Una bomba centrífuga es una herramienta esencial en el mundo de la ingeniería y la industria. Sin embargo, para que funcione correctamente, es necesario conocer la velocidad mínima de arranque. En este artículo te explicaremos de manera clara y sencilla cómo se calcula esta velocidad y qué factores influyen en ella. ¡Sigue leyendo para descubrir todos los detalles!
Las máquinas hidráulicas que convierten la energía hidráulica en energía mecánica se denominan turbinas, mientras que las máquinas hidráulicas que convierten la energía mecánica en energía hidráulica se denominan bombas. La energía hidráulica se presenta en forma de energía de presión. Si la energía mecánica se convierte en energía de presión debido a la fuerza centrífuga que actúa sobre el fluido, se denomina bomba centrífuga. En artículos anteriores hablamos de cómo calcular el trabajo realizado, alturas y eficiencias de una bomba centrífuga. En este artículo aprenderá a calcular la velocidad mínima de arranque de una bomba centrífuga.
bomba centrífuga
Como ya se mencionó, la bomba centrífuga convierte la energía mecánica en energía de presión utilizando la fuerza centrífuga que actúa sobre el líquido.
- La bomba centrífuga actúa como una inversión de una turbina de reacción de flujo radial hacia adentro.
- Esto significa que en las bombas centrífugas el flujo se produce radialmente hacia afuera.
- La bomba centrífuga funciona según el principio de flujo de vórtice forzado.
- Esto significa que cuando una determinada masa de fluido gira mediante un par externo, el nivel de presión del fluido en rotación aumenta.
- El aumento de la carga de presión en cualquier punto del fluido en rotación es proporcional al cuadrado de la velocidad tangencial del fluido en ese punto.
- A la salida del impulsor, donde el radio es mayor, la altura aumenta más y el líquido se expulsa por la salida con una altura alta.
- Debido a esta alta presión, el líquido puede elevarse a un nivel alto.
Velocidad mínima de arranque de la bomba centrífuga.
Cuando el aumento de presión en el impulsor es mayor o igual a la altura manométrica (Hm), la bomba centrífuga comienza a bombear agua. De lo contrario, la bomba no suministrará agua aunque el impulsor esté girando. A medida que gira el impulsor, el agua que entra en contacto con el impulsor también gira. Este es el caso del vórtice forzado.
Con vórtice forzado, la cabeza centrífuga o cabeza se crea mediante un aumento de presión en el impulsor.
Dónde
ωr2 = Velocidad tangencial del impulsor en la salida = u2
ωr1 = Velocidad tangencial del impulsor en la entrada = u1
Altura de entrega debido al aumento de presión en el impulsor.
El flujo de agua solo comienza cuando la altura es ≥ H debido al aumento de presión en el impulsor.METRO (o)
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Para la velocidad mínima debemos tener
…. Ecuación (a)
De la ecuación tenemos la relación de eficiencia manométrica.
Reemplacemos este valor con HMETRO En la ecuación de la ecuación anterior obtenemos
….. Ecuación(b)
Sabemos
Reemplazo de los valores de u2 Y tú1en la ecuación (b)
….. Ecuación (c)
La ecuación (b) proporciona la velocidad mínima de arranque de la bomba centrífuga.
Resolvamos un problema de ejemplo para entender cómo calcular la velocidad mínima de arranque de una bomba centrífuga.
Ejemplos de problemas con la velocidad mínima de arranque de la bomba centrífuga
Planteamiento del problema: Los diámetros de un impulsor de una bomba centrífuga en la entrada y salida son 30 cm y 60 cm, respectivamente. Determine la velocidad mínima de arranque de la bomba cuando funciona contra una altura de 30 m.
Respuesta:
datos dados
Diámetro del impulsor en la entrada D1 = 30 cm = 0,30 m
Diámetro del impulsor a la salida D2 = 60 cm = 0,60 m
Cabeza HMETRO = 30cm
Sea la velocidad inicial mínima = N
Usando la ecuación (a) para la velocidad mínima
Dónde
Si conectamos esto a la ecuación anterior, obtenemos la velocidad mínima de arranque de la bomba centrífuga.
La velocidad mínima de arranque de la bomba centrífuga es de 892 rpm cuando funciona contra una altura de 30 m.
¿Le gustaría resolver usted mismo una tarea de ejemplo?
Planteamiento del problema: Los diámetros de un impulsor de una bomba centrífuga son de 30 cm y 60 cm en la entrada y salida, respectivamente. La velocidad del flujo en la salida es de 2,0 m/s y las palas están retrasadas en un ángulo de 45° en la salida. Determine la velocidad mínima de arranque de la bomba cuando la eficiencia manométrica sea del 70%.
Resuélvelo y comparte la respuesta con nosotros en la sección de comentarios a continuación. Le ayudaremos si tiene algún problema.
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Calculando la velocidad mínima de arranque de la Bomba Centrífuga
Las máquinas hidráulicas que convierten la energía hidráulica en energía mecánica se llaman turbinas, mientras que las máquinas hidráulicas que convierten la energía mecánica en energía hidráulica se llaman bombas. La energía hidráulica se presenta en forma de energía de presión. Si la energía mecánica se convierte en energía de presión mediante la fuerza centrífuga que actúa sobre el fluido, la máquina hidráulica se llama bomba centrífuga. En los artículos anteriores, discutimos cómo calcular el trabajo realizado, las cabezas y las eficiencias de una bomba centrífuga. En este artículo, veremos cómo calcular la velocidad mínima de arranque de una bomba centrífuga.
Bomba Centrífuga
Como mencionamos anteriormente, la bomba centrífuga convierte la energía mecánica en energía de presión mediante la fuerza centrífuga que actúa sobre el fluido.
La bomba centrífuga actúa como el reverso de una turbina de reacción de flujo radial interno. Esto significa que el flujo en las bombas centrífugas es en dirección radial hacia afuera. La bomba centrífuga funciona según el principio del flujo de vórtice forzado. Esto significa que cuando una cierta masa de líquido es girada por un torque externo, se produce un aumento en la presión de la cabeza del líquido en rotación. El aumento en la presión de la cabeza en cualquier punto del líquido en rotación es proporcional al cuadrado de la velocidad tangencial del líquido en ese punto. Por lo tanto, en la salida del impulsor, donde el radio es mayor, el aumento en la presión de la cabeza será mayor y el líquido se descargará en la salida con una alta presión de cabeza. Debido a esta alta presión de cabeza, el líquido puede elevarse a un nivel alto.
Velocidad mínima de arranque de la Bomba Centrífuga
Si el aumento de presión en el impulsor es mayor o igual a la cabeza manométrica (Hm), la bomba centrífuga comenzará a eliminar agua. De lo contrario, la bomba no descargará agua, aunque el impulsor esté girando. Cuando el impulsor está girando, el agua en contacto con el impulsor también está girando. Este es el caso del vórtice forzado.
En el caso del vórtice forzado, la cabeza centrífuga o la cabeza debido al aumento de presión en el impulsor se calcula mediante la siguiente ecuación:
donde ωr2 = Velocidad tangencial del impulsor en la salida = u2, ωr1 = Velocidad tangencial del impulsor en la entrada = u1
La cabeza debido al aumento de presión en el impulsor se calcula mediante la siguiente ecuación:
El flujo de agua comenzará solo si la cabeza debido al aumento de presión en el impulsor ≥ Hm (o)
Para determinar la velocidad mínima, debemos tener:
… Ecuación (a)
a partir de la relación de eficiencia manométrica, tenemos:
Sustituyendo este valor de Hm en la ecuación anterior, obtenemos:
Sabemos que:
Sustituyendo los valores de u2 y u1 en la ecuación (b), obtenemos:
La ecuación (b) nos da la velocidad mínima de arranque de la bomba centrífuga.
Resolvamos un ejemplo para comprender cómo calcular la velocidad mínima de arranque de una bomba centrífuga.
Ejemplo de Problemas sobre la velocidad mínima de arranque de la Bomba Centrífuga
Enunciado del problema: Los diámetros de un impulsor de una bomba centrífuga en la entrada y salida son de 30 cm y 60 cm respectivamente. Determine la velocidad mínima de arranque de la bomba si trabaja contra una altura de 30 m.
Respuesta:
Datos dados: Diámetro del impulsor en la entrada D1 = 30 cm = 0.30 m, Diámetro del impulsor en la salida D2 = 60 cm = 0.60 m, Altura Hm = 30 m. Supongamos que la velocidad mínima de arranque = N Utilizando la ecuación (a) para la velocidad mínima:
Donde:
Para calcular estos valores, sustituyamos en la ecuación anterior:
La velocidad mínima de arranque de la bomba centrífuga es de 892 rpm si trabaja contra una altura de 30 m.
¿Te gustaría resolver un problema por ti mismo?
Enunciado del problema: Los diámetros de un impulsor de una bomba centrífuga en la entrada y salida son de 30 cm y 60 cm respectivamente. La velocidad de flujo en la salida es de 2.0 m/s y las paletas están inclinadas hacia atrás en un ángulo de 45° en la salida. Determine la velocidad mínima de arranque de la bomba si la eficiencia manométrica es del 70%.
Resuélvelo y déjanos conocer la respuesta en la sección de comentarios a continuación. Te ayudaremos si tienes algún problema.