Bombas Hidraulicas

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<ul><li><p>1 </p><p>BOMBAS HIDRAULICAS </p><p>1. TEORIA DE BOMBAS </p><p>Una bomba es una mquina hidrulica generadora que transforma la energa </p><p>(generalmente energa mecnica) con la que es accionada en energa hidrulica del </p><p>fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser lquido o una </p><p>mezcla de lquidos y slidos como puede ser el hormign antes de fraguar o la pasta </p><p>de papel. Al incrementar la energa del fluido, se aumenta su presin, su velocidad </p><p>o su altura, todas ellas relacionadas segn el principio de Bernoulli. En general, una </p><p>bomba se utiliza para incrementar la presin de un lquido aadiendo energa al </p><p>sistema hidrulico, para mover el fluido de una zona de menor presin o altitud a </p><p>otra de mayor presin o altitud. </p><p>Existe una ambigedad en la utilizacin del trmino bomba, ya que generalmente </p><p>es utilizado para referirse a las mquinas de fluido que transfieren energa, o </p><p>bombean fluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido </p><p>de trabajo, a diferencia de otras mquinas como lo son los compresores, cuyo </p><p>campo de aplicacin es la neumtica y no la hidrulica. Pero tambin es comn </p><p>encontrar el trmino bomba para referirse a mquinas que bombean otro tipo de </p><p>fluidos, as como lo son las bombas de vaco o las bombas de aire. </p><p>2. TIPOS DE BOMBAS </p><p>La principal clasificacin de las bombas se realiza atendiendo al principio de </p><p>funcionamiento en el que se basan: </p><p>2.1 Bombas de desplazamientos positivos o volumtricos </p><p>El principio de funcionamiento est basado en la hidrosttica, de modo que el </p><p>aumento de presin se realiza por el empuje de las paredes de las cmaras que </p><p>varan su volumen. En este tipo de bombas, en cada ciclo el rgano propulsor </p><p>genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, por lo que tambin se </p></li><li><p>2 </p><p>denominan bombas volumtricas. En caso de poder variar el volumen mximo de </p><p>la cilindrada se habla de bombas de volumen variable. Si ese volumen no se puede </p><p>variar, entonces se dice que la bomba es de volumen fijo. A su vez este tipo de </p><p>bombas pueden subdividirse en: </p><p>2.1.1 Bombas de mbolo alternativo </p><p>Son las que existe uno o varios compartimentos fijos, pero de volumen </p><p>variable, por la accin de un mbolo o de una membrana. En estas mquinas, </p><p>el movimiento del fluido es discontinuo y los procesos de carga y descargase </p><p>realizan por vlvulas que abren y cierran alternativamente. </p><p>Algunos ejemplos de este tipo de bombas son la bomba alternativa de pistn, </p><p>la bomba rotativa de pistones la bomba pistones de accionamiento axial. </p><p>Operan sobre el principio de desplazamiento positivo, es decir, que bombean </p><p>una determinada cantidad de fluido (sin tener en cuenta las fugas </p><p>independientemente dela altura de bombeo. </p><p>Figura 1.- Bomba alternativa de piston. </p><p>2.1.2 Bombas volumtricas rotativas o rotoestticas </p><p>Son las que una masa fluida es confinada en uno o varios compartimentos </p><p>que se desplazan desde la zona de entrada (de baja presin) hasta la zona </p><p>de salida (de alta presin) de la mquina. Algunos ejemplos de este tipo de </p></li><li><p>3 </p><p>mquinas son la bomba de paletas, la bomba de lbulos, la bomba de </p><p>engranajes, la bomba de tornillo o la bomba peristltica. </p><p>Figura 2.- Bomba de tornillo. </p><p>2.1.3 Bombas de diafragma </p><p>La bomba de diafragma usa un elemento flexible como un elemento de </p><p>desplazamiento. Este puede ser movido directamente por un movimiento </p><p>excntrico o un lquido de bombeo secundario. No requiere empaques o </p><p>sellos dinmicos porque el mecanismo de impulsin est completamente </p><p>aislado del fluido bombeado por el diafragma. Los diafragmas estn </p><p>fabricados por elastmeros, plsticos o metales. El principal problema que </p><p>presentan es naturalmente el de la vida relativamente corta del diafragma y </p><p>su riesgo de rotura, por lo que los costos de mantenimiento pueden ser </p><p>elevados. </p><p>Figura 3.- Bomba de diafragma. </p></li><li><p>4 </p><p>2.2 Bombas rotodinmicas </p><p>El principio de funcionamiento est basado en el intercambio de cantidad de </p><p>movimiento entre la mquina y el fluido, aplicando la hidrodinmica. En este tipo de </p><p>bombas hay uno o varios rodetes con labes que giran generando un campo de </p><p>presiones en el fluido. En este tipo de mquinas el flujo del fluido es contnuo. Estas </p><p>turbomquinas hidrulicas generadoras pueden subdividirse en: </p><p>2.2.1 Radiales o centrfugas, cuando el movimiento del fluido sigue una trayectoria </p><p>perpendicular al eje del rodete impulsor. </p><p> Axiales, cuando el fluido pasa por los canales de los labes siguiendo una </p><p>trayectoria contenida en un cilindro. </p><p> Diagonales o helicocentrfugas cuando la trayectoria del fluido se realiza en otra </p><p>direccin entre las anteriores, es decir, en un cono coaxial con el eje del rodete. </p><p>3. CLASIFICACIN SEGN EL TIPO DE ACCIONAMIENTO </p><p> Electrobombas. Genricamente, son aquellas accionadas por un motor </p><p>elctrico, para distinguirlas de las motobombas, habitualmente accionadas </p><p>por motores de explosin </p><p> Bombas neumticas que son bombas de desplazamiento positivo en las que </p><p>la energa de entrada es neumtica, normalmente a partir de aire </p><p>comprimido. </p><p> Bombas de accionamiento hidrulico, como la bomba de ariete o la noria. </p><p> Bombas manuales. Un tipo de bomba manual es la bomba de balancn. </p><p>4. BOMBAS CENTRIFUGAS </p><p>Las bombas centrfugas mueven un cierto volumen de lquido entre dos niveles; son </p><p>mquinas hidrulicas que transforman un trabajo mecnico en otro de tipo </p><p>hidrulico. Los elementos de que consta una instalacin son: </p></li><li><p>5 </p><p>a) Una tubera de aspiracin, que concluye prcticamente en la brida de </p><p>aspiracin. </p><p>b) El impulsor o rodete, formado por un conjunto de labes que pueden adoptar </p><p>diversas formas, segn la misin a que vaya a ser destinada la bomba, los cuales </p><p>giran dentro de una carcasa circular. El rodete es accionado por un motor, y va unido </p><p>solidariamente al eje, siendo la parte mvil de la bomba. </p><p>El lquido penetra axialmente por la tubera de aspiracin hasta la entrada del </p><p>rodete, experimentando un cambio de direccin ms o menos brusco, pasando a </p><p>radial, (en las centrfugas), o permaneciendo axial, (en las axiales), acelerndose y </p><p>absorbiendo un trabajo. </p><p>Los labes del rodete someten a las partculas de lquido a un movimiento de </p><p>rotacin muy rpido, siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrfuga, </p><p>creando una altura dinmica de forma que abandonan el rodete hacia la voluta a </p><p>gran velocidad, aumentando tambin su presin en el impulsor segn la distancia al </p><p>eje. La elevacin del lquido se produce por la reaccin entre ste y el rodete </p><p>sometido al movimiento de rotacin. </p><p>c) La voluta es un rgano fijo que est dispuesta en forma de caracol alrededor del </p><p>rodete, a su salida, de tal manera que la separacin entre ella y el rodete es mnima </p><p>en la parte superior, y va aumentando hasta que las partculas lquidas se </p><p>encuentran frente a la abertura de impulsin. Su misin es la de recoger el lquido </p><p>que abandona el rodete a gran velocidad, cambiar la direccin de su movimiento y </p><p>encaminarle hacia la brida de impulsin de la bomba. </p><p>La voluta es tambin un transformador de energa, ya que frena la velocidad del </p><p>lquido, transformando parte de la energa dinmica creada en el rodete en energa </p><p>de presin, que crece a medida que el espacio entre el rodete y la carcasa aumenta, </p><p>presin que se suma a la alcanzada por el lquido en el rodete. </p></li><li><p>6 </p><p>En algunas bombas existe, a la salida del rodete, una corona directriz de labes </p><p>que gua el lquido antes de introducirlo en la voluta. </p><p>d) Una tubera de impulsin, instalada a la salida de la voluta, por la que el lquido </p><p>es evacuado a la presin y velocidad creadas en la bomba. </p><p>Estos son, en general, los componentes de una bomba centrfuga aunque existen </p><p>distintos tipos y variantes. La estructura de las bombas centrfugas es anloga a la </p><p>de las turbinas hidrulicas, salvo que el proceso energtico es inverso; en las </p><p>turbinas se aprovecha la altura de un salto hidrulico para generar una velocidad de </p><p>rotacin en la rueda, mientras que en las bombas centrfugas la velocidad </p><p>comunicada por el rodete al lquido se transforma, en parte, en presin, logrndose </p><p>as su desplazamiento y posterior elevacin. </p><p>Figura 3.- Bomba centrifuga, disposicin, esquema y perspectiva. </p></li><li><p>7 </p><p>5. APLICACINES DE LAS BOMBAS CENTRIFUGAS </p><p>En la industria en general se utilizan diversos tipos de bombas hidrulicas, como </p><p>por ejemplo en la extraccin de agua de los pozos, para la utilizacin como insumo </p><p>en la industria de bebidas gaseosas; en la industria de petrleo para bombear fluidos </p><p>dispersos cuya finalidad es remover los productos slidos en la perforacin de pozos </p><p>petroleros; en la movilizacin de minerales bajo la forma de pulpa, para la flotacin </p><p>selectiva de minerales; en la industria cervecera para transferir el mosto del filtro-</p><p>prensa al caldero de sacarificacin; en las refineras de petrleo para mover los </p><p>diversos fluidos de las columnas de fraccionamiento, craqueo, etc.; en las plantas </p><p>de produccin de vapor para mover el agua debidamente ablandada a la </p><p>alimentacin del caldero; podramos mencionar muchos ms pues las aplicaciones </p><p>de las bombas hidrulicas son mltiples. </p><p>De la amplia gama de bombas hidrulicas utilizadas para transferir fluidos y en </p><p>especial lquidos, las ms utilizadas son las bombas centrfugas, por su facilidad de </p><p>adecuarse a la naturaleza de los fluidos a manipular, es decir, su composicin, </p><p>corrosividad, viscosidad; adecuando las partes expuestas para contrarrestar estos </p><p>inconvenientes, a travs de utilizacin de materiales como: vidrio, acero inoxidable, </p><p>hule, grafito, cloruro de polivinilo (PVC), porcelana, fibra de vidrio y otros. </p><p>6. ACOPLAMIENTOS DE BOMBAS </p><p>6.1. BOMBAS EN SERIE </p><p>La impulsin de una bomba constituye la aspiracin de la siguiente unidad, </p><p>por lo que el caudal bombeado ser el mismo en todas las mquinas aunque </p><p>las alturas creadas debern sumarse. </p><p> Un caso especial es el de las bombas multicelulares, puesto que a pesar de </p><p>estar los rodetes montados en serie el cuerpo de la bomba es nico. Su uso </p><p>es generalizado para elevar agua de pozos profundos, puesto que utilizar un </p></li><li><p>8 </p><p>solo rodete elevara a dimetros muy grandes. Adems mejora el </p><p>rendimiento puesto que ste crece. </p><p>y para el caso que se tienen m etapas puestas en serie se tiene: </p><p>De forma grfica esto es: </p><p>Al acoplar bombas en serie hay que sumar alturas manteniendo caudales, lo </p><p>que se traduce en que las curvas resultantes tienen una pendiente acusada, </p><p>tanto mayor cuanto ms grande sea el nmero de etapas. </p><p>Ello ocasiona el que sean bastante rgidas y que las variaciones de nivel </p><p>estacional de un pozo hagan fluctuar poco el caudal que elevan y el </p><p>rendimiento de la instalacin cuando la curva resistente tenga escasa </p><p>pendiente (conduccin sobredimensionada). </p></li><li><p>9 </p><p>6.2. BOMBAS EN PARALELO </p><p>El fluido se aspira en un punto comn, inyectndose despus el caudal en la </p><p>impulsin general. En este caso se suman los caudales, conservando las </p><p>alturas. Todas las impulsiones se conectan ordenadamente a una </p><p>conduccin general comn o a un mltiple de impulsin. </p><p>Su empleo se justifica por ejemplo cuando en un abastecimiento el consumo </p><p>de agua flucta mucho con el tiempo, si bien las condiciones de uso se </p><p>mantienen. </p><p>La utilizacin de una sola bomba tratando de satisfacer una amplia gama de </p><p>consumo sera factible, pero a costa de trabajar con rendimientos bajsimos </p><p>en determinados puntos de funcionamiento. Poniendo en funcionamiento en </p><p>forma progresiva los grupos necesarios segn el consumo, se logra </p><p>mantener el rendimiento dentro de mrgenes razonables. </p><p> Otro caso ser cuando hay gran Q para satisfacer y es imprescindible tener </p><p>un buen nivel de respaldo. Para obtener la curva de funcionamiento de un </p><p>sistema de bombas acopladas en paralelo solo debemos sumar los caudales </p><p>para una misma altura. </p><p>Analticamente esto se expresa como: </p><p>Si las curvas de una bomba son: </p></li><li><p>10 </p><p>De forma grfica, la suma de caudales manteniendo las alturas para </p><p>obtener la curva caracterstica del sistema acoplado resulta ser: </p><p>7. MONTAJE DE UNA BOMBA </p><p>MONTAJE BOMBA-MOTOR EN EJECUCIN MONOBLOC Y SOBRE </p><p>BANCADA </p><p>Cuando la bomba se ha suministrado a eje libre (o sea sin motor), es necesario </p><p>utilizar una bancada adecuada para efectuar el montaje al motor. </p><p>La bancada deber ser lo suficiente dimensionada para evitar vibraciones y/ </p><p>deformaciones: aconsejamos la utilizacin de perfiles en U. </p><p>Si la bomba no se ha suministrado montada con motor elctrico sobre una bancada </p><p>comn, deberemos efectuar el montaje con un motor adecuado antes de proceder </p><p>a la instalacin. </p><p>El motor elctrico debe ser seleccionado verificando principalmente los siguientes </p><p>datos a las condiciones de servicio: </p><p>- La potencia mxima requerida por la bomba en todo su campo de funcionamiento. </p><p>- La velocidad de giro. </p><p>- La tensin, las fases y la frecuencia de red disponibles. </p></li><li><p>11 </p><p>- El tipo de motor. </p><p>- La forma constructiva. </p><p>Un acoplamiento de transmisin requiere un perfecto alineamiento: un mal </p><p>alineamiento provoca la destruccin del mismo y daos a los soportes de la bomba </p><p>y el motor. </p><p>Debemos seleccionar el acoplamiento verificando principalmente: </p><p>- La potencia nominal del motor </p><p>- El nmero de revoluciones </p><p>- Que la utilizacin de la proteccin de acoplamiento cumpla con las normas de </p><p>seguridad. </p><p>8. CAVITACIN </p><p> Se entiende por cavitacin el fenmeno consistente en la vaporizacin del fluido </p><p>circulante, a temperaturas muy inferiores a las del punto de ebullicin del mismo en </p><p>condiciones normales de presin. </p><p> Un lquido se evapora cuando su tensin de vaporizacin a la temperatura que se </p><p>considera alcanza la presin exterior que sobre dicho lquido acta. </p><p>La cavitacin puede aparecer en la aspiracin de bombas cuando stas se </p><p>encuentran a un nivel superior al de la superficie libre en el depsito de captacin. </p><p>Se da por una progresiva transferencia de energa de presin en energa potencial </p><p>y en prdidas por rozamiento a vencer en la conduccin. Motivos que hacen </p><p>indeseable que la bomba funcione con cavitacin: </p><p> Las piezas mecnicas estn sometidas a esfuerzos alternados pues la </p><p>potencia solicitada al motor depende del estado lquido o vapor del fluido. </p><p> Descenso brusco del caudal impulsado por la bomba por el estrangulamiento </p><p>que se produce con la vaporizacin del fluido. </p></li><li><p>12 </p><p>9. TURBOMAQUINAS HIDRAULICAS </p><p>Una mquina hidrulica es un dispositivo capaz de convertir energa hidrulica en </p><p>energa mecnica; pueden ser motrices (turbinas), o generatrices (bombas), </p><p>modificando la energa total de la vena fluida que las atraviesa. </p><p> En el estudio de las turbomquinas hidrulicas no se tienen en cuenta efectos de </p><p>tipo trmico, aunque a veces habr necesidad de recurrir a determinados conceptos </p><p>termodinmicos; todos los fenmenos que se estudian sern en rgimen </p><p>permanente, caracterizados por una velocidad de rotacin de la mquina y un </p><p>caudal, constantes. </p><p>En una mquina hidrulica, el agua intercambia energa con un dispositivo mecnico </p><p>de revolucin que gira alrededor de su eje de simetra; ste mecanismo lleva una o </p><p>varias ruedas, (rodetes o rotores), provistas de labes, de forma que entre ellos </p><p>existen...</p></li></ul>