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FENÓMENO
DE
CAVITACIÓN
CONCEPTO Y CARACTERÍSTICAS DE LA
CAVITACIÓN
En este apartado se definen las características
generales de la cavitación como fenómeno físico y
se sientan las bases para particulizar dicho
fenómeno a las maquinas de fluidos
FENÓMENO DE CAVITACIÓN
La cavitación es un fenómeno típico de bombas y turbinas hidráulicas(flujo incompresible. De agua o de otro liquido). Pero no excluyente de dichas maquinas. También las hélices marinas presentan serios problemas de cavitación
La cavitación afecta a los alabes de bombas como turbinas hidráulicas y pese a que sus causas y efectos han sido estudiados ampliamente a lo largo de los años, todavía hoy dan lugar a serios problemas de funcionamiento
En cualquier caso la cavitación tiene efectos muy negativos para el normal funcionamiento delas turbomaquinas de flujo con fluidos
MECÁNICA DE LAS BURBUJAS
La cavitacion puede definirse como la formacion y posterior
colapso (implosión) de burbujas de gas (cavidades) en el seno
de un liquido. El gas puede ser aire, vapor del propio liquido u
otro gas disuelto en el liquido considerado
Se define la presión de vapor como la presión de la fase de
vapor en equilibrio con la superficie libre de un liquido
(equilibrio-condensación). Esta variable depende básicamente
del estado termodinámico considerado, así para u liquido
dependerá solo de la temperatura
GOLPE DE ARIETE
DEFINICION PREVIAFenómeno transitorio en el que se
considera:
La tubería no es rígida
El fluido es compresible
Este estudio se basa en la onda elástica, lo que se interpreta como el
desplazamiento, a una velocidad determinada, de las variaciones de
presión a lo largo de una tubería.
Es un fenómeno transitorio debido al movimiento oscilatorio del
fluido en las tuberías y se puede transmitir mediante impulsiones
como también en abastecimiento por gravedad.
También se conoce como el choque que se produce sobre las paredes de
un conducto cuando el movimiento del fluido es interrumpido
bruscamente
En conclusión:
Se produce ante un paro brusco del flujo del fluido (típico al cerrarse o
abrirse una válvula o detener una maquina hidráulica.
La energía cinética se transforma en energía de
presión.
La sobrepresión llegaría a romper la tubería.
CASOS QUE PROVOCAN EL GOLPE
DE ARIETE
Funcionamiento inestable de bombas.
Cambios en la abertura de la válvula, accidental
o planeado.
Cambios en la demanda de potencia de turbinas.
Vibración de accesorios deformables tales como
válvulas.
Vibración de impulsores en bombas, ventiladores
o turbinas.
Volantes de inercia
Válvulas de retención
Válvulas de cierre programado
Chimeneas de equilibrio
Tanques unidireccionales
Válvulas de alivio
Calderines hidroneumáticos
ELEMENTOS ANTIARIETE
VOLANTE DE INERCIA
Cuando un grupo de bombeo sedesconecta por cualquier razón,programada o accidental, porinercia, la bomba sigue girandodisminuyendo progresivamentesu velocidad hasta que esta separa. A medida que el rodetedisminuye su velocidad, elcaudal trasegado por la mismatambién disminuye, originandoun transitorio en la instalación,y el correspondiente golpe deariete con el cierre dela válvulade retención.
VALVULAS DE RETENCION
Forman parte de cualquierinstalación de bombeo y sumisión principal es evitar elfuncionamiento en flujocontrario de las bombas.
El funcionamiento creaban unaserie de sobrepresiones con unperíodo oscilatorio queprovocaba aperturas y cierresin controlados de la válvula loque provocaba fuertes picos depresión, golpeteos, vibracionesy roturas de válvulas ytuberías.
Por este motivo, debedesecharse la idea decompartimentar el tramomediante válvulas de retenciónconsiderando a estos elementoscomo dispositivos anti ariete
VALVULAS DE CIERRE
PROGRAMADOEn este caso sí se emplean estos dispositivos, no realmente
para mitigar el golpe de ariete sino para que el sistema
funcione optimizando los distintos elementos dispuestos.
Un sistema de cierre programado lo forman las válvulas de retención de
cierre retardado cuando las bombas de la instalación son capaces de
funcionar en régimen de turbinado. Esto sucede con grandes grupos de
bombeo.
CHIMENEAS DE EQUILIBRIO
Consiste en una tubería de diámetro superior al
de la tubería, colocada verticalmente y abierta en
su extremo superior a la atm. De tal forma que su
altura sea superior a la presión de la tubería en
el punto donde se instala el régimen permanente.
Estas chimeneas suelen ser muy sencillas,
simples tubos verticales, de nulo mantenimiento
Se trata de un elemento absolutamente seguro
frente al golpe de ariete.
TANQUES UNIDIRECCIONALES
Su misión es básicamente lareducción considerable de ladepresión del conducto. Consiste enun elemento colocado en paralelo conla conducción y a una altura similara la misma, que está conectado a latubería mediante una válvula deretención que funcionaexclusivamente en el sentido desdeel tanque hacia la tubería. Ha de seruna válvula de poca inercia para quesea efectiva ya que entra enfuncionamiento cuando la presión(altura de presión) en el tanque essuperior a la presión de la tubería,alimentando con el agua quecontiene al conducto, evitando ladepresión
VALVULAS DE ALIVIO Este tipo de válvulas están indicadas
exclusivamente para reducir las sobrepresionesdel golpe de ariete
Están diseñadas para liberar un fluido cuando lapresión interna de un sistema que lo contienesupere el límite establecido (presión de tarado). Sumisión es evitar una explosión, el fallo de unequipo o tubería por un exceso de presión
CALDERINES HIDRONEUMÁTICOSSe trata de un dispositivo de uso muy extendido para la protección
de transitorios, sobre todo en la protección de instalaciones de
bombeo por fallo de suministro eléctrico. El calderín está lleno de
aire comprimido y agua, cuando cae la red eléctrica, el calderín
esta lleno de energía en forma de presión, la cual se va
descargando a la red a medida que el aire se expande, inyectando
el fluido en la red.
Por tanto, el calderín lo que hace es mantener el caudal en la
red, disminuyéndolo más lentamente que sin su presencia
El calderín se coloca tan cerca como se pueda
de la estación de bombeo, pero siempre tras
una válvula de retención para evitar el reflujo
a las bombas
Tenemos las perdidas en acoplamientos, tes, valvulas,
codos, entradas , salidas.
FACTOR DE FRICCION EN LA ZONA DE
TURBULENCIA COMPLETA DE TUBERIA
DE ACERO COMERCIALL, NUEVA Y
LIMPIA
Las bombas se utilizan para impulsar líquidos atreves de
sistemas de tuberías
De la ecuación general de la energía , se despeja el “ha “ y
tenemos :
Naturaleza del liquido por
bombear
Tipo de bomba y su fabricante
Capacidad requerida (Q) Tamaño de la bomba
Condiciones del lado de
succión ( entrada de la bomba)
Condiciones de descarga
(salida de bomba)
Carga total sobre la bomba Costo de operación de la
bomba
Tipo de fuente de
potencia(motor eléctrico,
diesel, turbina ha vapor, etc. )
Materiales y accesorios
especiales que se requiere
Tipo de acoplamientos,
fabricante y numero de modelo
Velocidad de operación
Diseño y materiales del sello
del eje
Detalle de montaje
- Proceso de Ultra-filtración
- Sistemas de lubricación
- Circulación en cierres mecánicos dobles
- Inyección de tinta
-Sistemas de refrigeración
- Equipos de osmosis inversa (tratamiento de agua)
- Sistemas de refrigeración
CAMPOS DE APLICACIONES DE LAS BOMBAS DE TORNILLO
Las bombas de tornillo tienen aplicaciones en diversas industrias, en las que destacan:Industria de Máquinas Herramienta: Se aplican para la impulsión de
medios lubrirefrigerantes (emulsiones y aceites).
Industria de la Construcción de Maquinaria en general: Fluidos
hidráulicos, lubricantes, refrigerantes, oleohidráulica, regulación,
alimentación, elevación, carga y transferencia.
Industria Química y Petroquímica: Aceites, grasas, lacas, pastas,
resinas, materiales adhesivos, colas, parafinas, ceras, silicatos,
polyoléicos, isocianatos, asfaltos, bitúmenes, glicerinas y silicatos.
Industria de Pinturas y Lacas: Se aplican para la impulsión de
pinturas, lacas, resinas, barnices y aceites de lino.
Industria del Papel y Materiales de Celulosa: Viscosa y pasta
celulósica
LAS BOMBAS CINETICAS AGREGAN ENERGIA AL FLUIDO
CUANDO LO ACELERAN CON LA ROTACION DE UN
IMPULSOR
Se utilizan con frecuencia en sistemas hidráulicos domésticos, están
compuestas por una bomba centrifuga junto con un ensamble de chorro
o eyector
El fluido se lleva al centro del impulsor y después es lanzado hacia
afuera por la tubería de descarga
DATOS DE FABRICANTE DE BOMBAS
CENTRIFUGAS
Una parte importante del proceso de la selección de la bomba es
garantizar que la condición del fluido que entra ala bomba sea la
apropiada para mantener un flujo completo de líquido. El factor
principal es la presión del fluido en la entrada de la bomba, al que es
común llamar puerto de succión.
CAVITACION
PRESION DE VAPOR
PRESION DE VAPOR Y CARGA DE PRESION
DE VAPOR DE AGUA
TEMPERATUR
A ºC
PRESION
DE VAPOR
(KPA)
PESO
ESPECIFICO
KN/m3
CARGA DE
PRESION DE
VAPOR
m
0 0.6105 9.806 0.06226
5 0.8722 9.807 0.08894
10 1.228 9.804 0.1253
20 2.338 9.789 0.2388
30 4.243 9.765 0.4345
40 7.376 9.731 0.7580
50 12.33 9.690 1.272
60 19.92 9.642 2.066
70 31.16 9.589 3.250
80 47.34 9.530 4.967
90 70.10 9.467 7.405
100 101.3 9.399 10.78
El valor de la NPSHA depende de la presión del fluido que se bombea,
perdidas de energía en el tubo de succión, la ubicación del
almacenamiento del fluido y la presión que se aplica a este, esto se
expresa de la siguiente manera
FACTOR DE FRICCION EN LA ZONA DE
TURBULENCIA COMPLETA DE TUBERIA
DE ACERO COMERCIALL, NUEVA Y
LIMPIA
EN ESTA SECCION SE PROPORCIONA
LINEAMIENTOS GENERALES POR
SEGUIR, CUANDO SE PRESENTE LA
NECESIDAD DE DISEÑAR UN SISTEMA
DE TUBERIAS DONDE UNA BOMBA
ENTREGA UN FLUJO VOLUMETRICO
DADO DESDE UNA FUENTE CONOCIDA
HASTA UN PUNTO DE DESTINO
ESTABLECIDO.
PROCEDIMIENTO DE DISEÑOS DE TUBERÍAS
1. Obtenga las especificaciones del sistema, inclusive del fluidopor bombear el valor del diseño volumétrico que se requiere,la ubicación del deposito donde proviene el fluido la ubicacióndel punto de destino y cualquiera elevaciones y presionesprescritas, en particular en la fuente y el destino
2. Determine las propiedades del fluido, incluso la temperatura,peso especifico, viscosidad cinemática y presión del vapor.
3. Genere un a distribución propuesta para la tubería, queincluya el lugar donde el fluido se tomara del deposito defuente, ala ubicación del abomba y los detalles de las líneasde succión y descarga con las válvulas de acoplamiento yaccesorios especiales apropiados consulte las secciones 13.10a13.13 considere las conexiones a los depósitos. Laseventuales necesidades de interrumpir o controlar el flujovolumétrico del liquido, impedir el retroceso indeseable delflujo y el dar servicio a la bomba y otros equipos del sistema
4.- Determine las longitudes de la tubería en las líneas de succión y descarga
5.- Especifique los tamaños de tubería para la línea de succión y descarga.
6.- Analizar el rendimiento del sistema al flujo volumétrico de diseño para determinar la carga dinámica total ha
7.- Evalué la carga estática total ho
8.- Selección una bomba apropiada que entregue al menos el flujo volumétrico de diseño contra la carga dinámica total a dicho flujo volumétrico, para lo que hay que considera la siguiente
9.- Determine algunos puntos de la curva del sistema como del análisis de la carga total que corresponde a un rango de flujo volumétrico
10.- Grafique la curva del sistema sobre la grafica de rendimiento de la bomba y determine el punto de operación real esperado en la intersección de la carga de la bomba versus la curva del flujo y la curva del sistema.
11.- En el punto real de operación, determine la potencia requerida, el flujo volumétrico real entregado, la eficiencia y la NPSH que se requiere. También compruebe el tipo de bomba los requerimientos de montaje y los tipos de tamaños de los puertos de succión y descarga.
12.- Calcule la NPSH disponible NPSHA , del sistema
13 -Asegúrese de que NPSHA > 1.10 NPSHR para todas las condiciones esperadas de operación.
14.- Si es necesario proporcione medio para conectar los tamaños de tubería especificados con las conexiones de la bomba
FACTOR DE FRICCION EN LA ZONA DE
TURBULENCIA COMPLETA DE TUBERIA
DE ACERO COMERCIALL, NUEVA Y
LIMPIA
