BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Y NEGATIVO

En las bombas de desplazamiento positivo existe una relación directa entre el movimiento de los elementos de bombeo y la cantidad de líquido movido.

Todas las bombas de desplazamiento positivo cuentan de una pieza giratoria con varias aletas (paletas) que se mueven en una carcasa muy ajustada. Esto evita fugas del producto dentro de la bomba y aumenta la eficiencia del bombeo. El líquido queda atrapado en los espacios entre las aletas y pasa a una zona de mayor presión. Un dispositivo corriente de este tipo es la bomba de engranajes, formada por dos ruedas dentadas engranadas entre sí. En este caso, las aletas son los dientes de los engranajes.

En todas estas bombas, el líquido se descarga en una serie de pulsos, y no de forma continua, por lo que hay que tener cuidado para que no aparezcan condiciones de resonancia en los conductos de salida que podrían dañar o destruir la instalación.

- En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la descarga abierta, pues a medida que la misma se obstruya, aumenta la presión en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la rotura de la bomba. Por tal razón siempre se debe colocar inmediatamente a la salida de la bomba una válvula de alivio o de seguridad. Con una descarga al tanque y con registro de presión.

Características generales de funcionamiento 

Las bombas de este tipo son bombas de desplazamiento que crean la succión y la descarga, desplazando agua con un elemento móvil. El espacio que ocupa el agua se llena y vacía alternativamente forzando y extrayendo el líquido mediante movimiento mecánico.

El término “positivo”, significa que la presión desarrollada está limitada solamente por la resistencia estructural de las distintas partes de la bomba y la descarga no es afectada por la carga a presión sino que está determinada por la velocidad de la bomba y la medida del volumen desplazado.

Las bombas de desplazamiento positivo funcionan con bajas capacidades y altas presiones en relación con su tamaño y costo. Este tipo de bomba resulta el más útil para presiones extremadamente altas, para operación manual, para descargas relativamente bajas, para operación a baja velocidad, para succiones variables y para pozos profundos cuando la capacidad de bombeo requerida es muy poca.

CLASES DE BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Hay dos clases de bombas de desplazamiento positivo:

a)  Las de pistón o reciprocantes, que desplazan el liquido por la acción de un émbolo o pistón con movimiento rectilíneo alternativo, o con movimiento de oscilación.

b)  Las rotatorias, en las cuales, el desplazamiento se logra por el movimiento de rotación de los elementos de la bomba.

BOMBAS RECIPROCANTES: Características de funcionamiento

En las bombas reciprocantes el pistón crea un vacío parcial dentro del cilindro permitiendo que el agua se eleve ayudada por la presión atmosférica. Como hace falta un espacio determinado de tiempo para que se llene el cilindro, la cantidad de agua que entra al espacio de desplazamiento dependerá de la velocidad de la bomba, el tamaño de las válvulas de entrada y la efectividad del material sellante de las válvulas y del pistón. Como se muestra en la figura 7.2.

 FIG. 7.2 ESQUEMA DE BOMBA RECIPROCANTE  DE EFECTO SIMPLE

Debido a la resistencia fraccional que se desarrolla en sus partes en movimiento, las bombas reciprocantes tienen una eficiencia relativamente baja; las pérdidas en las correas, los engranes y las chumaceras se añaden a la resistencia de las partes móviles para dar un rendimiento bajo en proporción a la potencia suministrada por la unidad motriz.

Las válvulas de las bombas de pistón son de dos tipos las de succión, que permiten la entrada al espacio de desplazamiento, y las de descarga, que dejan que el agua pase hacia el tubo de descarga, Estas válvulas operan por la fuerza que ejerce sobre ellas el peso del agua, o por la acción ejercida por elemento de desplazamiento

FOTO 7.1 BOMBA RECIPROCANTE O DE PISTON HORIZONTAL FIG. 7.3 BOMBA RECIPROCANTE HORIZONTAL DE TRANSMISIÓN DE DOBLE EFECTO

Ventajas y desventajas de las bombas reciprocantes

Las ventajas de las bombas reciprocantes de pozo llano son:

-  Alta presión disponible

-  Autocebantes (dentro de ciertos límites)

-  Flujo constante para cargas a presión variable

-  Adaptabilidad a ser movidas manualmente o por motor

Las desventajas son:

-  Baja descarga

-  Baja eficiencia comparada con las bombas centrifugas

-  Muchas partes móviles

-  Requieren mantenimiento a intervalos frecuentes

-  Succión limitada

-  Costo relativamente alto para la cantidad de agua suministrada

-  Requieren un torque considerable para llevarlas a su velocidad

-  Flujo pulsante en la descarga

BOMBAS ROTATORIAS: Caracteres generales de su funcionamiento

Las bombas rotatorias son unidades de desplazamiento positivo, que consisten en una caja fija que contiene engranes, aspas u otros dispositivos que rotan, y que actúan sobre el líquido atrapándolo en pequeños volúmenes entre las paredes de la caja y el dispositivo que rota, desplazando de este modo el líquido de manera similar a como lo hace el pistón de una bomba reciprocantes. Como se muestra en la figura 7.4.

 FIG. 7.4 BOMBA ROTATORIA DE ENGRANES EXTERNOS

Pero las bombas rotatorias en vez de suministrar un flujo pulsante como sucede con las bombas reciprocantes, descargan un flujo uniforme, por el movimiento de rotación de los engranes que es bastante rápido.

Las bombas rotatorias se usan generalmente para aplicaciones especiales, con líquidos viscosos, pero realmente pueden bombear cualquier clase de líquidos, siempre que no contengan sólidos en suspensión. No obstante, debido a su construcción, su uso más común, es como bombas de circulación o transferencia de líquidos.

Características principales:

-          Son de acción positiva

-          Desplazamiento rotativo

-          Flujo uniforme

-          Construcción compacta

-          Carga alta

-          Descarga relativamente baja

-          Velocidades de operación de moderadas a altas

-          Pocas partes móviles

-          Requieren toda la potencia para llevarlas a su velocidad de operación

-          Flujo constante dentro de ciertos límites para carga variable

-          Aspiración limitada

Como las piezas que originan el desplazamiento son de metal y rotan, el contacto metálico entre  las  partes  móviles  origina  desgastes  que  posibilitan  los resbalamientos  a  altas presiones, es por eso que la efectividad de las bombas rotatorias disminuye con el uso.

Distintos tipos de bombas rotatorias

Las bombas más comunes y más efectivas de este tipo son las de engranes externos (figura 7.4). Según los dientes se separan en el lado de succión de la bomba, el espacio entre dos dientes consecutivos se llena de líquido y de esta forma es arrastrado hasta quedar atrapado entre estos y la pared de la caja de la bomba; el movimiento de rotación del engrane lleva entonces  el  líquido  atrapado hasta  el  lado  de  descarga,  en  donde  al  quedar  libre  es impulsado hacia afuera por la llegada constante de nuevas cantidades de liquido. Las bombas rotatorias son generalmente fabricadas para capacidades que no exceden de 500 gpm (31.54 l/s) y cargas que no sobrepasan 500 pies (152.4 m).

Existen bombas rotatorias de engranes internos, de levas, lobulares de tornillo, de paletas, etc. En las figuras 7.4 Y 7.6 se muestran distintos tipos de bombas rotatorias.  

FIG. 7.6 BOMBA ROTATORIA DE PALETAS DESLIZANTES

3. Usos más corrientes de las bombas de desplazamiento positivo

-          Bombeo en pozos llanos

-          Bombeo en pozos profundos

-          Para niveles de agua variable

-          Bombas de incendio

-          Bombas de transferencia y circulación

-          Operación por molinos de viento

-          Altas cargas a presión

-          Alimentación de calderas

-          Bombeo de aceite y gasolina

-          Fumigadores de cosechas

En las bombas de desplazamiento positivo, la transferencia de energía al fluido es hidrostática. En la transferencia de energía hidrostática, un cuerpo de desplazamiento reduce el espacio de trabajo lleno de fluido y bombea el fluido a la tubería. El cuerpo de desplazamiento ejerce una presión sobre el fluido. Al aumentar el espacio de trabajo, este se vuelve a llenar con fluido de la tubería. El trabajo realizado Ws es el resultado del producto de la fuerza de desplazamiento F y la distancia de desplazamiento s.

Esta ecuación también puede expresarse como el producto de la cilindrada Vs y la presión de elevación p. La potencia transmitida al fluido se calcula a partir del caudal volumétrico Q y la presión de elevación p. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Tipos de construcción de las bombas de desplazamiento positivo En las bombas de desplazamiento positivo se distingue entre bombas oscilantes y rotatorias. Ventajas de las bombas de desplazamiento positivo

• El caudal depende escasamente de la altura de elevación; ideales, por tanto, para bombas de inyección y dosificadoras

• apropiadas para presiones altas y máximas; solo se requiere una etapa

• Excelente capacidad de aspiración, también con contenido de gas

• adecuadas para viscosidad alta (pastas)

• Caudal ajustable con gran exactitud y reproducibilidad mediante carrera y número de carreras

• Posibilidad de transporte cíclico

• Ideales para bajos números de revoluciones de funcionamiento

• En las bombas oscilantes es posible el funcionamiento neumático, hidráulico o electromagnético Inconvenientes de las bombas de desplazamiento positivo

• El principio de funcionamiento no incluye ningún límite de presión, por tanto, se requiere una válvula de seguridad o limitadora de presión

• En las bombas de desplazamiento positivo oscilantes, el funcionamiento libre de vibraciones es posible solamente con un equilibrio de masas complejo

• Las bombas de desplazamiento positivo oscilantes son poco apropiadas para números de revoluciones altos

• En las bombas de desplazamiento positivo oscilante se requiere caudal pulsante así como un amortiguador de pulsaciones

• En algunos tipos de construcción complicados, montaje propenso a averías con válvulas

• Mayor número de piezas de desgaste que en las bombas centrífugas Como las bombas de desplazamiento positivo rotatorias suelen disponer de muchas áreas de trabajo, que se llenan y vacían solapadamente, estas bombas desplazan el fluido de forma más uniforme que las bombas de desplazamiento positivo oscilantes con menos áreas de trabajo. Gracias al cuerpo de desplazamiento rotatorio, las bombas tienen un buen equilibrio de masas y bajas vibraciones, incluso a un alto número de revoluciones.

Para aplicaciones, en las que se desea un desplazamiento pulsante como, p.ej., en bombas de inyección de motores, solo se pueden utilizar bombas de desplazamiento positivo oscilantes. Las bombas de desplazamiento positivo oscilantes tienen, en general, una construcción más compleja, ya que el funcionamiento rotatorio tiene que transformarse en un movimiento de carrera oscilante. Esto se realiza mediante un mecanismo de biela-manivela, un mecanismo de excéntrica o un mecanismo de leva.

Además se requiere como mínimo una válvula de presión para evitar que el fluido se desplace a la inversa. 307 Representación del proceso de bombeo de una bomba de desplazamiento positivo en el diagrama p,V. Al aspirar 1 aumenta el

volumen a baja presión. El desplazamiento 2 se realiza reduciendo el volumen a alta presión. La superficie circunscrita corresponde al trabajo realizado en el fluido. 1 cuerpo de desplazamiento, 2 espacio de trabajo; Q caudal volumétrico, F fuerza de desplazamiento, A superficie, p presión de elevación, s fuerza de desplazamiento.

Bomba de desplazamiento no positivo:

Se dice que una bomba es de desplazamiento negativo o no positivo, cuando su órgano propulsor no contiene elementos móviles; es decir, que es de una sola pieza, o de varias ensambladas en una sola. Otra definición para aclararlos términos dice que las bombas de desplazamiento negativo son lasque desplazan una cantidad variable de líquido dependiendo de la presión del sistema.

A mayor presión menor cantidad de líquido desplazará. A este caso pertenecen las bombas centrífugas, cuyo elemento propulsor es el rodete giratorio. En este tipo de bombas, se transforma la energía mecánica recibida en energía hidro-cinética imprimiendo a las partículas cambios en la proyección de sus trayectorias y en la dirección de sus velocidades.