bombas hidraulicas

AREA MECNICA INACAP MAIP

MAQUINAS TERMICAS E HIDRAULICAS

APUNTE

MAQUINAS TERMICAS E HIDRAULICASBOMBAS HIDRAULICASOBJETIVOS ESPECIFICOS: Explicar la funcin de una bomba hidrulica Explicar la clasificacin de las bombas hidrulicas Describir una instalacin de bombeo de una bomba centrifuga

1

Realizar cuadro de mantencin de las bombas hidrulicas de acuerdo al tipo

CONTENIDO INTRODUCCION DEFINICION CLASIFICACION BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO o o o BOMBAS RECIPROCAS BOMBAS ROTATORIAS BOMBAS CENTRIFUGAS

BOMBAS DINAMICAS INSTALACION DE BOMBEO DE UNA BOMBA CENTRIFUGA CUADRO DE AVERIAS DE LAS BOMBAS BIBLIOGRAFIA

Docente: Paola Benavides Ingeniero Civil Mecnico - PUCV

Pgina 1 de 26



INTRODUCCION La funcin del siguiente apunte, es complementar los conocimientos adquiridos en clases, de manera que el alumno pueda cumplir con los objetivos especficos determinados por la asignatura. Las bombas hidrulicas son de gran importancia en el campo industrial, existe una infinidad de ellas, las cuales tienen distintas funciones, todo depende del tipo de fluido, caudal, de la temperatura a la cual se va a transportar y la presin que se soportar. DEFINICION

Una bomba es una mquina o dispositivo cuya funcin es desplazar un fluido incomprensible, o sea generar caudal por medio de la transformacin de energa elctrica o trmica obtenida por el motor elctrico o de combustin, la cual se transforma en mecnica en el eje y finalmente es absorbida por el fluido convirtindose en energa hidrulica.

ENERGIA ELECTRICA O TERMICA

ENERGIA MECANICA

BOMBA

ENERGIA HIDRAULICA

CLASIFICACION Las bombas se pueden clasificar en dos grandes grupos:

BOMBASBOMBAS DESPLAZAMIENTOPOSITIVO BOMBAS DINAMICASBOMBAS ROTATORIAS

BOMBAS RECIPROCAS

FLUJO AXIAL FLUJO RADIAL FLUJO MIXTO VERTICAL HORIZONTAL MULTIPLE

BOMBA DE EMBOLO BOMBA DE PISTON BOMBA DE DIAFRAGMA

BOMBA DE TORNILLO BOMBA DE ENGRANAJE BOMBA DE LOBULO BOMBA DE PALETAS


Pgina 2 de 26



El primer grupo de bombas denominadas de desplazamiento positivo, realiza el trasvasije del fluido debido a la disminucin del volumen de la cmara la cual se forma por el espacio contenido entre la carcasa y un elemento con movimiento ya sea rotatorio (engranajes, tornillos, paletas, lbulo) o alternativo (pistn, embolo, diafragma). Estas bombas reciben el nombre tambin de Bombas Volumtricas. En el caso del segundo grupo denominadas bombas centrifugas, el trasvasije se realiza debido la fuerza centrifuga, segn la cual el fluido, entra por el centro del cuerpo de la bomba, es expulsado hacia el exterior por medio de un impulsor que gira rpidamente. Las bombas adems de clasificarlas por su funcionamiento, tambin pueden ser clasificadas segn los siguientes criterios: Fluido (segn viscosidad, temperatura) Caudal (segn suministro; constante o pulsante, segn su cantidad; grande o pequeo) Presin (alta, media o pequea) Velocidad de giro del eje (alta, media o pequea)

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO CARACTERSTICAS PRINCIPALES Debido al funcionamiento de estas bombas es importante aclarar que la nica funcin de una bomba es generar caudal, que trabajan con fluidos incompresibles y por lo tanto no crea presin por disminucin del volumen de masa ocupado por el fluido, sino "empujando" el fluido que llena los conductos o paso a travs de algunas restricciones. Si un circuito no tuviera fugas y se obstruyera la descarga, la presin aumentara (en fracciones por cada vuelta de la bomba), hasta frenar el motor de arrastre, romper la bomba o los conductos. Debido a esto es necesario ubicar elementos de protecciones para las posibles sobrepresiones (filtros, manmetros, vlvulas, etc.). Otra caracterstica importante a considerar es la velocidad del fluido en la lnea tanto de aspiracin como en la descarga o trabajo. Generalmente las velocidades recomendadas son: Lnea de aspiracin de la bomba; de 0,6 a 1,2 (m/s) Lnea de trabajo; 2 a 5 (m/s)

Se recomiendan ductos de aspiracin muy corto y sobredimensionado, sin cambios de dimetro ni curvas, el fluido no debe tener una alta viscosidad. Las bombas de pistones y paletas pueden entregar caudal constante o variable, en cambio las de engranaje solo constante. CARACTERISTICAS TECNICAS Para poder comprar una bomba se deben indicar las siguientes caractersticas tcnicas: Presin de funcionamiento (se debe especificar mximas y mnimas) Caudal (constante o variable)Pgina 3 de 26


Rendimiento Volumtrico Velocidad angular del eje Direccin de giro Motor de accionamiento Fluido Temperatura Funcionamiento (continuo)



Instalacin (interior, exterior, fija, mvil)

Las caractersticas tcnicas especficas para cada bomba de desplazamiento positivo tanto reciprocas como rotatorias se detallan en los apartados correspondientes. Una ventaja caracterstica de las bombas de desplazamiento positivo es que son autocebantes, esto significa que no es necesario llenar el circuito con fluido antes de su funcionamiento. BOMBAS RECIPROCAS El funcionamiento de una Bomba Reciproca depende del llenado y vaciado sucesivo de receptculos de volumen fijo, para lo cual cierta cantidad de fluido entra al cuerpo de la bomba en donde queda encerrado momentneamente, para despus ser forzado a salir por la descarga. De lo anterior se deduce, en trminos generales, que el caudal de una Bomba Reciproca es directamente proporcional a su velocidad de rotacin y casi independiente de la presin de bombeo. Como el proceso de llenado y vaciado sucesivo de receptculos de volumen fijo requiere friccin por resbalamiento entre las paredes estacionarias del receptculo y las partes mviles, estas bombas no son apropiadas para manejar fluidos que contengan arenas o materias en suspensin. Adems, la variacin cclica del caudal de descarga puede obligar al empleo de un acumulador y de grandes tuberas. Estas bombas son relativamente de baja velocidad de rotacin, de tal manera que cuando tienen que ser movidas por motores elctricos deben ser intercaladas trasmisiones de engranes o poleas para reducir la velocidad entre el motor y la bomba. Estas bombas se clasifican de la siguiente manera: Bombas de Pistones Bombas de Embolo Bombas de Diafragma


Pgina 4 de 26



BOMBA DE DIAFRAGMA Estn provistas de un diafragma flexible recprocamente en vez de un mbolo o pistn reciprocante, con lo cual se elimina la friccin y las fugas en el punto donde el mbolo atraviesa la caja de empaque. Un ejemplo de esta bomba queda ilustrado en la figura en la cual el movimiento del diafragma es obtenido mediante una cama excntrica y una palanca; las vlvulas de succin y de descarga trabajan en forma ordinaria. Tales bombas son muy comunes en la actualidad para levantar combustible de los tanques posteriores de los automviles a los carburadores de los mismos. Se utiliza solo para caudales elevados de fluidos ya sean limpios o con contenidos slidos, son apropiadas para; pulpas gruesas, drenajes, lodos, soluciones acidas y alcalinas as como mezclas de agua con solido que puedan causar erosin. Un diafragma de material flexible no metlico, puede soportar mejor la accin corrosiva y erosiva de los fluidos que transporta.


Pgina 5 de 26



BOMBA DE EMBOLO O PISTON

Comnmente llamada de mbolo o de presin, estn mostrados esquemticamente en la figura. En ella puede verse que, como la Manivela o cigeal gira con una velocidad uniforme, accionada por el motor, el mbolo o pistn se mueve hacia adelante y hacia atrs en el cuerpo del cilindro; en el golpe hacia afuera un vaco parcial detrs del mbolo permite que el fluido pase por la vlvula de succin y llene el cilindro; en el golpe hacia adentro, la vlvula de succin se cierra y el agua es presionada a salir hacia el tubo de descarga. Son bombas ideales para equipos que trabajan a altas presiones, son mas caras y complicadas que otras bombas positivas. Generan un caudal de hasta 1700 (l/min), presiones promedio de hasta 400 (Kp/cm2) y velocidades hasta 3000 (rpm). Relativamente silenciosas, creciendo el ruido a medida que aumenta la presin. Las temperaturas mximas de trabajo alcanzan los 80C. la presin mxima en la aspiracin es de 1 (Kp/cm2). La mayora de estas bombas son autoaspirantes. Los diseos bsicos son radial y axial, ambos con desplazamiento fijo o variable.

Las bombas radiales tienen la caracterstica que con ellas se obtienen grandes presiones, grandes velocidades y gran caudal


Pgina 6 de 26



Las bombas rotativas de mbolos radiales se fabrican para presiones de hasta 500 (Kp/cm2). Se emplean tanto para caudal constante como variable es decir son regulables. La regulacin se logra variando la excentricidad. El rango de velocidades normal es de 100 a 3000 (rpm). En general las bombas de embolo axial alcanzan presiones de 300 (Kp/cm2) con rangos de velocidades de 100 a 2000 (rpm). Son bastante silenciosas hasta 150 (Kp/cm2). Funcionamiento bombas radiales: Todos los ejes de los cilindros son concurrentes y situados en un mismo plano. Los pistones se aplican a un tambor fijo por la fuerza centrifuga y los muelles. Durante la rotacin del rotor los pistones efectan un movimiento de vaivn y siempre en contacto con el tambor; cuando se alejan del centro aspiran el fluido y lo comprimen en la otra media vuelta. Se modifica el caudal variando la excentricidad entre el rotor y el tambor fijo. Este tipo de bomba da un caudal libre de pulsaciones. Cuando el numero de pistones varia entre 5 a 9 la velocidad de aspiracin del fluido es de 2 a 3 (m/s) y en la salida de 4 a 6 (m/s).

BOMBA RECIPROCANTE DE EMBOLO DE DESCARGA VARIABLE. En sistemas de transmisin de circuito hidrulico cerrado, es algunas veces necesaria una forma de bomba cuyo gasto de descarga pueda ser variado sin cambiar la velocidad de rotacin. Tal bomba est indicada en la figura, tiene un cierto nmero de cuerpos cilndricos paralelos A, hechos formando un bloque B, que gira mediante engranes alrededor de un eje central. Los pistones o mbolos estn articulados a un anillo D que es mantenido en contacto con un platillo E, el cual puede inclinarse fuera de la perpendicular; de este modo cuando el anillo D gira en conjunto con el bloque de cilindros, tambin se balancea e imparte el movimiento reciprocante necesario a los pistones o mbolos. En estas bombas no son necesarias las vlvulas que tienen las bombas de mbolo antes descritas; en su lugar tienen dos entradas o ranuras semicirculares que obturan las extremidades de los cilindros, una de las entradas est conectada a la tubera de succin y la otra a la de descarga. As todos los cilindros del bloque en el lado en que suben los mbolos, que es cuando se mueven stos hacia afuera, son puestos en comunicacin directa con laDocente: Paola Benavides Ingeniero Civil Mecnico - PUCV Pgina 7 de 26



tubera de succin, mientras que el lquido descargado de los cilindros en los cuales bajan los mbolos, tienen salida libre al tubo de descarga. A fin de variar el gasto de descarga de la bomba, es necesario alterar la carrera de los mbolos, lo cual puede hacerse cambiando el ngulo de inclinacin del plato E. Para este objeto el plato est montado sobre ejes, de tal modo que l puede mecerse alrededor de un eje horizontal, transversal al eje principal de la bomba. Mientras ms normal se hace el plato E, menor ser la descarga, hasta que sta cesa por completo cuando el plato E, es paralelo a F. Si se sigue variando la inclinacin, el escurrimiento vuelve a tener lugar; pero ahora en sentido contrario, saliendo el lquido por el tubo en que antes se haca la succin. Debido al hecho de que estas bombas son empleadas exclusivamente para manejar aceite y de que todas las partes mviles estn ahogadas en aceite, a pesar del nmero de superficies de friccin que tienen, alcanzan una alta eficiencia, de un 80% o ms. La presin media usual de 2 trabajo es de unos 35 kg/cm . BOMBAS ROTATORIAS

Estas bombas, como ya antes se dijo no tienen vlvulas ni partes reciprocantes; el movimiento del lquido es efectuado por la accin combinada de dos elementos giratorios semejantes a las ruedas dentadas. Bomba de tornillo

Las bombas de tornillo son un tipo especial de bombas rotatorias de desplazamiento positivo, en el cual el flujo a travs de los elementos de bombeo es verdaderamente axial. El lquido se transporta entre las cuerdas de tornillo de uno o ms rotores y se desplaza axialmente a medida que giran engranados. La aplicacin de las bombas de tornillo cubren una gama de mercados diferentes, tales como en la armada, en la marina y en el servicio de aceites combustibles, carga martima, quemadores industriales de aceite, servicio de lubricacin de aceite, procesos qumicos, industria de petrleo y del aceite crudo, hidrulica de potencia para la armada y las mquinas herramientas y muchos otros. La bomba de tornillo puede manejar lquidos en una gama de viscosidad como la melaza hasta 2 la gasolina, as como los lquidos sintticos en una gama de presiones de 50 a 5.000 lb/pulg y los flujos hasta de 5.000 gpm.


Pgina 8 de 26

Debido a la relativamente baja inercia de sus partes en rotacin, las bombas de tornillo son capaces de operar a mayores velocidades que otras bombas rotatorias o alternativas de desplazamiento comparable. Algunas bombas de lubricacin de aceite de turbina adjunta operan a 10.000 rpm y an mayores. Las bombas de tornillo, como otras bombas rotatorias de desplazamiento positivo son de autocebado y tienen una caracterstica de flujo que es esencialmente independiente de la presin. La bomba de tornillo simple existe slo en nmero limitado de configuraciones. La rosca es excntrica con respecto al eje de rotacin y engrana con las roscas internas del estator (alojamiento del rotor o cuerpo). Alternativamente el estator est hecho para balancearse a lo largo de la lnea de centros de la bomba. Las bombas de tornillos mltiples se encuentran en una gran variedad de configuraciones y diseos. Todos emplean un rotor conducido engranado con uno o ms rotores de sellado. Varios fabricantes cuentan con dos configuraciones bsicas disponibles, la construccin de extremo simple o doble, de las cuales la ltima es la ms conocida. Como cualquier otra bomba, hay ciertas ventajas y desventajas en las caractersticas de diseo de tornillo. Estos deben de reconocerse al seleccionar la mejor bomba para una aplicacin particular. Entre algunas ventajas de este tipo tenemos: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Amplia gama de flujos y presiones. Amplia gama de lquidos y viscosidad. Posibilidad de altas velocidades, permitiendo la libertad de seleccionar la unidad motriz. Bajas velocidades internas. Baja vibracin mecnica, flujo libre de pulsaciones y operaciones suaves. Diseo slido y compacto, fcil de instalar y mantener. Alta tolerancia a la contaminacin en comparacin con otras bombas rotatorias.



Entre algunas desventajas de este tipo tenemos: 1. Costo relativamente alto debido a las cerradas tolerancias y claros de operacin. 2. Caractersticas de comportamiento sensibles a los cambios de viscosidad. 3. La capacidad para las altas presiones requiere de una gran longitud de los elementos de bombeo. Bombas de engranajes: Se pueden considerar de caudal constante, pues la nica forma de variar el caudal es aumentando su velocidad de rotacin. Su caudal va de 1 a 600 (l/min). Su presin va de 15 a 175 (Kp/cm2) punta hasta 200 (Kp/cm2). Su velocidad va de 500 a 3000 (rpm). Temperatura mxima de trabajo 70C. la tubera de aspiracin debe ser mayor a la de descarga.


Pgina 9 de 26



La presin de aspiracin mxima ser de 1 (Kp/cm2), y la velocidad puede alcanzar hasta los 2 (m/s). Las bombas de engranaje se dividen en bombas de engranajes internos y externos. Bombas de engranajes externos. Consta de dos engranajes acoplados dentro de una carcasa, el eje de la bomba hace girar uno de los engranajes que arrastra al otro. Sus elementos son: rbol y pin conductor, pin conducido son de Cr-Ni cementados. Cuerpo fundicin gris de aluminio, casquillos antifuga o retenes Placas de friccin (fundicin gris aluminio) estanqueidad de la cara lateral de los piones. Funcionamiento El funcionamiento es muy sencillo. Entra el aceite en los dientes y la pared del cuerpo el cual es obligado a la salida, los dientes en el centro hacen de cierre hermtico. Un defecto de este tipo de bombas es que su caudal es pulsatorio, por lo cual hacen ruido, y el fluido ejerce presiones radiales. Estas bombas son las mas utilizadas por ser las mas baratas, pero sufren grandes desgaste, mientras que las de engranaje internos son mas silenciosas. mejora la

Bombas de engranajes internos El principio de funcionamiento es el mismo que las anteriores, son de construccin muy compacta. Crean un vaco mayor debido a su estanqueidad, dan menos presin y caudal que la de engranajes externos


Pgina 10 de 26



Bombas de paletas Son bombas caractersticas intermedias entre las de pistones y las de engranajes. Su caudal va desde 2 a 900 (l/min), presin de 10 a 200 (Kp/cm2) y 1200 a 4000 (rpm). Son muy silenciosas, caudal con muy pocas pulsaciones, muy sensibles a las presiones puntas ya que se pueden romper las paletas. Son sensibles ala suciedad del aceite. El numero de paletas esta comprendido entre 8 y 14. Existen dos tipos de bombas de paletas; bombas de paletas equilibradas y sin equilibrar. Bombas de paletas equilibradas: Son de caudal constante. Se llaman equilibradas por la posicin de las bocas por donde entra y sale el fluido (dos y dos). La bomba consta de un cuerpo en el cual van montados dos discos laterales, cada uno de los cuales tiene cuatro ventanas: dos de entrada y dos de salida, lleva una camisa de perfil elptico. En la figura: 1 2 3 4 5 Paleta (acero rpido) Rotor (acero al Cr- Mo) Entrada de fluido Salida de fluido Anillo

Bombas de paletas sin equilibrar El principio de funcionamiento es el mismo que las bombas anteriores pero tienen un grave defecto y es el gran desgaste de cojinetes al hacer presin el fluido por un lado nada mas al no estar equilibradas las presiones. CAVITACION Cuando la tubera de aspiracin suministra caudal deficiente, puede ocurrir que la presin absoluta del lquido descienda a un valor igual ala tensin de vapor, lo que supone una evaporacin del fluido y la formacin de burbujas. La cavitacin se produce debido a que las burbujas explotan produciendo erosin en las partes metlicas debido a los diminutos e infinitos choques con el metal.


Pgina 11 de 26

El caudal deficiente se produce debido a un estrechamiento en la tubera de aspiracin, por no haber calculado correctamente su dimetro o que exista una excesiva cantidad de accesorios o por obturacin en los filtros de aspiracin. Otra causa de la cavitacin se produce por la velocidad excesiva del fluido en la tubera de aspiracin, lo que supone alta perdida de carga. Por lo general la cavitacin vuelve ruidosas a las bombas, hace vibrar las tuberas y origina un mal funcionamiento del sistema, provocando desgaste y deterioro de los elementos por erosin y fatiga mecnica. Como solucin se propone lo siguiente: Volver a calcular los conductos y sustituirlos, modificando el trazado o utilizar un ducto de dimetro mayor. Cambiar la tubera de aspiracin y la manguera de aspiracin. Limpiar filtros de aspiracin, tuberas de aspiracin y filtros de aire. Confirmar la velocidad angular correcta del motor que acciona la bomba. Comprobar la temperatura y si existen vlvulas medio cerradas en la tubera de aspiracin. Cambiar el fluido, utilizando el recomendado.



AIRE EN LA ASPIRACION La presencia de aire en la aspiracin afecta de igual forma que la cavitacin, produce ruido, disminuye el caudal y el funcionamiento se hace irregular. Cuando se comprimen las burbujas de aire se puede deteriorar el cuerpo interno de la bomba (se erosiona). Se produce la entrada de aire cuando la tubera de aspiracin no es estanca. No se debe confundir la cavitacin con la entrada de aire. En la cavitacin son burbujas de fluido en estado gaseoso en el mismo fluido, en la entrada de aire son burbujas de aire. MONTAJE La bomba con el motor elctrico se hace mediante un acoplamiento elstico, de tal forma que evita en parte los defectos de una mala alineacin entre ambos y un defecto de paralelismo. Lo ideal es que el acoplamiento del motor-bomba este dentro de las siguientes tolerancias 0,2 (mm) y 1, ya que de ser mayores tendramos desgaste en los rodamientos del eje del motor. PUESTA EN MARCHA Bombas de paletas Buenas condiciones de aspiracin (dimetro de tubera, velocidad) Buena alineacin con el motor Mismo dimetro de la tubera de aspiracin con la de la bomba, no debe existir reduccin Velocidad de aspiracin entre 0.6 y 1,2 (m/s) Bombas de pistones Verificar el sentido de rotacin Hacer marchar la bomba lentamente y purgar el circuito del posible aireDocente: Paola Benavides Ingeniero Civil Mecnico - PUCV Pgina 12 de 26



MANTENIMIENTO Un buen programa de mantenimiento posee una ficha por cada maquina, en la cual se anotan las fechas de las revisiones, que elementos se han utilizado (aceites, filtros, juntas) y las averas de la maquina. Todo lo anterior bajo las instrucciones especificas recomendadas por el fabricante. Diariamente Verificar el aspecto del fluido el cual no debe tener espuma para evitar la cavitacin (ruidos) Verificar la existencia de fugas Verificar las obstrucciones de los filtros Semanalmente Cambiar cartuchos de los filtros Reparar fugas Verificar acoplamiento Mensual y semestral Comprobar aceites Anual Verificar el estado de las diferentes piezas en movimiento Aprietes adecuados en los tornillos de fijacin Cambiar juntas y rodamientos CALCULOS Definiremos las formulas mas relevantes para las bombas de desplazamiento positivo: Rendimiento

=

1 EnergiaSu min istrada

EnergiaObtenida

Rendimiento

t = v

*

m

Rendimiento Total = Rendimiento Volumtrico * Rendimiento Mecanico

Por lo tanto si una bomba tiene un rendimiento volumtrico del 80% y mecanico del 85% entonces su rendimiento total ser de:

t = 0,8 * 0,85 = 0,68 = 68%Adems sabemos que el rendimiento volumtrico es el cociente entre el caudal real sobre el caudal terico de la bomba.

v

=

Qr Qt

Donde

v = Rendimiento Volumtrico; Qr = Caudal Real; Qt = Caudal Terico


Pgina 13 de 26



Los rendimientos volumtricos ms importantes son los siguientes: Bombas de paletas: 75 a 85% Bombas de Pistones: 90 a 95% Bombas de Engranajes: 70 a 95% La comparacin de los rendimientos volumtricos entre bombas es solo posible si su temperatura de funcionamiento es anloga. El rendimiento mecanico por su parte es el cociente entre la potencia terica de la bomba y la potencia de accionamiento o absorbida.

m

=

Wt Wa

Donde

m= Rendimiento Mecanico; Wt= Potencia Terica; Wa= Potencia Absorbida

Los rendimientos mecnicos ms importantes son: Bombas de paletas: 80 a 85% Bombas de pistones: 80 a 90% Bombas de engranajes: 75 a 80% Una bomba con bajo rendimiento mecanico se desgatara ms rpidamente que una con alto rendimiento mecanico. Para determinar el caudal emplearemos la expresin: Vn v Q= 1000 Donde Q= Caudal (l/min), V=Volumen (cm3), n = Velocidad (rpm), v = Rendimiento Volumtrico

La potencia generada por el motor elctrico o potencia de accionamiento de la bomba, queda definida de la siguiente manera: Pa = pQ Kw Donde Pa= Potencia de accionamiento; Q= Caudal (l/min); p = Presin (bar) t = Rendimiento Total

600 t

No se debe confundir la potencia necesaria para el accionamiento de una bomba con la potencia hidrulica que suministra. La potencia hidrulica (W) de una bomba se expresa como el producto de la presin que suministra (p) y el caudal que impulsa (Q): W = p Q Esta igualdad es general y la potencia vendr expresada en las unidades del sistema de trabajo elegido


Pgina 14 de 26



BOMBAS DINAMICAS

CARACTERISTICAS PRINCIPALES Las bombas dinmicas, generan caudal debido al movimiento de un elemento rotativo llamado rodete, que aumenta la energa cintica del fluido. La carcaza exterior, el eje y el motor completan la unidad de bombeo. Las bombas dinmicas son capaces de satisfacer la mayora de las necesidades de la ingeniera y su uso esta muy extendido; desde abastecimientos pblicos de agua, drenajes, regados, transporte de hormign o pulpa, etc. FACTORES DE SELECCIN: A. B. C. D. Propiedades fsicas del fluido Presin de aspiracin e impulsin Velocidad y Caudal Lugar de instalacin

CLASIFICACION DE LAS BOMBAS DINAMICAS Las bombas centrifugas se pueden clasificar segn las siguientes caractersticas: Flujo: Radial, Axial o Mixto Eje: Horizontal, Vertical Etapas: Simple, Mltiple

BOMBA CON IMPULSOR DE FLUJO AXIAL, RADIAL Y MIXTO


Pgina 15 de 26



a) Bombas Flujo Radial o Centrifugas Son el tipo ms corriente de bombas dinmicas, y se denomina as porque la cota de presin que crean es ampliamente atribuible a la accin centrfuga. Las bombas centrfugas, debido a sus caractersticas, son las bombas que ms se aplican en la industria. Las razones de estas preferencias son las siguientes: a. b. c. d. Son aparatos giratorios. No tienen rganos articulados y los mecanismos de acoplamiento son muy sencillos. La impulsin elctrica del motor que la mueve es bastante sencilla. Para una operacin definida, el caudal es constante y no se requiere dispositivo regulador. e. Se adaptan con facilidad a muchas circunstancias. Aparte de las ventajas ya enumeradas, se unen las siguientes ventajas econmicas: a. El precio de una bomba centrfuga es aproximadamente del precio de la bomba de mbolo equivalente. b. El espacio requerido es aproximadamente 1/8 del de la bomba de mbolo equivalente. c. El peso es muy pequeo y por lo tanto las cimentaciones tambin lo son. d. El mantenimiento de una bomba centrfuga slo se reduce a renovar el aceite de los descansos, los empaques del presa-estopa y el nmero de elementos a cambiar es muy pequeo. FUNCIONAMIENTO CENTRFUGAS DE LAS BOMBAS

El funcionamiento se desarrolla de la siguiente manera; el fluido entra por el centro u ojo del rodete, (el cual consiste en cierto nmero de labes curvados en direccin contraria al movimiento y colocados entre dos discos metlicos), es arrastrada por los labes y lanzada en direccin radial. Esta aceleracin produce un apreciable aumento de energa de presin y cintica. A la salida, el movimiento del fluido tiene componentes radial y transversal. Las bombas centrfugas mueven un cierto volumen de lquido entre dos niveles; son pues, mquinas hidrulicas que transforman un trabajo mecnico en otro de tipo hidrulico. Los elementos constructivos de que constan son:


Pgina 16 de 26



Una tubera de aspiracin, que concluye prcticamente en la brida de aspiracin. El impulsor o rodete, formado por una serie de labes de diversas formas que giran dentro de una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente al eje y es la parte mvil de la bomba. El lquido penetra axialmente por la tubera de aspiracin hasta el centro del rodete, que es accionado por un motor, experimentando un cambio de direccin ms o menos brusco, pasando a radial, (en las centrfugas), o permaneciendo axial, (en las axiales), adquiriendo una aceleracin y absorbiendo un trabajo. La carcasa, (voluta), est dispuesta en forma de caracol, de tal manera, que la separacin entre ella y el rodete es mnima en la parte superior; la separacin va aumentando hasta que las partculas lquidas se encuentran frente a la abertura de impulsin; en algunas bombas existe, a la salida del rodete, una directriz de labes que gua el lquido a la salida del impulsor antes de introducirlo en la voluta. Una tubera de impulsin.- La finalidad de la voluta es la de recoger el lquido a gran velocidad, cambiar la direccin de su movimiento y encaminarle hacia la brida de impulsin de la bomba. La voluta es tambin un transformador de energa, ya que disminuye la velocidad (transforma parte de la energa dinmica creada en el rodete en energa de presin), aumentando la presin del lquido a medida que el espacio entre el rodete y la carcasa aumenta. Entre sus ventajas se pueden citar los siguientes parmetros: caudal constante, presin uniforme, sencillez de construccin, tamao reducido, bajo mantenimiento y flexibilidad de regulacin. Como desventaja presenta el tener que cebarla cada vez que se pone en marcha, a no ser que se mantenga sumergido el rodete en el fluido. Pueden estar proyectadas para impulsar caudales tan pequeos como 1 gal/min. o tan grandes como 4.000.000 gal/min, mientras que la cota generada puede variar desde algunos pies hasta 400. El rendimiento de las de mayor tamao puede llegar al 90%. Para que no haya una prdida notable de energa, y por tanto de rendimiento, es esencial transformar en la mayor medida posible la considerable cota cinemtica a la salida del rodete en la ms til cota de presin. Normalmente, esto se consigue construyendo la carcaza en forma de espiral, con lo que la seccin del flujo en la periferia del rodete va aumentando gradualmente. Para caudales grandes se usa el rodete de doble aspiracin, que es equivalente a dos rodetes de simple aspiracin ensamblados dorso con dorso; esta disposicin permite doblar la capacidad sin aumentar el dimetro del rodete. Es ms cara de fabricar, pero tiene la ventaja adicional de solucionar el problema del empuje axial. El montaje es generalmente horizontal, ya que as se facilita el acceso para el mantenimiento. Sin embargo, debido a la limitacin del espacio, algunas unidades de gran tamao se montan verticalmente.


Pgina 17 de 26



Las proporciones de los rodetes varan dentro de un campo muy amplio, lo que permite hacer frente a una dilatada gama de condiciones de funcionamiento. Por ejemplo, los lquidos con slidos en suspensin (aguas residuales) pueden ser bombeados siempre que los conductos sean suficientemente amplios. Inevitablemente habr alguna disminucin de rendimiento. Para que la bomba centrfuga est en disposicin de funcionar satisfactoriamente, tanto la tubera de aspiracin como la bomba misma, han de estar llenas de agua. Si la bomba se encuentra a un nivel inferior a la del agua del pozo de aspiracin, siempre se cumplir esta condicin, pero en los dems casos hay que expulsar el aire de la tubera de aspiracin y de la bomba y reemplazarlo por agua; esta operacin se denomina cebado. El mero giro del rodete, an a alta velocidad, resulta completamente insuficiente para efectuar el cebado y slo se conseguir recalentar los cojinetes. Los dos mtodos principales de cebado exigen una vlvula de retencin en la proximidad de la base del tubo de aspiracin, o en las unidades mayores, la ayuda de una bomba de vaco. En el primer caso, se hace entrar el agua de la tubera de impulsin o de cualquier otra procedencia, en el cuerpo de bomba y el aire es expulsado por una llave de purga. Las bombas estn disponibles en materiales del acero termoplstico e inoxidable, diseos del mecanismo impulsor para las aplicaciones horizontales y verticales. La construccin rugosa proporciona una resistencia excelente al producto qumico y a la corrosin. Las aplicaciones tpicas son proceso qumico, laminado de metal, piezas que lavan sistemas, fabricacin de la tarjeta de circuito impresa, foto que procesa, productos farmacuticos, semiconductores, etc. b) Bombas de Flujo Axial Este tipo de bomba es muy adecuado cuando hay que elevar un gran caudal a pequea altura. Por esto, sus principales campos de empleo son los regados, el drenaje de terrenos y la manipulacin de aguas residuales. El rendimiento de esta bomba es comparable al de la centrfuga. Por su mayor velocidad relativa permite que la unidad motriz y la de bombeo sean ms pequeas y por tanto ms baratas. La altura mxima de funcionamiento oscila entre 30 y 40 (pies). Sin embargo, es posible conseguir mayores cotas mediante 2 3 escalonamientos, pero este procedimiento raramente resulta econmico. Para grandes bombas se adopta generalmente el montaje vertical, pasando el eje por el centro de la tubera de salida. El rodete es de tipo abierto, sin tapas, y su forma es anloga a la de una hlice naval. El agua entra axialmente y los labes le imprimen una componente rotacional, con lo que el camino por cada partcula es una hlice circular.


Pgina 18 de 26



La cota se genera por la accin impulsora o de elevacin de los labes, sin que intervenga el efecto centrfugo. La misin de los labes fijos divergentes o labes directores es volver a dirigir el flujo en direccin axial y transformar la cota cinemtica en cota de presin. Para evitar la creacin de condiciones favorables al destructivo fenmeno de cavitacin, la bomba de flujo axial se ha de proyectar para poca altura de aspiracin. De hecho, es preferible que el rodete permanezca siempre sumergido, ya que as la bomba estar siempre cebada y lista para comenzar a funcionar. El objeto del sifn es evitar el riesgo de que se avere la vlvula de retencin, que de otro modo tendra lugar una inversin del flujo en la tubera, con lo que la bomba funcionara como una turbina. La accin sifnica se interrumpe mediante una vlvula de mariposa. Esta vlvula est en ligero equilibrio hacia la posicin de abierta y en el instante en que cesa el bombeo, la vlvula se abre y entra el aire, con lo que se evita la inversin del flujo. c) Bomba de Flujo Mixto La bomba de flujo mixto ocupa una posicin intermedia entre la centrfuga y la de flujo axial. El flujo es en parte radial y en parte axial, siendo la forma del rodete acorde con ello. La trayectoria de una partcula de fluido es una hlice cnica. La cota que se consigue puede ser hasta de 80 pies por rodete, teniendo la ventaja sobre la bomba axial de que la potencia que ha de suministrar el motor es casi constante aunque se produzcan variaciones considerables de cota. La recuperacin de la cota de presin se consigue mediante un difusor, un caracol o una combinacin de ambos. BOMBA VERTICAL Y HORIZONTAL El eje de rotacin de una bomba puede ser horizontal o vertical, (rara vez inclinado). De esta disposicin se derivan diferencias estructurales en la construccin de la bomba que a veces son importantes, por lo que tambin las aplicaciones de los dos tipos de construccin suelen ser, a menudo, distintas y bien definidas. BOMBAS VERTICALES Diseadas especialmente para la elevacin del fluido en perforaciones angostas, pozos profundos o pozos de drenaje. Resultan adecuadas para perforaciones de un dimetro tan pequeo como 6 pulg. y con mayores dimetros son capaces de elevar cantidades de fluido superiores a un milln de (GPH) desde profundidades de hasta 304 (m). Normalmente se disean los rodetes de forma que lancen el agua en direccin radial-axial, con objeto de reducir a un mnimo el dimetro de perforacin necesario para su empleo. La unidad de bombeo consiste en una tubera de aspiracin y una bomba situada bajo el nivel del agua y sostenida por la tubera de impulsin y el rbol motor. Dicho rbol ocupa el centro de la tubera y est conectado en la superficie al equipo motor.Docente: Paola Benavides Ingeniero Civil Mecnico - PUCV Pgina 19 de 26



Cuando la cantidad de agua que se ha de elevar es pequea o moderada, a veces es conveniente y econmico colocar la unidad completa de bombeo bajo la superficie del agua, as se evita la gran longitud del rbol, pero en cambio se tiene la desventaja de la relativa inaccesibilidad del motor a efectos de su mantenimiento. BOMBAS HORIZONTALES La disposicin del eje de giro horizontal presupone que la bomba y el motor se hallan a la misma altura; ste tipo de bombas se utiliza para funcionamiento en seco, exterior al lquido bombeado que llega a la bomba por medio de una tubera de aspiracin. Las bombas centrfugas, sin embargo, no deben rodar en seco, ya que necesitan del lquido bombeado como lubricante entre aros rozantes e impulsor, y entre empaquetadura y eje. Como no son autoaspirantes requieren, antes de su puesta en marcha, el estar cebadas; esto no es fcil de conseguir si la bomba no trabaja en carga, estando por encima del nivel del lquido, que es el caso ms corriente con bombas horizontales, siendo a menudo necesarias las vlvulas de pie, (aspiracin), y los distintos sistemas de cebado. Como ventajas especficas se puede decir que las bombas horizontales, (excepto para grandes tamaos), son de construccin ms barata que las verticales y, especialmente, su mantenimiento y conservacin es mucho ms sencillo y econmico; el desmontaje de la bomba se suele hacer sin necesidad de mover el motor y al igual que en las de cmara partida, sin tocar siquiera las conexiones de aspiracin e impulsin. BOMBAS MULTIPLES Para alturas superiores a 60 (m) se emplean normalmente bombas mltiples o bombas de turbina. Este tipo de bomba se rige exactamente por el mismo principio de la centrfuga y las proporciones del rodete son muy semejantes. Consta de un cierto nmero de rodetes montados en serie, de modo que el agua entra paralelamente al eje y sale en direccin radial. La elevada energa cintica del agua a la salida del rodete se convierte en energa de presin por medio de una corona difusora formada por labes directores divergentes. Un conducto en forma de S conduce el agua en sentido centrpeto hacia el ojo del rodete siguiente. El proceso se repite en cada escalonamiento hasta llegar a la salida. Si se aplica un nmero suficiente de escalonamientos, puede llegarse a obtener una cota de 1.219 (m). De hecho, la cota mxima vendr probablemente dictada por el costo de reforzamiento de la tubera ms que por cualquier limitacin de la bomba.


Pgina 20 de 26



INSTALACION DE BOMBEO DE UNA BOMBAS CENTRIFUGA La figura siguiente representa una instalacin de bombeo destinada a elevar agua desde un pozo de aspiracin hasta un depsito en elevacin.

En esta instalacin, se destacan los siguientes elementos: 1.- La alcachofa y vlvula de pie: la primera evita la entrada de elementos contaminantes (ramas, hierbas, papeles, etc.) que pueden obstruir la bomba y, la segunda hace posible, reteniendo el lquido, el cebado de la bomba. Ambos elementos originan una importante prdida de carga. Si fuera preciso evitar esta prdida para que no se produzca cavitacin no se instalan estos elementos. Entonces el cebado se realiza mediante una bomba de vaco que elimina el aire de la tubera de aspiracin y del cuerpo de la bomba con lo que al crearse un vaco la presin atmosfrica eleva el agua hasta el interior de la bomba. 2.- Las dos vlvulas de compuerta en la aspiracin y en la impulsin: a veces no se instala la primera; pero de la segunda no se prescinde nunca porque sirve para la regulacin del caudal de la bomba. 3.- La vlvula de retencin en la impulsin: impide el retroceso del fluido, cuando la bomba se detiene. Es imprescindible si la tubera de impulsin es muy larga o se encuentra a gran presin. 4.- El reductor en la aspiracin: para mejorar la aspiracin de la bomba y evitar la cavitacin (eventualmente tambin se aumenta el dimetro de la tubera de aspiracin). La reduccin se hace con un accesorio, como el de la figura, para evitar la formacin de bolsas de aire en la parte superior


Pgina 21 de 26



PRDIDAS En el intercambio de energas que ocurre en el impulsor de una bomba centrfuga y, entre las secciones de entrada y salida de sta, se generan prdidas de energa disponible, que son bsicamente de tres tipos: 1.- Prdidas Hidrulicas. 2.- Prdidas Mecnicas. 3.- Prdidas Volumtricas. Las prdidas hidrulicas disminuyen la energa especfica til que la bomba comunica al fluido y consiguientemente la altura til. Estas prdidas se generan bsicamente por tres motivos: Friccin viscosa, debido al rozamiento del fluido con las paredes de la bomba o de las partculas de fluido entre s. Desprendimiento de la capa lmite, debido a los cambios bruscos en la direccin del flujo. Prdida adicional, denominada de flujo circulatorio, que reduce la altura til o manomtrica y se origina por efecto del nmero finito de labes.

Las prdidas mecnicas se manifiestan debido al roce entre el eje y las empaquetaduras o elementos de sello, rozamiento en los descansos y el fenmeno de la friccin de discos. Las prdidas volumtricas o de caudal se originan fundamentalmente por dos razones: Prdidas exteriores o por goteo. Prdidas interiores o de caudal en corto circuito.

Las prdidas volumtricas externas, constituyen el goteo normal de la bomba y corresponden al fluido que sale al exterior de sta a travs de las holguras que existen entre la carcasa, elementos de sello y el eje. Las prdidas interiores se originan debido a la diferencia de presiones que existe entre la entrada y salida del rodete, generando un caudal de recirculacin, que absorbe parte de la energa. POTENCIAS En la figura siguiente se muestra un grfico de potencia, que denota el comportamiento de sta, asociada al trabajo de una bomba centrfuga. La nomenclatura utilizada, definicin de potencias, siguiente: para la es la


Pgina 22 de 26



PA = Potencia de accionamiento, potencia absorbida, potencia al freno o potencia al eje. Los cuatro nombres se utilizan en la prctica. As, en un grupo moto-bomba (motor elctrico-bomba) PA no es la potencia absorbida de la red, sino la potencia libre en el eje (esto corresponde a la potencia absorbida de la red multiplicada por el rendimiento del motor elctrico). PI = Potencia interna. Corresponde a la potencia suministrada al rodete, igual a la potencia de accionamiento menos las prdidas mecnicas. PU = Potencia til, potencia efectiva, potencia hidrulica. Incremento de potencia que experimenta el fluido en la bomba. Por definicin: PA = T * PI = QTH * * He PU = QR * * Hm

Donde: T = Torque, = Velocidad angular, QTH = Caudal Terico, = Peso Especifico He = Altura de Aspiracin, QR = Caudal Real, Hm= Altura de Elevacin RENDIMIENTOS Rendimiento Hidrulico (H)

H =

Hm He

Rendimiento Volumtrico ()

=

QR Q TH

Rendimiento Mecnico (M)

M =

PI PA

Rendimiento Total (T)

T =

PU PA

T = M * * H


Pgina 23 de 26



CAVITACION Para garantizar la no existencia del fenmeno de cavitacin debe cumplirse que: 1.- La presin sobre el depsito de aspiracin es baja. Si el depsito est abierto a la atmsfera y esta es pequea, normalmente se debe presurizar el sistema. 2.- La presin de saturacin (PSAT) del fluido de trabajo es alta. El riesgo es mayor cuando existe sobrecalentamiento. 3.- La velocidad en la tubera de aspiracin es elevada. regulando el caudal de lnea. Dicha velocidad puede controlarse

4.- La altura de aspiracin (He) es elevada, por lo tanto, siempre que sea posible, el depsito de aspiracin debe ser instalado lo ms cerca del nivel de entrada de la bomba. 5.- Las prdidas en la aspiracin son elevadas, en consecuencia, debern evitarse en esta seccin, tramos de gran longitud, accesorios en general, capacidad en los filtros y cadas de presin elevadas en las vlvulas. Por otra parte, conviene utilizar tuberas de mayor dimetro que en la seccin de impulsin. PUESTA EN MARCHA DE UNA BOMBA CENTRIFUGA Para poner en marcha una bomba centrifuga hay que tener presente las siguientes consideraciones: a) Comprobar todos los purgadores, bridas, lneas, etc., asegurndose de que no se ha olvidado ninguna junta ciega. b) Si la bomba esta recin instalada, comprobar que puede girar sin dificultad rodndola a mano. Comprobar si el sentido de rotacin es el correcto. c) Comprobar la lubricacin de los cojinetes y dems partes mviles. d) Cerrar vlvula de impulsin, abrir la de aspiracin plenamente y llenar de lquido la carcasa. Purgar el aire o vapor por el purgador situado en la parte ms alta de la carcasa. Si el liquido que vamos a bombear es caliente djesele fluir hasta que caliente la carcasa. e) Poner en marcha la bomba hasta alcanzar la presin normal y abrir entonces la vlvula de impulsin lentamente y asegurarse que la presin se mantiene en su valor. Hay que tener en cuenta que si se abre demasiado rpido la vlvula de impulsin, se puede originar una pulsacin repentina con la perdida de la succin. PARADA DE UNA BOMBA CENTRIFUGA a) Cerrar la vlvula de impulsin; esto reduce la carga del motor y evita el retroceso si la vlvula de retencin no funcionase. b) Parar el motor de accionamiento. c) Dejar la bomba llena de lquido a menos que el producto tenga un alto punto de congelacin o viscosidad. En este caso vaciar la bomba cerrando previamente la vlvulaDocente: Paola Benavides Ingeniero Civil Mecnico - PUCV Pgina 24 de 26



de aspiracin. Abrir la purga de presin de la bomba. Volver a cerrar esta purga. Si la bomba se deja preparada para entrar en servicio, dejar la aspiracin abierta. d) Si existen lneas que lo permitan mantener caliente las bombas de reserva. e) Si se va a hacer en la bomba alguna reparacin, cerrar todas las vlvulas de bloqueo y vaciar la bomba. COMPROBACION DE UNA BOMBA CENTRIFUGA EN FUNCIONAMIENTO a) b) c) d) Comprobar Comprobar Comprobar Comprobar la presin de descarga la empaquetadura el nivel de aceite lubricante en el cojinete manualmente si existe una excesiva vibracin y ruidos

CUADRO DE AVERIAS DE LAS BOMBAS AVERIAS EN BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Elemento Bomba Avera Ruido Causa Entrada de aire por la aspiracin Cavitacin Obstruccin o aplastamiento del tubo de aspiracin Filtro de aspiracin obstruido Fluido demasiado caliente Mala calidad del aceite para trabajar a alta temperatura Nivel de fluido bajo Piezas gastadas Refrigeracin inadecuada Cavitacin Circuito parcialmente obstruido Presin muy elevada Velocidad de giro elevada Piezas gastadas Filtro obstruido Vlvula de seguridad averiada Eje de la bomba roto Mala transmisin entre el motor y la bomba Grandes fugas en el circuito Mala regulacin de las vlvulas Eje roto Entrada de aire en la aspiracin Fluido muy viscoso Sentido de giro invertido Filtro obstruido Aire en el circuito Mala estanqueidad en los retenes Fugas en el cuerpo Mala estanqueidad de juntas Piezas internas gastadas

Aumento de la temperatura

Falta de presin

Poco caudal

Fugas


Pgina 25 de 26



AVERIAS BOMBAS CENTRIFUGAS Elemento Bomba Avera Caudal Insuficiente Presin Insuficiente Causa Rodete roto Velocidad baja Vapor o aire en el fluido Dimetro del rodete demasiado pequeo Sentido de giro invertido Anillos gastados Succin insuficiente Bolsas de aire en la lnea de aspiracin Empaquetaduras estropeadas Velocidad excesiva Sentido de giro inverso Empaquetaduras demasiado apretadas Empaquetaduras estropeadas Lubricacin insuficiente Empaquetaduras mal colocadas Manguitos descentrados Eje torcido o doblado Cavitacin Mal alineamiento Mala lubricacin Mala alineacin Cavitacin Mala instalacin

Falla en la puesta en marcha Consumo excesivo de potencia Fugas de fluido

Ruidos anormales Falla repetida de algn cojinete

BIBLIOGRAFIA E. CARNICER C. MAINAR MANUAL DE MECANICA INDUSTRIAL TOMO II PEDRO FERNANDEZ DIEZ UNIVERSIDAD DE CANTABARRA ESPAA HECTOR DEL PINO MUOZ INACAP PAGINAS WEB DE CONSULTA: www.soltex.cl www.elprisma.com www.tecnicaoleohidraulica.com http://kogi.udea.edu.co/talleres/maquinaria/Bombas.doc http://tar5.eup.us.es/master/formacion/documentacion/cursodebombas.pdfDocente: Paola Benavides Ingeniero Civil Mecnico - PUCV Pgina 26 de 26

OLEOHIDRAULICA CONCEPTOS BASICOS NEUMATICA E HIDRAULICA

APUNTE BOMBAS CENTRIFUGAS Y VOLUMETRICAS APUNTE TURBOMAQUINAS

bombas hidraulicas

Documents