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UNIVERSIDAD RICARDO PALMAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
SISTEMA DE BOMBEO
Abad Álvarez, GeorgeCastillo Galarza, EduardoGomez Sernaque, JoanMiranda Quezada, FabioPaico Rivas, AnthonyInforme Monográfico para el Curso de Mecánica de Fluidos y Transferencia de Calor
Lima - 2012
A nuestros padres por confiar en nosotros alentándonos a seguir adelante, y a nuestra Alma Mater con la cual compartiremos nuestras nuevas experiencias.
INTRODUCCIÓN
El sistema de bombeo consiste en un conjunto de elementos que permite el
transporte a través de tuberías y almacenamiento temporal de los fluidos, de
forma que se cumplan las especificaciones del caudal y presión necesarias en los
diferentes sistemas y procesos.
La bomba hidráulica es un dispositivo que transforma la energía mecánica
en energía hidráulica; es decir, realizan un trabajo para mantener un líquido en
movimiento. Consiguiendo así aumentar la presión o energía cinética del fluido.
Características Generales:
Una bomba es insertada dentro de un sistema y su rendimiento depende
de las condiciones en las que este se comporte.
Su rendimiento se reduce considerablemente operando lejos de los parámetros
de diseño.
La selección del tipo de bomba es un factor fundamental del ahorro
energético. El tipo de control depende de las condiciones del proceso.
Perdidas de energía en un sistema de bombeo:
Un fluido pierde energía por:
Choque entre las partículas y rozamiento entre las porciones internas de
los fluidos.
Fricción del fluido externamente con elementos que obstaculizan el flujo.
Las pérdidas de energía se manifiestan con pérdidas de presión o de
velocidad
Como seleccionar una bomba:
Las bombas deben seleccionarse según el concepto de trabajo a realizar:
Presión máxima de trabajo
Caudal máxima de trabajo
Rendimiento de la bomba
Fácil mantenimiento
Energía requerida en la fase de arranque
SISTEMA DE BOMBEO
1.- ¿Qué es una Bomba?
Es la máquina que transforma energía, aplicándola para mover el agua.
Este movimiento, normalmente es ascendente. Las bombas pueden ser de dos
tipos “volumétricas” y “turbo-bombas”.
Todas constan de un orificio de entrada (de aspiración) y otro de salida (de
impulsión). Las volumétricas mueven el agua mediante la variación periódica de
un volumen.
Es el caso de las bombas de émbolo. Las turbo-bombas poseen un
elemento que gira, produciendo así el arrastre del agua. Este elemento “rotor” se
denomina “Rodete” y suele tener la forma de hélice o rueda con paletas.
Las bombas pueden recibir la energía de diversas fuentes. Desde las
antigüedades ha usado la energía eólica en este menester.
El movimiento de las paletas del molino de viento se transmite a una
bomba que extrae agua de un pozo.
Cuando la bomba recibe la energía a través de un motor acoplado
(eléctrico, de gasóleo o gasolina), al conjunto se le llama moto-bomba. El motor
puede también estar separado de la bomba.
Entonces hace falta un elemento que le transmita el movimiento. Puede ser
una polea, un eje, etc. En la actualidad casi todos los sondeos se equipan con
bombas “electro sumergidas”. Tanto la bomba como el motor eléctrico están por
debajo del nivel del agua. Los motores son especiales y pueden funcionar
sumergidos.
Estos equipos, son resistentes. Tienen pocas averías y su rendimiento es
alto. Han influido mucho en el desarrollo de los aprovechamientos de aguas
subterráneas en los últimos tiempos.
1.1.- Un Poco de 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.
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
1.1.1.- Tornillo de Arquimides
Un Tornillo de Arquímedes es una máquina
gravimétrica helicoidal utilizada para elevación de
agua, harina, cereal o material excavado.
Fue inventado en el siglo III a. C. por Arquímedes, del que recibe su
nombre, aunque existen hipótesis de que ya era utilizado en el Antiguo Egipto.
Se basa en un tornillo que se hace girar dentro de un cilindro hueco,
situado sobre un plano inclinado, y que permite elevar el cuerpo o fluido situado
por debajo del eje de giro.
Desde su invención hasta ahora se ha utilizado para el bombeo. También es
llamado Tornillo Sin fin por su circuito en infinito.
1.2.- Partes de una Bomba
Las principales aplicaciones a las que se dan las bombas de agua son:
Abastecimiento a instalaciones de distribución de agua Procesos industriales como enfriamiento, lavado, llenado de
depósitos, trasvase, recirculación, etc. Llenado y elevación de agua a depósitos Fuentes y juegos de agua Parques acuáticos Bombeo a riegos Protección contra incendio
o El balero
El eje integral del balero está
permanentemente lubricado y combina una doble hilera de rodillos, un eje de
precisión y dos sellos de doble cara engrasados.
Los rodillos pueden ser de dos tipos bola/bola o baleros tipo bola/rodillo
con lubricante que mantiene la operación mecánica suave e intacta. El balero es
esencial para la rotación del impulsor que distribuye refrigerante por el sistema de
enfriamiento.
o Sello de bomba de agua
Como la bomba de agua es el
corazón del sistema de enfriamiento, el
sello es considerado el corazón de la
bomba de agua. El sello de la bomba de
agua protege al balero de ser expuesto al refrigerante y contaminantes abrasivos.
Una vez que el refrigerante y los contaminantes entran al balero, el lubricante del
balero desaparece.
Si la falla del sello no es detectada y la bomba no es reemplazada, el
balero eventualmente fallará y posiblemente llevará a un problema de un
rodamiento.
1.3.- Tipos de Bombas
o Según el principio de funcionamiento
La principal clasificación de las bombas según el funcionamiento en que se base:
Bombas de desplazamiento positivo o volumétrico, 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 que varían 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 de carga y descarga se realizan por válvulas que abren y cierran alternativamente. 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 bomba de 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 turbo máquinas 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.”
Según el tipo de accionamiento
“Electrobombas. Genéricamente, son aquellas accionadas por un motor eléctrico, para distinguirlas de las motobombas, habitualmente accionadas por motores 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.”
1.4.- Correcto Funcionamiento de las Bombas
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.
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 densidad del 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 lo que si la bomba está vacía la altura que se eleva el agua en el
circuito de aspiración 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.”
2.- Tipos de Sistemas de Bombeo
En este punto se describen varios tipos de sistemas de bombeo de agua,
con mayor amplitud se describen los sistemas de diesel y de energía solar.
El enfoque es posibilitar una mejor comprensión de factores no económicos
que se tienen que tomar en cuenta para instalar un sistema que sea sostenible a
largo plazo.
“Generador a dieselUn sistema típico con generador a diesel consiste de los siguientes partes:
Generador de electricidad, funcionando a diesel. Bomba eléctrica de corriente alterna (CA) Tanque de almacenamiento Tubería y grifos hasta las casas”
2.1.- Potencia de bombeo
Una de las características más importantes de un sistema con generador a
diesel es la gran potencia del motor.
Esto permite bombear una cantidad de agua hasta profundidades muy
grandes. La instalación es bastante fácil y hay mucha experiencia en esto a nivel
regional.
Los bajos costos iniciales pueden ser una ventaja para la institución que
instale el sistema (por ejemplo una ONG, municipio o prefectura), pero el
combustible que consume el generador hace que los costos de operación para
una comunidad pobre del área rural sean altos.
Mientras más fuerza necesita una bomba (por la cantidad de agua o la
profundidad) más combustible requiere consumir.
La capacidad económica de una comunidad, determina en gran medida el
éxito del sistema, porque si la comunidad no puede pagar el mantenimiento
necesario, el sistema no cumplirá su vida útil; sin embargo, si la comunidad aparte
de los costos de diesel, aceite y filtros, todavía puede ahorrar para el
mantenimiento necesario, el sistema puede resultar durable.
Por lo mencionado un sistema con generador a diesel en las comunidades
más pobres, solo es recomendable si el agua es tan profunda o la cantidad
requerida tan alta que no hay otra opción de bombeo.
2.1.1.- Operación, mantenimiento y sostenibilidad
La operación (trabajo del operador) de un sistema a diesel consiste de
arrancar el generador, llenar el motor con diesel, vigilar la cantidad de agua en el
tanque, cobrar las cuotas mensuales y guardar el dinero, comprar diesel, aceite y
filtros; hacer monitoreo visual del pozo, bomba, generador y tanque para evitar
que la bomba saque demasiado agua (es decir, más agua que lo que regenera el
pozo) y seque el pozo.
El mantenimiento de un sistema con generador a diesel requiere varios
tipos de acciones. La mayor parte del mantenimiento tiene que ver con el
generador, primero se realiza el cambio de aceite cada 50 horas de operación.
Este tipo de mantenimiento puede realizar el operador.
Después cada 750 horas de operación se necesita revisión total del
sistema, para lo cual se necesita una persona con el conocimiento técnico
apropiado.
A veces es necesario reemplazar un repuesto, dependiendo de las horas
de operación y del mantenimiento general (cambio de aceite y filtros).
Dependiendo de la calidad del generador (y otra vez del mantenimiento) el
generador puede durar unos 3 años sin reemplazo.
La vida total de un generador normalmente está a unos 10 años. Esto varía
por tipo de generador, los más caros generalmente necesitan menos
mantenimiento y el necesario para una bomba varía mucho, si es una bomba
sumergible (lo más común en pozos perforados) normalmente no hay mucho
mantenimiento.
Dependiendo del ambiente se tiene que sacar la bomba cada cinco años
para limpiarla y reemplazar unos repuestos. Si el pozo es muy arenoso o si hay
muchos sedimentos se tiene que sacarlo más frecuentemente.
“Energía solarLos componentes de un sistema de bombeo de agua con panel solar son los siguientes:
Una bomba eléctrica, preferiblemente CC, es la apropiada para bombas solares y tiene mejor eficiencia.
Un arreglo de paneles solares Una caja de control
Tanque de almacenamiento Instalación de tubería y grifos hasta las casas
Para instalar un sistema de bombeo de agua que funcione con energía solar es muy importante tomar en cuenta la situación ambiental. Como un sistema solar es bastante confiable y requiere poco mantenimiento y los costos se concentran en el inicio, incurrir en fallas al principio resultaría muy caro.”
2.2.1.- Potencia de bombeo
Según Sandia National Laboratories un proyecto con bombeo de energía
solar puede ser económicamente viable hasta un ciclo hidráulico de 1.500
(Sandia National Laboratories,2001).
Un artículo del Banco Mundial (World Bank, 2004) propone que el ciclo
hidráulico tiene que ser menor que 800 para aprovisionamiento de agua potable
en comunidades y menor de 250 para uso de riego. Existen bombas solares que
pueden bombear hasta una profundidad (CDT) de 230 metros, pero la cantidad de
agua es baja, puesto que llega a un máximo de 2800litros diarios.
Profundidades de 150 metros ya son mejores (hasta 4800 litros/día), por
100metros es hasta 6000 litros/día y por 50 metros hasta 13.500 litros/día. Los
rendimientos puestos son en las peores condiciones, por lo que es el rendimiento
mínimo.
2.2.1.1.- Características meteorológicas
La radiación solar es un dato significativo para comprender la factibilidad de
bombear agua con energía solar. La radiación solar es la cantidad de energía
solar (W) que llega a la tierra por metro cuadrado (kWh/m2), ésta difiere por el
lugar, por el mes del año y por las horas solares pico.
El Viceministerio de Energía e Hidrocarburos y GTZ han hecho un mapa de
distribución de la energía solar en Bolivia. Según Sandia National Laboraties
(2001) lacantidad de radiación solar debe aumentar los 3 kWh/m2 para proyectos
de bombeo de agua con energía solar.
El rendimiento de la bomba solar está relacionada directamente con las
horas picos de sol diario, más horas de sol significa más horas de bombeo n =
Número de horas del sol promedio al díaGn = Radiación solar diaria sobre un
plano horizontal (Kwh/m2-día)
Unos de los riesgos para el funcionamiento de sistemas con energía solar
es el relámpago. Eso puede destrozar un panel solar o la bomba. Para evitar eso
se tiene que poner pararrayos a una distancia de por lo menos a 200 metros de la
instalación y preferiblemente a una altura mayor que la instalación.
2.2.1.2.- Sostenibilidad
El enlace crítico de cualquier proyecto de energía renovable no es sólo la
tecnología que se usa, sino también las agencias que lo desarrollan y la
infraestructura de apoyo.
En varias ocasiones, los proyectos fracasan por falta de consideraciones
institucionales, especialmente por proyectos con nuevas tecnologías.
Un programa de tecnología nueva debe tomar en cuenta el aspecto del
mantenimiento y otros asuntos institucionales necesarios para la sostenibilidad,
como ser: políticos y sociales, capacidad de construcción, asistencia técnica,
educación y capacitación, así como el desarrollo de la infraestructura local
(Sandia National Laboratories).
Un aspecto significativo del desarrollo de un proyecto con energía solar es
el reconocimiento de los beneficios sociales, ambientales y de salud; eso debería
resultar de políticas sólidas en relación a requisitos de importación, impuestos,
subsidios a combustibles fósiles y otros obstáculos gubernamentales, esos temas
generalmente pueden aumentar artificialmente el precio de sistemas con energía
renovable.
Un sistema con panel solar con una bomba de CC. presenta dos ventajas:
no necesita inversor, lo que baja los costos y aumenta la sostenibilidad porque
hay menos que reemplazar; y son hechas para la operación con panel solar, lo
que les da una eficiencia superior al de las bombas de CA.
El tanque de abastecimiento de agua debe ser de un tamaño mayor para
prever los días nublados que no se podrá bombear, por lo que necesita una
capacidad de abastecimiento por la cantidad de agua requerida para tres a cuatro
días.
Un tanque grande evita que ya no se necesita batería, lo que baja el precio
del sistema significativamente (baterías muchas veces cuestan más que un tercio
del precio total) y da una mejor sostenibilidad para la reducción de partes de
reemplazo; cada tres años se necesitaría reemplazar las baterías.
2.2.2.- Operación y mantenimiento
La operación y mantenimiento de un sistema de bombeo solar si es bien
diseñado e instalado, es muy sencillo. Hay posibilidades (por bajo costo) de
automatizar todo el sistema. Eso funciona con interruptores (flotador y electrodo).
El instalador del sistema debe proveer un Manual de Operación y
Mantenimiento para el operador, que conste de los principios de operación del
sistema, el mantenimiento de rutina y los requerimientos de servicio.
En general el mantenimiento de un sistema fotovoltaico de bombeo
requiere lo siguiente (Sandia National Laboraties, 2001):
Mantenimiento de rutina y reparaciones menores
Eso incluye el monitoreo de desempeño del sistema, el nivel de agua y su
calidad. Una inspección visual puede detectar ruidos o vibraciones inusuales,
corrosión, invasión de insectos, componentes o conexiones eléctricas sueltas,
fugas de agua, algas, etc.
El operador puede solucionar la mayoría de esos problemas.
Reparaciones preventivas y correctivas
Se incluye los reemplazos o reparación de componentes tales como:
reemplazo del diafragma o impulsores, y reemplazo de los componentes
defectuosos.
Este tipo de mantenimiento requiere herramientas y conocimientos
especiales de personas técnicas. El proveedor del sistema debe informar que
partes necesitan reemplazo y mantenimiento y en qué tiempo.
3.- Sistemas de Bombeos Conocidos
3.1.- Sistema con energía de la red eléctrica
Si hay la disponibilidad de la red eléctrica, normalmente es lo más
económico. Como inversión inicial se necesita solo una bomba eléctrica que saca
el agua.
Los costos de operación comprenden la electricidad y revisión de la bomba.
Sandía National Laboratories (2001) indica que extender la red eléctrica solo es
económicamente factible si la distancia de la extensión es menor que 500 metros,
si la distancia hasta la red es mayor es más barato instalar un sistema
descentralizado.
Después hay costos de administración que son $26/año por conexión. Si se
decide extender la línea se necesita también un transformador, si es monofásico
cuesta entre $750 y $850, dependiendo de la potencia y trifásico cuesta entre
$2.000 y $2.500.
3.2 Sistema de bombeo con generador a gas natural
Otro tipo de generación de electricidad descentralizada es un generador a
gas, la ventaja es que el consumo es más o menos tres veces menor que el
consumo de diesel.
Aparte de esto, se necesita menos mantenimiento porque el gas es más
limpio que el diesel; un generador a diesel se puede convertir fácilmente en un
generador a gas y a costos bajos.
3.3 Sistema de bombeo con energía eólica
Este tipo de sistema es poco aplicable en el Chaco por falta de viento
frecuente. En regiones con viento puede ser un sistema muy factible.
Existe un gran variedad de molinos eólicos, hay los que sacan
directamente agua por el movimiento del rotor y los que generan electricidad que
se puede utilizar para impulsar una bomba eléctrica.
Como estos sistemas no son aplicables en el Chaco no se da mayor
importancia en este informe.
3.4 Sistema de bombeo con bomba manual
El sistema más económico de bombear agua es una bomba manual. En la
Chiquitanía la mayoría de los pozos tienen bomba manual, con las que pueden
sacar hasta 1000 litros por hora y funcionan hasta una profundidad de 50 metros.
La ventaja principal es el precio bajo y el sistema resistente; la desventaja
es que no se puede fácilmente conectar la bomba a un sistema con grifos hasta
las casas y al mismo tiempo bombear agua con bomba manual significa mucho
tiempo y esfuerzo.
Si muchas familias son dependientes del pozo, el sistema no es muy
aplicable porque solo se puede bombear uno a uno. La higiene del pozo y en
general la calidad del agua puede ser un poquito menos que con un sistema
domiciliario.
4.- Tipos de Bombas
4.1.- Bombas centrífugas
4.1.1.1.- Bombas de tipo Voluta
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 líquido se convierte
en presión estática.
4.1.1.2.- Bombas de Tipo Difusor
Los álabes direccionales estacionarios rodean al rotor o impulsor en una
bomba del tipo de difusor. Esos pasajes con expansión gradual cambian la
dirección del flujo del líquido y convierten la energía de velocidad a columna de
presión.
4.1.1.3.- Bombas de Tipo Turbina
También se conocen como bombas de vértice, periféricas y regenerativas;
en este tipo se producen remolinos en el líquido por medio de los álabes a
velocidades muy altas dentro del canal anular en el que gira el impulsor. El líquido
va recibiendo impulsos de energía. Las bombas del tipo difusor de pozo profundo,
se llaman frecuentemente bombas turbinas.
4.1.2- Aplicaciones de Bombas Centrifugas
La mayor parte de las bombas rotatorias son autocebantes y pueden, de
ser necesario, trabajar con gas o aire.
Las aplicaciones típicas incluyen el paso de líquido de todas las
viscosidades, procesos químicos, alimento, descarga de barcos, lubricación a
presión, pintura a presión, sistemas de enfriamiento, servicio de quemadores de
aceite, manejos de grasa, gases licuados (propano, butano, amonio, freón, etc.), y
un gran número de otros servicios industriales.
Cuando han de bombearse líquidos a temperaturas arriba de 82 grados C,
debe consultarse al fabricante para obtener sus recomendaciones.
4.2.- Bombas Rotatorias
Las bombas rotatorias que generalmente son unidades de desplazamiento
positivo, consisten de una caja fija que contiene engranes, aspas, pistones, levas,
segmentos, tornillos, etc., que operan con un claro mínimo.
En lugar de "aventar" el líquido como en una bomba centrifuga, una bomba
rota y a diferencia de una bomba de pistón, 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 sólo.
Pueden manejar casi cualquier líquido que esté libre de sólidos abrasivos.
Incluso puede existir la presencia de sólidos duros en el líquido si una chaqueta
de vapor alrededor de la caja de la bomba los puede mantener en condición
fluida.
Las bombas rotatorias se clasifican en:
4.2.1.- Bombas de Leva y Pistón
También se llaman bombas de émbolo rotatorio, y consisten de un
excéntrico con un brazo ranurado en la parte superior.
La rotación de la flecha hace que el excéntrico atrape el líquido contra la
caja. Conforme continúa la rotación el líquido se fuerza de la caja a través de la
ranura a la salida de la bomba.
4.2.2.- Bombas de Engranes Externos
Éstas constituyen el tipo rotatorio más simple. Conforme los dientes de los
engranes se separan en el lado el líquido llena el espacio, entre ellos. Éste se
conduce en trayectoria circular hacia afuera y es exprimido al engranar
nuevamente los dientes.
Los engranes pueden tener dientes simples, dobles, o de involuta. Algunos
diseños tienen agujeros de flujo radiales en el engrane loco, que van de la corona
y del fondo de los dientes a la perforación interna.
Éstos permiten que el líquido se comunique de un diente al siguiente,
evitando la formación de presiones excesivas que pudiesen sobrecargar las
chumaceras y causar una operación ruidosa.
4.2.3.- Bombas de Engrane Interno
Estas tienen un rotor 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 líquido pase de nuevo al lado de succión de la
bomba.
4.2.4.- Bombas Lobulares
Éstas se asemejan a las bombas del tipo de engranes en su forma de
acción, tienen dos o más rotores cortados con tres, cuatro, o más lóbulos en cada
rotor.
Los rotores se Sincronizan para obtener una rotación positiva por medio de
engranes externos, Debido a que el líquido se descarga en un número más
reducido de cantidades mayores que en el caso de la bomba de engranes, el flujo
del tipo lobular no es tan constante como en la bomba del tipo de engranes.
Existen también combinaciones de bombas de engrane y lóbulo.
Bombas de Tornillo. Estas bombas tienen de uno a tres tornillos roscados
convenientemente que giran en una caja fija. Existe un gran número de diseños
apropiados para varias aplicaciones.
Las bombas de un solo tomillo tienen un rotor en forma espiral que gira
excéntricamente en un estator de hélice interna o cubierta. El rotor es de metal y
la hélice es generalmente de hule duro o blando, dependiendo del líquido que se
maneje.
Las bombas de dos y tres tornillos tienen uno o dos engranes locos,
respectivamente, el flujo se establece entre las roscas de los tornillos, y a lo largo
del eje de los mismos. Pueden usarse tornillos con roscas opuestas para eliminar
el empuje axial en la bomba.
4.2.5.- Bombas de Aspas
Tienen una serie de aspas articuladas que se balancean conforme gira el
rotor, atrapando al líquido y forzándolo en el tubo de descarga de la bomba.
Las bombas de aspas deslizantes usan aspas que se presionan contra la
carcasa por la fuerza centrífuga cuando gira el rotor. El líquido atrapado entre las
dos aspas se conduce y fuerza hacia la descarga de la bomba.
4.2.6.- Bombas de junta universal
Tienen un pequeño tramo de flecha en el extremo libre del rotor, soportado
en una chumacera y 80 grados con la horizontal. El extremo opuesto del rotor se
encuentra unido al motor.
Cuando el rotor gira, cuatro grupos de superficies planas se abren y cierran
para producir una acción de bombeo o cuatro descargas por revolución. Un
excéntrico en una cámara flexible produce la acción de bombeo exprimiendo al
miembro flexible contra la envoltura de la bomba para forzar el líquido hacia la
descarga.
4.2.6.- Bombas de tubo flexible
Tienen un tubo de hule que se exprime por medio de un anillo de
compresión sobre un excéntrico ajustable.
La flecha de la bomba, unida al excéntrico, lo hace girar. Las bombas de
este diseño se construyen con uno o dos pasos. Existen otros diseños de bombas
de tubo flexible.
4.3 Bombas Reciprocantes
Las bombas reciprocantes son unidades de desplazamiento positivo
descargan una cantidad definida de líquido durante el movimiento del pistón o
émbolo a través de la distancia de carrera.
Sin embargo, no todo el líquido llega necesariamente al tubo de descarga
debido a escapes o arreglo de pasos de alivio que puedan evitarlo. Despreciando
éstos, el volumen del líquido desplazado en una carrera del pistón o émbolo es
igual al producto del área del pistón por la longitud de la carrera.
Existen básicamente dos tipos de bombas reciprocantes las de acción
directa, movidas por vapor y las bombas de potencia. Pero existen muchas
modificaciones de los diseños básicos, construidas para servicios específicos en
diferentes campos.
Algunas Se clasifican como bombas rotatorias por los fabricantes, aunque
en realidad utilizan movimiento reciprocante de pistones o émbolos para asegurar
la acción de bombeo.
4.3.1.- Bombas de Acción Directa
En este tipo, una varilla común de pistón conecta un pistón de vapor y uno
de líquido o émbolo. Las bombas de acción directa se constituyen de simplex (un
pistón de vapor y un pistón de líquido, respectivamente) y duplex (dos pistones de
vapor y dos de líquido).
Los extremos compuestos y de triple expansión, que fueron usados en
alguna época no se fabrican ya como unidades normales.
4.3.2.- Bombas de Potencia
Estas tienen un cigüeñal movido por una fuente externa generalmente un
motor eléctrico, banda o cadena. Frecuentemente se usan engranes entre el
motor y el cigüeñal para reducir la velocidad de salida del elemento motor.
Cuando se mueve a velocidad constante, las bombas de potencia
proporcionan un gasto casi constante para una amplia variación de columna, y
tienen buena eficiencia.
El extremo líquido, que puede ser del tipo de pistón o émbolo, desarrollará
una presión elevada cuando se cierra la válvula de descarga. Por esta razón, es
práctica 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.
La presión de parado 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, proceso de petróleos y aplicaciones
similares.
Bombas del Tipo 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 líquido para alimentar calderas, equipos de proceso y unidades similares.
Como tales ocupan un lugar muy importante en muchas operaciones
industriales en todo tipo de plantas. La capacidad de estas bombas puede
variarse cambiando la longitud de la carrera.
Puede usarse un diafragma para bombear el líquido que se maneja,
accionado por un émbolo que desplaza aceite dentro de la cámara de la bomba.
Cambiando la longitud de la carrera del émbolo se varía el desplazamiento del
diafragma.
Bombas del Tipo de Diafragma. La bomba combinada de diafragma y
pistón generalmente se usa sólo para capacidades pequeñas. Las bombas de
diafragma 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 puedan ocasionar
erosión.
Un diafragma de material flexible no metálico, puede soportar mejor la
acción corrosiva o erosiva que las partes metálicas de algunas bombas
reciprocantes.
5.- Bombas de Desplazamiento Positivo
Las bombas de desplazamiento positivo abarcan dos de los grupos principales, a
saber:
Las alternativas Las rotativas o rotoestáticas
Aunque mientras que las bombas alternativas tienen características
esencialmente de desplazamiento positivo, no todas las bombas rotativas son
máquinas de desplazamiento verdaderamente positivo.
También hay algunas máquinas no rotativas o dispositivos que dan flujos
positivos cuya modalidad de funcionamiento se sale del campo abarcado por las
dos clasificaciones principales.
Las características principales de todas las bombas de desplazamiento positivo
son:
Que la capacidad la determinan específicamente las dimensiones de la
bomba y su velocidad de funcionamiento.
Que la capacidad o descarga logradas dependen muy poco de la altura
desarrollada.
Bibliografías
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Pfleiderer, C. Bombas centrífugas y turbocompresores.Labor, Barcelona, 1959.
McNaughton, K. J. Bombas; selección, uso y mantenimiento.McGraw-Hill, México, 1989.
White, F. M. Mecánica de fluidos.McGraw-Hill, Mexico, 1979.
