ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECÁNICA Y ELECTRICA

UNIDAD PROFESIONAL ZACATENCO

INGENIERIA ELECTRICA

INSTALACIONES ELECTRICAS ESPECIALES

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

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Una bomba es una máquina hidráulica generadora que transforma la energía

(generalmente energía mecánica) con la que es accionada en

energía hidráulica del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible

puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el

hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del

fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas

relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza

para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema

hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra

de mayor presión o altitud.

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Existe una ambigüedad en la utilización del término bomba, ya que generalmente

es utilizado para referirse a las máquinas de fluido que transfieren energía, o

bombean fluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido

de trabajo, a diferencia de otras máquinas como lo son los compresores, cuyo

campo de aplicación es la neumática y no la hidráulica. Pero también es común

encontrar el término bomba para referirse a máquinas que bombean otro tipo de

fluidos, así como lo son las bombas de vacío o las bombas de aire.

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Según el principio de funcionamiento [editar]

La principal clasificación de las bombas se realiza atendiendo al principio de funcionamiento en el que se basan:

Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas, en las que el principio de funcionamiento está basado en la hidrostática, de modo que el aumento de presión se realiza por el empuje de las paredes de las cámaras que varían su volumen. En este tipo de bombas, en cada ciclo el órgano propulsor genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, por lo que también se denominan bombas volumétricas. En caso de poder variar el volumen máximo de la cilindrada se habla de bombas de volumen variable. Si ese volumen no se puede variar, entonces se dice que la bomba es de volumen fijo. A su vez este tipo de bombas pueden subdividirse en

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• Bombas de émbolo alternativo, en las que existe uno o varios

compartimentos fijos, pero de volumen variable, por la acción de un émbolo o

de una membrana. En estas máquinas, el movimiento del fluido es discontínuo

y los procesos de carga y descarga se realizan por válvulas que abren y cierran

alternativamente. Algunos ejemplos de este tipo de bombas son la

bomba alternativa de pistón, la bomba rotativa de pistones o la bomba pistones

de accionamiento axial.

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• Bombas volumétricas rotativas o rotoestáticas, en las que una masa fluida

es confinada en uno o varios compartimentos que se desplazan desde la zona

de entrada (de baja presión) hasta la zona de salida (de alta presión) de la

máquina. Algunos ejemplos de este tipo de máquinas son la bomba de paletas,

la bomba de lóbulos, la bomba de engranajes, la bomba de tornillo o la

bomba peristáltica.

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Bombas rotodinámicas, en las que el principio de funcionamiento está basado en el intercambio de cantidad de movimiento entre la máquina y el fluido, aplicando la hidrodinámica. En este tipo de bombas hay uno o varios rodetes con álabes que giran generando un campo de presiones en el fluido. En este tipo de máquinas el flujo del fluido es contínuo. Estas turbomáquinas hidráulicas generadoras pueden subdividirse en:– Radiales o centrífugas, cuando el movimiento del fluido sigue

una trayectoria perpendicular al eje del rodete impulsor. – Axiales, cuando el fluido pasa por los canales de los álabes

siguiendo una trayectoria contenida en un cilindro. – Diagonales o helicocentrífugas cuando la trayectoria del fluido

se realiza en otra dirección entre las anteriores, es decir, en un cono coaxial con el eje del rodete.

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• Según el tipo de accionamiento [editar]•  Esta sección está vacía o es un esbozo. Puedes ayudar a expandir esta

sección.• Electrobombas. Genéricamente, son aquellas accionadas por un motor

eléctrico, para distinguirlas de las motobombas, habitualmente accionadas por motores de explosión

• Bombas neumáticas que son bombas de desplazamiento positivo en las que la energía de entrada es neumática, normalmente a partir de aire comprimido.

• Bombas de accionamiento hidráulico, como la bomba de ariete o la noria.

• Bombas manuales. Un tipo de bomba manual es la bomba de balancín.

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Bomba de lóbulos dobles. Bomba de engranajes.

Bomba rotodinámica axial. Bomba centrífuga de 5 etapas.

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• Bomba aspirante [editar] Bomba aspirante de émbolo alternativo.En una "bomba aspirante", un cilindro que contiene un pistón móvil está

conectado con el suministro de agua mediante un tubo. Una válvula bloquea la entrada del tubo al cilindro. La válvula es como una puerta con goznes, que solo se abre hacia arriba, dejando subir, pero no bajar, el agua. Dentro del pistón, hay una segunda válvula que funciona en la misma forma. cuando se acciona la manivela, el pistón sube. Esto aumenta el volumen existente debajo del pistón, y, por lo tanto, la presión disminuye. La presión del aire normal que actúa sobre la superficie del agua, del pozo, hace subir el líquido por el tubo, franqueando la válvula-que se abre- y lo hace entrar en el cilindro. Cuando el pistón baja, se cierra la primera válvula, y se abre la segunda, que permite que el agua pase a la parte superior del pistón y ocupe el cilindro que está encima de éste. El golpe siguiente hacia arriba hace subir el agua a la espita y, al mismo tiempo, logra que entre más agua en el cilindro, por debajo del pistón. La acción continúa mientras el pistón sube y baja.

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• Una bomba aspirante es de acción limitada, en ciertos sentidos. No puede proporcionar un chorro continuo de líquido ni hacer subir el agua a través de una distancia mayor a 10 m. entre la superficie del pozo y la válvula inferior, ya que la presión normal del aire sólo puede actuar con fuerza suficiente para mantener una columna de agua de esa altura. Una bomba impelente vence esos obstáculos.

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Bomba aspirante de émbolo alternativo.

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Bomba impelente [editar] • Bomba impelente de émbolo alternativo.La bomba impelente consiste en un cilindro, un pistón y un caño que baja

hasta el depósito de agua. Asimismo, tiene una válvula que deja entrar el agua al cilindro, pero no regresar. No hay válvula en el pistón, que es completamente sólido. Desde el extremo inferior del cilindro sale un segundo tubo que llega hasta una cámara de aire. La entrada a esa cámara es bloqueada por una válvula que deja entrar el agua, pero no salir. Desde el extremo inferior de la cámara de aire, otro caño lleva el agua a un tanque de la azotea o a una manguera.

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Bomba impelente de émbolo alternativo.

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• Tipos de bombas• Bomba de émbolo • Bomba de paletas • Bomba de lóbulos • Bomba de engranajes • Bomba de tornillo, tornillo de Arquímedes • Bomba peristáltica. • Bomba centrífuga • Bomba de ariete • Golpe de ariete • Noria

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Otras bombas y aplicaciones especiales• Bomba de aire o inflador. Realmente es un compresor de desplazamiento

positivo, generalmente manual. • Bomba de vacío, utilizada para succionar gas. • Bomba neumática, bomba hidráulica accionada por aire comprimido. • Inyector-bomba, un tipo de bomba para combustibles en motores de

combustión interna. • Bomba sumergible, es una bomba rotodinámica preparadas especialmente

para ser sumergida.

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• Bomba centrífuga Corte esquemático de una bomba centrífuga. 1a carcasa, 1b cuerpo de bomba, 2 rodete, 3 tapa de impulsión, 4 cierre

del eje, 5 soporte de cojinetes, 6 eje. Bomba horizontal multifásica de 5 rodetes Warman centrifugal pump in a CHPP application Nomograma característico de una bomba centrífuga.Una bomba centrífuga es un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor rotatorio

llamado rodete en energía cinética y potencial requeridas. Aunque la fuerza centrífuga producida depende tanto de la velocidad en la periferia del impulsor como de la densidad del líquido, la energía que se aplica por unidad de masa del líquido es independiente de la densidad del líquido. Por tanto, en una bomba dada que funcione a cierta velocidad y que maneje un volumen definido de líquido, la energía que se aplica y transfiere al líquido, (en pie-lb/lb de líquido) es la misma para cualquier líquido sin que importe su densidad. Por tanto, la carga o energía de la bomba en pie-lb/lb se debe expresar en pies o en metros y es por eso por lo que se denomina genéricamente como "altura".

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Corte esquemático de una bomba centrífuga. 1a carcasa, 1b cuerpo de bomba, 2 rodete, 3 tapa de impulsión, 4 cierre del eje, 5 soporte de cojinetes, 6 eje.

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UNIDAD IINSTALACIONES ELECTRICAS PARA PROCESOS INDUSTRIALES

1.O IMPULSION Y COMPRESION DE FLUIDOS:

A. BOMBAS:

1. Función.- Un abomba tiene por objetivo impeler distancias líquidas en un sentido vertical, horizontal o ambos.

2. Tipos:• De desplazamiento (embolo).

Baja velocidad ( acoplamiento a través de un reductor de velocidad para líquidos densos: Aceites, Petróleo, resinas, etc.

• Centrifugas.Alta Velocidad para líquidos ligeros: Agua, Gasolina, etc.

3.- Principios de funcionamiento:

SALIDA

ENTRADA

VALVULA

ENTRADA

SALIDA

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CALCULO DE POTENCIA DEL MOTOR Antes de calcular la potencia del motor eléctrico, se debe de calcular la pérdida de carga por fricción

Donde: hf = Pérdida de carga en m. G = Gasto en d = Diámetro interior de la tubería en mm. L = Longitud de la tubería en m.

Potencia del Motor

Donde: G = Gasto en = Densidad relativa del líquido (1.0 para el agua) H = Altura de carga efectiva en m. (incluye hf) H.P. = Potencia del motor

5

87.15107.2dLGxhf

bomba

GHPH

271

..

hm3

hm3

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EJEMPLO:Calcular la eficiencia global del sistema “Motor-bomba” considerando las eficiencias típicas:

motor

bomba

M BEntrada 100% Salida 67%

90%

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675.0%100%67

motor Fuerza mecánica que proporciona el motor a la flecha

675.075.09.0 Xbombamotors X

Problema Calcule la potencia del motor para impulsar una centrifuga que debe elevar 300 galones de agua por minuto a una altura de 200 pies. La tubería tiene 400 pies de largo y 5 pulgadas de diámetro.Determine también la pérdida de carga hf en metros

DATOS G= 300 gal/min L = 400 pies = 122 m d = 5 Pulg = 127 mm h = 200 pies = 61 m = 1

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min300 galG

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gallgalG

18.3

min300

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lm

gallgalG10001

18.3

min300

3

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hm

horalm

gallgalG

33

4.681min60

10001

18.3

min300

5

87.15107.2dLGxhf

Pérdidas de carga por la altura

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7.2127

1224.68107.2107.2 5

87.13

55

87.15

mm

mHm

dLGxhf

Pérdidas de carga por la altura

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Se puede calcular los HP

HPGHHP 23.21

75.0274163076804

274

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Se puede calcular los HP

HPGHHP 23.21

75.0274163076804

274

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20 HP con factor de servicio = 1.1525 HP no es recomendable

hm

horalm

gallgalG

33

4.681min60

10001

18.3

min300

7.2127

1224.68107.2107.2 5

87.13

55

87.15

mm

mHm

dLGxhf

Pérdidas de carga por la altura

Se puede calcular los HP

HPGHHP 23.21

75.0274163076804(

274

20 HP con factor de servicio = 1.1525 HP no es recomendable

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EJEMPLO 2 Determine la potencia del motor para impulsar una bomba de debe elevar 150 metros cúbicos por hora de agua a una altura de 75 metros a través de una tubería de 4 pulgadas y la longitud total es de 100 mts.

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hm3

Donde: G = 150 L = 100 m H = 75 D = 4 pulgadas = 1

1 pulg = 25.4 mm4 pulg = 101.6 mm

Solución

s

hfHGP

274

)(

25.296.101

100150107.2107.2 5

87.13

55

87.15

mm

mHm

dLGxhf

..09.765.2055.15637

)75.0(274)1)(25.2975(150 PHP

Se selecciona el motor de 75 HP

VELOCIDAD DE UN MOTOR DE C.A.

Modos de variar la velocidad:•Alterando la frecuencia (circuitos electrónicos)•Alterando en número de polos

Donde:W = velocidadf = frecuenciaP= número de polos

Ejemplo: Cual es la velocidad de un motor de C.A. cuyo devanado tiene 8 polos

pf120

...9008)60(120 mpr

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TIPOS DE MOTORES BOMBAS

BAJA VELOCIDAD (w<450 rpm) alta VELOCIDAD (w>450 rpm)

BAJA POTENCIA (p<150H.P.) Motores de inducción c/reductores

Motores de inducción (Jaula de Ardilla)

ALTA POTENCIA (p>150H.P.) Motores sincronos Motores de inducción (Sincronos)

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Ejemplos de aplicación:

• Casa habitación 0.5 a 2 HP• Edificios 5 HP• Industrias Mediana 10 a 50 HP• Planta termoeléctrica 600 H.P.• Planta de bombeo 50 000 H.P.

Diagrama de una planta de bombeo

AGUA

DEPOSITO

S.E.A.

B

T G

M

T = TuberíaG = GeneradorM = MotorB = BombaS.E.A. =Sist. Eléc. alimentado

= Energía demandada en las horas picos

= Energía retroalimentada en las horas donde sobra la energía

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Nota: En las horas picos el sistema funciona como una planta de turbina-generador y cuando sobra suficiente energía el sistema se invierte a motor-bomba para retroalimentarse de energía potencial

SISTEMA DE SUMINISTRO TIPICO PARA BOMBAS DE 2000 – 6000 H.P.

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CEBADO.- Para que una bomba centrifuga funcione es necesario “cebarlo” es decir se requiere llenar con el líquido a impulsar tanto en la tubería de aspiración como en el cuerpo de la bomba expulsando totalmente.

CONTROL.- El control de una bomba puede ser tan simple como un interruptor de bomba pequeña hasta de controles sumamente complejos para bombas muy grandes, donde se utilizan dispositivos como: electro niveles, interruptores de flujo, incluso sistemas de control remoto basándose en ondas de radio.

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Tarea No 1:

1.- Investigar las siguientes definiciones y agregar mínimo dos ejemplos:• Factor de potencia.• Factor de demanda.• Factor de diversidad.• Factor de coincidencia.• Factor de carga.• Factor de utilización.• Factor de capacidad.• Factor de pérdida.

2.- Investigas cuales son las siguientes densidades de los siguientes compuestos:• Aceite.• Agua destilada.• Agua de mar.• Aire.• Aerogel.• Asfalto• Alcohol.• Gasolina.

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Tarea No 1:

2.- Investigas cuales son las siguientes densidades de los siguientes compuestos:• Aceite.• Agua destilada.• Agua de mar.• Aire.• Aerogel.• Asfalto• Alcohol.• Gasolina.• Helio.• Hormigón armado.• Mercurio• Vidrio• Agua• Hidrogeno.• Nitrogeno.• Oxigeno.• Cloro.• Arsenico.• Antimonio.

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Tarea No 1:Problemas:

3.- Se alimenta en 220 V., 4 motores trifásicos de 6, 10, 15 y 20 HP. Respectivamente a demás de un grupo de lámparas con una potencia total de 30 kW. Seleccione el calibre del alimentador general y su interruptor. De acuerdo a la norma en vigencia.

4.- Cierta industria tiene una carga instalada de 140 kW, determine para la subestación necesaria los parámetros:

• Voltaje primario y secundario.• Frecuencia.• Numero de fases.• Ampers fusible primario y Ampers interruptor primario general de baja tensión

Considerando un F.P. igual a -0.9

5.- Del ejemplo dado en clase de bombas se requiere calcular la capacidad del motor que ayude a un centrifugo con el doble de distancia doble y el mismo diámetro el cual va a desplazar gasolina.

Fecha de entrega el día 28 de Abril de 2015

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