bombas axiales y sus diferentes tipo caracteristicas

Funcionamiento y caracteristicas de una bomba axial

1. INTRODUCCIÓN A LAS
MÁQUINAS HIDRÁULICAS
Prof. Jesús DE ANDRADE
Prof. Miguel ASUAJE
Marzo 2010
BOMBAS AXIALES

2. Bombas Axiales
Rotor
Turbomáquinas en las cuales el flujo es paralelo al eje
También son denominadas bombas helicoidales
por la forma del rodete
Maneja grandes caudales a relativamente
pequeños saltos energéticos

3. Configuraciones
Bomba Axial de eje
Vertical

4. No confundir
Bomba de Flujo
Mixto de eje
Vertical
Se pueden
fabricar bombas
de eje vertical con
rotores mixtos o
radiales

5. Configuraciones
Bomba Axial de Eje Horizontal

6. Bomba Axial de Eje Horizontal
Partes Principales:
En el rodete se pueden
identificar dos partes:
Cubo
Álabes
Carcaza
Rodete
Difusor

7. Partes de una Bomba Axial
CARCAZA:
Elemento exterior de la bomba. Se compone de la boquilla de succión, el
cuerpo de la carcaza y la boquilla de descarga
RODETE:
Elemento que realiza la transferencia de energia al fluido. Está compuesto
por el cubo, los álabes, la extensión de la cubierta. El rodete está formado
por la punta cónica, el cubo y los álabes
DIFUSOR:
Sistema de álabes fijos que se encuentran a la salida del impulsor
Otros Elementos:
Ejes, Cojinetes y Sellos

8. Rodete o Impulsor. Bomba Axial
Porción maciza del impulsor
acoplada al eje de la bomba.
Los álabes estan fijos en la
parte exterior del cubo
CUBO:
ALABES:
Perfiles helicoidales que ceden energía
al fluido.

9. Montaje de una Bomba Axial
Dimensiones principales de
instalación

10. Conceptos y
Ecuaciones Básicas

11. Planos de estudio …
Plano álabe a álabe
Plano Meridiano
S
2
i
S
1
i
w
Cubo
Álabes
k(re-ri)
Dominio de Cálculo
k(re-ri)
re
ri
Pala

12. Planos de estudio…
Transferencia de
Energía
Q

13. Rejilla de álabesprom
ó
 i prom
WóW

Los ángulos y principales dimensionesU

lC

t1
 prom
WóW

 2 1
W
 2
W

VelocidadRelativaenunpuntomuy
alejadodelarejilla.Esunpromedio
Geométricodelavelocidadesrelativas
deentradaydesalida
u
m1
W
 2
W
  c

14. Las Fuerzas del Fluido sobre un
Álabe. DCLprom
ó
   
prom
90
D
L
F
res
F
u
F
m prom
ó

DCL: Sobre elemento diferencial dr en un radio r
dr
rprom
WóW


15. Ecuación Fundamental de las
Bombas Axiales
 
)(rUFddP
rFddP
ddP
P
u



w
w
w rU w
La potencia suministrada al eje, se escribe:
De forma diferencial
El Torque, es el producto de la fuerza por el brazo
Para un radio constante
Donde:

coscos
cos
z
res
resu
F
ó
L
F
FF


Del DCL, obtenemos las
relaciones trigonométricas
de las fuerzas

16. Ecuación Fundamental de las
Bombas AxialesdA
W
CdF
W
A
F
C
zz
z
z
2
2
2
2






Se puede expresar la fuerza de sustentación
en función del coeficiente de sustentación
A nivel diferencial drldA
dAW
CdF
zres





cos2
2
Sustituyendo:
Recordando…
l… cuerda del álabe
dr… diferencial de envergadura

17. Ecuación Fundamental de las
Bombas AxialesdA
W
UCdP
z



cos
cos
2
2


Recordando…
Diferencial de Potencia para un solo álabe!!
Sustituyendo…
 cos

UFddP
UFddP
r
u

18. Ecuación Fundamental de las
Bombas AxialesdA
W
UZCdP
z



cos
cos
2
2


Para Z álabes…
Recordemos la definición de
potencia hidráulicadQHdP
QHP




A nivel diferencial

19. Ecuación Fundamental de las
Bombas AxialesZtdrV
ldr
W
UZC
H
ldr
W
UZCZtdrVH
ldrdAyZtdrVrdrVdQ
dA
W
UZCdQH
m
z
zm
mm
z










cos
cos
2
cos
cos
2
2
cos
cos
2
2
2
2







Al igualar las expresiones anteriores:
Recordando
Despejando la altura de la bomba t
l
V
UW
g
C
H
m
z


cos
cos
2
2


Sustituyendo
Finalmentet l

20. Ecuación Fundamental de las
Bombas Axiales  
prom
90  




prom
m
z
UW
HgV
t
l
C
sin
cos2
2
Recordando
Sabemos
Queda…  
prom
sincos

promdebe ser tal
que  se igual al

planeo e
min

21. Valores Prácticos de Diseño






t
l
fC
crejillaz
, rejillazperfilz
mCC 
El número de álabes
2<Z<5
El coeficiente de Sustentación
La relación cuerda paso
Nota:estecoeficientedesustentación
serefierealarejilla.Generalmentese
consideraigualaldelperfilaislado.
Puedeexistirunadiferenciaentreellos
enformadeunaconstante
1<m<1,057,0
1,1












Punta
Cubo
t
l
t
l

22. Ecuación Reducida. Bombas Axiales 
promprom
 sinsin  1cos  




prom
m
z
UW
HgV
t
l
C
sin
cos2
2
No hay fuerza de arrastre:
  0
De los triángulos de velocidades:U
 prom
WóW

 mVV 


W
V
m
promsin

23. Ecuación Reducida. Bombas Axiales

UW
gH
t
l
C
z
2 Z
D
ty
ND
U


60
Sustituyendo…
Con:
Se obtiene:ZN
gH
lWC
z
120



24. Eficiencia Hidráulica Global de una
Bomba Axial
La ecuación de Euler, para infinitos álabes)(
12 uuT
CC
g
U
H 

Triángulo de Velocidades
Expresiones Trigonométricasctg
ctgctg
ctg
ctgctg

 

 






2 1
1 2
2
2 W
V
VV
2
V
2

VV V V
U
U
U1 U2 U2
M M1 M2 M








  
W W
U U1 2
2

25. Eficiencia Hidráulica Global de una
Bomba Axial
Por otra parte 
 
:que tienese sen=
W
V

dosustituyen y ndoSimplifica
t
l

cos

V g 2
W C U
: Alturasde
sexpresione las doSustituyen
M
12
M
2
z
H











g
ctgctgUV
sen
M global hidráulica eficiencia ...

H
HH
H

e
e






t
z
t
t
z
t
H
H
H
H
H
H

26. Eficiencia Hidráulica Global de una
Bomba Axial












2
ctg
0ctg
90 Para
2
1
1




ctg
o
Con las ecuaciones anteriores se obtiene: 
   

cos2
1
12
2H



ctgctgsen
sen
Cz
t
l




  
 








ctgcos4
1
2H
sen
sen
Cz
t
l

27. Eficiencia Hidráulica Global de una
Bomba Axial
Relación entre los
ángulos medios para
diferentes
rendimientos 


28. Campo de aplicación de una Bomba
Axial

29. Curvas Características. Bombas
Axiales

30. Campo de trabajo de una bomba
de hélice con álabes ajustables
Cada curva de H y h corresponde a una determinada posición de los álabes

31. Comparación Curvas BC y BA
Bombas Centrífugas Bombas Hélico-Centrífugas
Bombas Axiales

32. Cavitación en la bóveda

33. 5
10
15
20
25
30
0.05 1.05 2.05 3.05 4.05 5.05 6.05 7.05
Altura [mca]
NPSH
d[mca]
68 l/s
74 l/s
80 l/s
0
0.4
0.8
1.2
1.6
2
0.065 0.07 0.075 0.08 0.085
NPSH
R
[mca]
Q [m
3
/s]
Altura Vs NPSH
D
NPSH
RVs Caudal
Curvas Características
Régimen Cavitacional