Este documento trata sobre bombas axiales y cómo manejar las fuerzas axiales que actúan sobre los rodetes. Explica que las presiones en ambos lados del rodete son diferentes, creando un empuje axial, y que en bombas de múltiples efectos este empuje se contrarresta colocando los rodetes en posiciones opuestas. También discute alternativas para eliminar las fuerzas axiales, como usar álabes posteriores o colocar impulsores opuestos de dos en dos. Finalmente, cubre el cálculo de la presión mínima

1. FACULTAD DE MECANICA ESCUELA DE INGENIERIA Bombas Axiales Fausto Hidrobo Alex Chauca Carlos Sani Lenin Orozco ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO 24/03/2010 1

2. EMPUJE AXIAL

3. En el rodete de una bomba centrífuga actúan fuerzas antagónicas (que se oponen) sobre ambas caras, esto debido a la presión que actúa sobre las mismas. La presión a cada lado del rodete suele ser diferente, lo que ocasiona un empuje en la dirección del eje que se debe compensar mediante el empleo de cojinetes de empuje. En las bombas de efectos múltiples, estos empujes se contrarrestan, en parte, disponiendo los rodetes en posiciones opuestas.

4. Fuerzas para el empuje axial En la Figura se presenta un impulsor con sus dos discos A y B de superficies respectivas SA y SB. Sobre el disco A actúa la presión p2 (de descarga) que origina una fuerza (hacia la derecha) igual a FA = p2 SA; sobre el disco B actúa también la presión p2 sobre el área SB (hacia la izquierda) y presión p1.

5. La fuerza total sobre el impulsor tiene una componente hacia la izquierda, de valor: F = p2 SB- p1 (SB- SA ) - p2 SA = (p2 - p1 ) (SB- SA ) Que depende de las diferencias de presión de aspiración y descarga, así como de la diferencia de áreas de los discos. Esta fuerza axial tiene que ser absorbida por el cojinete de empuje. 24/03/2010 5

6. ALTERNATIVAS PARA ELIMINAR LAS FUERZAS AXIALES 24/03/2010 6

7. El empuje axial en los impulsores abiertos es mayor que en los cerrados, pues la parte anterior está sometida a una presión media menor; para paliar este defecto se les provee de álabes posteriores Fig II.14, que disminuyen en gran manera la presión media en la cara posterior.

8. Empuje residual.- Si en lugar de un impulsor hay varios Fig. IV.28 y los suponemos idénticos, el esfuerzo total hacia la izquierda viene dado por: F = ( p4- p1 ) (SB - SA )

9. En estas fórmulas se introduce un coeficiente corrector ya que las presiones en las caras de los impulsores no son uniformes, sino que se distribuyen como se indica en la Fig. IV.25.

10. Si en la zona próxima al eje de la cara B del impulsor se practican varios orificios, (orificios de equilibrio), la presión en esa zona tenderá a igualarse con la presión de aspiración y, por lo tanto, F1 y F2 serán prácticamente iguales. Si la bomba requiere varios impulsores se pueden colocar opuestos dos a dos, quedando compensados en gran medida los esfuerzos axiales. El orden de circulación sería el 1, 2, 3, 4, Fig.

11. Para bombas con varios impulsores en serie, los esfuerzos axiales se pueden compensar mediante un tambor de equilibrado situado próximo a la última etapa, Fig IV.30.

12. CONCLUSION Los impulsores de doble aspiración tienen la ventaja de una mejor capacidad de aspiración y ausencia de empuje axial y una menor NPSHr. Se usan para alturas no muy grandes y potencias medias y elevadas. Se pueden considerar como dos impulsores de aspiración simple, opuestos y en paralelo que llevan aros de cierre en los dos oídos.

13. AFILADO DE ALABES PARA UNA MEJOR EFICIENCIA

15. El comportamiento de las puntas de los alabes se pueden mejorar desbastando una longitud suficiente produciendo una conicidad gradual. El achaflanado o redondeo de las puntas de descarga puede incrementar las perdidas y NO SE LO DEBE HACER Desbaste superior.No hay incremento en el espacio d de los alabes antes del desbaste dF después del desbaste, por lo que el área de descarga no se altera Desbaste inferior. El desbaste inferior aumentara el espaciamiento de los alabes de d a dF y por lo tanto, el aérea de descarga que reduce la velocidad meridiana promedio cm2 a una capacidad Q

18. La carga y consecuentemente la potencia aumentan a la misma capacidad. La eficiencia máxima generalmente se mejora y puede desplazarse a una capacidad mayor

19. CÁLCULO DE LA PRESIÓN MÍNIMA DE PRUEBA HIDROSTÁTICA 24/03/2010 19

20. CÁLCULO DE LA PRESIÓN MÍNIMA DE PRUEBA HIDROSTÁTICA La presión de prueba hidrostática tiene que ser una vez y media la presión de diseño dada por el constructor de la máquina. La presión de prueba hidrostática dada por el suministrador ha de ser superior a la presión mínima: donde

22. b es un porcentaje (por exceso) permitido por la norma API 610 como tolerancia a válvula cerrada

23. nmáx es la velocidad máxima que puede alcanzar el motor a válvula cerrada; para accionamiento por turbina se considerará la velocidad de disparo.

24. n es la velocidad normal de funcionamiento

25. Pmáxasp es la presión de aspiración máxima, en atm24/03/2010 21

27. Dmáxvoluta es el diámetro máximo de la voluta

28. σtrabes el coeficiente de fatiga correspondiente a la temperatura de prueba hidrostática- ξ es un coeficiente de seguridad a aplicar cuando hay partes soldadas; su valor depende del grado de la inspección radiográfica; para carcasas de fundición ξ = 1. 24/03/2010 22