bombas de desplazamiento positivo · bombas dosificadoras bdp que operan a una velocidad constante...
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Bombas de Desplazamiento Positivo
Bombas de desplazamiento positivo
La transferencia de energía se
acompaña de cambios de volumen que
ocurren mientras el fluido se encuentra
confinado por completo dentro de una
cámara o conducto.
• El volumen de líquido descargado se relaciona
directamente al desplazamiento de elementos
móviles y con la velocidad.
• Se usan generalmente contra altas presiones
(apropiadas para altos incrementos de P y bajos Q)
• Pueden bombear líquidos con altas m
• Generalmente son autocebantes
• Alta eficiencia volumétrica
Bombas de desplazamiento positivo
• Pueden dar caudales pulsatorios como
consecuencia de que una cavidad se abre,
atrapa y expulsa al fluido
• Ocupan un espacio importante
• Son máquinas pesadas y caras
• Requieren ajustes cuidadosos de las luces entre
elementos móviles
• Requieren válvulas de seguridad (alivio)
Bombas de desplazamiento positivo
BOMBAS
Desplazamiento Positivo
Reciprocantes
Pistón, Embolo,
Diafragma
Rotatorias
Engranajes, Lóbulos, Tornillo, Paletas
Dinámicas
Giratorias o Rotodinámicas
Flujo radial, Flujo mixto, Flujo axial
Especiales
Eyectores, Electro
magnéticas , etc.
BOMBAS
Desplazamiento Positivo
Reciprocantes
Pistón, Embolo,
Diafragma
Rotatorias
Engranajes, Lóbulos, Tornillo, Paletas
Dinámicas
Giratorias o Rotodinámicas
Flujo radial, Flujo mixto, Flujo axial
Especiales
Eyectores, Electro
magnéticas , etc.
Bombas Reciprocantes
Recibe un volumen fijo de líquido, lo presuriza
por medio de pistón, émbolo o diafragma a la
presión de descarga y lo expulsa por la
boquilla de descarga.
Generalidades
Línea de succión
Línea de descarga
Línea de succión
Línea de descarga
Línea de succión
Línea de descargaPartes de una bomba reciprocante
Cámara (“cilindro”)
Elemento móvil que “empuja” al líquido
Válvulas
Sellos
Conjunto para trasmisión de la energía mecánica al elemento móvil
Pistón: disco plano, cilíndrico, vinculado a un vástago
Elemento móvil
Puede ser: pistón, émbolo o diafragma
Émbolo: varilla lisa
Diafragma: pieza elástica
(goma, cuero o material
plástico) que funciona como
“pared” deformable de la
cámara
Las bombas de émbolo son más costosas que
las de pistón pero son más adecuadas para
trabajar a presiones altas. (Las de pistones se usan para presiones de hasta 140 bar)
El uso del diafragma reduce la superficie metálica
expuesta al fluido. Son adecuadas para trabajar
con líquidos corrosivos , líquidos que contienen
suspensiones de sólidos abrasivos, líquidos no
Newtonianos. Presentan eficiencia volumétrica de
aprox 100 %. No se pueden usar para aplicaciones
con altas presiones.
El diafragma puede ser accionado mecánicamente
(< 2 bar) o por otro fluido.
Ejemplo en
Bomba de émbolo
Válvulas
Actúan como válvulas de retención: permiten el flujo sólo en
un sentido.
Válvula de descarga: permite la salida de la cámara hacia el
tubo de descarga (en una carrera) y cierra la salida en la
otra.
Válvula de succión: permite el ingreso a la cámara desde el
tubo de succión (en una carrera) y cierra la salida de la
cámara en la otra carrera.
• En las bombas de pistón: los
elementos selladores se
mueven con el pistón
Para impedir fugas de líquido
• En las bombas de
émbolo: los elementos
selladores son
estacionarios (sólo
debe sellar en el
prensaestopas)
Sellos
a) En bombas accionadas a motor, el
movimiento rotatorio de la máquina motriz se
convierte en movimiento alternativo en el
extremo del líquido
Trasmisión de la energía mecánica al elemento móvil
El elemento móvil puede ser accionado por:
un motor
vapor (de agua)
aire comprimido
Ejemplos
biela: transforma el movimiento de
rotación en otro de vaivén
https://www.youtube.com/watch?v=i1YGbeUH1UE
https://www.youtube.com/watch?v=Vd9lZBEcSYc
b) En bombas accionadas a vapor (acción directa)
se convierte la presión diferencial del fluido-
motor en movimiento alternativo en el extremo
del líquido (construcción similar al del líquido e
incluye un pistón de doble acción y válvulas)
VAPOR VAPOR
https://www.youtube.com/watch?v=WFKoL7iSu4Y
c) Ejemplo de bomba de
diafragma accionada
por aire comprimido.
https://www.youtube.com/watch?v=SCo9My_dz_U
• Válvula de alivio para descarga: protege la
bomba y tubería si se desarrolla una presión
elevada en la descarga
• Cámaras de aire (amortiguador de
pulsaciones): son incorporados para producir
un flujo estable en la descarga y también en la
succión. Es un recipiente sellado que contiene
aire y líquido.
(volumen 6 a 8 veces el desplazamiento en
caso de bombas simples y de 3 a 4 veces en
caso de bombas dobles o duplex)
Otros componentes
Según el tipo de elemento de bombeo
pistón
émbolo
diafragma
Clasificación (I)
Clasificación (II)
Según el número de carreras de descarga por
cada ciclo
Acción Simple Doble Acción
Clasificación (III)
Según el número de cilindros de líquido (que
trabajan simultáneamente)
• simplex
• duplex
• multiplex
duplex triplex
https://www.youtube.com
/watch?v=5oALYE4dZdw
Según el tipo de impulsión
Clasificación (IV)
• Potencia (motor eléctrico, de combustión
interna o turbina)
• Acción directa: se impulsa con un fluido-
motor por medio de presión diferencial
Según la orientación de la línea de centros
del elemento de bombeo
Clasificación (V)
• horizontal
• vertical
Bombas dosificadoras
BDP que operan a una velocidad constante con
motores eléctricos, independientemente de los
cambios en la presión contra la cual ellas operan.
Ej. para alimentar reactivos, catalizadores o
inhibidores a reactores, a velocidades controladas.
Usualmente son:
- tipo émbolo para aplicaciones de bajos Q y
altas presiones
- tipo diafragma para grandes Q y bajas
presiones
Caso bomba simplex de acción simple
Característica del flujo
Bomba simplex de acción simple
carrera de
admisión (el
fluido entra al
cilindro, no sale)
EL FLUIDO SE
ACELERA!
EL FLUIDO SE
FRENA!
provoca
depresión
“aguas arriba”
provoca
depresión
“aguas abajo”
carrera de
descarga
tiempo
Q
Bomba simplex de acción simple
carrera de
admisión (el
fluido entra al
cilindro, no sale)
EL FLUIDO SE
ACELERA!
EL FLUIDO SE
FRENA!
provoca
depresión
“aguas arriba”
provoca
depresión
“aguas abajo”
EL FLUJO NO
UNIFORME GENERA
CARGAS DE
ACELERACIÓN
carrera de
descarga
tiempo
Q
El flujo no uniforme genera cargas de
aceleración, y éstas pueden tener efectos
adversos.
Se utilizan dispositivos para mitigar esos efectos
(estabilizadores de succión, amortiguador de
pulsaciones).
amortiguador de pulsaciones
https://www.youtube.com/watch?v=55lYLqDkkCM
El flujo no uniforme genera cargas de
aceleración, y éstas pueden tener efectos
adversos.
Se utilizan dispositivos para mitigar esos efectos
(estabilizadores de succión, amortiguador de
pulsaciones).
amortiguador de pulsaciones
https://www.youtube.com/watch?v=55lYLqDkkCM
Bomba simplex de acción simple Bomba simplex de acción doble
tiempo
Q
(Q medido antes de cualquier cámara amortiguadora)
Bomba simplex de acción doble
El volumen de la varilla del pistón puede ser significativo
por lo que el Q descargado varía con respecto al sentido del
movimiento del pistón.
tiempo
Q
Bomba duplex de acción doble
tiempo
Q
Bomba 1 Bomba 2
(desfasada
medio ciclo)
Caudal
combinado
Bomba duplex de acción doble
tiempo
Q
Caudal
combinado
El uso de cámaras de aire amortiguadoras
“suavizan” los pulsos de Q.
Q
tiempo
Bomba triplex de acción simple
Los ciclos en cada cilindro están desfasados 120° entre sí.
Acción simple: el fluido sale del compresor sólo en una de las carreras..
Q
tiempo
Bomba triplex de acción simple
Los tres cilindros tienen ciclos no desfasados
¿Qué pasaría si los ciclos en
cada cilindro no estuvieran
desfasados?
La curva Q vs t es la misma que si tuviéramos un solo
cilindro (simplex) del triple del volumen
Q
tiempo
Bomba triplex de acción simple
Los tres cilindros tienen ciclos no desfasados
Compárese…
Caso: ciclos
desfasados 120°
El desplazamiento (D) es el volumen calculado
desplazado por cámara por cada revolución del
pistón, émbolo o diafragma sin considerar
pérdidas.
Caudal
Capacidad teórica
Caudal desplazado por cada cámara
= D x N (si es simple acción)
= D x N + (D – d) x N (si es doble acción)
En donde: D = desplazamiento
N = ciclos en la unidad de tiempo
d = volumen del vástago
Caudal
Caudal teórico del compresor:
= (F D – A) x N x C
En donde:
D = desplazamiento
N = ciclos en la unidad de tiempo
F = cantidad de acciones (1 ó 2)
C = cantidad de cilindros (1 si es simplex, 2 si es duplex,
3 si es triplex, etc…)
0 (si es simple acción) A = volumen ocupado por el vástago (si es doble acción)
carrera
D = sección del cilindro x carrera = Ap x Cp
Caudal
Para el caso de bomba de pistón o de émbolo…
Fuga, deslizamiento o slip
Caudal
En la operación normal ocurren fugas a través
de los empaques del pistón, prensaestopas o
válvulas.
Se define el “deslizamiento” o slip, como el % de
fugas respecto al caudal teórico.
En general el slip aumenta al aumentar la presión
a la que se bombea
El flujo teórico se ve reducido por:
Caudal
• fugas de líquido (slip)
• aire o gas que se introducen a la bomba.
Capacidad real
teóricocaudal
caudalv
descargado
Eficiencia volumétrica
Bbas grandes 80 m3/h < Q < 300 m3/h v = 97 a 99 %
Bbas medianas 20 m3/h < Q < 80 m3/h v = 90 a 95 %
Bbas pequeñas Q < 20 m3/h v = 85 a 90 %
H, P
Q
A la hora de considerar el caudal que impulsa la
bomba ¿existe un caudal Q?
Qbba
Curva H vs Q (para Bomba Reciprocante)
H, P
Q Qbba
... ¿y la presión? ¿a qué presión puede impulsar?
Curva H vs Q (para Bomba Reciprocante)
H, P
Q Qbba
Seguramente, habrá
una presión máxima
que puede soportar el
sistema
A medida que
aumenta la presión
habrá fuga o slip
Curva H vs Q (para Bomba Reciprocante)
H, P
Q Qbba
A medida que
aumenta la presión
el slip aumenta
Curva H vs Q (para Bomba Reciprocante)
H, P
Q
punto de operación
curva del sistema
Curva H vs Q (para Bomba Reciprocante)
Punto de Operación
Curva de la
bomba
reciprocante
Diferencia en las curvas H vs Q entre
bombas dinámicas y BDP
H, P
Q
bomba centrífuga
Curva de la
bomba
reciprocante
H
(a vencer)
Diferencia en las curvas H vs Q entre
bombas dinámicas y BDP
H, P
Q
bomba centrífuga
Curva de la
bomba
reciprocante
H
(a vencer)
avapsD hhhNPSH
NPSH
donde ha es la “carga de aceleración”
En la cañería de succión y descarga el fluido se
tiene que acelerar y desacelerar cierto número
de veces por cada revolución del cigüeñal.
Se debe prever suficiente exceso de presión
para acelerar el líquido en el lado de succión de
la bomba y evitar la cavitación.
avapsD hhhNPSH
NPSH
gk
CNuLha
carga (altura)
de aceleración
longitud de la
cañería de succión
velocidad del fluido
en la succión
velocidad de rotación
del cigüeñal (rpm)
constantes
De acuerdo al Hydraulic Institute, la carga de aceleración en
una línea de succión corta y no elástica puede ser estimada
según:
Tipo de bomba Acción Factor C
Simplex Simple 0,400
Dúplex Simple 0.200
Dúplex Doble 0.115
Tríplex Simple o doble 0.066
Quíntuplex Simple o doble 0.040
Tipo de líquido Factor k
Líquidos no compresibles, como agua desaereada 1,4
La mayoría de los líquidos 1,5
Líquidos relativamente compresibles (como el etano) 2,5
• Aumentar el diámetro de la tubería de succión.
• Acercar la bomba al recipiente de succión.
• Elevar el recipiente de succión o el nivel del líquido en
el mismo.
• Reducir la T del líquido que se bombea.
Correcciones para NPSHD bajo
avapsD hhhNPSH
• Cualquier característica del sistema
de succión que tienda a absorber los
impulsos de la bomba reducirá ha
o Instalar estabilizador de succión o amortiguador de
pulsaciones adyacentes al extremo de líquido de la bomba.
o Reducir la velocidad de la bomba o instalar una más
grande que trabaje a menor velocidad.
o Se prefiere una bomba con más pistones (C disminuye).
o Reducir la velocidad del líquido en la succión (aumentando
el diámetro del caño de succión).
o Reducir la longitud de la tubería de succión también ayuda
a reducir ha
Correcciones para NPSHD bajo (cont.)
avapsD hhhNPSH
• Cualquier característica del sistema
de succión que tienda a absorber los
impulsos de la bomba reducirá ha
Potencia y Eficiencia Mecánica
m
SD
mm
h
P
Qpp
P
QHg
P
P )(
presión descarga presión succión
superficie del pistón o émbolo
para líquido presión diferencial a través del
extremo del líquido
Eficiencia en la trasmisión en una bomba de
potencia
motorfluidoporpropulsorpistónalaplicadafuerza
émbolo/pistónporlíquidoalaplicadafuerza
VV
LL
PA
PA
superficie del pistón propulsor presión diferencial a través del
extremo del potencia
Recomendaciones para el diseño
Se deben atender las recomendaciones del
fabricante.
Velocidades
Existen tablas de velocidades publicadas
por el Instituto de Hidráulica, comúnmente
empleadas para valores de longitud y
carrera de pistones en bombas simplex y
duplex.
A modo de ejemplo, para bombas de potencia
Diseño del sistema
Lineamientos generales dados por el Hydraulic
Institute:
a) recipiente de succión
• Debe ser bastante grande como para que los gases libres
se eleven a la superficie del líquido.
• Que los tubos de succión y retorno penetren más abajo
del nivel mínimo del líquido.
• Incluir un rompedor de vórtices en el tubo de succión de la
bomba.
• Incluir una placa desviadora para enviar las burbujas de
gas a la superficie. La parte superior de la placa debe
estar sumergida lo suficiente en el recipiente para evitar
alteraciones.
b) cañería de succión
• Que sea lo más corta y directa posible.
• Tenga el mínimo de recodos; hay que utilizar codos
largos o laterales.
• Que sea uno o dos diámetros de caño más grande
que la conexión de succión en la bomba.
• Que tenga una velocidad promedio de líquido menor
que los valores de las curvas:
• Impida la acumulación de vapores en la tubería. No debe
tener puntos altos sin respiraderos.
• Para bombas de potencia en sistemas donde el líquido
ha estado expuesto a un gas que no sea su propio vapor.
recomienda un margen de 3 psi por sobre el NPSHR
• Incluir un estabilizador de succión, botella o amortiguador
de pulsaciones en el tubo de succión y adyacente al
extremo de líquido si la carga de aceleración es excesiva.
• Tener una válvula de corte de apertura total para no
restringir el flujo a la bomba.
• No utilizar filtro salvo que se le pueda dar mantenimiento
periódico. El agotamiento producido por un filtro obstruido
puede producir más daños en la bomba que los sólidos
b) cañería de succión (cont.)
c) cañería de descarga
• Que sea uno o dos diámetros de tubo más grande que
la conexión de descarga en la bomba.
• Que tenga una velocidad promedio menor de 3 veces
la velocidad máxima en el tubo de succión.
• Que tenga el mínimo de recodos; hay que utilizar codos
largos o laterales.
• Que incluya un amortiguador de pulsaciones o métodos
para instalarlo, adyacente al extremo de líquido de la
bomba. Que incluya una válvula de alivio de un tamaño
que deje pasar toda la capacidad de la bomba que no
exceda del 110 % de su presión de "disparo" o
apertura. La descarga de la válvula de desahogo debe
retornar al recipiente de succión para que los gases
desprendidos en la válvula no vuelvan a la bomba.
• Que incluya un tubo y válvula de derivación para poder
volver a arrancar la bomba en contra de una
insignificante presión de descarga.
• Que incluya una válvula de retención para no aplicar la
presión del sistema en la bomba durante el arranque.
c) cañería de descarga (cont.)
Gráficas para selección de bombas
Existen gráficos para tales efectos.
A modo de ejemplo Para una bomba tríplex con
carrera de 3 in