Mecanismos de Bombeo

7/29/2019 Mecanismos de Bombeo

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MECANISMOS

DE BOMBEO

2013

ANTONIO ROS MORENO


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MANTENIMIENTO"Cuando todo va bien, nadie recuerda que existe"

"Cuando algo va mal, dicen que no existe"

"Cuando es para gastar, se dice que no es necesario"

"Pero cuando realmente no existe, todos concuerdan en que debera existir"

A.SUTE


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1.-MECANISMOS DE BOMBEO

1.1.- Introduccin1.2.- Bombas volumtricas o de desplazamiento positivo1.3.- Bombas de energa cintica1.4.- Caractersticas de las bombas


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1. MECANISMOS DE BOMBEO1.1.Introduccin

Todos los procesos industriales que sostienen nuestra civilizacin incluyen latransferencia de lquidos desde un nivel de presin o energa esttica a otro y, como

resultado de ello, las bombas se han convertido en una parte esencial de todos los

procesos industriales; es decir, las bombas son una parte integral de todo el desarrollo

moderno, tanto econmico como social.

Una bomba es un dispositivo empleado para elevar, transferir o comprimir

lquidos y gases, en definitiva son mquinas que realizan un trabajo para mantener un

lquido en movimiento. Consiguiendo as aumentar la presin o energa cintica del

fluido.

Se tiene constancia de la existencia de algn tipo de bomba sobre el 300 A.C.,

Arqumedes (matemtico y fsico griego) construy una de diseo sencillo, aunque poco

eficiente, con un tornillo que gira en una carcasa e impulsa el lquido.

Hay una diversidad de mecanismos de bombeo (bombas), cuya capacidad,

diseo y aplicacin cubren un amplio rango que va desde pequeas unidades utilizadas

para dosificacin de cantidades mnimas, hasta bombas centrifugas que son capaces de

manejar grandes volmenes para surtir de agua a las grandes concentraciones urbanas.

Su variedad de diseos cubren desde diferentes principios de operacin, hasta bombasespeciales para manejo de sustancias tan diversas como el agua, metales fundidos,

concreto, etc., gastos diferentes y materiales de construccin.

Debido a la diversidad de bombas ya mencionadas, hay muchas formas de

clasificar las bombas. Por rangos de volmenes a manejar, por fluidos a mover, etc. Sin

embargo, la clasificacin ms general es en funcin de la forma en que las bombas

imprimen el movimiento al fluido, separndose en dos tipos principales:

Bombas volumtricas o de desplazamiento positivo, entre las que se encuentran

por ejemplo las alternativas, rotativas y las neumticas, pudiendo decir a modo de

sntesis que son bombas de pistn, cuyo funcionamiento bsico consiste en recorrer un

cilindro con un vstago.

Bombas dinmicas o de energa cintica: fundamentalmente consisten en un

rodete que gira acoplado a un motor. Entre ellas se sitan las regenerativas, las

especiales, las perifricas o de turbinas y una de las ms importantes, las centrfugas.


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Las del primer grupo operan sobre el principio de desplazamiento positivo, es

decir, que bombean una determinada cantidad de fluido (sin tener en cuenta las fugas

independientemente de la altura de bombeo).

El segundo tipo debe su nombre a un elemento rotativo, llamado rodete, que

comunica velocidad al lquido y genera presin. La carcasa exterior, el eje y el motor

completan la unidad de bombeo.

En todos los tipos de bombas para lquidos deben emplearse medidas para evitar

el fenmeno de la cavitacin, que es la formacin de un vaco que reduce el flujo y daa

la estructura de la bomba.

Clasificacin de Bombas:

La clasificacin anterior, nos permite apreciar la gran diversidad de tipos que

existen y si a ello agregamos materiales de construccin, tamaos diferentes para

manejo de gastos y presiones sumamente variables y los diferentes lquidos a manejar,etc., entenderemos la importancia de este tipo de maquinaria.


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Dentro de sta clasificacin los tipos de bombas ms comnmente utilizadas son

las llamadas Centrfugas, Alternativas (reciprocantes) y Rotatorias, y en ellas

concentraremos ste estudio.

1.2.Bombas volumtricas o de desplazamiento positivoEn la bomba volumtrica el desplazamiento del lquido se realiza mediante un

proceso, en el que se verifica el desalojo peridico del lquido contenido en unas

cmaras de trabajo, mediante un dispositivo que las desplaza, que es un rgano de

trabajo, (pistn, engranaje, etc.), con unos espacios que comunican, peridicamente, la

cavidad de recepcin del lquido o cmara de aspiracin, con la cavidad de descarga o

cmara de impulsin, pudiendo tener una o varias cmaras de trabajo.

El funcionamiento consiste en el paso peridico de determinadas porciones de

lquido, desde la cavidad de aspiracin, a la de descarga de la bomba, con un aumento

de presin; el paso del lquido por la bomba volumtrica, a diferencia del paso por los

labes de una bomba centrfuga, es siempre ms o menos irregular, por lo que en

general, el caudal se considerar como el valor medio del caudal trasegado.

La cavidad de aspiracin tiene que estar, siempre, hermticamente aislada de la

de descarga o impulsin; a veces se puede admitir la existencia de pequeas filtraciones

de lquido a travs de las holguras, deslizamiento, aunque en proporciones muypequeas frente al suministro de la bomba.

En general, todas las bombas volumtricas son autoaspirantes, o autocebantes,

por lo que si comienzan a funcionar con aire, sin lquido, pueden llegar a crear una

rarificacin tan grande capaz de succionar al lquido por la tubera de aspiracin, con la

condicin de que la altura geomtrica de aspiracin no sobrepase un cierto valor,

propiedad que se puede perder cuando la hermeticidad o el nmero de revoluciones son

insuficientes.

En las bombas de desplazamiento positivo existe una relacin directa entre elmovimiento de los elementos de bombeo y la cantidad de lquido movido.

En el mercado puede encontrarse una amplia diversidad de bombas siendo los

tipos bsicos los que relatamos seguidamente, aunque existen muchas variaciones y

modificaciones de estos tipos bsicos.

Alternativas:

- De pistn

- De mbolo- De diafragma


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Rotativas:

- Engranajes

- Tornillo

- Paletas

- Levas

- Especiales

Bombas neumticas:

- Son bombas de desplazamiento positivo en las que la energa

de entrada es neumtica, normalmente a partir de aire comprimido.

En todas estas bombas, el lquido se descarga en una serie de pulsos, y no deforma continua, por lo que hay que tener cuidado para que no aparezcan condiciones de

resonancia en los conductos de salida que podran daar o destruir la instalacin. En las

bombas alternativas se colocan con frecuencia cmaras de aire en el conducto de salida

para reducir la magnitud de estas pulsaciones y hacer que el flujo sea ms uniforme.

Una de las ms importantes en esta clasificacin son las alternativas y las rotativas, de

las cuales haremos una breve descripcin:

1.- BOMBAS ALTERNATIVAS RECIPROCANTES

Como su nombre lo indica, producen el bombeo de fluidos con base a un

movimiento reciprocante de uno o varios pistones, siendo por ello tambin bombas de

desplazamiento positivo.

Las bombas alternativas estn formadas por un pistn que oscila en un cilindro

dotado de vlvulas para regular el flujo de lquido hacia el cilindro y desde l. Estas

bombas pueden ser de accin simple o de accin doble:

En una bomba de accin simple el bombeo slo se produce en un lado del

pistn, como en una bomba aspirante comn, en la que el pistn se mueve arriba y abajo

manualmente. El lquido se impulsa nicamente durante media vuelta de la manivela,

por cuanto, en la segunda media vuelta, el lquido se aspira, existiendo en consecuencia

una gran irregularidad en el suministro.

En una bomba de doble accin, el bombeo se produce en ambos lados del

pistn, como por ejemplo en las bombas elctricas o de vapor para alimentacin de

calderas, empleadas para enviar agua a alta presin a una caldera de vapor de agua.

Estas bombas pueden tener una o varias etapas. Las bombas alternativas de etapas

mltiples tienen varios cilindros colocados en serie.Para la bomba de doble efecto, elsuministro durante una vuelta se reduce por dos veces a cero, y tambin, por dos veces,


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alcanza el valor mximo, siendo su irregularidad menor que para el caso de simple

efecto, pero an as es demasiado grande, por cuanto la presin del lquido junto al

mbolo vara fuertemente debido a la corriente irregular en las tuberas.

Figura 153.- Bomba Alternativa de Pistn

Durante el movimiento acelerado del mbolo, y en consecuencia, del lquido en

la tubera de aspiracin, tiene lugar una cada de presin junto al mbolo que puede

provocar cavitacin, e incluso, separacin del lquido de la superficie del mbolo,

consumindose una potencia suplementaria en el aumento peridico de las prdidas de

carga por rozamiento del lquido contenido en las tuberas de aspiracin e impulsin.

Las bombas de mbolo pueden crear presiones de miles de atmsferas, siendo

de entre todas las bombas existentes, las que poseen mayor impulsin; normalmente

funcionan con nmeros de revoluciones bajos, del orden de 300 a 500 rpm, ya que si las

revoluciones son ms altas, se puede llegar a alterar el funcionamiento normal de las

vlvulas de aspiracin e impulsin; debido a esta marcha lenta, sus dimensiones resultan

bastante mayores que las de una bomba centrfuga que funcione en las mismas

condiciones de caudal y altura manomtrica.

Aunque las bombas de mbolo alternativo han sido separadas en la mayora de

los campos de aplicacin por las bombas rotodinmicas, mucho ms adaptables, todava

se emplean ventajosamente en muchas operaciones industriales especiales.

Ocasionalmente, las bombas alternativas estn provistas de un diafragma

flexible recprocamente en vez de un mbolo o pistn, con lo cual se elimina la friccin

y las fugas en el punto donde el mbolo atraviesa la caja de empaque. Un ejemplo de

esta bomba queda ilustrado en la figura 154, en la cual el movimiento del diafragma es

obtenido mediante una cama excntrica y una palanca; las vlvulas de succin y de

descarga trabajan en forma ordinaria. Tales bombas son muy comunes en la actualidad

Esquema de una bomba de Pistn


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para levantar combustible de los tanques posteriores de los automviles a los

carburadores de los mismos.

Figura 154.- Bomba Alternativa de Diafragma

2.- BOMBAS DE MBOLO ROTATIVO

Estas bombas no tienen vlvulas ni partes reciprocantes, el movimiento del

lquido es efectuado por la accin combinada de dos elementos giratorios semejantes a

las ruedas dentadas. Es una bomba muy simple, fiable, econmica y poco sensible a la

suciedad.

Mientras los engranajes giran, y los dientes en el lado de succin se acercan al

punto de engrane de la ruedas, se crea un vaco y el fluido fluye hacia el espacio entre

los flancos de los dientes y la pared de la carcasa. El fluido en las cmaras es

transportado hacia el lado de presin de la bomba. All los dientes engranan y el fluido

es forzado a salir desde el espacio entre los dientes hacia el puerto de descarga de la

bomba. El engrane entre dientes evita que el fluido fluya del lado de presin al lado de

succin. As el fluido es llevado del lado de succin al lado de presin a lo largo de la

pared del alojamiento de los engranajes. Para evitar la cavitacin, la presin en el lado

de succin de la bomba no deber exceder los 0.1 0.2 bar. por debajo de la presin

atmosfrica.

Esquema de una bomba de Diafragma


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Figura 155.- Bomba de mbolo Rotativo

Las bombas rotativas pertenecen a una clase de bombas volumtricas que en la

actualidad tienen una amplia gama de aplicaciones en la construccin de maquinaria; las

diversas bombas que componen este grupo se diferencian sustancialmente en su diseo

y construccin, pero tienen muchas caractersticas comunes, como la traslacin de las

cmaras de trabajo desde la cavidad de admisin de la bomba hasta la de impulsin, o el

movimiento absoluto giratorio, o el ms complicado de avance y giro de los elementos

mviles.

El caudal es uniforme y no hay vlvulas. Este tipo de bombas es eminentemente

adecuado para pequeos caudales (menores de 1 pie3/s y el lquido viscoso). Las

variables posibles son muy numerosas.

El proceso de trabajo de la bomba rotativa consta fundamentalmente de tresetapas:

a) Llenado de las cmaras de trabajo por el lquido

b) Cierre de las cmaras de trabajo, aislndose las cavidades de aspiracin yde impulsin, y trasladando el lquido de una a otra.

c) Desalojo del lquido de las cmaras de trabajo

Las bombas rotativas se pueden clasificar atendiendo a diversas caractersticas

peculiares de las mismas:

a) Segn el tipo de movimiento absoluto de los rganos mviles, se dividen enrotatorias y de corredera.

Esquema de Bomba Rotatoria


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En las rotatorias, los rganos mviles realizan nicamente un movimientogiratorio respecto a sus ejes, teniendo como apoyos los cojinetes fijos.

En las de corredera, los rganos mviles giran respecto al eje del estator, altiempo que realizan un movimiento rectilneo de vaivn respecto al rotor; segn el tipo

de cierre de las cmaras de trabajo y la forma de los elementos mviles, las bombas de

corredera se dividen en bombas de aletas, Fig. 156, y en rotativas de mbolo, Fig. 157.

b) Segn la forma con que se trasladan las cmaras de trabajo, es decir, segnel movimiento del lquido desalojado en la bomba, pueden ser planas y helicoidales.


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En las bombas rotatorias planas, la traslacin de las cmaras de trabajo, (y enconsecuencia la del propio lquido), se realiza en un plano normal al eje de rotacin del

rotor, siendo la ms interesante la de engranajes, Fig. 158.

En las bombas rotativas helicoidales, la traslacin de las cmaras de trabajo serealiza a lo largo del eje de rotacin del rotor, siendo la ms interesante la de tornillos,

Fig. 159.


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c) Segn la variabilidad del volumen trasegado en cada revolucin, odesplazamiento, pueden ser de desplazamiento fijo y de desplazamiento variable.

En las de desplazamiento variable, lo que se hace es modificar la excentricidad

del rotor.

En muchas aplicaciones hay que variar el caudal, lo cual se puede lograr

variando n (nmero de revoluciones por minuto del cigeal), que no es recomendable,o variando el desplazamiento, como ya se ha indicado, que es lo ms frecuente.

1.3.Bombas de energa cinticaEn este tipo de bombas la energa es comunicada al fluido por un elemento

rotativo que imprime al lquido el mismo movimiento de rotacin, transformndose

luego, parte en energa y parte en presin. El caudal a una determinada velocidad de

rotacin depende de la resistencia al movimiento en la lnea de descarga.

La bomba rotodinmica es capaz de satisfacer la mayora de las necesidades de

la ingeniera y su uso est muy extendido.

Su campo de utilizacin abarca desde abastecimientos pblicos de agua, drenajes

y regados, hasta transporte de hormign o pulpas.

Los diversos tipos se pueden agrupar en:

Perifricas o de turbinas.

Centrfugas:

- Radiales

- Diagonales

- Axiales

Especiales.

Las centrfugas son el tipo ms corriente de bombas rotodinmicas, y se

denomina as porque la cota de presin que crean es ampliamente atribuible a la accin

centrfuga.


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1.- BOMBAS PERIFRICAS

Son tambin conocidas como bombas tipo turbina, de vrtice y regenerativas, en

este tipo se producen remolinos en el lquido por medio de los labes a velocidades muy

altas, dentro del canal anular donde gira el impulsor. El lquido va recibiendo impulsos

de energa 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 perifrica.

La verdadera bomba turbina es la usada en centrales hidroelctricas tipo embalse

llamadas tambin de Acumulacin y Bombeo, donde la bomba consume potencia; en

determinado momento, puede actuar tambin como turbina para entregar potencia.

El elemento bsico de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas,

hlices, cuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia, de tal forma que el

fluido en movimiento produce una fuerza tangencial que impulsa la rueda y la hacegirar. Esta energa mecnica se transfiere a travs de un eje para proporcionar el

movimiento de una mquina, un compresor, un generador elctrico o una hlice.

Se han diseado turbinas que actan como bombas cuando funcionan a la

inversa, invirtiendo el generador elctrico para que funcione como un motor. Dado que

no es posible almacenar la energa elctrica de forma econmica, este tipo de bombas

turbina se utiliza para bombear agua hacia los embalses, aprovechando la energa

elctrica generada por las centrales nucleares y trmicas durante las horas de poco

consumo. El agua embalsada se emplea de nuevo para generar energa elctrica durante

las horas de consumo elevado. En los ltimos aos se han desarrollado turbinas para

cadas de hasta 600 m y con capacidades de ms de 400 MW.

Su diseo conjuga el principio de centrifugacin con el principio de

desplazamiento positivo. La turbina, impulsora es un disco slido con un gran nmero

de labes rectos, dispuestos en forma radial. Dicha turbina est contenida en una cmara

que tiene un canal circular situado en ambos lados de la misma. El fluido ingresante por

la tobera de aspiracin es conducido por los labes durante casi una vuelta completa

hasta la tobera de salida, en su camino por efecto de la fuerza centrfuga el fluido es

impulsado hacia la periferia del canal, producindose una recirculacin entre labe ycanal, equivalente a sucesivas etapas de compresin de una bomba centrfuga.

2.- BOMBAS CENTRFUGAS

Este tipo de bomba est compuesta por una cmara en forma de caracol que en

su interior posee un disco central llamado rodete. Este a su vez posee pequeas aletas

llamadas alabes. Este mecanismo de impulsin permite que el lquido obtenga energa

cintica y la transforme en energa de presin para as aumentar la velocidad de flujo. El

lquido al chocar con las paredes de la cmara, disminuye su velocidad haciendo que se


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pierda energa. En este tipo de bombas, el fluido ingresa a sta por el eje y sale

siguiendo una trayectoria perifrica por la tangente.

Algunas de las caractersticas de estas bombas son las siguientes:

Descarga de flujo continuo, sin pulsaciones. Puede bombear todo tipo de lquidos, sucios abrasivos, con slidos, etc. Altura de succin mxima del orden de 4.5 metros de columna de agua. Rangos de presin de descarga hasta de 150 kg/cm2. Rangos de volmenes a manejar hasta de 20,000 m3/hr.

Las bombas centrfugas, debido a sus caractersticas, son las bombas que ms se

aplican en la industria. Las razones de estas preferencias son las siguientes:

No tienen rganos articulados y los mecanismos de acoplamiento son muysencillos.

La impulsin elctrica del motor que la mueve es bastante sencilla. Para una operacin definida, el gasto es constante y no se requiere dispositivo

regulador.

Se adaptan con facilidad a muchas circunstancias.Aparte de las ventajas ya enumeradas, se unen las siguientes ventajas

econmicas:

El precio de una bomba centrfuga es aproximadamente del precio de labomba de mbolo equivalente.

El espacio requerido es aproximadamente 1/8 del de la bomba de mboloequivalente.

El peso es muy pequeo y por lo tanto las cimentaciones tambin lo son.El mantenimiento de una bomba centrfuga slo se reduce a renovar el aceite de

las chumaceras, los empaques de la presa-estopa y el nmero de elementos a cambiar es

muy pequeo.

Uno de sus pocos inconvenientes es la necesidad de cebado previo alfuncionamiento, ya que las bombas centrfugas, al contrario que las de desplazamiento

positivo, no son autoaspirantes.

Un fsico francs fue el primero que ide las caractersticas esenciales de este

tipo de bomba, la cual ha ido evolucionando a travs de numerosos patentes. As como

la turbina Francis evolucion hacia la turbina a hlice, con la necesidad de generar ms

revoluciones, las bombas centrfugas evolucionaron a las bombas de hlice o de flujo

axial, como inconveniencia de ir aumentando el dimetro del eje del rotor, para permitir

el ingreso de mayores caudales.


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As cuando se desea obtener mayores caudales se dispone de unos o ms rotores

sobre el mismo rbol motor.

Figura 160.- Bomba Centrfuga

La misin de las bombas centrfugas es mover un cierto volumen de lquido

entre dos niveles, por tanto son mquinas hidrulicas que transforman un trabajo

mecnico en otro de tipo hidrulico.

Los elementos que forman una instalacin de este tipo son:

a) Una tubera de aspiracin, que concluye prcticamente en la brida deaspiracin.

b) Un impulsor o rodete, formado por un conjunto de labes que pueden adoptardiversas formas segn la misin que vaya a desarrollar la bomba. Estos labes giran

dentro de una carcasa circular. El rodete es accionado por un motor, y va unido

solidariamente al eje, siendo este la parte mvil de la bomba.

El lquido penetra axialmente por la tubera de aspiracin hasta la entrada del

rodete, experimentando un cambio de direccin ms o menos brusco, pasando a radial,

en las bombas centrfugas, o permaneciendo axial en las axiales, acelerndose y

absorbiendo un trabajo.

Los labes del rodete someten a las partculas de lquido a un movimiento de

rotacin muy rpido, siendo estas partculas proyectadas hacia el exterior por la fuerza

centrfuga, creando as una altura dinmica, de tal forma que las partculas abandonan elrodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando tambin su presin en el impulsor


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segn la distancia al eje. La elevacin del lquido se produce por la reaccin entre ste y

el rodete sometido al movimiento de rotacin.

c) La voluta es una parte fija que est dispuesta en forma de caracol alrededordel rodete a su salida, de tal manera que la separacin entre ella y el rodete es mnima

en la parte superior, y va aumentando hasta que las partculas lquidas se encuentran

frente a la abertura de impulsin.

Su misin es la de recoger el lquido que abandona el rodete a gran velocidad,

cambiar la direccin de su movimiento y encaminarle hacia la brida de impulsin de la

bomba.

La voluta es tambin un transformador de energa, ya que frena la velocidad del

lquido, transformando parte de la energa dinmica creada en el rodete en energa de

presin, que crece a medida que el espacio entre el rodete y la carcasa aumenta, presinque se suma a la alcanzada por el lquido en el rodete.

En algunas bombas existe, a la salida del rodete, una corona directriz de labes

que gua al lquido antes de introducirlo en la voluta.

d) Una tubera de impulsin, instalada a la salida de la voluta, por la que ellquido es evacuado a la presin y velocidad creadas en la bomba.

Fig. 161. Bomba centrfuga, disposicin, esquema y perspectiva


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Este es, en general, el funcionamiento de una bomba centrfuga aunque existen

distintos tipos y variantes.

La estructura de las bombas centrfugas es anloga a la de las turbinas

hidrulicas, salvo que el proceso energtico es inverso; en las turbinas se aprovecha la

altura de un salto hidrulico para generar una velocidad de rotacin en la rueda,

mientras que en las bombas centrfugas la velocidad comunicada por el rodete al lquido

se transforma, en parte, en presin, logrndose as su desplazamiento y posterior

elevacin.

Los principales tipos de bombas centrfugas son:

A)Radiales, axiales y diagonales.

B)De impulsor abierto, semiabierto y cerrado.

C)Horizontales y verticales.

A) BOMBAS RADIALES, AXIALES Y DIAGONALES

Se ha considerado como bombas centrfugas desde las propiamente centrfugas o

radiales, en las que la energa se cede al lquido esencialmente mediante la accin de la

fuerza centrfuga, hasta las axiales, en las que la energa se cede al lquido por la

impulsinejercida por los labes sobre el mismo.

En las bombas centrfugas radiales la corriente lquida se verifica en planos

radiales, en las axiales en superficies cilndricas alrededor del eje de rotacin y en las

diagonales radial y axialmente, denominndose tambin de flujo mixto.

B) BOMBAS DE IMPULSOR ABIERTO, SEMIABIERTO Y CERRADO

Teniendo en cuenta su diseo mecnico o estructural, se pueden distinguir tres

tipos de impulsores:

B.1) De labes aislados (abiertos)

B.2) Con una pared o disco lateral de apoyo (semiabiertos)

B.3) Con ambas paredes laterales (cerrados).

Esta clasificacin es independiente de la ms general, que se refiere al tipo de

diseo hidrulico, por lo que en esta nueva clasificacin puede haber impulsores

centrfugos y de flujo mixto, abiertos, semiabiertos o cerrados.


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Los impulsores axiales, por su misma estructura, slo pueden ser semiabiertos o

cerrados, ya que sus labes se pueden considerar como apoyados lateralmente en el eje

de rotacin, que hace las veces de cubo del impulsor, como si fuese la pared posterior de

los radiales y diagonales.

B.1) IMPULSORES ABIERTOS.- En un impulsor abierto, los labes desnudosvan unidos nicamente al eje de giro y se mueven entre dos paredes laterales fijas

pertenecientes a la carcasa de la bomba, con tolerancias laterales lo ms estrechas

posibles para evitar fugas.

Esta construccin es mecnicamente dbil, por el largo voladizo en que trabajan

los labes, por lo que estos impulsores disponen siempre de una fraccin de pared

posterior para dar a los labes la rigidez necesaria, Fig. 164. En la prctica no se hace

distincin entre impulsores abiertos y semiabiertos, designando a ambos como abiertos,


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en oposicin a los cerrados. Los impulsores abiertos se utilizan en algunas bombas

radiales pequeas y para el bombeo de lquidos abrasivos.

B.2) IMPULSORES SEMIABIERTOS.- Los impulsores con una sola paredlateral, que siempre es la posterior, se emplean con cierta frecuencia, destacando las

bombas de flujo mixto y todas las axiales. Al igual que en los abiertos, su buen

rendimiento est basado en una tolerancia lateral muy estrecha, del orden de 0,3 mm,

que evita fugas de la periferia al centro y en los canales del impulsor entre s. Estas

fugas son tanto mayores cuanto menos viscoso es el lquido por lo que con lquidos algoviscosos el caudal y la altura pueden aumentar, a pesar de las mayores prdidas por

rozamiento, lo que les hace ms apropiados que los abiertos para trabajar con lquidos a

altas temperaturas.

El desgaste del impulsor es proporcional a la velocidad relativa del lquido y no

es radialmente uniforme, sino algo mayor en la periferia; cuando el juego lateral se hace

grande por el desgaste, hay que cambiar el impulsor.

Para el servicio con lquidos abrasivos algunas veces se disponen placas

laterales de desgaste de fcil intercambio, construidas con materiales especiales como elacero inoxidable que tiene mayor dureza, que no resulta costoso, ya que la carcasa de la

bomba sigue siendo de fundicin.

La escasa tolerancia lateral del impulsor hace que una posible desviacin del eje

pueda tener graves consecuencias, al igual que las dilataciones o contracciones

anormales, que en esta situacin tienen mucha mayor importancia que en los impulsores

cerrados.

El empuje axial en los impulsores abiertos es mayor que en los cerrados, puesla parte anterior est sometida a una presin media menor; para paliar este defecto se les


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provee de labes posteriores Fig. 165, que disminuyen en gran manera la presin media

en la cara posterior. Tambin sirven para evitar que el lquido quede estancado cerca del

eje y empaquetaduras, ya que si el lquido fuese abrasivo podra resultar muy

perjudicial.

Las ventajas del impulsor abierto sobre el cerrado son:

La menor tendencia a obstruirse que le hace adecuado para lquidos sucios.

El menor roce hidrulico del disco, al tener slo una pared girando, de lo que

se deduce un buen rendimiento.

Una mayor accesibilidad de los labes para el mecanizado, lo que permite

conseguir mejores acabados.

Una mayor facilidad de construccin, con modelos ms sencillos, por lo que se

puede utilizar una mayor variedad de materiales constructivos con un coste menor de

fabricacin.

Aunque al principio los impulsores se hacan abiertos, de doble aspiracin, hoyen da han cado en desuso por dificultades de ajuste y slo se fabrican los de aspiracin

simple.

B.3) IMPULSORES CERRADOS.- Los impulsores cerrados tienen los labescolocados entre dos paredes laterales, anterior o de aspiracin y posterior, Fig. 164. El

estrecho margen de tolerancias existente para evitar fugas de retroceso entre la

impulsin y la aspiracin suele ser axial y est constituida por unas superficies anulares

muy prximas, situadas alrededor del orificio de aspiracin (odo del impulsor) y

formadas por los aros de cierre, uno montado en la carcasa y el otro que gira montado

en el impulsor.


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La principal ventaja de esta solucin es que los aros de cierre se pueden cambiarfcilmente cuando se desgastan, recuperando la tolerancia primitiva, evitando as fugas

mayores.

Respecto al desgaste, se pueden hacer de materiales especiales para condicionesde funcionamiento y servicio particularmente duras.

A menudo, en vez de estos aros dobles se utiliza slo un aro montado en la

carcasa, de forma que la superficie rozante mvil pertenece al propio impulsor; en estos

casos, en el impulsor se deja material suficiente para poder rectificar su superficie

desgastada, si procede, cambiando el aro de la carcasa por uno nuevo de dimetro

ligeramente diferente, de forma que deje el juego conveniente con el impulsor.

Los impulsores de doble aspiracin llevan aros de cierre en los dos odos; susventajas son, ausencia de empuje axial, una menor NPSHr (altura neta de succin

positiva requerida) y una mayor capacidad de aspiracin. Se pueden considerar como

dos impulsores de aspiracin simple, opuestos y en paralelo.

Los impulsores de simple aspiracin, cuando estn provistos en la parteposterior de una cmara de equilibrado del empuje hidrulico axial en comunicacin

con la aspiracin a travs de los agujeros de equilibrio, slo tienen aros a ambos lados,

lo que implica una desventaja para el equilibrado que, hidrulicamente, es bastante

eficaz.

Los impulsores cerradospueden resistir mucho mejor cualquier flexin del eje,o contracciones y dilataciones mayores de las previstas, por lo que son ms adecuados

para servicios de altas temperaturas.


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Tienen la desventaja de que sus canales son normalmente inaccesibles para

cualquier tipo de mecanizado, lo que exige mtodos constructivos especiales ms

difciles que en los abiertos.

Hidrulicamente, el rozamiento de disco al tener el impulsor dos paredes, es

doble que en los abiertos, pero las prdidas volumtricas son menores.

La posibilidad de obstruccin con lquidos sucios es mayor y para ello se

disean impulsores especiales con odo de gran rea, canales lo ms amplios posibles,

pequeo nmero de labes, 2 3, y stos con los bordes de entrada redondeados.

C) BOMBAS HORIZONTALES Y VERTICALES

El eje de rotacin de una bomba puede ser horizontal o vertical, (rara vezinclinado). De esta disposicin se derivan diferencias estructurales en la construccin de

la bomba que a veces son importantes, por lo que tambin las aplicaciones de los dos

tipos de construccin suelen ser, a menudo, distintas y bien definidas.

C.1) BOMBAS HORIZONTALES.- La disposicin del eje de giro horizontalpresupone que la bomba y el motor se hallan a la misma altura; ste tipo de bombas se

utiliza para funcionamiento en seco, exterior al lquido bombeado que llega a la bomba

por medio de una tubera de aspiracin.

Las bombas centrfugas, sin embargo, no deben rodar en seco, ya que necesitan

del lquido bombeado como lubricante entre aros rozantes e impulsor, y entre

empaquetadura y eje.

Figura 167.- SECCIN TRANSVERSAL DE UNA BOMBA CENTRIFUGA HORIZONTAL MODERNA


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Como no son autoaspirantes requieren, antes de su puesta en marcha, el estar

cebadas; esto no es fcil de conseguir si la bomba no trabaja en carga, estando por

encima del nivel del lquido, que es el caso ms corriente con bombas horizontales,

siendo a menudo necesarias las vlvulas de pie, (aspiracin), y los distintos sistemas de

cebado.

Como ventajas especficas se puede decir que las bombas horizontales, (excepto

para grandes tamaos), son de construccin ms barata que las verticales y,

especialmente, su mantenimiento y conservacin es mucho ms sencillo y econmico;

el desmontaje de la bomba se suele hacer sin necesidad de mover el motor y al igual que

en las de cmara partida, sin tocar siquiera las conexiones de aspiracin e impulsin.

C.2) BOMBAS VERTICALES.- Las bombas con eje de giro en posicin vertical

tienen, casi siempre, el motor a un nivel superior al de la bomba, por lo que es posible,al contrario que en las horizontales, que la bomba trabaje rodeada por el lquido a

bombear, estando, sin embargo, el motor por encima de ste.

C.2a) Bombas verticales de funcionamiento en seco.- En las bombas verticalesno sumergidas, el motor puede estar inmediatamente sobre la bomba, o muy por encima

de sta. El elevarlo responde a la necesidad de protegerlo de una posible inundacin o

para hacerlo ms accesible si, por ejemplo, la bomba trabaja en un pozo.

El eje alargado puede ser rgido o flexible por medio de juntas universales, lo

que simplifica el siempre difcil problema del alineamiento.

Se emplean muy a menudo las mismas bombas horizontales modificadas

nicamente en sus cojinetes.

La aspiracin es lateral, (horizontal); en las bombas grandes, frecuentemente, es

por abajo, aunque a veces se transforma en lateral mediante un simple codo.

La ventaja de las bombas verticales, es que requieren muy poco espaciohorizontal que las hace insustituibles en barcos, pozos, etc.; sin embargo se necesita un

espacio vertical superior suficiente para permitir su cmodo montaje y desmontaje.

Para bombas de gran caudal, la construccin vertical resulta en general ms

barata que la horizontal. Las bombas verticales se emplean normalmente en aplicaciones

marinas, para aguas sucias, drenajes, irrigacin, circulacin de condensadores, etc.

C.2b) Bombas verticales sumergidas.- El funcionamiento sumergido de las

bombas centrfugas elimina el inconveniente del cebado, por lo que el impulsor se hallacontinuamente, an parado rodeado por el lquido a impulsar y, por lo tanto, la bomba


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est en disposicin de funcionar en cualquier momento. El control de la unidad requiere

nicamente la puesta en marcha del motor de accionamiento, sin necesidad de

dispositivos adicionales de cebado previo.

La aspiracin, que es siempre por abajo, Fig. 168, se hace a una cierta

profundidad con respecto al nivel libre del lquido.

Si esta profundidad es menor de lo debido, 2 3 veces el dimetro del orificio de

aspiracin, se pueden crear en la superficie vrtices o remolinos por cuyo centro se

introduce aire en la bomba, con la consiguiente prdida de caudal y deficiente

funcionamiento.

El eje del que van provistas estas bombas, va guiado normalmente por cojinetes

de friccin separados a intervalos regulares (de 1,5 a 3 metros) y lubricados por aceite,

grasa, o el mismo lquido bombeado; en este ltimo caso, el eje se suele disponer en elinterior de la tubera de impulsin vertical, cerca del motor, en que sta se desva

horizontalmente mediante un codo adecuado.

En los casos de lubricacin por grasa o aceite, el eje va dentro de un tubo

portador de los cojinetes, siendo este conjunto, a su vez, exterior o interior a la tubera

de impulsin.

La otra solucin tiene la ventaja de requerir un menor espacio, siendo en ambos

casos innecesaria la empaquetadura, lo que constituye tambin una circunstancia muy

favorable, dados los inconvenientes que sta lleva a veces consigo.

Las bombas sumergidas tienen la ventaja de ocupar un espacio horizontal

mnimo, slo el necesario para acomodar el motor vertical y la impulsin, siendo

incluso sta a veces subterrnea.


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Las ventajas hidrulicas son evidentes al desaparecer todos los problemas de

aspiracin que constituyen el principal inconveniente en el funcionamiento de las

bombas centrfugas.

Desde un punto de vista mecnico, esta disposicin presenta grandes

inconvenientes con respecto a la horizontal. Las bombas son inicialmente ms caras y su

mantenimiento mucho ms elevado, ya que cualquier reparacin exige el desmontaje de

la bomba para izarla a la superficie.

El eje alargado, somete a los cojinetes a un trabajo duro que sobre todo, si estn

lubricados por agua o lquidos sin grandes propiedades lubricantes, hace que su vida sea

corta e imprevisible.

Los tipos ms importantes de bombas verticales sumergidas son:

C.2b1) Las bombas de turbina verticales o de pozo profundo.

C.2b2) Las bombas de hlice.

C.2b1) BOMBAS DE TURBINA VERTICALES.- Entre las bombassumergidas, las ms importantes son las llamadas de pozo profundo, de sondeo o de

turbina vertical, que fueron desarrolladas para la explotacin de pozos, perforaciones y

sondeos de dimetro reducido, lo que limita la altura por etapa, e implica la utilizacin

de bombas multicelulares para reducir el espacio.

El impulsor de aspiracin simple, puede ser radial o diagonal, segn las

condiciones de servicio y su construccin cerrada o semiabierta. Los impulsores

semiabiertos, sin embargo, aparte de su mayor empuje axial, hasta el 50% mayor,

requieren un ajuste vertical ms cuidadoso durante el montaje. El conjunto de difusores

de la bomba y la tubera de impulsin, cuelgan del cabezal sobre el que va montado el

motor.

A veces, los difusores se recubren interiormente de un esmalte especial que

disminuye la rugosidad de la fundicin y las prdidas hidrulicas consiguientes,

aumentando el rendimiento, dotando de una cierta uniformidad a las distintas unidades,

logrndose una mejor resistencia a la corrosin y a la abrasin.

La construccin de estas bombas permite montar el nmero de etapas deseado,

que puede llegar a 20 o ms, aadiendo difusores e impulsores semejantes uno sobre

otro, lo que dota de cierta elasticidad a las aplicaciones, con las consiguientes ventajas

de estandarizacin, disponibilidad de repuestos, etc.; no obstante, estas bombas

participan de las desventajas mencionadas para las bombas verticales sumergidas, de ser

caras y exigir unos costes de mantenimiento elevados.


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Las bombas verticales de turbina han llegado a un grado de perfeccin notable

con rendimientos altos y determinadas ventajas hidrulicas; aunque empezaron siendo

empleadas exclusivamente para riegos en pozos y perforaciones, sus aplicaciones

industriales aumentan cada vez ms, siendo en la actualidad ms numerosas que las

agrcolas, por lo que la denominacin de bombas de pozo profundo va desapareciendo

para adaptarse a la de bombas de turbina vertical.

Dentro de este tipo se pueden distinguir las bombas provistas de eje alargado y

accionadas por motor sumergible dispuesto inmediatamente por debajo de la bomba o

bombas buzo.

C.2b1a) BOMBAS DE TURBINA VERTICALES CON EL MOTOR PORENCIMA.- En estas bombas, el eje va por el interior de la tubera de impulsin,

desnudo si la lubricacin es por aceite, o dentro de un tubo protector si la lubricacin espor agua de una fuente externa.

El conjunto de impulsores y eje soportado por los cojinetes de empuje estn

colocados en el mismo cabezal o en la parte superior del motor, si su eje y el de la

bomba estn rgidamente acoplados (motores de eje hueco).

Con estas bombas se pueden alcanzar unos 200 m.c.a., pero los problemas que

ocasionan las imperfecciones en la rectitud del eje, influyen en gran manera en la vida

de los cojinetes y en las vibraciones durante el funcionamiento, que crecen en gran

manera con la longitud del eje.

C.2b1b)BOMBAS DE TURBINA VERTICALES CON EL MOTORSUMERGIDO.- Con objeto de evitar las desventajas que se derivan de la excesivalongitud del eje, en las bombas sumergidas se han desarrollado motores elctricos

capaces de funcionar rodeados de lquido y de dimensiones tales que les permite ir

montados en el interior del pozo.

De esta forma, colocando los motores inmediatamente por debajo de la bomba,desaparece la necesidad del eje, cojinetes y tubo protector, por lo que la tubera de

impulsin puede ser de menor dimetro para prdidas de carga semejantes.

Los motores pueden ser de funcionamiento en seco con cierre hermtico, o

inundados, en cuyo caso los aislamientos han de tener caractersticas muy especiales.

Las ventajas del motor sumergido se hacen apreciables, sobre todo, en pozos muy

profundos de ms de 30 m, o bien inclinados o curvados. El espacio requerido en la

superficie es, evidentemente mnimo e incluso nulo con descarga subterrnea.


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Las desventajas son un menor rendimiento y menor vida del motor y la

necesidad ineludible del desmontaje total para cualquier revisin o reparacin de la

bomba o del motor.

Figura 169.- Bomba con el motor sumergido

C.2b2) BOMBAS VERTICALES DE HLICE.- Para manejar grandes caudalescon pequeas alturas se usan, a menudo, bombas hlice en posicin vertical y

funcionamiento sumergido. La simplicidad de estas bombas llega algunas veces a ser

mxima, consistiendo slo en el impulsor axial abierto provisto de un eje vertical, quegira dentro de la tubera de impulsin.

A veces pueden llevar un difusor o algunos labes directores; a la entrada se

pueden disponer tambin labes directores con objeto de evitar o reducir una

prerotacin excesiva de la vena lquida en la aspiracin, que puede dar lugar a

remolinos o vrtices en la superficie del lquido.

El eje puede estar lubricado por aceite, en cuyo caso va dispuesto dentro del

correspondiente tubo protector con los cojinetes de apoyo.

El impulsor puede ir en voladizo o bien tener cojinete inferior, que aunque

constituye un pequeo estorbo para la aspiracin, tiene un papel importante dado la

estrecha tolerancia radial entre el impulsor y la tubera que le rodea.

En ciertas bombas de este tipo es posible desmontar el eje y el impulsor desde

arriba, sin necesidad de retirar la tubera de impulsin, facilitndose algo la

accesibilidad y el mantenimiento, lo que es posiblemente el ms grave inconveniente de

las bombas sumergidas.


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1.4.Caractersticas de las bombas1) CONOCIMIENTOS PREVIOS

Antes de entrar en profundidad en el tema debemos partir de unos conocimientos

previos, para ello definiremos los conceptos claves para tu total comprensin:

MEDIDA DE PRESIN

Las presiones suelen expresarse tomando como referencia un origen arbitrario.

Los manmetros miden la diferencia entre la presin del fluido y la presin atmosfrica

local. Por lo tanto hay que sumar esta ltima al valor indicado por el manmetro para

hallar la presin absoluta. Una lectura negativa de manmetro indica un vaco parcial.

Presin absoluta = Presin local atmosfrica + Presin manomtrica

Presin absoluta = Presin local atmosfrica - Presin manomtrica (si esnegativa, de succin o vaco)

Figura 170

MEDIDA DE ALTURAS

El plano de referencia lo determina la altura de la bomba.

H: Altura esttica de impulsin

Z1: Altura esttica de aspiracin (-, al encontrarse por debajo de la bomba)


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Z2: Carga esttica de aspiracin (+, al estar por encima del plano de referencia)

Altura total de aspiracin para el caso a) = (Z1 - prdidas por rozamiento)

Es negativa porque Z1 es negativa.

Altura total de aspiracin para el caso b) = (Z2prdidas por rozamiento)

Puede ser positiva o negativa porque Z2 es positiva.

Altura total de impulsin = H + prdidas de carga en la impulsin

Altura total= Altura total de impulsinAltura total de aspiracin

Es la medida del incremento de energa que transmite la bomba al lquido

Figura 171

NPSH REQUERIDA DE LA BOMBA

Es una caracterstica propia de la bomba, se define como la energa necesaria

para llenar la parte de aspiracin y vencer las prdidas por rozamiento y aumentar la

velocidad. En definitiva es la energa del lquido que una bomba necesita para funcionar

satisfactoriamente. Su valor puede determinarse tanto por prueba como por clculo.

Para una bomba centrfuga el NPSH requerido es la cantidad de energa

necesaria, expresada en metros columna de lquido para:

Vencer las prdidas de carga desde la abertura de admisin (entrada ) a los

labes del impulsor.


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Crear la velocidad deseada de corriente a los labes, ya que es necesaria una

velocidad mnima.

Para una bomba rotativa el NPSH requerido es la energa expresada en Kg/cm2

precisada para:

Vencer las prdidas desde la abertura de admisin a los engranajes o paletas.

Crear la velocidad deseada de entrada a los engranajes o paletas.

NPSH DISPONIBLE DEL SISTEMA

Es una caracterstica del sistema y se define como la energa que tiene un lquido

en la toma de aspiracin de la bomba (independientemente del tipo de esta) por encima

de la energa del lquido debida a su presin de vapor. La NPSH disponible puede ser

calculada u obtenida tomando lecturas de prueba en el lado de aspiracin de la bomba.

Para su clculo es necesario considerar tanto la energa potencial como la cintica y la

de presin.

ALTURA DE PRESIN O CARGA DESARROLLADA POR UNA BOMBA

Figura 172


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La altura de presin o carga total desarrollada por una bomba se define mediante

la siguiente ecuacin:

Donde:

H es la altura de presin total desarrollada por la bomba, expresada en metros decolumna del lquido que impulsa.

P1: presin en el espacio de aspiracin, expresada en Nw/m2 o Pa

P2, es la presin en el espacio de impulsin, expresada igual que la anterior

es la densidad del lquido que se bombea expresada en Kg/m3

Hges la altura geomtrica de elevacin del lquido, en m

hs es la altura de presin necesaria para crear la velocidad y superar elrozamiento y todas las resistencias locales en las horas de succin y de impulsin,

expresadas en m

ges la aceleracin de la cada libre, su valor g = 9,81 m/sg2

CAVITACIN

Este fenmeno sucede cuando un lquido se mueve por una regin (tubera)

donde la presin del lquido es menor que la tensin de vapor, lo que hace que el lquido

hierva y se formen burbujas de vapor en su seno. Estas burbujas de vapor son

arrastradas con el lquido hasta una regin donde se alcanza una presin ms elevada y

all desaparecen violentamente, provocando que el lquido se introduzca a alta

intensidad en reas reducidas.

Estas sobrepresiones que se producen pueden sobrepasar la resistencia a la

traccin del material y arrancar partculas del metal dndole una apariencia esponjosa

(picado de los labes del impulsor).

Cuando estas burbujas de vapor llegan a la zona de alta presin desaparecen,

ocasionando ruido y vibracin, pudiendo llegar a producir averas en rodamientos,

rotura del eje y otros fallos, ya que el material esta desgastado.


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En resumen la cavitacin es la formacin de burbujas de vapor o de gas en el

seno de un lquido, causada por las variaciones que este experimenta en su presin, y

cuyas consecuencias son:

Disminucin de la capacidad de bombeo.

Disminucin del rendimiento de la bomba.

La cavitacin indica un NPSH disponible insuficiente, ocasionado por una altura

esttica baja, alta temperatura o excesiva prdida de carga en la aspiracin. Este

fenmeno puede evitarse manteniendo la presin del lquido por encima de la presin de

vapor.

ENCEBADO DE BOMBAS

Algunos tipos de bombas para su correcto funcionamiento necesitan estar llenas

de fluido, en caso que estn llenas de aire no funcionaran correctamente, es lo que se

conoce como cebado de la bomba. Este fenmeno se produce en concreto en las bombas

centrfugas, estas son mquinas sin capacidad autocebante, al contrario que las bombas

de desplazamiento positivo que en general son todas autocebantes; es decir an llenas

de aire son capaces de llenar de fluido el circuito de aspiracin.

En un circuito como el mostrado en el esquema siguiente, sin ningn dispositivo

adicional, al parar la bomba centrfuga el fluido del circuito de aspiracin cae hacia eldepsito vacindose la bomba.

Figura 173

Esquema de una bomba instalada sobre el nivel de agua.


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La altura de elevacin H que proporciona la bomba es siempre la misma y

responde a la siguiente frmula:

Donde PI es la presin de impulsin, PA es la presin de aspiracin, es la

densidad del fluido ygla aceleracin de la gravedad.

Despejando la diferencia de presiones se tiene que:

De esta frmula se puede observar que la diferencia de presiones que consigue la

bomba entre la impulsin y la aspiracin es mayor cuanto mayor sea la densidad del

fluido a mover. De tal forma que para el caso concreto del agua se tiene:

Con lo cual:

Es decir, si la bomba est llena de aire la presin de aspiracin es 0,00129 veces

la que conseguira dicha bomba si estuviese llena de agua, es decir, si estuviese cebada.

Por lo que si la bomba est vaca la altura que se eleva el agua en el circuito de

aspiracin sobre el nivel del agua en el depsito es mnima y totalmente insuficiente

para que el agua llegue a la bomba.

Por otra parte el funcionamiento de una bomba centrfuga en vaco puedeestropear el sellado de la bomba debido a una deficiente refrigeracin dado que no

circula fluido por su interior que ayuda a mejorar la disipacin del calor producido por

la bomba.

Por lo tanto en instalaciones de bombeo cuyo esquema coincide con el indicado

en el esquema adjunto es necesario un sistema adicional para evitar que la bomba se

descebe. Algunos de estos sistemas se enumeran a continuacin:

Se puede construir un orificio en la parte superior de la carcasa de la bombay arrojar agua sobre el mismo para que la bomba al encenderse est llena de


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agua y pueda bombear correctamente. No se trata de un sistema muy

eficiente.

Se puede usar una vlvula de pie. Permite el paso del lquido hacia la bombapero impiden su regreso al depsito una vez se ha apagado la bomba con lo

que impide el descebe de la tubera de impulsin. Puede presentar problemas

cuando el fluido tiene suciedad que se deposita en el asiento de la bomba

disminuyendo su estanqueidad, por otra parte supone una prdida de carga

ms o menos importante en la tubera de impulsin por lo que aumenta el

riesgo de que se produzca cavitacin en la bomba.

Uso de una bomba de vaco. La bomba de vaco es una bomba dedesplazamiento positivo que extrae el aire de la tubera de impulsin y hace

que el fluido llegue a la bomba centrfuga y de este modo quede cebada.

Por ltimo otra posibilidad consiste en instalar la bomba bajo carga, es decirpor debajo del nivel del lquido, aunque esta disposicin no siempre es

posible, a no ser que se instale sumergida, con lo cual la bomba tiene que ser

especial.

VISCOSIDAD

Adems de la cavitacin existen otros parmetros que afectan al funcionamiento

de una bomba, uno de ellos es la viscosidad.

La potencia absorbida de una misma bomba crece de forma aguda al pasar a

manejar lquidos de mayor viscosidad, por lo que tambin se ver alterado su

rendimiento, disminuyendo este al ir aumentando la viscosidad, mientras que su NPSH

requerido seguir siendo esencialmente el mismo.

RENDIMIENTO DEL GRUPO MOTOR-BOMBA


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2) CARACTERSTICAS DE LAS BOMBAS

Caudal

El caudal de una bomba est determinado por la siguiente relacin:

CAUDAL = CILINDRADA x VELOCIDAD

El caudal as obtenido es llamado caudal terico, que es simplemente superior al

caudal realen funcin del rendimiento volumtrico de la bomba, es decir de las fugas

internas de la misma.

Se define el rendimiento volumtrico como la relacin entre el caudal real y elcaudal terico. Este rendimiento volumtrico oscila entre el 80% y el 99% segn el tipo

de bomba, su construccin y sus tolerancias internas, y segn las condiciones

especificas de velocidad, presin, viscosidad del fluido, temperatura, etc.

El rendimiento mecnico mide las prdidas de energa mecnica que seproducen en la bomba, debidas al rozamiento y a la friccin de los mecanismos internos.

Es esencial evitar la friccin y el rozamiento en el interior de la bomba, de tal manera

que la energa que se comunica al eje de la bomba se invierta, en el mayor grado

posible, en aumentar la presin del lquido y no en vencer rozamientos y fricciones

excesivas entre las partes mecnicas de la bomba. En trminos generales se puede

afirmar que una bomba de bajo rendimiento mecnico es una bomba de desgaste

acelerado, principalmente debido al rozamiento que sufren las partes en movimiento.

El rendimiento total de una bomba es el producto de sus rendimientosvolumtrico y mecnico. El rendimiento total de una bomba nueva puede oscilar entre el

50 y el 90%, valores que disminuirn con el uso y el desgaste de los elementos de

estanqueidad interna propia de la bomba.

Presin de Trabajo

Todos los fabricantes otorgan a sus bombas un valor denominado presin

mxima de trabajo, algunos incluyen las presiones de rotura o la presin mxima

intermitente, y otros adjuntan la grfica de presin /vida de sus bombas. Estos valores

los determina el fabricante en funcin de una duracin razonable de la bomba

trabajando en condiciones determinadas.

El valor de la presin mxima de trabajo suele calcularse para una vida de 10000

horas; en algunos casos se especifican tambin las presiones mximas intermitentes o

puntales.


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Vida til

La vida til de una bomba viene determinada por el tiempo de trabajo desde el

momento en que se instala hasta el momento en que su rendimiento volumtrico haya

disminuido hasta un valor inaceptable. Sin embargo este punto vara mucho en funcin

de la aplicacin. As por ejemplo hay instalaciones donde el rendimiento no puede ser

inferior al 90%, mientras que otras se puede aprovechar la bomba incluso cuando su

rendimiento es inferior al 50%. La vida de una bomba tambin vara considerablemente

en funcin del nivel de contaminacin del fluido con el que se est trabajando.

Figura 174

Efecto de la Viscosidad

Las bombas centrfugas tambin se utilizan para bombear lquidos con

viscosidades diferentes a las del agua. Al aumentar la viscosidad, la potencia requerida

aumenta.

Dos de las principales prdidas en una bomba centrfuga son por friccin con el

fluido y friccin con el disco. Estas prdidas varan con la viscosidad del lquido, de

manera que la carga - capacidad de salida, as como de la toma mecnica difiere de los

valores que se obtienen cuando se maneja agua.

Se han hecho muchas pruebas experimentales para determinar el efecto de la

viscosidad del lquido en el funcionamiento de diversas bombas centrfugas. Aun con

datos muy extensos sobre el efecto de la viscosidad.

Es difcil predecir con precisin el funcionamiento de una bomba cuando manejeun fluido viscoso de su comportamiento cuando emplea agua fra.

Vida de las bombas

0

100

200

300

400

500

1 2 3 4 5 6 7

Miles de horas de uso

Pre

sin


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Cuando se aplican bombas ordinarias de agua fra para usarse en el bombeo de

lquidos viscosos, se debe tener cuidado para asegurarse de que el diseo de la flecha es

lo bastante fuerte para la potencia necesaria, que puede ser un considerable esfuerzo en

los caballos de fuerza al freno para agua fra, aunque pueda ser el peso especfico del

lquido menor que el del agua.

Tipos de prdida

Las prdidas de energa en el interior de la bomba son de tres especies:

Prdida hidrulica: debido a un frotamiento continuo para accidentalesque el lquido encuentran al atravesar la bomba.

Prdidas volumtricas: debidas a las fugas que eventualmente se puedenproducir al pasar el lquido a travs de la bomba, las razones pueden ser lasdiferencias de presiones que existen entre las partes fijas y mviles de la

bomba. Otras fugas importantes son por creacin de gases o vapores que

ocupan un volumen concentrado en el interior de la bomba, lo que provoca

la disminucin del caudal.

Prdida mecnica: debido a los frotamientos mecnicos en el las partesfijas y las partes mviles de la bomba, como por ejemplo en los pernos y

cojinetes, entre pistones y cilindros, etc.

Curvas Caractersticas de una Bomba

Las curvas caractersticas de las bombas son relaciones grficas entre la carga, el

gasto, la potencia y el rendimiento. Excepto cuando se trata de bombas de muy pequeo

tamao, es indispensable conocer las curvas caractersticas antes de adquirir una bomba,

ya que slo as podremos saber el comportamiento de ella una vez instalada en un

determinado sistema hidrulico.

Curva Q (Gasto)H (Carga Total)

En esta curva se lleva el gasto y la carga total a velocidad constante.

El valor deHque resulta para Q=0 es la presin que

desarrolla la bomba cuando la vlvula de salida est

totalmente cerrada y es generalmente entre un 15% y un 30%

superior a presin normal. Las bombas centrifugas, al

contrario de las de mbolo, permiten que se cierre la vlvula

de salida, pues se presin de estrangulamiento es limitada y

su caja resiste perfectamente esa presin.


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Las curvas pueden ser crecientes o decrecientes, denominadas estables o

inestables.

Curva Estable Curva Inestable

Las bombas de curva QH inestable tiene grandes problemas para ponerlas en

paralelo debido a que cuando est funcionando en la parte alta de la curva, la otra no

puede entrar en servicio ya que su presin es menor.

Tambin se habla de curvasPlanas oInclinadas segn sea la pendiente.

Curva Inclinada Curva Plana

Las bombas de curva QH inclinadas son ms convenientes cuando las

condiciones de altura de elevacin son variables, ya que para cuna variacin de H la

variacin de Q es mucho menor que en el caso de una curva plana.

Curva HP (Potencia)Q (Gasto)

Se puede observar que el mnimo de potencia se

produce para un gasto cero, o sea con la vlvula de salida

cerrada. La potencia se gasta slo en sostener el agua

contra la vlvula y no hay consumo de energa para hacerla

circular por el sistema. Es potencia es aproximadamente un

50% - 60% de la potencia normal de funcionamiento.


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Curva R(Rendimiento)Q (Gasto)

Se representa el gasto y el rendimiento en porcentaje,

siempre con la velocidad constante. Para Q=0, R=0. Luego

llega a su mximo para la condicin de funcionamiento

normal. Despus empieza a descender.

El ideal es que la curva sea plana en el tramo que nos

interesa.

Curva de Carga del Sistema

Si consideramos el sistema hidrulico dentro del cual

opera la bomba, podemos dibujar una curva que nos d enabscisas el Gasto y en ordenadas las Prdidas de carga

totales, es decir la suma de las prdidas de carga por

frotamiento en las caeras y de las prdidas de carga de tipo

singular.

Si hacemos que esta curva, en vez de partir de cero,

corte a eje de las ordenadas en el punto Ho, igual a la altura

esttica total, tendremos lo que se denomina Curva de Carga

del Sistema.

Esta curva nos da la altura manomtrica total de

elevacin para cada valor del gasto. Depende exclusivamente de las caractersticas

hidrulicas del sistema.

Punto de Funcionamiento

Si combinamos la curva de carga del sistema con la curva QH de la bomba,

obtenemos el punto de interseccin de ambas, las caractersticas de funcionamiento, es

decir el gasto y la altura con las cuales funcionar la bomba.


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Operacin en Serie y en Paralelo

En muchas instalaciones las bombas deben trabajar en serie y en paralelo. A

continuacin veremos cmo se combinan las curvas caractersticas de cada unidad

cuando funcionan en conjunto.

Bombas en Serie

Supongamos dos bombas gemelas en serie, es decir que la impulsin de una

llegue a la aspiracin de la otra. En este caso el gasto que circula por ambas bombas es

el mismo y para cada gasto se obtiene el doble de la carga correspondiente a una bomba.

La curva QH resultante se obtiene duplicando para cada gasto la carga correspondiente

Q1A=AB

Si la curva de carga del sistema es la indicada con lnea de segmentos, podemos

observar que el gasto que se obtiene con las dos bombas es inferior al doble de que se

obtiene con una sola 0-2 < 2 x (0-1).

Del mismo modo la altura correspondiente a las dos bombas es inferior del doble

de la correspondiente a una sola 2-4 < 2 x (1-3).

La puesta en serie de dos bombas de distintas caractersticas es posible, pero

ofrece dificultades. Se debe instalar la de mayor capacidad como primera etapa, ya que

si no fuera as podra faltar alimentacin a la bomba ms potente.

Bombas en Paralelo

El caso de bombas en paralelo se presenta frecuentemente en la prctica. Las

elevadoras se proyectan generalmente con dos o ms unidades que pueden funcionar en

paralelo. Las curvas resultantes se transforman como sigue:


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Para construir la curva resultante para dos bombas gemelas en paralelo, se

suman los gastos para cada carga. O sea la curva parte del mismo punto en el eje de laH

y se verifica que 1-2 = 2-3

Al combinarla con la curva de carga del sistema se puede ver que el gasto que

dan las bombas en paralelo es inferior al doble del que da una sola: 0-B < 2 x (0-A)

A pesar de que las bombas sean gemelas, siempre existen pequeas diferencias,

de modo que las curvas QH difieren ligeramente.

La potencia del conjunto es igual a la suma de las potencias de cada bomba, de

modo que para cada gasto llevamos la suma de las potencias en ordenadas.

El rendimiento es el mismo que corresponde a una sola bomba.

3) SELECCIN DE BOMBAS

Al seleccionar bombas para una aplicacin dada, tenemos varias bombas entre

las que elegir. Haremos lo posible para seleccionar una bomba que opere con un

rendimiento relativamente alto para las condiciones de funcionamiento dadas.

Los parmetros que se deben investigar incluyen la velocidad especfica Ns, el

tamaoD del impulsor y la velocidad de operacin n. Otras posibilidades son el uso de

bombas multietapa, bombas en serie, bombas en paralelo, etc. Incluso, bajo ciertascondiciones, limitar el flujo en el sistema puede producir ahorros de energa.

El objetivo es seleccionar una bomba y su velocidad de modo que las

caractersticas de funcionamiento de la bomba en relacin al sistema en el cual opera

sean tales que el punto de funcionamiento est cerca del PMR (punto de mximo de

rendimiento). Esto tiende a optimizar el rendimiento de la bomba, minimizando el

consumo de energa.

El punto de operacin puede desplazarse cambiando la curva caracterstica de la

bomba, cambiando la curva caracterstica del sistema o cambiando ambas curvas. La

curva de la bomba puede modificarse cambiando la velocidad de funcionamientos de

una bomba dada o seleccionando una bomba distinta con caractersticas de

funcionamiento diferentes. En algunos casos puede ser una ayuda ajustar el impulsor, es

decir, reducir algo su dimetro. Este impulsor ms reducido se instala en la cubierta

original. La curva caracterstica del sistema puede cambiarse modificando el tamao de

la tubera o estrangulando el flujo.

Una complicacin que se presenta a menudo es que los niveles de ambos

extremos del sistema no se mantienen constantes, como ocurre si los niveles de losdepsitos fluctan. En tal caso es difcil alcanzar un rendimiento alto para todos los


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modos de funcionamiento. En casos extremos a veces se utiliza un motor con velocidad

variable.

El procedimiento de seleccin de una bomba que permita una recirculacin

segura es selecciones una bomba que produzca el flujo de descarga Qa deseado. La

curva E es la caracterstica de carga y capacidad de la bomba y la curva a es la de carga

del sistema para ladescarga hacia el tanque A. La bomba funciona con una carga de

Hop.

Para incluir circulacin continua en el sistema de bombeo, hay que aumentar el

caudal de la bomba con la carga Hop de funcionamiento para mantener una descarga de

Qa hacia el tanque A y, al mismo tiempo, una recirculacin Qb de retorno al tanque B.

Para lograrlo, se selecciona el tamao inmediato mayor de impulsor con la curva de

rendimiento F.

Mecanismos de Bombeo

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