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En los conductos no circulares, se define una magnitud, denominada Radio Hidráulico, Rh,
como el coeficiente entre la sección de líquido y el perímetro mojado.
En el caso de los conductos circulares, el radio hidráulico equivale a 1/4 del diámetro D de la
tubería.
Para calcular el número de Reynolds en los conductos no circulares, se sustituirá el valor de D
por 4 Rh.
EFICIENCIA EN BOMBAS
De acuerdo con la forma de sus rotores (impulsores), las bombasrotodinámicas se clasifican en:
Bombas centrífugas (flujo radial)
Bombas de flujo axial
Bombas de flujo mixto
Para la misma potencia de entrada y para igual eficiencia, las bombas
centrífugas se caracterizan por presentar una presión relativamente altacon un caudal relativamente bajo, las bombas de flujo axial generan un
caudal alto con una baja presión y las de flujo mixto tienen características
que se ubican en un rango intermedio con respecto a los casos anteriores.
Para todos es claro que las maquinas que transforman la energía no son100% eficientes, de aquí nace él termino EFICIENCIA, ya que para una
maquina la potencia de entrada no es la misma que la potencia de salida.
Teniendo en cuenta lo anterior, sabemos que si la energía que entra no es
igual a la que sale es porque en alguna parte hubo una perdida energética.
Estas pueden ser:
Perdidas de potencia hidráulicas (Ph)
Perdidas de potencia volumétricas (Pv)
Perdidas de potencia mecánicas (Pm)
Pérdidas de potencia hidráulicas
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Estas disminuyen la energía útil que la bomba comunica al fluido y
consiguientemente, la altura útil. Se producen por el rozamiento del
fluido con las paredes de la bomba o de las partículas del fluidoentre sí. Además se generan pérdidas hidráulicas por cambios de
dirección y por toda forma difícil al flujo. Esta se expresa de lasiguiente forma:
Ph = * Q * Hint
Donde Hint son las perdidas de altura total hidráulica.
Perdidas de potencia volumétricas
Se denominan también perdidas intersticiales y son perdidas de caudal
que se dividen en dos clases:
Perdidas exteriores (qe)
Perdidas interiores (qi)
Las primeras constituyen una salpicadura de fluido al exterior, quese escapa por el juego entre la carcasa y el eje de la bomba que la
atraviesa.
Las interiores son las más importantes y reducen considerablemente
el rendimiento volumétrico de algunas bombas. Estas perdidas seexplican de la siguiente forma: a la salida del rodete de una bomba
hay mas presión que a la entrada, luego parte del fluido, en vez de
seguir a la caja espiral, retrocederá por el conducto que forma el juego del rodete con la carcasa, a la entrada de este, para volver a
ser impulsado por la bomba. Este caudal, también llamado caudal de
cortocircuito o de reticulación, absorbe energía del rodete.
Perdidas de potencia mecánicas Estas se originan principalmente por las siguientes causas:
Rozamiento del prensaestopas con el eje de la maquina
Accionamiento de auxiliares (bomba de engranajes paralubricación, cuenta revoluciones)
Rozamiento de la pared exterior del rodete con la masa fluidaque lo rodea.
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Después de conocer la forma de “perdidas energéticas” que se
producen en las bombas podemos entrar a conocer los tipos de
eficiencia para cada tipo de perdidas.
Eficiencia hidráulica Esta tiene en cuenta las perdidas de altura total, Hint y Hu, donde Hint sonlas perdidas de altura total hidráulicas y Hu = Htotal – Hint, luego la
eficiencia hidráulica esta dada por la siguiente ecuación:
h = Hu/Htotal
Eficiencia volumétrica
Esta tiene en cuenta las perdidas volumétricas y se expresa como:
v = Q/(Q+qe+qi)
donde Q es el caudal útil impulsado por la bomba y (Q+qe+qi) es elcaudal teórico o caudal bombeado por el rodete
Eficiencia interna
Tiene en cuenta todas las perdidas internas, o sea, las hidráulicas y las
volumétricas, y engloba las eficiencias hidráulicas y volumétricas:
i = Pu/Pi
donde Pu es la potencia útil, la cual será en impulsar el caudal útil a la
altura útil
Pu = * Q * Hu
Pi es la potencia interna, o sea, la potencia suministrada al fluido
menos las perdidas mecánicas (Pm)
Pi = Pa – Pm
Después de realizar algunos cálculos algebraicos tenemos que la
ecuación para la eficiencia interna es la siguiente:
i = h * v
Eficiencia total
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Esta tiene en cuenta todas las perdidas en la bomba, y su valor es:
t = Pu/Pa
Donde Pu es la potencia útil y Pa es la potencia de accionamiento.
t = b * v * m
De esta forma hemos llegado al final de nuestro recorrido para
identificar la eficiencia respectiva para cada uno de los casos.
Bombas hidraúlicas
Su misión, es la de transformar la energía mecánica suministrada por el motorde arrastre (eléctrico o de combustión Interna) en energía
oleohidraúlica.Dicho de otra manera , una bomba debe suministrar un caudal
de aceite a una determinada presión.
Pese a lo elemental de los conceptos físicos, vale la pena dar una versiónintuitiva del trabajo de una bomba.
En primer lugar debemos fijarnos en que, a diferencia del caso de los fluidos
compresibles, no podemos almacenar aceite a presión ( a excepción depequeñas cantidades en el acumulador) ; sólo habrá presión mientras actúe labomba.
En segundo lugar, es fundamental ver que en los circuitos con fluidos
incompresibles, las bomba no crean la presión por disminución del volumenocupado por la masa del fluido -ya que esto no es posible- sino "empujando"
el fluido que llena unos conductos, o pasa a través de unas restricciones.
Esto nos permite comprender como una pequeña bomba puede a veces
mantenerrnos un circuito a muy alta presión, ya que su única misión será la ecompensar las fugas y dar la presión a base de "intentar" introducir más aceite.
Si un circuito no tuviera fugas, ni fuera posible ninguna circulación de aceite,
la presión iría aumentando (en fracciones de vuelta de la bomba) hasta frenarel motor de arrastre o romper la bomba o las conducciones. Es por esto que en
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cualquier circuito hay que poner elementos de protección contra
sobrepresiones.
Es fácil ver que, con este mismo principio, hay tipos de trabajocualitativamente distintos, que exigirán bombas de diferentes características.
Podemos pues clasificar las bombas desde dos puntos de vista: el de su
función o el de su constitución interna.
En cuanto a su función, podemos considerar dos posibilidades extremas de
bombas: las que dan un gran caudal a pequeña presión y las que dan unpequeño caudal a alta presión.
La misión del primer tipo será evidentemente llenar rápidamente lasconducciones y cavidades del circuito (como ocurre al hacer salir un cilindro
que trabaje en vacío). Las del segundo tipo servirán para hacer subir y
mantener la presión en el circuito. Claro que en la mayoría de los casos no sevan a usar dos bombas y hay que buscar un compromiso entre estos extremos.
Otras consideraciones llevan a la necesidad de construir bombas que tengan
características determinadas.
Así, para obtener una velocidad constante en un cilindro, nos hará falta unabomba de caudal constante. Si queremos después mantener el cilindro en
posición - para lo que nos basta compensar las fugas - no necesitaremos todoel caudal, por lo que nos puede interesar una bomba capaz de trabajar a dos
caudales constantes: uno alto y otro bajo. Otro tipo de problemas exigirá
bombas de caudal regulable en uno o en dos sentidos, bombas de potenciaconstante, etc.
Las bombas se fabrican en muchos tamaños y formas - mecánicas y manuales- con muchos mecanismos diferentes de bombeo y para aplicaciones muy
distintas. No obstante, todas las bombas se clasifican en dos categorías básicas:hidrodinámicas e hidrostáticas.
Inicio
Bombas hidrodinámicas
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Las bombas hidrodinámicas o de desplazamiento no positivo tales como lostipos centrífugos o de turbina, se usan principalmente para transferir .fluidosdonde la .única resistencia que se encuentra es la creada por el peso del mismo
fluido y el rozamiento.
La mayoría de las bomba de desplazamiento no positivo (fig. 1) funcionan
mediante la fuerza centrifuga, según la cual el fluido, al entrar por el centrodel cuerpo de la bomba, es expulsado hacia el exterior por medio de un
impulsor que gira rápidamente. No existe ninguna separación entre losorificios de entrada y de salida, y su capacidad de presión depende de la
velocidad de rotación.
Aunque estas bombas suministran un caudal uniforme y continuo, su
desplazamiento disminuye cuando aumenta la resistencia. Es, de hecho
posible bloquear completamente el orificio de salida en pleno funcionamientode la bomba. Por ésta y otras razones las bombas de desplazamiento no
positivo se utilizan muy pocas veces en los sistemas hidráulicos modernos.
Inicio
Bombas hidrostáticas
Como indica su nombre, las bombas hidrostáticas o de desplazamiento
positivo suministran una cantidad determinada de fluido en cada carrera,revolución o ciclo. Su desplazamiento, exceptuando las pérdidas por fugas, esindependiente de la presión de salida, lo que las hace muy adecuadas para la
transmisión de potencia.
Inicio
Características y especificaciones técnicas
Al pedir oferta o al hacer el pedido en firme de la bomba, se ahorrará tiempo
si se indican las siguientes características técnicas:
- Presión de funcionamiento en Kp/cm2 continua - momentánea. Si existen
cargas punta de presión momentánea indique la duración de las misrnas (enmin).
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Capacidad deseada en l/mm ., fija o variable.
Número de revoluciones y dirección; la dirección de giro se indica según el
sentido de las agujas de un reloj visto desde el eje de la bomba. En bombasfijas, en circuito cerrado, pueden existir las dos direcciones.
El tipo de motor de accionamiento. Esto es muy importante, sobre todo
cuando se utiliza un motor de combustión para el accionamiento de bombas depistones. A bordo de barcos se utilizan a menudo bombas accionadas pormotores diesel, en cuyo caso es necesario calcular las vibraciones torsionales.
Indicación del líquido de accionamiento.
Condiciones de funcionamiento, continuo o de corta duración, instalación
interior o exterior.
- Condiciones de temperatura.
Rendimiento volumétrico
En teoría una bomba suministra una cantidad de fluido igual a sudesplazamiento por ciclo o revolución. En realidad el desplazamiento efectivo
es menor, debido a las fugas internas. A medida que aumenta la presión, lasfugas desde la salida de la bomba hacia la entrada o al drenaje también
aumentan y el rendimiento volumétrico disminuye.
El rendimiento volumétrico es igual al caudal real de la bomba dividido por el
caudal teórico. Se expresa en forma de porcentaje.
Caudal real
Rendimiento volumétrico = --------------------
C.teórico
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Bomba hidráulica
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Antigua bomba manual de balancín.
Una bomba hidráulica es una máquina generadora que transforma la energía
(generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica del
fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una
mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de
papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su
altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba
se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema
hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor
presión o altitud.
Existe una ambigüedad en la utilización del término bomba, ya que generalmente es
utilizado para referirse a las máquinas de fluido que transfieren energía, o bombean
fluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido de trabajo, a
diferencia de otras máquinas como lo son los compresores, cuyo campo de aplicación es
la neumática y no la hidráulica. Pero también es común encontrar el término bomba
para referirse a máquinas que bombean otro tipo de fluidos, así como lo son las bombas
de vacío o las bombas de aire.
Contenido
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1 Historia
2 Tipos de bombas
o 2.1 Según el principio de funcionamiento
o 2.2 Según el tipo de accionamiento
3 Tipos de bombas de émbolo
o 3.1 Bomba aspirante
o 3.2 Bomba impelente
4 Cebado de bombas rotodinámicas
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5 Sellado de bombas
6 Véase también
7 Referencias
8 Enlaces externos
[editar] Historia
La primera bomba conocida fue descrita por Arquímedes y se conoce como tornillo de
Arquímedes, descrito por Arquímedes en el siglo III a. C., aunque este sistema había
sido utilizado anteriormente por Senaquerib, rey de Asiria en el siglo VII a. C.1
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.2 3
[editar] Tipos debombas
[editar] Según elprincipio defuncionamiento
La principal clasificación de
las bombas según elfuncionamiento en que se
base:
Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas, en
las que el principio de
funcionamiento está basado
en la hidrostática, de modo
que el aumento de presión se
realiza por el empuje de las
paredes de las cámaras quevarían su volumen. En este
tipo de bombas, en cada ciclo
el órgano propulsor genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, por lo que
también se denominan bombas volumétricas. En caso de poder variar el volumen
máximo de la cilindrada se habla de bombas de volumen variable. Si ese volumen no se
puede variar, entonces se dice que la bomba es de volumen fijo. A su vez este tipo de
bombas pueden subdividirse en
Bombas de émbolo alternativo, en las que existe uno o varios compartimentos
fijos, pero de volumen variable, por la acción de un émbolo o de una membrana.
En estas máquinas, el movimiento del fluido es discontinuo y los procesos decarga y descarga se realizan por válvulas que abren y cierran alternativamente.
Bomba de lóbulos dobles.
Bomba de engranajes.
Bomba rotodinámica axial.
Bomba centrífuga de 5 etapas.
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Algunos ejemplos de este tipo de bombas son la bomba alternativa de pistón, la
bomba rotativa de pistones o la bomba pistones de accionamiento axial.
Bombas volumétricas rotativas o rotoestáticas, en las que una masa fluida es
confinada en uno o varios compartimentos que se desplazan desde la zona de
entrada (de baja presión) hasta la zona de salida (de alta presión) de la máquina.
Algunos ejemplos de este tipo de máquinas son la bomba de paletas, la bombade lóbulos, la bomba de engranajes, la bomba de tornillo o la bomba peristáltica.
Bombas rotodinámicas, en las que el principio de funcionamiento está basado en el
intercambio de cantidad de movimiento entre la máquina y el fluido, aplicando la
hidrodinámica. En este tipo de bombas hay uno o varios rodetes con álabes que giran
generando un campo de presiones en el fluido. En este tipo de máquinas el flujo del
fluido es continuo. Estas turbomáquinas hidráulicas generadoras pueden
subdividirse en:
Radiales o centrífugas, cuando el movimiento del fluido sigue una trayectoria
perpendicular al eje del rodete impulsor. Axiales, cuando el fluido pasa por los canales de los álabes siguiendo una
trayectoria contenida en un cilindro.
Diagonales o helicocentrífugas cuando la trayectoria del fluido se realiza en
otra dirección entre las anteriores, es decir, en un cono coaxial con el eje del
rodete.
[editar] Según el tipo de accionamiento
Electrobombas. Genéricamente, son aquellas accionadas por un motor
eléctrico, para distinguirlas de las motobombas, habitualmente accionadas pormotores de combustión interna.
Bombas neumáticas que son bombas de desplazamiento positivo en las que la
energía de entrada es neumática, normalmente a partir de aire comprimido.
Bombas de accionamiento hidráulico, como la bomba de ariete o la noria.
Bombas manuales. Un tipo de bomba manual es la bomba de balancín.
[editar] Tipos de bombas de émbolo
[editar] Bomba aspirante
Bomba aspirante de émbolo alternativo.
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En una "bomba aspirante", un cilindro que contiene un pistón móvil está conectado con
el suministro de agua mediante un tubo. Una válvula bloquea la entrada del tubo al
cilindro. La válvula es como una puerta con goznes, que solo se abre hacia arriba,
dejando subir, pero no bajar, el agua. Dentro del pistón, hay una segunda válvula que
funciona en la misma forma. Cuando se acciona la manivela, el pistón sube. Esto
aumenta el volumen existente debajo del pistón, y, por lo tanto, la presión disminuye.La presión del aire normal que actúa sobre la superficie del agua, del pozo, hace subir el
líquido por el tubo, franqueando la válvula-que se abre- y lo hace entrar en el cilindro.
Cuando el pistón baja, se cierra la primera válvula, y se abre la segunda, que permite
que el agua pase a la parte superior del pistón y ocupe el cilindro que está encima de
éste. El golpe siguiente hacia arriba hace subir el agua a la espita y, al mismo tiempo,
logra que entre más agua en el cilindro, por debajo del pistón. La acción continúa
mientras el pistón sube y baja.
Una bomba aspirante es de acción limitada, en ciertos sentidos. No puede proporcionar
un chorro continuo de líquido ni hacer subir el agua a través de una distancia mayor a
10 m. entre la superficie del pozo y la válvula inferior, ya que la presión normal del airesólo puede actuar con fuerza suficiente para mantener una columna de agua de esa
altura. Una bomba impelente vence esos obstáculos.
[editar] Bomba impelente
La bomba impelente consiste en un cilindro, un pistón y un caño que baja hasta el
depósito de agua. Asimismo, tiene una válvula que deja entrar el agua al cilindro, pero
no regresar. No hay válvula en el pistón, que es completamente sólido. Desde el
extremo inferior del cilindro sale un segundo tubo que llega hasta una cámara de aire.
La entrada a esa cámara es bloqueada por una válvula que deja entrar el agua, pero nosalir. Desde el extremo inferior de la cámara de aire, otro caño lleva el agua a un tanque
de la azotea o a una manguera.
[editar] Cebado de bombas rotodinámicas
Para el correcto funcionamiento de las bombas rotodinámicas se necesita que estén
llenas de fluido incompresible, es decir, de líquido, pues en el caso estar llenas de fluido
compresible (cualquier gas como el aire) no funcionarían correctamente.
El cebado de la bomba consiste en llenar de líquido la tubería de aspiración succión y la
carcasa de la bomba, para facilitar la succión de líquido, evitando que queden bolsas de
aire en el interior. Al ser necesaria esta operación en las bombas rotodinámicas, se dice
que no tienen capacidad autocebante. Sin embargo,las bombas de desplazamiento
positivo son autocebantes, es decir, aunque estén llenas de aire son capaces de llenar de
fluido el circuito de aspiración.
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Esquema de una bomba instalada por encima del nivel de agua.
En un circuito como el mostrado en el esquema adjunto sin ningún dispositivo
adicional, al detener la bomba centrífuga el fluido del circuito de aspiración cae hacia el
depósito vaciándose la bomba por el vacío creado por el circuito primario.
La altura de elevación que proporciona la bomba es siempre la misma y responde a
la siguiente fórmula:
donde es la presión de impulsión, es la presión de aspiración, es la densidaddel fluido y la aceleración de la gravedad.
Despejando la diferencia de presiones se tiene que:
De esta fórmula se puede observar que la diferencia de presiones que consigue la bomba
entre la impulsión y la aspiración es mayor cuanto mayor sea la densidad del fluido a
mover. De tal forma que para el caso concreto del agua se tiene:
Con lo cual:
Es decir, si la bomba está llena de aire la presión de aspiración es 0,00129 veces la que
conseguiría dicha bomba si estuviese llena de agua, es decir, si estuviese cebada. Por loque si la bomba está vacía la altura que se eleva el agua en el circuito de aspiración
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sobre el nivel del agua en el depósito es mínima y totalmente insuficiente para que el
agua llegue a la bomba.
Por otra parte el funcionamiento de una bomba centrífuga en vacío puede estropear el
sellado de la bomba debido a una deficiente refrigeración dado que no circula fluido por
su interior que ayuda a mejorar la disipación del calor producido por la bomba.
Por lo tanto en instalaciones de bombeo cuyo esquema coincide con el indicado en el
esquema adjunto es necesario un sistema adicional para evitar que la bomba se descebe.
Algunos de estos sistemas se enumeran a continuación:
Se puede construir un orificio en la parte superior de la carcasa de la bomba y
arrojar agua sobre el mismo para que la bomba al encenderse esté llena de agua
y pueda bombear correctamente. No se trata de un sistema muy eficiente.
Se puede usar una válvula de pie (Válvula antirretorno). Permite el paso del
líquido hacia la bomba pero impiden su regreso al depósito una vez se ha
apagado la bomba con lo que impide el descebe de la tubería de impulsión.Puede presentar problemas cuando el fluido tiene suciedad que se deposita en el
asiento de la válvula disminuyendo su estanqueidad, por otra parte supone una
pérdida de carga más o menos importante en la tubería de impulsión por lo que
aumenta el riesgo de que se produzca cavitación en la bomba.
Uso de una bomba de vacío. La bomba de vacío es una bomba de
desplazamiento positivo que extrae el aire de la tubería de impulsión y hace que
el fluido llegue a la bomba centrífuga y de este modo quede cebada.
Por último otra posibilidad consiste en instalar la bomba bajo carga, es decir por
debajo del nivel del líquido, aunque esta disposición no siempre es posible, a no
ser que se instale sumergida, con lo cual la bomba tiene que ser especial.
[editar] Sellado de bombas
Bomba de engranajes.
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Bomba de engranajes.
Bomba de engranajes.
Las bombas precisan de sellos hidráulicos para impedir que los fluidos que están siendo
impulsados salgan al exterior de la máquina a través de la vía de transmisión de
movimiento desde el motor a los internos móviles de la bomba.
En el campo del refino de petróleo y de la petroquímica existen sellos mecánicos de
bombas estandarizados por API ( American Petroleum Institute) que, aunque se trata de
una asociación estadounidense, son de aplicación en todo el mundo. Cada tipo de sello
recibe el nombre de PLAN API. Estos sellos pueden ser simples o dobles y, además,
pueden disponer o no de un sistema de refrigeración.
También existe una clasificación de sellos de bombas según ANSI.
A continuación se incluye la equivalencia API - ANSI de los sistemas de sellado o
planes más utilizados:4
PLAN API 11 (ANSI PLAN 7311)
PLAN API 12 (ANSI PLAN 7312)
PLAN API 21 (ANSI PLAN 7321)
PLAN API 22 (ANSI PLAN 7322)
PLAN API 31 (ANSI PLAN 7331)
PLAN API 41 (ANSI PLAN 7341)
PLAN API 13 (ANSI PLAN 7313)
PLAN API 23 (ANSI PLAN 7323)
PLAN API 32 (ANSI PLAN 7332)
PLAN API 62 (ANSI PLAN 7362)
PLAN API 52 (ANSI PLAN 7352) PLAN API 53 (ANSI PLAN 7353)
PLAN API 54 (ANSI PLAN 7354)
