BOMBAS DESPLAZAMIENTO NEGATIVO CURSO COMPLETO

curso de bombas de desplazamiento negativo

1. “BOMBAS INDUSTRIALES
DEZPLAZAMIENTO
NEGATIVO”
Dr. Ing. Álvaro Aguinaga B. -MECÁNICA DE FLUIDOS APLICADA 116/4/2025
Ph.D. Alvaro Aguinaga Barragán

2. DEFINICIÓN
Bombahidráulicaesun
dispositivoquerecibeenergía
mecánicadeunmotor
impulsorytransfiereesta
energíaaunfluidoquela
atraviesa.
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3. DEFINICIÓN
Energía mecánica Energía hidráulica
Bomba
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4. PRINCIPIOS DE OPERACIÓN
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5. PRINCIPIOS DE OPERACIÓN
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6. PRINCIPIOS DE OPERACIÓN
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7. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO NEGATIVO
Enestasbombasunelementogiratorio
llamadorotoroimpulsordotadode
aletasoálabesinducefuerzacentrífuga
alfluidoquelosatraviesa,aumentando
suscondicionesenergéticasdepresióny
velocidad.Selasllamatambiénde
desplazamientonegativo.
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8. Seclasificanen:
-Centrífugas(ayc)
-Diagonales(b)
-Axiales(d)
BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO NEGATIVO
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9. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO NEGATIVO
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10. 16/4/2025 Dr. Ing. Álvaro Aguinaga B. -MECÁNICA DE FLUIDOS APLICADA 10

11. 16/4/2025 Dr. Ing. Álvaro Aguinaga B. -MECÁNICA DE FLUIDOS APLICADA 11

12. 16/4/2025 Dr. Ing. Álvaro Aguinaga B. -MECÁNICA DE FLUIDOS APLICADA 12

13. 16/4/2025 Dr. Ing. Álvaro Aguinaga B. -MECÁNICA DE FLUIDOS APLICADA 13

14. 16/4/2025 Dr. Ing. Álvaro Aguinaga B. -MECÁNICA DE FLUIDOS APLICADA 14

15. ALTURA EFECTIVA DE BOMBEO
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16. ECUACIÓN GENERAL DE ENERGÍA
h
A= Energía añadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo
h
R= Energía retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecánico,
por ejemplo una turbina
h
L= Perdidas de energía por parte del fluido por efecto de fricción o por
presencia de válvulas, conectores, y rugosidad de tuberías
h
A
h
L
h
R
h
L
Bomba
Válvula
Turbina
Codo
2
2
2
2
1
2
1
1
22
P
g
v
zhhh
P
g
v
z
LRA ++=−−+++
2
1
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17. ALTURA EFECTIVA DE BOMBEO
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18. ALTURA EFECTIVA DE BOMBEO
Calculate the total differential head for the following pumping system:
3m
20m
3m of 10” pipe
45m of 8” pipe
8” gate valve
8” check valve
28.5 m
340 m
3
/h capacity
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19. ALTURA EFECTIVA DE BOMBEO
Discharge head:
Static head = 20m
Pressure head = 280/(9.81x1) = 28.5 m
Friction: for 8” line, flow = 340 m
3
/h:
u = 340/3600/((π/4)*0.203
2
) = 2.9m/s
Re = 1000 x 2.9 x 0.203/0.0009 = 6.5 x 10
5
ε/d = 0.0018/7.98 = 0.00023
f = 0.016
ΔP/100m = 0.016 x 100 x 1000 x 2.9
2
/(2 x 0.203) = 33.1 kPa/100m
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20. ALTURA EFECTIVA DE BOMBEO
Length of 8” pipe = 45m
3 x 8” elbows = 3 x 20.2ft = 60.6ft = 18.5m
1 x gate valve = 4.5 ft = 1.4 m
1 x check valve = 50 ft = 15.2m
Exit loss = 20 ft = 6.1m
Total = = 86.2m
ΔP friction = 86.2/100 x 33.1 = 28.5 kPa
Δh friction = 28.5/(9.81 x 1) = 2.9 m, add 20% safety
for pump
Δh friction = 1.2 * 2.9 = 3.5 m
Total Discharge head = 3.5 + 20 + 28.5 = 52 m
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21. ALTURA EFECTIVA DE BOMBEO
Suction head:
Static head = +3m
Friction: for 10” line, flow = 340 m
3
/h:
u = 340/3600/((π/4)*0.255
2
) = 1.85m/s
Re = 1000 x 1.85 x 0.255/0.0009 = 5.2 x 10
5
ε/d = 0.0018/10.02 = 0.00018
f = 0.015
ΔP/100m = 0.015 x 100 x 1000 x 1.85
2
/(2 x 0.255) = 10.1 kPa/100m
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22. ALTURA EFECTIVA DE BOMBEO
Length of 10” pipe = 3m
1 x 10” elbows = 26ft = 8m
Entrance loss = 15 ft = 4.6m
Total = = 15.6m
ΔP friction = 15.6/100 x 10.1 = 1.6 kPa
Δh friction = 1.6/(9.81 x 1) = 0.16 m, add 20% safety
for pump
Δh friction = 1.2 * 0.16 = 0.2 m
Total Suction head = 3+0.2 = 3.2 m
Total differential head = 52+3.2 = 55.2 m
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23. CAPACIDAD Y POTENCIA DE BOMBEO
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24. EFICIENCIA Y POTENCIA
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25. VELOCIDAD ESPECÍFICA
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26. VELOCIDAD ESPECÍFICA
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27. 16/4/2025 Dr. Ing. Álvaro Aguinaga B. -MECÁNICA DE FLUIDOS APLICADA 27

28. •Cuandolapresióndellíquidosereduceaunvalorigualo
inferiorasupresióndevapor(alatemperaturadelfluido),
ellíquidocomienzaahervirycomienzanaformarse
pequeñasburbujasobolsasdevapor.
•Amedidaqueestasburbujasdevaporsedesplazanalo
largodelosálabesdelimpulsorhaciaunáreademayor
presiónporencimadelapresióndevapor,colapsan
rápidamente.
•El colapso es tan rápido y violento que puede oírse como
un ruido, como si se estuviera moviéndose grava.
CAVITACIÓN
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29. CAVITACIÓN
Enlaentradadeunabombaysistemadesucción
seproducenpresionesmuybajas(devacío),porlo
queenlatemperaturadeoperacióndelabomba,el
fluidoseacercaollegaavaporizarse,formándose
burbujasdevaporcuyovolumenesmuchomayor
queenfaselíquida.
Estasburbujasdevaporalatravesarporlabomba,
enfraccionesdesegundo,cambiancasi
instantáneamentelapresión,desdeelvacíoa
presionesmuyaltas,implosionando,reduciendo
violentamenteelvolumendelasburbujasdevapor
hastatransformarseengotaslíquidas.
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30. CAVITACIÓN
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31. 16/4/2025 Dr. Ing. Álvaro Aguinaga B. -MECÁNICA DE FLUIDOS APLICADA 31

32. Phenomenon of Cavitation
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33. CAVITACIÓN
Lacavitaciónocurreenlasregionesdebajapresiónlas
burbujasdevaporseformancuandolapresiónlocalestápor
debajodelapresióndevapordelfluido,porejemplo:
•Enlaentradaalimpulsordeunabombadedesplazamiento
negativoporlasucciónexistenteyelcambiodedirecciónde
flujo.
•Encambiosdedireccióndeflujo,estrechamientoso
cualquierrestriccióndeflujoqueprovoquevórtices.
•Enlosvórtices,porlaexistenciaderegionesdebajayalta
presión.
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34. 16/4/2025 Dr. Ing. Álvaro Aguinaga B. -MECÁNICA DE FLUIDOS APLICADA 34

35. BOMBAS CENTRÍFUGAS
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36. CAVITACIÓN
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37. CAVITACIÓN
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38. CAVITACIÓN
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39. CAVITACIÓN
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40. CAVITACIÓN
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41. CONSECUENCIAS DE LA CAVITACIÓN
•Erosióndelassuperficiesmetálicas
dandolaaparienciadeestarcorroído.
•Ruidoscomodepiedrasmolidasse
escuchanenelinteriordelabomba
generandovibración.
•Elrendimientodelabombase
deteriorapordebajodelosniveles
aceptables.
CONSECUENCIAS DE LA CAVITACIÓN
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42. DETECCIÓN DE LA CAVITACIÓN
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43. Enlasbombasdedesplazamiento
negativolosfactoresquemásincidenpara
laformacióndelacavitaciónson:
•Laalturadesucciónenlaentradadela
bomba.
•Latemperaturadelfluidobombeado.
•Eldiseñodelabomba.
•Elcaudaldelabombafueradelos
valoresnominales.
CAVITACIÓN EN LAS BOMBAS
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44. ALTURA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA
Paramantenercontroladalacavitaciónen
unabombadedesplazamientonegativase
defineunparámetroconocidoAlturaNetade
SucciónPositiva(NPSHporsussiglaseninglés
de“NetPositiveSuctionHead”).
Laalturanetadesucción(NPSH)esunfactor
deseguridadquealejalapresiónenla
succióndelabomba,delpuntodesaturación,
alatemperaturadeoperacióndelabomba.
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45. ALTURA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA
Existendosvaloresdiferentesdealturanetade
succiónpositiva(NPSH):
•Laalturanetadesucciónpositivadisponible
(NPSH
AporlasiglaeninglesdeAvailable)cuyo
valorsecalculaydependedevariosfactoresdel
sitioylainstalacióndesuccióndelabomba.
•Laalturanetadesucciónpositivarequerida
(NPSH
RporlasiglaeninglesdeRequired)cuyo
valordirectamentedeldiseñodelabombayse
determinamedianteunapruebaestructurada
diseñadaporelInstitutodeHidráulicadelos
EstadosUnidos(AHI).
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46. ALTURA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA
NPSH
A= Hatm-Hs-Hps-Hvap
Hatm=Columnaoalturaatmosférica
Hs=Alturadesucción(+ó-)
Hps=Alturadepérdidasenlasucción
Hvap=Alturadevaporizacióndelfluidoala
temperaturadeoperacióndelabomba.
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47. ALTURA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA
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48. ALTURA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA
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49. ALTURA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA
Paramantenerlacavitacióncontrolada(dentrode
nivelesaceptables),debecumplirsesiemprelaregla:
NPSH
A > NPSH
R
Algunasnormasyespecificacionescorporativas
recomiendanqueladiferenciaentrelosNPSHdebaser
nomenosde3pies.Comorecomendacióngeneralpara
bombasconNPSH
R(requerido)mayora30piessedebe
mantenerunmargenmínimoentreelNPSHA
A
(disponible)yelNPSH
R(requerido)dealmenosun10%.
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50. ALTURA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA
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51. ALTURA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA
The cooling water used for cooling of the reactor during the reaction is pumped
from an open tank. Calculate the NPSHA for the pump given the following
conditions:
Temperature of Water = 30c, Density (r) @ 30C = 995.7 kg / m
3
Vapour Pr @ 30c = 4.241 kPa (abs), Ha = atmospheric pr = 101.325 kPa
Gravitational acceleration = 9.81 m/s
2
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52. ALTURA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA
Using the formula: NPSHA = Hts – Hvap
Where Hts = total static head
= Atmospheric Pr (Ha) – suction lift (Hs) –
friction losses (Hf)
= Ha x 1000 – 2.6 – (1 + 0.9 + 0.4 + 0.1)
g x r
= 101.325 x 1000 – 2.6 – 2.4
9.81 x 995.7
= 10.38 – 2.6 – 2.4
= 5.38m
H
vap = 4.241 x 1000
9.81 x 995.7
= 0.43m
NPSH
A = 5.38 – 0.43
= 4.95m
Add 10% safety factor for value specified to pump supplier:
The NPSH required is thus 4.95/1.1 = 4.5 m
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53. ALTURA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA
Water temperature - 125 C
Density @ 125 C – 939 kg/m
3
Vapour pr @ 125 C = 230 kPa (absolute)
Gauge pr = 130 kPag
Gravitational acceleration = g = 9.81 m/s^2
Suction head (Hs) = 4.0m max, 1.0m min
Pipe friction loss = 1.1m
Valve friction loss = 0.1m
NPSH
A
= Hts - Hvap
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54. ALTURA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA
H
ts = Ha + Hs - Hf
= (101.325 + 130) x 1000 + 1 – (1.1 + 0.1)
9.81 x 939
= 25.1 + 1 – 1.2
= 24.9 m
H
vap = 230 x 1000
9.81 x 939
= 25.0 m
NPSH
A = 24.9 – 25.0
= -0.1 m
(as NPSH
A
is negative, the pump will start to cavitate when the tank
level drops to minimum level)
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55. GOLPE DE ARIETE
Elgolpedearieteesunfenómenoqueseproduceenlaoperación
desistemashidromecánicoscuandosedisminuyerápidamenteel
caudal,medianteunadesaceleraciónmuygrandedelflujo,loque
provocacomoconsecuenciaelaparecimientodeunaondade
sobrepresiónmuyaltaquesedesplazaendireccióncontrariaal
flujo.
Estaondadesobrepresión(transienteosurge)tieneuna
velocidadmuyaltainclusivesupersónicaquesedesplazaen
direccióncontrariaalflujohastaencontraralgúncomponenteque
seinterpongaasupropagación,conelquechocafuertemente
produciendoungolpesecodeconsecuenciasdestructivas,
causandoladestruccióndeinstalacionesyequipos,comose
presentaenlaFigura.
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56. GOLPE DE ARIETE
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57. GOLPE DE ARIETE
Elgolpedearieteesprovocadoporelcierrerápidode
lasválvulashidráulicas,porloqueenlaetapadediseño
delainstalaciónhidromecánicasedebeestablecer,
inclusiveconfactoresdeseguridadaltos,eltiempo
mínimoenquepuedacerrarselaválvulahidráulica,para
controlarelgolpedeariete,estetiemposelodefine
comola“leydecierre”.
Estetiempomínimodebegarantizarseestrictamente,
tantoenelcontrolautomáticodelasválvulascomoen
lasmaniobrasmanuales,yademáslaoperacióndebeser
avelocidadconstante,sinpicosinstantáneosde
velocidad.
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58. CURVAS CARACTERÍSTICAS
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59. CURVAS CARACTERÍSTICAS
Lainformacióncorrespondientealcomportamientodeunabombarotodinámica
paradiferentescondicionesdefuncionamiento,seresumeenundiagramaaltura
efectiva(H)vscaudal(Q).EnlaFigurasedaunejemplodeestascurvas
característicasparaunabombacentrífuga.
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60. CURVAS CARACTERÍSTICAS
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61. 16/4/2025 Dr. Ing. Álvaro Aguinaga B. -MECÁNICA DE FLUIDOS APLICADA 61

62. 16/4/2025 Dr. Ing. Álvaro Aguinaga B. -MECÁNICA DE FLUIDOS APLICADA 62

63. CURVAS CARACTERÍSTICAS
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64. CURVAS CARACTERÍSTICAS
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65. 16/4/2025 Dr. Ing. Álvaro Aguinaga B. -MECÁNICA DE FLUIDOS APLICADA 65

66. 16/4/2025 Dr. Ing. Álvaro Aguinaga B. -MECÁNICA DE FLUIDOS APLICADA 66

67. CURVAS CARACTERÍSTICAS
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68. CURVAS CARACTERÍSTICAS
GPM
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69. CURVAS CARACTERÍSTICAS
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70. BOMBAS EN PARALELO
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71. 16/4/2025 Dr. Ing. Álvaro Aguinaga B. -MECÁNICA DE FLUIDOS APLICADA 71

72. BOMBAS EN SERIE
16/4/2025 Dr. Ing. Álvaro Aguinaga B. -MECÁNICA DE FLUIDOS APLICADA 72

73. 16/4/2025 Dr. Ing. Álvaro Aguinaga B. -MECÁNICA DE FLUIDOS APLICADA 73

74. Fin de la Presentación
Dr. Ing. Álvaro Aguinaga B. -MECÁNICA DE FLUIDOS APLICADA 7416/4/2025
Ph.D. Alvaro Aguinaga Barragán