Instituto Tecnológico de Toluca
Ingeniería Química
Procesos de Separación 1
Tarea 3:
“Clasificación de bombas”
Presenta:
Martínez Terrazas David
Profesora:
Yenissei M. Hernández Castañeda
S.E.P. S.E.S.T.N.M. T.N.M.
Toluca, Edo. Mexico, Septiembre 2015
Introducción.
Siempre que tratemos temas como procesos químicos, y de cualquier circulación de fluidos estamos, de alguna manera entrando en el tema de bombas. El funcionamiento en si de la bomba será el de un convertidor de energía, o sea, transformara la energía mecánica en energía cinética, generando presión y velocidad en el fluido. Existen muchos tipos de bombas para diferentes aplicaciones. Los factores más importantes que permiten escoger un sistema de bombeo adecuado son: presión última, presión de proceso, velocidad de bombeo, tipo de gases a bombear (la eficiencia de cada bomba varía según el tipo de gas).
Las bombas se clasifican en tres tipos principales: 1. De émbolo alternativo
2. De émbolo rotativo 3. Rotó dinámicas
Bomba: es una máquina hidráulica 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. 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.
Bombeo: es la adición de energías cinética y potencial a un líquido con el fin de moverlo de un punto a otro (circular por una tubería o subir a una mayor altura). Por convección se habla de bombeo cuando se trata de líquidos y los aparatos reciben el nombre de bombas. Los gases tienen una densidad y viscosidad menores y una mayor compresibilidad, de manera que se utilizan diferentes aparatos para impulsarlos. Dependiendo del incremento de presión deseado, se utilizan ventiladores, sopladores y compresores para suministrar energía a los gases.
Los medios comúnmente utilizados son:
Gravedad
Desplazamiento
Fuerza centrífuga
Fuerza electromagnética
Transferencia de momento, impulso mecánico
Combinaciones de estos seis medios básicos.
Después de la gravedad el medio más empleado actualmente es la fuerza centrífuga.
Clasificación de bombas:
La principal clasificación de las bombas se realiza atendiendo al principio de funcionamiento en el que se basan. Se pueden considerar dos grandes grupos:
De desplazamiento positivo: Las bombas de este tipo son bombas de desplazamiento que crean la succión y la descarga, desplazando agua con un elemento móvil. El espacio que ocupa el agua se llena y vacía alternativamente forzando y extrayendo el líquido mediante movimiento mecánico. El término “positivo”, significa que la presión desarrollada está limitada solamente por la resistencia estructural de las distintas partes de la bomba y la descarga no es afectada por la carga a presión sino que está determinada por la velocidad de la bomba y la medida del volumen desplazado.
Las bombas de desplazamiento positivo funcionan con bajas capacidades y altas presiones en relación con su tamaño y costo. Este tipo de bomba resulta el más útil para presiones extremadamente altas, para operación manual, para descargas relativamente bajas, para operación a baja
velocidad, para succiones variables y para pozos profundos cuando la capacidad de bombeo requerida es muy poca.
Bombas rotatorias: consisten en una caja fija que contiene engranes, aspas u otros dispositivos que rotan, y que actúan sobre el líquido atrapándolo en pequeños volúmenes entre las paredes de la caja y el dispositivo
que rota, desplazando de este modo el líquido de manera similar a como lo hace el pistón de una bomba reciprocante. Pero las bombas rotatorias en vez de suministrar un flujo pulsante como sucede con las bombas reciprocantes, descargan un flujo uniforme, por el movimiento de rotación de los engranes que es bastante rápido. Las bombas
rotatorias se usan generalmente para aplicaciones especiales, con líquidos viscosos, pero realmente pueden bombear cualquier clase de líquidos, siempre que no contengan sólidos en suspensión. No obstante, debido a su construcción, su uso más común, es como bombas de circulación o transferencia de líquidos.
Dentro de las ventajas y las desventajas de este tipo de bombas podemos encontrar las siguientes:
☆ Son de acción positiva
☆ Desplazamiento rotativo
☆ Flujo uniforme
☆ Construcción compacta
☆ Carga alta
☆ Descarga relativamente baja
☆ Velocidades de operación de moderadas a altas
☆ Pocas partes móviles
☆ Requieren toda la potencia para llevarlas a su velocidad de operación
☆ Flujo constante dentro de ciertos límites para carga variable
☆ Aspiración limitada
Bombas reciprocantes: En las bombas reciprocantes el pistón crea un vacío parcial dentro del cilindro permitiendo que el agua se eleve ayudada por la presión atmosférica. Como hace falta un espacio determinado de tiempo para que se llene el cilindro, la cantidad de agua que entra al espacio de desplazamiento dependerá de la velocidad de la bomba, el tamaño de las válvulas de entrada y la efectividad del material sellante de las válvulas y del pistón. Debido a la resistencia friccional que se desarrolla en sus partes en movimiento, las bombas reciprocantes tienen una eficiencia relativamente baja; las pérdidas en las correas, los engranes y las chumaceras se añaden a la resistencia de las partes móviles para dar un rendimiento bajo en proporción a la potencia suministrada por la unidad motriz.
Las válvulas de las bombas de pistón son de dos tipos las de succión, que permiten la entrada al espacio de desplazamiento, y las de descarga, que dejan que el agua pase hacia el tubo de descarga, Estas válvulas operan por la fuerza que ejerce sobre ellas el peso del agua, o por la acción ejercida por elemento de desplazamiento.
De pistón: durante la carrera de descenso del pistón, se abre la válvula de admisión accionada por el vacío creado por el propio pistón, mientras la de descarga se aprieta contra su asiento, de esta forma se llena de líquido el espacio sobre él. Luego, cuando el pistón sube, el incremento de presión cierra la válvula de admisión y
empuja la de escape, abriéndola, con lo que se produce la descarga. La repetición de este ciclo de trabajo produce un bombeo pulsante a presiones que pueden ser muy grandes. Dada la incompresibilidad de los líquidos no pueden funcionar con el conducto de salida cerrado, en tal caso, se produciría o bien la rotura de la bomba, o se detiene completamente la fuente de movimiento.
De potencia: es una máquina alternativa de velocidad constante, par motor constante y capacidad casi constante, cuyos émbolos o pistones se mueven por medio de un cigüeñal, a través de una fuente motriz externa. La capacidad de la bomba varía con el número de émbolos o pistones. En general, mientras mayor sea el número, menor es la variación en capacidad, a un número dado de rpm. La bomba se diseña para una velocidad, presión, capacidad y potencia específicas. La bomba puede aplicarse a condiciones de potencia menores que las del punto específico de diseño, pero con sacrificio de la condición más económica de operación. De doble acción: este tipo de bombas desplaza el fluido
hasta la superficie, en los dos recorridos ascendentes y descendentes.
De diafragma: el elemento de bombeo en este caso es un diafragma flexible, colocado dentro de un cuerpo cerrado que se acciona desde el exterior por un mecanismo reciprocante. Este movimiento reciprocante hace aumentar y disminuir el volumen debajo del diafragma, observe que un par de válvulas convenientemente colocadas a la entrada y la salida fuerzan el líquido a circular en la dirección de bombeo. Como en las bombas de diafragma no hay piezas friccionantes, ellas encuentran aplicación en el bombeo
de líquidos contaminados con sólidos, tal como los lodos, aguas negras y similares.
Dentro de las ventajas de las bombas reciprocantes podemos mencionar:
Alta presión disponible
Autocebantes (dentro de ciertos límites)
Flujo constante para cargas a presión variable
Adaptabilidad a ser movidas manualmente o por motor Las desventajas son:
Baja descarga
Baja eficiencia comparada con las bombas centrifugas Muchas partes móviles
Requieren mantenimiento a intervalos frecuentes Succión limitada
Costo relativamente alto para la cantidad de agua suministrada
Requieren un torque considerable para llevarlas a su velocidad
Flujo pulsante en la descarga
Las bombas de desplazamiento positivo tienen la ventaja de que para poder trabajar no necesita “cebarse”, es decir, no es necesario llenar previamente el tubo de succión y el cuerpo de la bomba para que ésta pueda iniciar su funcionamiento, tal como acontece en las bombas centrifugas. En las bombas de desplazamiento positivo, a medida que la bomba por sí misma va llenándose de líquido, éste va desalojando el aire contenido en la tubería de succión, iniciándose el escurrimiento a través del sistema cuando ha acabado de ser desalojado el aire.
Dinámicas: son en las cuales se añade energía
continuamente, para incrementar las velocidades de los fluidos dentro de la máquina a valores mayores de los que existen en la descarga, de manera que la
subsecuente reducción en velocidad dentro, o más allá de la bomba, produce un incremento en la presión.
Bombas de efecto especial: son las bombas capaces de soportar el servicio con metales líquidos y también se
conocen como bombas
electromagnéticas. La fuerza impulsora en estas bombas no proviene de un sistema impulsor mecánico a base de pistón, sino que proviene de la aplicación inteligente de los principios del electromagnetismo. Los metales
líquidos son conductores eléctricos, si por ellos circula una corriente eléctrica en presencia de un cuerpo magnético, se produce el mismo fenómeno que ocurre en los motores eléctricos.
Bomba periférica: Son también conocidas como bombas tipo turbina, de vértice y regenerativas, en este tipo se producen remolinos en el líquido por medio de los álabes a velocidades muy altas, dentro del canal anular donde gira el impulsor. El líquido va recibiendo impulsos de energía No se debe confundir a las bombas tipo difusor de pozo profundo,
llamadas frecuentemente
bombas turbinas aunque no se asemeja en nada a la bomba periférica.
Bombas centrífugas: son aquellas en las que el fluido ingresa por el eje y sale siguiendo una
trayectoria periférica por la tangente. Estas bombas son de gran importancia en el trasiego de fluidos, debido a su capacidad de producir vacío, con lo cual se puede empujar el fluido hacia donde se desee transportar. Existen distintos tipos de bombas las cuales tienen distintas funciones, dependiendo del tipo
de fluido, de la temperatura a la cual se va a transportar y la que se soportará presión.
Las bombas centrifugas son máquinas de gran velocidad en comparación con las de movimiento alternativo, rotativas o de desplazamiento. Funcionan a altas velocidades, acopladas directamente al motor de accionamiento, consiguiendo que las pérdidas por transmisión sean mínimas.
Estas son las bombas que más se aplican en la industria gracias a sus múltiples ventajas, entre las cuales podemos encontrar:
Son aparatos giratorios.
No tienen órganos articulados y los mecanismos de acoplamiento son muy sencillos.
La impulsión eléctrica del motor que la mueve es bastante sencilla.
Para una operación definida, el gasto es constante y no se requiere dispositivo regulador.
Se adaptan con facilidad a muchas circunstancias. Además se unen las siguientes ventajas económicas:
El precio de una bomba centrifuga es relativamente menor
Utilizan menos espacio
El peso es menor y por lo tanto las cimentaciones también lo son.
El mantenimiento de una bomba centrifuga sólo se reduce a renovar el aceite de las chumaceras, los empaques del presa-estopa y el número de elementos a cambiar es muy pequeño.
Una bomba centrífuga es una máquina con carcasa tipo voluta, o sea, forma de caracol, con impulsor o rodete de álabes radiales cerrado o abierto, el que recibe rotación del eje horizontal. La aspiración del líquido es en forma axial, o frontal al impulsor. La descarga del líquido es en forma radial o vertical al eje de la bomba. Según el tipo de motor acoplado, se denomina al conjunto electrobomba cuando el motor es eléctrico, y motobomba cuando es a combustión.
Carcasa
Rotor (Impulsor y eje)
Difusor
Empaque y prensaestopa
Motor y soporte del mismo
Elementos de sujeción
Carcasa tipo voluta: La función de la carcasa es 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. La mayoría de las carcasas son fabricadas en fierro fundido para agua potable, pero tienen limitaciones con líquidos agresivos (químicos, aguas residuales, agua de mar). Otro material
usado es el bronce. También se usa el acero inoxidable si el líquido es altamente corrosivo.
Impulsor o rodete: es el corazón de la bomba centrifuga. Recibe el líquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba. El rodete va unido solidariamente al eje y es la parte móvil de la bomba. Para el bombeo de agua potable en pequeños, medianos y gran caudal, se usan rodetes centrífugos de álabes radiales y semi axiales. Fabricados en fierro, bronce acero inoxidable, plásticos.
Eje: es una pieza en forma de barra de sección circular no uniforme que se fija rígidamente sobre el impulsor y le
transmite la fuerza del elemento motor. Las bombas centrífugas para agua se clasifican atendiendo a la posición del eje en bombas de eje horizontal y bombas de eje vertical.
Difusor: El difusor junto con el rodete, están encerrados en una cámara, llamada carcasa. Está formado por unos álabes fijos divergentes, que al incrementarse la
sección de la carcasa, la velocidad del agua irá disminuyendo lo que contribuye a transformar la energía cinética en energía de presión, mejorando el rendimiento de la bomba.
Empaque y prensaestopa: la función de estos es evitar el flujo hacia afuera del líquido
bombeado a través del orificio por donde pasa el eje de la bomba y el flujo del aire hacia el interior de la bomba. La prensaestopa se encarga de hacer presión sobre los empaques, es una pieza metálica que se mueve por medio de tornillos.
Motor y partes que lo conforman: es una máquina capaz de transformar energía eléctrica en energía mecánica. De todos los tipos de motores este es el más usado, debido a las ventajas de la energía eléctrica (bajo costo, facilidad de transporte).
Eje rotor: Eje que transmite la potencia mecánica desarrollada por el motor. El centro o núcleo está formado por chapas de acero magnético tratadas para reducir las pérdidas en el hierro. El núcleo del rotor aloja en su interior una bobina o anillo en corto circuito fabricado en aluminio.
Estator: Compuesto por una carcasa que es la estructura soporte del conjunto, construido en fierro fundido o aluminio, tiene aletas de refrigeración. En su interior está alojado el bobinado monofásico o trifásico, de alambre de cobre esmaltado con barniz a base de poliéster lo que garantiza una excelente aislación y resistencia mecánica. Esta alambrado sobre un núcleo de chapas en acero magnético.
Ventilador.- Turbina acoplada al eje del rotor, garantiza la refrigeración por aire del motor enfriando las aletas disipadoras de energía calórica que posee el estator. Fabricado en polipropileno.
Caja de conexión: Caja donde se alojan los bornes de conexión construidos de bronce y cobre de alta conductibilidad, que permiten conectar la energía eléctrica al motor, el block aislante es fabricado en plástico de gran resistencia eléctrica y mecánica.
Rodamientos.- El eje rotor del motor está montado sobre rodamientos en cada extremo, estos son de bolitas o esferas de gran vida útil (20.000 horas de trabajo). Son sellados y lubricados para largos periodos de trabajo.
