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SELECCIN Y APLICACIN DE BOMBASProfesor: Santos Flores Teodomiro - Curso: Mecnica de fluidos

PARAMETROS INVOLUCRADOS EN LA SELECCIN DE BOMBASAl seleccionar una bomba para una aplicacin especifica, debe considerar los factores siguientes:

Naturaleza del liquido por bombearCapacidad requerida (flujo volumtrico)Condiciones del lado de succin (entrada) de la bombaCondiciones del lado de descarga (salida) de la bombaCarga total sobre la bombaTipo de sistema donde la bomba impulsa el fluidoTipo de fuente de potencia (motor elctrico, motor disel, etc.)Limitaciones de espacio, peso y posicinCondiciones ambientalesCosto de adquisicin e instalacin de la bombaCosto de operacin de la bombaCdigos y estndares gubernamentales

Despus de seleccionar la bomba debe especificarse lo siguiente:

Tipo de bomba y su fabricanteTamao de la bombaTamao de la conexin de succin y su tipo (bridada, atornillada y otras)Tamao y tipo de la conexin de descargaVelocidad de operacinEspecificaciones para el impulsor (por ejemplo: para un motor elctrico potencia que requiere, velocidad, voltaje, fase, frecuencia, tamao del chasis y tipo de cubierta)Tipo de acoplamientos, fabricante y numero de modeloDetalles de montajeMateriales y accesorios especiales que se requiere, si hubiera algunoDiseo y materiales del sello del eje

Los catlogos de bombas y los representantes del fabricante proporcionan la informacin necesaria para seleccionar y cumplir las especificaciones de las bombas y el equipo accesorio.

TIPOS DE BOMBASEs comn que se clasifiquen las bombas como de desplazamiento positivo o cinticas; en la tabla de la derecha se muestra varios tipos de cada una.

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVOLo ideal es que las bombas de desplazamiento positivo enven una cantidad fija de fluido en cada revolucin del rotor o eje impulsor de la bomba. La capacidad de la bomba solo se ve afectada en forma moderada por los cambios de presin, debido a deslizamientos pequeos ocasionados a su vez por las holguras entre la carcasa y el rotor, pistones, aspas y otros elementos activos. La mayora de las bombas de desplazamiento positivo operan con lquidos de un rango amplio de viscosidades.

BOMBAS DE ENGRANESEn la figura 1 se muestra la configuracin mas comn de una bomba de engranes que se usa para aplicaciones en potencia de fluidos, y para distribuir lubricantes a componentes especficos de maquinaria. Se compone de dos engranes que giran dentro de una carcasa, en sentido contrario y muy ajustados uno con el otro. La periferia exterior de los dientes del engrane se ajusta muy bien con la superficie interior de la carcasa. Se lleva fluido del almacenamiento del suministro al puerto de succin, y se conduce en los espacios entre los dientes al puerto de descarga, desde donde se enva a alta presin al sistema.

Figura 1. Bomba de engranes

BOMBAS DE PISTONLa figura 2 muestra una bomba de pistn axial, que utiliza una placa de derrame giratoria que acta como leva, para hacer reciprocar los pistones. Los pistones llevan en forma alternada fluido al interior de sus cilindros a travs de sus vlvulas de succin, y luego lo fuerzan a salir por vlvulas de descarga contra la presin del sistema.

Figura 2. Bomba de pistn

BOMBAS DE ASPASLa bomba de aspas, que tambin se utiliza para potencia de fluido ( figura 3), consiste en un rotor excntrico que contiene un conjunto de aspas deslizantes que corren dentro de una carcasa. Un anillo de levas en la carcasa controla la posicin radial de las aspas. El fluido entra por el puerto de succin en el lado izquierdo, despus es capturado en un espacio entre dos aspas sucesivas, y as se lleva al puerto de descarga a la presin del sistema.FIGURA 3. Bomba de aspas

BOMBAS DE TORNILLOUna desventaja de las bombas de engranes, pistn y aspas es que distribuyen un flujo por impulsos hacia la salida, debido a que cada elemento funcional mueve un elemento, volumen capturado, de fluido de la succin a la descarga. Las bombas de tornillo no tienen este problema. En la figura 4 se ilustra una bomba de tornillo donde el rotor de impulso central, semejante a una espiral, se acopla muy bien con los dos rotores impulsados, con lo que crea un confinamiento dentro de la carcasa que se mueve en forma axial de la succin a la descarga, y proporciona un flujo uniforme continuo.FIGURA 4. Bomba de tornillo

BOMBAS DE CAVIDAD PROGRESIVALa bomba de cavidad progresiva de la figura 5 tambin produce un flujo suave que no pulsa, y se utiliza sobre todo para enviar fluidos de procesos, mas que en aplicaciones hidrulicas. Conforme el rotor central grande gira dentro del estator, se forman cavidades que avanzan hacia el extremo de descarga de la bomba que mueve el material en cuestin. Es comn que el rotor este hecho de una placa de acero con capas gruesas de cromo duro, con el fin de aumentar la resistencia a la abrasin.FIGURA 5. Bomba de cavidad progresiva

BOMBAS DE LOBULOLa bomba de lbulo (vea la figura 6), llamada a veces bomba de levas, opera en forma similar a la de engranes. Los dos rotores que giran en sentido contrario tienen dos, tres o mas lbulos que coinciden uno con otro y se ajustan muy bien en su contenedor. El fluido se mueve alrededor de la cavidad formada entre los lbulos contiguos.FIGURA 6. Bomba de lbulo

BOMBAS DE PISTON PARA TRANSFERENCIA DE FLUIDOSLas bombas de pistn para transferencia de fluidos se clasifican como simplex (de actuacin nica) o dplex (de actuacin doble), y aparecen en la figura 7. En principio son similares a las bombas de pistn de potencia de fluido, pero es comn que tengan una capacidad de flujo mayor y operen a presiones bajas. Adems, por lo general operan por medio de un impulsor tipo cigeal, en lugar de la placa de derrame descrita antes.FIGURA 7. Bombas de pistn para transferencia de fluidos

BOMBAS DE DIAFRAGMAEn la bomba de diafragma de la figura 8, una barra reciprocante mueve un diafragma flexible dentro de una cavidad, con lo que descarga fluido conforme aqul se mueve a la izquierda, y lo empuja cuando va hacia la derecha, en forma alternada. Una ventaja de este tipo de bomba es que solo el diafragma entra en contacto con el fluido, con lo que se elimina la contaminacin provocada por los elementos de operacin. Las vlvulas de succin y descarga se abren y cierran en forma alternada.FIGURA 8. Bomba de diafragma

BOMBAS PERISTLTICASLas bombas peristlticas (vea la figura 9) son nicas en cuanto a que el fluido se captura por completo dentro de un tubo flexible a travs del ciclo de bombeo. El tubo se dirige entre un conjunto de rodillos giratorios y una carcaza fija. Los rodillos exprimen el tubo y atrapan un volumen dado entre los rodillos adyacentes. El diseo en verdad elimina la posibilidad de que el producto se contamine, lo que hace atractivas estas bombas para las aplicaciones qumicas, mdicas, procesamiento de alimentos, de impresin , tratamientos de aguas, industriales y cientficas.FIGURA 9. Bomba peristltica

DATOS DE RENDIMIENTO PARA BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVOLas caractersticas de operacin de la bombas de desplazamiento positivo hacen que sean tiles para manejar fluidos como el agua, aceites hidrulicos en sistemas de fluidos de potencia, productos qumicos, pintura, gasolina, grasas, adhesivos y ciertos productos alimenticios. Debido a que el envo es proporcional a la velocidad rotacional del rotor, puede emplearse para fines de medicin. En general, se utilizan para aplicaciones de presin elevada que requieren un envo constante, relativamente.

Alguna desventajas de ciertos diseos son los pulsos de salida, susceptibilidad al dao por slidos y abrasivos y la necesidad de una vlvula de alivio.

En su forma mas sencilla , la bomba reciproca emplea (vea la figura 7) un pistn que mueve el fluido hacia un cilindro, a travs de una vlvula de entrada conforme el pistn se aleja de sta. Despus, cuando el pistn se mueve hacia delante, la vlvula de entrada se cierra y el fluido es empujado por una vlvula de descarga. Una bomba as se denomina smplex, y su curva de descarga versus el tiempo se parece a la que se presenta en la figura 10(a). Es frecuente que la distribucin intermitente que resulta sea indeseable. Si el pistn es de accin doble o dplex, uno de sus lados impulsa el fluido mientras que el otro lo recibe, lo que da como resultado la curva de rendimiento que se aprecia en la figura 10(b).RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS RECIPROCANTESFIGURA 10. Distribucin con bombas smplex y dplex.

RENDIMIENTO DE LA BOMBA ROTATORIAEs comn que la eficiencia de las bombas de desplazamiento positivo se reporte de dos maneras, como se ilustra en la figura 11. La eficiencia volumtrica es una medida de la relacin de flujo volumtrico entregado por la bomba a la entrega terica, con base en el desplazamiento por revolucin de bomba, multiplicado por la velocidad de rotacin. La eficiencia global es una medida de la relacin de la potencia transmitida al fluido a la potencia de entrada a la bomba. En la eficiencia global se incluye la eficiencia volumtrica, la friccin mecnica de la partes mviles y las perdidas de energa del fluido conforme se mueve a travs de la bomba.FIGURA 11. Curvas de rendimiento para una bomba rotatoria de desplazamiento positivo

BOMBAS CINETICASLa bombas cinticas agregan energa al fluido cuando lo aceleran con la rotacin de un impulsor. La figura 12 muestra la configuracin bsica de una bomba centrfuga de flujo radial, que es el tipo mas comn de bomba cintica. El fluido se lleva al centro de impulsor y despus es lanzado hacia afuera por las aspas. Al salir del impulsor, el fluido pasa por una voluta en forma de espiral, donde baja en forma gradual y ocasiona que parte de la energa cintica se convierta e presin del fluido.FIGURA 12. Bomba centrfuga

La figura 13 muestra el diseo bsico de impulsores de flujo radial, axial y mixto. El tipo de impulsor que la bomba tenga (flujo axial) depende de la accin hidrodinmica de las aspas del impulsor para elevar y acelerar el fluido en forma axial, a lo largo de una trayectoria paralela al eje de ste. La bomba de flujo mixto incorpora ciertas acciones tanto del tipo centrfugo radial como del impulsor.FIGURA 13. Impulsores para bombas cinticas

BOMBAS DE CHORROLas bombas de chorro, que se utilizan con frecuencia en sistemas hidrulicos domsticos, estn compuestas por una bomba centrfuga junto con un ensamble de chorro o eyector. La figura 14 muestra una configuracin comn de una bomba de chorro de pozo profundo, donde la bomba principal y el motor se encuentra a nivel del terreno en la boca del pozo, y el ensamble del chorro est abajo, cerca del nivel del agua.FIGURA 14. Bomba de chorro de pozo profundo

Si el pozo es superficial, menos de 20 pies entre la bomba y el nivel del agua, el ensamble del chorro puede construirse en el cuerpo de la bomba. As el agua se elevara por medio de una sola tubera de succin, como se muestra en la figura 15.FIGURA 15. Bomba de chorro de pozo superficial

BOMBAS SUMERGIBLESLas bombas sumergibles estn diseadas de modo que pueda sumergirse todo el conjunto de la bomba centrfuga, el motor impulsor y los aparatos de succin y descarga. La figura 16 muestra un diseo porttil que se instala en un tubo confinante gracias a su carcasa cilndrica de dimetro pequeo. Estas bombas son tiles para retirar el agua que no se desea en sitios de construccin, minas, servicios stanos, tanques industriales y bodegas en barcos de cargas.FIGURA 16. Bomba sumergible porttil

BOMBAS CENTRFUGAS PEQUEASHay unidades pequeas para usarse en aparatos chicos como lavadoras de ropa y de trastos, as como para productos de escala pequea.BOMBAS DE AUTOARRANQUEEn la figura 17 se ilustra uno de varios estilos de bombas de autoarranque. La cmara grande de entrada conserva alguna cantidad de lquido durante los perodos en que esta apagada. Cuando arranca, el impulsor comienza a jalar aire y agua de la tubera de succin hacia la carcasa. Cierta cantidad del agua que se bombea vuelve a circular, con objeto de mantener la accin de bombeo.FIGURA 17. Bomba de autoarranque. (1) Carcasa de la entrada de succin, (2) impulsor, (3) sello del eje mecnico, (4) eje.

BOMBAS VERTICALES DE TURBINAEs frecuente que el bombeo del fluido de un tanque se realice de mejor modo por medio de una bomba vertical de turbina, como la que se presenta en la figura 18. La bomba se monta directamente sobre el tanque, en una brida soportando la carga de descarga donde est conectada la tubera de salida. En el extremo inferior de una tubera pesado que se extiende al tanque estn montados impulsores mltiples en serie.FIGURA 18. Bomba vertical de turbina

BOMBAS CENTRIFUGAS DE MOLINOCuando es necesario bombear lquidos que contienen una variedad de slidos, una buena solucin es utilizar una bomba con un molino integrado a ella. En la figura 19 se ilustra un diseo que se apoya en el fondo de un tanque o cisterna y maneja efluentes del drenaje, lavado de ropa o trastos, u otra clase de agua residual.FIGURA 19. Bomba centrifuga de molino

DATOS DE RENDIMIENTO DE BOMBAS CENTRFUGASFIGURA 20. Curva de rendimiento de una bomba centrfuga-carga total versus capacidad

Para operar con xito una bomba, tambin son importantes la eficiencia y la potencia requeridas. La figura 21 presenta una medicin mas completa de rendimiento de una bomba.FIGURA 21. Curvas de rendimiento de una bomba centrfuga

LEYES DE AFINIDAD PARA BOMBAS CENTRFUGAS

DATOS DEL FABRICANTE DE BOMBAS CENTRFUGASDebido a que es posible utilizar dimetros de impulsor y velocidades distintos, los fabricantes de bombas cubren un rango amplio de requerimientos de capacidad y carga con unos cuantos tamaos bsicos de bombas. En la figura 22 se muestra una grfica compuesta de rendimiento de una lnea de bombas, la cual permite determinar con el rapidez el tamao de la bomba.FIGURA 22. Grfica compuesta de rendimiento para una lnea de bombas centrfugas

EFECTO DEL TAMAO DEL IMPULSOREn la figura 23 se muestra cmo varia el rendimiento de una bomba dada conforme cambia el tamao del impulsor.FIGURA 23. Ilustracin del rendimiento de una bomba para dimetros diferentes del impulsor. Grfica de rendimiento de una bomba centrfuga de 2 x 3 10, a 3500 rpm.

EFECTO DE LA VELOCIDADEn la figura 24 se muestra el rendimiento de la misma bomba de 2 x 3 10, cuando opera a 1750 rpm (velocidad de un motor estndar de cuatro polos), en lugar de 3500 rpm.FIGURA 24. Rendimiento de una bomba centrfuga de 2 x 3 10, cuando opera a 1750 rpm.

POTENCIA REQUERIDALa figura 25 es la misma que la 22, solo que se agreg las curvas que muestran la potencia que se requiere para impulsar la bomba.FIGURA 25. Ilustracin del rendimiento de una bomba para dimetros diferentes del impulsor, con la potencia requerida. Se trata de una grfica del rendimiento de una bomba centrfuga de 2 x 3 10, a 3500 rpm.

EFICIENCIALa figura 26 es la misma que la 23, solo que se agreg las curvas de eficiencia constante. La eficiencia mxima para esta bomba es de 57%, aproximadamente.FIGURA 26. Ilustracin del rendimiento de una bomba para dimetros diferentes del impulsor, con la eficiencia. Es una grafica del rendimiento de una bomba centrfuga de 2 x 3 10, a 3500 rpm.

CARGA DE SUCCIN NETA POSITIVA QUE SE REQUIEREFIGURA 27. Ilustracin del rendimiento de una bomba para dimetros diferentes del impulsor, con la carga de succin neta positiva que se requiere. Es una grafica del rendimiento de una bomba centrfuga de 2 x 3 10, a 3500 rpm.

GRAFICAS DE RENDIMIENTO COMPUESTOLa figura 28 rene todo estos datos en una grfica, de modo que el usuario vea todos los parmetros importantes a la vez.FIGURA 28. Grfica del rendimiento de una bomba compuesta de 2 x 3 10, a 3500 rpm.

GRAFICAS ADICIONALES DE RENDIMIENTOLas figuras 29 a 34 muestran las grficas compuestas de rendimiento de otras seis bombas centrfugas de tamao medio.

FIGURA 30. Rendimiento de una bomba centrfuga de 3 x 4 10, a 1750 rpm.

FIGURA 31. Rendimiento de una bomba centrfuga de 3 x 4 13, a 1780 rpm

FIGURA 32. Rendimiento de una bomba centrfuga de 6 x 8 17, a 1780 rpm

FIGURA 33. Rendimiento de una bomba centrfuga de 2 x 3 8, a 3560 rpm.

Las figuras 35 y 36 ilustran dos curvas de rendimiento adicionales para bombas centrfugas mas pequeas.FIGURA 35. Bomba centrfuga modelo TE-5.5.

FIGURA 36. Bomba centrfuga modelo TE-6.

EL PUNTO DE OPERACIN DE UNA BOMBA Y LA SELECCIN DE ESTAEl punto de operacin de una bomba se define como el flujo volumtrico que enviara cuando se instale en un sistema dado. La carga total que desarrolla la bomba se determina por medio de la resistencia del sistema que corresponde a la misma del flujo volumtrico. La figura 37 ilustra este concepto.

FIGURA 37. Punto de operacin de una bomba.

CARGA DE SUCCIN NETA POSITIVA

NPSH