FACULTAD DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA Y URBANISMO ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
MECÁNICA DE FLUIDOS I
BOMBAS Y TURBINAS
DOCENTE: Ing. Loayza Loayza Rivas Carlos Adolfo
INTEGRANTES:
BOMBAS Y TURBINAS
INDICE DEDICATORIA INTRODUCCIÓN ESQUEMA TEMÁTICO APLICACIONES Y DEFINICIONES EN BOMBAS Y TURBINAS I. BOMBAS BOMBAS .................................. ................................................... ................................. ................................. .................................. ............................... .............. 4 1.1. Definici Definición ón ................................. ................................................. ................................. ................................. .................................. .......................... ........ 4 1.2. Función principal ................................................................................................. 4 1.3. Carga de bombeo ............................................................................................... 5 1.4. Tipos Tipos .................................. ................................................... ................................. ................................. .................................. ............................... .............. 6 II. TURBINAS TURBINAS .................................. .................................................. ................................. .................................. .................................. ............................ ........... 7 2.1. Definici Definición ón ................................. ................................................. ................................. ................................. .................................. .......................... ........ 7 2.2. Conceptos de cabezas ........................................................................................ 7 2.3. Tipos Tipos .................................. ................................................... ................................. ................................. .................................. ............................... .............. 8 III. APLICACIONES III. APLICACIONES DE DE LA ECUACIÓN ECUACIÓN DE LA ENERGÍA ................... .......... ................... ................... .............. ..... 9 3.1. Tubería que conecta dos depósitos o descarga descarga entre dos depósitos .................. ................ .. 9 3.2. Tubería que conecta dos depósitos mediante una instalación de bombeo. ........10 3.3. Potencia Neta o Potencia Útil de la Bomba ........................................................11 3.4. Potencia Bruta o Potencia Entregada.................................................................11 3.5. Tubería que conecta dos depósitos mediante mediante una Turbina ................... ......... ................... .............12 ....12 3.6. Potencia Neta o Potencia Útil de la Turbina .......................................................13 IV. EJERCICIO EJERCICIOS S ............................... ................................................ .................................. ................................. .................................. .........................14 .......14
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DEDICATORIA
El presente trabajo lo dedicamos a Dios, ya que gracias a él tenemos esos padres maravillosos, los cuales nos apoyan en nuestras derrotas y celebran nuestros triunfos A nuestros padres; a quienes les debemos todo lo que tenemos en esta vida. A nuestros profesores quienes son nuestros guías en el aprendizaje, dándonos los últimos conocimientos
para
nuestro
buen
desenvolvimiento en la sociedad.
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INTRODUCCIÓN
En el presente trabajo del área curricular Mecánica de Fluidos I, se desarrolla una temática ingenieril basado en el tema de bombas y turbinas: Potencia neta y bruta, aplicación del principio de energía con bombas y turbinas y todo lo que concierne a dicho tema. Donde bombas es un instrumento que provee energía a un sistema o fluido, y turbinas son máquinas de fluido, a través de las cuales pasa un fluido en forma continua, y éste le entrega su energía a través de un rodete con paletas. Para la elaboración del trabajo hemos extraído información de grupos anteriores que también desarrollaron esta temática y también de un libro llamado Mecánica de fluidos de Irving Shames, además de la carpeta del Ing. Loayza Rivas Carlos Adolfo. Este trabajo está estructurado en cuatro ítems que presentan muy detalladamente el tema tratado. Esperamos que este trabajo sirva como fuente de información para próximos grupos de trabajo que tenga el mismo tema que nosotros.
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BOMBAS Y TURBINAS I. BOMBAS HIDRAULICAS 1.1. Definición Una bomba, en pocas palabras, es un equipo que provee de Energía a un sistema o fluido. La bomba generalmente eleva la presión de un fluido en movimiento, es decir por un lado entra el fluido a cualquier presión y por el otro lado sale a una presión superior y constante.
Bomba Centrífuga para grandes caudales
1.2. Función principal Toda máquina que realiza trabajo con la finalidad de mantener un fluido en movimiento o provocar el desplazamiento o el flujo del mismo se podría ajustar al nombre de bomba o compresor, los que suelen evaluarse por cuatro características: Cantidad de fluido descargado por unidad de tiempo Aumento de la presión Potencia Rendimiento
El efecto conseguido por la mayoría de los dispositivos de bombeo es el de aumentar la presión del fluido, si bien algunos de ellos comunican al fluido un aumento de su energía cinética o una elevación de su nivel geodésico. Las bombas en general son utilizadas para líquidos. Estas trabajan simultáneamente con la presión atmosférica de forma que esta impulse el líquido hacia el interior de la bomba por la depresión que tiene lugar en el centro de la misma.
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BOMBAS Y TURBINAS El funcionamiento en sí de la bomba será el de un convertidor de energía, o sea, transformara la energía mecánica solo en energía cinética, generando presión y velocidad en el fluido.
1.3. Carga de bombeo Carga de bombeo o carga dinámica total es la carga total contra la cual debe operar una bomba, o sea, la energía por unidad de peso de líquido que debe suministrarle la bomba al mismo para que pueda realizar el trabajo que se pretende. Como sabemos, el movimiento del líquido a través de la tubería da origen a fricción, que resulta en una pérdida de energía, por consiguiente dicha fricción tiene que ser vencida por la bomba, además de la carga estática representada por la diferencia de nivel. Por consiguiente, la carga dinámica total se obtiene sumando los cuatro factores siguientes:
La diferencia de nivel, que se conoce como carga estática o carga a elevación Las pérdidas de carga debidas a la fricción en las tuberías y accesorios La carga a velocidad La carga a presión La carga estática
ℎ
), está representada por la diferencia de nivel entre la
superficie del líquido donde tiene que tomarlo la bomba y la superficie del líquido en el lugar de descarga véase la figura.
ℎ
, las pérdidas de carga representan las pérdidas de energía como consecuencia de la resistencia que presentan las tuberías y accesorios a la circulación del líquido . Perdidas por fricción
, generalmente, en la mayoría de los casos no se la toma en cuenta, porque su valor es muy pequeño: a no La carga de velocidad , está representada por el término
ser en casos especiales en que la velocidad es muy alta (y por consiguiente la fricción es alta también), o la carga total es muy pequeña y el volumen de agua bombeado es muy grande.
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, está representada por la presión existente en la superficie del líquido y se expresa por la longitud de la columna de líquido, equivalente a La carga a presión
la presión existente. Si la presión dentro del tanque se eleva hasta un punto fijo máximo, dicha presión será la que se usará para encontrar la carga a presión máxima contra la cual deberá operar la bomba. Esta carga a presión en pies o metros, deberá añadirse a la carga estática, la carga debida a la fricción y la carga a velocidad, para determinar la carga dinámica total o carga total contra la que trabajará la bomba .
1.4. Tipos Estas se pueden clasificar en dos grandes tipos:
a) Bombas de desplazamiento positivo, poseen un contorno móvil, al cambiar el volumen de éste, el fluido es obligado a pasar por la máquina hidráulica. Existen dos tipos: Recíprocas y Rotatorias.
Bomba rotatoria
Bomba recíproca de diafragma
b) Bombas dinámicas o de intercambio de cantidad de movimiento, que añaden al fluido cantidad de movimiento por medio de álabes móviles que giran, y están en contacto directo con el fluido. Se pueden clasificar en: Giratorias (centrífugas) y de Diseño especial.
Bomba Giratoria (Centrífuga)
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BOMBAS Y TURBINAS II.
TURBINAS 2.1. Definición
Las turbinas son dispositivos que convierten energía hidráulica en energía mecánica. Cuando un fluido en movimiento atraviesa una turbina, la presión en dicho flujo decrece o disminuye.
Turbina Pelton de la central hidroeléctrica de Walchensee en Alemania
2.2. Conceptos de cabezas
. Es la diferencia de nivel existente entre la superficie del agua en el embalse y la cota de descarga en la turbina. Cabeza bruta
. Es la cabeza bruta que se obtiene al operar la planta con una turbina al 5% de su capacidad nominal y con la cota del embalse a nivel del vertedero. Bajo esta condición, las pérdidas hidráulicas son despreciables y pueden no tenerse en cuenta. Cabeza máxima
≈0.05
. Es la cabeza neta que se obtiene al operar la planta con todas las turbinas a plena carga y con la cota del embalse a un nivel mínimo de operación. Bajo esta condición, las pérdidas hidráulicas son máximas. Cabeza mínima
. También llamada cabeza efectiva, se define como la diferencia entre la cabeza bruta y las pérdidas totales por fricción y pérdidas en accesorios en el sistema de conducción. En el cálculo de ésta no se incluyen las pérdidas propias de la turbina. La cabeza neta es la cabeza disponible para realizar el trabajo sobre la turbina. Cabeza neta
. Es la cabeza neta a plena apertura de la turbina que entrega la capacidad nominal del generador. Generalmente se encuentra en la placa de la turbina. Cabeza nominal
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2.3. Tipos Se pueden agrupar en dos tipos:
a) Turbinas de impulso, un chorro libre choca con un elemento giratorio de la máquina, la que está bajo la acción de la presión atmosférica.
Turbina Pelton
b) Turbinas de reacción, el escurrimiento se efectúa bajo presión. Independiente del tipo de turbina, el funcionamiento de ellas depende de un cambio de velocidad en el agua, para que ejerza una fuerza dinámica sobre el elemento rotatorio impulsor o rodete móvil.
Turbina Francis
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BOMBAS Y TURBINAS III.
APLICACIONES DE LA ECUACIÓN DE LA ENERGÍA 3.1. Tubería que conecta dos depósitos o descarga entre dos depósitos
= +ℎ = +ℎ + + 2 = + + 2 +ℎ→
(
= =
= =1 = =0 = =0
Presión atmosférica, igual a cero, trabajando con presiones relativas)
= +ℎ→ =ℎ→ =ℎ→ … ……
Dónde:
ℎ→ =ℎ + ℎ … …… 9 ESCUELA PROFESIONAL DE ING. CIVIL
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BOMBAS Y TURBINAS Es decir la pérdida de carga desde A hasta B, será la suma de las pérdidas de carga debida a la fricción, más las pérdidas de cargas localizadas e igual al desnivel de las superficies libres de agua de los estanques o carga estática “H”, es decir: De
y
:
= + … ……
3.2. Tubería que conecta dos depósitos mediante una instalación de bombeo.
+ = +ℎ→ + = +ℎ +ℎ =+ + Dónde:
= =
Altura dinámica total o carga neta que el agua recibe de la bomba.
Altura Estática a carga estática.
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∑ = ∑ =
Pérdidas de cargas localizadas desde
tubería de succión y de la tubería de impulsión.
hasta
Perdidas de cargas por fricción desde
producidas en la tubería de succión y en la de impulsión.
es decir de la
hasta
es decir las
3.3. Potencia Neta o Potencia Útil de la Bomba
ÚIL = −× ÚIL = 76 . ÚIL = 75 .
3.4. Potencia Bruta o Potencia Entregada
. = 76× . = 76×
= + <1 = 11 ESCUELA PROFESIONAL DE ING. CIVIL
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BOMBAS Y TURBINAS 3.5. Tubería que conecta dos depósitos mediante una Turbina
= + +ℎ +ℎ = + +ℎ +ℎ = +ℎ +ℎ = +ℎ +ℎ = + Dónde:
= = ∑ = ∑ =
Altura o carga neta que la turbina recibe del agua.
Altura o carga estática. Pérdidas de cargas localizadas desde Perdidas de cargas por fricción desde
hasta
.
hasta
.
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BOMBAS Y TURBINAS 3.6. Potencia Bruta o Potencia Entregada de la Turbina
= −×
BRUTA = . . ÚIL = 76× . Ú = 76×
3.7. Potencia Neta o Potencia Útil de la Turbina
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BOMBAS Y TURBINAS IV. EJERCICIOS
Una bomba sumergible de pozo profundo envía 745 gal/h de agua cuando opera en el sistema de la figura, si existe perdida de energía de 10.5 pie calcular: a) La potencia que trasmite la bomba al agua b) Si la bomba consume 1 hp, calcule su eficiencia
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BOMBAS Y TURBINAS Solución:
+ + + = + + +ℎ→ =0 , =0, =0 = + +ℎ→ 40 / 144 =120+ 62.4/ +10.5 =222.8 745 1ℎ 1 = ℎ 3600 7.48 =0.0277/ Como
Hallando la potencia que transmite la bomba de agua
Calculando eficiencia:
= =222.8 62.4( )0.0277 =385(.)(5501ℎ./) =0.700 = = 0.17 =0.7 =70% 15
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− 1. 9 2 10 = = 4.909 10− / =3.91 / = = 1.4.94218 10 10−− / =0.43 / 2 = 3.9129. 0.81/ 43/ =0.77 ℎ→ =4.0 =1.8+58.6+0.774=57.2
Con los valores obtenidos calculamos transmite a la turbina:
, que es la energía que el agua
Calculamos la potencia que el agua transmite al motor de fluido, es decir la
: = =57.2 9.81 10 ()1.9210−=1080 . /=1.08 ÚIL ÚIL = ∗ =ÚIL 0.851.08=ÚIL ÚIL =0.92 Cálculo de la potencia de salida, es decir la (
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BOMBAS Y TURBINAS 2. se desea abastecer de agua a un edificio por el método cisterna-bomba-tanque elevado, con la ayuda del plano de arquitectura se ha bosquejado el sistema que se muestra en la figura. Los diámetros de las tuberías de succión e impulsión son 16´´ y 12´´ respectivamente, obteniéndose una descarga en el tanque elevado de 0.10 ¿Qué bomba seleccionaría Ud. ¿Y cuál sería la presión en los puntos B y C?
/
NOTA: considere e=0.8 y hallar la potencia en CV La pérdida de carga entre A y B es equivalente a 4 cargas de velocidad. La pérdida de carga entre C y D es igual a 5 m. de agua.
=+ 2 +ℎ +ℎ =12+ 2 +4 2 +5 0. 1 0 = = 4 160.0254 =0.770 0. 1 0 = = 4 120.0254 =1.37 1. 3 7 0. 7 70 =12 + 2 +4 2 +5 17 ESCUELA PROFESIONAL DE ING. CIVIL
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=17.180 =0.75 1 0 (1000 )( )17. 2 8 = 750.80 =28.63 . = +ℎ→ + + 2 = + + 2 +4 2 1= +5 2 =15 2 =15 0.277 =848.75 =0.084875 = +ℎ→ + + 2 = + + 2 +5 = + 2 =13+ 2 +5 =18 =18000 =1.8
Calculo de la Potencia Bruta de la Bomba
Calculo de la Presión en B
Calculo de la Presión en C
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BOMBAS Y TURBINAS 4.2 Se construye una cabaña en una colina y se propone el sistema hidráulico mostrado en la figura. El tanque de distribución de la cabaña mantiene una presión de 30.0 psig sobre el agua. En la tubería hay una pérdida de 15.5 pie. Calcule los caballos de fuerza que la bomba transmite al agua cuando impulsa 40 gal/min.
Solución:
Como:
Despejando H B:
+ + 2 + = + + 2 + ℎ→
=0, =0, =30 , =0 = + + ℎ→ 144 3 0 = 3+212+5+ 62.4( ) + 15.5 =304.7 ÚIL = 1 1 ÚIL =304.7 62.4( ) 40 607.48
Cálculo de la potencia que la bomba transmite al agua (P ÚTIL):
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Convirtiendo a HP:
ÚIL =1693.83 . / ÚIL =1693.83 (.)5501ℎ. ÚIL =3.08
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