o

120

100

E80 - a

: go : : sec

60. . .o : : s

U

40

20

0




NPSHR 5 pies 6 pies 8 p ies 110pies 12 pies 14 ~ies

350 r----t-1-+_+----*4~5_l+55 I- 60 r-65 --H-j-t-tL---t--tt----t---r--t---t---+---l

8 3/8 pulg _, -- bhl1 / 68 1 07~ 73 .

1 I I" / ;- ~ :_ J - 18 pies

300 n8~p;:;;-l~dg;-.t--hw t-,, _ _J r- ~ I f t--:--t=~ LH-:-il---l--_I---I

I I -, It-- I <, I ~ 7.3 J 727 1 12 pulg I" r~ L r - - 2 " I 1 ' - " " ---~..L 70% eficiencia

iI i [ I I - ~ <, 15 HP

1000~t---+--i--~!__ L; - - ~ i i - - ~ , '-41

1

---+--i --t---/~~~'-1-0I-H-P-r--r--r--r--r~t---L~ 30

L-~-~~'----~_L-~!--~--L_-L-~~~~~~~--~~---LOo 50 100 150 200 250 300 350 400

C ap ac id ad ( ga l/m in )

800 1400 16001000 120000 400 600

Capacidad (L'min)

FIGURA 13.32 Rendimiento de una bomba centrifuga de 2 X 3 - 8, a 3560 rpm.

(Fuente: Goulds Pumps. Inc .. Seneca Falls. NY.)

800

1- NPSH. "P'~ -'IO~~"T T f J j--- +------1----1--1----;-15 ple~-

, 45 I I . ? .lL i..J :LuJ~ , , I ss 'i9 ") j ( ) pies _5 pies

~"" ~h" _____I r ' l ', 64

I 65~------- -- ~ - T-66

~ I l. '"' / I~ ~ ~I 6630 pies

, ' , ' , I " j\ \_L

,·Ifh , , \/ "~ 6564I ! ' - - : t : -

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~''\ "'-,.

I J I , r r - - ~ ,

i"" "0 /

l O j ? u l Q iI. ,

I~ / ~ I L ' \ "

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f i-_ _ \ . ,125 HP,

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1--- , -, --~ r ~ t--~

~ ~- - - - ~- 100 HPI / . . . .

~~v " / ' v '~5 HP

t 1 1 ~ - - + - - -" " , , I " '"" . _ ' f ; : / 60 HP- ,

1 Ir- 40 HP 50 HP

1--- c--

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700

600

'".1'a'

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: 0 : :~. . . . .: 0 : :

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200

o(j 100

l _ ~ . _ , ~ _ . , _ ~ _ , C " : ' ~ ~ ~ : n ; , , ~~ . - - ' - _ - ' - -_ - _ _() 400 ! - I o n 1200 1600 20()O 2400

C ap ac id ad ( Lr rn in )

200 3 0 ( ) 400 s o n 6()O 700

2 H O ( )

F'U;URA )].33 Rendirnicnro de una hornba ccmrffuga de 1 1/2 X J- 1 3. a JSflO rpm.

(t'lJcnte: (;ould<; Pumps, Inc., Seneca Falls, NY.)

100

90

80 g

7053o :t

60~u

50

40

225

200

175 E~'53

150 o: t

01)

au

125

1 0 0

75

0



FIGURA 13.3 4 Bomba centrifuga modelo TE-S.5. (Fuente: March Manufacturing, Inc., Glenview, IL.)

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- ~2 5 ~ - ~ ~ L l j - l i ~ 1 : ~ ~ i ~ I ~~ : ~ ~+ - ~ - t f - f i - r ~ t - i l ~ ~ 1 ~ ~ ~1 v ~ - 1 '- , I , 'I 1 .>v 1\ \

I ,I i i J i ~ I - L J _ ~ ~ + - ~ 1- ~ ~ + 1 v r f ~ i - t i - t ~ I t ~ ~ / ~ ~ f l' 1 , + ' /r\

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I , ' - - . . - ' , - I 'i ,

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2- ~ ;- -- y J iJ x J - ll (- ) l l~ 2 ) _ '1 ~ 4 1 ~ 1~ 6_ L ~ lR ~ : 2 ~ O , J - 2 2 ~ 2 _ L ~ 2 4 ~ - : 2 t c 6 ~ : 2 ~ H . . . J _ ~ 3 ( O ). 1 ~ 2 ~ J J ~ 4 _ ' _ 3 3 6

Cap<Jcidad (gal/min)

.. h Manufacturing, Inc .. Glenview, IL.)TE-n (Fuente: Marc

Bomba centrffuga modelo -, .

13.9Datos del fabricante de b b '

om as centnfugas409

b O

4 5 ~ ' I I I ; : - I I , r TllllrTTlIlIITTT""TII,rIITITI~~~T :±:::k- ' Modelo TE-5.5

40: I 'I 3'I 1 T--r-- 4 50 rpm

_ [ i I '- - - r- - .. ._ r - - .. ._ Conexi6n de succlon de I pulgada

35 ~-~~-jl-r-II--t--t-t-+-+-++-+"-..~J_J_.ll~nexi6n de descarga de 3/4 de pulgada

I 1 I ! I ciry-tiujil"--l'--!'- Diametro del impulsor, 3.187 pulgadas

_ 3 0 :i ' - - ; ' - - f - i i 1 1 1 t t t t - t l . E ) f i l = . ~ I ~ !+ -~ J '. . . H K J + + + - -W - t - t -! -U J J Jij 1 i - I IClencla r-,. - 1 , ~ , - --I- -~'i:>..,

; 25'11- - ~ ! - r l ; 1 1 , ! , - r ~ t I - t - r _ t / ~ t 1 ~ ~ ~ ~ ~ ~ 4 ~ - ' - ~ ~ ~ ~ ' ~ ~ ~ ~ t J - L

I ' I V ~~~ V/

~ 20 ' ; ~ I ~ , C _ : : ~ I I ~ i , : _ I _ / j v ; i 4 - - t - - - r - t - t - t - + + + + + + - - t - + - + - ~ , h " \ "_ . ) ~~~ ' f - / , , ~ / 1 - I - - _ j _ j __ j J4

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15 i ' ,- 1 I Potencia _ ~I-I-~ __I- '-- =-"~ 1 '\.1 " '" , .3 ~

10Ir~~4i~~=ft,~! 1 = ~ 1 1 ' 1 = - f l : - = t ~ ~ , = - + - r - = + I - = ~ ~ I - - t I - ~ ~ ~ N ~ P ~ S ~ H ~ R ~ ~ + - ~ - L ~ J ' - l~~j_LJ.2·~

\ 1 i : i : i 1 \ t£

5:1

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- - + \ I - + - - i - I+-+++----H-+--H---I---I---l---I-I--W--~.I0' I 1 I ! i I I I II 0

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5

4

3

2

Capacidad (gal/min)

55;

50,

4 5

40

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35:

3() "

• : ! l ! ; I , i I ~ ~ ~ ; : ~ E 6 I I I I-----~_~:::::::::::::~--:-I-- --,-----..- I ' - + I - - + ! - + ' -+-+-t--r-r- Conexi6n de succi6n de Ipulgada

arga-fluj(~ Conexi6n de descarga de 3/4 de pulgada

, , _ + " '- i< ; ' *-+--+-~:±-t-rr Diametro del impulsor, 3.500 pulgadas

• " ~ - - - - ' 1 Tl"l"-- - I" 'r -. .. _ - , Eficien~iaI : • ;_A' [ I r- .

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·u .§ '

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4 ' : l : . ~00.. ~

.3 J~

.2 2



410 Capitulo 13 Seleccion y aplicacion d e bombas

13.10

EL Pl'~TO DE

OPERACION DE Cl\ABO'IBA Y LA SELECCION

DE f:STA

FIGURA 13.36 Punto de operacion

de una bomba,

-/

Es necesario que desarrolle la capacidad de interpretar los datos de rend ' ,, Im lent

partir de estas graficas, de modo que pueda especificar una bomba apropiada par' 0 a

aplicacion dada, AI final de este capitulo se describe varios proyectos de disen a un.a

distrib flui I ,. 0qu e P Iden se especifique una bomba que istn uya un ujo vo umetnco en particul ., ' ar a una

carga dada. con objeto de satisfacer las demandas de un sistema espedfico,

En los sitios de Internet 2. 5, 6, 7, 9, 11 Y 13, se o fre ce curvas d e re nd im ', lento enlinea de muchos tipos v tamafios de bombas centrffugas. Algunos perm iten la b'

'. . usquedade bomb as apropiadas cuando se introduce la carga total y la capacidad que se d

Consulte tambien el sitio 1 d~ Interne t en el c~pltulo 12, y el softw are PU mpBase d:~:~

hoe Desizn Softw are que se incluye en este libro. Este softw are Ie perm ite que id ', e o , IenlJ-

fique varias se lecciones posibles de bombas centnfugas para problemas de diseno. O t. I" d I r o s

paquetes de softw are que se mencionan en os sitios e ntemet de l capitulo 1 2 t, am-bien incluyen la capacidad de seleccionar bombas.

EI punto de operaci6n de una bomba se define como el flujo volumetrteo que enviara

cuando se insta1 e en un sistema dado. La carga total que desarrolla la bomba se deter-

m ina por medio de la resistencia de l sistema que corresponde a la misma d el flu jo vo-

lumetrico. L a figura 13.36 ilustra este concepto. La curva de rendim iento de la bomba

es la grafica del flujo volurnetrico que la bomba distribuye como funci6n de la cargato -

tal. y a la que esta sujeta por e l sistema del que forma parte. T ales curvas Son los ele.

mentos basicos de las figuras 13.27 a 13.35.

Punto de

operacion 2

\\ Curvu A del sistema- Todas las valvulas abier tas

Curva B- Valvula de estrungulamiento cerrada en foma parcial

/r ,

"" 1""-- '

" I l Curva de rendimiento de la b omb a

-+-- Punto de operacion I

Q2 QI

Cupacidad de la bomba

Ahora observe la curva A del sistema, en la figura 13.36, Esta es una gni ti cil d e

la resistencia que exh ibe un sistema dado con todus su s valvulas ahiertas pOI' cOlllplelO.

A continuacion se analizani la forma de esta curva. En el cxtremo Izquierdo. la cu~vu

com ienza Con un valor especffico de carga total corrcspondiente a Ull flujo vlllulllClrtC(l

igual a cero. Esto ilustra la resistencia del sistema antes que se cstablez(u tlujo ulgtlllO

•

~ero la bom ~:1 lleva e l tluido a la elevacion del punto de destine en cl sistcllla Y 1I1al~ '

uene lu presion en dicho lugar. Estc punto sc denomina ('lIrMlI estutica totell 1 1 o , dOlllk

( 1 . \ -1 1 1h ll := (1 '2 - f'1 )/Y + (;'2 ._. :'1)

(~'>ta se ()ht 'ICI c I I . , I 1..'1 Jehl'dc'

, . . 1 ue a ccuacron de la cncrgfu, y prescribe qu e la 101111', ."

,>arr()ll~lr una carga igual a la difercncia til- carga de p r e s i o n entre los ilos p U I 1 ~ O Sde It

Iercncia, mas la difcrcncia de cargu de clcvacion antes que sc cnvle algun fluJO. Jo

Pero la homha c'> '" I I' I h C " h o C 1 1 i I 1 l" • • < cupuz l c tru »ajur contra una carga mayor, y l C'" ,. d c

dixtribuye Iluido al si .t • 'T ' . I Itr av e .-. • . sicmu. an pro nto como cl Iluirlo comicuza a circu nr I III'

10<;tubos valvulus y ,. I. '. .1 'oido iI '.' , (ICOp .1 I1 11 Cntos del SIstema, se dcsurrollu mas carga. ue



13.11

CARGA DE SUCCION~ETA POSITIVA

13.11 Carga d "e SUCClonneta positiva

411

perdidas de energfa que ocurren H . ' . ,porcionales a la ca d . , . ay que recordar que las perdidas de energia son pro-

rga e presion en los tubocuadrado del flu' I ,,' s umos y, por tanto, aumentan de acuerdo con el

J O vo umetnco Esto tien fcial) sistema. . e que ver con la orma de la curva (exponen-

Conforme el flujo se 'la curva del sistema l Incrementa con su aumento correspondiente en carga total,

a mterseca eventual mente la curva de rendimiento de la bomba.

HI punta de opemcio» verdadero de la bomba de este sistema es donde se in-tersecn la curva I '/ I

' . c e es e con a curva de rendimieuto de la bomba.

Esto deterrnina cuanto flu'. ' , ,

IJ O se envia en realidad hacia el sistema. Una vez que se activa

a bomba buscara en form t '<' 'a au omatica este punto de operacion. Asi, cuando opera en

este punto, la bomba envfa un flujo volumetrico QI contra una carga total hi'

Pero suponga que en realidad quisiera enviar un flujo volumetrico mas bajo, Q2 '

Una forma de lograrlo con esta bomba en particular serfa incrementar la resistencia

~car~a total) sobre la bomba, 10 que haria que el punto de operacion retrocediera a la

l~qUlerda ~ 10 largo de la curva de rendimiento de aquella, Esto podria hacerse con el

cierre parcial de una valvula en la lfnea de descarga, proceso que se denomina estran-

gulamientn. La resistencia incrementada cambiarfa la curva del sistema por aquella con

la leyenda Curva B, y el nuevo punto de operacion 2 resultarfa en el envfo del flujo

volumetrico deseado Q2 a la carga total nueva h2 '

Debe entenderse que en general no es deseable el estrangulamiento porque se des-

perdicia virtual mente la energfa que representa la diferencia entre las cargas totales en

los puntos 1 y 2. Debe especificar con cuidado una bomba que tenga el punto de opera-

cion que se desea muy cerca de la curva de la bomba, sin tener que hacer un estrangu-

lamiento, Si el sistema debe operarse a tasas de flujo diferentes, es mas deseable utilizar

un impulso de velocidad variable, como se estudia mas adelante en este capitulo.

Una parte importante del proceso de seleccion de la bomba es garantizar que la condi-

cion del fluido que entra a la bomba sea la apropiada para mantener un flujo completo

de Iiquido. El factor principal es la presion del fluido en la entrada de la bomba, al que

es corruin Hamar puerto de succion. El disefio del sistema de tuberfa de la succion debe

proporcionar una presion suficientemente alta para evitar que se desarrollen burbujas de

vapor dentro del fluido en movimiento, .condicion que recibe. el ~?mbre de cavit~ci6n.

Es responsabilidad del disefiador garantizar que no haya cavltacl?n. La tendencia a la

formacion de burbujas de vapor depende de la naturaleza del fluido, su temperatura y

la presion en la succion. En esta seccion se estudia estos factores.

Cavitaci6n , .Cuando la presion de succion en la entrada de la bomba es demasiado baja, se forman

b b. I fluido como si hirviera Coloque una cacerola con agua en una estufa

ur ujas en e,' ,

b su comportamiento conforme la temperatura se eleva. En cierto pun-para que 0 serve . _

l f d d la cacerola se formara unas cuantas burbujas pequenas de vapor deto en e Ion 0 e 'rfi ', t I calentamiento se forman mas burbujas, llegan a la supe icie, es-

agua Al aumen ar e . . '1 . I. rfici d I lfquido y se difunden en el arre circundante. Por u timo, e

capan de la supe icie e , , . db' I, aporizacton rapida y continua, SI se esta a altitu aja, e agua

agua hierve con una v . 1 kP 147 .

b' t t' presion annosferica, aproxlmadamente a 10 a 0 . PSI,

en la cacerola a ier a es a aratura del agua es de cerca de 100°C 0 212 O F .

Y la tempe ltit d . mayores la presion atmosferica es mas baja y ell conse-Sin embargo, a a lues, ., d bullicion tambien 10 es. Por ejemplo, en la tabla E,3 (pro-

cuencra la tempera~~~a .)e~ muestra Clue la presion atmosferica a 5000 pies (1524 m), d' de' de la atmuslera , se mue: • . d dOC I d

pIC as. 4 3 kPa). Esta es la elevuClon aproxuna a e enver.. 0 ora 0, a

s610 es de 12.2 pSI (8 ", la ciudad de una milia de altitud. Ahf, el agua hierve a 94°Cla que es frecuente lIamar ,

o 20 1°F, aproximadamente,



412Capitulo 13 Seleccion y ap lic acio n d e b omba s

Relacione este sim ple experim ento con las cond iciones en la entrada de

ba. S i esta debe tomar tluido desde abajo 0 si hay perdidas de energfa exces~ :~ bom_

lfnea de succion, la presion en la bom ba serfa suficientemente baja com o para h sen la

se formam burbujas de vapor en el fluido. Ahora. considere 1 0 q ue pasa al flUi;~er q U e

d o in icia Sll cam ino a traves de la bomba. Consulte la figura 1 3.1 0, que ilustra elcdu.an

- d 'f di I ISe-no e una bomba centn uga ra ia ,

EI fluido entra a la bomba por el puerto de succi6n en el ojo central del i

I' .d h . f I I mpu] .sor. La rotaci6n de este acelera el iqui 0 acia uera, a 0 argo de las aspas en di

cion de la carcasa, en 1 0 que se llama una vol u ta. La presion del fluido Continurec.

elevaci6n a traves de este proceso, ~i, se h .ubieran form ado burb~jas de vapor e~ ~~

puerto de succi6n debido a una presion baja e n e xce so ,. col~ psanan cu and o lIe garan

a las zonas de presion mas alta, EI colapso de las burbujas liberarfa c an ti da d es gran-

des de energfa, 1 0 que afectarfa las aspas del im pulsor y ocasionarfa la e ros ion n ip ida

d e su su pe rficie .

C uando h ay cavitacion, e l rendim iento de la bom b a se degrada con severidad con-

forme el flu jo volumetrico desciende. La bomba se hace ruidosa y genera un sonidofuerte e intennitente . como si hubiera grava en el tlu ido. S i se perm itiera que esto con-

tinuara, la bom ba se destruirfa en poco tiem po, Debe apagarse rapido e identificar la

causa de la cavitaci6n para corregirla antes de re in iciar la operacion.

Presion de vapor

La propiedad del tluido que de term ina las condiciones en que se form a burbujas de va-

por en un flu ido, es la presion de vapor PI'P' que es corm in reportar com o pre sion abso-

luta en kPa 0 psia. Cuando en una sustancia ex iste en equilibrio en forma tanto de va-

por como de lfquido, hay un balance del vapor que sale del lfquido debido a la e ne rg fa

termica y la condensacion de vapor en el liquido, provocado a su vez por las fuerzas de

atraccion e ntre las moleculas. En estas cond iciones. la presion del liquido se denominapresion de vapor. U n Ifquido recibe el calificativo de vokitil si tiene una presion d e v a-

por re lativam ente alta y se evapora con rapidez en las condiciones del am biente . La si-

guiente es una lista de se is lfq uid os farniliares, e n o rd en cre cie nte d e volatilid ad : agua.

te tracloruro de carbono. acetonu, gasolina, am oniaco y propano.

La ASTM International establecio varios estandares para medir la p re sio n d e

vapor de c1 ases d iferentes d e tluid os:

ASTM D5 fC) I Standard Test Methud for Vapor Pressure of Pe tr ol eum Pro d ll ct S

(Mini Method); se utiliza para liquidos volatiles derivados del perroleo, co n

presion de vapor de entre 7 y 1 30 kPa (1.0 y 1 8.6 psia) a 37.8 °C ( 1 0 0 OF).

ASTM D323 Standard Test Method for Vapor Pressure of Petroleum Products

(Reid Method); se em plea para gasolina, p etr 61 e o c ru do volatil y o tro s d er iv ad os

de este tam bien volatil con presi6n de vapor inferior a 1 80 kPa (26 psia) a37.8 °C (100 OF).

ASTM D4953 Standard Test Method for Vapor Pressure of Gasolil1l' mul

Gasoline-Oxigenaie Blends (Dry Method); se usa para mezclas de gasoIina

y gasolina oxigenada, con presion de vapor que varfa entre 35 y 1 0 0 kP a

(5 a 15 psia) a 37.8 °C (100 OF).

ASTM DJ23 Standard Test Method for Vapor Pressure o f Liquefied Petrole u l I I

(LP) Gases (LP -Gas Method).

En el anal isis L ie la cargo de slIcci()" ncta positive que sc prcxcnta a l'(lIltiIlUW:ioll.

. I I . , l c v'lpores pertmente cmp ear a carga dt: presion de vapor hl'/' en vel. de la preslOIl ( ,

basica p , . " , dondc

h " " =:: 1 ' , . , , / 1 ' = Carga de presion de vapor del lfquiilo, CI I m etros () pies



l 3 . 1 1 Carga de s .,. ll CC lo n n et a p os itiv a

413

f' 111·. ' \13.2. Presion de vapor y carga de I) ,."..I' . t rCSlOn de vapor del agua.

La presion de vapor a cualquier temperatura debe dividirse entre el peso especffico del

lfquido a dicha temperatura.

La carga de presion de vapor de cualquier liquido aumenta con rapidez con el in-

cremento de temperatura. La tabla 13.2 presenta una lista de los valores de la presion

de vapor y la carga de presion de vapor del agua. La figura 13.37 muestra graficas de

la carga de presion de vapor versus la temperatura, en unidades tanto del SI como del

Sistema Ingles, para cuatro fluidos diferentes: agua, tetracloruro de carbono, gasolina y

propano. El bombeo de estos fluidos a temperaturas elevadas requiere estudio cuidado-

so de la NPSH.

NPSHLos fabricantes de bombas prueban cada disefio para determinar el nivel de la presion

de succion que se requiere, con el fin de evitar la cavitacion, y reportan los resultados

como la carga de succion positiva neta requerida, NPSHR , de la bomba en cada condi-

cion de capacidad de operacion (flujo volumetrico) y carga total sobre la bomba. Es res-

ponsabilidad del disefiador del sistema de bombeo garantizar que la carga de succion

neta positiva disponible, NPSHA , este muy por arriba de la NPSHR ·

EI American National Standards Institute (ANSI) y el Hydraulic Institute (HI)

emiten juntos estandares que especifican un margen rnfnimo de 10% para la NPSH,4. so-

bre la NPSHR. Al margen NPSH, M. se Ie define como

En ciertas aplicaciones crfticas como el control de inundaciones, ductos y servicio de

generaci6n de energfa. se espera mar~enes mas. elevados, de hasta 100%. Algunos dise-iiadores solidtan un margen de 5.0 pies para sistemas de bombeo grandes. Consulte el

ANSI/HI 9.6.1, Standard for Cl'l1tr(ji.l!:aland Vertical PUlI IPS for NPSH Margin.

En los problemas de diseno de este libro se pide un margen mfnimo de 10%. Es

II 0.6105 9.806 0.06226

5 0.8722 9.807 0.08H94

10 1.218 9.804 0.1253

2 0 2..338 9.789 0.2388

30 4.243 9.765 0.4345

~ O 7.376 9.731 0.7580

50 12.33 9.690 1.272

60 19.92 9.642 2.066

7 0 31.16 9.589 3.250

8 0 47.34 9.530 4.967

9 0 70.10 9.467 7.405

100 101.3 9.399 10.78

decir,

.Pr .,

.... esron Peso Carga de.Iemperatura de '

OF vapor especlfico presion de

(psia) tlb/pie3) vapor (pie)

32 0.08854 62.42 0.2043

40 0.1217 62.43 0.2807

50 0.1781 62.41 0.4109

60 0.2563 62.37 0.5917

70 0.3631 62.30 0.8393

80 0.5069 62.22 1.173

90 0.6979 62.11 1.618

100 0.9493 62.00 2.205

120 1.692 61.71 3.948

140 2.888 61.38 6.775

160 4.736 61.00 11.18

180 7.507 61.58 17.55

200 11.52 60.12 27.59

212 14.69 59.83 35.36

M = NPSHA - NPSHR

NPSH A > 1 .1 ( ) NPSHu (13-13)




(b) Tetracloruro de carbona

FIGURA 13.37 Presion de vapor versus temperatura para lfquidos comunes. Los datos para gasolina son

aproximados, debido a que hay muchas f6rmulas diferentes que tienen volatilidad muy variable para la

operacion de vehfculos en dimas y altitudes diferentes.

Calculo de la NPSHAEI valor de la NPSH A depende de la presion del vapor del fIuido que se bombea. las per-

didas de energfa en el tubo de succi6n, la ubicaci6n del almacenamiento de fluido Y la

presion que se aplica a este. Esto se expresa como

NPSH A = h.rp ± h, - hi - h,.p

En la figura 13.38 se ilustran estos terminos y se define a continuaci6n. La figura

13.38(a) incIuye un almacenamiento presurizado colocado sobre la bomba. En la parle

(b) de la figura se muestra la bomba que impulsa el tluido desde un almacenarnientO

abierto que se encuentra debajo de ella.

PSI ' = Presi6n estatica (absoluta) sobre el tluido en el deposito

hrp = Carga de presion estatica (absoluta) sobre el tluido en el ulmacenamiento;se expresa en metros 0 en pies de lfquido; h"l1 = f J .V{ jy

hv = Diferencia de elevacion dcsde el nivel del fluido en el deposito a la linea ..

I I I· . en pIescentra t e a entrada de succion de lu bomba; se expresa en metros 0

1 2

E 1 0'-. . .00..

8<: l;>

~"0C 6'C.~~. . .Co .

- +QJ

"0

'" I):2. .

:;I

U

I

I

e-re-

I

./

I . . .! -

o 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Temperatura (grados C)

18

___16

E-.: 14

~1 Oc: 9'" 8~0.. 6QJ

-0

<: 4

~a 2

o20 30 40 50 60 70 80 90 100


---'

'-/ NPSH DISPONIBLE

30

- I-f--

-

I-i--

o 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Temperatura (grades F)

(a) Agua

50

';;l 45

8 . . 35'"~ 30-0

- 3 25

.~ 20. . .0..

v 15-0

~108 5

070 9 0 110 13 0 I SO 17 0 19 0

Temperatura (grados F)

(13-1~)



70

13.11Carga de succi6n neta positiva

r., - - + - +-- i-f--

I

-t-.J f-

I--l-

- -+-t-

°1_ f--i t-I-- I

~ --- I-- 1=

r = - - r 1-t = = i :- I

I i - ~- = 1 =

~-- +-I-- f e : : . . t = I--f-- 1-1-

I

~~

-

1 - - £ = rL -

,- J

.- f--L ~ - ' =~l-- I- I- J.-

-10 0 1

. . . .c~50>c,)

-0 -1 -0c:'0

.~ ~O. . . . -0..

.g ~O~O J)

a 10U

1800

;- 1 -1 -0 0C .~ 1200~~1000- C:r. 80 011

i : . .60 0

1

-:;~ 4002 , I l~lJ 20 0

oo 20 30 40 50 60 70 80 90 100


I I

FIGURA 13.37 (continua)

415

200 + -8 - - . :';;) I80 - -l -..:r-:I=f-Q) _1 -- _ 1_

'0.160 r: I--

' ; : : ; '+1-1-

8.)40 -1

~ 120 - - t l - : - - f - : - ~ : _~ f-,:- - = + :- -c 100 ' -1-1-1- -1-1-1--'0 +- -f-'V i 80H-"+-:I--'_:_. r = J : . : . .~ --.-J0.. 60 --- I _ :_ ' - - - - ~ - ~I--~.

~I- _+-1- r-H 1

~ 40 - - --I-' I=V-f-. , -.-

~ 201= - - - -;-:: '-1- -I:.,..~ c,~- r--+--U -

O~- 1=-- \-I-H

o 30 60 90 120 150 180 210Temperatura (grados F)

o 40 80 120 160 200

Temperatura (grados F)

o-40 -20 0 20 40 60 80 100


(c).Gasolina*

Si la bomba estd abajo del deposito. h, es positiva [preferida; figura /3.38(a)]

Sf Labomba estd arriba del deposito. h, es negativa [jigura J 3.38(b)]

hf= Perdida de carga en la tuberfa de succi6n, debido a Ia friccion y perdidas

menores: se expresa en metros 0 en pies

PI'{J = Presion de vapor (absoluta) del llquido a Ia temperatura a que se bombea

hV{J =Carga de presion de vapor del lIquido a Ia temperalura de bombeo: se expresa

en metros 0en pies de ljquido: hl'f/ =PI'P/Y

Observe que la eeuaci6n (13-14) no incluye los terminus que representan las cargas de

velocidad en el sistema. Se supone que la velocidad en el dep6sito fuente esta muy cer-

ca de cero porque es rnuy grande en relaci6n can la tuberia. La carga de velocidad en

la tuherfa de succion se incluyo en lu obtenci6n de la ecuacion, pero se cancel6.

.--.,CIl

.~ 40000.."'-'

835000..

~ 3000Q)

~ 2500'0' v . ; 2000e~1500"0

~1000

~ 500

o-40

Cd)Propano



(13-15)


h., =Carga de presion del tanque

-"--- hI debido a las perdidas

en la lfnea de succi6n

tLfneade

descarga

Linea de

descarga -1 1 . .Reductor excentrico

hsp = carga de presion atmosferica

con el tanque abierto

II.1

Lfquido con carga de presion

de vapor hrp

hI ' debido a la friccion en la tuberfa,

. dos codos, valvula y entradaValvula de pie

con filtro

(a) (b)

FIGURA 13.38 Detalles de la linea de succi6n de la bomba y definici6n de terrninos para el calculo de la NPSH.

Efecto de la velocidad de la bomba sobre la NPSH

Los datos en los catalogos de bombas sobre la NPSH son para el agua y se aplican solo

a la velocidad de operaci6n que se menciona. Si la bomba opera a velocidad diferente,

la NPSH que se requiere a la velocidad nueva se calcula a partir de

donde los subindices 1 y 2 se refieren a los datos del catalogo y a las condiciones con

la velocidad nueva de operaci6n, respectivamente. A la velocidad de la bomba en rpm

se Ie denota con N.

o PROBLEMA MODELO 13.3 Determine la NPSH disponible para el sistema de la figura 13.38(a). EI fluido esta en untan-

que cerrado con presi6n de - 20 kPa sobre el agua a 70°C. La presi6n atmosferica es de

100.5 kPa. EI nivel del agua en el tanque es de 2.5 m sobre la entrada de la bomba. La tu -

beria es de acero, de I '1 2 pulgadas cedula 40 y longitud total de 12.0 m. EI codo es estandar.

la valvula es de globo y esta abierta por completo. EI flujo volurnetrico es de 95 Umin.

Solucion Utilice la ecuaci6n (13-14). En primer lugar, encuentre hsp:

Presion absoluta = presi6n atrnosferica + presion manometrica en el tanque

Pabs = 100.5 kPa - 20 kPa = 80.5 kPa

Pero sabemos que

hs p =Pabs/'Y

80.5 x IO-~N/m2

= = 8.39m

9.59 x to ' N/m3

Ahora, con base en la elevacion del tanque, tenemos

h .v = +2.5 m



•

13.12Detalles de la lfnea de succion

417

Para encontrar la perdid '.1 a por friccion Iz d b

Reynolds y el factor de friccion: f' e emos encontrar la velocidad, el mirnero de

v = Q = 95 Llmin 1.0 m 3/s

A 1.314 X 10-3 m2 X 60000 Llmin =

N R = vD = (1.21 )(0.0409) _

u 4.11 X 10-7 - 1.20 X 105

0.0409 m

1.21 m1s

(turbulento)

D

E

Asf, de la figura 8 6 f - 0 02., - . 25. De la tabla 105 f =0021 Ah,T . . ora, tenemos

Ilj =f (L /D~(v2/2g) + 2fr(30)(v2 /2g) + h(34O)(v2 /2g) + 1.0(v2 /2 )

(tubena) ( d ) gCo os (valvula) (entrada)

La carga de velocidad es

v2 (1.21 mls)2

2g - 2(9.81 mls2) = 0.0746 m

Entonces, la perdida por fricci6n es

ly = (0.0225)(12/0.0409)(0.0746) + (0.021)(60)(0.0746)

+ (0.021)(340)(0.0746) + 0.0746

= (0.0746 m)[(0.0225)(l 2/0. 0409) + (0.021)(60) + (0.021)(340) + 1.0]

= 1.19m

Por ultimo, de la tabla 13.2 obtenemos

hvp = 3.25 m a 70°C

Al combinar estos terminos queda

NPSHA = 8.39 m + 2.5 m - 1.19 m - 3.25 m = 6.45 m

Con la ecuacion (13-13) calculamos la NPSH R maxima permisible para la bomba,

NPSH A > 1 . 1ONPSH R

Al reordenar, obtenemos

(13-16)

Entonces,

NPSH R <6.45 m/l.l0 = 5.86 m

,--."---,.-"---='"'~~~-'-"=~----------------

13.12}JETALLES DE LA

LI~EA DE SUCCI<}N

La linea de succion se refiere a todas las partes del sistema de flujo, desde la fuente del

fluido a la entrada de Ia bomba. Debe tenerse mucho cuidado al disenar la lfnea de sue-

cion, con el fin de garantizar una carga de succi6n neta positiva adecuada, como se es-

tudi6 en la seccion 13.11. Ademas, las condiciones especiales prevalecientes tal vez re-quieran dispositivos auxiliares.

La figura 13.38 muestra dos metodos para proporcionar f1uido a una bomba.

En la parte (a) se ilustra la creaci6n de una carg~ positiva, colocando la bomba abajo

del dep6sito de abastecimiento que suministra. Esta ayuda para que se garantice una

NPSH satisfactoria. Ademas, la bornba siempre iniciara con una columna de lfquido

aJ arrancar.



418Capitulo 13 Selecci6n y apJicaci6n de bombas

13.13

DETALLES EN LALil'iEA DE DESCARGA

En la figura 13.38(b) ocurre una condicion de succion elevada porq I

debe obtener el Ifquido que esta debajo de ella. Las bombas de desPlazami~:to a bO_~b

pued~n elevar tluidos cerca .d~ ~ m (26 ~ies). Sin. e~bargo, Como la mayorfa de~OSltIV

centrffugas, ln bomba debe iruciarse de forma artificial, llenando la lfnea de s .Ol11bafluid E I' . . '1' d I' . uccl6nConUI o. sto se rea iza con un surrumstro auxi iar e Iquido durante el arranque

creacion de un vacfo sobre la carcasa de la bomba, 10que ocasiona que el fluid' 0conla

cionado desde la fuente. Entonces, la bomba en funcionamiento mantendni el fl~~easue-suIte la seccion 13.6.4, acerca de las bombas centrffugas de autoinicio. ~o.Con-

A menos que se sepa que el fluido es muy limpio, debe instalarse un filtrd I . I d I b d . , bi 0 enlaentra a 0 en cua quier ugar e tu 0 e SUCCIn, con 0 jeto de mantener las pan' I

fuera de la bomba y del proceso en el que se distribuira el fluido. Una valvula ~~u~

(figuras 10.20 y 10.21) en la entrada permite el libre flujo hacia la bomba, pero ce PI~

la bomba se detiene. Esto mantiene una columna de Ifquido sobre la bornba y elimi~:~ I

necesidad de iniciar la bomba cada vez que arranca. Si se emplea una valvula cerca da

la bomba, es preferible que sea una valvula de compuerta, pues ofrece muy pOcaresis~

tencia al flujo si esta abierta por cornpleto. EI vastago de la valvula debe estar en posi-

cion horizontal para evitar la formacion de bolsas de aire.

Aunque e l t arna fi o del tubo para la Ifnea de succi6n nunca debe ser mas pequeiio

que la conexion de entrada sobre la bomba, puede ser algo mayor para reducir la v e l o .

cidad de flujo y las perdidas por friccion. La alineacion de la tuberia debe eliminar la

posibilidad de que se formen burbujas 0 bolsas de aire en la lfnea de succi6n, porque

esto harfa que la bomba perdiera capacidad y tal vez el arranque. Las tuberias largas de-

ben tener pendiente hacia arriba, en direccion de la bomba. Debe evitarse los codos en

un plano horizontal. Si se requiriera un reductor, debe ser del tipo excentrico, como se

observa en la figura 13.38(b). Los reductores concentricos sinian parte de la linea de s u -

ministro sobre la entrada de la bomba, donde podria formarse una bolsa de aire.

EI analisis de la seccion 6.5 y la figura 6.2, en el capftulo 6, incluye recomenda-

ciones para los rangos de tamaiios deseables de tuberfa para conducir un flujo volume-

trico dado. En general, se recomienda tamaiios grandes y velocidades bajas, con baseen

el ideal de mini mizar las perdidas de energfa en las lfneas que conducen a las bombas.

Sin embargo, consideraciones sobre 10 practico de las instalaciones y su costo, podnan

lIevar a la seleccion de tuberfas mas pequefias con las velocidades mayores que resultan

Algunas de estas consideraciones practicas incluyen el costo de l a t ube rf a, v a l v u -

las y acoplamientos; el espacio ffsico disponible para albergar estos elementos y la c o -

nexion de la tuberia de succi6n a la conexion respectiva de la bomba. La referenda 12

incluye estudios amplios sobre los detalles del disefio de la Ifnea de succi6n.

En general, la lfnea de descarga debe ser tan corta y directa como sea posible, para rm -

nimizar la carga sobre la bomba. Los codos deben ser del tipo estandar 0 de radio lar-

go, si fuera posible. Debe seleccionarse el tarnafio de la tuberia de acuerdo con la v e l o -

cidad 0 las perdidas por friccion permisibles.

La figura 6.2, del capitulo 6, incluye recomendaciones para los rangos de lama-

nos deseables de tuberfa para conducir un flujo volumetrico dado. En general. ca n ba-

se en el ideal de minimizar las perdidas de energfa se recomienda tamanos g;a~de?

velocidades bajas. No obstante, otras consideraciones acerca del costo y 1 0 pracllCO • ~

la instalacion podrfan lIevar a seleccionar tuberfas mas pequefias, con el resultado de ve

locidades mas elevadas. "1'[

, b. r a p eJ "l1 1 lLa Iinea de descarga debe contener una valvula cerca de la bom .1 pa ',. d edA ., , L" I s t r i en lu I I I 1 ~ ; Jque se I,; serVICIOa esta 0 se reemplace. u valvula aetna con a que e. , 'Ivul

a'6 'I I h b P ,. bai terible una vaSUCCIn para <lIS ar a om a. or razones de resistencia aja, es pre e '''Ivu-

de mariposa. Si el flujo dehe regularse durante el servicio, es mejor el1lplear l~nav e st l l, .. E tecto.·Ja de gJobo porque pcrrrutc un estrangulamicnto suave de la descarga. 1 1 C ha

' I d I ' , di I I a de 1 '1 boJ11 'ncrementa a carga e sistema y ocasiona que ismmuya a en reg U e [ 1 ; -

Como sc ohserva en lu Iigura 13 . :W, es posible agregar los eICmen~~)~.q~~I~bU

quiera a la linea de descarga. Una valvula de alivio de la presion protegern a \.lIvul:I,

ul resto del cquipo, en caso de un bloqueo del flujo () lalla accidental de una v.



Detallcs de la linea

13.14

DISE~O DE SISTEMAS

DE TUBERIA Y

PROCEDIl\UENTO DE

SELECCI6N DE BOl\rlBAS

13.14Disefio de sistemas de tuberfa . .

Y procedlmlento de selecci6n de bombas 419

LInea de

de ulivio de

la presion

o control de

pulsos

Valvula de Valvula

verificacion apagad o 0 de instru-

cstran gu la- m ern acio n

rniento

Grifo de

muestreo

Una valvula de verif .,. .. . n icacion impide que el flujo regrese a la bomba cuando no este en

funclOnarruento. ~ebe colocarse una valvula de verificaci6n entre la valvula de apaga-

do y la bomba. SI se emplea una expansi6n para el puerto de descarga de la bomba, de-

be colocarse entre la valvula de verificaci6n y la bomba. Podrfa ser necesario instalar

una llave en la lfnea de descarga para un medidor con su valvula de apagado. Un grifo

?e muestr~o permitirf~, extraer una cantidad pequefia de fluido para realizar pruebas sin

mterrumpir la operacion, En la figura 7.1, del capftulo 7, se presenta una fotografia de

una instalaci6n real.

En esta secci6n se proporciona lineamientos generales por seguir, cuando se presente la

necesidad de disefiar un sistema de tuberfa donde una bomba entrega un f1ujo volume-

trico dado, desde una fuente conocida hasta un punto de destino establecido. Se inclu-

ye la distribuci6n general del sistema de tuberfa, la colocaci6n de la bomba y la es-

pecificaci6n de los tamafios de tuberfa, valvulas, acoplamientos y otros accesorios dela tuberfa. El punto de operaci6n que se desea se determina como la carga total sobre la

bomba al f1ujo volumetrico de disefio. Se genera los datos para la curva del sistema que

de la carga total sobre la bomb a como funci6n del flujo volumetrico, como se estudi6

en la secci6n 13.10. Despues, se especifica una bomba apropiada y se determina el pun-

to final de operaci6n que se espera, potencia requerida, eficiencia y la NPSH necesaria.

PROCEDIMIENTO DE DISENO DE SISTEMAS DE TUBERiA

1. Obtenga las especificaciones del sistema, incl.usive del ~uid?, por bomb~~, eldval~r

de disefio del flujo volumetrico que se requiere, .la ubicacion d~l deposito. on e

. 1 fluido la ubicaci6n del punto de destino y cualesquiera elevaciones yprovlene e '. .

. rescritas en particular en la fuente y el destino.preslOn~s PI r 'I'edades del fluido incluso de la temperatura. peso especffico,

2. Determme as P op ,

viscosidad cinematica Y presi6n de vapor. , . .di trib ion propuesta para la tuberia, que mcluya ellugar donde el f1UI-

3 Genere una IS n UCI . . , 11 1 If• . r . dId "to fuente la ubicacion de la bomba y los deta es de as 1-do se tomard e eposl , . . 1

., d arga con las valvulas acoplamientos y accesonos especia esas de SUCClony esc ' . 1

ne. 1 1 secciones 13.10 a 13.13. Considere las conexiones a osropiados Consu te as, flui 1 ,.

ap . 1 ecesidades de interrumpir 0 controlar el uJo vo umetn-

d 6sitos las eventua es n ' .' 1 bepos ". . di I troceso indeseable del f1ujo y el dar servicio a a om-co del IfqUldo, irnpe Ir: re .

btr s equipos del sIstema.

a y 0 0, ". d . d Ia tuberfa en las lfneas de succi6n y descarga.

4 Dine las longltu es e . , I '• eterm . _ d t berfa para las Hneas de succion y descarga, con a guia

5. Especifique los taman~.~ e u62 del caprtulo 6.

de la secci6n 6.5 y la Igudral: t'ema al tlujo volumetrico de disefio para determi-

. I rendimiento e SIS6. AnalIzar e . . . I I con la ecuaci6n (13-1). Puede utiIizarse la hoja de

nar la carga dmamlca totr•. , 'll'. en la seCCIOn 11.4.

eaicuro descnta , . < . . : . Ital h de lu ecuaci6n (13-11).

(1 Ide la carga estCltH;.I0 IJ

7. sv a




8. Seleccione una bomba apropiada que entregue al menos el flujo volumetrico d d'

sefio contra la carga dinamica total a dicho flujo volumetrico, para 1 0 que ha e 1-

id I . . Y q U econst erar 0 siguiente:

a. UtiIice las figuras 13.27 a 13.35, recursos de Internet, catalogos de venta 0 s f

P B . lib a t-ware como limp ase, que se proporciona en este 1 roo

b. Elija una bomba con eficiencia alta en el punto de diseno, para la que el PUnta de

operacion se encuentre cerca del punto de eficiencia optima (BEP) de la bomb

c. Los estandares que emiten en conjunto el American National Standards Institu~'

(ANSI) y el Hydraulic Institute (HI), estipulan para las bombas centrifugas un~

region de operacion preferida (POR) que este entre 70 y 120% del BEP. Con-

suIte el ANSI/HI 9.6.3-1997, Standard for Centrifugal and Vertical P um ps fo r

Allowable Operating Region.

d. Especifique el nombre del modelo, velocidad, taman os del impulsor y de los

puertos de succion y descarga.

9. Determine algunos puntos de la curva del sistema con del analisis de la carga total

que corresponda a un rango de flujos volumetricos, La hoja de calculo descrita en

la seccion 11.4 facilita mucho este proceso, porque todos los datos del sistema se

habran introducido en el paso 6. Solo necesita cambiarse los flujos volumetricos encada calculo.

10. Grafique la curva del sistema sobre la grafica de rendimiento de la bomb a y deter-

mine el punto de operacion real esperado, en la intersecci6n de la carga de la bomba

versus la curva del flujo y la curva del sistema.

n. En el punto real de operaci6n, determine la potencia requerida, el flujo volurnetrico

real entregado, la eficiencia y la NPSH que se requiere. Tambien compruebe el tipo

de bornba, los requerimientos de montaje y los tipos y tamafios de los puertos de

succi6n y descarga.

12. Calcule la NPSH disponible, NPSH A, del sistema, por medio de la ecuaci6n (13-14).

13. Asegurese de que NPSH A > 1.10 NPSH R para todas las condiciones esperadas de

operaci6n.

14. Si es necesario, proporcione medios para conectar los tamafios de tuberfa especifi-

cados con las conexiones de la bomba, si fueran de tarnafios diferentes. Consulte un

ejemplo en la figura 7.1. Utilice una reducci6n 0 expansi6n graduales para mini-

mizar las perdidas de energfa que dichos elementos agregan al sistema.

o PROBLEMA MODELO 13.4 La figura 13.40 muestra un sistema en el que se requiere que la bomba distribuya al menos

225 gal/min de agua a 60 of, de un dep6sito inferior hacia un tanque elevado que se mantle-

ne a una presi6n de 35.0 psig. Disefie el sistema y especifique una bomba apropiada. Des-

pues, determine el punto de operacion para la bomba del sistema disefiado y de los parame-

tros de rendimiento para la bomba en el punto de operacion.

Soluci6n A continuaci6n presentamos los pasos mencionados en el Procedimiento de Diseno de Sis-

temas de Tuberfa.

Paso 1. Fluido: agua a 60 OF:

Q = 225 gal/min, minimo.

Fuente: deposito inferior; p = 0 psig; elevaci6n = 8.0 pies sobre la entrada de la

bomba.

Destino: deposito superior; p = 35.0 psig; elevacion = 88 pies sobre la entradade

la bornba.

Paso 2. Agua a 60 of: 'Y = 62.4 Ib/pie\ I' = 1.21 X 10-5 pie2/s; "111 = 0.5917 pie.

Paso J. La figura 13.40 rnucstra la distribucion propuesta. d .

Paso 4. Decisiones de discfio: la lfnca de succion tiene una longiurd de 8.0 pies; Inde es-

carga midc 360 pies.

Paso 5. Con,la figura 6'~,com() gufu: . =:0 0.2957La linea de xuccron cs una tuberfu de CIcero de J 1/ 1 pulgudas cedula 40. J)

pies. A = 0.06H6H pie2. d' ' c e -La linea de d('scar~a csta constituidu por una tubcrfu de acero de 2V l pulga as

<lulu40; /) = 0.20)H pies, A = 0.0.1326 rie2.



f)0 160 .8

2 ,fW56 162.9

s r )0 .1 1 1 1 68.6

7~0 . 167 177.6

jff)0.223 IH9.9

I : ; : ' ' : (un 205.4: ~(;

(1 .314 224.1

1 -' r, , (J.390 246.12 f/,

(J445 271.3L : ~ '" :

(J)() I 2fJl).fI.

i.,l",()

f) ')')7 111 . 4'!_'t',

(H,12 ~{hf; 1

80 piesestandur

Tu berfa de accra de

21/2 pulgadas cedula 40

Tuberfa de acero de

31 /2 pulgadas cedula 40

- - = - - - - = - -

Valvula de

compuerta,

abierta par completo

Valvula de Valvula de

verificacion mariposa

de tipo giratorio

Paso 6. ~tilice la hoja de calculo que se muestra en la figura 1 3.4 1 . EI punto 1 de referen-

cia es la superficie del deposito inferior. EI punto 2 de referencia es la superficie

del dep6sito superior. En la hoja de calculo se introduce otros datos, segtin se es-

tud i6 en el capitulo 1 1 . EI resultado de la carga d inamica total ha, est a dado por

1 1 / 1 = (;:~ - ;:1) + P2iY + h t : = 80 .0 pie s + 8 0 .8 p ie s + 1 3 9.0 p ie s = 2 99 .8 p ie s

Paso 7. La carga estatica totallrll = (P2 - p , ) / Y + (;:2 - 2,) = 80 .77 pie s + 80 pies =

I fiO. 77 p ie s.

Paso 8. Seleccion de la bomba: de la figura 1 3.2 7; bomba centrffuga de 2 X 3 - 1 0 que

opera a 350 0 rpm . EI punto de operacion desead o se encuentra entre las curvas para

lo s impulsores de 8 y 9 pulgad as. S e especifica un diametro de 9 p ulg ad as p ara el

impulsor, de modo que la capacidad sea mayor que el m fnimo de 225 gal/m in.

(Nota: Algunos fabricantes perm iten que se especifique cualquier d iarnetro de im pulsor den-

tro del rango dada en el diagram a de rend im iento.)

Paso 9 . En la tabla 1 3.3 se m uestra algunos puntas de l a c urva d el sistem a, se h izo el compute

con la hoja de calculo de la figura 1 3.4 1 y con la variacion del flujo volumetrico de

cern a 275 gal/m in.

Paso /0. La figura 1 3.4 2 m uestra la c ur va del sistema y la c ur va de rendimiento de In bornba

para el impulsor de 9 pulgadas, sobre la m isma grafica. Se ind ica el punto de ope-

ra cio n re al.Paso /I. En la grafica completa de rend im iento de la bomba, de la figuru 1 3.27. se observa

en el punto de ope ra cion :Una bomha centrffuga d e 2 X 3 - 1 0; 350 0 rpm : impulsor con diametro de 9 .0 0

pulgadas. ..La bom ba esta m ontad a com o se mucstra en la figuru 13 . 1 0 .

EI puerto de succion cs de 3 pulgudns: cl de descurgu cs de 2 pulgadus.

Capacidad ~ Q = 24 () g al /m in.

earga total ! I I I = :no pies.

Eficicnt:ia = 57%.. I truda -IJ = 11hp.potencla ( e en , , - ..

NPSI1N -:= H .O pies,



422Capitulo 13 Seleccion y aplicacion de bom b as

MECANICA DE FLUIDOS APLICADA SISTEMAS EN SERlE CLASE IObjetivo: curva del sistema Puntos de referencia para la ecuaci6n de la energfa:

Problema modelo 13.4 Punto 1: Superficie del deposito inferiorFigura 13.40 Punto 2: Superficie del deposito superior

Datos del sistema: Unidades del Sistema Ingles

Flujo votumetrico: Q = 0.5011 pie3/s Elevaci6n en el punto 1 ;; o pies

Presi6n en el punto 1 = 0 psig Elevaci6n en el punto 2 = 80 pies

Presi6n en el punto 2 = 35 psig Si el punto este en la tuberfa: indicar v, "-820" 0 v2

"=E20"

i Velocidad en el punto 1= 0.00 pie/s ~ Carga de velocidad en el punto 1 = 0.00 pies

i Vefocidad en el punto 2 = 0.00 pie/s ~ Carga de velocidad en el punto 2 = 0.00 pies

: Propiedades del fluido: Tal vez se necesite calcular v - nlp

I Peso especffico ;; 62.40 Iblpie3 Viscosidad cinemetice = 7.10E-07 m21sI

Tubo 1:tuberia de acero de 3112pulg Tubo 2: tuberia de acero de 2'/2 pulgadas cedula 40II Diemeiro: 0;; 0.2957 pies Oiametro: 0= 0.2058 pies!

Rugosidad de la pared: E = 1.50E-04 pies Rugosidad de la pared: E = 1.50E-04 pies [Vea la tabla 8.2J,

I Longitud: L = 8 pies Longitud: L = 360 pies

Area: A = 0.06867 pies2 Area: A = 0.03326 pies2 [A = 1 t0 2 /4 ]

D IE = 1971 D IE = 1372Rugosidad relativaL ID = 27 L ID = 1749

Velocidad del flujo = 7.30 pie/s Velocidad del flujo = 15.06 pie/s [v = QIA ]I Carga de velocidad = 0.827 pies Carga de velocidad = 3.524 pies [v212g],

Nurnero de Heynolds «1.78E+05 Nurnero de Reynolds = 2.56E+05 [NR = vOlv]Factor de fricci6n: f = 0.0192

IFactor de fricci6n: f = 0.0197 Emplee la ec. 8-7

Perdidas de energia en la tuberia 1: Qty. Total KI

Perdida de energfa h L 1 = 0.43 piesuberfa: K, = 0.519 1 0.519

Perdids en la entrada: K2 = 0.500 1 0.500 Perdida de energfa h L2 = 0.41 piesElemento 3: K3 = 0.136 1 0.136 Perdida de energia h L3 ;; 0.11 piesElemento 4: K4 = 0.000 , 0.000 Perdida de energia h L4 = 0.00 piesElemento 5: Ks = 0.000 1 0.000 Perdida de energia h LS = 0.00 pies

I

Elemento 6: K6 = 0.000 1 0.000Perdida de energia hL6 = 0.00 piesElemento 7: K7= 0.000 1 0.000 Perdida de energia hL7 = 0.00 pies

,

Elemento 8: K8 = 0.000 1 0.000 Perdida de energia hL8 = 0.00 pies

Perdidas de energia en la tuberia 2: Qty. Total K

Tuberia: K; = 34.488 1 34.488 Perdida de energia hu = 121.53 piesI Valvula de verificaci6n: K2 ;; 1.800 1 1.800 Perdida de energfa hL2 = 6.34 pies

I Valvula de mariposa: K3 = 0.810 1 0.810 Perdida de energia hL3 = 2.85 pies, Codo estender: K4 = 0.540 2 0.540 Perdida de energia hL4 = 3.81 piesI Perdids en la salida: Ks = 1.000 1 1.000 Perdida de energia hLS = 3.52 piesIi

Elemento 6: K6 = 0.000 1 0.000 Perdida de energia hL6 = 0.00 piesElemento 7: K7 = 0.000 1 0.000 Perdida de energia h L7 = 0.00 pies

i Elemento 8: K8 = 0.000 1 0.000 Perdida de energia h L8 = 0.00 pies

1 Perdida total de energfa huo / = 139.01 piesl Resultados: 1Carga total sobre la bomba: hA = 299.8 pies

FIGURA 13.41 C arg a to tal sobre la bomba en el punto de operacion descado para el problem a rnodelo 13.4.

Paso 12. NPSHA = h~p± 1 7 . , . - hI - IIl•p'

S 1 4 7 . . ., . " . t Elltoll(CS,uponga que P,p = . psra (atmoslenca) sobre c1 agua el l cl deposito tuen c.

j J ~ 1 ' 1 4 .7 lb 1 4 4 pulg ' pie ~It,p = -- = --_)' --':-,--' _ .--- . = J3.lJ pic

Y pulg ' pre ()2.4Ih

II, -z- t H.O pies (cs positiva porque la hornha c),ta p ur d ch ajo dclnivcl de In fllcntcl

h, Pcnlida total de cncrgfa en la lfnca de succion :.= Pcrdida CIl la cntruda + Pcrdida e n

la viii villa I- Perdida ell la tuhcrfa

I ()41 . L () II . I" figUl'il,{ . . P ICS -r . PICo.; f· 0.4.1 pies -r- (J.t)." pies (se cncucntra los vulorcs en ,

U.41)

h , . " , O."j(Jl7 pic (de In rabla I :U)



13.15Modes de operacion d .

e sistemas alternos42 3

.J.O)

5 0

( I I

I

CurJa de renJimiento ~e la bOl~lbaT Punto d O _ : '

1 - - - - -- --- - -----~ - = = = = = = - f -) L ---~/- - -- - -

I - - - 1 - - - - - -_--- ~

-- -- ~ ----

~ L ; : : : d ~-~- - ----

---. --_--I

~ operacion que s -- t - - - - - -1- --- ----- --_ :::::.= --=~ ---- - se desea

//h" L---- Curva del sistema-. _

(, Targa de presion

- I

Carga de elevacion estatica

I t l I i0 25 50

racion

J 5(

30 (

~ ~O (

:tl

~c J 1 5 0

1 0 0

o 75 1 0 0 1 2 5 150 1 75 2 0 0 2 2 5 2 5 0 27 5

Capacidad (gal/min)

FIGURA 13.42 Curva del sistema para el problema modelo 13.4.

Entonces,

NPSHA = 33.9 pies + 8.0 pies - 0.95 pies - 0.5917 pies = 32.4 pies

Paso 13. Calcular

1.10 NPSHR = 1.10(8.0 pies) =8.8 pies

Por 1 0 tanto

NPSHA> 1.10 NPSHR (Esta bien)

Paso 14. Los tamafios de las tuberfas de succi6n y descarga Son diferentes de los tamafios

de los puertos de la bomba. Debe utilizarse una reduccion gradual que vaya de la

tuberia de succi6n de 31/2 pulgadas al puerto de succi6n de 3 pulgadas. Se debe

emplear una expansion gradual del puerto de descarga de 2 pulgadas a la tuberia

de descarga de 2 1 f 2 pulgadas. La relacion del diametro de cada uno es de 1.2, apro-

ximadamente. AI consultar en la figura 10.5 1 0 relativo a una expansion gradual, y

en la figura 10.10 acerca de una reduccion gradual, con la especificacion de Un an-

gulo incluido de 15°, se encuentra que el valor de K sera de 0.09 para la expansion

y 0.03 para la reducci6n. Las perdidas de energfa adicionales son

1z[_1 ' =0.03(t,2j2g) =0.03(0.827 pic) =0.025 pie

ht» = 0.09(v2j2g) =0.09(3.524 pie) = 0.317 pie

Estes valores son despreciables en comparacion con las demas perdidas de energfa

en las lfneas de succion y descarga y, por tanto, no afectan de manera significativa

la selecci6n de la bomba 0 SlI rendimiento,

•Hasta este momenta, el estudio se ha eentra?o en la 0~eraci6n de ~na. sola bomba a una

vclocidad iinica en un sistema dado. Ademas, I~~ gralleas de rendirniento estandar que

ionan loft fabricantes (como las de las figuras 13.27 a 13.35) se determinan aproporc· .'partir de datos de prucha con agua Ida como tluido que se bombeu.




13.1S.1

Impulsores de velocidad

variable

. i,Que. pas~rfa si .Ia ~eloc~dad de la b?mba vari~a? i,Que Sucederfa si el f1uido

viera una viscosidad significativamente mas alta 0 baja que la del agua? (,Que oc u .t~-

si se desea utilizar dos 0 mas bombas en paralelo para alimentar un sistema? .Qu' rnrta. d d I I'd d I' . (, e pasari a si se conectara bombas en ~ene, o~ e. ~ sa I,a. e ~na a imentars la toma de otra?-

En esta secci6n se estudia los pnncipros basicos mvolucrados en las respu .I I· I e sta , a

preguntas como las anteriores. Consu te cua quiera de as referencias 0 al fabricant d

.< : if i ta sob I' e ea bomba _para.obtener datos mas especi ICOS y asesona so re a aphcaci6n de bomba~en estas situaciones,

Cuando un sistema de transferencia de fluidos debe operar a capacidades variables

frecuente que se utilice una valvula de estrangulamiento, como se ilustra en la figues

13.36. La bomba se dimensiona para la capacidad mas grande que se prevea. Si la e~~

trega disminuye de QI a Q2, la energfa representada por h2 - hi se disipa conforme el

fluido pasa por la valvula. Esta energia primero la trasmite el motor de impulso a la

bomba, luego se transfiere al f1uido en esta, y as f se desperdicia. Los costos altos de

la energia hacen deseable que se modifique esta manera de operar.

Los impulsores de velocidad variable ofrecen una alternativa mas atrayente que

el estrangulamiento. Existen varios tipos de impulsores mecanicos de velocidad varia-

ble y de controles electronicos de frecuencia tambien variable para motores electrieos

estandar de CA. * La frecuencia estandar para la energfa electrica de CA en Estados U n i -

dos y muchos pafses mas es de 60 hertzios (Hz), 0 60 ciclos por segundo. En Europa y

otros pafses el estandar es de 50 Hz. Como la velocidad de un motor de CA es directa-

mente proporcional a la frecuencia de la CA, la variacion de esta hace que la velocidad

del motor cambie. Debido a las leyes de afinidad, conforme la velocidad del motor

disminuye, su capacidad decrece, 10 que permite que la bomba opere con la distribu-

cion que se desea sin tener que recurrir a un estrangulamiento. Se obtiene mas bene-

ficios porque la potencia que requiere la bomba disminuye en proporcion con la razon

de reduccion de la velocidad elevada al cubo. Por supuesto, un impulsor de velocidad

variable es mas caro que un motor estandar solo, y debe evaluarse la economia conjun-

ta del sistema a 10 largo del tiempo. Consulte la referencia 8.EI efecto de introducir un impulsor de velocidad variable en un sistema con una

bomba centrffuga depende de la naturaleza de la curva del sistema, como se ilustra en

la figura 13.43. La parte (a) presenta una curva del sistema que incluye solo las perdi-

das por friccion. La curva del sistema en la parte (b) incluye una carga estatica s u s t a n -

cial, compuesta por un cambio de elevacion y otro de presion de la fuente al destino.

Cuando s610 existen perdidas por fricci6n, la variacion del rendirniento de la bomba

tiende a seguir curvas de eficiencia constante, 10 que indica que las leyes de afinidad

estudiadas en la sec cion 13.8 se aplican bien. EI flujo volurnetrico cambia en proper-

ci6n con el cambio de velocidad; los cambios de carga 10 hacen con el cuadrado del

cambio velocidad, y los cambios de potencia con el cuba de la velocidad.

Para la curva del sistema que tiene una carga estatica elevada [yea l a f igura

13.43(b)], la curva de rendimiento de la bomb a se rnovera hacia las zonas de eticiencta

baja de la operaci6n, por 10 que las leyes de afinidad no se aplican en forma e~t~icta:

Sin embargo, el usn de impulsores de velocidad variable en las bombas centnfuga~

siempre brindara el metoda de energia mas baja para cambiar la entrega de fluido quehace una bomba.

Ademas de los ahorros de energfa, hay otros beneficios al usar impulsores de ve-locidad variable:

, los re-• Mejor control del proceso La entregu que hace una bomba se ajusta mas a '

querimientos, 10 que da como resultado Una mejor calidnd del procIucto.) 1 c o n -• Control de fa tasa de camhio Los impulsores de velocidud variable no s( 0 ..

I I I'd d f I' . id d I ue redlilCtro an a ve OCI a lila, Sll10 lambien la tasa de cambio de veloci a , 0 q

los derrarnes debido a la presion. . 'e• Desgaste mellor Las ve.locidadcs mas baja» reducen mucho las fuerzas que .~et l ~ ; j ~sobre los scllos y rodamlentos, 1 0 que rcsulta en una vida n111Surgu y conflcl1 1

mayor en el sistema de bombco.

f c -Las hom has que opcran en un rungo umplio de vclocidadcs tnmbien generanl~c

e_

tos indcscablcs, Los f1uidos en movimienlo induccn vibraciones que cambiun COil ,1 V



90300

80

70

60

- -:: - '"~c: '5.

- a'-

50 e :;:9 :9 150:::!OIl

40: : : !. . .r :::!

U u

30 100

O ~ - - O O L _ - - ~ ~ = = ~ ~ = = ~ ~ ~ J k - - ~ ~ - - ~ L - - - ~ - - - - _ t100 200

Io

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70

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E (1)

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f: J : : :!

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ho

100

20

50 -- --O - ----0 0

0 100 200 300 400 500 600

I

Capacidad (gal/min)

II I I I

o25 50 75 100 125

FIG URA J3.43 Efectos de los carnbios de velocidad sobre el rendimiento de una bomba, como funci6n

del tipo de curva del sistema,

13.15 Modes de opera "6 'CI n de sistemas alternos 425

100 80

80 Q.,-..

60 ~.c . . l o O :

60,"i'-

~ 40 .~40

e'lJ

c:(1)

C

20- 0

20 Q. Q.

300 400 500 600 8000 0

700

Capacidad (gal/min)

I I I

1 50I

1755 50 75 100

Capacidad (m3/h)

(a) Curva del sistema solo con perdidas por friccion

125

Eficiencia

10080

80 Q. 60 ~5 ~.

60 : : : ! : : : !

'u 40 'u40

c:U1)

£ 20 - 0

20 Q.

700 8000 0

I I

150 175

Capacidad (m,1/h)

(b) Curva del sistema con cargu estatica elevada



426Capitulo 13 Selecci6n y aplicacion de bombas

13.15.2Efecto de la viscosidad

del fluido

FIGURA 13.44 Efecto del

aumento de viscosidad sobre el

rendimiento de una bomba.

locidad del tluido. Puede haber resonancia en la bomba misma, en la estruetu d

berf I' ra e suontaje, en el sistema de apoyo de la tu ena y en e equlpo conectado. Para ide 'fj'

"1 I ., d I . n u l e a rdichas condiciones hay que vigt ar a operacion e sistema en el rango completo d. I " e laselocidades esperadas. Es frecuente que a resonancia se evue con el empleo de .

di . I alllor_iguadores de vibraci6n, aisladores 0 apoyos istmtos para os tubos.Tambien debe revisarse los efectos de un flujo mayor 0 menor sobre las co

. fi . , '. IIIpo-nen~es del sistema. Las valvlll~s de yen icacion requieren clerto. flujo mlnimo para ga-

rantizar su apertura total y el cierre seguro de sus componentes mternos. A veloeid d. d d' a esbajas los solidos que hay en los lodos hen en a se imentarse y acumularse en Iiegl'

., . Onesindeseables del sistema. Las bombas e impulsores que operan a velocidades baJ'asp _

. . erjudican su lubricaci6n 0 enfriamiento, y requieren sistemas adicionales. Las velOCid_

. . , ades nuts altas de 1 0 normal requieren una potencia mas grande de 1 0 que el impuisores

capaz, y se somete a los acoplamientos y otros de sus componentes a cargas mayores.

Las curvas del rendimiento de las bombas centrffugas, como las que se ilustra en las fi-

guras 13.27 a 13.35, se generan con datos de prueba y el ernpleo de agua como fluidode operacion. Estas curvas tienen exactitud razonable para cualquier fluido que tenga

viscosidad similar a la del agua. Sin embargo, el bombeo de fluid os mas viscosos oea-siona los efectos siguientes:

• Se incrementa la potencia requerida para impulsar la bomba.

• Disminuye el flujo entregado contra una carga dada.

• Baja la eficiencia.

En la figura 13.44 se ilustra el efecto de bombear un fluido viscoso si la bomba se hu-

biera seleccionado para el punto de operacion deseado sin hacer las correcciones nece-

sarias. EI sfrnbolo Q I \ ' denota la capacidad medida de la bornba con agua fria (es cormin

que se encuentre a 60 of 0 15.6 °C) contra una carga dada H. Contra la misma carga, labomba enviarfa fluido viscoso a un flujo volumetrien mas bajo Qds ; la eficiencia baja-

rfa y aumentarfa la potencia que se requiere para operar la bomba.

H

Punto de

operacion

que se desea

Potencia

-- -I--~- --~ -- --~-

I

Capucitlad

Curvn, con rayu continui, +-medicion de cutrilog«, con uguu

- -- - Curvas Con ruvu punlcutlH -~-opcrat:ilill COil f1uido viscose



13.15.3Bombas que ope ran

en paralelo

F leC R - \ 13.45 Rendimiento de

d f, ' t xJmb as que operan en paralelo.

13.15Modos de operaci6n de sistemas alternos

427

La referencia 6 prop~r . d. .,r ciona atos para los factores de correccion, que pueden uti-izarse para calcular el rendimiento esperado con fluidos de viscosidad diferente. Cier-to software para selec . b b .

. cionar om as aplica en forma autornatica dichos factores de co-

rreccl.6n: con el fin de ajustar las curvas de rendimiento de la bomba despues de que el

usuan~ mtroduce la viscosidad del fluido que se bombea. ConsuIte el producto mimero 1

de la lista de software dis -.' d ', para isenar sistemas e tubena, que se presenta al final de estecapitulo, en la secci6n 13.18.

. Como ejemplo del efecto que tiene la viscosidad en el rendimiento, se analiz6 un

conJunto de datos para una bomba que distribuiria 750 gal/min de agua fria, a una car-

ga de I00 pi~s, eficien~ia de 82% y requerimiento de potencia de 23 hp. Si el fluido por

bO~~be~ tuviera una viscosidad cinernatica aproximada de 2.33 X 10-3 pie2/s (2.16 X

10 m Is; 1000 SUS), se pronosticarfa el rendimiento siguiente:

1. A 100 pies de carga, la entrega de la bomba se reducirfa a 600 gal/min.

2. Para obtener 750 gal/min de flujo, la capacidad de carga de la bomba se reduciria a88 pies.

3. A 88 pies de carga y un flujo de 750 gal/min, la eficiencia de la bomba serfa de 51%Y se requerirfa una potencia de 30 hp.

Estos cambios son significativos. La viscosidad dada corresponde aproximadamente a

la de un aceite pesado para lubricar maquinaria, fluido hidraulico espeso 0 glicerina.

Muchos sistemas de flujo de fluidos requieren flujos volumetricos que varian mucho,

por 1 0 que son diffciles de obtener con una bomba sin provocar que opere muy lejos de

su punto optirno de eficiencia. Ejemplo de esto es un hotel de muchos niveles que re-

quiere la distribucion de agua que varia segun la ocupacion y hora del dfa. Otros ejem-

plos son las aplicaciones industriales que reclaman cantidades variables de fluidos de

proceso 0 refrigerantes.Una solucion frecuente de este problema es utilizar dos 0 mas bombas en paralelo,

cada una de las cuales extrae el fluido de la misma fuente de entrada y 1 0 envfan a un co-

lector cormin para hacerlo lIegar a todo el sistema. EI pronostico del rendirniento de siste-

mas en paralelo requiere comprender la relacion entre las curvas de las bombas y la curva

del sistema de aplicaci6n. En-teorfa, agregar una segunda bomba duplica la capacidad del

sistema. Sin embargo, conforme ocurre un flujo volumetrico mas grande en el sistema de

tuberfa, se crea una carga mayor, 1 0 que hace que cada bomba envfe menos flujo.

La figura 13.45 ilustra este concepto. Observe que la bomba 1 opera sobre la cur-

va de rendimiento mas baja y que a una carga H[ distribuye un flujo volurnetrico Q [ , 1 0

I~I

Carga

Q1

Cnpucidud



428Capitulo 13 Seleccion y aplicacion de bumbas

que esta cerca de su capacidad maxima practica en el punto 1 de operaci6n. Si se

sitara un t1ujo mayor, se activarfa una se~unda bomba; iden~ica a la otra, y el fluj~e~~~

mentarfa. Pero tambien crecerfan las perdidas de energia debido a la fricci6n y a las ,,S per-

didas menores, como 10 indica la ~urva d~1 sistema, que eventualmente alcanzarfa el

punto 2 de operaci6n y se entregana el flujo total Q2 contra la carga H2. Sin embar

' I d go,la bomba I experimenta la carga mas a ta y su entrega cae e nuevo a Q;. Una vez ue

se alcanza la condici6n de equilibrio nueva, las bombas I y 2 distribuyen t1ujos ig~a-

les, cada uno de los cuales es la rnitad del t1ujo total. Debe seleccionarse las bombas de

modo que tengan una eficiencia razonable en todas las capacidades y cargas, esperadas.

Se aplica analisis similares a sistemas con tres 0 mas bombas, pero es necesarioes-

tudiar con cuidado la operaci6n de cada bomba con todas las combinaciones posibles de

carga y flujo, porque podrfan surgir otras dificultades. Adernas, algunos diseiiadores em-

plean dos bombas identicas; operan una a velocidad constante y la segunda con un impul-

sor de velocidad variable, para tener un ajuste continuo con la demanda. Estos sistemas

tambien requieren analisis especiales y debe consultarse al fabricante de la bomba.

13.15.4 Dirigir la salida de una bomba hacia la entrada de otra permite obtener la misma ca-

Bombas que operan en serie pacidad con una carga total igual a la suma de los val ores de las dos. Este metodo per-

mite operar contra cargas inusuales, por 10 altas.

La figura 13.46 ilustra la operacion de dos bombas en serie. Es obvio que cada

bomba conduce el mismo t1ujo volumetrico Q,oral' La bomba 1 lleva el fluido desde la

fuente, incrementa en algo la presion y entrega el fluido con esta presion a la bomba 2 .

La bomba 1 opera contra la carga HI que producen las perdidas en la linea de succion

y el incremento inicial de la presi6n. Despues, la bomba 2 tom a la salida de la bomba I.

incrementa aiin mas la presion y envfa el fluido a su destino final. La carga de la born-

ba 2, H2, es la diferencia entre la carga dinamica total TDH en el punto de operacion

para las bombas combinadas y HI'

13.15.5 Es posible obtener un rendimiento similar al que se logra con el uso de bombas en se-

Bombas de etapas multiples rie, por medio del empleo de bombas de etapas multiples. Se dispone dos 0 mas impul-

sores en la misma carcasa, de modo que el fluido pasa en forma sucesiva de uno aJ si-

guiente. Cad a etapa incrementa la presion del fluido, por 10 que se desarrolla una carga

total elevada. Consulte la figura 13.17.

FIGURA 13.46 Rendimiento de

dos bornbas que operan en serie.

Ambas bombas Punto de

operacion

Curva IdelDH - - - -

CapncidudQ 'oral



13.16SELECC)(lN DE LA

l~n;\'IlL\y YELO(_~IDAD

) ESPECIFICA

13.16 Selecci6n de la bomba y velocidad especifica429

La figura 13.47 muestra un rnetodo para decidir que tipo de bomba es apropiada para

un servicio dado. De la grafica se obtiene ciertas conclusiones generales, pero debe en-

fatizarse que las fronteras entre las zonas son aproximadas. En la misma condici6n, dos

o mas tipos de bombas pueden proporcionar servicio satisfactorio. Factores como el cos-

to, tamano ffsico, condiciones de succi6n y tipo de fluido, tal vez impongan una selec-ci6n particular. En general:

1. Se emplean bombas recfprocas para flujos volumetricos superiores a 500 gal/min, ydesde cargas muy bajas hasta cargas de 50 000 pies.

2. Se utiliza bombas centrffugas en un rango ampIio de condiciones, sobre todo en apli-caciones de capacidad alta y moderada.

3. Las bombas centrffugas de etapa unica que operan a 3500 rpm son econornicas, abajos tlujos volumetricos y cargas moderadas.

4. Las bombas centrffugas de etapas multiples son deseables en condiciones de cargaelevada.

5. Se ernplea bombas rotatorias (es decir, engranes, aspas y otras) en aplic~cion~s que

requieren capacidades moderadas y cargas grandes, 0para fluidos con viscosidadesaltas.

Flujo (m3/h )

23 230 2300 230002..3----------~~--------~~--------_r----------l3000000000~

1010

f'lG(JRA J3.47

Centrifugas

de velocidad

alta

30

10010 (J O O

3100 0 0 0

Flujo (gal/min)

. " nar hombas.GrM i (.;a p ara sclecci«



13.17COSTOS DEL CIeLO

DE VIDA PARASISTE\IAS DE

BO.\IBEO DE FLl;IDOS

Capitulo 13 Seleccion y aplicacion de bombas

6 Las bornbas centrffugas especiales de velocidad alta operan bien para una vel .• IA :' t. d OCldadsuperior a 3500 rpm de los motores e ectncos estan ar, y son deseables para carg

elevadas y capacidades moderadas. A veces, tales bombas son movidas por tu b' as, " , r r n a s

de vapor 0 gas,

7. Se usan bombas de flujo mixto y axial para flujos volumetricns muy grandes Y ca

I, .'I r,gas pequenas. Algunos ejemplos de su .a.p rcacion son e C?,nlrol de inundaciones y

la extraccion de agua del subsuelo en siuos para construccion,

Otro parametro uti I en la seleccion del tipo de bomba para una aplicaci6n dada es

la velocidad especifica, definida como

(13-17)

donde

N = Velocidad rotacional del impulsor (rpm)

Q = Flujo volumetrico a traves de la bomba (gal/min)

H = Carga total sobre la bomba (pies)

La velocidad especffica puede concebirse como la velocidad de rotacion de un irnpul.

sor de geometrfa similar que bombee 1 .0 gal/min, contra una carga de 1 .0 pies (consul-

Ie la referencia 6). Fuera de Estados Unidos a veces se emplea unidades diferentes, par

10 que. cuando haga cornparaciones, el disefiador de la bomba debe determina- cuales

fueron las unidades que se emplearon en un documento en particular.

Es frecuente que la velocidad especffica se combine con el didme tro especifico para

producir una grafica como la que aparece en la figura 13 .48 . EI diametro especffico es

DHI/4

D"= v'Q( 13-181

donde D es el diametro del impulsor, en pulgadas. A los otros terrninos ya se les habia

definido.

En la figura 13.48 ohservamos que se recornienda las bombas centrffugas de flu-

jo radial para velocidades especfficas de 400 a 4000. Se emplea bombas de flujo m i x t o

de 4000 a 7000. aproximadamcnte. Se utiliza las de flujo axial de 7000 a 60 ODD,Con-

suite en la figura 1 3 , I las forrnas de los tipos de impulsor.

EI terrnino costo del ciclo de vida (LCC, po r su siglus en ingles) se refiere a la consi-

deracion de todos los factores que constituyen el costa de adquirir, mantener y operar

un sistema de bombeo de fluidos. Las practices de disefio correctas tratan de reducire l

LCC al cuantificar y calcular la surna de los factores siguientes:

1. Cos to inicial de la bomba, tuberfa, valvulas y otros accesorios y controles.

2. Costo de la instalacion del sistema y ponerlo en servicio, .3 C d I, " re s 'IUXI-• os to e a energra que se necesita para impulsar la bomba y los componen .•.

liares durante la vida esperada del sistema,

4 . Costos de operacion relacionados con la ad rn in isu ucio n d el sistema, inclusive cl t n t -

bajo y l a supe rvi si on .

5 c · ,I ' . nscn"lr In._ lIstIlS ue muntemmicntn y rcparaci<>n durante In vida del sistema. pura eo, '

bomba en opcracion en las condiciones de discfio. "'1

6 C I J I J ' , , I 'If'lndo csl.• _00,; 0 uc a proc uccion pcrdida de un urtfeulo por fullus de III hom )[1.0 l ,

..e apaguc para darlc mantenimiento. .

7. ('o..,IO'i ambicntale-, que gcneran los Iluido x dcrranuulos por Ia hornhn (I e!l'lllllJ1l)

relaclonado con ella, "1

• 'n'ICIlUH . Co ...o.. , del desJn()l1luje H I final de la vida lllil de lu homha. inclusive su dum'

y limpicza del sitlo.



13.17Custos del ciclo de 'd' '

VI a para Sistemas de bornbeo de fluidos431

6,0

5,O!

~ ,O :,

j

3 .0 :

1.5 I

2,0': : :

!.J 1 .5

=:J:Jc,.I'.

:J

1 .0- 0.9 '~

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O .~ ,- '-----~-iii-I-t---t--+~___:~~:::::i==l:~

O'~0¥i01440ruO~~~7~00n~10;:;;0)(;0~_l_~20~0~0~-::;~---:-:~_l_~_j__l_D~~3000 4000 6000

Velocidad especffica Ns

60000

N= Rev/min

Q = Flujo, gpm

H = Carga, pies

D=Diametro, pulgadas

FIGURA 13.48 Velocidad especffica versus diarnetro especffico de las bombas centrifugas -Auxiliar para seleccionarbombas, (Tornado con penniso especial de Chemical Engineering, 3 de abril de 1978. Copyright © 1978,

par MCGraw-Hili, Inc., New York, N.Y. 10020.)

En la referencia 7 se encuentra mas detalles acerca de estos temas y el contexto mas

amplio del costo del cicio de vida.

Minimizar los costos de la energiaPara las bombas que ope ran de manera continua durante periodos largos, el costo de la

energia es el componente mas oneroso del costo total del cicIo de vida. Aun para unabomba que operara tan solo durante 8 horas al dia durante 5 dfas a la semana, el tiem-

po acumulado de operacion es de mas de 2000 horas por afio. Las' bombas que impul-

san procesos continuos como la generacion de energfa electrica lIegan a operar mas de

8000 horas por afio, Por tanto, un objetivo importante del disefio correcto de sistemas

de fluidos es minirnizar la energfa que se requiere para operar la bomba. La lista que si-

gue resume los enfoques de disefio de los sistemas, con el fin de reducir el costo de la

energfa y ayudar a garantizar su operacion confiable. En este capftulo ya se estudio al-

gunos de estos conceptos:

1. Hacer un analisis cllidadoso Y cornpleto del disefio que se propone para el sistema

de tuberia, con el fin de comprender donde ocurren las perdidas de energfa y prede-cir con exactitud el punto de operacion de diseiio de la bomba,

2. Reconocer que las perdidas de energfa en las tuberfas. valvulas y acoplal11ientos, son

proporcionales a la carga de veloc,idnd. es decir, ul cuadra~o de la velocidad de tlujo.

Por tanto, Ja reducci6n de 1<1elocidad provoca una reduccion muy grande de las per-

didas de energlu y de la carga diruimica total ~ue la bomba requiere, Entonces. podrfa

emplearse una hornba mcnos cara por pequena.



432 Capitulo 13 Seleccion y aplicaci6n de bombas

3. Utilizar el tamario practic? mas grande d~ tuberfa ~ara las Ifn~as de succi6n Y des.

carga del sistema, con objeto de mantene~ la velocidad del fluJ~ en un mfnimo. Te-

ner claro que las tuberias gI:~ndes, son m~s ~aras que las ~equen,as Y requieren V a l .

vulas y acoplamientos tam bien .mas caros. S~ embar~o, es comun que el ahorro de

energfa acumulado durant.e la Vida de operacion del sistema supere estes costos l l 1 a s

grandes. La figura 13.49 ilustra este conce~to en forma c~~ceptual, al comparar los

costos del sistema con los costos de operacion, como funcion del tamano de tube'Otra consideracion practica es la relacion entre los tamafios de tuberfa para los puna~

I d· - d ~tos de succi6n y descarga de la bomba. A gunos isena ores recomiendan que las tu -

berias sean de un tamafio mayor que la de los puertos.

o'§u

Costo del cicio de vida

FIGURA 13.49 Principio del costa del

cicio de vida para sistemas de bombeo

para distribuir fiuidos.

III////'

: /,/'//~COstodel

/' sistema

Costo

de operaci6n

Tamafio de la tuberfa

4. Ajustar con cuidado la bomba con los requerimientos de carga y capacidad del s i s -

tema, con objeto de garantizar que aquella opere en el punto optirno de eficiencia

(BEP), 0 cerca de este, y evitar el uso de una bomba sobredimensionada que haria

que se operara con una eficiencia menor.

5. Utilizar la bomba de eficiencia maxima para la aplicacion, y operarla tan cerca comosea posible de su BEP.

6. Usar motores electricos de eficiencia alta y otros impulsores primarios para impul-sar la bomba.

7. Considerar el empleo de impulsores de velocidad variable (VSD) para las bombas,

con objeto de permitir el ajuste de la entrega que hag a la bomba con los requerimien-tos del proceso. Consulte la seccion 13.15.1.

8. Considere dos 0 mas bombas que operen en paralelo, para sistemas que requieran

flujos volumetricos muy variables. Consulte la secci6n 13.15.3.

9. Proporcionar un mantenimiento diligente a la bomba y al sistema de tuberfa, p~

minimizar la mengua del rendimiento debido al desgaste, la acumulaci6n de 6xld.o

en las superficies de las tuberfas y la fuga de fluido. La vigilancia regular del rendl-

miento de la bomba (presiones, temperaturas, flujos volumetricos, corriente en e~~o-

tor, vibraci6n y ruido) es un deber de la operaci6n normal y permite dar atenCIOn

las condiciones anonnales.

Otras consideraciones pracncasLa . dl~~1. s componentes mternos de las bornbas centrffugas se desgastan con el pasO e IE I . '" I . . entre e

po. n e equipo micra se incluye anillos de ajuste para cubrir los espaclOS .. I I I amIlos.impu sor y a carcasa para mantener los valores 6ptimos. Con el desgaste de os da-

los claros se agrandan y el rendimiento de In bomba disminuye. Segiin la recomen I

cion de los fabricanies de bombas, reemplazar los anillos en forma regular devuelve a



13.18SOFTWARE PARA

DISENAR SISTEMAS

DE TUBERIAS Y

SELECCIONAR BOMBAS

13.18Software para disefiar siste ., ,

mas de tubenas y seleccionar bombas433

bomba a su nivel de rendimiento de d' _ '.por la abrasi6n del fluid E ' iseno. Las superficIes del impulsor se desgastan

2. Operar la bomb o. sto podna hacer que fuera necesario sustituirlo.

mas altas a los roda p~ntos alejados del punto de eficiencia 6ptima somete a cargas

la bombs, amrentos, sellos y anillos contra el desgaste, y reduce la vida de

3. Tiene importancia crftica el dar ' .

operaci6n satisfactor' id I apoyos rigidos a la bomba con objeto de tener una. ia y VI a arga.4. Es esenctal alinear con cuid d 1 .

una deflexio . a 0 e motor irnpulsor con la bomba, para que no hayaeXI n excesivs del eje de est a y 1 1

daciones del f b . egue a rornperse pronto. Siga las recornen-A a ncante de la bornba y revise la alineaci6n en forma peri6dica

5 . v:eg~:~:~ de ~u~ el flujo de .la l fnea de succi6n a la entrada de la bomba se~ sua-

di y diam ga vortices 0 remolinos, Hay disefiadores que recomiendan un minimo de

iez d1

etros de tubo recto (10 X D) entre cualquier valvula 0 acoplamiento y la

direc a de la bomba. Sin embargo, si se requiriera una reducci6n, debe instalarseirecta en la bomba.

6. Apoyar ~os .tubo~ y vaIvulas en forma independiente de la bomba, y no permitir que

cargas slgmfi~atIvas sobre el tubo se transfieran a la carcasa de la bomba. Las car-

gas elevad~s tienden a.~ene;ar cargas adicionales sobre los rodamientos, y deflexio-

nes en e.l eJ~ qu~ modificanan los espacios entre el impuisor y la carcasa.

7. Use aceite limpio, grasa u otros lubricantes para los rodamientos de la bomba.

8. No pe~ta _que la bo~ba opere sec a 0 con aire en el fluido que mueve. Esto requiere

que se diserie con cuidado la entrada a la lfnea de succion y el tanque, cisterna 0 al-macenamiento de donde proviene el fluido.

Al final de cada capitulo se encuentra una lista de varios paquetes de software disponi-

bles comercialmente, que ayudaran en el disefio y analisis de sistemas de tuberfa. Algu-

nos tambien incluyen program as para seleccionar la bomba, por ejemplo PumpBase, de

Tahoe Design Software, que se encuentra a su disposici6n en este libro. Estos paquetes

son versatiles y una ayuda valiosa para quien disefia sistemas, para analizar distribucio-nes complejas de ductos, quiza con cientos de segmentos de tuberfa, valvulas, acopla-

mientos, cambios de elevaci6n y otras caracterfsticas especiales practicas. La modelaci6n

del sistema recibe el apoyo de interfaces graficas para el usuario, que permiten selec-

cionar los elementos a partir de una librerfa. Las propiedades del fluido tambien se se -

leccionan de una base de datos de fluidos comunes numerosos, 0 bien el usuario intro-

duce valores especiales. Es posible modelar sistemas en serie, paralelo 0 en red. Ademas

de lfquidos, algunos manejan gases ofluidos en dos fases. A veces incluyen flujo esta-

ble 0 inestable, analisis de esfuerzos y respuesta dinamica del sistema de tuberfa. Tam-

bien estan a la venta program as especializados para sistemas de riego y protecci6n

contra incendios. Esta clase de software permite que se considere varias propuestas de

disefio para poner a punto el sistema, de modo que sea 6ptimo para la aplicaci6n, pueslibra de gran parte del esfuerzo de calculo.

Empleo del software PumpBase, para selecci6n de bombasE t programa PumpBase requiere que se introduzca s610 unos cuantos datos, como la

sea dinarnica total (TDH) [yea la ecuaci6n (13-1)] para el flujo volurnetrico de dise-carg . I ]L d I' ,fio y la carga estatica [consulte la ecuacion ( 3-11). a curva e sistema se genera en

c tornatica con el ajuste de una curva de segundo grado que pasa a traves de esoslonna au . . < : did de enerzf . Id tos conocidos. Ha~ que recordar que las per 1 as e energia son proporciona esos pun I f b b d dI . de velocidad v /2g. Entonces, e so tware usca en una ase e atos gran-

a a carga d c. b ' id ifi Id I dirnientos de las bombas de docenas e r a n ca nte s, para I e ntr re ar as quede e os ren I, , .. f I unto de operaci6n que se requiere. Se presenta una lista, en orden de eft-

sans agan e P , '6, ' d I bombas que son candidatas. La selecci n de una bomba nos lleva a lasClenCla, e as· d I' " ,

- d curvas de re nd ir nie nto , la curva e sistema se pone encima y se indicagraft cas e sus . ,. ,

d b' el punto de operaci6n dentro del rango completo de funcionarnienm ded6n e se u lea "

b EI rograma comunica los datos con la potencia que se necesua para mo-la bom a. P - did .

h. I' NP5H requerida, los tamanos e os puertos e succion y descarga. yver la hom a, a c

h d J ( delo del fabricante de la bomba.el nom re em)



434 Capitulo 13 Seleccion y aplicaci6n d e bombas

Debe observarse que las curvas de rend im iento de bomb as que se publica Ifrf ( , as ab-

tiene el fabric ante con el usa de aguu ria .es comun q~e se encuentre a 60 OF 0 15.6 0 C

qu e tiene una viscosid ad cine matica relativamenrc baja de 1 .21 x 10-5 pi e2/s 0 .1 2 ) ,

1 0 -6 m 2/s; 1 .1 2 1111112 /s : 1 .1 2 cS t; a~roximad~rnente 31 SUS? EI bom beo de fluid os m~

viscosos, como la rnayorfa de aceites, requiere qu e se ~ph que factores de correcci6n

como se describe en la seccion 13 . 15 .2 Y en la ~eferencJa ,6. PumpBase perm ite intro~

dud)' la viscosidad del t1 uido, y el program a aplica despues los factores de cor re c ci6n

apropiados ante s d e se le ccionar la bomba.

PumpBase tambien perm ite que se introduzca.el valor lim ite de NPSH que la

bomba requiere, y luego elim inar la bomba que necesite un valor mayor.

REFERE:t\CL\S-

1. American Society of M echanical Engineers. 1 996. Energy

Saving in the Design and Operation of Pumps. New Y ork:

ASM E Press.

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Pumps. N ew Y ork: E lsevier Science.

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S taff. eds. 1 994 . Fluid Movers. N ew Y ork: M cG raw -H ilI.

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Selection. 2a ed . New York: ASME Press.

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E lse vie r S cie nc e.

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Irving. TX: Flowserve, Inc. (Ediciones ant er io re s p ub li cadas

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P arsippany . N J: H yd raulic Institute .

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Pumping: A Guide to Successful Applications. Parsippany.

N J: H yd raulic Institute .

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P arsippany , N J: A uth or.

10 . H yd raulic Institute . 20 0 4. Pump Standards. Parsippany, NJ :

Auth or. [ Es ta nd are s in div id ua le s, 0 c onju nto s c omple to s d e

bornbas ce ntrffugas, re ciprocante s, rotatorias, ve rticale s y

operadas co n aire.]

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P arsippany . N J: A uth or.

12. Karassik, I.J .• J . P. M essina, P . Cooper y C. C. H e ald . 2 0 0 1 .

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Graw-HilI .15. Sanks. R. L. 1998 . Pumping Station Design. 2a ed. New

York: E lse vie r S cience .

16. Tuzson, Joh n. 20 00 . Centrifugal Pump Design. New York:

Wiley.

SITJOS DE J~TERNET

Nota: Consulte la seccion de S itios de Internet al final del capi-

tulo 1 2. que incluye varios paquetes de softw are para disefiar sis-

temas de tuberfa, disponibles comercialrnente , muchos de los

cuales incluy en h erram ientas para seleccionar bom bas.

I. Hyd ra ul ic I ns ti tu te www.pumps.org A sociacion d e fabri-

cantev y usuaries de bombas que proporciona estandares de

productos y constituye un foro para el intercarnbio de infor-

rnacirm <obre la industria de la ingenierfa, fabricacion y apli-

cacion de equipo de bornbeo.

2. Pump-Flo.co www.pump-f/o.('()m/mmllliist.(fsp Software

g ra ru rto e n lin ea p ara seleccionar bo rnbas , p e rr ni tc busquedasen 10'> catalogos de docenas de fuhricantc ...de bornbas.

3. Pump" & Systerns Magazine www.pump-rone.com Pu-

blk.acirm dirigida a In... uvuarios y fahricantes de bornbas,

um enfalil'i evpecial err la operacion y el mantcnim iento de

~)(.rnba<, y ' · . 1 vternas.

4. A nim ated Softw are C om pany 1I'1I'II'.onimoteds4tl1'are.c(l/ll

Productor de All About Pum ps, conjunto de im age ne s d e n u i s

de 75 tipos diferentes d e bombas, COil a nima cio nc s q ue ilu s-

tran la circulaci6n dcl Iluido y las acc iones mecanicas. Hl Iga

clic en "G lossary of Pumps" .

S ~• A rmstrong Pumps, Inc. lI'II'II'.armstrOllgpl lml,s.('OIll '

b ' d b b I" idenc i lies)' cOiner-cante e am as para up icucroncs rcsic encuue "

ciales, inclusive sistem as H V AC , hidronicos y de rrOlel. 'CIOI. d i , . d ' I'las L'lIn'lI~contra IIK cn lOS. En cl SIIIO Wch sc ISPOI1Cl: ,.

de r en d im ien to .

(j B II - bri I' de h ( ll Il -t. C & Gossett www.bel! ~(}SSl'lt.('(Jm hi I'IL'ane ..L • I 'dnlu l iL( I~nas ccntrffugas para siste mas HVAC , h id n1 nicos, 1 1 '

Y apl ic uc io nc s in du str ia le s.

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Softw are para d ' - d .rseno e S istemas de tuberfa

SfJFTWARE PARA DISENO DE SISTEMAS DE TUBERIA

c r a n e PuIllPg un.d Systems, II'Wh:crallepumps,com Fabri-

7. , de una variedad umplia de d isenos y conf-Ig . 'caI

1 tt _. UI aClonesd e bomhas ce ntntugas que se cO lllercializan con las m arcas d e

, 1 " Bames, Burks, Prosser y Deming, entre otrasl ,:1 1 \ . ' . , ,

8. Eatlln Hydraulics "f~p:/lhvdraulics,eafoll.c()mlproducts/

-r=:': ..abnca,~t~ d e bO I1 ~bas y valvulas h id niu-

!i.';!:' con las marcus de V ickers. Ch ,tr-Lynn, Denison Hy-

d raul ic s. R ex ro th . Sundstrand, e HYdrO-line, D iV iSion de

Eawn Corpo ra tion.

F1ow sen 'e Corporation lI'II·lIj7owserve.com F abricante d e

9 , bL)mbas ce ntrifugas y rolatorias de varias marcas, tale s com o

F1l)\\Serve. Durco. P acific. y W orth ington, entre otras. Tienen

ap licac ion en lu generaci6~ d~ p,otencia. ~etr6leo y gas, pro-

cesos quirnicos. recursos h ld rauh cos, rnannos, pulpa y papel,

m inerla. metales primarios y mercados industriales en ge-

nera l. E s lider en el campo de las bornbas de p ro ce sam ien to

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(!3.6 m3/h)] centrifugas, de piston, peristalticas, engranes,

m edicion de fuelles y oscilantes, valvulas para aparatos, pro-

c e sam ien to de a limen to s, quimica, medicina, HV AC y varias

a plic ac io ne s m as. O tra s divisiones d e Go nn an -R up p surni-

nistran bom bas con capacidades de h asta 50 0 0 0 0 gal/min

(113550 m3/h).

1 1 . Gould s Pumps www.gouldspumps.com Fabrica un rango

amplio de bom bas centrffugas para agua potable y residual,

C cm ercialm ente h ay paquetes de softw are nurnerosos para d is~-

i i 2 . i sistema" de tuberia que generan buen rend irniento del flujo

d e fluido. y que son seguros en cuanto a los esfuerzos en la t u -

bda, apoyos, y anclajes. La lista que sigue es una rnuestra,

1 . Tahoe De sig n S of tw a re www.tahoesoft.com Productor de

HYDROFLO, HYDRONET Y Pumplsase, paquetes para

analiza- sistemas de tuberia en serie, paralelo y redes. Pum p-

Ba~e es un auxiliar en la seleccion d e bom bas ce ntrifugas.

2 . A B Z, Inc. www.abzinc.com Produce el softw are Design

Flow Solutions, para resolver una variedad de problemas de

C lT culacionde fluidos, inclusive sistem as en serie, paralelo

y rede<;,D esarrollador original del softw are C rane C om pa-. . , . ierfa paraWm. PnlV eedor de servicios de consultona e mgern

la indu< ;tria de la generaci6n de energta.3 . S ir r ( . . . E ". P rod uctor d el soft-

, 1,)(;1- <scor www.stmsct-essconcom

W are PIPEPHASE, que modela sistemas de tuberia y redes

de nujrl de petr61 eo y gas en una y mUltiples rases.tEf'('( .,1 'e los paque-, - IN Intemati(mal www.epcon.com PmuUc ' ,

I . e , )rNET y CHEMPRO para analisis de redes de tube~Ja eIn<'t' , ' If id ' gases y lases

F; nltna d e proce 'io< ; d e siste mas para tqui os, " .

rn6 1t I d ' de la s propleda-Ip es. Incluye una copiosa base de at os <..

( k : , f' , E I rerrM inte-1\ICii'>. U <; (J f fware SYST EM 7 Process sxp {) "

~Id I,· . , ., d I fluJ 'o d e tlU id os.' d c , l r r I U l a C l ( m d e pro ce sos y analisis e

435

agr~cul~lIra, irrigaci6n, alim entaci6n d e cald eras, H VA C y

aplicaclOnes para la industria en general. Es subsid iaria deIT T Ind ustries, Inc.

12. IM O Pump Company www.imo-pump.com Fabrica born-

bas d e tornillo y e ngrane s para ind ustrias com o la d el transpor-

te d e pe trole o, m aquinaria h id niulica, re fine rias, m arina, m a-

nejo d e com bustible de aeronaves y potencia d e fluid o.

13. M arch P um ps www.marchpump,com F abricante d e bom-

bas centrffugas de capacidad pequeiia y m edia.

14. M oy no, Inc. www,moyno,com Fabricante de la bom ba de

cavidad progresiva de la m arca M oyno, que se utiliza e n a pli -

caciones am bientates, qufm ica especializad a, pulpa y papel,

m ate ria1 es para construcci6n, alim entos y be bid as, rninerfa y

rn uc ha s o tra s a pl ic ac io ne s.

1 5. Seepex Pumps www.seepex.com Fabrica bombas de ca-

v id ad p rog re siv a p ara a plic ac io ne s ind ustria le s,

16. Warren Rupp, Inc. wwwworrenrupp.eom Fabricante debombas de d iafragm a de las m arcas SandPIPER y M arath on,

para los mercados de la quim ica, pintura, procesam iento de

com id a, construcci6n, m inerfa y la ind ustria en general.

17. W atson-M arlow Bredel Pum ps www.watson-marlow.com

Es fabricante de bom bas peristalticas para la industria qui-

m ica, artes graficas, tratam iento d e aguas, m inerfa, cientffi-

ca e industria en general. Tarnbien prod uce bom bas peque-

iias de d iafragrna para gases y lfquidos.

5. KORF Softw are www.korf.co.uk Produce el software

KORF H y dra ulic s © para ca1 cular tlujos volum etricos y pre -

siones en tuberfas y redes de tuberfa pa ra tlu id os liq uid os,

isoterrnicos cornpresibles y en dos fases.

6. Applied Flow T echnology www.aft.com Productor de

AFT T itan, AFT Arrow , AFT Fathom , y otros paquetes para

diseiio y analisis d e circulaci6n d e fluid os, capaz d e. e stud iar

tluidos lfquidos y com presibles. Pipenet Spray /S~nnkIer se

utiliza para sistem as de protecci6n contra i~cendlOs, y Au-

toP ipe realiza analisis d e esfuerzos en tuberfas.

7. ALGOR www.algor.com Produce PIPEPAK,. softw are

I', ar el m ovim iento de tluidos estables e inestables,para ana IZ , . . ,, istemas de tuberra incluye analisis estatico de es-aSI como s , .

f . frecuencia natural y respuesta a la frecuencia, queuerzos, . d . Ida apoyo a la em isi6n de c6digos de ,estandares m ustna es

para tuberfas de generaci6n de energia y procesos.

. d Softw are wwwjlllid.flowsoftware.com Produc-8. Engmeere . I tl . d I' .

d I f:t are F LO -S ER IE S para analizar e ujo e iqui-tor e sal I w , , P

d ' fluidos com presibles e inventarios de pulpa y papel, PUM -os, xiliar en la seleccion de bombas centrffugas porFLO es lin au . . ,d i de los catalogos elcctronicos d e los fabricantes d e born-

me 10 e 0" • , ' • d' d 'D· , de unn copiosa base de datos de I<ISpropie a es

bas, ispone .' . ' ..', I.. 'I' ,c es'lm ic nto d e fluid os qu frn ico s e in du stria es,i fs ICas pard P ( . ,

http://www.gouldspumps.com/

http://www.tahoesoft.com/

http://www.abzinc.com/

http://www.stmsct-essconcom/


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http://www.imo-pump.com/

http://www.marchpump%2Ccom/

http://www.seepex.com/

http://www.watson-marlow.com/

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Capitulo 13 Selecci6n y aplicacion de bombas

PROBLEMAS - -3.1 Mencione 12 factores que debe considerarse al seleccio-

nar una bomba.

13.2 Mencione 10 conceptos que hay que especificar para las

bornbas .

13.3 Describa una bomba de desplazamiento positivo.

13.4 De cuatro ejemplos de bombas rotatorias de desplaza-

miento positi vo.

13.5 Mencione tres tipos de bombas reciprocantes de des-

plazamiento positivo.

13.6 Describa una bomba cinetica,

13.7 Mencione tres clasificaciones de las bombas cineticas,

13.8 Describa la accion de los impulsores y la trayectoria ge-

neral del flujo en los tres tipos de bombas cineticas.

13.9 Describa una bomba de chorro.

13.10 Mencione la diferencia entre una bomb a de chorro super-

ficial y otra de pozo profundo, tambien de chorro.

13.11 Mencione la diferencia entre una bomba recfproca sim-

plex y otra duplex.

13.12 Describa la forma general de la grafica de capacidad de

la bomba versus presion de descarga, para una bomba

rotatoria de desplazamiento positivo.

13.13 Describa la forma general de la grafica de carga total

versus capacidad de la bomba, para bombas centrifugas.

13.14 En la grafica de carga versus capacidad del problema

modelo 13.13, agregue otras graficas de la eficiencia ypotencia requerida,

13.15 i.,A que [eyes de aflnidad se alude, a proposito de las

bombas?

13.16 Para una bomba centrifuga dada i.,cuanto cambia la ca-

pacidad, si la velocidad de rotaci6n del irnpulsor dis-

minuye a la mitad?

13.17 Para una bomba centrffuga dada i.,cmlnto cambia la carga

total, si la velocidad de rotaci6n del impulsor disminuye

ala mitad?

13.18 P~ra una bomba centrifuga dada i.,cuanto cambia la po-

tencia requerida para mover la bomba, si la velocidad derotaci6n del irnpulsor disminuye a la rnitad?

Para una carcasa de bomba centrffuga de tarnafio dado

(,(;u3.nto cambia la capacidad, si el diarnetro del impul-

sor disminuye 25%?

Para una carcasa de bomba centrffuga de tamafio dado

. cuanto cambia Ja capacidad de carga total, si el diarnetroIJ

del irnpulsor disminuye 25%?

Para una carcasa de bomba centrffuga de tarnafio dado

. cuanto cambia la potencia que se requiere para mover

; J a bornba, si el diametro del irnpulsor disminuye 25%7

Describe cada parte de esta notacirin de bornba cen-

trffuga: J 1/2 ;/. 3 - 6.

Para la Ifnea de bornbas de la figura 13.21, especifique

un tamano apropiado para enviar 100 gal/min de agua,

a una carga total de :WO pies.

13.19

13.20

13.21

13.22

J3.23

13.24

13.25

13.26

13.27

13.28

13.29

13.30

13.31

13.32

13.33

13.34

13.35

Para la Ifnea de bombas de la figura 13 21 . ._. .' ,especlfi_

que un tamano apropiado para enviar 600 Llmin de a u

a Una carga total de 25 m. g a

Para la curva de rendimiento de la figura 1327 qu. , e Co-rresponde a Una bomba centrffuga de 2 X 3 - 10 d

~riba el rendirniento esperado de una bornba c~n e;~

I~pulsor de 8 pulgadas qu~ opera contra una carga de

sistema de 200 pies. Mencione la capacidad esperada

potencia que se requiere, eficiencia y NPSH requerida.'

Para la curva de rendimiento de la bomba centrffuga d e

2 x 3 - 10, de la figura 13.27 i.,a que carga oper ar s con

su eficiencia mas alta la bomba, si tiene un irnpulsor de

8 pulgadas? Mencione la capacidad de la bomba, potencia

que requiere, eficiencia y N P SH necesaria a dicha carga.

Con el resultado del problema 13.26, describe Como

cambia el rendimiento de la bomba, si la carga del sis-

tema se incrementa 15%.

Para la curva de rendimiento de la figura 13.27, que co-

rresponde a una bomba centrffuga de 2 X 3 - 10, deter.

mine la carga y capacidad totales a que operara la bornba

con eficiencia maxima, para cada uno de los tamaiios

mostrados.

Para una bomba centrffuga dada y tamafio de impulsor,

describa como varia la NPSH requerida con forme a u -

menta la capacidad.

Mencione algunas ventajas de Un impulsor de velocidad

variable para una bomba centrffuga que s um in is tra f lu i-do a un proceso que requiere flujos volumetricos varia-

bles de un fluido, en comparacion con el ajuste de valvu-

las de estrangulamiento.

Describa c6mo varia la capacidad, eficiencia y potencia

que se requiere para una bomba centrffuga, co nf orm e s e

incrementa la viscosidad del fluido que se bornbea.

Si se conecta en paralelo dos bombas centrifugus iden-

ticas y operan contra cierta carga i.,c6mo s e cornpar a la

capacidad total con la de una bomba sola que opere con-

tra la misma carga?

Describa el efecto de operar dos bombas en serie,

Para cada uno de los conjuntos de condiciones de

operaci6n siguientes, mencione al menos un tipo apro-

piado de bomba. Consulte la figura 13.47.

a. 500 gal/min de agua a 80 pies de cargu total.

b. 500 gal/min de agua a 800 pies de carga total.

c. 500 gal/min de adhesivo viscose a 80 pies de carga.

d. 80 gal/min de agua a 8000 pies de carga.

e. 80 gal/min de agun a 800 pies de carga.

f. 8000 gal/min de agua a 200 pies de carga.

g. 8000 gal/min de agua a 60 pies de carga.

h. 8000 gal/min de agua a 12 pies de carga. d

Para la curva de rendimiento de la bom ba centrffug<l .e ,

I 1/2 X 3 - 13 de In figura 13.33. determine Iu CIIPIUCI'

1 2 u ga-dad csperada de una bomha con impulsor de P

'""'0 . de I si s t e I n ' "das que oIJeru contra una carga de ~l.l pIes ' ,. I dia I n e t r t l

Dcspues, culcule la velocidad especffica y e I



Problemas

csp~d tico. Y localice cl punto correspond iente en la fi-

j !u ra 1 3 .4 8 .

• la curva de rend im icnrn de la Figura 1 3 31V I Para " ,que co-

1 .1 .· . 'ponde a una bomba centnfuga de 6 X 8 - 1 7 drf's. , e-termine la capacidad espcrada de una bom ba con im pul-

so r de IS pulgadas que opera contra UIH! carga de 20 0

. ies de l sistem a. D espues, calcule la ve locidad especffi-

ca y e l d iam etro _especfficn, y localice el punto corres-

p on die nte e n I n f ig ur a 13 .48.

n l7 En la t 1gu ra 1 3 .4 7 se observa que una bomba de f1 ujo

. ~ m i:-;.to es recomendable para distribuir 1 0 0 0 0 gal/m in

de agua a un a carga de 4 0 pies. S i dicha bom ba opera

con velocidad especffica de 50 0 0, calcule la ve locidad

de ope rac ion apropiada para la bom ba.

13J8 CalcuIe la velocidad e~pecffica de u.na bom b a que opera

a 1 75 0 rp m. y qu e envia 50 0 0 gal/m in de agua a una car-

s a total de 1 00 pies.~

1 3 . 3 9 Ca Icul e l a v e lo ci da d especffica de una bomba que opera

a 1 750 rpm . y que envia 12 0 0 0 gal/m in de agua a una

carga total de 30 0 pies.

1 ] . .1 0Ca lcu le la velocidad especifica de una bomba que opera

a 1 750 rpm . y que envfa 50 0 gal/m in de agua a una car-

g a to ta l d e 100 pies.

I J A I Ca Icul e l a v e lo ci da d especffica de una bomba que opera

a 350 0 rpm , y que envfa 50 0 gal/m in de agua a una

carga total de 1 00 pies. C om pare el resultado con el de l

problema 13.40 y Con la figura 13.48.

IJA2 Se desea operar una bomba a 1 750 rpm por medio

de un motor elect rico de cuatro polos. Para cad a una de

las condiciones siguientes, calcule la velocidad especf-

fica por med io de la ecuacion (13-17). Despues, emita

una recomendacion acerca del empIeo de una bomba

axial. de flujo mixto, de flujo radial, 0 ninguno de

estos tipos, con base en el estud io re lacionado con la

f ig ur a 1 3 .4 8 .

a. 5 0 0 gal/m in de agua a 80 pies de carga total.

b. 50 0 gal/m in de agua a 80 0 pies de carga.

c . 350 0 gal/m in de agua a 80 pies de carga.

d. 80 gal/m in de agua a 80 0 0 pies de carga.

e . 80 gal/m in de agua a 80 0 pies de carga.

r . 8 ( X X ) gal/m in de agua a 200 pies de carga.

g. 8()(X) gal/m in de agua a 60 pies de carga.

h. 8O fX) gal/m in de agua a 12 pies de carga.

l3.i3 Defiw d. ' " (NPSH)a cargo e succion neta posttiva '

13.i4 M'd ' 'fl Y la' encl(me la d iferencia entre la NPSH ISPOIl!') e

I . N P S H requerida.

3~~ De . u, '. d I . gua\c rJ l) a In qu e succde a la presion de vapor e a

I~ tuand o la tem peratura se increm enta.

..i() Seiiille '. id ' I' NPSH cuan-por que es importantc consi crar ad t J \c d i - b

1 '1 I<"cnay opera un sistem a de born eo.,47 'IJ · . deI i : l r a ' , I sistema. que punto sc calcula la N P .5 f en un ..~Jfn~ '/ J

134 J, i, 'or que?

~ Anilll(;. I d .I. 'ito d ondcu e p()r que es dcseable clevar c CpllS

n il h < Jln ha l om a e l llq uid o.

13.52E

13.53E

13.54M

13.55M

13.56E

13.57M

13.58M

13.59E

13.49

437

Analice por que es conveniente e l uso de un tubo de

tam afio re lativam ente grande en las lfneas d e su cc io nde los sistem as de bom beo.

Analice por que debe usarse u na r ed uc ci6 n excentrica

cuando es necesario q ue d ism in uy a el tamano de la

lfnea de succion con forme se esta cerca de la bomba .

Si SUponemos que una bomba dada requiere 7.5 0 pies

de NPSH cuando opera a 350 0 rpm (,cual serfa la NPSHrequerida a 2850 rpm ?

Detennine la NPSH disponible para la b om ba d el p rob le-

ma 7.1 4 , si el agua esta a 80 O F Y la p re sio n a tmo sf er ic a

es de 1 4 .5 psia. R epita e l calculo para el agua a 1 80 "F,

D eterm ine la NPSH disponible cuando una bomba ex-

trae agua a 1 4 0 O F de un tanque cuyo nivel est a 4 .8 p ies

por debajo de la entrada de la bomba. Las perdidas en

la linea de succion son de 2.2 lb-pie/lb, y la presi6n at-

mosferica es de 1 4 .7 psia.

Una bomba mueve benceno a 25°C de un tanque cuyonivel estd a 2.6 m arriba de la entrada de la bomba.

La linea de succion tiene una perdido de carga de 0.8

N·mIN. La presion atmosferica que se mide es de 98.5

kPa(abs). Encuentre la NPSH disponible, La presion

de vapor del benceno es de 13.3 kPa.

Determine la NPSH disponible del sistema de la figura

13.38( b). EI fluido es agua a 80°C y la presion atmos-

ferica es de 101.8 kPa. EI nivel del agua en el tanque

esta 2.0 m por debajo de la entrada de la bomba. El ra-

mal vertical de la linea de succ ion es una tuberia de

acero de 3 pulgadas cedula 40, mientras que el ramal

horizontal es una tuberia de 2 pulgadas cedula 40. con

una longitud de 1.5 m. EI codo es del tipo de radio lar-

go. Ignore la perdido en la reduccion. La valvula de pie

y filtro SOli del tipo de disco articulado. El j7ujo volu-

metrico es de 300 Umin.

D eterm ine la NPSH d isponible cuando una bomba ex-

trae te tracloruro de carbo no a 1 50 O F (s g = 1 .4 8) d es-

de un tanque cuyo nivel esta 3.6 pies por debajo de la

entrada de la bomba. Las perdidas de energia en la If-

nea de succi6n son de 1.84 pies en total, y I a p re sio n

atrnosferica es de 1 4.55 psia.

Determine la NPSH disponible cuando una bomba dis-tribuve tetracloruro de carbono a 65°C (sg = 1.48)

desd~ un tanque cuyo nivel estd a 1.2 III pOI' debajo de

la entrada de la boinba. Las perdidas de energia ell la

linea de succion SOil de 0.72 //I en total, y la presion

atmosferica es de 100.2 kPa absolutos.

Determine la NPSH disponible cuando una bomba ex-

trae gasoline a 40 DC (sg = 0.65) desde IlIl. tanque

subterrtineo (,U."O nivel = : II ~. 7 m por de~aJo de I?

entrada de la botnba. Las perdu/as de enetgta e'.I,la ,,-

nea de succion SOli de 1.18 III ell total. y la preston at-

mosferic« es de 99.2 kPa absolutes. .

Determine la NPSH disponible cuando una bom ba dis-

tribuye gasolina a I IO O F (sg = O .6 ?) d es de u n tan qu e

e xte rio r d e u lm ! lc en am ie nto cuyo nivel se encuentra a

4 8 ics por arriba d e la entrada de la bomba. Las per-. p " d 0 87 .

didas de energfa en la linea ~~ .succlon son e '. pies

cn total. y la presion atmosferica es de 1 4.28 PSIa.

13.50

13.51




13.60E Repita el problema 13.56. si la bornba est a 44 pulgadasdebajo de la superficie del fluido.

13.61E Repita el problema l3.59. si la bomba esta a 27 pulga-

das arriba de la superficie del tluido.

13.62M Repita el problema J 3.57. si la bomba esta a 1.2m pOl'

debajo de la superficie del f luido.

13.6.3M Repita el problema J 3.58. si la bomba esta instalada bajo

el tanque, a 0.65 m por debajo de la superficie del fluido.

13.ME Una bomba envia propano a 110 of (sg = 0.48) desde

un tanque cuyo nivel esta a 30 pulgadas sobre la entrada

de la bornba. Las perdidas de energfa en la linea de sue-

cion son de 0.73 pies en total, y la presi6n atmosferica

13.65M

es de 14.32 psia. Determine la presi6n que se .requlerejercer sobre el propano del tanque, con el fin d e

gurar que la NPSH disponible sea de 4.0 pies al e aSe-, Jnenos.

Vila bomba impulsa propano a 45 D C (sg ::::0.48)d . I ~ J 8 des.e un tanque cuyo nLve esta a . 4 m por deba'o d

entrada de la bomba. Las perdidas de energ[a ~n I e I~

d ., d 092 a u.ne a e SllCCLOnson e. m en total y la Presio' . • 1 nat.

mosfenca es de 98.4 kPa absolutos. Determine I. a pre.

sion que se necesita ejercer sobre el propane deltanq u e

para garant izar que la NPSH disponible sea de 1.50 mal ,nenos. .

PROBLEj\IAS DE DISENO- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

A continuacion se presenta varias situaciones don de se disefia un

sistema para bombear un fluido de una fuente a un destino dado.En cada caso. el objetivo consiste en definir par completo la con-

figuraci6n del sistema. 10 que incluye:

• Tarnafios y tipos de tuberias.

• Ubicacion de la bomba.

• Longitud de la tuberia para todas las partes del sistema.

• Valvulas y acoplamientos.

• Dibujo con leyendas c1aras de la distribucion de la tuberia.

• Lista de los materiales necesarios para el sistema.

• Analisis de la presion en puntos pertinentes.

FIGURA 13.50 Problema de

disefio I. - - - - - -I

Consulte la seccion 13.14 y el problema modelo 13.4 para aplicar

el procedimiento. Presente los resultados en un in forme escritocon estilo de reporte tecnico.

Problemas de especiflcaclones

IE Disefie un sistema para bombear agua a 140°F, de una cis.

terna que esta bajo un intercarnbiador de calor a la parte

superior de una torre de enfriamiento. como se ilustra en la

figura 13.50. EI flujo volumetrico minimo deseado es de

200 gal/min.

2M Disei ie till sistema de bombeo de agua a 80 D C . de u n c al en -

tador a lin sistema de lavado, como se observa en la figura

13.51. Elflujo volumetrico minima deseado es de 750 Umin(llt8 gal/min),

-- - - -- 30 Pies---------j / Entrada

40.0pies

Torre de

enfriamientn

t2.S0 flies

t



Problemas d di -. c IScno

Problema de

Aberiura

Calentador

de agua

439

425 kPa

- 1

4.65 m

Caseta

delavadoT.20 m

Salida

;--- ---- 3.25 m - - - - - . . I ~ I3 E Disefie un sistema para bombear agua a 90 of, de un rio a

un tanque elevado a 55 pies sobre la superficie de la co-

rriente. EI flujo volumetrico minirno deseado es de 1500

gal/min. EI tanque va a colocarse a una distancia de 125 m

pies de la ribera del rio.

~E Disefiee l sistema hidraulico para la cabana del Profesor Croc-

k e t , como se describe en la figura 7.38. EI flujo volumetrico

minimo deseado es de 40 gal/min, y el tanque de distribucion

ha de mantenerse a una presi6n de 30 psig sobre el agua, La

cabana se localiza a 150 pies del lado de la corriente donde se

!omara el agua. La pendiente de la colina es de 30", aproxima-

darnente, con respecto de la vertical. EI agua esta a 80 of.

5\ J Disene U I1 sistema similar al que se muestra en la figura

7.35,dande, para provocar el flujo, se utiliza una presion

deaire de 400 kPa sobre el keroseno a 25°C. La distanciahOri:..ontalntre los dos tanques es de 32 m. EI j1ujo volu-

m e r rica minima deseado es de 500 Umin.

6 E Di,eiie un sistema similar al que se muestra en la figura 8.11,

que debe quministrar al menos 1500 gal/min de agua a 60 of

para un sistema de protecci6n contra incendios. La presion en

~Ipunto B debe ser de 85 psig, al menos. La profundidad del

~g.~aen el tanque es de 5.0 pies. Ignore los tam:mos especi-

ICado~ para las tuberias y tome sus propias decislones. Agre-

7f g~e las valvulas apropiadas y redisefie la linea de succi6n.

. f)jv.:ii . I f i 8 I7

. e un \I,tema semejante al que se Ilustra en a igura .Y -e de"cribc en el problema 8.44. Ignore los ramaiios dados

d e tUbcria y la pre~ion que se da en Ja entrada de la bomba.

AgreguC I· . ba i ulsa agua. - as valvula s aprnpiadas. La born a Imp sC (m t' rr . t - . . .L63 ( 4 IInad<JcJesdc un estanque tranqui 1 0 . euya super ICICCS-

I.. ) PUlgada .. pOTdehajo de la lfnea central de la entrada de

4 fx)Tnha.Utilice Ja pre:..i(jn de vapor del agua a 100 of.

8M D iseiie un sistema similar al que aparece en Lafigura 7 .2 2,

para impulsar 60 Lrmin de lin fluido cortador a base de

agua (sg =0.95) a Lacuchilla de una maqu ina cortadora.

Suponga que la viscosidad y la presion del vapor SOil 10%

mayores que la del agua a 40°C. Suponga que la bomba es -

td sum ergida y que la p ro fu nd id ad m in im a sobre la entrada

de succion es de 75 mm . La longitud total de la trayectoria

que se requiere para la l inea de descarga es de 1 .75 m .

9M Diseiie un sistema como el que se observa ell la figura

7.2/, para entregar 840 Umin de agua a 100 " F : de un

tanque subterraneo de almacenamiento a otro presuriza-

do. Ignore los tamaiios originales de la tuberia y tome sus

propias decisiones. Agregue las vdlvulas apropiadas. La

presion del tanque superior es de 500 kPa.

tOE Especifique una bomba apropiada para el sistema de la fi-gura 13.52. Es una combinaci6n de sistema en serie y pa-

ralelo que opera como sigue.

• Se lIeva agua a 160 O F a razon de 275 gal/min de un tan-

que a la linea de succion de la bomba. La linea de sue-

cion tiene una longitud total de 10 pies.

• La linea de descarga de 3 pulgadas se eleva 15 pies so-

bre el agua, hasta el nivel de un intercambiador de calor

grande. La linea de descarga tiene una longitud de 40

pies en total.

• EI flujo se bifurca en dos rarnas, la linea principal es de

3 pulgadas y alimenta un intercambiador grande de ca-

lor que tiene un factor K de 12, con base en la carga de

vclocidad en la tuberia. La longitud total de la tuberfa en

este ramal es de 8 pies.

• La linea de I pulgadu es una desviacion alrededor del

interclImbiador de calor. con 30 pies de longitud total.



440 Capitulo 13 Seleccion y aplicaci6n de bombas

cornpuerta de

verificacionElevador

Vista en planta

+

FIGURA 13.52 Sistema para el problema de disefio 10.

• Las dos lfneas se reiinen por la derecha y descargan a la

atmosfera a traves de una tuberfa corta de 3 pulgadas .

• T odas las tuberias son de acero cedula 40.

Para este sistema, que trabaja en las condiciones de opera-

cion de ..eadas, determine:

(a) La presion en la entrada de la bornba.

r h ) La NPSH disponible en la entrada de la bomba.

(c) La previon en el punto A. antes de la.. rarnas.

(d) EIflujo

volumetricoa traves de la

lfnead el in te rc am -

brador de calor.

Ie) El flujo volurnetrico a r ra ve . . de la lfnca de dcsvfo,

r f, La carga lotal sohre la hornha.

fg) La potencia travrnitida al agua por la hornh a.

Valvula de

compuerta

Valvula de

cornpuerta

Intercambiador de calor

K= 12

Valvula

de globo

lntercambiador de calor

3 pulg

La rama del sistema esta

en el mismo plano horizontal

Vista lateral

Despues, especifique una bom ba apropiada para este sisle-

rna, la cual entregarfa un flujo deseado de 275 gal/m in, 3 1

rnenos. Para la bomba seleccionada, determine:

(h) EI flujo volum etrico real esperado que p ro du ce la P O J 1 l -

ba en el punto de operacion.

(i) La potencia de entrada a la hornba.

(j) La NPSH requcrida,

(k) La eficicncia ell el punto de operacion.

I l EU

. , I I... J' - I'cnvfc 1 2 5 0 gal·11cannon tie 1011 lI Je ros se iscnu para L I t e •. ' ,I'tlnnlllllngUt-

/rnin de agua a 100 O F . La e ntr ad a p ro vle nc (C 'I

, est'llIlIlIe ,l..·ra de succion que sc inscrta en lin lago. no 0 ", ehfc

ll'

dcscurga eli hacia lin cufuin de agua Illo nlad o e n cl v rle'11 Lu fuclllt ' c

lo, el cuul requicrc de 150 ps i en In hoqin a.



Problema exhaustivo de disefio

. ,ua podrfa estar hasta a 200 pies del cami ' .J~ . ,,' on y a 10 presr debaJo del cammo. La bomba se montar,(

po -., Cl en una plata-fonna en 111Itaddel vehlculo, a una altura de 40 I

. L'6 pu gadas. - bre e l l'amIl10. a conexi n Con el cafio'n dsc e agua esta a

441

6.5 pies sobre la bomba. Especifique el tamafio de la man-

guera de succion, el disefio del tubo rfgido que conecta la

~an~u~ra con la entrada de la bomba, eI tubo de descarga

a canon de agua, valvulas y demas acoplamientos.

r R 0 B r , E ' I . - \ EXHAUSTIVO DE DISENO

S . 'l\ll~J que usted es un ingeniero de planta de una companr.q. . I' , ntaqu,' plane;}una msta ~clOn n~eva de manu.factura. Como parte de

lJp lJn[J nueva. h~bra_ ~na linea d~ maqumado automatico en la

ljUl' ~e5urninistrara ~e.fngerante a cinco maquinas, el cual proven-

d r J del rnismo deposIto. Es el responsable de disefiar el sistema

rJ[.' mJnejar el refrigerante des de el .momento en que llega a la

riJ.nl..l en carros. tanqu.e de fe rr? cam I ~asta que una compania

~l,ntrJtistJ 10 renra SUCIO de las instalaciones para desecharlo,

En la Figura 13.53 se muestra la distribucion planeada pa-

ra lJ5 instalaciones. Se aplica los datos siguientes, requerimien-[0' de diseno y restricciones.

1 . El refrigerante nuevo lIega a la planta en carros tanque de

15 000 galones cada uno. Debe especificarse un tanque Con-

renedor para el refrigerante nuevo.

2, El deposito para el sistema de maquinado autornatico debe

tener una capacidad de 1000 gaIones.

3. EI tanque de 1000 galones se vacia por 1 0 general una vez a

la semana. Es posible tener cisternas de emergencia por si el

refrigerante se contaminara antes del drenado que se planeo.

~. EI fluido sucio se ret ira en un carnion solo una vez al mes.

S . Debe especificarse un tanque contenedor para el fluido sucio.

6. La planta ha de disefiarse para que opere dos tumos por dfa

7 dias a la semana. '

7. EI mantenimiento se lIeva a cabo normal mente en el tercer

turno.

8. EI edificio es de un nivel, con piso de concreto.

9. El nivel del piso se encuentra a la misma elevaci6n que la

via de ferrocarril.

10. No puede haber ningun tanque de almacenamiento dentro de

la planta0bajo el piso, excepto el almacenamiento de 1000

galones que da el abasto para el sistema de rnaquinado,

11. La carga del techo es de 32 pies sobre el nivel del pi so, y pue-

de disefiarse para que soporte un tanque de almacenamiento,

12. EI edificio va a localizarse en Dayton, Ohio. donde la tem-

peratura exterior varia de -20 O F a + 105 O F .

13. La linea de congelacion se halla a 30 pulgadas por debajo

de la superficie.

14. EI refrigerante es una soluci6n de agua y aceite soluble, con

gravedad especffica de 0.94 y punto de congelaci6n de 0 "E

Es tan corrosivo como el agua, aproximadamente.

15. Suponga que la viscosidad y presion de vapor del refrigeran-

te es 1.50 veces la del agua a cualquier temperatura.

F1GURA 13.53 Dibujo en planta del edificio para la fabrica del problema exhaustive de disefio,

--. . . . . . _

Area de manufactura general

200

~--- _---(:- --- _-----



442 Capitulo 13 Selecci6n y aplicaci6n de bombas

Deposito deCarro

Tanque de Tanque de-tanque de

almacenamiento 1000 galonesalmacenamiento

-refrigerante cerca de las~

ferroc arri I limpio maquinas-r~frigeranteSUCIO

Sistema de Vehfculo

maquinado para el retiro

FIGURA 13.54 Diagrama de

bloques del sistema de refrigerante.

16. No se pide que disefie el sistema para abastecer las maquinas.

17. El sistema basico de almacenamiento y distribuci6n de refri-

gerante ha de tener un disefio funcional, que se bosqueja en

el diagrama de bloques de la figura 13.54.

Como disefiador del sistema, debe ejecutar las tareas siguientes:

a. Especificar la ubicaci6n y tamafio de todos los tanques de

almacenamiento.

h. Especificar la distribuci6n del sistema de tuberfa, los tipos

y tamarios de todas las tuberias y las longitudes que se re-

quiere.

c. Especificar el mimero, tipo y tamafio de todas las valvu-

las, codos y acoplamientos.

d. Especificar el mimero de bombas, sus tipos, capacidades,

requerimientos de carga y potencia que necesitan.

e. Especificar los requerimientos de la instalaci6n para las

bombas, incluso la realizaci6n del sistema de la linea de

succi6n. Evahie la carga de succi6n neta positiva ( N P S H )

disponible para su disefio, y demuestre que subombatiene

una NPSH requerida aceptable.f. Determine el tiempo que se requiere para llenar y v a c i a r

todos los tanques.

g. Dibuje la distribuci6n de su disefio, tanto en planta( v i s t a

superior) como en alzado (vista latera!). Tambiend e b e

hacer un dibujo isornetrico.

h. Incluya el analisis de todas las partes del sistema.inclose

las perdidas de energia debido a la friccion y las p e r d i d a s

menores.

i. Plasme los resultados de su disefio en un informe l i m p i o y

completo, que incluya la descripcion del sistema.ilustra-

ciones, lista de materiales y el analisis que demuestre u e

su disefio cumple con las especificaciones.

Documents

bombas mott