INTRODUCCION

Hoy en día se entiende por "hidráulica” el estudio de la presión y el flujo de los líquidos, es decir, el movimiento del líquido y su capacidad para realizar trabajo.Por lo tanto, se llama bomba hidráulica a la que, además de mover líquido, le obliga a trabajar. Dicho en otras palabras, la bomba hidráulica es un ingenio capaz de convertir fuerza mecánica en fuerza hidráulica.Puesto que las bombas han existido por tanto tiempo y su uso está tan extendido, no es de sorprenderse que se produzcan en una infinidad de variedades de tamaños y tipos y que se apliquen también a una infinidad de servicios. Es por ello, que la presente monografía ayudará al lector a conocer e introducirse al mundo de las bombas, aprendiendo los usos y particularidades de éstos, además de comprender que el funcionamiento en sí de la bomba será el de un convertidor de energía, es decir, transformará la energía mecánica en energía cinética, generando presión y velocidad en el fluido.

OBJETIVOS

Describir y conocer la bomba hidráulica. Familiarizarnos con los componentes y partes de una bomba hidráulica. Conocer el funcionamiento de una bomba hidráulica. Conocer los usos que se le otorgan a las bombas hidráulicas. Describir y conocer la bomba centrífuga. Analizar la importancia del uso de los distintos tipos de bombas en la vida cotidiana e

industrial.

Una bomba hidráulica es una máquina generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud.Existe una ambigüedad en la utilización del término bomba, ya que generalmente es utilizado para referirse a las máquinas de fluido que transfieren energía, o bombean fluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido de trabajo, a diferencia de otras máquinas como lo son los compresores, cuyo campo de aplicación es la neumática y no la hidráulica. Pero también es común encontrar el término bomba para referirse a máquinas que bombean otro tipo de fluidos, así como lo son las bombas de vacío o las bombas de aire.

Características de las bombas:

Caudal: Es el volumen de fluido que entrega la bomba en la unidad de tiempo a 1500 rpm. Existen bombas de: - Caudal constante - Caudal variable Presión: Hay que conocer la presión máxima que soporta la bomba, esta valor es dado por el fabricante. Velocidad de giro: Se debe conocer también para calcular el mecanismo de accionamiento para que de ese caudal. Rendimiento de la Bomba La operación y eficiencia de la bomba hidráulica, en su función básica de obtener una presión determinada, a un número también determinado de revoluciones por minuto se define mediante tres rendimientos a saber: Rendimiento volumétrico: El rendimiento volumétrico de la bomba es el cociente que se obtiene al dividir el caudal de líquido que comprime la bomba y el que teóricamente debería comprimir. Dicho en otros términos el rendimiento volumétrico expresa las fugas de líquido que hay en la bomba durante el proceso de compresión. El rendimiento volumétrico es un factor de la bomba muy importante, pues a partir de él se puede analizar la capacidad de diseño y el estado de desgaste en que se encuentra una bomba. El rendimiento volumétrico se ve afectado también por la presión del fluido hidráulico que se transporta y también por la temperatura del mismo. Rendimiento mecánico: El rendimiento mecánico mide las pérdidas de energía mecánica que se producen en la bomba, debidas al rozamiento y a la fricción de los mecanismos internos. En términos generales se puede afirmar que una bomba de bajo rendimiento mecánico es una bomba de desgaste acelerado.

Rendimiento total o global: El rendimiento total o global es el producto de los rendimientos volumétrico y mecánico. Se llama total porque mide la eficiencia general de la bomba en su función de bombear líquido a presión, con el aporte mínimo de energía al eje de la bomba. Así pues el rendimiento total se expresa como el consumo de energía necesario para producir la presión hidráulica nominal del sistema.

Partes generales de una bomba:

1a. Carcasa: Es la parte exterior protectora de la bomba y cumple la función de convertir la energía de velocidad impartida al líquido por el impulsor en energía de presión.  Esto se lleva a cabo mediante reducción de la velocidad por un aumento gradual del área.1b. Cuerpo de Bomba: Zona a la que ingresa el líquido, donde ayudado por el rodete, almacena una energía (potencial) que se transformará en caudal y altura de elevación (o energía cinética).2. Impulsor: Es el corazón de la bomba centrífuga. Recibe el líquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba.3. Cuerpo de impulsión: Es el corazón de la bomba centrífuga. Recibe el líquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba.4. Sello Mecánico: La función de este elemento es evitar el flujo hacia fuera del líquido bombeado a través del orificio por donde pasa la flecha de la bomba y el flujo de aire hacia el interior de la bomba.5. Bastidor: Es una estructura de la cual los demás componentes de la bomba son sujetados.6. Flecha: Es el eje de todos los elementos que giran en la bomba centrífuga, transmitiendo además el movimiento que imparte la flecha del motor.

Clasificación de bombas hidráulicas:

Para que la clasificación de los diferentes tipos de bombas sea más amena se presenta a continuación una tabla donde se muestran los criterios de clasificación de cada una de estas.

 

BOMBAS

Amplitud

Presión

 

Volumen

Amplitud

Velocidad

Eficiencia

Volum.

Eficiencia Total

Bomba de engrane Baja Presión

0 Lb/plg2 5 Gal/min 500 rpm 80 % 75 – 80 %

Bomba engrane 1500 Lb/plg2

1500 Lb/plg2 10 Gal/min 1200 rpm80 % 75 – 80 %

Bomba engrane 2000 Lb/plg2

2000 Lb/plg2 15 Gal/ min 1800 rpm  

90 %

80 - 85%

Bomba Paleta equilib. 1000 Lb/plg2

1000 Lb/plg2 1.1 – 55 Gal/min 1000 rpm > 90 % 80 – 85 %

Bomba Pistón Placa empuje angular

3000 Lb/plg2

5000 Lb/plg2

2 – 120 Gal/min

 

7.5 – 41 Gal/min

 

1200–1800 rpm

90 %

 

90 %

> 85 %

 

> 80 %

 

Diseño Dynex 6000 – 8000 Lb/plg2

2.9 – 4.2 Gal/min 1200 – 2200 rpm

90 % > 85 %

Las bombas se clasifican de la siguiente manera:

1. Bombas de volumen fijo o bombas de desplazamiento fijo.

Estas bombas se caracterizan porque entregan un producto fijo a velocidad constante. Este tipo de bomba se usa más comúnmente en los circuitos industriales básicos de aplicación mecánica de la hidráulica.

Fig. 1 Bomba de engranes Simple.

1.1 Bombas de engranes o piñones.

La bomba de engranes se denomina también "caballo de carga" y se puede asegurar que es una de las más utilizadas. La capacidad puede ser grande o pequeña y su costo variará con su capacidad de presión y volumen. Además la simplicidad de su construcción permite esta ventaja de precio. Las bombas de engranes exhiben buenas capacidades de vacío a la entrada y para las situaciones normales también son autocebantes; otra característica importante es la cantidad relativamente pequeña de pulsación en el volumen producido. En este tipo de bombas de engrane, el engranado de cada combinación de engranes o dientes producirán una unidad o pulso de presión.

Fig. 2 Bomba de engranes en Tándem Commercial Serie D. Fig. 3 Bomba Commercial en Tándem de la

Serie H.

Fig. 4 Bomba Commercial en Tándem de la Serie 37-X.

1.2 Bombas de paletas.

Con este diseño un rotor ranurado es girado por la flecha impulsora. Las paletas planas rectangulares se mueven acercándose o alejándose de las ranuras del rotor y siguen a la forma de la carcasa o caja de la bomba. El rotor está colocado excéntrico con respecto al eje de la caja de la bomba. La rotación en el sentido de las manecillas del reloj del rotor en virtud de la mayor área que hay entre dicho rotor y la cavidad de la caja, producirá un vacío en la admisión y la entrada del aceite en los volúmenes formados entre las paletas. La bomba mostrará desgaste interior de la caja y en las aristas de las paletas, causado por el deslizamiento de contacto entre las dos superficies. Este tipo de bomba tendrá la misma situación en lo que se refiere a la carga sobre los cojinetes que el caso de las bombas de engranes.

Fig. 5 Bomba de Paletas desequilibradas. Fig. 6 Bomba de Paletas Vickers.

Fig. 7 Bomba de Paletas Denison.

1.3 Bombas de pistón

Las bombas de pistón generalmente son consideradas como las bombas que verdaderamente tienen un alto rendimiento en las aplicaciones mecánicas de la hidráulica. Algunas bombas de engranes y de paletas funcionarán con valores de presión cercanos a los 2000 lb/plg 2, pero sin embargo, se les consideraran que trabajan con mucho esfuerzo. En cambio las bombas de pistón, en general, descansan a las 2000 lb/plg2 y en muchos casos tienen capacidades de 3000 lb/plg2 y con frecuencia funcionan bien con valores hasta de 5000lb/plg2.

Fig. 8 Bomba Vickers de Pistón de desplazamiento Fijo.

Fig. 9 Bomba de Pistón axial Dynex.

2. Bombas de volumen variable.

La acción de bombeo de las bombas de volumen variable es a grandes rasgos similar a la acción de bombeo de las bombas de volumen fijo.

Los volúmenes variables para bombas de engranes únicamente son utilizables si se varía la velocidad de impulsión de la bomba.

El factor de escape uniforme prohíbe la eficiencia constante con velocidad variable y elimina a las bombas de engranes para uso potencial de volumen variable.

Las bombas de paletas pueden adaptarse para producir volúmenes variables, pero las restricciones de la conversión generalmente lo limitan. Una bomba de paletas de volumen variable no puede ofrecer una carga hidráulica balanceada en la caja interna de bombeo. Los volúmenes variables pueden conseguirse con bombas de paletas si se cambia la excentricidad del anillo de desgaste, en relación al rotor y las paletas.

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.

Guía de mantenimiento y reparación de una bomba hidráulica1-Tener cuidado con el desmontaje.2-Examinar y reacondicionar los ajustes.3-Limpiar completamente los conductos del agua y repintar la carcasa.4-Tener disponible juntas nuevas (empaques)5-Estudiar la erosión de la bomba.6-Verificar los impulsores (aspas)7-Revisar los bujes.8-Revisar todas las partes del rotor.9-Llevar una bitácora de inspecciones y reparaciones.

Bomba centrifuga:

Una bomba centrífuga es una máquina que consiste de un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o cárter, o una cubierta o coraza. Se denominan así porque la cota de presión que crean es ampliamente atribuible a la acción centrífuga. Las paletas imparten energía al fluido por la fuerza de esta misma acción. Así, despojada de todos los refinamientos, una bomba centrífuga tiene dos partes principales: (1) Un elemento giratorio, incluyendo un impulsor y una flecha, y (2) un elemento estacionario, compuesto por una cubierta, estoperas y chumaceras. En la figura se muestra una bomba centrífuga.             

Funcionamiento:

El flujo entra a la bomba a través del centro o ojo del rodete y el fluido gana energía a medida que las paletas del rodete lo transportan hacia fuera en dirección radial. Esta aceleración produce un apreciable aumento de energía de presión y cinética, lo cual es debido a la forma de caracol de la voluta para generar un incremento gradual en el área de flujo de tal manera que la energía cinética a la salida del rodete se convierte en cabeza de presión a la salida.              

                                         

Principio de funcionamiento de una bomba centrífuga

Usos y aplicaciones de las Bombas Centrífugas:

Las bombas centrifugas son las bombas que más se aplican en diversas industrias, en las que destacan:

La industria alimenticia: Saborizantes, aceites, grasas, pasta de tomate, cremas, vegetales trozados, mermeladas, mayonesa, chocolate, levadura, etc.

La industria de cosméticos: Cremas y lociones, tintes y alcoholes, aceites, etc. La industria farmacéutica: Pastas, jarabes, extractos, emulsiones. Bebidas: Leche, cerveza, aguardientes, concentrados de frutas, jugos, etc. Otros químicos: Solventes, combustibles y lubricantes, jabones, detergentes, pintura, gases

licuados, etc.

El fenómeno de cavitacion en las bombas centrífugas

La cavitación es un fenómeno muy común, pero es el menos comprendido de todos losproblemas de bombeo. Tiene distintos significados para diferentes personas. Algunos ladefinen como el ruido de golpeteo o traqueteo que se produce en una bomba. Otros lallaman “patinaje” debido a que la presión de la bomba decrece y el caudal se torna errático.Cuando se produce cavitación, la bomba no solamente no cumple con su servicio básicode bombear un líquido sino que también experimenta daños internos, fallas de los sellos,rodamientos, etc.

En resumen, la cavitación es una condición anormal que puede producir pérdidas deproducción, daños al equipo y lo peor de todo, lesiones al personal.

Los profesionales de la Planta deben estar capacitados para detectar rápidamente lossignos de cavitación, identificar correctamente su tipo y la causa que la produce para asípoder eliminarla o atenuarla. Una comprensión correcta de los conceptos envueltos esclave para el diagnostico y corrección de cualquier problemas de bombeo relacionado concavitación.

Significado del término “Cavitación” en el contexto de las bombas centrifugas.

Cavitación procede del latín “cavus”, que significa espacio hueco o cavidad. En losdiccionarios técnicos se define como ‘la rápida formación y colapso de cavidades en zonasde muy baja presión en un flujo líquido.En la literatura sobre bombas centrifugas, en lugar de “cavidad”, se usan varios términoscomo: bolsones de vapor, bolsones de gas, hoyos, burbujas, etc. En este artículo se usaráel término “burbuja”.

En el contexto de las bombas centrifugas, el término cavitación implica un proceso

dinámico de formación de burbujas dentro del líquido, su crecimiento y subsecuentecolapsamiento a medida que el líquido fluye a través de la bomba.

Generalmente las burbujas que se forman dentro de un líquido son de dos tipos: Burbujasde vapor o burbujas de gas.

Las burbujas de vapor se forman debido a la vaporización del líquido bombeado. Lacavitación inducida por la formación y colapso de estas burbujas se conoce comoCavitación Vaporosa.

Las burbujas de gas se forman por la presencia de gases disueltos en el líquidobombeado (generalmente aire pero puede ser cualquier gas presente en elsistema). La cavitación inducida por la formación y colapso de estas burbujas se conoce como Cavitación Gaseosa.

En ambos tipos, las burbujas se forman en un punto interior de la bomba en el que lapresión estática es menor que la presión de vapor del líquido (cavitación vaporosa) o que lapresión de saturación del gas (cavitación gaseosa).

La Cavitación Vaporosa es la forma de cavitación más común en las bombas de proceso.Generalmente ocurre debido a un insuficiente NPSH disponible o a fenómenos derecirculación interna. Se manifiesta como una reducción del desempeño de la bomba, ruidoexcesivo, alta vibración y desgaste en algunos componentes de la bomba. La extensión deldaño puede ir desde unas picaduras relativamente menores después de años de servicio,hasta fallas catastróficas en un corto periodo de tiempo.

La Cavitación Gaseosa se produce por efecto de gases disueltos (más comúnmente aire)en el líquido. Esta cavitación raramente produce daño en el impulsor o carcaza. Su efectoprincipal es una pérdida de capacidad. No debe confundirse con el ingreso de aire obombeo de líquidos espumosos, situaciones que no necesariamente producen cavitaciónpero sí reducción de capacidad, detención del bombeo y otros problemas. Para el bombeo delíquidos espumosos se han diseñado y se siguen desarrollando bombas especiales (Froth pumps) que han logrado un considerable mejoramiento en el manejo de estos fluidos.Para poder identificar los tipos de cavitación es necesario entender primero susmecanismos, es decir, como ocurre. En este artículo se abordará solamente la cavitaciónvaporosa.

OBSERVACIONES

Observaciones en las bombas centrífugas:

Cuando hablamos de bombas centrífugas vemos el sistema de operación y el sistema de bomba los cuales tienen una relación y no son lo mismo y depende una de la otra.

- Tendremos en cuenta que se debe analizar cuál es la demanda hidráulica del sistema

- También cuales son las capacidades de una bomba de operación en un sistema

Pero lo primero que se debe analizar en un sistema de bombeo es ver la velocidad a la que el trabajo debe realizarse.

Se debe tener en cuenta que la perdida de carga es la resistencia al flujo en el sistema de tubería, la cantidad puede ser obtenida en unas tablas de pérdida de carga.

De estas tablas se pueden deducir que a medida que aumenta el caudal a través de

la tubería, la pérdida de carga también aumenta pero mucho más rápidamente.

- Sobre la altura de fricción es la altura necesaria para superar la pérdida de carga- A medida que el caudal aumenta, la fricción también aumenta.- La altura total estática no es una variable del caudal, por lo tanto será una línea recta.

- La altura total estática mas la altura de fricción es la altura total dinámica o altura manométrica.

Comparación con otras bombas

Una bomba centrífuga es en especial usada para elevar grandes cantidades de agua y es la mayor diferencia con la bomba de pistón y de engranaje, si comparamos a los dos tipos, tenemos que inflar un globo con agua, con la bomba pistón se inflara hasta reventar, en cambio con la bomba centrífuga el tamaño del balón correspondería a la máxima altura manométrica.

Casos puntuales de una bomba centrífuga respecto a la periférica y de desplazamiento :

La diferencia es el tamaño de la turbina, la periférica tiene una turbina mas chica y la centrifuga, mas grande. Es cierto, ambas sirven para realizar esa tarea pero a la hora de elegir debes tener en cuenta:

1- El uso que le vas a dar, ya que si la usas poco, las perifericas suelen agarrarse (se forma sarro en la turbina) y al trabajar el motor y no girar la turbina, se termina por quemar

2- La altura del tanque elevado, ya que las perifericas tiran mas altura que la centrifugas pero menos caudal de agua. Si tienes mas de 14mts, estaras obligado a poner una periferica.

3- Lo que quieres pagar, ya que las perifericas valen la mitad que las centrifugas.

4- Las bombas rotodinámicas no son autocebantes . Las bombas de émbolo y en general todas las de desplazamiento positivo sí.

- Es mucho más fácil hablar del comportamiento

de una bomba en términos de la altura en ves de presión.

La figura muestra la instalación de una bomba centrífuga la cual requiere cebado. Este puede hacerse llenando por la tubería de

cebado, que extrae el aire de la bomba, encargándose la presión atmosférica de que

la bomba se llene de líquido. Luego por la llave

de purga de aire se abre durante el cebado y elimina

el aire que llenaba la bomba.

- Cada bomba centrífuga cumple con un caudal en el que trabaja mejor y esta depende del diseño utilizado

- Los errores más frecuentes ocurren cuando el rendimiento de la bomba cae progresivamente, a medida que su caudal esta fuera de un caudal idóneo.

- Distintos diseños de bomba generan diferentes gráficos de la curva de la bomba así como la extensión del caudal y la altura que la bomba puede desarrollarse, para determinar si una bomba es adecuada para operar en un sistema particular, el sistema de la bomba debe ser sobre puesta con la curva de sistema, la bomba opera únicamente donde la curva de la bomba intercepta a uno del sistema, cuando una bomba interactúa en un sistema, el diámetro de su impulsor y la velocidad de su rotación nunca son alterados por lo cual la curva de rendimiento se mantiene estable, sin embargo en algunos sistemas la curva del sistema cambia constantemente.

SOBRE LA VARIACIÓN EN LAS PÉRDIDAS DE CARGA

En este sistema el nivel en el tanque baja a medida que se

vacía a otro tanque, esto incrementa la altura estática total, moviendo la curva del

sistema y cuando su intersección con la curva de

la bomba, con una mayor altura y un menor caudal.

Esto para cuando el punto de operación se desplaza hacia

atrás de la curva de la bomba.

Esto ocurre cuando semicerramos una válvula, en la impulsión del sistema, también afecta el acumulamiento gradual de corrosión u otros depósitos, en el diámetro de la tubería he intercambiadores de calor o filtros.

Esto causa que la curva de operación del sistema varíe hacia arriba o abajo a través de la curva de la bomba.

Una bomba centrífuga esta constantemente cambiando su caudal específico, moviéndose a lo largo de la curva, esto es típico en los sistemas de bombeo.

Solo analizando todo el sistema podemos tener eficacia.

Muchas industrias tratan depurar estas fluctuaciones pero no es siempre posible, en algunas ocasiones la válvula está sujeta a amplias vibraciones que la presión del sistema, cambiando de caudales muy altos y muy bajos en pequeños intervalos de tiempo.

Variaciones bruscas de los puntos de caudal idóneo

Generalmente las bombas centrífugas no son capaces de

soportar fluctuaciones

continuas, generando muchas vibraciones, fallas

mecánicas y rodamientos.

Aquí se pueden apreciar, como

terminan las bombas, debido a

las fluctuaciones por la variación en las pérdidas de carga.

BIBLIOGRAFIA

MANUEL VIEJO ZURUCARAY, Bombas: Teoría, Diseño Y Aplicación, Ed. LIMUSA OÑATE, Esteban. "Energía hidráulica" Ed. Paraninfo, Madrid 1992 POTTER, Merle. "Mecánica de Fluidos". Ed. Prentice Hall. México 1998 OKISHI. "Mecánica de Fluidos". Ed Mc Graw Hill. Barcelona 1999. ROCA, Felip, "Oleohidráulica Básica". Ed. Alfaomega. Barcelona 1999.