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1. OBJETIVO
Este documento es creado con la finalidad de que el lector se introduzca en uno
de los temas de mayor relevancia para un ingeniero de procesos, las bombas
(hidráulicas), y así este pueda identificar los diferentes tipos de bombas y el
funcionamiento de cada uno.
2. INTRODUCCIÓN
En los primeros años de esta década hubo una fuerte recesión en la industria
química. Hubo que despedir ingenieros y cerrar plantas. La industria tuvo una
serie de cambios. Se aceleró el empleo de computadoras. La biotecnología se
volvió un término clave. El afán en busca de eficiencia y economía empezó a dar
dividendos. Para mediados de 1984, habían mejorado las perspectivas para la
industria de procesos químicos.
Sin embargo, es probablemente más interesante el hecho con todo el desarrollo
tecnológico que ha ocurrido desde los tiempos antiguos, la bomba queda
probablemente como la segunda máquina de uso más común, excedida apenas
por el motor eléctrico.
Puesto que las bombas han existido por tanto tiempo y su uso está tan
extendido, no es de sorprenderse que se produzcan en una infinidad de
variedades de tamaños y tipos y que se apliquen también a una infinidad de
servicios. Proporcionando un trabajo comprensible de algunos tipos de estas
bombas.
Siempre que tratemos temas como procesos químicos, y de cualquier
circulación de fluidos estamos, de alguna manera entrando en el tema de bombas.
El funcionamiento en sí de la bomba será el de un convertidor de energía, o
sea, transformara la energía mecánica en energía cinética, generando presión y
velocidad en el fluido.
Las primeras bombas de las que se tiene conocimiento, son conocidas de
diversas formas, dependiendo de la manera en que se registró su descripción,
como las ruedas persas, ruedas de agua o norias. Todos estos dispositivos eran
ruedas bajo el agua que contenían cubetas que se llenaban con agua cuando se
sumergían en una corriente y que automáticamente se vaciaban en un colector a
medida que se llevaban al punto más alto de la rueda en movimiento. La
existencia, en algunas partes de Oriente, de ruedas semejantes ha continuado aun
dentro del siglo veinte.
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La más conocida de aquellas bombas, el tornillo de Arquímedes, aún persiste
en los tiempos modernos. Todavía se manufactura para aplicaciones de baja
carga, en donde el líquido se carga con basura u otros sólidos.
Fig 1. Tornillo de Arquímedes
3. DEFINICION DE BOMBA
Una bomba es una máquina hidráulica generadora que transforma la energía
(generalmente energía mecánica) con la que es accionada, que puede proceder
de un motor eléctrico, térmico, etc., 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.
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4. CLASIFICACION DE LAS BOMBAS
Antes de conocer los fundamentos de operación de las bombas es necesario
distinguir las diferentes clases de bombas que existen, y para esto la clasificación
dada por el “Hidraulic Institute” de EE.UU. (1984) parece ser la más adecuada.
Esta clasificación toma en cuenta la forma cómo el fluido se desplaza dentro de
los elementos de la bomba, así para aquellos en los que el fluido se desplaza a
presión dentro de una carcasa cerrada, como resultados del movimiento
suavizada de un pistón o embolo, se le denomina “bombas de desplazamiento
positivo”, mientras que las bombas en las cuales el fluido es desplazado por el
movimiento circular de uno o varios impulsores provistos de alabe, se les
denomina “Bombas Centrifugas”.
La clasificación anterior parece ser la más adecuada, sin embargo, puede ser
útil conocer dentro de esta clasificación algunas características o situaciones que
ayudara a seleccionar la bomba más adecuada. por ejemplo, estás pueden ser
clasificadas de la siguiente manera; según el sistema donde funcionarán o la
forma física de ella. Para la primera clasificación que es conocer el sistema donde
la bomba tendrá su funcionamiento. Consiste en saber si la bomba succionara del
recipiente y con alturas variables o si la bomba se instalará en un sumidero o en
una fosa. Así mismo en necesario el líquido que la bomba manejará : si con
volátiles, viscosos, calientes o pastas aguadas, que así se manejará el concepto
de densidad y partículas que la bomba pueda impulsar. Respecto a la forma física
de la bomba se debe tener en cuenta que existen bombas de eje horizontal o
vertical, ambas de empujes centros o de desplazamiento positivo, baja o alta
velocidad , también la especificación de los materiales deben ser compatibles con
los líquidos que se bombearán.
Una práctica común es definir la capacidad de una bomba con el número
adimensional llamado velocidad específica, que se describe posteriormente que es
función del número de revoluciones a las que giren sus participantes rotatorias, de
la siguiente forma se puede ser de alta o baja velocidad.
4.1. Bombas de desplazamiento positivo
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
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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
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.
Fig. 2. Clasificación de las bombas de desplazamiento positivo
4.1.1. 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 aceite 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.
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.
Estas bombas son relativamente de baja velocidad de rotación, de tal manera que cuando tienen que ser movidas por motores eléctricos deben ser intercaladas
BOMBA DESPLAZAMIENTO POSITIVO
BOMBA RECIPROCAS BOMBA ROTATORIAS
Bomba de Pistón
Bombas de Diafragma
Bomba de Engranaje
Bomba de Lóbulo
Bomba de Paletas
Bomba de Tornillo
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trasmisiones de engranes o poleas para reducir la velocidad entre el motor y la bomba.
Otra característica importante es la velocidad del fluido en los conductos tanto de entrada como de salida llegando a los parámetros de
– Línea de ingreso 0,4 a 1,5 (m/s)
– Línea de descarga 2 a 5 (m/s)
Clasificación:
BOMBA DE PISTON (Embolo)
Fig. 3. Bomba de piston
Durante la carrera de descenso del pistón, se abre la válvula de admisión
accionada por el vacío creado por el propio pistón, mientras la de descarga se
aprieta contra su asiento, de esta forma se llena de líquido el espacio sobre él.
Luego, cuando el pistón sube, el incremento de presión cierra la válvula de
admisión y empuja la de escape, abriéndola, con lo que se produce la descarga.
La repetición de este ciclo de trabajo produce un bombeo pulsante a presiones
que pueden ser muy grandes. Soporta temperaturas hasta 80°C
BOMBAS DE DIAFRAGMA
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Fig. 4. Bomba de diafragma
El elemento de bombeo, colocado dentro de un cuerpo cerrado que se acciona
desde el exterior por un mecanismo reciprocante. Este movimiento reciprocante
hace aumentar y disminuir el volumen debajo del diafragma, 2 válvulas colocadas
a la entrada y la salida fuerzan el líquido a circular en la dirección de bombeo.
Como en las bombas de diafragma no hay piezas friccionantes, ellas encuentran
aplicación en el bombeo de líquidos contaminados con sólidos, tal como los
lodos, pulpas, drenajes, soluciones acidas y alcalinas.
4.1.2. Bombas rotatorias
Estas bombas, 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. No debe intentarse el emplearla para el
bombeo de líquidos delgados. las bombas positivas rotatorias pueden trabajar a
grandes velocidades sin el peligro de que se presenten presiones de inercia.
Clasificación:
• BOMBA DE TORNILO
Fig. 5. Bomba de tornillo
Trabajan a grandes velocidades, a pesar de ello es una bomba silenciosa.
También se le conoce como bomba helicoidal. El tornillo central tiene rosca de
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derechas y es el eje del motor; mientras que los otros dos tornillos son de rosca de
izquierdas. Al girar se originan cámaras entre los filetes de los tres tornillos
haciendo que el fluido circule desde la zona de aspiración a la zona de impulsión.
El tornillo central es el que mueve a los otros dos tornillos.
Las velocidades que puede llegar a alcanzar oscila entre los 3000 y los 5000
r.p.m. Pueden trabajar con pequeños y grandes caudales, aunque la presión no
supera los 180 bar.
• BOMBA DE ENGRANAJE
Fig. 6. Bomba de engranaje
Son utilizadas en caudales grandes, pero con presiones bajas, el funcionamiento es simple, uno de los engranajes hace de conductor y mueve al otro engranaje .La cámara de bombeo esta formada entre los engranajes y la carcasa, el fluido circula a través de los dientes de los engranajes , su rendimiento puede llegar al 90 %.
Principales características:
-Puede proporcionar un caudal de 1 a 600 (l/min.)
-Presiones de 15 a 200 (kp/cm2)
-Velocidad de 500 a 3000 (rpm)
-Temperatura máxima de trabajo 70°C
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• BOMBA DE LÓBULOS
Fig. 7. Bomba de lóbulos
Estas bombas se asemejan al funcionamiento de una bomba de engranajes de dientes externos los cuales giran en sentidos opuestos con lo que logran aumentar el volumen y disminuir la presión y con ello conseguir la aspiración del fluido.
• BOMBAS DE PALETAS
Fig. 8. Bomba de paletas
La bomba de paletas consta de un rotor ranurado que gira dentro de una cámara conformada por un anillo de forma ovalada que sirve de pista para las paletas que van dentro de las ranuras del rotor, entrando y saliendo con el
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movimiento, y los platos de presión, en los cuales está el orificio de entrada en uno y de salida en el opuesto, Los espacios que quedan delimitados entre el anillo, el rotor, las paletas y los platos laterales se denominan cámaras de bombeo. Dichas cámaras van cambiando de volumen en la medida que el rotor va girando impulsado por el eje. Cuando las paletas están mas salidas, el volumen es mayor que cuando están metidas entre el rotor.
4.2. Bombas Dinámicas
Son aquellas que se añade energía continuamente para incrementar las velocidades de los fluidos dentro de la máquina, 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.
4.2.1. Bombas centrífugas
Son las más extensamente utilizadas en la industria por su versatilidad, fácil diseño, bajo costo y reducido mantenimiento. Estas máquinas disponen de un disco rotatorio denominado impulsor o rodete provisto de álabes que giran a gran velocidad dentro de la carcasa metálica. Para la impulsión de los líquidos se aprovecha de la fuerza centrífuga la cual aumenta la energía cinética del fluido y se transforma en energía de presión por efecto del diseño de la carcasa.
Clasificación:
BOMBAS CENTRÍFUGAS DE VOLUTA
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Fig. 9. Bomba centrifuga de voluta
La mayor parte de bombas centrífugas son de voluta. Están disponibles como bombas horizontales, verticales, simples o de múltiples pasos para un amplio rango de flujos. La carcaza en forma de espiral o voluta convierte la energía de velocidad en presión estática.
BOMBAS CENTRÍFUGAS DE DIFUSOR
Fig. 10. Bomba centrifuga de difusor
Son aquellas que poseen un juego de álabes estacionarios que rodean al impulsor de tal forma que orientan al líquido, convirtiendo la energía de velocidad en energía de presión.
BOMBAS CENTRIFUGAS DE FLUJO MIXTO
Fig. 11. Bomba centrifuga de flujo mixto
La carga se desarrolla con un rodete delgado, en parte por fuerza centrífuga y en parte por el empuje de las aletas.
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Esto se consigue construyendo aletas de curva doble o en forma de hélice, de tal forma que la descarga es una combinación de flujo axial y radial.
Los cambios de las características de los rodetes tipo radial con respecto a los de tipo axial son, respectivamente, de carga grande y flujo moderado a flujo extremadamente grande y carga baja.
BOMBA CENTRÍFUGA DE FLUJO AXIAL
Fig. 12. Bomba centrifuga de flujo axial
Casi toda la carga producida por este rodete es debida a la acción de empuje de las aletas. El fluido entra y sale del rodete en dirección axial o casi axial.
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4.2.2. Bombas de turbina o regenerativa
Fig. 13. Bomba de turbina o regenerativa
Utilizada para líquidos claros, pueden ser horizontales o verticales, llenanuna necesidad entre las bombas centrífugas. Son de baja y media capacidad y alta carga. El líquido debe pasar a través de la carcaza por la serie de álabes hasta que sea impulsado por la descarga.
5. SELECCIÓN DE BOMBAS
La clave para hacer la selección correcta de la bomba radica en el conocimiento
del sistema en que trabajará la bomba. En la industria de procesos químicos, el
punto de partida son las hojas de flujo del proceso y los diagramas de tubería e
instrumentación.
En el Hydraulic Institute Handbook y en otros manuales bien conocidos,
aparece el número adimensional, velocidad específica
√
en dónde NS = velocidad específica, N = velocidad de rotación, Q = capacidad y
H = carga (columna). Esto ayuda a determinar la capacidad de todas las bombas
centrífugas.
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FIG 14. La gráfica de velocidad específica es una gran ayuda en la selección preliminar de
bombas centrífugas de una velocidad
5.1. Selección para mayor eficiencia
La mayoría de las bombas de proceso en uso son centrífugas. La eficiencia de
la bomba tiene un lugar prominente entre los factores que se deben considerar. En
un esfuerzo por reducir el costo inicial, a menudo se seleccionan bombas que no
representan el diseño más eficiente para un servicio dado. Además, el usuario le
debe dar alguna orientación respecto a los costos de energía y métodos para
recuperación de la inversión al fabricante de la bomba, para que este seleccione la
eficiencia adecuada.
5.2. Bombas para líquidos volátiles
Se describirá la selección de la bomba con base en la NPSH. NPSH es la caída
interna de presión que sufre un fluido cuando este ingresa al interior de una
bomba centrífuga. La NPSH es un parámetro importante en el diseño de un
circuito de bombeo: si la presión en el circuito es menor que la presión de vapor
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del líquido, éste entrará en algo parecido a la ebullición: se vaporiza,
produciéndose el fenómeno de cavitación, que puede dificultar o impedir la
circulación de líquido, y causar daños en los elementos del circuito.
Este método muy conservador producirá un cálculo sin peligro. La fórmula para
la NPSH disponible (NPSH)A de la bomba es:
( ) ( ) ( )
en donde Ps = presión de succión, psi; Pvp = presión de vapor, psi; densidad
relativa = la del líquido a la temperatura de la bomba; hs = carga estática, ft y hfr =
pérdida por fricción en la tubería de succión, ft.
El usuario debe especificar la NPSH disponible para la bomba. El fabricante no
puede conocer todos los detalles del sistema del usuario ni presentar una
cotización con opciones para distintas bombas que requieren NPSH diferentes.
En la figura 15 se presentan datos a fin de determinar cuánta NPSH se debe
tener disponible para una buena selección de bombas. Esta guía se basa en la
velocidad específica de succión (Nss), que es un índice de la capacidad de succión
o NPSH requerida (NPSH)R.
FIG 15. Guía para la selección de la NPSH requerida para bombas centrifugas de succion
sencilla y doble
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√
en donde N = velocidad de rotación, Q = capacidad (gpm) y Hs = (NPSH)R ft.
5.3. Bombas para grandes capacidades
En ciertos servicios especiales se puede necesitar una mayor separación entre
(NPSH)A y (NPSH)R. Una bomba para residuos calientes en una columna de vacío
para destilación de petróleo crudo puede ser una causa potencial de problemas.
Para tener buen funcionamiento, se necesitarán rompedores de vórtices en el
fondo de la columna y la relación correcta entre la tubería de succión y la bomba.
Las bombas para alimentación de calderas que manejan agua caliente desde
los desaeradores pueden requerir un mayor intervalo por las condiciones alternas
o alteraciones en la operación que alteran las condiciones de equilibrio del agua.
Es una buena precaución agregar esta NPSH en el diseño del sistema original,
porque un buen diseño de la succión eliminará muchos y costosos problemas con
las bombas.
En forma similar y con flujos mayores, una bomba de 1 760 rpm quizá no sea
adecuada y se necesitarán velocidades más bajas. Una bomba que funcione, por
ejemplo, a 1 180 rpm, aunque sea absolutamente factible desde el punto de vista
de la NPSH, quizá no se obtenga en el mercado para satisfacer los requisitos de
carga total en una sola etapa. Aunque en servicios con flujos muy grandes se
podría utilizar una bomba de etapas múltiples, la división del flujo total entre dos o
más bombas, cada una de las cuales entregue una parte, puede resolver el
problema. En otra forma, se utilizaría una bomba reforzadora para baja NPSH con
una bomba convencional de etapas múltiples y de mayor velocidad.
5.4. Bombas para altas presiones
Las bombas centrifugas de múltiples saltos o etapas se usan en general para
los servicios que exigen cargas (presiones) mayores que las que se consiguen con
las bombas de un solo salto. Estos servicios incluyen las bombas de alta presión
para abastecimientos de agua, las bombas para combatir los incendios, las de
alimentación de calderas y las de carga para las refinerías. Por ejemplo 1000 psi,
y un flujo de 250 gpm, lo primero que se debería tener en cuenta sería la bomba
centrífuga, horizontal, de etapas múltiples. Con la gráfica de velocidad específica
(Fig. 2) supóngase una bomba de 10 etapas o pasos y encuéntrense la velocidad
específica, diámetro de impulsor y eficiencia requerida. Se debe tener en cuenta
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que todas esas gráficas, incluso ésta, están basadas en la carga por etapa y no en
la carga total de una bomba de etapas múltiples.
Asimismo se podría pensar en el empleo de una bomba reciprocante. Con el
creciente interés en el consumo de energía, se necesita un examen cuidadoso de
cada problema para encontrar la bomba más eficiente que esté disponible. Hay
otros factores que pueden aminorar la eficiencia, por ejemplo, mayor
mantenimiento de válvulas, anillos de empaquetaduras, émbolos o pistones y
montajes de la unidad motriz. Una bomba reciprocante de cilindros múltiples
tendrá flujo a pulsaciones lo cual requiere el empleo de acumuladores o
amortiguadores. Los requisitos de NPSH con una bomba reciprocante pueden ser
satisfactorios para una bomba destinada a funcionar a velocidad razonable.
Sin embargo, si el flujo fuera de 5 000 gpm, como se necesitaría en una bomba
grande para alimentación de calderas, la única opción viable sería una bomba
centrífuga horizontal, de etapas múltiples. Por tanto, cada caso de bombeo a alta
presión será diferente y requiere un estudio particular. El usuario o el contratista
deben investigar varios tipos de bombas antes de seleccionarlas para cualquier
servicio dado de alta presión.
5.5. Bombas para líquidos viscosos
La selección de bombas para líquidos viscosos requiere cuidados especiales.
Primero, el usuario debe indicar con exactitud la viscosidad real del líquido
bombeado. En los manuales aparecen las viscosidades de los líquidos usuales,
pero las mezclas especiales pueden necesitar cálculos o pruebas específicas para
determinar con precisión la viscosidad.
La viscosidad se suele expresar con alguna de las tres unidades normales:
centipoises (cp), centistokes (cst) o Segundos Saybolt Universales (SSU). Las dos
últimas viscosidades cinemáticas difieren de los centipoises, que indican
viscosidad absoluta. La relación entre la viscosidad absoluta y la viscosidad
cinemática se expresa con:
( ) ( )
La viscosidad de un líquido variará según la temperatura. Al hacer pruebas de
viscosidad en el laboratorio se acostumbra tomar dos o más valores a diferentes
temperaturas para la definición exacta del líquido.
La elección más adecuada para líquidos viscosos sería una bomba de
desplazamiento positivo, rotatoria o reciprocante. Los tipos rotatorios de engranes,
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de tornillo o lóbulos serían los mejores para líquidos viscosos; para altas
viscosidades, son las únicas que se pueden utilizar.
Por otra parte, también se debe conocer la viscosidad mínima al seleccionar
una bomba rotatoria para un líquido viscoso. Cuando la viscosidad es baja, el
deslizamiento será mucho mayor en una bomba rotatoria, lo cual reduce su
capacidad nominal a menos de la que se tiene con viscosidad alta. En el Hydraulic
Institute Handbook se indican muchas bombas de desplazamiento positivo,
rotatorias disponibles. Algunas tienen límites definidos para temperatura, presión o
en los materiales de construcción.
5.6. Bombas para servicio con pasta aguada
Las bombas centrífugas o de desplazamiento positivo pueden manejar una
mezcla de sólidos y líquidos en lo que se llama a veces flujo en dos fases o
bombeo de pasta aguada. Las bombas centrífugas, que son las más comunes
cuando se requiere una baja carga, sólo suelen estar disponibles en el tipo de una
etapa. Si se ponen dos o más en serie, se puede tener una mayor carga de
bombeo. Las carcasas e impulsores pueden tener revestimiento de caucho (hule)
natural o sintético o estar hechos con metales duros, como hierro de aleación,
aleaciones con 28% de cromo, con Nihard, etc. En ciertos procesos se puede
necesitar acero inoxidable.
Las bombas para productos químicos, hechas con los materiales adecuados, se
suelen utilizar para pastas aguadas cristalinas, ligeras y no abrasivas. La bomba
de trabajo pesado para pasta aguada, disponible con eje horizontal y vertical será
la adecuada para aplicaciones más difíciles, como son en minería y metalúrgica.
Las bombas horizontales tienen succión en el extremo y deben tener revestimiento
de caucho cuando manejan pastas finas o de metal duro para pastas espesas.
Ambos tipos deben poderse desarmar con facilidad para reemplazar piezas
gastadas y tener componentes como carcasas de dos piezas con tornillos
ranurados para sujeción, así como placas de desgaste ajustables en el tipo hecho
con metal duro. Las aspas o álabes del impulsor de bombeo hacia fuera impedirán
acumulación de sólidos en los prensaestopas o empaquetaduras.
Las bombas verticales para pasta aguada funcionan sumergidas en un
sumidero, tanque, celda de flotación, etc. La impulsión con bandas (correas) que
se utiliza a menudo en ambos tipos permite que la velocidad de la bomba coincida
con las condiciones del servicio. Esto da mejores resultados que tratar de hacerlas
funcionar con el motor a velocidad lija y lograr las cargas con la reducción en los
impulsores.
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Para las bombas centrífugas en servicio con pasta aguada se aplican las
mismas leyes que para bombear líquidos limpios. Sin embargo, se deben tener en
cuenta los efectos de los sólidos en la mezcla para hacer la selección de la
bomba.
En las bombas para pastas aguadas también se aplican las leyes de afinidad
sin que importen los cambios en la capacidad, carga y potencia con los cambios
en la velocidad:
√
√
en donde rpm = velocidad, Q es el flujo, H es la carga y hp es la potencia.
En las bombas para pasta aguada pueden ser muy importantes la velocidad
variable y un mecanismo para seleccionar cualquier velocidad exacta.
Si se sabe cuáles son los sólidos y el líquido portador, se facilita determinar si la
pasta aguada se sedimenta o no. Las que no se sedimentan necesitan corrección
en la viscosidad de la mezcla, que se puede hacer como se indica en el método
del Hydraulic Institute.
Las pastas aguadas del tipo que se sedimenta necesitan una correción
arbitraria porque no hay todavía un método de aceptación universal. La reducción
en el rendimiento de la bomba debida a la presencia de sólido: se produce no sólo
por la viscosidad de la mezcla, sino en forma principal, por las pérdidas por
deslizamiento entre el líquido y los sólidos cuando se acelera la mezcla en el
impulsor. Por supuesto, este deslizamiento y la pérdida de rendimiento son mucho
mayores en cuanto más altas sean las velocidades de sedimentación.
5.7. Bombas verticales
Las bombas centrífugas, de tipo de voluta y difusor y algunas rotatorias de
desplazamiento positivo, están disponibles con ejes verticales. El ingeniero que las
especifica muchas veces debe decidir el tipo que necesita antes de ponerse en
contacto con el proveedor.
Hay muchas cosas que intervienen en esta decisión. A veces, parece ser muy
clara, como sería el uso de una bomba vertical para bombear agua desde un pozo
o desde una fosa o sumidero en donde la altura de succión es mayor de 34 ft.
Cualquier bomba horizontal tendrá cierta capacidad para elevación de succión y,
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en ocasiones, puede bombear desde un estanque, una fosa o un río. Pero la altura
de succión o aspiración está limitada a menos de 34 ft, o sea a la presión
atmosférica al nivel del mar. Aunque se utilizan las bombas horizontales, en
ocasiones, para pequeñas alturas de succión, surge el problema del cebado cada
vez que se pone en marcha la bomba. Se pueden utilizar eductores, bombas de
vacío u otros aparatos extractores de aire; las válvulas de pie pueden retener el
líquido en el tubo de succión o se pueden utilizar bombas autocebantes hasta
ciertos tamaños. La bomba autocebante tiene una cámara integral frente al
impulsor en donde retiene un volumen suficiente de líquido para permitir arranques
repetidos por tiempo indefinido después de que se llena la cámara.
Salvo que haya alguna razón poderosa para no sumergir la bomba en la fosa,
como la presencia de líquido muy sucio o corrosivo, se considera en primer lugar
la bomba vertical no obstante algunas desventajas. Primera, es difícil mantenerla
vertical, ya que hay que desmontar toda la bomba para tener acceso a los
componentes; segunda, el eje de transmisión que soporta el impulsor necesitará
cojinetes, a intervalos de unos cinco pies que, a su vez, necesitan lubricación y
mantenimiento periódicos; tercera, se deben utilizar impulsiones verticales que son
más costosas que las horizontales y la alineación de los acoplamientos puede ser
más crítica, a fin de asegurar una concentricidad absoluta de todo el eje.
La ventaja principal de la bomba horizontal, que es la facilidad de
mantenimiento, se anula por el menor costo instalado de la vertical. El
mantenimiento requerido para cualquiera de ellas será muy poco si se manejan
líquidos limpios y sin impurezas.
Cuando el ingeniero piensa utilizar bombas verticales en fosas o sumideros, no
debe pasar por alto el importante aspecto de la colocación de las bombas en la
fosa. Se deben mantener las velocidades correctas en los canales de entrada a
las bombas. Hay que dejar suficiente distancia entre dos o mas bombas en una
fosa. La separación adecuada entre las bombas y las paredes o piso de la fosa o
sumidero es esencial para evitar vórtices (remolinos)y los consecuentes
problemas. El Hydraulic Institute Handbook incluye recomendaciones al respecto.
A menudo se prefieren las bombas verticales para líquidos volátiles en donde la
carga neta positiva de succión disponible (NPSH), muy baja es un problema.
El usuario o el contratista decidirá si la instalación debe ser horizontal o vertical.
No es equitativo comparar las cotizaciones de un tipo con las de otro. Primero, se
hace la elección, se compara y se recomienda la compra entre los tipos o estilos
similares disponibles.
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5.8. Bombas de volumen controlado
Una categoría especial de bombas, que se conoce como de volumen
controlado, dosificadoras o proporcionadoras, es en realidad un tipo de
desplazamiento positivo en la cual el movimiento se transmite desde el motor por
medio de manivelas, placas oscilantes o diversos mecanismos hasta uno o más
émbolos reciprocantes. Estos, a su vez, bombean el líquido de trabajo o un aceite
hidráulico que acciona un diafragma que produce la acción de bombeo. La
característica especial de estas bombas es que se puede ajustar la carrera, en
forma manual o automática, para permitir la dosificación de la cantidad exacta de
líquido en el sistema.
Estas bombas tienen la característica de que su exactitud es repetitiva o sea
que, en condiciones fijas de velocidad, presión y longitud de carrera, entregarán la
misma cantidad de líquido en cada carrera. Además, se puede restablecer la
precisión, o sea que se pueden graduar a una capacidad original, después a una
diferente y, luego, volver a la original, en donde descargará la cantidad original con
una tolerancia mínima especificada.
Cuando el ingeniero encuentra una aplicación que requiere esta clase de
exactitud, suele incluir un flujo total más o menos pequeño (por lo general, en
galones por hora o centímetros cúbicos por hora en vez de galones por minuto).
La bomba de volumen controlado es la única que permitirá la exactitud necesaria.
La presión requerida puede ser desde una muy baja, para la inyección de
productos químicos en un sistema de agua de enfriamiento para controlar el pH de
todo el sistema, hasta las muy altas, de 10 000 psi o más, en donde las de émbolo
pueden cumplir con los requisitos.
El ingeniero debe escoger entre la bomba de émbolos, en la cual éstos
bombean directamente el líquido, o la de diafragma en la cual el líquido está
separado por completo. Para líquidos muy corrosivos o tóxicos o los que sean
peligrosos en caso de una fuga, la bomba de diafragma podría ser casi obligatoria.
Incluso con líquidos que no son tóxicos ni peligrosos, el tipo de diafragma puede
ser el preferido según los requisitos de tamaño y de presión. Muchos materiales
nuevos para el lado de líquido sirven para las necesidades de bombeo. El usuario
debe estudiar las velocidades de la bomba para no escoger una que trabaje a
demasiadas rpm y pueda necesitar mantenimiento excesivo.
Cuando se deben dosificar diversas corrientes en un solo lugar, se necesitarán
bombas con dos o más émbolos y en muchas de ellas los émbolos son de control
y ajuste independientes. En algunos sistemas complejos puede haber hasta 10
alimentaciones de bombas conectadas con una sola máquina motriz.
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La (NPSH)A y la carga de aceleración en los sistemas de tubería de succión
también son importantes, aunque estas bombas suelen ser pequeñas. Hay
algunas referencias que orientan para la aplicación y selección de bombas de
volumen controlado (Hernández, L. A., Jr., Controlled-Volume Pumps, Chem.
Eng., Oct. 21, 1968).
5.9. Bombas selladas
Otra categoría, especial para industrias de procesos químicos es la de bombas
selladas, que no tienen sellos externos ni posibilidad de fugas. Los dos tipos
principales son las de rotor enlatado y las magnéticas. Estas bombas se utilizan en
donde no se pueden permitir fugas o cuando la fuga por un sello podría tener
graves consecuencias.
Estas bombas están disponibles en pocos tamaños; casi todas son de bajo
volumen y todas son de una o de dos etapas. Se han utilizado para líquidos a
temperaturas muy altas o muy bajas. Las aplicaciones para alta presión de
succión eliminan la necesidad de los problemáticos prensaestopas para alta
presión. Las selladas del tipo centrífugo tienen el mismo rendimiento hidráulico
que las centrífugas convencionales. Debido a su tamaño pequeño, tienen baja
eficiencia, pero en aplicaciones peligrosas es preferible sacrificar la eficiencia en
beneficio de la seguridad.
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Fig. 5. Gráfica para clasificación de bombas.
6. CONCLUSIONES
Existe una gran cantidad de bombas, por lo que el ingeniero de procesos debe
de tener un conocimiento amplio y correcto del sistema en el que se trabajará,
debido a que este será la base de la selección de la bomba apropiada para dicho
trabajo; además, existen múltiples bombas para un mismo fin por lo que lo que se
buscará es buscar la opción mas optima.
7. BIBLIOGRAFIA
KENNETH MCNAUGHTON. BOMBAS. SELECCIÓN, USO Y
MANTENIMIENTO. ED. MCGRAW-HILL