Siempre que tratemos temas como procesos químicos, y de cualquier circulación de fluidos estamos, de alguna manera entrando en el tema de bombas.
El funcionamiento en si de la bomba será el de un convertidor de energía, o sea, transformara la energía mecánica en energía cinética, generando presión y velocidad en el fluido.
Existen muchos tipos de bombas para diferentes aplicaciones.
Los factores más importantes que permiten escoger un sistema de bombeo adecuado son: presión última, presión de proceso, velocidad de bombeo, tipo de gases a bombear (la eficiencia de cada bomba varía según el tipo de gas).
Las bombas se clasifican en tres tipos principales:
- De émbolo alternativo
- De émbolo rotativo
- Rotodinámicas
Los dos primeros operan sobre el principio
de desplazamiento positivo y el tercer tipo debe su nombre a un elemento
rotativo, llamado rodete, que comunica velocidad al líquido y genera
presión, estas son de desplazamiento no positivo.
Se dice que una bomba es de desplazamiento
positivo, cuando su órgano propulsor contiene elementos móviles de modo
tal que por cada revolución
se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada,
independientemente de la contrapresión a la salida. En este tipo de
bombas la energía mecánica recibida se transforma directamente en energía de presión que se transmite hidrostáticamente en el sistema hidráulico.
En las bombas de desplazamiento positivo
siempre debe permanecer la descarga abierta, pues a medida que la misma
se obstruya, aumenta la presión en el circuito hasta alcanzar valores
que pueden ocasionar la rotura de la bomba; por tal causal siempre se
debe colocar inmediatamente a la salida de la bomba una válvula de
alivio o de seguridad. con una descarga a tanque y con registro de presión.
Se dice que una bomba es de desplazamiento
No positivo cuando su órgano propulsar no contiene elementos móviles; es
decir, que es de una sola pieza, o de varias ensambladas en una sola.
A este caso pertenecen las bombas
centrífugas, cuyo elemento propulsor es el rodete giratorio. En este
tipo de bombas, se transforma la energía mecánica recibida en energía
hidro-cinética imprimiendo a las partículas cambios en la proyección de
sus trayectorias y en la dirección
de sus velocidades. Es muy importante en este tipo de bombas que la
descarga de las mismas no tenga contrapresión pues si la hubiera, dado
que la misma regula la descarga , en el caso límite que la descarga de
la bomba estuviera totalmente cerrada, la misma seguiría en movimiento
no generando caudal alguno trabajando no obstante a plena carga con el
máximo consumo de fuerza matriz.
Por las características señaladas, en los sistemas hidráulicos de transmisión hidrostática de potencia hidráulica nunca se emplean bombas de desplazamiento NO positivo.
BOMBAS ROTATORIAS
Las bombas rotatorias, que generalmente son
unidades de desplazamiento positivo, consisten de una caja fija que
contiene engranajes, aspas, pistones, levas, segmentos, tornillos, etc.,
que operan con un claro mínimo. En lugar de "arrojar" el liquido, como
en una bomba centrífuga, una bomba rotatoria lo atrapa, lo empuja contra
la caja fija. La bomba rotatoria descarga un flujo continuo. Aunque
generalmente se les considera como bombas para líquidos viscosos, las
bombas rotatorias no se limitan a este servicio solo, pueden manejar casi cualquier liquido que este libre de sólidos abrasivos.
Tipos de bombas rotatorias:
Bombas de Leva y Pistón
También llamadas "Bombas de émbolo rotatorio", consisten de un excéntrico con un brazo ranurado en la parte superior (Fig. 1).
La rotación de la flecha hace que el excéntrico atrape el liquido
contra la caja. Conforme continúa la rotación, el liquido se fuerza de
la caja a través de la ranura a la salida de la bomba.
Fig. 1
Bombas de engranajes externos
Estas constituyen el tipo rotatorio mas
simple. Conforme los dientes de los engranajes se separan en el lado de
succión de la bomba (Fig. 2), el liquido llena el espacio entre
ellos. Este se conduce en trayectoria circular hacia fuera y es
exprimido al engranar nuevamente los dientes.
Fig. 2
Bombas de engranajes internos
Este tipo (Fig. 3) tiene un motor
con dientes cortados internamente y que encajan en un engrane loco,
cortado externamente. Puede usarse una partición en forma de luna
creciente para evitar que el liquido pase de nuevo al lado de succión de
la bomba.
Fig. 3
Bombas lobulares
Éstas se asemejan a las bombas del tipo de engranajes en su forma de acción, tienen dos o mas motores cortados con tres, cuatro, o mas lóbulos en
cada motor (Fig. 4, 5 y 6). Los
motores se sincronizan para obtener una rotación positiva por medio de
engranajes externos. Debido al que el liquido se descarga en un numero
mas reducido de cantidades mayores que en el caso de la bomba de
engranajes, el flujo del tipo lobular no es tan constante como en la
bomba del tipo de engranajes.
Bombas de tornillo
Estas bombas tienen de uno a tres tornillos
roscados convenientemente que giran en una caja fija. Las bombas de un
solo tornillo (Fig. 7) tienen un motor en forma de espiral que
gira excéntricamente en un estator de hélice interna o cubierta. Las
bombas de dos y tres tornillos (Fig. 8 y 9) tienen uno o dos
engranajes locos, respectivamente, el flujo se establece entre las
roscas de los tornillos, y a lo largo del eje de los mismos.
Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior
Bombas de aspas
Las bombas de aspas oscilantes (Fig. 10)
tienen una serie de aspas articuladas que se balancean conforme gira el
motor, atrapando al liquido y forzándolo en el tubo de descarga de la
bomba. Las bombas de aspas deslizantes (Fig. 11) usan aspas que
se presionan contra la carcaza por la fuerza centrífuga cuando gira el
motor. El liquido atrapado entre las dos aspas se conduce y fuerza hacia
la descarga de bomba.
Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior
Las bombas alternativas o reciprocantes son
también unidades de desplazamiento positivo descargan una cantidad
definida de liquido durante el movimiento del pistón o émbolo a través
de la distancia de carrera.
Tipos de bombas alternativas
El flujo de descarga de las bombas
centrífugas y de la mayor parte de las bombas rotatorias es continuo.
Pero en las bombas alternativas el flujo pulsa, dependiendo del carácter de la pulsación del tipo de bomba y de que esta tenga o no una cámara de colchón.
Igual que otras bombas, las bombas
alternativas no succionan los líquidos. Reducen solamente la presión en
la cámara de succión y la presión externa, generalmente la atmosférica,
empuja el liquido en la bomba. Para cualquier bomba con una línea de
succión de tamaño dado, la capacidad o velocidad máxima viene fijada por
la columna de succión neta positiva.
Existen básicamente dos tipos de bombas alternativas: las de acción directa, movidas por vapor y las bombas de potencia.
Bombas de acción directa
En este tipo, una varilla común de pistón conecta un pistón de vapor y uno de liquido (Fig. 12) o émbolo (Fig. 13). Las bombas de acción directa se construyen, simplex (un pistón de vapor y un pistón de liquido respectivamente) y duplex (dos pistones de vapor y dos de liquido).
Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior
Fig. 12
Las bombas de acción directa horizontales simples y duplex, han sido por mucho tiempo muy usadas para diferentes servicios, incluyendo alimentación de calderas en presiones de bajas a medianas, manejo de lodos, bombeo de aceite y agua,
etc. Se caracterizan por la facilidad de ajuste de columna, velocidad y
capacidad. Al igual que todas las bombas alternativas, las unidades de
acción directa tienen un flujo de descarga pulsante.
Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior
Bombas de potencia
Estas (Fig. 14 a 17) tienen un
cigüeñal movido por una fuente externa (generalmente un motor
eléctrico), banda o cadena. Frecuentemente se usan engranajes entre el
motor y el cigüeñal para reducir la velocidad de salida del elemento
motor.
El extremo liquido que puede ser del tipo de
pistón o émbolo desarrollara una presión elevada cuando se cierra la
válvula de descarga. Por esta razón es común el proporcionar una válvula
de alivio para descarga, con objeto de proteger la bomba y su tubería.
Las bombas de acción directa se detienen cuando la fuerza total en el
pistón del agua iguala a la del pistón de vapor; las bombas de potencia
desarrollan una presión muy elevada antes de detenerse. Esta es varias
veces la presión de descarga normal de las bombas de potencia.
Las
bombas de potencia se encuentran particularmente bien adaptadas para
servicios de alta presión y tienen algunos usos en la alimentación de
calderas, bombeo en líneas de tuberías, procesos de obtención de petróleos y aplicaciones similares.
Las bombas de potencia en los primeros
diseños eran generalmente movidas por vapor. En el presente, sin
embargo, es mas común el movimiento por motor eléctrico o de combustión interna debido a que este arreglo da una instalación mas económica compacta y requiere menos mantenimiento. Las bombas de potencias del tipo émbolo de alta presión pueden ser horizontales o verticales (Fig. 15 y 17).
Bombas de potencia de baja capacidad
Estas unidades se conocen también como
bombas de capacidad variable, volumen controlado y de proporción. Su uso
principal es para controlar el flujo de pequeñas cantidades de liquido
para alimentar calderas, equipos de procesos y unidades similares. Como
tales ocupan un lugar muy importante en muchas operaciones industriales en todo tipo de plantas.
Fig. 18
La capacidad de estas bombas puede variarse cambiando la longitud de la carrera. La unidad en la figura 18
usa un diafragma para bombear el liquido que se maneja, pero el
diafragma esta accionado por un émbolo que desplaza aceite dentro de la
cámara de la bomba. Cambiando la longitud de la carrera del émbolo se
varia el desplazamiento del diafragma.
Bombas de diafragma
La bomba combinada de diafragma y pistón (Fig. 18)
generalmente se usa solo para capacidades pequeñas. Un diafragma de
material flexible no metálico puede soportar mejor la acción corrosiva o
erosiva que las partes metálicas de algunas bombas alternativas. Las
bombas de diafragma (Fig. 19 y 20) se usan para gastos elevados de líquidos, ya sea claros o conteniendo sólidos. También son apropiados para pulpas gruesas, drenajes, lodos, soluciones ácidas y alcalinas, así como mezclas de agua con sólidos que pueden ocasionar erosión. La bomba de rocío de diafragma de alta velocidad y pequeño desplazamiento (Fig. 21) esta provista de una succión del tipo discoidal y válvulas de descarga. Ha sido diseñada para manejar productos químicos.
Otros diseños
Existen también un gran numero de otros
tipos de bombas alternativas, diseñadas para servicios especializados.
Muchas se usan en sistemas hidráulicos industriales, de lubricación, de
manejo de químicos, y similares.
Bombas centrífugas
Las industrias químicas son usuarios principales de bombas de todos los tipos, pero en particular de las centrífugas.
Las bombas centrífugas, también denominadas
rotativas, tienen un motor de paletas giratorio sumergido en el liquido.
El liquido entra en la bomba cerca del eje del motor, y las paletas lo
arrastran hacia sus extremos a alta presión. El motor también
proporciona al liquido una velocidad relativamente alta, que puede
transformarse en presión en una parte estacionaria de la bomba, conocida
como difusor. En bombas de alta presión pueden emplearse varios motores
en serie, y los difusores posteriores a cada motor pueden contener
aletas de guía para reducir poco a poco la velocidad del liquido. En las
bombas de baja presión, el difusor suele ser un canal en espiral cuya
superficie transversal aumente de forma gradual para reducir la
velocidad. El motor debe ser cebado antes de empezar a funcionar, es
decir, debe estar rodeado de liquido cuando se arranca la bomba.
La gran holgura ofrecida en este tipo de
bombas al paso de los fluidos, hace que estas resulten adecuadas para la
manipulación de fluidos que lleven en suspensión partículas sólidas, y
además permiten el estrangulado o aun el cierre temporal de la válvula
de la tubería de descarga (de impulsión). En este caso extremo, el
fluido simplemente gira en el interior de la caja y absorbe la energía
cedida por el motor. La absorción total de la energía eleva rápidamente
la temperatura del fluido y la de la bomba lo suficiente para poder
causar el desajuste de las partes móviles en poco tiempo. En general
las bombas centrífugas son mas fáciles de construir que las bombas
alternativa de desplazamiento positivo, o las rotatorias. La bomba
centrífuga resulta especialmente mas apta para la manipulación de
líquidos viscosos que la bomba alternativa, aunque es menos adecuada que
la bomba rotatoria.
Las ventajas primordiales de una bomba centrífuga son la simplicidad, el bajo costo inicial, el flujo uniforme ( sin pulsaciones), el pequeño espacio necesario para su instalación, los costos
bajos de mantenimiento, el funcionamiento silencioso y su capacidad de
adaptación para su uso con impulsos por motor o turbina. Además tiene
gran capacidad por el poco rendimiento a bajo flujo, y por eso su empleo
esta limitado a las grandes plantas. No exigen gran espacio, y para
líquidos no viscosos los rendimientos son comparables a los de otros
tipos para mayores capacidades.
Tipos de bomba centrífugas
Bombas voluta
(Fig. 22) aquí el impulsor descarga
en una caja espiral que se expande progresivamente, proporcionada en tal
forma que la velocidad del líquido se reduce en forma gradual. Por este
medio, parte de la energía de velocidad del liquido se convierte en
presión estática.
Bombas difusor
(Fig. 23) los paletas direccionales estacionarios rodean el motor
o impulsor en una bomba del tipo difusor.
Esos pasajes con expansión gradual cambian la dirección del flujo del
liquido y convierten la energía de velocidad a columna de presión.
Bombas turbina
También se conocen como bombas de vórtice,
periféricas y regenerativas; en este tipo se producen remolinos en el
liquido por medio de los paletas a velocidades muy altas dentro del
canal anular en el que gira el impulsor. El liquido va recibiendo
impulsos de energía (Fig. 24). La bomba del tipo difusor de pozo profundo, se llaman frecuentemente bombas turbinas.
Bombas de flujo mixto y axial
Para ver los gráficos seleccione la opción "Descargar" del menú superior
Las bombas de flujo mixto (Fig. 25)
desarrollan su columna parcialmente por fuerzas centrífugas y
parcialmente por el impulsor de los paletas sobre el liquido. El
diámetro de descarga de los impulsores es mayor que el de entrada. Las
bombas de flujo axial (Fig. 26) desarrollan su columna por la
acción de impulso o elevación de las paletas sobre el liquido. El
diámetro del impulsor es el mismo en el lado de succión y en el de
descarga. Una bomba de impulsor es un tipo de bomba axial.
Clasificación según aplicación
Aun cuando no todas las bombas centrífugas
están clasificadas por un nombre genérico que designa su aplicación
final, un gran numero de ellas incluyen este termino relacionado con su
servicio. Así, las bombas centrífugas pueden llamarse de alimentación de
calde4ra, de propósito general, de sumidero, pozo profundo, de
refinería, de circulación, etc. En general, cada una tiene
características especificas de diseño, así como los materiales que el constructor recomienda para el servicio particular.
Hay aun otra subdivisión basada en las
características estructurales y generales; tales como unidades
horizontales y verticales, diseños de acoplamiento directo, impulsores
de succión simple y doble, carcasas divididas horizontalmente, etc.
Diseños normales típicos de bombas
Bombas de propósito general: estas (Fig. 27) están construidas generalmente para manejar líquidos frescos y limpios a temperaturas ambiente
o moderadas. Generalmente de un solo paso, estas unidades pueden ser de
carcasa divida y aditamentos normales; igualmente buenas para un gran
numero de servicios. Algunas son de varios impulsores, mientras que
otras manejan líquidos que contienen sólidos en suspensión.
Para ver los gráficos seleccione la opción "Descargar" del menú superior
Bombas múltiples
Las unidades horizontales de este diseño (Fig. 28),
están construidas con carcasa ya sea del tipo barril o del tipo
horizontalmente dividido. La carcasa del tipo barril se usa mas
comúnmente en diseños de alta presión con cuatro o mas pasos, mientras
que la carcasa dividida se usa para presiones que varían desde bajas
hasta moderadamente altas con cualquier numero de pasos.
Bombas acopladas directamente
Estas (Fig. 29) combinan la bomba y su motor en una sola unidad, proporcionando una bomba compacta, maciza y eficiente.
Bombas inatascables
Pueden o no tener impulsores de paleta, y
estas unidades manejan líquidos de drenaje, de proceso en fabricas de
papel, líquidos viscosos y otros similares que contengan sólidos.
Bombas turbinas regenerativas
Estas tienen limitaciones perfectamente
definidas en cuanto a columna y capacidad mas allá de las cuales no
puede competir económicamente con la bomba centrífuga usual. Sin
embargo, dentro de su margen de aplicación tienen ventajas apreciables,
incluyendo buenas características de succión, capacidad muy elevada y
buena eficiencia.
Para obtener los resultados deseados, las
características de las bombas deben ser compatibles con las condiciones
reales de funcionamiento. Antes de aplicar una bomba, conviene hacer un análisis de las características del sistema de funcionamiento, en el cual deben tenerse en cuenta los siguientes factores:
- Capacidad con descripción de las posibles variaciones
- Presiones máxima y mínima, pulsaciones y variaciones
- Plan completo de las condiciones de succión
- Margen de la temperatura de funcionamiento
- Propiedades del liquido: densidad, viscosidad, corrosión, abrasión y comprensibilidad
- Accionamiento y control
- Clasificación del servicio en continuo o intermitente
Los caracteres mecánicos de las bombas son impuestos
por las condiciones de la operación, como presiones, temperaturas,
condiciones de succión y liquido bombeado. Los caracteres hidráulicos
son inherentes a cada tipo de bomba y están influidos por la densidad,
viscosidad, tipo de accionamiento y tipo de control.
El diseño mecánico se basa en la presión que ha de manejarse y es importante la revisión de los valores
máximos, cargas de choque y variaciones de presión antes de elegir la
bomba. Los materiales utilizados para las partes componentes deben
determinarse de acuerdo con las exigencias de resistencia
mecánica, resistencia a la corrosión y a la erosión o a la combinación
de estas. Las velocidades en los pasajes de la bomba son mucho mas altas
que las que se dan en las tuberías y vasijas de presión, con la
consecuencia de que los efectos corrosivos o abrasivos del liquido. Es
posible que la duración de la bomba sea muy limitada a causa del alto
grado de corrosión y erosión, y a veces esta justificado el empleo de
materiales resistentes en las zonas criticas. También las temperaturas
por encima de 120º C o por debajo de –18º C pueden afectar a la
construcción. Las temperaturas elevadas exigen el enfriamiento por agua
de los cojinetes y las cajas de empaquetadura; las bajas temperaturas
requieren materiales de resistencia adecuados a la temperatura de
funcionamiento.
La mayor parte de las dificultades en las
bombas provienen de las incorrectas condiciones de succión mas que de
otra causa. La perdida de succión, la vaporización, el relleno parcial o
la cavitación, llevan consigo una carga normal sobre la bomba y
ocasionan alto costo de mantenimiento poca duración y funcionamiento
irregular.
Los líquidos limpios fríos y no corrosivos
con acción lubricante no presentan problemas. Los líquidos no
lubricantes, como el propano, y las mezclas abrasivas, como los
catalizadores pulverizados, deben mantenerse fuera del contacto con las
empaquetaduras por un liquido aislante inyectado en el anillo de engrase
o dentro de un casquillo de inyección para lubricar la empaquetadura y
evitar que los sólidos se incrusten en ella.
La viscosidad del liquido que se bombea
afecta igualmente a la potencia requerida y a la velocidad de bombeo.
Las bombas de vaivén trabajan muy bien los líquidos viscosos pero pueden
ser necesarias válvulas extra de succión para reducir las perdidas y la
bomba puede funcionar a una velocidad mas baja. Las bombas rotatorias
de alta presión no son económicas para líquidos extremadamente viscosos.
La capacidad y el diseño de las bombas centrífugas se basan en una
viscosidad igual a la del agua y son muy sensibles al aumento de
viscosidad.
Las velocidades relativamente altas conducen a perdidas por turbulencia.
No hay comentarios:
Publicar un comentario