Turbomaquinas hidráulicas

Integrantes:

Hernández Silva José Eduardo

Moreno González Rodrigo

Guillen Tamanaja Irving

Rodríguez Jáuregui Eduardo Daniel

Turbomaquinas Hidráulicas

Bombas de desplazamiento positivo

5.1 Principio de desplazamiento positivo

Gracias al movimiento cíclico constante de su parte móvil, una bomba dedesplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de líquido y soportar(dentro de sus límites) cualquier presión que se requiera.

En otras palabras, una bomba de desplazamiento positivo genera caudal, pero a alta presión.

Una bomba de desplazamiento positivo consiste básicamente de una parte móvil alojada dentro de una carcasa. La bomba mostrada en la figura tiene un émbolo como parte móvil. El eje del émbolo está conectado a una máquina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo constante del émbolo. El puerto de entrada está conectado al depósito, en los puertos de entrada y salida, una bola permite que el líquido fluya en un solo sentido a través de la carcasa.

Estas bombas las constituyen las del tipo oleo-hidráulico, es decir, bombas que además de generar el caudal, lo desplazan al sistema obligándolo a trabajar, este fenómeno se mantiene aún a elevadas presiones de funcionamiento.

Las bombas pueden clasificarse además dependiendo de la forma en que se desplaza la parte móvil de éstas; si el desplazamiento es rectilíneo y alternado, entonces se llamarán oscilantes, y si el elemento móvil gira se llamarán rotativas.

Características Principales

Las bombas hidrostáticas de desplazamiento positivo son los elementos destinados a transformar la energía mecánica en hidráulica. Estas bombas son aquellas que suministran la misma cantidad de líquido en cada ciclo o revolución del elemento de bombeo, independiente de la presión que encuentre el líquido a su salida.

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 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.

5.2 Clasificación

Entregan una cantidad definida del fluido por cada carrera del pistón, diafragma o revolución de la pieza móvil principal.

Ventajas:

• Son adecuados para el manejo de líquidos viscosos• Son menos susceptibles a la presencia de gas en el líquido• Manejan capacidades consistentes.• Tienen eficiencia mayor que las bombas centrífugas

BOMBAS RECIPROCANTES

Es una bomba de DP que recibe un volumen fijo de líquido en condiciones casi de succión, lo comprime a la presión de descarga y lo expulsa por la boquilla de descarga. La compresión se logra por el movimiento alternativo de un pistón, émbolo o diafragma.

CLASIFICACIÓN:

• Elemento de bombeo: Pistón, embolo y diafragma.

• Número de varillas o bielas de mando; simplex, dúplex, triplex.

- Acción directa: accionadas con un fluido motor por medio de presión diferencial.

• Fuerza motriz:- Potencia: la bomba se mueve con un eje rotatorio, como motor eléctrico o de combustión interna.

• Números de carrera de descarga por ciclo de cada biela: Acción sencilla o doble acción.

• Número de varillas o bielas de mando; simplex, dúplex, triplex.

• Vertical y Horizontal

Bomba de pistón

-Dos válvulas y una caja -Un mecanismo de rotación de los pistones alternativos -Utilización de succión para aumentar líquido en la cámara.

Bomba de embolo

-Dos válvulas de bola en cada lado -Baja presión en la parte superior, alta presión en la parte baja

Bomba de diafragma

-Dos válvulas de bola en cada lado -Baja presión en la parte superior, alta presión en la parte baja

Bomba Vertical de Potencia Triplex

a) Alternativas.

La bomba de émbolo. Consta de un cilindro con un émbolo alternativo conectado a una varilla que pasa a través de un casquillo de prensaestopas al final del cilindro. Para evitar fugas a través del casquillo y del émbolo se utiliza material de empaquetadura tal como amianto grafitado, plomo, aluminio, cuero, caucho, plástico o fibras.

El líquido entra desde la línea de succión a través de una válvula de succión alguna pueden ser también de doble efecto, cuyo caso se utiliza el volumen situados a ambos lados del émbolo.

En una bomba de un solo cilindro la descarga aumenta desde cero cuando el émbolo comienza a moverse desde el final de la carrera hasta alcanzar un valor máximo cuando el émbolo está totalmente acelerado hacia el punto medio de la carrera; la descarga disminuye entonces gradualmente hasta alcanzar el valor cero. Si la bomba es de simple efecto habrá un intervalo durante el retorno de la carrera durante el cual el cilindro se llena de líquido y no existe descarga. Si la bomba es de doble efecto, la descarga se produce en cada carrera, aunque hay que tener en cuenta la sección de la varilla del émbolo que puede llegar a ser considerable, haciendo que la carrera de vuelta tenga menos caudal que la de ida.

El rendimiento volumétrico, que se define como la relación entre la descarga real y el volumen barrido, es generalmente superior al 90%.

2) La bomba de martinete. Aunque de construcción análoga, difiere de la de émbolo, en que el vástago pasa a través de un casquillo adosado al extremo del cilindro; esto permite una separación y sustitución del material que forma el cierre y cualquier fuga se aprecia de forma inmediata. La bomba de martinete y la del émbolo se utilizan para inyectar pequeñas cantidades de inhibidores en reactores de polimerización o de inhibidores de corrosión en sistemas de alta presión. Se utilizan también para introducir el agua de alimentación en calderas de vapor.

3) La bomba de diafragma. Se ha desarrollado para tratar líquidos corrosivos o que contienen suspensiones de sólidos abrasivos. Consta de dos secciones separadas por un diafragma de caucho, cuero o material plástico. En una de las secciones opera un émbolo que desplaza un fluido no corrosivo. El movimiento del fluido es transmitido por medio del diafragma flexible al líquido que se bombea. Las únicas partes móviles de la bomba que están en contacto con el líquido son las válvulas y pueden diseñarse de forma especial para tratar el material. En algunos casos el movimiento del diafragma es producido por accionamiento mecánico directo.

 b) Rotativas.

 1) La bomba de engranajes. Es la más ampliamente utilizada de todas las bombas rotativas de acción positiva. Dos ruedas dentadas operan dentro de una carcasa, con una pequeña holgura entre la punta de los dientes de los engranajes y la carcasa. Una de las ruedas dentadas está accionada y la otra arrastrada por ella. El líquido es transportado circularmente en espacio comprendido entre dos dientes consecutivos y la carcasa y es proyectada hacia la zona de descarga.

La bomba no tiene válvulas y su cierre depende de la pequeña holgura entre los dientes de los engranajes y la carcasa. Es una bomba de desplazamiento positivo y operará frente a presiones elevadas. La descarga es casi independiente de la presión y no es necesario el cebado.

La principal ventaja de la bomba de engranaje sobre la bomba alternativa consiste en que proporciona un flujo homogéneo y que puede acoplarse directamente a un motor eléctrico. Puede tratar líquidos de viscosidades muy elevadas y se utiliza mucho en la industria del petróleo para el bombeo de residuos viscosos procedentes de las plantas de destilación. Debido a que el espacio entre los dientes de los engranajes es comparativamente pequeño, la bomba no se puede utilizar con suspensiones.

2) La bomba Peristáltica o inductor de flujo. Es una forma especial de bomba en la que un tubo de goma de silicona, u otro material elástico, se comprime por etapas mediante un rotor.

El tubo se acopla a un carril curvo montado concéntricamente con un rotor provisto de unos rodillos, estos rodillos al girar el rotor aplastan el tubo hasta el carril. Las "aplastaduras" hacen que el fluido se mueva por desplazamiento positivo, y el flujo se pueda controlar con precisión a partir de la velocidad de giro del motor.

Estas bombas resultan especialmente útiles para fluidos biológicos, en los que deben evitarse todas las formas de contacto. Son muy utilizadas en laboratorios y pequeñas plantas, donde resulta interesante la ausencia de émbolo, al evitar la aireación y la resistencia a la corrosión. Con unidades normales se pueden obtener capacidades de 5 a 360 cm3/s utilizando tubos de 3 a 25 mm de diámetro interior.

3) La bomba mono. Es otro ejemplo de una bomba rotativa accionamiento positivo en la que un husillo metálico de forma helicoidal, gira dentro de un estátor, siendo el líquido forzado a circular a través del espacio comprendido entre el estátor y rotor. La bomba Mono proporciona un flujo uniforme y no vibra durante su operación. Puede operar frente a presiones elevadas; cuanto mayor es la presión de trabajo tantos más largos tienen que ser el estátor y el rotor y girar más rápido.

La bomba puede operar con líquidos corrosivos y en  la alimentación de sólidos.

4) Las bombas volumétricas. Son accionadas por motores eléctricos de giro constante. Se utilizan cuando se precisa una velocidad de descarga de líquido exactamente controlada, y se ha de mantener esta velocidad constante con independencia de los cambios de presión. Para bajos caudales y presiones elevadas las bombas son generalmente de tipo émbolo, para caudales elevados y presiones más bajas se utiliza un diafragma, en ambos casos la velocidad de descarga se controla ajustando la carrera del émbolo, y se puede realizar con la bomba en funcionamiento. El caudal se puede controlar desde cero hasta un valor máximo, bien manualmente o de forma remota. Estas bombas se pueden utilizar para la dosificación de efluentes, reaccionantes, catalizadores, inhibidores, etc. Estas bombas proporcionan un método sencillo para controlar la velocidad de flujo, pero requieren una construcción con normas de precisión de ingeniería. Se pueden construir en materiales resistentes a la corrosión.

 

5.3 Bombas de émbolos

En estas bombas el líquido es forzado por el movimiento de uno o más pistones ajustados a sus respectivos cilindros tal y como lo hace un compresor.

En la figura 1 se muestra un animado de como se produce el bombeo, observe el movimiento de las válvulas de entrada y salida con el movimiento del pistón. 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.

Figura 1

El accionamiento del pistón en las bombas reales se fuerza a través de diferentes mecanismos, los más comunes son:

Mecanismo pistón-biela-manivela

Usando una leva que empuja el pistón en la carrera de impulsión y un resorte de retorno para la carrera de succión como en la bomba de inyección Diesel.

Estas bombas de pistones son de desplazamiento positivo, y dada la incompresibilidad de los líquidos no pueden funcionar con el conducto de salida cerrado, en tal caso. se produciría o bien la rotura de la bomba, o se detiene completamente la fuente de movimiento, por ejemplo, el motor eléctrico de accionamiento.

Como durante el trabajo se produce rozamiento entre el pistón y el cilindro, necesitan de sistemas de lubricación especiales para poder ser utilizadas en la impulsión de líquidos poco lubricantes tales como el agua. Tampoco pueden ser usadas con líquidos contaminados con partículas que resultarían abrasivas para el conjunto.

Una variante de este método de bombeo se utiliza en los molinos de viento tradicionales, en este caso el cilindro es inoxidable, generalmente de bronce, y el pistón, también inoxidable, está dotado de sellos o zapatillas de cuero, las que duran bastante tiempo lubricadas con el agua de funcionamiento a las bajas velocidades de acción de estos molinos.

En la figura 2 se muestra un animado de este método, observe como en este caso la impulsión es axial, y hay una válvula colocada en el centro del pistón. Esta válvula permite el paso desde la cámara inferior del cilindro a la cámara superior durante la carrera de descenso, luego, cuando el pistón sube se cierra, y el agua es impulsada hacia arriba por el pistón.

Otra válvula en la parte inferior del cilindro permite la entrada del agua a este cuando el pistón sube y crea succión debajo, pero se cierra cuando este baja, obligando al agua a cambiar de la cámara inferior a la superior del pistón a través de la válvula central.

Figura 2

En las bombas de émbolo el líquido es desalojado de las cámaras de trabajo por el movimiento alternativo de un pistón, accionado por un mecanismo biela manivela, aunque también se pueden utilizar otros mecanismos, como levas, excéntricas, etc.

En las bombas de émbolo más usuales existen válvulas de aspiración y de impulsión que regulan el movimiento del líquido a través de la cámara de trabajo que, mientras se está llenando, la válvula de aspiración permanece abierta y la de impulsión cerrada, invirtiéndose la posición de las válvulas durante el desalojo o impulsión del líquido; estas válvulas sólo se abren por la acción del gradiente de presiones, y se cierran por su propio peso o por la acción de algún mecanismo con muelle.

Según el número de cámaras de trabajo se dividen en bombas de simple efecto z = 1 y de doble efecto z = 2.

En la bomba de simple efecto, el líquido se impulsa únicamente durante media vuelta de la manivela, por cuanto, en la segunda media vuelta, el líquido se aspira, existiendo en consecuencia una gran irregularidad en el suministro, Fig VI.2.

Para la bomba de doble efecto, Fig VI.3, el suministro durante una vuelta se reduce por dos veces a cero, y también, por dos veces, alcanza el valor máximo, siendo su irregularidad menor que para el caso de simple efecto, pero aun así es demasiado grande, por cuanto la presión del líquido junto al émbolo varía fuertemente debido a la corriente irregular en las tuberías.

Durante el movimiento acelerado del émbolo, y en consecuencia, del líquido en la tubería de aspiración, tiene lugar una caída de presión junto al émbolo que puede provocar cavitación, e incluso, separación del líquido de la superficie del émbolo, consumiéndose una potencia suplementaria en el aumento periódico de las pérdidas de carga por rozamiento del líquido contenido en las tuberías de aspiración e impulsión.

Las bombas de émbolo pueden crear presiones de miles de atmósferas, siendo de entre todas las bombas existentes, las que poseen mayor impulsión; normalmente funcionan con números de revoluciones bajos, del orden de 300 a 500 rpm, ya que si las revoluciones son más altas, se puede llegar a alterar el funcionamiento normal de las válvulas de aspiración e impulsión, Fig VI.5; debido a esta marcha lenta, sus dimensiones resultan bastante mayores que las de una bomba centrífuga que funcione en las mismas condiciones de caudal y altura manométrica.

5.4 Comparación de las bombas rotodinámicas y las bombas de émbolo

La comparación se refiere al primer campo de aplicación enunciado: el bombeo de líquidos.

Presiones

Las bombas de émbolo prácticamente no tienen límite de presiones. Actualmente se construyen para presiones de 1.000 bar y aún mayores. Para aumentar la presión basta hacer la bomba más robusta y el motor más potente. El principio de desplazamiento positivo demuestra que teóricamente cualquier presión es alcanzarle. Sin embargo, las bombas rotoestáticas, con excepción de las de tornillo, no se adaptan tan bien a presiones mayores de 30 bares.

Las bombas rotodinámicas, centrífugas (radiales y radioaxiales) y axiales alcanzan grandes presiones, aumentando el número de escalonamientos; pero si este número es excesivo el rendimiento disminuye mucho. Sin embargo, la tendencia moderna muestra una invasión muy acusada de las bombas rotodinámicas en el campo de las grandes presiones: se construyen para alimentación de calderas de vapor en las centrales térmicas bombas depresión superior a los 350 bares.

Caudales

Las bombas de émbolo se adaptan sólo a caudales limitados. Para aumentar el caudal en ellas hay que aumentar el tamaño de la máquina, porque, siendo como veremos en estas máquinas el flujo pulsatorio, los fenómenos de inercia impiden aumentar el caudal mediante el aumento de velocidad. Las bombas rotodinámicas se adaptan fácilmente a grandes caudales.

En resumen:

Las bombas de émbolo se adaptan más a grandes presiones y pequeños caudales y las bombas rotodinámicas (centrífugas y axiales) a pequeñas presiones y grandes caudales. Las bombas rotodinámicas (centrífugas y axiales) a pequeñas presiones y grandes caudales. Las bombas rotodinámicas son máquinas de mayor número específico de revoluciones (más rápidas) que las bombas de émbolo. La Fig.3 indica el campo de aplicación de los diferentes tipos de bombas. Esta figura está naturalmente sujeta a la evolución de la técnica.

Fig.3 Campo de aplicación de las bombas alternativas o de émbolo, centrífugas y axiales.

Las bombas de émbolo tienen la ventaja de mejor rendimiento, autoaspiración y mayor altura de aspiración. Sin embargo, la tendencia moderna muestra una invasión, como hemos dicho, de las bombas rotodinámicas en el dominio de las bombas de émbolo, debido a las

Ventajas de las bombas rotodinámicas sobre las bombas de émbolo.

1. Potencia específica (= potencia por unidad de peso o por unidad de volumen) mayor.

2. Carencia de fuerzas de inercia des compensadas, si el rotor está mecánica y dinámicamente equilibrado, y por tanto funcionamiento menos expuesto a vibraciones.

3. Acoplamiento directo a motores eléctricos de número de revoluciones elevado, y por tanto más baratos, sin transmisión reductora como las bombas de émbolo.

4. Carencia de sobre presión en la bomba y en la tubería por cierre de la válvula de impulsión.

5. Carencia de válvulas, con lo que se eliminan averías.

6. Precio más reducido.

5.5 Caudal teórico, caudal real y caudal instantáneo

Caudal

El caudal de una bomba esta determinado por la siguiente relación:

CAUDAL = CILINDRADA * VELOCIDAD

El caudal así obtenido es llamado caudal teórico, que es simplemente superior al caudal real en función del rendimiento volumétrico de la bomba, es decir de las fugas internas de la misma.

Se define el rendimiento volumétrico como la relación entre el caudal real y el caudal teórico:

Este rendimiento volumétrico oscila entre el 80 y el 99% según el tipo de bomba, su construcción y sus tolerancias internas, y según las condiciones específicas de velocidad, presión, viscosidad del fluido, temperatura, etc.

El rendimiento total de una bomba es el producto de sus rendimientos volumétrico y mecánico:

El rendimiento total de una bomba nueva puede oscilar entre el 50 y el 90%, valores que disminuirán con el uso y el desgaste de los elementos de estanqueidad interna propia de la bomba.

En la Fig.4 se ve un esquema de una bomba de émbolo. En ella el émbolo es de tipo corriente o de disco: este tipo se emplea en las bombas de émbolo hasta presiones de 20 a25 bar. Si las presiones son mayores, el émbolo es mucho más robusto, de mayor longitud y las bombas se llaman bombas de émbolo buzo (Fig. 26-5). El movimiento del motor eléctrico de gasolina, diesel, etc., se transmite por el mecanismo de biela-manivela al vástago del émbolo. La bomba tiene dos válvulas: la válvula de aspiración que comunica con la tubería de aspiración y la válvula de impulsión que comunica con la tubería de impulsión. Al moverse el émbolo hacia la derecha crea un vacío en la cámara, y la presión atmosférica que reina en el pozo de aspiración empuja el líquido por la tubería de aspiración al interior de la cámara. Al volver el émbolo hacia la izquierda se cierra la válvula de aspiración, se abre la de impulsión y el líquido es impulsado por la tubería de salida. A cada revolución del motor corresponden dos carreras (ida y vuelta) s del émbolo; pero sólo en una se realiza la impulsión.

Fig. 4. Esquema de bomba de émbolo de simple efecto.

Caudal teórico, Qt

Para calcular el gasto teórico de la bomba llamaremos : 

D = Diámetro del emboloR = Radio del cigüeñalN = Velocidad del cigüeñal

El volumen desplazado en cada carrera

En condiciones ideales el gasto teórico será:

Luego el caudal teórico de una bomba de émbolo es directamente proporcional al área del émbolo, a la carrera y al número de revoluciones del motor, y no depende de la presión creada por la bomba. Esta última determina la potencia absorbida por la bomba para bombear un caudal determinado.

Si queremos aumentar el caudal sin aumentar excesivamente las dimensiones de la máquina según la Ec. (4) habrá que aumentar n; pero por la razón ya expuesta anteriormente, la velocidad media del émbolo no suele exceder 1,5 m/s, y el número de carreras dobles (ida y vuelta) no suele exceder 550 a 600 por minuto. La tendencia moderna señala un progreso hacia velocidades de émbolo mayores que las indicadas, con lo que se disminuyen las dimensiones y el peso de la bomba (aumento de potencia específica). Las bombas de émbolo en contraposición de las rotodinámicas tienen excelentes características de aspiración y no necesitan cebamiento. Sin embargo, la regulación del caudal no puede hacerse en estas bombas por cierre de la válvula de impulsión sino variando el número de revoluciones del motor, o bien haciendo el bypass de parte del caudal impulsado otra vez al tubo de aspiración.

La válvula de impulsión en una bomba de émbolo sólo se debe cerrar al parar la bomba, jamás en marcha

De lo contrario, la presión crecería hasta tal punto que se produciría una avería seria en el motor (caso de no estar éste protegido), en la bomba o en la instalación.

Caudal real Q

Es menor que el teórico, a causa de las fugas debidas a retraso de cierre en las válvulas, a que las válvulas no son estancas, y a las pérdidas exteriores en el prensa estopas por donde el eje atraviesa el émbolo. Además el aire mezclado con el líquido impulsado que se desprende a causa del vacío creado por la bomba, y que penetra por el tubo de aspiración si no es estanco, disminuye el caudal. Sin embargo, aquí también la disminución de caudal útil se debe al caudal de retroceso que circula en estas bombas por el juego entre el émbolo y el cilindro dilatado sobre todo en las grandes presiones. Estas pérdidas se tienen en cuenta en el

Caudal instantáneo, Qi

El gasto que saldrá por la tubería de descarga es bastante variable; tiene un valor de cero durante toda la carrera de succión y aumenta un máximo durante la carrera de descarga.

Sea V = velocidad en el tubo de descarga en cualquier instantev = velocidad del vástago en ese instanteθ = Angulo de giro de la manivelaU = Velocidad periférica uniforme del muñón del cigüeñald = Diámetro del tubo de descarga

En cuanto a la cantidad de agua desplazada por el embolo en un intervalo corto de tiempo, en condiciones ideales, es igual a la cantidad que fluye a lo largo del tubo de descarga. Esto lo podemos expresar de la siguiente forma:

Caudal total seria:

D = Diámetro del emboloN = Velocidad del cigüeñalA= Área transversal del émbolo S = Carrera del embolo

5.6 Potencia indicada

El diagrama del indicador es la representación gráfica de la variación de presión en el cilindro de trabajo de una bomba, durante una revolución completa del cigüeñal. Este diagrama permite descubrir defectos de funcionamiento en la bomba, al tiempoque mide la potencia interna o indicada.

Si la bomba trabaja normalmente, es decir, las válvulas se abren y cierran sin retrasos ni adelantos, no existen fugas a través de ellas, y el émbolo y el cilindro tienen un ajuste perfecto, en el diagrama del indicador las líneas (ac) y (bd) que corresponden con el comienzo de la aspiración e impulsión, respectivamente, son verticales, observándose una pequeña variación de la presión en ambos casos, motivada en el momento de apertura de las válvulas, Fig VI.5.

Si las verticales se inclinan quiere decir que las válvulas de aspiración o de impulsión o ambas a la vez, no están sincronizadas con el movimiento del émbolo, o no cierran bien debido a las impurezas que las obstruyen, o a que no están en condiciones óptimas por haber entrado aire en el cilindro, etc.

El área del diagrama representa, a la escala apropiada, el trabajo hidráulico comunicado por el émbolo al líquido en cada revolución del cigüeñal.

5.7 Diagrama del indicador

Se llama diagrama del indicador a la representación gráfica de la variación de la presión en el cilindro de una bomba durante una revolución completa del cigüeñal. En la práctica el diagrama del indicador se obtiene mediante un instrumento que registra la presión instantánea que reina en el cilindro del instrumento conectado a la bomba, y por tanto registra la presión instantánea en el interior de la bomba. El diagrama del indicador sirve para:

1. descubrir defectos de funcionamiento de la bomba

2. medir la potencia interna, que en las máquinas alternativas, por obtenerse con este aparato, se llama potencia indicada.

Si la bomba trabaja normalmente (las válvulas se abren y se cierran sin dilación, no existen fugas en las válvulas, el émbolo y el cilindro tienen un ajuste perfecto, no hay pérdidas importantes en el paso del fluido por las válvulas) en el diagrama del indicador las líneas ac y bd que corresponden al comienzo de la aspiración y de la impulsión, respectivamente, serían verticales. La pequeña elevación de la presión que se advierte en el ángulo derecho del diagrama corresponde al momento de apertura de la válvula de impulsión y análogamente sucede con la pequeña depresión al comienzo de la aspiración.

En las Figs.8 a., b, c, d pueden verse diagramas que corresponden a bombas con algún defecto de funcionamiento. El diagrama a corresponder a una bomba en que la válvula de impulsión no se cierra a tiempo. El diagrama c corresponde a una bomba en que la válvula de aspiración no se cierra a tiempo: las verticales se inclinan porque el émbolo comienza su carrera de retroceso cuando aún no se han cerrado las válvulas (la de impulsión o la de aspiración). Estas inclinaciones pueden producirse también si las válvulas no cierran bien, debido a impurezas que las obstruyen, o a que no están en condiciones, o también si ha entrado aire en el cilindro. El diagrama b corresponde a una bomba en que funcionan mal ambas válvulas. Del diagramad puede concluirse que por entrada del aire no se hace un vacío suficiente en el cilindro, etc.

El área del diagrama convertido a unidades convenientes mediante una escala apropiada representa el trabajo hidráulico comunicado por el émbolo al líquido en una revolución. Este trabajo específico, puesto en metros, corresponde exactamente a la altura de Euler Hu en las bombas rotodinámicas. Así como multiplicando dicha altura por el caudal teórico obteníamos la potencia interna de una bomba rotodinámica; así, aquí obtendremos de la misma manera la potencia indicada. El subíndice i en P i, significa potencia indicada o interna, porque en realidad son una misma. Midiendo el área del diagrama del indicador con un planímetro y dividiendo esta área por la carrera s, se calcula la presión media indicada, pi .En resumen:

FIG.8. Diagramas diversos del indicador. El diagrama (a) acusa que la válvula de impulsión no se cierra a tiempo; (b) ambas válvulas funcionan mal; (t) la válvula de aspiración no se cierra a tiempo; (d) vacío insuficiente.

Potencia indicada o potencia interna de una bomba de émbolo

pipiAsn60nv W (SI) (9)

Potencia útil

P=QpgH W (SI) (10)

Rendimiento hidráulicon

h=Hpipg (11)

Rendimiento total

ntotal=nvnhnm (12)

El rendimiento total en las bombas de émbolo oscila de 0,70 a 0,92 según tamaño, tipo y calidad de construcción.

5.8 Tipos de bombas de embolo.

¿Qué es un embolo?

Es un disco que se ajusta y mueve alternativamente en el interior de una bomba para comprimir un fluido o para recibir de él movimiento.

Bombas de embolo

La bomba de émbolo es una bomba de desplazamiento positiva, diseñada para bombear altos contenidos de sólidos (sólidos del 18-20 %), que comúnmente se encuentran en influentes no tratados.

De émbolo alternativo. De émbolo rotativo.

Los dos primeros operan sobre el principio de desplazamiento positivo, es decir, que bombean una determinada cantidad de fluido (sin tener en cuenta las fugas independientemente de la altura de bombeo).

1.-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 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, en general las bombas de pistones.

Algunos ejemplos:

Bombas alternativas de pistones

Las bombas alternativas constan de un pistón que oscila en un cilindro. Este cuenta con válvulas que regulan el flujo de líquido hacia el cilindro y desde el cilindro. Estas bombas hay de acción simple y de acción doble:

A.-La bomba de acción simple

Bombea solamente en un lado del pistón

B.-La bomba de doble acción

Bombea siempre en ambos lados del pistón. Estas bombas pueden tener una o varias etapas. Las bombas alternativas de etapas múltiples tienen varios cilindros colocados en serie. De esta manera el cilindro siguiente puede aprovechar lo generado en los cilindros anteriores.

Las bombas de pistón

Son las mejores adaptadas para diseños de volumen variable, y las bombas axiales de pistón generalmente son consideradas como las más eficientes de todas las bombas, y son por sí solas las mejores para cualquier condición de volumen variable. Las bombas radiales de pistón son también utilizables para producir volúmenes variables.

Tipos de bombas alternativas

El flujo de descarga de las bombas centrífugas y de la mayor parte de las bombas rotatorias es continuo. Pero en las bombas alternativas el flujo pulsa, dependiendo del carácter de la pulsación del tipo de bomba y de que esta tenga o no una cámara de colchón.

Igual que otras bombas, las bombas alternativas no succionan los líquidos. Reducen solamente la presión en la cámara de succión y la presión externa, generalmente la atmosférica, empuja el líquido en la bomba. Para cualquier bomba con una línea de succión de tamaño dado, la capacidad o velocidad máxima viene fijada por la columna de succión neta positiva.

Existen básicamente dos tipos de bombas alternativas: las de acción directa, movidas por vapor y las bombas de potencia.

Bombas de acción directa

En este tipo, una varilla común de pistón conecta un pistón de vapor y uno de líquidoo émbolo. Las bombas de acción directa se construyen, simplex (un pistón de vapor y un pistón de líquido respectivamente) y dúplex (dos pistones de vapor y dos de líquido).

Las bombas de acción directa horizontales simples y dúplex, han sido por mucho tiempo muy usadas para diferentes servicios, incluyendo alimentación de calderas en presiones de bajas a medianas, manejo de lodos, bombeo de aceite y agua, etc. Se caracterizan por la facilidad de ajuste de columna, velocidad y capacidad. Al igual que todas las bombas alternativas, las unidades de acción directa tienen un flujo de descarga pulsante.

Bombas de potencia

Estas tienen un cigüeñal movido por una fuente externa (generalmente un motor eléctrico), banda o cadena. Frecuentemente se usan engranajes entre el motor y el cigüeñal para reducir la velocidad de salida del elemento motor.

El extremo líquido que puede ser del tipo de pistón o émbolo desarrollara una presión elevada cuando se cierra la válvula de descarga. Por esta razón es 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. Esta 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, procesos de obtención de petróleos y aplicaciones similares.

Las bombas de potencia en los primeros diseños eran generalmente movidas por vapor. En el presente, sin embargo, es más común el movimiento por motor eléctrico o de combustión interna debido a que este arreglo da una instalación más económica compacta y requiere menos mantenimiento. Las bombas de potencias del tipo émbolo de alta presión pueden ser horizontales o verticales 

5.9 Bombas de diafragma

En la figura 4 se muestra de forma esquemática un animado del funcionamiento de estas bombas. El elemento de bombeo en este caso es un diafragma flexible, 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, observe que un par de válvulas convenientemente 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 fricionantes, ellas encuentran aplicación en el bombeo de líquidos contaminados con sólidos, tal como los lodos, aguas negras y similares.

Figura 4