BOMBA DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO TIPO TORNILLO.doc

BOMBA DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO TIPO TORNILLO UNI-FIM

INDICE

1.- INTRODUCCION………………………………………………………....Pág. 3

2.- OBJETIVOS.………………………………………………………………Pág. 4

3.- FUNDAMENTO TEORICO………………………………………………Pág. 4

4.- APARATOS………………………………………………………………. Pág. 13

5.- PROCEDIMIENTO………………………………………………………. Pág. 14

6.- CALCULOS Y RESULTADOS……………………...………………….. Pág. 15

7.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES…………………………..Pág. 21

8.- BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………Pág. 21

LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III Pág.2


INFORME Nº 1: BOMBA DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO TIPO

TORNILLO

1.- INTRODUCCION:

Las bombas de desplazamiento positivo han sido desarrolladas como

complemento y mejora de nuestro sistema de bombeo con bomba centrífuga.

Para ello, se ha diseñado un motor específico para impulsores de

desplazamiento positivo y un sistema de control que permite trabajar en el

punto de máxima potencia de los paneles sea cual sea la potencia disponible.

Estas bombas se dividen en rotatorias y reciprocantes, las cuales no solo se

utilizan para bajo volumen sino también para capacidades hasta de 2500 gpm.

Así mismo se emplean para líquidos viscosos, con los cuales las bombas

centrífugas no son muy eficaces.

En la presente experiencia de laboratorio se ensayo con una bomba de

desplazamiento positivo tipo tornillo marca MONO, modelo CAE 1021. Entre

algunas de sus ventajas tenemos que este tipo de bomba posee bajas

vibraciones mecánicas con flujo libre de pulsaciones y operaciones suaves,

además de tener un diseño sólido y compacto, fácil de instalar y mantener. La

aplicación de las bombas de tornillo cubre una gama de mercados diferentes,

tales como en la armada, en la marina y en el servicio de aceites combustibles,

carga marítima, quemadores industriales de aceite, servicio de lubricación de

aceite, procesos químicos, industria de petróleo y del aceite crudo, hidráulica

de potencia para la armada y las máquinas - herramientas y muchos otros.

Durante el ensayo se tomaron datos de presiones a la entrada y salida de la

bomba, así como de voltajes y corrientes del motor eléctrico que lo acciona.

También se midió el caudal que proporciona para diferentes velocidades de

rotación. Con todos estos datos se determinaran potencias hidráulicas,

eléctricas, eficiencias y se podrán graficar las curvas características de la

bomba de desplazamiento positivo.



2.- OBJETIVOS:

Conocer el funcionamiento de una Bomba de Desplazamiento Positivo

tipo tornillo.

Obtener las curvas características de operación de la BDP tipo tornillo a

diferentes regimenes de velocidad.

3.- FUNDAMENTO TEORICO:

Bomba de Desplazamiento Positivo

Característica s Principales

Estas bombas guían al fluido que se desplaza a lo largo de toda su trayectoria,

el cual siempre está contenido entre el elemento impulsor, que puede ser un

embolo, un diente de engranaje, un aspa, un tornillo, etc., y la carcasa o el

cilindro. “El movimiento del desplazamiento positivo” consiste en el movimiento

de un fluido causado por la disminución del volumen de una cámara. Por

consiguiente, en una máquina de desplazamiento positivo, el elemento que

origina el intercambio de energía no tiene necesariamente movimiento

alternativo (émbolo), sino que puede tener movimiento rotatorio (rotor).

Sin embargo, en las máquinas de desplazamiento positivo, tanto reciprocantes

como rotatorias, siempre hay una cámara que aumenta de volumen (succión) y

disminuye volumen (impulsión), por esto a éstas máquinas también se les

denomina Volumétricas.

Con el nombre general de Bombas Positivas se conoce a las Bombas

Reciprocantes y a las Rotatorias, de las cuales a continuación expondremos

sus características principales.

Ventaja de las Bombas Positivas

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 para que ésta pueda iniciar su funcionamiento, tal como

acontece en las bombas centrífugas. En las bombas positivas, 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.



Clasificación de las Bombas de Desplazamiento Positivo

Bombas Reciprocantes

El funcionamiento de una Bomba Reciprocante depende del llenado y vaciado

sucesivo de receptáculos de volumen fijo, para lo cual cierta cantidad de agua

es obligada a entrar al cuerpo de la bomba en donde queda encerrada

momentáneamente, para después ser forzada a salir por la tubería de

descarga. De lo anterior se deduce, en términos generales, que el gasto de una

Bomba Reciprocante es directamente proporcional a su velocidad de rotación y

casi independiente de la presión de bombeo.

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. Además, la

variación cíclica del gasto de descarga puede obligar al empleo de Cámara de

aire y de grandes tuberías. 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.

Clasificación:

Bombas de émbolo reciprocante.

Bombas de embolo reciprocante de descarga variable.

Bombas reciprocantes de diafragma.

Bomba de Diafragma

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 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.

Fig. 2

De Pistón

Fig. 3



Bomba de Embolo

Los elementos de una Bomba Reciprocante, comúnmente llamada de émbolo o

de presión, están mostrados esquemáticamente en la figura 4. En ella puede

verse que, como la manivela o cigüeñal gira con una velocidad uniforme,

accionada por el motor, el émbolo o pistón se mueve hacia adelante y hacia

atrás en el cuerpo del cilindro; en el golpe hacia afuera un vacío parcial detrás

del émbolo permite a la presión atmosférica que obra sobre la superficie el

agua en el pozo hacer subir el agua dentro del tubo de acción, la cual, pasando

por la válvula de succión llena el cilindro; en el golpe hacia adentro, la válvula

de succión se cierre y el agua es presionada a salir hacia el tubo de descarga.

Fig. 4

Eficiencia Volumétrica de una bomba de émbolo:

Gasto ideal o teórico:

Gasto efectivo:



Presión dinámica o de inercia que tiene lugar en las tuberías de descarga y de

succión de una bomba de émbolo:

o

Bomba Reciprocante de Embolo de Descarga Variable.

En sistemas de transmisión de circuito hidráulico cerrado, es algunas veces

necesaria una forma de bomba cuyo gasto de descarga pueda ser variado sin

cambiar la velocidad de rotación. Tal bomba está indicada en la figura, tiene un

cierto número de cuerpos cilíndricos paralelos A, hechos formando un bloque

B, que gira mediante engranes alrededor de un eje central.

Fig. 5

Los pistones o émbolos están articulados a un anillo D que es mantenido en

contacto con un platillo E, el cual puede inclinarse fuera de la perpendicular; de

este modo cuando el anillo D gira en conjunto con el bloque de cilindros,

también se balancea e imparte el movimiento reciprocante necesario a los

pistones o émbolos.

En estas bombas no son necesarias las válvulas que tienen las bombas de

émbolo antes descritas; en su lugar tienen dos entradas o ranuras

semicirculares que obturan las extremidades de los cilindros, una de las

entradas está conectada a la tubería de succión y la otra a la de descarga. Así

todos los cilindros del bloque en el lado en que suben los émbolos, que es

cuando se mueven éstos hacia afuera, son puestos en comunicación directa

con la tubería de succión, mientras que el líquido descargado de los cilindros

en los cuales bajan los émbolos, tienen salida libre al tubo de descarga.



A fin de variar el gasto de descarga de la bomba, es necesario alterar la carrera

de los émbolos, lo cual puede hacerse cambiando el ángulo de inclinación del

plato E. Para este objeto el plato está montado sobre ejes, de tal modo que él

puede mecerse alrededor de un eje horizontal, transversal al eje principal de la

bomba. Mientras más normal se hace el plato E, menor será la descarga, hasta

que ésta cesa por completo cuando el plato E, es paralelo a F. Si se sigue

variando la inclinación, el escurrimiento vuelve a tener lugar; pero ahora en

sentido contrario, saliendo el líquido por el tubo en que antes se hacía la

succión.

Debido al hecho de que estas bombas son empleadas exclusivamente para

manejar aceite y de que todas las partes móviles están ahogadas en aceite, a

pesar del número de superficies de fricción que tienen, alcanzan una alta

eficiencia, de un ochenta por ciento o más. La presión media usual de trabajo

es de unos 35 kg/cm2.

Bombas Rotatorias

Estas bombas, como ya antes se dijo 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. En la bomba

Stone-Paramor, el elemento giratorio que es acoplado directamente a la flecha

motora, es un piñón de cuatro dientes que engrana con una corona dentada de

seis dientes.

Esta corona gira dentro de la armadura de la bomba a 2/3 de la velocidad con

que gira la flecha motora. Una lengüeta fija de forma creciente y saliente de la

armadura, impide el de descarga a la de succión. Cuando se bombea aceite

lubricante contra una presión de unos 7 kg/cm2 a esta máquina tiene una

eficiencia mecánica de más de 70% y una eficiencia, volumétrica de 95%. No

debe intentarse el emplearla para el bombeo de líquidos delgados. Debido a su

gasto de descarga casi uniforme, las bombas positivas rotatorias pueden

trabajar a grandes velocidades sin el peligro de que se presenten presiones de

inercia ni aún en el caso de no ser empleadas Cámaras de aire. Las bombas

Stone-Paramor, por ejemplo, con una capacidad de 720 litros por minuto

pueden trabajar a 300 r.p.m.



Fig. 6: De Engrane

De Tornillo

Fig. 7

Las bombas de tornillo son un tipo especial de bombas rotatorias de

desplazamiento positivo, en el cual el flujo a través de los elementos de

bombeo es verdaderamente axial.

El líquido se transporta entre las cuerdas de tornillo de uno o más rotores y se

desplaza axialmente a medida que giran engranados.

La aplicación de las bombas de tornillo cubren una gama de mercados

diferentes, tales como en la armada, en la marina y en el servicio de aceites

combustibles, carga marítima, quemadores industriales de aceite, servicio de

lubricación de aceite, procesos químicos, industria de petróleo y del aceite

crudo, hidráulica de potencia para la armada y las máquinas - herramientas y

muchos otros.



La bomba de tornillo puede manejar líquidos en una gama de viscosidad como

la melaza hasta la gasolina, así como los líquidos sintéticos en una gama de

presiones de 50 a 5.000 lb/pulg2 y los flujos hasta de 5.000 gpm.

Debido a la relativamente baja inercia de sus partes en rotación, las bombas de

tornillo son capaces de operar a mayores velocidades que otras bombas

rotatorias o alternativas de desplazamiento comparable.

Algunas bombas de lubricación de aceite de turbina adjunta operan a 10.000

rpm y aún mayores. Las bombas de tornillo, como otras bombas rotatorias de

desplazamiento positivo son de autocebado y tienen una característica de flujo

que es esencialmente independiente de la presión.

La bomba de tornillo simple existe sólo en número limitado de configuraciones.

La rosca es excéntrica con respecto al eje de rotación y engrana con las roscas

internas del estator (alojamiento del rotor o cuerpo).

Alternativamente el estator está hecho para balancearse a lo largo de la línea

de centros de la bomba.

Las bombas de tornillos múltiples se encuentran en una gran variedad de

configuraciones y diseños. Todos emplean un rotor conducido engranado con

uno o más rotores de sellado. Varios fabricantes cuentan con dos

configuraciones básicas disponibles, la construcción de extremo simple o

doble, de las cuales la última es la más conocida.

Como cualquier otra bomba, hay ciertas ventajas y desventajas en las

características de diseño de tornillo. Estos deben de reconocerse al seleccionar

la mejor bomba para una aplicación particular.

Entre algunas ventajas de este tipo tenemos:

Amplia gama de flujos y presiones.

Amplia gama de líquidos y viscosidad.

Posibilidad de altas velocidades, permitiendo la libertad de

seleccionar la unidad motriz.



Bajas velocidades internas.

Baja vibración mecánica, flujo libre de pulsaciones y operaciones

suaves.

Diseño sólido y compacto, fácil de instalar y mantener.

Alta tolerancia a la contaminación en comparación con otras bombas

rotatorias.

Entre algunas desventajas de este tipo tenemos:

Costo relativamente alto debido a las cerradas tolerancias y claros de

operación.

Características de comportamiento sensibles a los cambios de

viscosidad.

La capacidad para las altas presiones requiere de una gran longitud

de los elementos de bombeo.

Las bombas rotatorias de desplazamiento positivo tienen muchos usos

diferentes en la industria de procesos químicos. Se debe pensar en ellas para

aplicaciones en donde pueden ser las mas adecuadas o, en ciertos casos, las

únicas que podrán efectuar el trabajo requerido.

Unidades Motrices

Para mover casi todas las bombas rotatorias se utilizan motores eléctricos.

También se utilizan turbinas de vapor, en especial en bombas de alta velocidad

como las de tres tornillos, que tienen aplicación en especial para bombear

lubricante y aceite de sello para compresores y turbinas grandes.

Desahogo de Presión y Sobrecarga del Motor

Para determinar el tamaño del propulsor, el ingeniero debe recordar que las

bombas rotatorias de desplazamiento positivo continúan bombeando cuando

aumenta la presión. Al contrario de la bomba centrífuga que llega a un límite de

presión y potencia a cierta velocidad, la rotatoria seguirá absorbiendo potencia

si aumenta la presión. Si el aumento en la potencia en muy grande se puede



sobre cargar el motor, con lo cual funcionarían los dispositivos protectores y

producirían al paro del motor.

Materiales de Construcción

El hierro fundido y el bronce son los materiales más comunes, pero se pueden

necesitar bombas con carcasa y piezas internas de hierro dúctil, acero al

carbono y acero inoxidable para algunos procesos y se pueden obtener con

muchos fabricantes.

4.- APARATOS:

Una bomba de desplazamiento positivo tipo tornillo

Marca : MONO

Modelo: CAE 1021

Presion: 6 bar

Caudal: 2 litros/segundo

Diámetro de succión: 2 pulgadas

Diámetro de descarga: 2 pulgadas

Motor eléctrico trifásico

Marca : DELCROSA

Potencia: 2 HP

Voltaje: 220 V

Amperaje: 8A

Velocidad rotacional: 1150 RPM

Sistema de transmisión por fajas

Numero de fajas: 2

Diámetro de polea motriz: 3 pulgadas

Diámetro poleas conducidas: 6, 8, 10,12 y 14 pulgadas (intercambiables)

Tanque de Recirculación de 1.5m3 de capacidad.

Tanque de Aforo para la medición de caudal.

Medidor de flujo tipo placa orificio con manómetro de columna de

Mercurio.

Válvulas de control de flujo y de presión.



Manómetro tipo Bourdon para la medición de la presion de descarga de

la BDP.

Tablero de control para la medición de las RPM, voltaje y corriente.

5.- PROCEDIMIENTO

Verificar que la energía eléctrica este disponible.

Verificar el sentido de giro del eje de la bomba. El sentido correcto es el

horario.

Verificar que la instalación del sistema de transmisión este correcto.

Chequear la tensión en la faja.

Verificar que la válvula de alivio se abra a 7 bar de presion.

Regular la presion de descarga a 1 bar.

En el tablero de control regular la velocidad de rotación a 400 RPM

Anotar los datos de tensión, corriente, diferencia de presiones en el

manómetro de columna de Mercurio.

Luego se regula la presion de descarga a 2, 3 y 4 bar (a las mismas 400

RPM) y para cada caso se toman los mismos datos.

A continuación se desarrollan los mismos pasos para las velocidades de

rotación de 600, 800 y 900 RPM.

6.- CALCULOS Y RESULTADOS:

Primeramente, debemos ordenar en un cuadro los datos obtenidos de los

ensayos de laboratorio.

Debemos tener presente que, las velocidades que se indican corresponden a

las diferentes velocidades del motor que se controla mediante el panel eléctrico

y transmite movimiento a la bomba a través de un sistema de fajas y poleas.



Así tenemos:

N = 400 RPMPunto P1 (bar.) P2 (bar.) ∆h (cm.Hg) V (volt.) I (amp)

1 0 1 9,7 82 4,62 0 2 8,2 84 5,03 0 3 7,5 86 5,84 0 4 5,8 89 7,0


1 0 1 18,8 117 4,62 0 2 17,1 118 5,03 0 3 14,9 121 5,74 0 4 11,5 123 6,6


1 0 1 31,9 152 4,52 0 2 29,8 154 4,93 0 3 26,4 156 5,54 0 4 21,8 158 6,4


1 0 1 38,2 169 4,52 0 2 36,8 171 4,93 0 3 32,9 173 5,54 0 4 27,3 175 6,4

Para el cálculo de la potencia hidráulica y eléctrica, así como la eficiencia del

grupo, es necesario conocer algunas características del sistema.

En el medidor de caudal tipo placa – orificio, se conocen los diámetros de la

tubería y del orificio, así como su coeficiente de descarga.

El coseno del ángulo de fase en el motor eléctrico trifásico es igual a:

Los diámetros de las poleas tanto en el motor como en la bomba están en la

relación de:



Aplicaremos las siguientes fórmulas:

Caudal

)

, ,

Presión efectiva

(bar.)

Potencia hidráulica

(W)

Potencia eléctrica

(W)

Eficiencia del grupo

Aplicando las fórmulas mencionadas a los datos obtenidos de laboratorio,

obtenemos los siguientes cuadros de resultados, que utilizaremos para la

elaboración de las graficas requeridas.

N = 400 RPM

∆h (m.H2O) Q (lts/seg.) ∆P (bar.) Ph (W) Pelec.(W) ngr

1,319 0,5826 1,0 58,263 489,997 0,11891,115 0,5357 2,0 107,137 545,596 0,19641,020 0,5123 3,0 153,694 647,960 0,23720,789 0,4505 4,0 180,210 809,301 0,2227

N = 600 RPM


2,557 0,8111 1,0 81,112 699,142 0,11602,326 0,7736 2,0 154,715 766,432 0,20192,026 0,7221 3,0 216,630 895,947 0,24181,564 0,6344 4,0 253,754 1054,559 0,2406

N = 800 RPM


4,338 1,0566 1,0 105,657 888,542 0,1189



4,053 1,0212 2,0 204,241 980,254 0,20843,590 0,9612 3,0 288,355 1114,575 0,25872,965 0,8734 4,0 349,376 1313,587 0,2660

N = 900 RPM


5,195 1,1562 1,0 115,621 987,918 0,11705,005 1,1348 2,0 226,965 1088,464 0,20854,474 1,0730 3,0 321,902 1236,035 0,26043,713 0,9774 4,0 390,972 1454,923 0,2687

Caudal vs Presion

N = 771,42 RPM

N = 685,71 RPM

N = 514,28 RPM

N = 342,85 RPM

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5Presion efectiva P (bar.)

Cau

dal

Q (

lts/

seg

)



Eficiencia del grupo vs Presion

N = 342,85 RPM

N = 514,28 RPM

N = 771,42 RPMN = 685,71 RPM

0,11

0,13

0,15

0,17

0,19

0,21

0,23

0,25

0,27

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4Presion efectiva (bar.)

Efi

cie

nc

ia d

el g

rup

o

Potencia Hidraulica vs Presion

N = 771,42 RPMN = 685,71 RPM

N = 514,28 RPM

N = 342,85 RPM

50

100

150

200

250

300

350

400

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

Presion efectiva P (bar.)

Po

ten

cia

hid

rau

lica

(W)



Potencia Electrica vs Presion

N = 342,85 RPM

N = 514,28 RPM

N = 685,71 RPM

N = 771,42 RPM

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5Presion efectiva P (bar.)

Po

ten

cia

elec

tric

a (W

)

Potencia Hidraulica vs RPM Bomba

P = 4 bar.

P = 3 bar

P = 2 bar

P = 1 bar

50

100

150

200

250

300

350

400

300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

RPM Bomba

Po

ten

cia

hid

rau

lica

(W)



Caudal vs RPM Bomba

P = 4 bar

P = 3 bar

P = 2 barP = 1 bar

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

RPM Bomba

Cau

dal

Q (

lts/

seg

)

Eficiencia del grupo vs RPM Bomba

P = 1 bar

P = 2 bar

P = 4 bar

P = 3 bar

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

0,22

0,24

0,26

0,28

300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800RPM Bomba

Efi

cien

cia

del

gru

po



7.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

Lo indicado para esta experiencia es variar el diámetro de la polea del

eje y no variar el voltaje ni le amperaje, ya que esto no da una optima

utilización del motor.

Se nota una baja eficiencia debido a la rugosidad de las tuberías y

seguro debido al mal estado de la bomba. Ya que por teoría sabemos de

su alta eficiencia de bombeo.

Se debe supervisar que el amperaje que indica el tablero no supere los

7 A por motivos de seguridad

Se debe tener cuidado al momento de la lectura del manómetro, ya que

para potencias elevadas, la diferencia de alturas puede sobrepasara el

rango de valores leíbles en dicho instrumento.

De las graficas mostradas podemos concluir que para una velocidad

determinada de bombeo, al aumentar la presión, el caudal bombeado

disminuye y la potencia hidráulica aumenta.

Al aumentar las RPM de la bomba, manteniendo la presión constante,

logramos que la potencia hidráulica y el caudal bombeado se

incrementen.

Manteniendo una presión efectiva constante, los parámetros tales como

la potencia hidráulica y eléctrica, el caudal bombeado y la eficiencia del

grupo se incrementan al aumentar las revoluciones por minuto de la

bomba.

8.- BIBLIOGRAFIA:

1.- Manual de Laboratorio de Ingeniería Mecánica III………UNI-FIM

2.- Bombas y Turbinas………………………………………....Francis J.K.

3.- Web: http:monografias.com/bombas de desplazamiento positivo


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