1. UNIVERSIDAD FERMÍN TORO
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA DE MANTENIMIENTO MECÁNICO
METODOLOGÍA PARA LA RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS APLICADOS
AL DISEÑO DE BOMBAS CENTRÍFUGAS
Autor: Jesus Barroso
CI 23762572
2. INTRODUCCIÓN
Desde los inicios, el hombre respondiendo a sus necesidades de alimentación,
habitad y supervivencia como tal, lo ha llevado a saber darle un mejor uso a los
medios que le brinda la naturaleza. Los ríos por ejemplo, el hombre aprovechaba las
corrientes de agua para transportar troncos desde un punto hasta otro. Para la siembra
de sus alimentos direccionaban corrientes de agua para la el riego de plantaciones.
Hoy en día, podemos ver el mismo principio pero de una manera mucho más
desarrollada. Vemos como el hombre ha creado un sinfín de máquinas y herramientas
que facilitan la ejecución de sus trabajos o actividades respondiendo siempre a sus
necesidades.
Uno de los procesos o tareas que tienen lugar en el campo de la industria,
construcción, agricultura y hasta en el hogar, consiste en la circulación o transporte de
fluidos de un lugar a otro y con una intensidad constante. Es aquí donde hablamos de
bombas.
Una bomba es un dispositivo que se encarga de transferir energía a la corriente de
un fluido, impulsándolo desde un estado de baja presión estática a otro de mayor
presión. Para lograr su cometido, es importante seleccionar el tipo de bomba que se
adecue a las necesidades o requerimientos del proceso al que va a estar destinada.
Es por tal motivo que se requiere de la aplicación de cálculos en los que se
involucre las propiedades del fluido que se desea transportar, características del
montaje del sistema relacionado con distancias, alturas, presiones, entre otras. En el
presente informe, se dará a conocer parte de esta metodología que debe aplicarse
para el correcto diseño de bombas, específicamente de las bombas centrífugas.
3. METODOLOGÍA
Como se mencionó anteriormente, el cálculo de sistemas hidráulicos en los que
trabajamos con bombas centrífugas puede ser crítico para que funcionen
correctamente los equipos y sobre todo para conseguir que el sistema funcione
eficientemente.
Varios de los parámetros que se deben tomar en cuenta, son por ejemplo las
presiones estáticas y las alturas de presión de los fluidos. La presión indica la fuerza
normal por área unitaria en un punto dado actuando en un plano dado. Ya que no hay
esfuerzo cortante presente en un fluido en reposo – la presión en un fluido es
independiente de la dirección.
Para los fluidos – líquidos o gases – en reposo el gradiente de presión en la
dirección vertical depende sólo del peso específico del fluido. La forma de expresar
los cambios de presión con la elevación es:
dp = - γ dz
De donde: dp = cambio en presión; dz = Cambio en altura; γ = Peso específico
Otro parámetro corresponde el peso específico. El peso específico puede
expresarse como:
γ = ρ g
De donde: γ = Peso específico; g = Aceleración de la gravedad.
4. En general el peso específico es constante para los fluidos. Para los gases el peso
específico varía con la elevación. La presión ejercida por el fluido estático depende
de la profundidad y densidad del fluido y de la aceleración de la gravedad.
En cuanto a la presión estática en un fluido, para un fluido incomprensible, como
un líquido, la diferencia de presión entre dos elevaciones puede ser expresada como:
p2 – p1 = - γ (z2 – z1)
De donde:
p2 = Presión a nivel 2 ; p1 = Presión a nivel 1 ; z2 = Nivel 2 ; z1 = Nivel 1
La ecuación anterior puede transformarse a:
p1 - p2 = γ (z2 - z1) ó p1 - p2 = γ h
De donde:
h = z2 - z1 (Diferencia en elevación) ó p1 = γ h + p2
Para la altura de presión, la ecuación anterior puede transformarse en:
h = (p2 - p1) / γ
De donde: h expresa la altura de presión, es decir, la altura de una columna de
fluido de peso específico ( γ ) requerido para dar una diferencia de presión ( p2 - p1 ).
En las bombas centrífugas, es importante tener en cuenta los triángulos de
velocidades y alturas. En tal sentido, debemos considerar que el órgano principal de una
5. bomba centrífuga es el rodete que, en la siguiente figura, se puede observar con los álabes
dispuestos según una sección perpendicular al eje de la bomba; el líquido llega a la entrada
del rodete en dirección normal al plano de la figura, (dirección axial), y cambia a dirección
radial recorriendo el espacio o canal delimitado entre los álabes.
De allí, se obtiene la ecuación general de las bombas centrífugas, en la que si “N”
es la potencia aplicada al eje de la bomba, se puede poner en función del par motor
“C” y de la velocidad angular “w” de la bomba en la forma:
6. Despejando “Ht” (Altura total creada por la bomba) se obtiene la ecuación general
de las bombas centrífugas:
Para el salto total máximo:
Siendo Ω2 la sección media de salida del rodete y k2 una constante que depende
del espesor de las paredes de los álabes a la salida.
En cuanto a las pérdidas internas “∆i” son de dos tipos:
a) Las debidas al rozamiento del líquido, que son proporcionales al caudal
circulante q:
Donde “k” es una constante de rozamiento que depende de las dimensiones del
rodete, del estado superficial de los álabes, de la voluta, etc.
b) Las debidas a las componentes de choque que se producen cuando el caudal
que circula “q” es diferente del caudal de diseño “qt” de la forma:
7. Se observa que para: q = qt, son nulas; k* es otra constante que también depende
de las dimensiones del rodete, voluta, etc.
En consecuencia las pérdidas de carga interiores de la bomba son:
Otras ecuaciones a tomar en cuenta son:
Potencia Eléctrica Potencia Absorbida [ N(W), n(rpm), M(n-m)]
Potencia Hidráulica
Altura Total de Bombeo Rendimiento Total de la Bomba
