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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS E.A.P. Ing. Mecánica de Fluidos

Tema: bombas

Curso: Turbomáquinas I

Profesor: Ing. Mario García Pérez

Autores: Mucha Espinoza Haendel 13130189

Lima- Perú 2019

Resumen :

Introducción: Cuando escuchamos la palabra bomba automáticamente pensamos en un dispositivo que convierte la energía mecánica en energía cinética, ya que para crear el movimiento de un fluido es necesario generar una diferencia de presiones ya sea por - succión - compresión - vacío - empuje, etc. En le presente trabajo indagaremos un poco mas y plasmaremos conceptos necesarios para entender de manera adecuada el funcionamiento, los tipo de bombas que existen (los más prácticos),el criterio de clasificación y el donde utilizar cada uno de estos para obtener una mayor eficiencia.

Historia Las bombas de agua han existido desde el año 3000 A.C. Las primeras bombas se hicieron con ruedas de agua y rampas y usaban animales para darles la energía necesaria para mover las ruedas. Los mesopotámicos fueron los responsables de crear la primera bomba, alrededor del año 3000 A.C. Usaron una palanca de madera al lado del banco de agua, con un contrapeso en un extremo y un balde en el otro. Cuando la palanca se empujaba hacia abajo, el contrapeso subía el balde y se vaciaba en una batea. Se inventaron tres bombas alrededor del año 500 A.C. Entre ellas una noria con ollas atadas, una noria con compartimentos para el agua, y una cadena de baldes, que era una línea que pasaba por encima de una polea con baldes pegados a ella. Desde hace milenios el hombre aprendió a abastecerse de agua mediante mecanismos para transferirla de un lugar a otro. Ejemplos de estas máquinas primitivas son la noria movida por accionamiento humano o tracción animal y el malacate, empleados por las antiguas culturas egipcias y babilónicas. Arquímedes describió en el siglo III antes de nuestra era lo que hoy se conoce como tornillo de Arquímedes, aunque este sistema había sido utilizado anteriormente por Senaquerib, rey de Asiria en el siglo VII a.n.e. En el siglo XII, Al-Jazari describió e ilustró diferentes tipos de bombas, incluyendo bombas reversibles, bombas de doble acción, bombas de vacío, bombas de agua y bombas de desplazamiento positivo.

Objetivos el presente trabajo tiene como finalidad expandir nuestros conocimientos sobre bombas, su funcionamiento, su clasificación y las características que tiene cada una de ellas para de esta forma tener en claro las ideas sobre bombas ya que una gran parte de la carrera que estudiamos (“ingeniería mecánica de fluidos “) se basa en estos conceptos y es una de nuestras principales herramientas para ejercer de manera óptima nuestra futura labor ; guiadas siempre por el Ing. Mario García quien esta a carga del curso el trabajo de igual manera tiene como finalidad expandir este conocimiento para quienes estén interesados en este capítulo de la ingeniería mecánica

Marco teórico NOCIONES GENERALES SOBRE BOMBEO DEFINICIÓN Las bombas son equipos mecánicos que sirven para elevar los líquidos y conducirlos de un lugar a otro, o lo que es lo mismo, comunicarles cierta cantidad de energía (carga) que les permita vencer la resistencia de las tuberías a la circulación, así como, la carga que representa la diferencia de nivel entre el lugar de donde se toma el líquido y el lugar adonde se pretende llevar. Los líquidos circulan del lugar de mayor energía al lugar de menor energía; el suministrarle energía la bomba al líquido tiene el objeto de producir el gradiente necesario para establecer la circulación y vencer las resistencias. TIPOS DE BOMBAS Las bombas se dividen en dos grupos: a) Bombas de desplazamiento positivo (directas). b) Bombas de desplazamiento no positivo (indirectas) o rotodinámicas. Al primer grupo pertenecen las bombas de pistón de acción reciprocante o bombas reciprocantes y las bombas rotatorias. Las características principales de este grupo son: a) Que a una velocidad determinada la descarga (caudal) es en general fija e independiente de la carga de bombeo. b) Que la carga posible de bombeo puede aumentarse, dentro de los límites de resistencia de los materiales de que está construida la bomba, con solo aumentar la potencia del motor que la mueve y sin variar la velocidad de operación. Al segundo grupo pertenecen las bombas centrifugas o de rotor en hélice (flujo axial) y sus características principales son:

a) Que a una velocidad determinada la descarga está en función inversa de la carga posible de bombeo, y es variable es decir que a mayor descarga, menor carga de bombeo y viceversa. b) Que la carga de bombeo no puede aumentarse con sólo aumentar la potencia del motor, sino que hay que aumentar la velocidad o el diámetro del rotor para lograrlo. En ambos tipos o grupos de bombas la descarga de la bomba aumenta cuando aumenta la velocidad de trabajo de la misma. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO En estas bombas, el fluido que se desplaza siempre está contenido entre el elemento impulsor que puede ser un embolo, un diente de engrane, un aspa, etc., y la carcaza o el cilindro. En el caso de las centrifugas el fluido es impulsado y no guiado a lo largo de toda su trayectoria entre el elemento impulsor y la carcaza. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE FUNCIONAMIENTO Las bombas de este tipo son bombas de desplazamiento que crean la succión y la descarga, desplazando agua con un elemento móvil. El espacio que ocupa el agua se llena y vacía alternativamente forzando y extrayendo el líquido mediante movimiento mecánico. El término “positivo”, significa que la presión desarrollada está limitada solamente por la resistencia estructural de las distintas partes de la bomba y la descarga no es afectada por la carga a presión sino que está determinada por la velocidad de la bomba y la medida del volumen desplazado. Las bombas de desplazamiento positivo funcionan con bajas capacidades y altas presiones en relación con su tamaño y costo. Este tipo de bomba resulta el más útil para presiones extremadamente altas, para operación manual, para descargas relativamente bajas, para operación a baja velocidad, para succiones variables y para pozos profundos cuando la capacidad de bombeo requerida es muy poca.

Las bombas positivas tienen la ventaja de que para poder trabajar no necesitan "cebarse”, es decir, no es necesario llenar previamente el tubo de succión y el cuerpo de la bomba. CLASES DE BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Hay dos clases de bombas de desplazamiento positivo: a) Las de pistón o reciprocantes, que desplazan el líquido por la acción de un émbolo o pistón con movimiento rectilíneo alternativo, o con movimiento de oscilación. b) Las rotatorias, en las cuales, el desplazamiento se logra por el movimiento de rotación de los elementos de la bomba. USOS MÁS COMUNES DE LAS BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO -

Bombeo en pozos llanos

-

Bombeo en pozos profundos

-

Para niveles de agua variable

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Bombas de incendio

-

Bombas de transferencia y circulación

-

Operación por molinos de viento

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Altas cargas a presión

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Alimentación de calderas

-

Bombeo de aceite y gasolina

-

Fumigadores de cosechas

BOMBAS RECIPROCANTES En las bombas reciprocantes el pistón crea un vacío parcial dentro del cilindro permitiendo que el agua se eleve ayudada por la presión atmosférica. Como hace falta un espacio determinado de tiempo para que se llene el cilindro, la cantidad de agua que entra al espacio de desplazamiento dependerá de la velocidad de la bomba, el tamaño de las válvulas de entrada y la efectividad del material sellante de las válvulas y del pistón. Como se muestra en la figura 2.

Debido a la resistencia friccional que se desarrolla en sus partes en movimiento, las bombas reciprocantes tienen una eficiencia relativamente baja; las pérdidas en las correas, los engranes y las chumaceras se añaden a la resistencia de las partes móviles para dar un rendimiento bajo en proporción a la potencia suministrada por la unidad motriz. Como el proceso de llenado y vaciado sucesivo de receptáculos de volumen fijo requiere fricción por resbalamiento entre las paredes estacionarias del receptáculo y las partes móviles, estas bombas no son apropiadas para manejar líquidos que contengan arenas o materias en suspensión. Estas bombas son relativamente de baja velocidad de rotación, de tal manera que cuando tienen que ser movidas por motores eléctricos deben ser intercaladas trasmisiones de engranes o poleas para reducir la velocidad entre el motor y la bomba. Las válvulas de las bombas de pistón son de dos tipos las de succión, que permiten la entrada al espacio de desplazamiento, y las de descarga, que dejan que el agua pase hacia el tubo de descarga, Estas válvulas operan por la fuerza que ejerce sobre ellas el peso del agua, o por la acción ejercida por elemento de desplazamiento. La figura 1 y 3 nos muestran modelos de bombas reciprocantes.

Figura 1. Bomba reciprocante o de pistón horizontal

Figura 2. Esquema de una bomba reciprocante de efecto simple

Figura 3. Bomba reciprocante horizontal de transmisión de doble efecto VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE BOMBAS RECIPROCANTES Las bombas positivas tienen la ventaja de que para poder trabajar no necesitan "cebarse”, es decir, no es necesario llenar previamente el tubo de succión y el cuerpo de la bomba. A medida que la bomba por sí misma va llenándose de líquido, éste va desalojando el aire contenida en la tubería de succión, iniciándose el escurrimiento a través del sistema cuando ha acabado de ser desalojado el aire. Algunas más ventajas de las bombas reciprocantes son: -

Alta presión disponible.

-

Autocebantes (dentro de ciertos límites).

-

Flujo constante para cargas de presión variable.

-

Adaptabilidad a ser movidas manualmente o por motor.

Las desventajas que pueden presentar este tipo de bombas son: -

Baja descarga.

-

Baja eficiencia comparada con las bombas centrifugas.

-

Muchas partes móviles.

-

Requieren mantenimiento a intervalos frecuentes.

-

Succión limitada.

-

Costo relativamente alto para la calidad de agua suministrada.

-

Requieren un torque considerable para llevarlas a su velocidad.

-

Flujo pulsante en la carga.

CLASIFICACIÓN Las bombas reciprocantes pueden clasificarse como: -

Bombas de pistón-embolo

-

Bombas de diafragma

BOMBAS DE PISTÓN -EMBOLO CARACTERÍSTICAS GENERALES DE FUNCIONAMIENTO Las bombas de pistón, también conocidas como bombas de vaivén, pueden ser accionadas por un motor eléctrico, de vapor o una turbina, o por un mecanismo de accionamiento hidráulico. Las bombas de pistón son capaces de presiones diferenciales de hasta 10.000 libras por pulgada cuadrada (psi) (703,23 Kg/cm2). Se trata de una bomba hidráulica de desplazamiento positivo, diseñada para ser utilizada en procesos de bombeo en los que los productos presentan partículas en su composición. Cabe destacar que el sistema de bombeo tiene un bajo nivel de cizallamiento ya que respeta la integridad de las partículas de producto, lo que es

de especial importancia en productos tales como la fruta troceada, verduras enteras, etc. Su funcionamiento se basa en el recorrido alternativo de un pistón de doble efecto en el interior de la bomba. Se abre la válvula de admisión accionada por el vacío creado por el propio pistón, mientras la de descarga se aprieta contra su asiento, de esta forma se llena de líquido el espacio sobre él. El pistón en contacto con el producto está accionado por un sistema hidráulico, que a su vez está alimentado por una central hidráulica independiente. Este diseño permite colocar la central hidráulica en un lugar aislado del lugar de proceso. Cuando el pistón sube, el incremento de presión cierra la válvula de admisión y empuja la de escape, abriéndola, con lo que se produce la descarga. La repetición de este ciclo de trabajo produce un bombeo pulsante a presiones que pueden ser muy grandes. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS BOMBAS DE PISTO-EMBOLO Las bombas de pistón tienen un amplio rango de presión, pueden alcanzar niveles de presión altos y la presión puede ser controlada sin impactar el nivel de flujo. Las bombas de pistón tienen un índice continuo de descarga. Los cambios de presión y el índice de descarga tienen un efecto mínimo en el desempeño. Las bombas de pistón pueden maniobrar con fluidos viscosos, altos volúmenes de gas y sólidos, solo si las válvulas están diseñadas correctamente. Las bombas de pistón cuestan más por unidad para operar comparadas con las bombas centrífugas y las de rodillo. Los componentes mecánicos son propensos al desgaste, por lo cual los costos de mantenimiento pueden ser elevados. Las válvulas deben ser resistentes a los abrasivos para que los sólidos grandes puedan pasar a través de ellos. Las bombas de pistón son pesadas debido a su gran tamaño y al peso del cigüeñal que acciona la bomba. APLICACIONES Las aplicaciones en las que la bomba de pistón presenta una clara diferenciación frente al resto de tecnologías son:

-

Bombeo de productos viscosos.

-

Bombeo de productos con partículas en su composición como los dados y rodajas de fruta.

-

Bombeo de productos sensibles a esfuerzos de cizalla como las verduras enteras y hojas de verdura.

Figura 4. Bomba de medición del pistón del émbolo (series del hertzio)

Figura 5. Bomba de pistón BOMBAS DE DIAFRAGMA

Las bombas de diafragma son un tipo de bombas de desplazamiento positivo (generalmente alternativo) que utilizan paredes elásticas (membranas o diafragmas) en combinación con válvulas de retención (check) para introducir y sacar fluido de una cámara de bombeo.

Figura 6. Bomba de diafragma La acción de estas bombas puede ser: • Eléctrica, mediante un motor eléctrico, en cuyo caso se dice que es una electrobomba. Sin embargo, hay otras electrobombas que no son bombas de membrana. • Neumática, mediante aire comprimido, en cuyo caso se dice que es una bomba neumática. La mayoría de las bombas neumáticas son bombas de membrana. Ocasionalmente, las bombas reciprocantes están provistas de un diafragma flexible recíprocamente en vez de un émbolo o pistón reciprocante, con lo cual se elimina la fricción y las fugas en el punto donde el émbolo atraviesa la caja de empaque. Un ejemplo de esta bomba queda ilustrado en la figura 7 en la cual el movimiento del diafragma es obtenido mediante una cama excéntrica y una palanca; las válvulas de succión y de descarga trabajan en forma ordinaria. Tales bombas son muy comunes en la actualidad para levantar combustible de los tanques posteriores de los automóviles a los carburadores de los mismos.

Figura 8. PARTES 1. Cambiador automático coaxial 2. Cuerpo Bomba 3. Membrana 4. Colector 5. Esfera 6. Membrana

Figura 9. Partes de una bomba de diafragma CARACTERÍSTICAS GENERALES DE FUNCIONAMIENTO El funcionamiento de las bombas de membrana está basado fundamentalmente en la acción conjunta de cuatro elementos: • Un par de membranas. • Un eje que los une. • Una válvula distribuidora de aire. • Cuatro válvulas de esfera. El aumento de presión se realiza por el empuje de unas paredes elástica que varían el volumen de la cámara aumentándolo y disminuyéndolo alternativamente. Las válvulas de retención (normalmente de bolas de elastómero) controlan que el movimiento del fluido se realice de la zona de menor presión a la de mayor presión. Como en las bombas de diafragma no hay piezas friccionantes, ellas encuentran aplicación en el bombeo de líquidos contaminados con sólidos, tal como los lodos, pulpas, drenajes, soluciones acidas y alcalinas.

Figura 10. Funcionamiento de una bomba de diafragma CARACTERÍSTICAS -

Existen modelos sumergibles y no sumergibles.

-

Son muy versátiles

-

Estas bombas son capaces de manejar inclusive materiales críticos de una manera confiable y segura.

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Trabajo libre de aceite y funcionan sin obstáculos.

-

Funcionamiento en seco.

-

Caudal y altura de elevación regulables.

-

Regulación final de velocidad y de presión.

-

Mantenimiento simple y rápido.

-

Son usadas extensamente en trabajos de transferencia y dosificación que requieran flujos hasta 300 GPM (1150 lt/min)

-

Manejan una amplia variedad de fluidos, incluyendo químicos, polvos secos, aditivos para alimentos, gomas, pinturas, productos farmacéuticos, lodos y aguas servidas.

-

Carecen de sellos o empaques, lo que significa que pueden ser utilizadas en aplicaciones que requieran cero fugas.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS Ventajas a) Ofrecen una gran capacidad de variar tanto capacidad como presión dentro de sus rangos de operación. b) No tienen sellos dinámicos o empaques. c) Pueden rodar en seco indefinidamente. d) La descarga puede ser estrangulada a caudal cero indefinidamente. e) No consumen aire cuando están trabajando sin carga. f) Pueden trabajar en ambientes peligrosos (no hay consumo eléctrico). g) Potencia es proporcional a la rata de bombeo. h) Trabajan con lodos abrasivos y sólidos en suspensión. i) No requieren de by-pass. j) Si es mantenida apropiadamente no tienen fugas. k) Simples de mantener y reparar. l) Pueden manejar una mayor variedad de materiales, más que cualquier otro tipo de bomba. Desventajas a) No son prácticas para bombear caudales por encima de los 300 GPM (1150 lt/m). b) No son fabricadas para operar con presiones de aire mayores de 125 psi (8.6 bar). Aunque algunas versiones pueden incrementar la relación de presiones a 2:1 o 3:1. c) Se puede formar hielo en los motores de aire, pero se puede minimizar el efecto con una adecuada selección y diseño. d) Los diafragmas tienen una vida finita, fluidos con abrasivos o altas temperaturas de procesos limitan la vida del diafragma.

Figura 11. Bomba de diafragma accionada eléctricamente Aplicaciones -

Disolventes.

-

Ácidos.

-

Bases.

-

Alta viscosidad hasta 100.000 cps.

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Alta presión hasta 17 bar.

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Sólidos en suspensión.

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Líquidos altamente abrasivos.

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Fluidos inflamables y peligrosos.

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Salas blancas.

-

Procesos farmacéuticos y sanitarios.

BOMBAS ROTATORIAS Estas bombas, no tienen válvulas ni partes reciprocantes; el movimiento del líquido es efectuado por la acción combinada de dos elementos giratorios semejantes a las ruedas dentadas. No debe intentarse el emplearla para el bombeo de líquidos delgados. Las bombas positivas rotatorias pueden trabajar a grandes velocidades sin el peligro de que se presenten presiones de inercia. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE SU FUNCIONAMIENTO

Las bombas rotatorias son unidades de desplazamiento positivo, que consisten en una caja fija que contiene engranes, aspas u otros dispositivos que rotan, y que actúan sobre el líquido atrapándolo en pequeños volúmenes entre las paredes de la caja y el dispositivo que rota, desplazando de este modo el líquido de manera similar a como lo hace el pistón de una bomba reciprocante. Como se muestra en la figura 12. Pero las bombas rotatorias en vez de suministrar un flujo pulsante como sucede con las bombas reciprocantes, descargan un flujo uniforme, por el movimiento de rotación de los engranes que es bastante rápido. Las bombas rotatorias se usan generalmente para aplicaciones especiales, con líquidos viscosos, pero realmente pueden bombear cualquier clase de líquidos, siempre que no contengan sólidos en suspensión. No obstante, debido a su construcción, su uso más común, es como bombas de circulación o transferencia de líquidos. Las bombas rotatorias pueden tener eficiencias muy altas tales como 80-85%, cuando manejan líquidos de viscosidad relativamente alta (10-15,000 SSU). Por lo general, cuando aumenta la viscosidad, la eficiencia tiende a disminuir, pero se pueden obtener eficiencia saltas, si se selecciona correctamente el equipo.

Figura12. Bomba rotatoria de engranes externos CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES: -

Son de acción positiva

-

Desplazamiento rotativo

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Flujo uniforme

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Construcción compacta

-

Carga alta

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Descarga relativamente baja

-

Velocidades de operación de moderadas a altas

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Pocas partes móviles

-

Requieren toda la potencia para llevarlas a su velocidad de operación

-

Flujo constante dentro de ciertos límites para carga variable

-

Aspiración limitada

Como las piezas que originan el desplazamiento son de metal y rotan, el contacto metálico entre las partes móviles origina desgastes que posibilitan los resbalamientos a altas presiones, es por eso que la efectividad de las bombas rotatorias disminuye con el uso. CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS ROTATORIAS Las bombas rotatorias pueden clasificarse entre: -

Rotor simple (pistón, aspas, miembro flexible, tornillo).

-

Rotor múltiple (engranes, lóbulos, balancines, tornillo).

Figura 13. BOMBAS ROTATORIAS DE ROTOR SIMPLE

Una bomba de rotor simple es aquella en la cual todos los elementos que giran lo hacen con respecto a un solo eje. BOMBAS DE ASPAS O PALETAS Dentro de un cuerpo con una cavidad interior cilíndrica se encuentra un rotor giratorio excéntrico por donde entra el movimiento a la bomba En este rotor se han practicado unos canales que albergan a paletas deslizantes construidas de un material resistente a la fricción. Cada paleta es empujada por un resorte colocado en el fondo del canal respectivo contra la superficie interior de la cavidad del cuerpo Este resorte elimina la holgura entre la paleta y el interior de la bomba con independencia de la posición del rotor y además compensa el desgaste que puede producirse en ellas con el uso prolongado. Cuando el rotor excéntrico gira los espacios entre las paletas de convierten en cámaras que atrapan el líquido en el conducto de entrada y lo trasladan al conducto de salida. Observe que debido a la excentricidad del lado de la entrada la cámara se agranda con el giro y crea succión mientras que del lado de la salida la cámara se reduce y obliga al líquido a salir presurizado. En este tipo de bombas las aspas pueden ser rectas, curvas, tipo rodillo, tipo cangilón, y pueden estar ubicadas en el rotor o en el estator, y funcionan con fuerza hidráulica radial. El rotor puede ser balanceado o desbalanceado, y el desplazamiento es constante o variable.

Figura 14. VENTAJAS PRINCIPALES DE LAS BOMBAS DE PALETAS Algunas de sus principales ventajas son: -

Sentido de flujo del fluido independiente del sentido de rotación del eje (para las bombas de ejecución especial).

-

Mantenimiento sencillo y rápido.

-

No hay compresión, empuja, arrastra.

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Capacidad para transportar productos de alta viscosidad.

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Bomba volumétrica sea cual sea la velocidad de rotación o la viscosidad.

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Gran poder de aspiración.

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Sencillez técnica.

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Gran vida útil.

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Volumen de trabajo variable.

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Válvula de seguridad integrada permitiendo la protección del circuito.

APLICACIONES DE LAS BOMBAS DE PALETAS Las bombas de paletas se aplican en diversas industrias y procesos, en las que destacan: -

Transferencia de producto en el sector petrolero.

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Transferencia de productos químicos.

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Transferencia de productos para la industria textil.

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Limpieza de aceite en circuitos cerrados.

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Transferencia de agua en instalaciones de refrigeración.

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Vaciado de freidoras industriales.

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Lubricación de máquinas herramientas.

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Lubricación de equipo ferroviario.

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Transferencia de productos alimenticios para cría de colmenas.

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Transferencia de agua en instalaciones de refrigeración.

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Lubricación de máquinas de obras públicas.

BOMBAS DE PISTÓN Las bombas rotativas de émbolo se utilizan tanto con diseños de cinemática plana, con émbolos o pistones radiales, como con cinemática espacial, con émbolos o pistones axiales. En este tipo el fluido entra y sale impulsado por pistones, los cuales trabajan recíprocamente dentro de los cilindros; las válvulas funcionan por rotación de los pistones y cilindros con relación a los puntos de entrada y salida. Los cilindros pueden estar colocados axial o radial mente y pueden trabajar con desplazamientos constantes o variables.

BOMBAS DE PISTÓN RADIALES Constan de un estator, y un rotor que lleva una serie de alojamientos radiales cilíndricos, en los que encajan unos émbolos que desempeñan el papel de desplazadores, realizando a medida que gira el rotor, un movimiento de vaivén respecto a éste, al tiempo que sus extremos deslizan sobre la superficie interior del estator.

Figura 15. VENTAJAS -

Disponible en tamaños de 19, 32, 45, 63, 80, 100 y 140 cc por revolución.

-

El diseño estándar permite una presión constante a 280 bar [4.000 psi] con 350 barras límite [5.000 psi] pico y la versión de alta presión es capaz de presiones continuas de hasta 350 bar [5.000 psi] con 420 barras de pico [6.000 psi] límite.

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La energía de alta eficiencia de diseño ahorra en gastos de funcionamiento.

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Flexibilidad en la aplicación de este producto en la máquina gracias a los nuevos diseños y debido a la disponibilidad de un gran número de tamaños, tipos de control y bridas de montaje, así como las versiones aprobadas para una variedad de líquidos de funcionamiento.

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Mejora de la durabilidad, bajo mantenimiento y larga duración ayudan a reducir significativamente los costos de mantenimiento y animar a más tiempo de actividad.

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Aumento de la estabilidad, incluso bajo condiciones de funcionamiento desfavorables.

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Conexión simplificada para una fácil instalación y puesta en marcha.

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Versiones disponibles a prueba de explosión y control digital.

BOMBAS DE PISTÓN AXIALES Los pistones en estas bombas oscilan axialmente, es decir paralelos al eje así que el movimiento rotativo del eje motriz se convierte en un movimiento axial oscilante de los pistones. Suelen utilizar varios pistones y válvulas de retención El mecanismo de transmisión del movimiento a los desplazadores tiene una cinemática espacial. Las cámaras de trabajo cilíndricas van dispuestas en el rotor paralelamente al eje de rotación, o con un cierto ángulo respecto a dicho eje. Estas bombas cuentan con una serie de pistones dispuestos sobre un plato que, a modo de leva, gira alimentado, generalmente, por un motor eléctrico. Los pistones están situados en el interior de un tambor estático y están en contacto con el plato rotativo, e inclinados respecto a él. Al rotar el eje, el plato solidario, transmite el movimiento circular a los pistones que, por estar inclinados respecto a él, inician su carrera ascendente o descendente por el interior de las camisas. La unión del pistón al plato está realizada mediante una articulación que permite el movimiento libre de éste siendo la camisa la que rectifica el movimiento. Ésta configuración se conoce como bomba de pistones axiales en ángulo. Otra configuración del mismo tipo de bomba, consiste en conseguir la inclinación relativa haciendo que sea el propio plato el que esté cortado formando un plano inclinado. Al estar en contacto con los pistones el movimiento rotativo del plano inclinado se transmite a los pistones como movimiento alternativo merced a una articulación. Estas bombas de pistón axial se conocen como bombas en línea. Dada esta configuración puede ser el tambor el que gire impulsado por el eje o el propio plato. FUNCIONAMIENTO

El compensador suministra el máximo caudal hasta que el circuito alcance la presión regulada. En ese momento el compensador regula el caudal a lo necesario, con una rebaja proporcional de la energía del motor, un menor calentamiento del aceite, ventajas que no ofrecen las bombas de desplazamiento fijo.

Figura 16.

Figura 17. Bomba de pistón axial con variación de caudal realizada por émbolo. BOMBAS DE MIEMBROS FLEXIBLES En éstas el bombeo del fluido y la acción de sellado dependen de la elasticidad de los miembros flexibles que pueden ser un tubo, una corona de aspas o una camisa. En una bomba de elemento flexible las acciones de sella miento y de bombeo dependen de la elasticidad de los elementos flexibles que pueden ser un tubo o paletas.

Figura 18. Bomba con tubo flexible

Figura 19. Bombas de miembro flexible VENTAJAS En la gran variedad de las bombas de miembros flexibles encontramos las siguientes características: -

Excelente autoaspiración: Las bombas de paletas flexibles son bombas de desplazamiento positivo con excelente autoaspiración de hasta varios metros.

-

Amplio rango de aplicaciones: Las bombas de paletas flexibles pueden bombear líquidos viscosos casi con tanta eficacia como con agua y de ese modo pueden adaptarse a una amplia gama de aplicaciones.

-

Bombeo de productos delicados: Las bombas de paletas flexibles mueven los líquidos y otros productos muy suaves sin dañarlos. Se pueden bombear hasta grandes trozos de fruta.

-

Esto asegura un caudal completamente continuo sin pulsaciones. Este tipo de bombas se puede usar también como bomba dosificadora, regulando su velocidad.

-

Son totalmente reversibles.

APLICACIONES DE LAS BOMBAS DE MIEMBROS FLEXIBLES Las bombas de paletas flexibles se aplican en diversas industrias y procesos, en las que destacan: -

Productos de aseo personal.

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Procesos alimentarios.

-

Procesos químicos.

BOMBAS ROTATORIAS DE ROTOR MÚLTIPLE Una bomba de rotor múltiple es aquella en la cual los elementos que giran lo hacen con respecto a varios ejes. Dentro de esta clase de bombas se encuentran las siguientes: -

Engranes

-

Lóbulos

-

Balancines

-

Tornillos

Muchos tipos de estas bombas tendrán funcionamiento adecuado durante mucho tiempo cuando bombean una mezcla de líquido y gas; la descarga neta de líquido se reducirá mucho si una parte del caudal, dentro de la bomba, es una mezcla de gas y liquido o de aire y líquido. Por ello siempre es necesario asegurar una presión o carga adecuada de succión para que la bomba se llene por completo con líquido y funciones sin cavitación.

BOMBAS DE ENGRANES Las bombas de engranes son del tipo de dos árboles y de muy diversas construcciones. Se utilizan para casi todas las capacidades y presiones. En muchos tipos, los engranes del rotor son automáticos y no se necesita un engrane piloto. La forma más sencilla emplea engranes de dientes rectos. El gran número de dientes en contacto con la carcasa minimiza las fugas alrededor de la periferia. La utilidad de los engranes de dientes rectos está limitada porque atrapan líquido en el lado de descarga en el punto donde se acoplan entre sí los engranes, con lo cual resulta una operación ruido-sa y baja eficiencia mecánica, en particular a altas velocida-des de rotación. Se pueden proveer cavidades para descarga en las placas laterales para reducir los efectos del atrapamiento de líquido. En otras bombas de este tipo, los engranes son helicoidales sencillos o helicoidales dobles de dientes con ángulos de 15 a 30° (0.26 a 0.52 rad) o más. Cuando se emplean los engranes helicoidales sencillos con altas presiones, se tiene como resultado un considerable empuje en los extremos de los engranes sobre las placas laterales de la bomba. La construcción helicoidal o de engrane bihelicoidal elimina en gran parte el efecto del atrapamiento, pero ocurren pérdidas por fugas entre los dientes en el punto de acoplamiento de ellos, salvo que estén cortados sin ninguna holgura en la raíz. El funcionamiento es simple, uno de los engranajes hace de conductor y mueve al otro engranaje. En un cuerpo cerrado están colocados dos engranes acoplados de manera que la holgura entre estos y el cuerpo sea muy pequeña. El accionamiento de la bomba se realiza por un árbol acoplado a uno de los engranes y que sale al exterior. Este engrane motriz arrastra el otro. Los engranes al girar atrapan el líquido en el volumen de la cavidad de los dientes en uno de los lados del cuerpo zona de succión y lo trasladan confinado por las escasas holguras hacia el otro lado. En este otro lado zona de impulsión el líquido es desalojado de la cavidad por la entrada del diente del engrane conjugado por lo que se ve obligado a salir por el conducto de descarga. Su rendimiento puede llegar al 90 %

Las hay de engranes externos, que pueden ser rectos, helicoidales simples o dobles como el tipo espina de pescado (Herringbone). Los engranes internos tienen un solo rotor que engrana con uno externo. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES -

-Puede proporcionar un caudal de 1 a 600 (l/min).

-

-Presiones de 15 a 200 (kPa/cm2).

-

-Velocidad de 500 a 3000 (rpm).

-

-Temperatura máxima de trabajo 70°C.

Figura 20.

Figura 21. BOMBA DE ENGRANAJES DE DIENTES INTERNOS Esta bomba la constituyen elementos como, engranajes de dientes externos, engranajes de dientes internos y una palca en forma de media luna. Existe una zona donde los dientes engranan completamente en la cual no es posible alojar aceite en los dientes. Al estar los engranajes ubicados excéntricamente comienzan a separarse generando un aumento del espacio con lo cual se provoca una disminución de presión lo que asegura la aspiración de fluido. Logrado esto, el aceite es trasladado hacia la salida, la acción de la placa con forma de media luna y el engrane total impiden el retroceso del aceite.

Figura 22. Bombas de engranajes con dientes internos. BOMBAS DE ENGRANES HELICOIDALES Los engranajes de bombeo de este tipo de bomba son movidos por un sistema de engranajes de sincronización e impulsión que ayudan a mantener el espacio intersticial requerido sin el contacto metálico real de los engranajes de bombeo. Los rodamientos de rodillos en ambos extremos de los ejes de engranaje mantienen la alineación apropiada y reducen al mínimo la perdida de fricción en la transmisión de la potencia. Embalajes adecuados se utilizan para prevenir fugas alrededor del eje.

Figura 23. Bomba de engranaje helicoidal. BOMBAS DE LÓBULOS La bomba de engranajes tipo lóbulos es una bomba mecánica volumétrica y de desplazamiento positivo. Unas cámaras de trabajo desplazan el líquido. Es una de las primeras construcciones que se emplearon para bombas y ventiladores rotativos. Son adecuadas para capacidades medianas y grandes y presiones bajas. Al igual que en la bomba del tipo de pistón oscilante, hay contacto lineal entre el impulsor y el cuerpo, y las fugas son excesivas a presiones altas. Los lóbulos no son de accionamiento por sí mismos; por tanto, estas bombas se deben construir con engranes piloto externos, que puedan transmitir la mitad de la potencia utilizada. Desde el árbol propulsor hasta el árbol impulsado. Esta bomba funciona siguiendo el principio de la bomba de engranajes de dientes externos, ambos elementos giran en sentidos opuestos, con lo que se logra aumentar el volumen y disminuir la presión y por ello conseguir la aspiración del fluido.

Figura 24. Bomba de lóbulos BOMBAS DE LÓBULOS EXTERNOS Son bombas rotativas de engranajes externos que difieren de estas en la forma de accionamiento de los engranajes. Ambos engranajes tienen sólo tres dientes que son mucho más anchos y más redondeados que los de una bomba de engranajes externos. Su accionamiento es independiente por medio de un sistema de engranajes externo a la cámara de bombeo. VENTAJAS DE LAS BOMBAS DE LÓBULOS EXTERNOS -

Los lóbulos son accionados independientemente por medio de un sistema de engranajes externo a la cámara de bombeo.

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Ofrecen un mayor desplazamiento pero su costo es mayor a las bombas de otro tipo.

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Esta bomba es adecuada para utilizarla con fluidos más sensibles al efecto del esfuerzo tangencial o de cizalle.

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Es excelente para el manejo de fluidos con gases o partículas atrapadas.

BOMBAS DE LÓBULOS INTERNOS Son bombas rotativas de engranajes internos que difieren de estas en la forma de accionamiento de los engranajes. Esta bomba combina un engranaje interno dentro de otro externo. El engranaje interno está montado en el eje y lleva un diente menos que el engranaje exterior.

VENTAJAS DE LAS BOMBAS DE LÓBULOS INTERNOS -

Esta bomba tiene mayor eficiencia volumétrica que la de semi luna trabajando a bajas velocidades.

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El rendimiento volumétrico y total de este tipo de bombas es generalmente similar al que ofrecen las bombas de engranajes externos.

Figura 25. Bombas de lóbulos externos

Figura 25. Bombas de lóbulos

internos BOMBAS DE TORNILLO La transmisión de potencia hidráulica por medio de bombas de tornillo se utiliza generalmente solo en los submarinos. A pesar de ser baja en eficiencia y costosa, la bomba de tornillo es conveniente para las altas presiones (3000 psi), y entrega fluido con poco ruido o pulsación de presión. Esta bomba utiliza un tornillo helicoidal excéntrico que se mueve dentro de una camisa y hace fluir el líquido entre el tornillo y la camisa. Está específicamente indicada para bombear fluidos viscosos con altos contenidos de solidos que no

necesiten removerse o que formen espumas si se agitan. Como la bomba de tornillo desplaza el líquido este no sufre movimientos bruscos pudiendo incluso bombear uvas enteras. Este tipo de bombas son ampliamente utilizadas en la industria petrolera a nivel mundial para el bombeo de crudos altamente viscosos y con contenidos apreciables de sólidos. Nuevos desarrollos de estas bombas permiten el bombeo multifásico. FUNCIONAMIENTO La línea de suministro está conectada en el centro de la cubierta de la bomba en algunas bombas. El líquido entra en el puerto de succión de la bomba, que se abre en compartimiento en los extremos del montaje del tornillo. Cuando los tornillos giran, el líquido fluye entre los filetes de rosca en cada extremo del conjunto. Los filetes de rosca arrastran el líquido dentro de la cubierta hacia el centro de la bomba al puerto de descarga. La clave del funcionamiento de la bomba de tornillo es la operación de los rotores locos en sus alesajes de la cubierta. Los rotores locos generan una película hidrodinámica para apoyarse en sus alesajes como los cojinetes lisos. Puesto que esta película es autogenerada, la misma depende de tres características de funcionamiento de la bomba – velocidad, presión de descarga y la viscosidad del fluido. La fuerza de la película es aumentada incrementando la velocidad de funcionamiento, disminuyendo la presión, o aumentando la viscosidad del fluido. Esta es la razón por la cual las capacidades de funcionamiento de la bomba de tornillo se basan en la velocidad de la bomba, la presión de la descarga, y la viscosidad del fluido.

Bombas centrifugas:

Una bomba centrífuga consiste de un armazón, normalmente metálico en el cual hay un impulsor o rodete formado por un juego de álabes rotatorios dentro de un alojamiento, o carcaza, que utilizan para impartir energía a un fluido por medio de la fuerza centrífuga. El principio de funcionamiento de una bomba centrífuga es que el líquido que ingresa al cuerpo de la bomba, es impulsado por el rodete por fuerza centrífuga aumentando su velocidad, que luego es direccionado (por difusores) y que por

diseño de la carcasa (volutas mayormente) la velocidad se cambia aumento de presión. Se presenta a manera de ilustración la similitud del funcionamiento de una bomba centrífuga, con el movimiento de un líquido en un balde al cual a través de su asa se somete e un movimiento rotatorio, la fuerza centrífuga impulsa al líquido por una conducto

Partes Se presenta a manera de ejemplo el despiece de una bomba centrífuga en donde se observa las principales partes que la conforman. Los nombres están señalados por letras: A: empaquetadura, o estopada. B: arcos metálicos para presionar las empaquetaduras. C: prensaestopas, con sus tornillos de sujeción tienen por misión presionar la estopada. D y N: carcaza inferior del cuerpo de la bomba E: brida que sujeta a la tubería de succión M: base del cojinete K: cojinete L: engrasador H: impulsor o rodete de la bomba F y G: exterior e interior de la parte superior de la bomba.

Ahora describiremos las partes de nuestra bomba centrifuga

IMPULSORES Son los elementos mecánicos diseñados de acuerdo a los requerimientos de los materiales a impulsar. Estos se pueden clasificar de acuerdo a la dirección de flujo que son impulsados, por la forma de admisión de líquido, por su construcción mecánica. Según la dirección del flujo Impulsores de Flujo Radial: son aquellos que el líquido lo impulsan en dirección radial, obedece al diseño de los álabes del impulsor.

Impulsores de flujo axial: son aquellos que por diseño de los rodetes, impulsan en dirección axial ( al eje) al líquido

Impulsores de flujo mixto: son aquellos que cambian los principios de flujo radial y axial

IMPULSORES DISEÑADOS DE ACUERDO A SU ADMISIÓN Succión simple: son aquellos cuando solo hay una entrada a un lado de la bomba.

Doble succión: cuando el líquido fluye hacia el impulsor en forma simétrica, de los dos lados

POR SU CONSTRUCCIÓN MECÁNICA Cerrados: son aquellos cuyos álabes del impulsor tienen placas de refuerzo o paredes laterales que limitan a los conductos para el líquido

Abiertos: son aquellos impulsores que no tienen paredes de refuerzo

Semiabiertos: son aquellos donde los álabes están adosados a una placa de refuerzo

CARCAZAS Y DIFUSORES BOMBAS CON CARCAZA DE VOLUTA Este tipo de bomba cuya carcaza es parecida al caparazón de un caracol. La forma más sencilla de las bombas centrífugas es de etapa única, succión única e impulsor abierto

El impulsor va montado en la carcaza de la bomba C, (observe la figura) de tal forma que las dos mitades de la carcaza están tan próximas como es posible a los álabes del impulsor. El líquido ingresa por la conexión de succión y es lanzada hacia afuera por el movimiento rotacional de los álabes. A medida que el líquido sale de los álabes y entra a la voluta D de la carcaza, su velocidad disminuye. La presión aumentará, siendo esta la fuente de carga hidrostática de la bomba. En estas bombas hay pérdida de energía debido a la turbulencia en el punto en que el líquido cambia su dirección desde el movimiento radial ( por acción del impulsor) a tangencial, en la voluta de descarga. BOMBAS DE TURBINA Las bombas de turbina se distinguen por la inserción de un anillo difusor cuyo objetivo es permitir que el líquido efectúe este cambio de dirección suavemente, sin choques, ni remolinos.

Bomba de turbina de aspiración simple y una sola etapa: A. anillo difusor; B, pasos en el anillo difusor; C, rodete; D, voluta de descarga; E, portillas de equilibrio; F, soporte de empuje; C, tuberías para el cierre hermético; H, anillo de linterna.

ANILLOS DE DESGASTE Son aquellos dispositivos especiales baratos y fáciles de cambiar que son acondicionados en los impulsores y las carcazas por ser las partes de las bombas centrífugas más expuestas a la acción abrasiva de los líquidos: ANILLOS BOQUILLA Son aquellos que dejan un espacio axial grande entre el impulsor y el anillo de la carcaza de tal forma que permite que la velocidad del líquido sea baja en la corriente que entra al eje de succión además que lo guía hacia esa dirección.

ANILLOS DE INTERFERENCIA Son aquellos diseñados de tal forma que tienen dos o más juntas de escape anulares conectadas a una cámara de alivio

ANILLOS BARRIDOS CON AGUA Son usados especialmente en bombas de agua cruda en servicios de plantas de agua y servicios de aguas negras los cuales contienen arena o cascajo.

EJES Y CAMISAS PARA LOS EJES La función básica del eje de una bomba centrífuga es la de transmitir los pares motores que se encuentran en el arranque y durante la operación, mientras soportan al impulsor y otras partes en rotación. En el caso de una bomba centrífuga horizontal el eje es una sola pieza a lo largo de toda la bomba. En las bombas verticales de pozo profundo, los ejes (o flechas) están distribuidos en la siguiente forma: la serie de impulsores están unidos a una flecha y una serie de flechas están unidas por acoplamientos para completar toda la longitud del pozo. Las camisas de los ejes ( o flechas) protegen a las flechas contra la corrosión, la erosión y el desgaste en la caja del estopero.

COJINETES Los ejes tienen que apoyarse, y lo hace a través de los gorrones. Estos gorrones están sometidos a fuerzas de rozamiento. Es por ello que los cojinetes, anillos de bronce generalmente son los soportes de los gorrones.

Los cojinetes en forma sencilla consisten en simples aros cuyas superficies están perfectamente mecanizados. Están dotados de un sistema de engrase a través de unas ranuras por el cual circula el aceite de engrase.

RODAMIENTOS Pueden ser radiales o axiales, pueden ser construidos con bolas o rodillos. En la figura se observa un rodamiento a bolas cortado, obsérvese que está formado de dos aros de acero, por cuyo intermedio se deslizan esferas del mismo material. Los cojinetes de rodillos son idénticos a los de bolas diferenciándose en que los elementos de rodamiento son cilíndricos.

Ventajas principales de las bombas centrífugas Son más económicas que las bombas de émbolo equivalente. Las bombas centrífugas son muy versátiles en sus capacidades y presiones. Algunas de sus ventajas son:        

Caudal constante. Presión uniforme. Sencillez de construcción. Tamaño reducido. Bajo mantenimiento. Flexibilidad de regulación. Vida útil prolongada. No tienen movimientos alternativos.

TIPOS DE BOMBAS CENTRIFUGAS BOMBAS CENTRÍFUGAS DE REFUERZO. Las Bombas de Refuerzo se utilizan cuando el flujo o efluente tiene carga disponible y se necesita un aumento de presión. La capacidad de manejo de flujo oscila de 1 a 250 GPM, y la presión hasta 400 psi. Las aplicaciones típicas incluyen aumentar la presión del agua y los sistemas de inyección de cloro.

BOMBAS CENTRÍFUGAS DE USO GENERAL. Las bombas centrífugas son generalmente usadas para recircular agua, en sistemas de rociadores o para transferencia de líquidos o químicos. Van desde 1/4 caballos de fuerza a más de 30 caballos de fuerza. Pueden manejar flujos 1 a 1,000 GPM. Su diseño es compacto y pequeño y la descarga de la bomba puede ser colocada en cualquier dirección.

BOMBAS CENTRÍFUGAS AUTO-ASPIRANTES. Utilizadas donde el nivel de líquido está por debajo del nivel de la bomba. Pueden aspirar hasta 8 metros por debajo de la estación de bombeo. Ideal para bombeo de un río o un lago. Su potencia va desde 3/4 caballos de fuerza hasta 7,5 caballos de fuerza y para caudales desde 2 a 400 GPM.

BOMBAS CENTRÍFUGAS ACCIONADAS POR MOTOR. Son utilizadas comúnmente para bombeo fuera de excavaciones o cortes de energía. Su potencia va desde 2 caballos de fuerza hasta 100 caballos de fuerza. Funciona a gas o diesel y son portátiles. Capaces de manejar sólidos.