1.
1. ¿Qué es
¿Qué es una bomba
una bomba y cuando
y cuando se emplean éstas
se emplean éstas?
?
Una bomba es un aparato que entra dentro de la clasificación de las
Una bomba es un aparato que entra dentro de la clasificación de las
turbomáquinas las cuales alteran el movimiento de un f
turbomáquinas las cuales alteran el movimiento de un f luido no confinado de tal
luido no confinado de tal
forma que se transmite un torque a un rotor o se desarrolla un empuje
forma que se transmite un torque a un rotor o se desarrolla un empuje
propulsor. Estos dispositivos aumentan la energía mecánica del fluido. El
propulsor. Estos dispositivos aumentan la energía mecánica del fluido. El
aumento de energía puede emplearse para incrementar la velocidad, la presión
aumento de energía puede emplearse para incrementar la velocidad, la presión
o la altura del fluido. El método más. corriente de comunicar energía es por
o la altura del fluido. El método más. corriente de comunicar energía es por
medio de un desplazamiento positivo o de una acción centrífuga suministrados
medio de un desplazamiento positivo o de una acción centrífuga suministrados
por fuerzas exteriores
por fuerzas exteriores. Estos
. Estos étodos conduc
étodos conducen a las dos c
en a las dos clases principales
lases principales de
de
aparatos para el movimiento de fluidos: en primer lugar, los que aplican
aparatos para el movimiento de fluidos: en primer lugar, los que aplican
directamente presión al fluido, y en segundo lugar, los que producen rotación
directamente presión al fluido, y en segundo lugar, los que producen rotación
por medio de un par de fuerzas. En el primer grupo están incluidos los aparatos
por medio de un par de fuerzas. En el primer grupo están incluidos los aparatos
de presión y, en el segundo, las bombas centrífugas, soplantes y compresores.
de presión y, en el segundo, las bombas centrífugas, soplantes y compresores.
Por otra parte, en los aparatos que comunican presión por desplazamiento
Por otra parte, en los aparatos que comunican presión por desplazamiento
positivo, la fuerza puede ser aplicada al fluido, bien por medio de un émbolo
positivo, la fuerza puede ser aplicada al fluido, bien por medio de un émbolo
que acciona dentro de un cilindro,
que acciona dentro de un cilindro, o bien por dispositivos giratorios de
o bien por dispositivos giratorios de presión.
presión.
2. Hacer una clasificación sobre los diferentes tipos de bombas y
2. Hacer una clasificación sobre los diferentes tipos de bombas y
criterios de selección.
criterios de selección.
Bombas de desplazamiento positivo.
Bombas de desplazamiento positivo. En el primer gran tipo de bombas unEn el primer gran tipo de bombas un volumen determinado de líquido queda encerrado en una cámara que, volumen determinado de líquido queda encerrado en una cámara que, alternativamente, se llena desde la entrada y se vacía a una presión más alta a alternativamente, se llena desde la entrada y se vacía a una presión más alta a través de la descarga. Existen dos subclases de bombas de desplazamiento través de la descarga. Existen dos subclases de bombas de desplazamiento positivo. En las bombas alternativas la cámara es un cilindro estacionario que positivo. En las bombas alternativas la cámara es un cilindro estacionario que contiene un émbolo, mientras que en las bombas rotatorias la cámara se mueve contiene un émbolo, mientras que en las bombas rotatorias la cámara se mueve desde la entrada hasta la descarga y regresa nuevamente a la entrada.
desde la entrada hasta la descarga y regresa nuevamente a la entrada. Bombas
Bombas alternativasalternativas.. Las bombas de émbolo, de émbolo macizo y de diafragma,Las bombas de émbolo, de émbolo macizo y de diafragma, son ejemplos de bombas alternativas. En una bomba de émbolo el líquido pasa a son ejemplos de bombas alternativas. En una bomba de émbolo el líquido pasa a través de una válvula de entrada al interior del cilindro mediante la acción de un través de una válvula de entrada al interior del cilindro mediante la acción de un émbolo y posteriormente es forzado a través de una válvula de descarga durante émbolo y posteriormente es forzado a través de una válvula de descarga durante la carrera de retroceso. La mayor parte de las bombas de émbolo son de doble la carrera de retroceso. La mayor parte de las bombas de émbolo son de doble efecto, es decir, el
efecto, es decir, el líquido es admitido alternativamenlíquido es admitido alternativamente a cada te a cada lado del émbolo, delado del émbolo, de forma que una parte del cilindro se está llenando mientras la otra se está vaciando. forma que una parte del cilindro se está llenando mientras la otra se está vaciando. Con frecuencia se utilizan dos o más cilindros en paralelo con cabezales de Con frecuencia se utilizan dos o más cilindros en paralelo con cabezales de succión y descarga comunes, y la configuración de los pistones se ajusta con el fin succión y descarga comunes, y la configuración de los pistones se ajusta con el fin de minimizar las fluctuaciones del flujo
de minimizar las fluctuaciones del flujo de descarga. El pistón puede ser de descarga. El pistón puede ser accionadoaccionado por un motor a través de una caja reductora o bien puede utilizarse una conexión por un motor a través de una caja reductora o bien puede utilizarse una conexión directa a un cilindro accionado por vapor. La presión máxima de descarga de directa a un cilindro accionado por vapor. La presión máxima de descarga de bombas de émbolo comerciales es del orden de 50 atm.
bombas de émbolo comerciales es del orden de 50 atm.
La eficacia mecánica de las bombas alternativas varía entre 40 y 50 por 100 para La eficacia mecánica de las bombas alternativas varía entre 40 y 50 por 100 para bombas pequeñas y entre 70 y 90 por 100 para las más grandes. Dicha eficacia es bombas pequeñas y entre 70 y 90 por 100 para las más grandes. Dicha eficacia es prácticamente independiente de la velocidad dentro de los límites normales de prácticamente independiente de la velocidad dentro de los límites normales de operación y disminuye ligeramente al aumentar la presión de descarga debido a operación y disminuye ligeramente al aumentar la presión de descarga debido a las fugas y la fricción adicional.
las fugas y la fricción adicional. Bombas rotatorias.
Bombas rotatorias. Existe una gran variedad de bombas rotatorias deExiste una gran variedad de bombas rotatorias de desplazamiento positivo. Tienen nombres como, bombas de engranaje, de lóbulo, desplazamiento positivo. Tienen nombres como, bombas de engranaje, de lóbulo, de
de
husillo, excéntricas y de paletas. . Al contrario que las bombas alternativas, las husillo, excéntricas y de paletas. . Al contrario que las bombas alternativas, las rotatorias no contienen válvulas de retención. Cuanto mejor sea el ajuste entre las rotatorias no contienen válvulas de retención. Cuanto mejor sea el ajuste entre las partes móviles y las partes estacionarias menores son las fugas desde la cámara partes móviles y las partes estacionarias menores son las fugas desde la cámara de descarga hacia la de succión; por otra parte, esto limita también la velocidad de de descarga hacia la de succión; por otra parte, esto limita también la velocidad de
operación. Las bombas rotatorias trabajan mejor con fluidos limpios y moderadamente viscosos, tales como aceites lubricantes ligeros. Puede operarse con presiones de descarga superiores a 200 atm.
Bombas centrífugas. En la segunda clase más importante de bombas, la energía mecánica del líquido se aumenta por acción centrífuga. El líquido penetra a través de una unión de succión, concéntrica con el eje de una pieza que gira a gran velocidad, llamada impulsor o rodete. El rodete está provisto de álabes radiales solidarios con el mismo. El líquido circula hacia fuera, por el interior de los espacios que existen entre los álabes, y abandona el rodete con una velocidad mucho mayor que a la entrada del mismo. En una bomba que funciona normalmente, el espacio comprendido entre los álabes está totalmente lleno de líquido que circula sin cavitación. El líquido que sale periféricamente del rodete se recoge en una carcasa en espiral, llamada voluta, y sale de la bomba a través de un conducción tangencial de descarga. En la voluta, la carga de velocidad del líquido procedente del rodete, se convierte en carga de presión. El fluido recibe energía del rodete, que a su vez es transmitida al mismo mediante el par de un eje giratorio, generalmente accionado mediante conexión directa a un motor
de velocidad constante, del orden de 1750 rpm. En condiciones ideales de flujo sin fricción, el rendimiento mecánico de una bomba centrífuga es evidentemente del 100 por 100 y q = 1. Una bomba ideal que opera con una velocidad determinada, genera una velocidad de descarga constante para cada carga específica. Las bombas reales, debido a la fricción y a otras deficiencias, tienen un rendimiento algo menor. Las bombas centrífugas constituyen, en la práctica, el tipo más corriente de aparatos de bombeo.
Bombas centrífugas de múltiple etapa. La máxima carga que se puede generar con un solo rodete está limitada por la velocidad periférica que razonablemente puede alcanzarse. Cuando se necesita una carga superior a aproximadamente 20 a 30 m, pueden acoplarse en serie dos o más rodetes sobre un solo eje para formar una bomba de múltiple etapa. La descarga procedente de la primera etapa constituye la succión de la segunda; la descarga de ésta, la succión de la tercera, y así sucesivamente. Las cargas desarrolladas por cada una de las etapas se suman para dar lugar a una carga total que es varías veces la de una sola etapa.
Bombas de cebado. La carga teórica desarrollada por una bomba centrífuga, depende de la velocidad del rodete, del radio del mismo y de la velocidad del fluido que sale del rodete. Si estos factores son constantes, la carga desarrollada es la misma, cualquiera que sea el peso específico del fluido y es igual para líquidos y gases. El aumento de presión, sin embargo, es igual al producto de la carga esarrollada por el peso específico del fluido. Una bomba centrífuga que operase con aire no podría elevar el líquido desde una conducción de succión inicialmente vacía, ni hacerlo circular a través de la línea llena de líquido. Una bomba con aire en su carcasa, se dice que está «taponada con aire» y no puede funcionar hasta que el aire haya sido reemplazado por líquido. El aire puede ser desalojado cebando la bomba desde un tanque auxiliar de cebado, conectado a la tubería de succión o bien introduciendo líquido en la misma mediante un dispositivo de vacío independiente. Existen, por otra parte, varios tipos de bombas de autocebado. Las bombas de desplazamiento positivo comprimen el gas hasta una presión de descarga deseada y no están sometidas a «taponamiento con aire».
3. ¿Qué información solicita el fabricante para recomendar la bomba
adecuada?
En general el fabricante requiere de los siguientes parámetros del sistema
donde se pretende instalar una bomba:
Gasto (gal/min), Carga total (ft), Temperatura (°F), Densidad relativa del fluido a
temperatura de trabajo, Viscosidad del fluido a la temperatura de trabajo y el
NPSH disponible (ft).
Además de otros datos como la presión de vapor a la temperatura de bombeo,
las presiones de succión y descarga, la presión diferencial y la potencia
hidráulica.
Una gráfica de velocidad específica contra diámetro específico resulta de gran
utilidad para la selección preliminar de una bomba centrífuga de una velocidad.
4. ¿Qué es cabeza del sistema (H
sist)? ¿Y cómo se calcula?
La cabeza del sistema es el trabajo que se necesita suministrar para poder
mover el fluido dentro de un determinado sistema.
Se calcula mediante un balance de energía mecánica en el sistema.
En ella se consideran todas las pérdidas por fricción, caídas de presión etc. que
pueden impedir el flujo del fluido por el sistema.
5. Para un arreglo en paralelo, ¿cuál sería el comportamiento de la
cabeza del sistema?
En un arreglo en paralelo la cabeza total es igual a la cabeza de cada bomba
para el flujo que se maneja
La cabeza total de la bomba disminuye a medida que aumenta el gasto,
mientras que la del sistema se incrementa.
6. Para un arreglo en serie, ¿cuál sería la ecuación que representa la
cabeza del sistema (H
sist)?
7. Explicar la gráfica H vs Q para un sistema en serie y en paralelo.
Para un sistema en paralelo la cabeza total es igual a la suma de las cabezas
de cada una de las bombas en el sistema, mientras que para el arreglo en serie
la cabeza total es igual que las cabezas de las bombas, pero el caudal total es
la suma de los caudales de cada una de las bombas. Estas consideraciones se
hacen cuando las bombas empleadas tienen las mismas especificaciones, es
decir, que sean iguales.
8. ¿Qué criterio se debe utilizar para seleccionar un arreglo en serie o
en paralelo?
Cuando se necesita aumentar la carga o cabeza del sistema manteniendo
constante el gasto se opta por un arreglo en serie.
Por otro lado cuando se necesita aumentar el gasto del sistema manteniendo
constante la cabeza del sistema se elige el arreglo en paralelo.
Esto se logra utilizando bombas idénticas.
9. Cuáles son las ventajas o desventajas de los sistemas en serie y en
paralelo.
El funcionamiento de una bomba (en un sistema que tiene dos o más bombas
en serie o en paralelo o combinación de ellas) se altera en forma grave con el
funcionamiento de las otras bombas.
Una o más bombas en serie se pueden dañar por la pérdida de NPSH debida a
la falla de una bomba de corriente arriba.
En las bombas en serie puede seguir un flujo reducido aunque una de ellas no
funcione. Este flujo por la bomba ociosa hará que el impulsor gire en sentido
opuesto y que se aflojen las tuercas que sujetan el impulsor y las camisas en el
eje. Cuando se vuelve a poner en marcha la bomba ociosa, las piezas flojas la
dañarán en un corto tiempo.
Para ambos sistemas se tiene la ventaja de que resulta más económico instalar
dos o más bombas en serie o en paralelo que emplear una bomba más grande.
10. ¿Qué es potencia al freno y cómo se calcula?
La potencia real (o potencia al freno de una bomba) es la siguiente:
Donde H = cabeza o carga Q = Caudal
ρ = densidad del fluido η = eficiencia
S = densidad relativa
11. ¿Cuál es el comportamiento del sistema si las bombas son
diferentes (para serie y paralelo)?
Cuando en un sistema dado se colocan varias bombas en serie, el punto de
funcionamiento no es la suma de las alturas que cada bomba daría si
estuviese conectada al circuito ella sola (no vencería la diferencia de altura),
debido a que si se tiene una bomba con una cierta carga seguida de otra
con menor carga, el arreglo se vería limitado por esta última. En el caso de
un sistema en paralelo ocurre algo similar solo que en este caso no lograría
alcanzar el caudal deseado, ya que de igual manera el arreglo se vería
limitado por la bomba que maneje un menor caudal, además de que en el
nodo el caudal más grande podría sobreponerse al menor y causar que el
fluido se desplace hacia otras partes del sistema.
Bibliografía.
1. Kenneth J. Bombas. Selección uso y mantenimiento. McGrawHill. México. 2. Mc Cabe L. Warren. Operaciones Unitarias en IQ. 4ta.ed. McGrawHill.
España. 1991.
3. Valiente Barderas Antonio. Problemas de Flujo de Fluidos. 2da. Ed. Limusa. México. 2000.
