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BOMBAS INDUSTRIALES. Bombas. La necesidad de elevar e impulsar líquidos ha sido siempre una constante en la historia de la humanidad, lo que originó que desde los tiempos lejanos del Antiguo Egipto se trabajase en la búsqueda de dispositivos capaces de realizar dicha función. .
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Bombas • La necesidad de elevar e impulsar líquidos ha sido siempre una constante en la historia de la humanidad, lo que originó que desde los tiempos lejanos del Antiguo Egipto se trabajase en la búsqueda de dispositivos capaces de realizar dicha función.
Aplicaciones de las bombas • Movimiento de líquidos. • Presurización de fluidos. • Circulación de refrigerantes. • Lubricación forzada. • Extracción de aguas subterráneas. • Extracción de petróleo. • Sistemas hidráulicos.
Presión Hidrostática En cualquier cuerpo de agua, la presión en el seno del líquido aumenta con la profundidad
Presión Hidrostática Sup = π R2 R Volumen = Sup x H Peso= Volumen x Pe H Presion= Peso / Sup Presion= Pe x H
Presión Hidrostática H Presión= Pe x H
Unidades de presión. • Las más comúnmente utilizadas en el campo técnico son: • Kg/cm2, • Atmósfera = 1,033 Kg/cm2. • Bar = 1,02 Kg/cm2 = 100.000 Pascales. • Torr = 1 m.c.Hg (se emplea en medida de vacío). • Metro de columna de líquido (m.c.l.), cuya transformación en Kg/cm2 es:
Definiciones y conceptos • Altura total de aspiración:es la suma algebraica de la altura estática de aspiración H, la presión existente sobre el líquido Pa y las pérdidas de carga por rozamiento de la tubería de aspiración Pc. Perdida de carga es la presión que se necesita o consume para mover el líquido a lo largo de la tubería. Pc
Definiciones y conceptos • Altura total de impulsión: es la suma algebraica de la altura estática de impulsión H, pérdida de carga en la impulsión Pc y presión sobre el líquido en el punto de recepción Pa. Pa H Pc
Definiciones y conceptos • Altura total: es la diferencia entre las alturas totales de impulsión y aspiración, y es, en definitiva, la medida de la energía que la bomba debe transmitir al líquido. Pa Hi Pa Ha Ht = Hi - Ha
Definiciones y conceptos • NPSH: Son las siglas de la denominación inglesa de «net positive suction head» que representa la altura neta positiva de aspiración. • Para que una bomba pueda funcionar el NPSH disponible debe ser mayor que el NPSH requerido por la bomba.
Definiciones y conceptos • El NPSH disponible (NPSHd) es la diferencia entre la presión a la entrada de la bomba y la tensión de vapor del fluido a la presión y temperatura de funcionamiento, medidas ambas en metros de columna de líquido. Punto 1 NPSHd = (Pa + H – r)- Pv Punto 2
Ejemplos Ejemplo 1. -Depósito abierto conteniendo agua caliente a 93° C • Los datos para el cálculo son: • Tensión de vapor de agua = 0,80 Kg/cm2. • Peso específico del agua = 0,963 Kg/dm3 • Pérdida en aspiración = 2,4 m.c.l. NPSHd = Pa - Pv + H - r P = H x Pe H = P / Pe
Ejemplos Ejemplo 2. - Depósito cerrado conteniendo aceite a 15º C • Los datos para el cálculo son: • Tensión del vapor del aceite: 0,403 Kg/cm2. • Peso específico: 0,9. • Presión absoluta en el depósito de aspiración: 710 mm Hg. • Pérdida de carga en aspiración: 1,4 m.c.l.
Distintos casos Alturas positivas Alturas negativas
BOMBAS CENTRIFUGAS • La denominación de bombas centrífugas se da generalmente a las máquinas que tienen un rodete giratorio montado sobre el eje y una carcasa que está fija. La forma del rodete, y la configuración de su carcasa correspondiente, determina también la manera según la cual es acelerado el fluido a través de la bomba. • La verdadera bomba centrífuga utiliza un impulsor o rodete que origina con su giro un movimiento de rotación del líquido que lo circunda, con dos componentes, una radial debido a la fuerza centrífuga, originada por el giro, y otra tangencial a la periferia del impulsor.
BOMBAS CENTRIFUGAS • Las bombas centrífugas de tipo difusor disponen de alabes guías fijos colocados en una corona alrededor del rodete, estos alabes constituyen canales gradualmente divergentes cuya misión consiste en cambiar la dirección del flujo y transformar la energía cinética en energía de presión.
Curvas características de una bomba centrífuga. • El funcionamiento de una bomba centrífuga viene reflejado en una serie de curvas características que proporciona el constructor de la misma, y en las que en función del caudal a bombear se indican los otros parámetros definitorios de su funcionamiento: altura total, rendimiento, potencia absorbida, NPSH requerido. Potencia (HP)
Curvas características. Potencia (HP) Q
Variación de las curvas con el número de revoluciones • En la relación teórica entre H y Q, H es función de la velocidad angular del rodete y, por tanto, para cada velocidad de giro obtendremos una curva diferente. Aplicando la teoría de semejanza a una misma bomba, trabajando a velocidades diferentes, se obtienen las siguientes relaciones entre los valores correspondientes a la altura, caudales y potencias absorbidas en función de las r.p.m. (n) de la bomba:
Variación de las curvas con el diámetro del rodete. • Si se dispone de una bomba en la que se varía el diámetro del rodete, manteniendo la velocidad de giro, se obtienen las siguientes relaciones entre valores: • Si se dispone de una bomba en la que se varía el diámetro del rodete, manteniendo la velocidad de giro, se obtienen las siguientes relaciones entre valores:
Curva característica de la instalación. • La bomba se utilizará para impulsar un líquido a través de un sistema. Observando el esquema de la figura 2.11, la altura que deberá salvar el líquido será la suma de la altura H más la pérdida de carga que se produzca en la tubería. Esta pérdida de carga variará con el caudal, por lo que de acuerdo con la variación de caudal existirá una curva de altura llamada curva del sistema (fig. 2.12).
Punto de funcionamiento • La intersección entre la curva característica de la instalación o sistema y la de la bomba nos da el punto de funcionamiento, es decir, los valores de H-Q. La intersección de la vertical por Q con la curva de rendimiento η-Q, y potencia absorbida W-Q, nos da los valores correspondientes, según se ve en la figura 2.13.
Selección del motor eléctrico de accionamiento • A la hora de proceder a la elección del motor eléctrico de accionamiento de una bomba debe ponerse sumo cuidado en el estudio, ya que un motor demasiado grande trabajaría con mal rendimiento, factor de potencia bajo, y por tanto sería antieconómico. Si, por el contrario, el motor es pequeño, trabajaría sobrecargado, constituyendo un riesgo para la continuidad del servicio.
Selección del motor eléctrico de accionamiento • Hasta ahora se ha supuesto que el par calculado sobre el eje de la bomba era igual al par suministrado en el eje motor, por lo que la velocidad de giro se mantenía constante. En todos los casos el motor reaccionará según una curva par-velocidad, y la velocidad de régimen se alcanzará cuando el par motor sea igual al par resistente en la bomba. Los motores eléctricos tienen una curva par-velocidad muy inclinada, por lo que en general puede aceptarse que el número de revoluciones es prácticamente constante para todas las condiciones de funcionamiento, es decir, que para importantes variaciones de régimen es prácticamente la misma.
Selección del motor eléctrico de accionamiento • Cuando se trata de motores térmicos, que tienen curvas planas, la velocidad es muy sensible a las variaciones del par. En estos casos no se puede partir del número de revoluciones que da el constructor de la bomba, sino que hay que determinar previamente el número de revoluciones a que funcionará el grupo motobomba. Para ello, a partir de la curva característica a velocidad n, que nos da el fabricante, se determinan dos o tres curvas más a velocidades n2, n3 y buscamos los puntos de funcionamiento en cada caso, obteniendo una tabla de valores.
Selección del motor eléctrico de accionamiento • Hay que recordar que la curva del sistema puede variar por: • Pérdidas de cargas variables, que pueden ser originadas por algunas variaciones en el sistema, como puede ser la variación del grado de apertura o cierre de una válvula. • Variación de la altura de elevación, como puede ser por la variación de niveles en altura de aspiración o de impulsión.
Relación entre características y sistemas • La figura 2.17 muestra la característica de dos bombas, una de ellas con una curva H-Q plana y la otra con dicha curva muy inclinada; ambas tienen el mismo punto de funcionamiento para las condiciones de altura manométrica del sistema normal, pero cualquier cambio de la altura manométrica total del sistema tendrá un efecto notablemente diferente sobre cada una de las dos bombas.
Relación entre características y sistemas • Así, un aumento en la altura manométrica total del sistema dará lugar a una disminución de la capacidad mucho mayor en la bomba de curva característica plana, pero por contra, la altura manométrica producida variará relativamente poco en un amplio intervalo de capacidad. La bomba con la curva H-Q inclinada acusará un comportamiento totalmente opuesto al anterior, es decir, se producirá un relativo pequeño cambio de capacidad para una variación considerable de la altura manométrica. Vemos, pues, cómo esta característica puede ser determinante a la hora de seleccionar el tipo de bomba más adecuado para una aplicación particular.
Velocidad específica • La elección del tipo de bomba más adecuado para una elevación debe ser objeto de la mayor atención, puesto que si se instala una bomba de tipo no adecuado nos encontraremos que podemos obtener el caudal que precisamos, pero con un rendimiento bajo y, por tanto, con elevado consumo de energía. • Cada tipo de bomba (émbolo, centrífuga, etc.) corresponde a un determinado campo de velocidad específica, que viene dada en unidades métricas, por la fórmula: • siendo: • n = r.p.m. • Q = caudal en m3/seg. • H = altura manométrica en metros.
Velocidad específica • La velocidad específica aporta una importante idea sobre la forma del rodete y las proporciones de la bomba, estableciendo unos intervalos de funcionamiento típicos para cada tipo de bomba con funcionamiento más adecuado. Estos intervalos no tienen límites exactos, solapándose en cierto grado, pero se aceptan normalmente los siguientes valores: • Velocidad específica Tipo de bomba • 0-40 De émbolo • 40-380 Rotativa con rodete radial • 230-620 Rotativa con rodete de flujo mixto • 540-1200 Rotativa con rodete de flujo axial • Cuando, por ser pequeño el caudal en relación a la altura de elevación para las velocidades usuales de los motores (960, 1450 ó 2900 r.p.m.), resulta un valor de ng inferior a 90, se deben emplear bombas centrífugas multicelulares, de tantas fases en serie como sea preciso para que sea ng > 90, y si se trata de elevaciones importantes es conveniente, para lograr un mayor rendimiento, que ng esté comprendido entre 160 y 220.
BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO O VOLUMÉTRICO. • Las bombas de desplazamiento positivo son aquellas que comunican al fluido energía de presión por la acción de un elemento con movimiento alternativo rotativo, etc. • Se han clasificado en dos grandes grupos básicos: alternativas y rotativas, con diferentes tipos en cada uno de estos grupos.
Bombas alternativas • En su forma más sencilla, la bomba tiene un solo pistón actuando en una sola dirección, es decir, de simple efecto. En el movimiento de aspiración se abre la válvula de entrada del fluido, y al volver el pistón esta válvula se cierra, abriéndose la válvula de impulsión por la presión comunicada al líquido, saliendo éste por la tubería por la que ha de circular. Si el pistón actúa en ambas direcciones la bomba es de acción doble. Dependiendo del número de pistones, uno, dos, tres, etc., la bomba se llama, respectivamente, símplex, dúplex, triplex, etc.
Bombas alternativas • Las bombas alternativas pueden clasificarse en diferentes maneras. Se toma normalmente como base de clasificación el tipo de construcción del cilindro. En este sentido se clasifican fundamentalmente en dos tipos: • — De pistón. • — De émbolo buzo.
Curvas de descarga caudal-tiempo en bombas alternativas. • a) Bomba símplex de acción doble. • b) Bomba símplex de acción sencilla. • c) Bomba dúplex de acción sencilla. • d) Bomba triplex de acción sencilla. El caudal medio teórico, en l/seg, de una bomba símplex de simple efecto viene dado por: en donde: s = longitud de la carrera en decímetros. n = r.p.m. D = Diámetro del émbolo en decímetros.
Caudal de una Bomba Alternativa • Si la bomba es de doble efecto, y siendo d el diámetro en decímetros del vástago del émbolo, el caudal medio teórico es: El caudal es directamente proporcional a la velocidad, la cual está limitada por consideraciones de tipo mecánico. La variación de caudal de una bomba alternativa se puede lograr: 1) cambiando la velocidad. 2) modificando la carrera.
Potencia necesaria • La potencia en CV absorbida en la cruceta de la bomba alternativa es: • en donde: • Q = Caudal medio en l/seg. • H = Altura manométrica en m • Pe = Peso específico del líquido en Kg/dm3. • η = ηv x ηM rendimiento total, que en bombas adecuadas debe ser superior a 0,7.
Bombas de engranajes Dentro del grupo de las bombas rotativas, las bombas de engranajes son las más utilizadas.
Bombas de engranajes Estas bombas están constituidas por dos engranajes, uno motriz fijo al eje de accionamiento y otro conducido, libre sobre un eje debidamente lubrificado.
Bombas de engranajes • El caudal teórico que transportan los dientes de los piñones viene dado por: Donde: Q = Caudal en cm3 minuto a = sección del hueco entre dos dientes en cm3. l = longitud de los dientes, en cm. z = número de dientes de cada piñón n = r.p.m. del eje de la bomba
Bombas a diafragma. • Este tipo de bombas desplazan el líquido por medio de diafragmas de un material flexible y resistente. Estas bombas son económicas.
