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INTRODUCCIN

Las primeras bombas de las que se tiene conocimiento, son conocidas de diversas formas,dependiendo de la manera en que se registr su descripcin, como las ruedas persas,ruedas de agua o norias. Todos estos dispositivos eran ruedas bajo el agua que contenancubetas que se llenaban con agua cuando se sumergan en una corriente y queautomticamente se vaciaban en un colector a medida que se llevaban al punto ms alto de

la rueda en movimiento. La existencia, en algunas partes de Oriente, de ruedas semejantesha continuado aun dentro del siglo veinte.

La mas conocida de aquellas bombas, el tornillo de Arqumedes, aun persiste en lostiempos modernos. Todava se manufactura para aplicaciones de baja carga, en donde ellquido se carga con basura u otros slidos.

Sin embargo, es probablemente ms interesante el hecho con todo el desarrollo tecnolgicoque ha ocurrido desde los tiempos antiguos, incluyendo la transformacin de la potencia delagua en otra formas de energa, hasta la fisin nuclear, la bomba queda probablementecomo la segunda mquina de uso ms comn, excedida apenas por el motor elctrico.

Puesto que las bombas han existido por tanto tiempo y su uso est tan extendido, no es desorprenderse que se produzcan en una infinidad de variedades de tamaos y tipos y que se

apliquen tambin a una infinidad de servicios. Proporcionando un trabajo comprensible dealgunos tipos de estas bombas.

Siempre que tratemos temas como procesos qumicos, y de cualquier circulacin de fluidosestamos, de alguna manera entrando en el tema de bombas.

El funcionamiento en si de la bomba ser el de un convertidor de energa, o sea,transformara la energa mecnica en energa cintica, generando presin y velocidad en elfluido.

Los factores ms importantes que permiten escoger un sistema de bombeo adecuado son:presin ltima, presin de proceso, velocidad de bombeo, tipo de gases a bombear (laeficiencia de cada bomba vara segn el tipo de gas).

Un equipo de bombeo es un transformador de energa, mecnica que puede proceder de unmotor elctrico, trmico, etc. Y la convierte en energa, que un fluido adquiere en forma depresin, de posicin y de velocidad.

As se tendrn bombas que funcionen para cambiar la posicin de un cierto fluido. Porejemplo la bomba de pozo profundo, que adiciona energa para que el agua del sub-suelose eleve a la superficie.

Un ejemplo de bombas que adicionan energa de presin sera una bomba en un oleoducto,en donde las cotas de altura as como los dimetros de tuberas y consecuentemente lasvelocidades fuesen iguales, en tanto que la presin fuesen iguales, en tanto que la presinfuese incrementada para poder vencer las perdidas de friccin que se tuviesen en laconduccin.

Existen bombas que trabajan con presiones y alturas iguales que nicamente adicionanenerga de velocidad. Sin embargo a este respecto hay muchas confusiones en los trminospresin y velocidad por la acepcin que llevan implcita de las expresiones fuerza-tiempo.En la mayora de las aplicaciones de energa conferida por la bomba es una mezcla de lastres. Las cuales se comportan de acuerdo con las ecuaciones fundamentales de lamecnica de fluidos.

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Lo inverso a lo que sucede en una bomba se tiene en una mquina llamada comnmenteturbina, la cual transforma la energa de un fluido en sus diferentes componentes citadas enenerga mecnica.

Para una mayor claridad, buscando una analoga con las mquinas elctricas, y para elcaso especfico del agua, una bomba sera un generador hidrulico, en tanto que unaturbina sera un motor hidrulico.

Normalmente un generador hidrulico (bomba) es accionado por un motor elctrico, trmico,etc. mientras que un motor hidrulico (turbina) acciona un generador elctrico.

Tratndose de fluidos compresibles el generador suele llamarse compresor y el motorpuede ser una turbina de aire, gas o simplemente un motor trmico.

Antes de conocer los fundamentos de operacin de las bombas es necesario distinguir lasdiferentes clases de bombas que existen, y para esto la clasificacin dada por el HidraulicInstitute de EE.UU. (1984) parece ser la ms adecuada.

Existe una diversidad de clasificacin de bombas que ocasionalmente puede causarconfusin al intentar ubicarlas dentro de un cierto tipo, clave u otra distincin, sin embargo la

ms adecuada para propsitos de este trabajo es la proporcionada por el instituto deHidrulica de los EE.UU.

Esta clasificacin toma en cuenta la forma cmo el fluido se desplaza dentro de loselementos de la bomba, as para aquellos en los que el fluido se desplaza a presin dentrode una carcasa cerrada, como resultados del movimiento suavizada de un pistn o embolo,se le denomina bombas de desplazamiento positivo, mientras que las bombas en lascuales el fluido es desplazado por el movimiento circular de uno o varios impulsoresprovistos de alabe, se les denomina Bombas Centrifugas y es en el presente trabajo aestas ltimas a las que se har referencia.

La clasificacin anterior parece ser la ms adecuada sin embargo, puede ser til conocerdentro de esta clasificacin algunas caractersticas o situaciones que ayudara a seleccionarla bomba ms adecuada. Si por ejemplo ests pueden ser clasificadas de la siguiente

manera; segn el sistema donde funcionarn o la forma fsica de ella. Para la primeraclasificacin que es conocer el sistema donde la bomba tendr su funcionamiento.

Consiste en saber si la bomba succionara del recipiente y con alturas variables o si labomba se instalar en un sumidero o en una fosa. As mismo en necesario el liquido que labomba manejar : si con voltiles, viscosos, calientes o pastas aguadas, que as semanejar el concepto de densidad y partculas que la bomba pueda impulsar.

Respecto a la forma fsica de la bomba se debe tener en cuenta que existen bombas de ejehorizontal o vertical, ambas de empujes centros o de desplazamiento positivo, baja o altavelocidad , tambin la especificacin de los materiales deben ser compatibles con loslquidos que se bombearn.

Una prctica comn es definir la capacidad de una bomba con el nmero adimensional

llamado velocidad especfica, que se describe posteriormente que es funcin del nmero derevoluciones a las que giren sus participantes rotatorias, de la siguiente forma se puede serde alta o baja velocidad.

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DIAGRAMA DE LA CLASIFICACIN DE LAS BOMBAS

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CARACTERSTICAS DE LAS BOMBAS

Caudal

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

CAUDAL = CILINDRADA * 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 lamisma.

Se define el rendimiento volumtrico como la relacin entre el caudal real y el caudalterico:

Este rendimiento volumtrico oscila entre el 80 y el 99% segn el tipo de bomba, suconstruccin y sus tolerancias internas, y segn las condiciones especificas de velocidad,presin, viscosidad del fluido, temperatura, etc.

El rendimiento total de una bomba es el producto de sus rendimientos volumtrico ymecnico:

El rendimiento total de una bomba nueva puede oscilar entre el 50 y el 90%, valores quedisminuirn con el uso y el desgaste de los elementos de estanqueidad interna propia de labomba.

Presin de Trabajo

Todos los fabricantes otorgan a sus bombas un valor denominado presin mxima detrabajo, algunos incluyen las presiones de rotura o la presin mxima intermitente, y otrosadjuntan la grfica de presin /vida de sus bombas. Estos valores los determina elfabricante en funcin de una duracin razonable de la bomba trabajando en condicionesdeterminadas.

El valor de la presin mxima de trabajo suele calcularse para una vida de 10000 horas; enalgunos casos se especifican tambin las presiones mximas intermitentes o puntales.

Vida

La vida de una bomba viene determinada por el tiempo de trabajo desde el momento en quese instala hasta el momento en que su rendimiento volumtrico haya disminuido hasta unvalor inaceptable, sin embargo este punto varia mucho en funcin de la aplicacin. As porejemplo hay instalaciones donde el rendimiento no puede ser inferior al 90%, mientras queotras se aprovecha la bomba incluso cuando

Fig. 4. Vida de las bombas en funcin de la presin

su rendimiento es inferior al 50%. La vida de una bomba tambin varia considerablementeen funcin del nivel de contaminacin del fluido con el que se esta trabajando.

CARACTERSTICAS DE RENDIMIENTO Y DE SELECCIN DE LA BOMBA

Caractersticas de rendimiento de la bomba

El Aumento de carga real ganado por el fluido a travs de una bomba se puede determinarutilizando la siguiente ecuacin:

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Donde 1 y 2 son las secciones de entrada y de salida de la bomba. El aumento de cargareal ganado por el fluido a travs de una bomba se puede determinar mediante un arregloexperimental que se muestra en la figura "disposicin experimental caracterstica paradeterminar el aumento de carga ganado por un fluido que circula a travs de una bomba" .

La potencia ganada por el fluido esta dada por:

y esta cantidad, expresada en trminos de caballos de potencia tradicionalmente sedenomina fuerza o potencia hidrulica

Adems de la carga o potencia agregada al fluido, la eficiencia total esta dada por:

Donde el denominador representa la potencia total aplicada al eje de la bomba y a menudose denomina potencia al freno. La eficiencia total de la bomba es afectada por las perdidashidrulicas en la bomba y adems por las perdidas mecnicas en los cojinetes y los sellos.Tambin puede haber algo de perdida de potencia debido a fuga del liquido entre lasuperficie trasera de la placa del cubo del impulsor y la caja, o a travs de otroscomponentes de la bomba. Las caractersticas de rendimiento para una geometra yvelocidad de operacin de una bomba dadas se proporcionan en forma de grficas decarga, eficiencia y potencia al freno contra el caudal como se muestra en la grfica"caractersticas de operacin para una bomba centrifuga de tamao dado que opera a

condiciones constantes de velocidad del impulsor.".

Como se muestra en dicha grfica la eficiencia es funcin del caudal y alcanza un valormximo en un valor particular del caudal, comnmente denominado caudal de diseo ocapacidad de la bomba. Los puntos sobre las diversas curvas correspondientes a laeficiencia mxima se denotan como puntos de mejor eficiencia (PME).

Rendimiento volumtrico

El rendimiento volumtrico de la bomba es el cociente que se obtiene al dividir el caudal deliquido que comprime la bomba y el que tericamente debera comprimir, conforme a sugeometra y a sus dimensiones. Dicho en otros trminos el rendimiento volumtrico expresalas fugas de liquido que hay en la bomba durante el proceso de compresin, fugas que se

deben a las holguras existentes en el interior de los componentes de la bomba.

El rendimiento volumtrico es un factor de la bomba muy importante, pues a partir de l sepuede analizar la capacidad de diseo y el estado de desgaste en que se encuentra unabomba, as si el rendimiento volumtrico disminuye con una alta tasa de cambio, eldesgaste de sus elementos ya es demasiado.

El rendimiento volumtrico se ve afectado tambin por la presin del fluido hidrulico que setransporta y tambin por la temperatura del mismo.

Rendimiento mecnico

El rendimiento mecnico mide las perdidas de energa mecnica que se producen en labomba, 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 secomunica al eje de la bomba se invierta, en el mayor grado posible en aumentar la presindel liquido y no en vencer rozamientos y fricciones excesivas entre las partes mecnicas dela bomba.

En trminos generales se puede afirmar que una bomba de bajo rendimiento mecnico esuna bomba de desgaste acelerado, principalmente debido al rozamiento que sufre las partesen movimiento.

Rendimiento total o global

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El rendimiento total o global es el producto de los rendimientos volumtrico y mecnico. Sellama total porque mide la eficiencia general de la bomba en su funcin de bombear liquidoa presin, con el aporte mnimo de energa al eje de la bomba. Esta consideracin, deaporte mnimo de energa a los mecanismos del avin, es general y muy importante en laingeniera aeronutica, debido a que toda la energa se obtiene de los motores.

As pues el rendimiento total se expresa como el consumo de energa necesario para

producir la presin hidrulica nominal del sistema.

Carga de Aspiracin neta positiva (CANP)

Sobre el lado de aspiracin de una bomba es comn que haya bajas presiones, con laposibilidad concomitante de que dentro de la bomba ocurra cavitacin. La cavitacin ocurrecuando la presin del fluido en un punto dado es menor que la presin del vapor del liquido.Cuando ocurre esto se forman burbujas de vapor y este fenmeno puede provocar unareduccin de la eficiencia, as como un dao estructural de la bomba. Para caracterizar elpotencial de cavitacin se usan la diferencia entre la carga total sobre el lado de aspiracin,cerca de la entrada del impulsor de la bomba y la carga de presin de vapor del liquido.

La CANP se define como:

Una curva CANP se muestra en la grfica "curvas de rendimiento para una bombacentrifuga de dos etapas que opera a 3500 r.p.m. Datos para tres dimetros diferentes delimpulsor".

En realidad existen dos valores de CANP, el primero es la CANP requerida la cual esnecesario mantener o exceder de modo que no ocurra cavitacin. Debido a que en el ojo delimpulsor se desarrollan presiones inferiores a las del tubo de aspiracin, suele ser necesariodeterminar experimentalmente para una bomba dada la CANP requerida; el segundo valorde la CANP es la disponible que representa la carga que realmente ocurre para el sistemade flujo particular. El valor de la CANP disponible esta dado por:

Para este calculo se utilizan normalmente presiones absolutas debido a que la presin devapor se especifica como una presin absoluta. Con base en la ecuacin anterior se

observa que a medida que aumenta la altura del impulsor de la bomba por arriba de lasuperficie del fluido, la CANP disponible disminuye. Por consiguiente existe algn valorcritico de Z por arriba del cual la bomba no puede operar sin que ocurra cavitacin.

Caractersticas del sistema.

Cada sistema de flujo posee su propia ecuacin del sistema especifica. Si el flujo es laminarlas perdidas por friccin son proporcionales a Q ms que a Q2.

La ecuacin de un sistema donde hay una bomba esta dada por:

Donde hp es la carga real ganada por el fluido debido a la bomba y la sumatoria representatodas las perdidas por friccin en tubera y perdidas menores que ocurren en los accesoriosy vlvulas de la misma.

A efecto de elegir una bomba para una aplicacin particular es necesario utilizar la curva delsistema, segn es determinada por la ecuacin del sistema y la curva de eficiencia de labomba. Si ambas curvas se trazan sobre la misma grfica como se muestra en la grfica"Utilizacin de la curva del sistema y la curva de rendimiento de la bomba para obtener elpunto de operacin del sistema". Su interseccin (punto A) representa el punto de operacindel sistema. Es decir, este punto proporciona la carga y el caudal que satisfacen tanto laecuacin del sistema como la ecuacin de la bomba. Idealmente se espera que el punto deoperacin est prximo al mejor punto de eficiencia (MPE) de la bomba.

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Las bombas se pueden disponer en serie o en paralelo a fin de obtener carga o capacidadde flujo adicionales. Cuando dos bombas se colocan en serie, la curva de eficiencia de labomba resultante se obtiene al sumar las cargas del mismo caudal; y para dos bombasidnticas en paralelo, la curva de eficiencia combinada se obtiene al sumar los caudales a lamisma carga.

Altura til y manomtrica

Se definen como altura til de una bomba el llevado al ascenso vertical e que experimentala superficie sobre el lquido, sea, del peso del agua hasta el depsito de almacenamiento.

Se designe a la altura humanamente que ha de una a bomba elevadora es la suma de laaltura til ms las prdidas de carga producidas en las caeras de aspiracin y deelevacin

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 accidentales que el lquido

encuentran al atravesar la bomba, para evitarlas se deben realizar los aforismos yaenunciados.

Prdidas volumtricas: Dividas a las fugaces que eventualmente se pueden producir alpasar el lquido a travs de la bomba, las obras pueden ser diferencias de presiones, o queexiste entre las partes fijas y mviles de la bomba. Otras fugas importantes son por creacinde gases o vapores y ocupar un volumen concentrado en el interior de la bomba lo queprovoca la disminucin del caudal.

Prdida mecnica: debido a los frotamientos mecnicos en el las partes fijas y las partes dela bomba, como por ejemplo en el pernos y cojinetes, entre pistones y cilindros, etc.

Caractersticas del Funcionamiento de las Bombas a Velocidad Constante

El rendimiento de una bomba vara considerablemente dependiendo de las condiciones bajolas cuales est operando. Por tanto, cuando se selecciona una bomba para una situacindada, es importante que la persona encargada de realizar dicha seleccin tenga informacinrelativa el funcionamiento de las distintas bombas entre las que vaya a realizarse laeleccin. El fabricante de bombas suele tener informacin de este tipo, basada en ensayosde laboratorio, sobre su catlogo de bombas estndar. Sin embargo, algunas veces lasbombas de gran capacidad se fabrican a medida. A menudo se fabrica y se ensaya unmodelo de tal bomba entes de realizar el diseo final del prototipo de la bomba. Aun cuandoalgunas bombas centrfugas son accionadas por motores de velocidad variable, la formamas frecuente de operacin de las bombas es a velocidad constante.

La forma de los impulsores y de los alabes y su relacin con la envolvente de la bomba danlugar a variaciones en la intensidad de las prdidas por choque, la friccin del fluido y laturbulencia. Dichos parmetros vara con la altura y el caudal, siendo responsables de las

grandes modificaciones en las caractersticas de las bombas. La altura en vaco es la quedesarrolla la bomba cuando no hay flujo. En el caso de las bombas centrfugas de flujomixto, la altura en vaco es alrededor de un 10 por 100 mayor que la altura normal, que es laque corresponde al punto de mximo rendimiento, mientras que en el caso de las bombasde flujo axial la altura en vaco puede ser hasta tres veces la altura normal.

La eleccin de una bomba para condiciones determinadas depender de la velocidad degiro del motor que la acciona. Si la curva caracterstica de una bomba para una velocidad degiro dada es conocida, la relacin entre la altura y el caudal para velocidades de girodistintas puede deducirse a partir de ecuaciones.

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Punto de Funcionamiento de una Bomba

La manera en la que una bomba trabaja depende no slo de las caractersticas defuncionamiento de la bomba, sino tambin de las caractersticas del sistema en el cual vayaa trabajar. Para el caso de una bomba dada, mostramos las caractersticas defuncionamiento de la bomba (h respecto a Q) para una velocidad de operacin dada,normalmente cercana a la velocidad que da el rendimiento mximo. Tambin mostramos la

curva caracterstica del sistema (es decir, la altura de bombeo requerida respecto a Q). Eneste caso, la bomba est suministrando lquido a travs de un sistema de tuberas con unaaltura esttica z. La altura que la bomba debe desarrollar es igual a la elevacin estticamas la prdida total de carga en el sistema de tuberas (aproximadamente proporcional) aQ). La altura de funcionamiento de la bomba real y el caudal son determinados por lainterseccin de las dos curvas.

Los valores especficos de h y Q determinados por esta interseccin pueden ser o no ser losde mximo rendimiento. Si no lo son, significa que la bomba no es exactamente laadecuada para esas condiciones especficas.

El punto de funcionamiento o punto ptimo de una bomba solodinmica es el de la curva H -Q que corresponde a un rendimiento mximo. Cuanto mas empinada se la curva H - Q, massignificativo ser el efecto de cualquier cambio de altura en el punto de funcionamiento.

Por ejemplo, una bomba con una curva H - Q empinada presentar un pequeo cambio dedescarga pero la altura variar mucho si se desplaza el punto de funcionamiento, en cambiouna bomba cuya curva H - Q sea plana, mostrar un gran cambio de capacidad pero laaltura variar poco al desplazarse el punto de funcionamiento

Las curvas H - Q para las bombas centrfugas son sustancialmente planas, con tendencia aque el sedimento mximo se site inmediatamente despus de la capacidad media.

Las curvas H - Q para una bomba de flujo axial es an ms empinada, con su punto dedemanda en la descarga nula y su curva de potencia es decreciente.

Cavitacin en las Bombas

Un factor importante para el funcionamiento satisfactorio de una bomba es evitar lacavitacin, tanto para obtener un buen rendimiento como para evitar daos en el impulsor.Cuando un lquido pasa por el impulsor de una bomba, se produce un cambio de presin. Sila presin absoluta de un lquido cae por debajo de s presin de vapor, se producircavitacin. Las zonas de vaporizacin obstruyen el flujo limitando la capacidad de la bomba.Cuando el fluido avanza a una zona de mayor presin, las burbujas colapsan y su implosinpuede producir un picado del impulsor la cavitacin suele producirse con mas frecuenciacerca de la salida (periferia) de los impulsores de flujo radial y mixto, donde se alcanzan lasvelocidades mayores. Tambin puede aparecer en la aspiracin del impulsor, donde laspresiones son menores. En el caso de las bombas de flujo axial, l parte mas vulnerable a lacavitacin es el extremo de los alabes.

Para las bombas se define el parmetro de cavitacin como

para evitar que se produzca cavitacin, la bomba debe funcionar de manera que seamayor que c. Esto puede conseguirse seleccionando el tipo, tamao de bomba y lavelocidad de funcionamiento adecuados, y situando la bomba en el punto y a la elevacincorrecta dentro del sistema.

La expresin para indica que tender a ser pequeo (por lo que existir la posibilidad decavitacin) en las siguientes situaciones: a) grandes alturas de bombeo; b) presinatmosfrica; c) grandes valores de ze, es decir, cuando la bomba se encuentra a unaelevacin relativamente grande comparada con la elevacin de la superficie del agua del

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depsito; e)valores grandes de presin de vapor, es decir, altas temperaturas y /o bombeode lquidos muy voltiles como gasolina.

La cavitacin ocurre cuando la presin absoluta dentro de un impulsor cae por debajo de lapresin del vapor del lquido y se forman burbujas de vapor. Estos se contraen masadelante en los alabes del impulsor cuando llegan a una regin de dispersin mas alta.

La (MPS)r mnima para una capacidad y velocidad dadas se define como la diferencia entrela carga absoluta de succin y la presin de vapor del lquido bombeado a la temperatura debombeo y que es necesario para evitar la cavitacin.

La cavitacin de la bomba se nota cuando hay uno o mas de las siguientes seales: ruido,vibracin, cada en la curva de capacidad de carga y eficiencia, con el paso del tiempo, porlos daos en el impulsor por picaduras y erosin. Como todas estas seales son inexactas,se hizo necesario aplicar ciertas reglas bsicas para establecer cierta uniformidad en ladeteccin de la cavitacin.

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 curva altura caudal se hace masvertical y que la potencia requerida aumenta. La lnea discontinua indica los puntos demximos rendimiento para cada curva. Se observa que tanto la altura como el caudaldisminuyen en el punto de mximo rendimiento.

Dos de las principales prdidas en una bomba centrfuga son por friccin con el fluido yfriccin con el disco. Estas perdidas varan con la viscosidad del lquido de manera que lacarga - capacidad de salida, as como de la toma mecnica difiere de los valores que seobtienen cuando se maneja agua.

Es necesario, sin embargo, conocer las tres unidades diferentes que pueden encontrarsepara describir la viscosidad de un lquido en especial:

Segundos Saybolt Universal, o SSU

Centistokes - que define la viscosidad cinemtica.

Centiposes - que definen la viscosidad absoluta.

Se han hecho muchas pruebas experimentales para determinar el efecto de la viscosidaddel lquido en el funcionamiento de diversas bombas centrfugas. Aun con datos muyextensos sobre el efecto de la viscosidad.

Es difcil predecir con precisin el funcionamiento de una bomba cuando maneje un fluidoviscoso de su comportamiento cuando emplea agua fra.

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 lobastante fuerte para la potencia necesaria, que puede ser un considerable esfuerzo en loscaballos de fuerza al freno para agua fra, aunque pueda ser el peso especfico del lquidomenor que el del agua.

SELECCIN DE BOMBAS

Al seleccionar bombas para una aplicacin dada, tenemos varias bombas entre las queelegir. Haremos lo posible para seleccionar una bomba que opere con un rendimientorelativamente alto para las condiciones de funcionamiento dadas.

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Los parmetros que se deben investigar incluyen la velocidad especfica Ns, el tamao Ddel impulsor y la velocidad de operacin n. Otras posibilidades son el uso de bombasmultietapa, bombas en serie, bombas en paralelo, etc. Incluso, bajo ciertas condiciones,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 defuncionamiento 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 aoptimizar el rendimiento de la bomba, minimizando el consumo de energa.

El punto de operacin puede desplazarse cambiando la curva caractersticas de la bomba,cambiando la curva caracterstica del sistema o cambiando ambas curvas. La curva de labomba puede modificarse cambiando la velocidad de funcionamientos de una bomba dadao seleccionando una bomba distinta con caractersticas de funcionamiento diferentes. Enalgunos casos puede ser una ayuda ajustar el impulsor, es decir, reducir algo su dimetro,alrededor de un 5 por 100, mediante rectificado. Este impulsor mas reducido se instala en lacubierta original. La curva caracterstica del sistema puede cambiarse modificando eltamao de la tubera o estrangulando el flujo.

Una complicacin que se presenta a menudo es que los niveles de ambos extremos delsistema no se mantienen constantes, como ocurre si los niveles de los depsitos fluctan.

En tal caso es difcil alcanzar un rendimiento alto para todos los 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 esselecciones una bomba que produzca el flujo de descarga Qa deseado. La curva E es lacaracterstica de carga y capacidad de la bomba y la curva a es la de carga del sistema parala descarga 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 labomba con la carga Hop de funcionamiento para mantener una descarga de Qa hacia eltanque A y, al mismo tiempo, una recirculacin Qb de retorno al tanque B. Para lograrlo, seselecciona el tamao inmediato mayor de impulsor con la curva de rendimiento F.

Si se conoce el flujo Qb con la curva Hop de funcionamiento para orificio y tubo de

recirculacin, el flujo de recirculacin Qs, en el punto de corte de la bomba se puededeterminar con:

en donde H, es la carga de corte de la bomba con la curva de rendimiento F.

Calclese el flujo mnimo seguro, Qmin, para la bomba con curva de rendimiento F y laecuacin (2) y convirtase Wmin a Qmin.

Comprese la recirculacin, Qs, en el punto de corte de la bomba contra el flujo seguromnimo, Qmin. Si Qs, es mayor que o igual a Qmin, esto concluye el proceso de seleccin.

Si Q, es menor que Qmin, seleccinese el tamao inmediato mayor de impulsor y reptaselos pasos 3, 4 y 5 hasta

Determinar el tamao de impulsor que produzca la recirculacin mnima segura.

Instalacin de Bombas en la Industria de Alimentos

Los productos que manipulan las bombas en la industria de la alimentacin pueden serdesde soluciones acuosas y aceites vegetales ligeros a jarabes y melazas e granviscosidad, desde lquidos puros a los que tienen gran proporcin de slidos. Dada laextensa variedad de caractersticas de estos medios. La industria emplea casi todos lostipos de bombas, con ciertas preferencias en aplicaciones concretas, como en el caso de las

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mquinas especficamente proyectadas como bombas para producto alimenticio conpartculas atencin con los detalles a estudiar.

La condicin principal que deben cumplir estas bombas es que no contaminen el productoen modo alguno. Bsicamente esto significa que la bomba no debe ser sensible al ataquecorrosivo o abrasivo por parte del producto que se manipula y que no le teir en absoluto.

Al final de un periodo de utilizacin, la bomba puede verse obligada a cierto tiempo de

inactividad, o incluso pasar a manipular un producto diferente. La facilidad de limpieza y laeliminacin eficaz de cualquier residuo de producto son, pues, esenciales y ello debeconseguirse mediante una simple purga; cuando se trata de una bomba de diafragma, elmaterial elegido para este ser, normalmente el caucho blanco suave, o bien, si laresistencia ataque qumico ha de ser mas elevada, el "hipaln". Igualmente puede sernecesario que la cabeza de vlvula, estas y las conexiones de aspiracin de descarga seande vidrio o de material estril en lugar de metal.

Basadas en la experiencia se han establecido ciertas condiciones para los materiales. As,en las bombas centrfugas utilizadas en la manipulacin de zumos de melocotones o peras,la caja suele ser de fundicin y los rodetes de bronces excepto de cinc, pero estacombinacin no conviene par las cerezas aunque su valor de pH sea parecido. En este casose recurre a la construccin totalmente de bronce. Por otra parte los tomates y las lechessugieren virtualmente el uso de bombas de acero inoxidable.

Si algn material existe con las mxima posibilidades de aplicacin en bombas paraproductos alimenticios es el hacer inoxidable, a pesar de que no deja de tener suslimitaciones sobre todo si el lquido manipulado es electrolito activo, como la salmuera.

Es importante que la bomba se proyecte y se construya de forma que el desmontaje y lalimpieza sean operaciones fciles, dado que quizs deban realizarse a diario o a intervalosregulares (segn el proceso) aparte de la facilidad de repararlas y montarlas de nuevo, lassuperficies internas deben ser lisas y exentas de grietas y puntos de acumulacin desuciedad. Esto se tendr en cuenta al proyectar una bomba para procesos de la industriaalimenticia.

CLASIFICACIN DE LAS BOMBAS

Las Bombas pueden clasificarse sobre la base de las aplicaciones a que estn destinadas,los materiales con que se construyen, los lquidos que mueven y an su orientacin en elespacio. Todas estas clasificaciones, sin embargo, se limitan en amplitud tiendensustancialmente a traslaparse entre s. Un sistema ms bsico de clasificacin, defineprimero el principio por el cual se agrega energa al fluido, investiga la identificacin delmedio por el cual se implementa este principio y finalmente delinea las geometrasespecficas comnmente empleadas. Este sistema se relaciona por lo tanto, con las bombasmismas y no se relaciona con ninguna consideracin externa a la bomba o aun con losmateriales con que puede estar construida. Bajo este sistema, todas las bombas puedendividirse en dos grandes categoras:

Dinmicas, en las cuales se aade energa continuamente, para incrementar las

velocidades de los fluidos dentro de la mquina a valores mayores de los que existen en ladescarga, de manera que la subsecuente reduccin en velocidad dentro, o ms all de labomba, produce un incremento en la presin. Las bombas dinmicas pueden, a su vez,subdividirse en otras variedades de bombas centrfugas y de otros efectos especiales.

De Desplazamiento, en las cuales se agrega energa peridicamente mediante la aplicacinde fuerza a uno o ms lmites mviles de un nmero deseado de volmenes que contienenun fluido, lo que resulta en un incremento directo en presin hasta el valor requerido paradesplazar el fluido a travs de vlvulas o aberturas en la lnea de descarga. Las bombas de

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desplazamiento se dividen esencialmente en los tipos reciprocantes y rotatorios,dependiendo de la naturaleza del movimiento de los miembros que producen la presin.

Cada una de estas clasificaciones mayores puede, a su vez, subdividirse en varios tiposespecficos de importancia comercial, como se indica en la siguiente figura.

BOMBA DE POTENCIA

Una bomba de potencia es una mquina alternativa de velocidad constante, par

motor constante y capacidad casi constante, cuyos mbolos o pistones se mueven pormedio de un cigeal, a travs de una fuente motriz externa.

La capacidad de la bomba vara con el nmero de mbolos o pistones. En general, mientrasmayor sea el nmero, menor es la variacin en capacidad, a un nmero dado de rpm. Labomba se disea para una velocidad, presin, capacidad y potencia especficas. La bombapuede aplicarse a condiciones de potencia menores que las del punto especfico de diseo,pero con sacrificio de la condicin ms econmica de operacin.

Las Bombas se construyen en versiones tanto verticales como horizontales. La construccinhorizontal se utiliza en bombas de mbolo de hasta 200 HP. Esta construccin esgeneralmente abajo del nivel de cintura y proporciona facilidad en el ensamble ymantenimiento. Se construyen con tres o cinco mbolos. Las bombas horizontales de pistnllegan hasta los 2.000 HP y normalmente tienen dos o tres pistones, que son de accin

simple o doble. La construccin vertical se usa en bombas de mbolo hasta 1.500 HP, conel extremo de fluido sobre el extremo motriz. Esta construccin elimina el peso del mbolosobre los bujes, empaques y la cruceta y tiene un dispositivo de alineamiento del mbolocon el empaque. Se requiere un arreglo especial de sellado para evitar que el lquido delextremo del fluido se mezcle con el aceite del extremo motriz. Pueden haber de tres a nuevembolos.

Los mbolos son aplicables a bombas con presiones desde 1.000 hasta 30.000 [lb/ pulg^2].La presin mxima desarrollada con un pistn es de alrededor de 1.000 [lb/ pulg^2]. Lapresin desarrollada por la bomba es proporcional a la potencia disponible en el cigeal.

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Esta presin puede ser mayor que el rango del sistema de descarga o bomba. Cuando lapresin desarrollada es mayor que estos rangos se puede originar una falla mecnica. Paraevitar esto debe instalarse un dispositivo de alivio de presin entre la brida de descarga dela bomba y la primera vlvula en el sistema de descarga.

BOMBA DE VAPOR

Una bomba alternativa de desplazamiento positivo es aquella en la que el mbolo o pistndesplaza un volumen dado de fluido en cada carrera. El principio bsico de una bombaalternativa es que un slido desplazar un volumen igual de lquido. Por ejemplo, un cubode hielo dejado caer dentro de un vaso completamente lleno de agua, derramar unvolumen de agua fuera del vaso, igual al volumen sumergido del cubo de hielo.

Todas las bombas alternativas tienen una parte que maneja el fluido, comnmente llamadael extremo lquido, el cual tiene:

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Un slido que desplaza, llamado mbolo o pistn.

Un recipiente que contiene al lquido, llamado el cilindro lquido.

Una vlvula de succin de retencin que admite el fluido de la tubera de succinhacia el cilindro lquido.

Una vlvula de descarga de retencin que admite el flujo del cilindro lquido haciala tubera de descarga.

Empaque para sellar perfectamente la junta entre el mbolo y el cilindro lquido yevitar que el lquido se fugue del cilindro y el aire entre al cilindro.

Para bombear, es decir para mover el lquido a travs del extremo lquido, el mbolo debemoverse. Cuando el mbolo se mueve hacia afuera del cilindro lquido, como se muestra enla figura 2, la presin del fluido dentro del cilindro se reduce. Cuando la presin llega a sermenor que la de la tubera de succin la vlvula de succin de retencin se abre y el lquidofluye al cilindro para llenar el volumen vaciado al retirar el mbolo. Durante esta fase de laoperacin, la vlvula de descarga de retencin se mantiene cerrada debido a la mayorpresin en la tubera de descarga. Esta parte la accin de bombeo de una bomba alternativa

de desplazamiento positivo se llama la carrera o golpe de succin.

El movimiento hacia atrs debe pararse antes de que el extremo del mbolo llegue alempaque. Entonces el movimiento del mbolo se invierte, inicindose la parte de la accinde bombeo conocida como la carrera o golpe de descarga, como se ilustra en la figura 3.

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El movimiento del pistn dentro del cilindro origina un incremento en la presin del

lquido ah contenido. Esta presin inmediatamente llega a ser mayor que la presin en latubera de succin originando que la vlvula de succin de retencin se cierre. Mediante lossiguientes movimientos del mbolo, la presin del lquido contina elevndose. Cuando lapresin del lquido en el cilindro alcanza la de la tubera de descarga, la vlvula de descargade retencin es forzada a abrirse y el lquido fluye hacia la tubera de descarga. El volumenforzado hacia la tubera de descarga es igual al desplazamiento del mbolo menosprdidas muy pequeas.

BOMBAS CENTRIFUGAS

Las bombas centrfugas prevn su nombre al hecho de que elevar el lquido por la accin de

la fuerza centrfuga, que la imprime un rotor, colocado en su interior, el cual es accionadopor un motor elctrico.

Un fsico francs fue el primero que ide las caractersticas esenciales de este tipo debomba, la cual ha ido evolucionando a travs de numerosos patentes. Toda una centrfuga,consta de un rotor de pocos a la vez fijos, el cual gira dentro de la caja envolvente,generalmente de forma espiral. El lquido proveniente de la caera en que la por el centrodel rotor, al girar bruscamente a la masa lquida una fuerza centrfuga, que lo hace salidaque los canales situados entre los alavs, y la envoltura de la caja donde progresivamentela a energa cintica de la corriente lquida se transforma en energa potencial de presin.

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As como la turbina Francis evolucion hacia la turbina a hlice, con la necesidad degenerar ms revoluciones, las bombas centrfugas evolucionaron a las bombas de hlice ode flujo axial, como inconveniencia de ir aumentando el dimetro del eje del rotor, parapermitir el ingreso de mayores caudales.

As cuando se desea obtener mayores caudales se dispone de unos o ms rotores sobre elmismo rbol motor.

Las bombas centrfugas, debido a sus caractersticas, son las bombas que ms se aplicanen la industria. Las razones de estas preferencias son las siguientes:

Son aparatos giratorios.

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 dispositivoregulador.

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 la bombade 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 delas chumaceras, los empaques del presa-estopa y el nmero de elementos acambiar es muy pequeo.

FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS CENTRFUGAS

Las bombas centrfugas mueven un cierto volumen de lquido entre dos niveles; son pues,mquinas hidrulicas que transforman un trabajo mecnico en otro de tipo hidrulico.

Los elementos constructivos de que constan son:

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

b) El impulsor o rodete, formado por una serie de alabes de diversas formas que girandentro de una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente al eje y es la parte mvilde la bomba. El lquido penetra axialmente por la tubera de aspiracin hasta el centro delrodete, que es accionado por un motor, experimentando un cambio de direccin ms omenos brusco, pasando a radial, (en las centrfugas), o permaneciendo axial, (en lasaxiales), adquiriendo una aceleracin y absorbiendo un trabajo.

Los alabes del rodete someten a las partculas de lquido a un movimiento de rotacin muyrpido, siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrfuga, de forma queabandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando 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 elrodete sometido al movimiento de rotacin; en la voluta se transforma parte de la energadinmica adquirida en el rodete, en energa de presin, siendo lanzados los filetes lquidoscontra las paredes del cuerpo de bomba y evacuados por la tubera de impulsin.

La carcasa, (voluta), est dispuesta en forma de caracol, de tal manera, que la separacinentre ella y el rodete es mnima en la parte superior; la separacin va aumentando hasta

que las partculas lquidas se encuentran frente a la abertura de impulsin; en algunasbombas existe, a la salida del rodete, una directriz de alabes que gua el lquido a la salidadel impulsor antes de introducirlo en la voluta.

o Una tubera de impulsin.- La finalidad de la voluta es la de recoger el lquido a granvelocidad, cambiar la direccin de su movimiento y encaminarle hacia la brida de impulsinde la bomba.

La voluta es tambin un transformador de energa, ya que disminuye la velocidad(transforma parte de la energa dinmica creada en el rodete en energa de presin),aumentando la presin del lquido a medida que el espacio entre el rodete y la carcasaaumenta.

Fig. I.1.- Bomba centrfuga, disposicin, esquema y perspectiva

Este es, en general, el funcionamiento de una bomba centrfuga aunque existen distintostipos y variantes.

La estructura de las bombas centrfugas es anloga a la de las turbinas hidrulicas, salvoque el proceso energtico es inverso; en las turbinas se aprovecha la altura de un saltohidrulico para generar una velocidad de rotacin en la rueda, mientras que en las bombascentrfugas la velocidad comunicada por el rodete al lquido se transforma, en parte, enpresin, logrndose as su desplazamiento y posterior elevacin.

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Y NO POSITIVO

Bombas de desplazamiento no positivo

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Estas bombas son empleadas generalmente para el trasiego de fluidos, la energa cedida alfluido es cintica y funciona generalmente mediante fuerza centrifuga. Una bomba dedesplazamiento no positivo, tambin llamada hidrodinmica no dispone de sistemas deestanqueidad entre los orificios de entrada y salida; por ello produce un caudal que variaraen funcin de la contrapresin que encuentre el fluido a su salida (Bomba centrfuga).

El caudal suministrado por la bomba no tiene suficiente fuerza para vencer la

Fig. 2. Rendimiento de una bomba centrifuga

presin que encuentra en la salida y al no existir estanqueidad entre esta y la entrada, elfluido fuga interiormente de un orificio a otro y disminuye el caudal a medida que aumenta lapresin, segn la grfica que se muestra en la figura.

En este tipo de bombas la presin mxima alcanzable variara en funcin de la velocidad derotacin del elemento impulsor.

Dentro de este grupo de bombas de desplazamiento no positivo se incluyen las bombasperistticas, que son un intermedio entre estas y las de desplazamiento positivo yprincipalmente se utilizan para bajas presiones.

Bombas de desplazamiento positivo

Caractersticas Principales

Las bombas hidrostticas de desplazamiento positivo son los elementos destinados atransformar la energa mecnica en hidrulica. Estas bombas son aquellas que suministranla misma cantidad de liquido en cada ciclo o revolucin del elemento de bombeo,independiente de la presin que encuentre el liquido a su salida.

Estas bombas guan al fluido que se desplaza a lo largo de toda su trayectoria, el cualsiempre est contenido entre el elemento impulsor, que puede ser un embolo, un diente deengranaje, un aspa, un tornillo, etc., y la carcasa o el cilindro. El movimiento deldesplazamiento positivo consiste en el movimiento de un fluido causado por la disminucindel volumen de una cmara. Por consiguiente, en una mquina de desplazamiento positivo,el elemento que origina el intercambio de energa no tiene necesariamente movimientoalternativo (mbolo), sino que puede tener movimiento rotatorio (rotor).

Sin embargo, en las mquinas de desplazamiento positivo, tanto reciprocantes comorotatorias, siempre hay una cmara que aumenta de volumen (succin) y disminuyevolumen (impulsin), por esto a stas mquinas tambin se les denomina Volumtricas.

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VENTAJA DE LAS BOMBAS POSITIVAS

Las bombas positivas tienen la ventaja de que para poder trabajar no necesitan "cebarse,es decir, no es necesario llenar previamente el tubo de succin y el cuerpo de la bombapara que sta pueda iniciar su funcionamiento, tal como acontece en las bombascentrfugas. En las bombas positivas, a medida que la bomba por s misma va llenndosede lquido, ste va desalojando el aire contenida en la tubera de succin, inicindose el

escurrimiento a travs del sistema cuando ha acabado de ser desalojado el aire.

Para completar lo antes dicho relativo a las bombas positivas o de presin mecnica ya seareciprocante o rotatoria y por lo que respecta a la altura de succin ms conveniente enellas, al final se da el diagrama 8 en el cual puede encontrarse la altura prctica de succina que conviene instalar una bomba de stas, con el fin de obtener de ellas su mejorfuncionamiento.

Queda entendido que la altura prctica de succin aqu indicada, es igual a la distanciavertical a la que puede ser elevada el agua en la succin, menos las prdidas de carga porfriccin y otras si las hay.

Fig. 3. Rendimiento de una bomba de desplazamiento positivo

La homogeneidad de caudal en cada ciclo se consigue gracias a unas tolerancias muyajustadas entre el elemento de bombeo y la carcasa de la bomba. As, la cantidad de liquidoque fuga interiormente en la bomba de desplazamiento positivo es mnima, y despreciablecomparada con el mximo caudal de la misma.

Cuando estas bombas presentan fugas internas considerables deben ser reparadas osustituidas ya que no trabajan correctamente, Orientatvamente el rendimiento volumtricode las bombas de desplazamiento positivo, aunque varia de un tipo a otro no debe serinferior al 85%.

La comparacin entre las grficas de rendimiento para cada tipo hace comprender el porquetodas las bombas de los sistemas hidrulicos de aviacin son de desplazamiento positivo.Las tres razones ms importantes son:

En la bomba de desplazamiento no positivo, cuando el esfuerzo a vencer por el sistemaalcance un valor determinado, la bomba dejara de dar caudal y el equipo se detendr.

En el caso anterior, y aun antes de alcanzar este valor concreto de presin, el caudal vadisminuyendo notablemente, por lo que no se dispone de un control preciso de la velocidadde movimiento del sistema.

Las fugas internas en este tipo de bombas implican un elevado consumo de energamecnica que se desaprovecha al no convertirse en energa hidrulica.

Las bombas hidrostticas se agrupan segn el tipo de elemento de bombeo y se dividen endos grupos principales: Bombas de caudal fijo y bombas de caudal variable. Eldesplazamiento de fluido en cada cilindrada de una bomba de caudal fijo se mantiene

constante en cada ciclo o revolucin, pues el caudal es constante a una velocidad de trabajodeterminada; por el contrario, el caudal de salida de una bomba de caudal variable puedecambiarse y alterar la geometra del elemento de bombeo o la cilindrada del mismo.

BOMBAS DE CAUDAL VARIABLE

Aunque todas las bombas pueden variar su caudal de salida, simplemente cambiando lavelocidad de trabajo, se entiende por bombas de caudal variable aquellas que, manteniendoconstante el rgimen de funcionamiento, pueden cambiar el caudal de salida cambiando la

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geometra o el volumen de las cmaras de bombeo internas; por ello se llaman bombas decilindrada variable.

Fig. 18. Bomba de paletas de caudal variable

La variacin de la cilindrada en estas bombas se consigue de diversas formas, entre ellaslas ms frecuentes son de control manual por palanca, control manual por volante,servocontrol, compensador de presin, pilotaje externo, control electrnico, etc. Este tipo debombas se emplean principalmente para transmisiones hidrostticas.

BOMBAS MLTIPLES

Son muchos los sistemas hidrulicos en los que por uno u otro motivo se precisa dediversas bombas para uno o varios circuitos. Para solucionar este problema de la forma mseconmica se han desarrollado las bombas mltiples, es decir varias unidades de bombeo,de igual o distinta cilindrada colocadas sobre un mismo cuerpo y accionadassimultneamente por un mismo eje motriz.

Existen muchos modelos de bombas mltiples, pudiendo estas ser combinaciones de variasbombas de engranajes, o de pistones o combinaciones de las mismas. En la mayora de las

aplicaciones las bombas mltiples se emplean para suministrar energa a diversos circuitosde un mismo sistema hidrulico; sin embargo existen otras aplicaciones para las bombasdobles o mltiples en las que el caudal de la segunda bomba pasa directamente a laprimera.

BOMBAS OSCILANTES

Estas bombas constan de un vstago conectado a un pistn, con sus elementos deestanqueidad, que se desplaza en el interior de un orificio cilndrico cerrado por el extremoopuesto por donde tiene los orificios de aspiracin y salida. Aqu, se transforma la fuerza yel movimiento lineal de un vstago en energa hidrulica.

Fig. 5. Bomba Manual

Se debe saber que mientras no se conecte el orificio de salida a un accionador que generecontrapresin, el accionamiento consumir muy poca energa, y se limitar a suministrar elcaudal determinado. Cuando exista la contrapresin, la energa para mover el mboloincrementar en funcin de la presin que alcance el fluido.

A continuacin se muestra cmo al salir el pistn se crea vaco en la cmara de bombeo.Este vaco succiona el fluido del depsito a travs del antirretorno de aspiracin y cierra elantirretorno de salida. Al cambiar el sentido del pistn, el fluido sale, cerrando el antirretornode aspiracin abriendo el de la lnea de impulsin.

Todas las bombas hidrostticas suministran el mismo volumen de lquido en cada ciclo, yesto no vara en funcin de la velocidad de accionamiento.

Las unidades tpicas son: centmetros cbicos por revolucin, o litros por minutos. En lamayora de los casos el caudal se determina a 1500 r.p.m.

Un ejemplo de bombas oscilantes son las manuales. Son empleadas en los circuitoshidrulicos como fuente de presin y de caudal.

Fig. 6. Bomba manual de doble efecto

Existen diversos tipos de bombas manuales, simples, donde el bombeo se realiza por unasola cmara del cilindro; dobles, mientras que una cmara del cilindro est aspirando, la

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otra est bombeando; combinadas, de gran caudal a baja presin y viceversa, paraconseguir un avance rpido del accionador y elevada presin a poca velocidad.

En estas bombas la presin mxima se logra en funcin del esfuerzo aplicado en la palancade accionamiento.

BOMBAS ROTATIVAS

Este tipo de movimiento es el que traslada el fluido desde la aspiracin hasta la salida depresin. Segn el elemento que trasmita tal movimiento, se clasifican en bombas deengranajes, paletas, pistones etc.

o Bombas De Engranajes Externos

Produce caudal al transportar el fluido entre los dientes de dos engranajes acoplados. Unode ellos es accionado por el eje de la bomba (motriz), y este hace girar al otro (libre).

Fig. 7. Bomba de engranajes externos de baja presin

Lo que sucede es el origen de un vaco en la aspiracin cuando se separan los dientes, porel aumento del volumen en la cmara de aspiracin. En el mismo momento los dientes sevan alejando, llevndose el fluido en la cmara de aspiracin. La impulsin se origina en elextremo opuesto de la bomba por la disminucin de volumen que tiene lugar al engranar losdientes separados.

Fig. 8. Bomba de engranajes externos de alta presin

El tipo de bomba ms utilizado son las de engranajes rectos, adems de las helicoidales ybehelicoidales.

En condiciones ptimas estas bombas pueden llegar a dar un 93% de rendimientovolumtrico.

Son sin lugar a dudas las bombas ms ruidosas del mercado. Por ello no se emplean enaplicaciones fijas e interiores, donde su nivel sonoro puede perjudicar a los operarios quelas trabajan.

o Bombas De Lbulos

Son bombas rotativas de engranajes externos, que difieren de estas en la forma deaccionamiento de los engranajes. Aqu ambos engranajes son accionadosindependientemente por medio de un sistema de engranajes externo a la cmara debombeo.

Fig. 9. Bomba de Lbulos

Ofrecen un mayor desplazamiento, pero su coste es mayor y sus prestaciones de presin yvelocidad son inferiores a las de las bombas de engranajes.

o Bombas De Husillos

Tambin llamadas de tornillos, son bombas de engranajes de caudal axial. Existen tres tiposde bombas de husillo: de un solo husillo, un rotor en forma de espiral excntricamente en elinterior de un estator. De doble husillo, dos rotores paralelos que se entrelazan al girar enuna carcasa mecanizada con ciertas tolerancias. De triple husillo, un rotor central (motriz), ydos rotores que se entrelazan con el primero.

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En estas bombas, el fluido que rodea los rotores en la zona de aspiracin es atrapado amedida que estos giran, es empujado y forzado a salir por el otro extremo. Las principalesaplicaciones de este tipo de bombas son en sistemas hidrulicos donde el nivel sonoro debecontrolarse.

o Bombas De Engranajes Internos.

Estn compuestas por dos engranajes, externo e interno. Tienen uno o dos dientes menosque el engranaje exterior. Tienen un desgaste menor por la reducida relacin de velocidadexistente. Son utilizadas en caudales pequeos. Y pueden ser de dos tipos: semiluna ygerotor.

o Bombas De Semiluna.

En estas bombas entre los dos engranajes hay una pieza de separacin en forma de medialuna. Est situada entre los orificios de entrada y salida, donde la holgura es mxima. Laestanqueidad se consigue entre el extremo de los dientes y la semiluna; posteriormente enel orificio de salida, los dientes se entrelazan, reducen el volumen y forzan a salir el fluido.Estas bombas se emplean actualmente para modelos de dos etapas para presionessuperiores a 280 bar.

Fig. 10. Bomba de semiluna

o Bombas Gerotor

Consiste en un par de engranajes que estn siempre en contacto. El rotor interno arrastra alexterno que a su vez tiene un diente ms, girando en la misma direccin.

Fig. 11. Bomba gerotor

El fluido entra a la cmara donde los dientes se separan y es expulsado cuando seentrelazan de nuevo.

o

Bombas de paletas

Un determinado nmero de paletas se desliza en el interior de unas ranuras de un rotor quea su vez gira en un anillo. Las cmaras de bombeo se generan entre las paletas, el rotor y elanillo.

Durante la rotacin, a medida que aumenta el espacio comprendido entre las paletas, elrotor y el anillo, se crea un vaco que hace que entre el fluido por el orificio de aspiracin.Cuando se reduce el espacio, se ve forzado a salir. La estanqueidad se consigue entre elconjunto paletas-rotor y las placas laterales, as como al ajustar el vrtice de las paletas y elanillo.

Normalmente estas bombas no estn recomendadas a trabajar en velocidades inferiores a600 r.p.m.

Fig. 12. Bomba de paletas

Bombas De Paletas No Compensadas

Aqu el alojamiento es circular y dispone de un solo orificio de aspiracin y otro de presin.Teniendo las cmaras opuestas, generan cargas laterales sobre el eje motriz. Y pueden serde caudal fijo o variable, normalmente usadas a presiones inferiores a 175 bar.

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Bombas De Paletas Compensadas

Slo existen para caudales fijos, se diferencian en que su anillo es elptico, lo que permiteutilizar dos conjuntos de orificios de aspiracin y de impulsin. En estas bombas se anulanlos esfuerzos laterales, puesto que las dos cmaras estn separadas 180 grados lo quehace que las fuerzas laterales se equilibren.

Fig. 13. Bomba de paletas compensadas

Bombas De Paletas Fijas

No se utilizan en sistemas hidrulicos por su pequea cilindrada y por ser ruidosas. Tienenel rotor elptico, anillo circular y paletas fijas internamente.

o Bombas De Pistones

Son unidades rotativas, que disponen de conjuntos pistn-cilindro. Parte del mecanismo giraalrededor de un eje motor que crea un movimiento oscilante del pistn, haciendo que esteaspira el fluido hacia el interior del cilindro en la carrera de expansin y expulsarlo en lacarrera de compresin. Son de dos tipos: axiales y axiales en lnea.

Bombas De Pistones Axiales

Los pistones en estas bombas oscilan axialmente, es decir paralelos al eje as que elmovimiento rotativo del eje motriz se convierte en un movimiento axial oscilante de lospistones. Suelen utilizar varios pistones y vlvulas de retencin.

Fig. 14. Bomba de pistones axiales

Bombas De Pistones Axiales En Lnea

Tiene como diseo ms sencillo el de barrilete de cilindros que gira accionado por ejemotriz. Los pistones en los orificios del barrilete se conectan al plato inclinado y de una

anillo de retroceso.

A medida que el barrilete gira, los pies de los pistones siguen apoyados al plato, haciendoque se muevan linealmente respecto al eje. Los orificios en la placa de distribucin permitenque los pistones pasen por el orificio de entrada cuando empiezan a salir de susalojamientos y por la salida cuando entran al alojamiento de nuevo.

Bombas De Pistones Axiales En ngulo

Estn compuestas por un eje motriz, el barrilete de cilindros y una placa de vlvulas,encarada esta ltima con los orificios de los cilindros del barrilete. El eje motriz est enngulo con relacin al eje del barrilete. La placa de vlvulas tiene orificios dispuestos deforma que la aspiracin est abierta a los orificios de los cilindros en la zona de revolucin.Su orificio de salida est encarado a los orificios de los pistones en la zona en la que lospistones se acercan a la placa de vlvulas. Esto permite que en el giro de la bomba lospistones succionen fluido hacia el interior de los cilindros, y lo expulsen por la cmara desalida.

Bombas De Pistones Axiales Con Placa Oscilante

La diferencia entre esta bomba y la axial en lnea es que los pistones son estticos y lo quegira es la placa inclinada. Gira la placa y produce el desplazamiento de los pistones, lo quepermite que los pistones aspiren y expulsen el fluido.

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Bombas De Pistones Radiales

En estas bombas los pistones estn ubicados radialmente en un bloque de cilindros, y semueven perpendicularmente con relacin al eje. Dos tipos bsicos de bombas de pistonesradiales son los de caudal fijo y caudal variable.

Fig. 16. Bomba de pistones radiales

Esta figura muestra el bloque de cilindros que gira sobre un pivote estacionario en el interiorde un anillo circular o rotor. A medida que el bloque gira, el pistn sigue la superficie internadel anillo.

Bombas De Pistones Oscilantes

Al igual que un motor de explosin, los pistones se mueven en un sentido por el esfuerzotransmitido por un cigeal, una excentricidad del eje o un plato. La diferencia entre estascomparaciones es que lo que en el motor de explosin es el eje de salida, en la bomba es eleje primario por el que recibe la energa; y los pistones del motor son los que en la bombageneraran la presin y el caudal.

Fig.17 Bomba de pistones oscilantes

Estas bombas tienen como ventajas: ofrecen un sistema de estanqueidad mucho mejorentre la entrada y la salida, adems que en estas bombas la lubricacin de las partesmviles puede hacerse con un fluido distinto al bombeado.

BOMBAS RECIPROCANTES

El funcionamiento de una Bomba Reciprocante depende del llenado y vaciado sucesivo dereceptculos de volumen fijo, para lo cual cierta cantidad de agua es obligada a entrar alcuerpo de la bomba en donde queda encerrada momentneamente, para despus serforzada a salir por la tubera de descarga, (ver figura 103). De lo anterior se deduce, entrminos generales, que el gasto de una Bomba Reciprocante es directamente proporcionala su velocidad de rotacin y casi independiente de la presin de bombeo.

Como el proceso de llenado y vaciado sucesivo de receptculos de volumen fijo requierefriccin por resbalamiento entre las paredes estacionarias del receptculo y las partesmviles, estas bombas no son apropiadas para manejar lquidos que contengan arenas omaterias en suspensin. Adems, la variacin cclica del gasto de descarga puede obligar alempleo de Cmara de aire y de grandes tuberas.

Estas bombas son relativamente de baja velocidad de rotacin, de tal manera que cuandotienen que ser movidas por motores elctricos deben ser intercaladas trasmisiones deengranes o poleas para reducir la velocidad entre el motor y la bomba.

Clasificacin:

Bombas de mbolo reciprocante.

Bombas de embolo reciprocante de descarga variable.

Bombas reciprocantes de diafragma.

BOMBA DE DIAFRAGMA

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Ocasionalmente, las bombas reciprocantes estn provistas de un diafragma flexiblerecprocamente en vez de un mbolo o pistn reciprocante, con lo cual se elimina la fricciny las fugas en el punto donde el mbolo atraviesa la caja de empaque. Un ejemplo de estabomba queda ilustrado en la figura en la cual el movimiento del diafragma es obtenidomediante una cama excntrica y una palanca; las vlvulas de succin y de descargatrabajan en forma ordinaria. Tales bombas son muy comunes en la actualidad para levantarcombustible de los tanques posteriores de los automviles a los carburadores de los

mismos.

De pistn

BOMBA DE EMBOLO

Los elementos de una Bomba Reciprocante, comnmente llamada de mbolo o de presin,estn mostrados esquemticamente en la figura 103. En ella puede verse que, como laManivela o Cigeal gira con una velocidad uniforme, accionada por el motor, el mbolo opistn e mueve hacia adelante y hacia atrs en el cuerpo del cilindro; en el golpe haciaafuera un vaco parcial detrs del mbolo permite a la presin atmosfrica que obra sobre lasuperficie el agua en el pozo hacer subir el agua dentro del tubo de accin, la cual,

pasando por la vlvula de succin llena el cilindro; en el golpe hacia adentro, la vlvula desuccin se cierre y el agua es presionada a salir hacia el tubo de descarga.

Eficiencia Volumtrica de una bomba de mbolo:

Gasto ideal o terico:

Gasto efectivo:

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Presin dinmica o de inercia que tiene lugar en las tuberas de descarga y de succin deuna bomba de mbolo:

o

BOMBA RECIPROCANTE DE EMBOLO DE DESCARGA VARIABLE.

En sistemas de transmisin de circuito hidrulico cerrado, es algunas veces necesaria unaforma de bomba cuyo gasto de descarga pueda ser variado sin cambiar la velocidad derotacin. Tal bomba est indicada en la figura, tiene un cierto nmero de cuerpos cilndricosparalelos A, hechos formando un bloque B, que gira mediante engranes alrededor de un ejecentral.

Los pistones o mbolos estn articulados a un anillo D que es mantenido en contacto con

un platillo E, el cual puede inclinarse fuera de la perpendicular; de este modo cuando elanillo D gira en conjunto con el bloque de cilindros, tambin se balancea e imparte elmovimiento reciprocante necesario a los pistones o mbolos.

En estas bombas no son necesarias las vlvulas que tienen las bombas de mbolo antesdescritas; en su lugar tienen dos entradas o ranuras semicirculares que obturan lasextremidades de los cilindros, una de las entradas est conectada a la tubera de succin yla otra a la de descarga. As todos los cilindros del bloque en el lado en que suben losmbolos, que es cuando se mueven stos hacia afuera, son puestos en comunicacindirecta con la tubera de succin, mientras que el lquido descargado de los cilindros en loscuales bajan los mbolos, tienen salida libre al tubo de descarga.

A fin de variar el gasto de descarga de la bomba, es necesario alterar la carrera de losmbolos, lo cual puede hacerse cambiando el ngulo de inclinacin del plato E. Para este

objeto el plato est montado sobre ejes, de tal modo que l puede mecerse alrededor de uneje horizontal, transversal al eje principal de la bomba. Mientras ms normal se hace el platoE, menor ser la descarga, hasta que sta cesa por completo cuando el plato E, es paraleloa F. Si se sigue variando la inclinacin, el escurrimiento vuelve a tener lugar; pero ahora ensentido contrario, saliendo el lquido por el tubo en que antes se haca la succin.

Debido al hecho de que estas bombas son empleadas exclusivamente para manejar aceitey de que todas las partes mviles estn ahogadas en aceite, a pesar del nmero desuperficies de friccin que tienen, alcanzan una alta eficiencia, de un ochenta por ciento oms. La presin media usual de trabajo es de unos 35 kg/cm2.

BOMBAS ROTATORIAS

Estas bombas, como ya antes se dijo no tienen vlvulas ni partes reciprocantes; el

movimiento del lquido es efectuado por la accin combinada de dos elementos giratoriossemejantes a las ruedas dentadas. En la bomba Stone-Paramor, el elemento giratorio quees acoplado directamente a la flecha motora, es un pin de cuatro dientes que engranacon una corona dentada de seis dientes.

Esta corona gira dentro de la armadura de la bomba a 2/3 de la velocidad con que gira laflecha motora. Una lengeta fija de forma creciente y saliente de la armadura, impide el dedescarga a la de succin. La forma en la cual el lquido es llevado de la entrada de lasuccin a la descarga se ve claramente en la figura 112, donde los puntos son usados paraindicar las posiciones sucesivas del lquido en el hueco dejado entre el pin y la corona,

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despus de que la flecha ha girado 1/8 de revolucin. Cuando se bombea aceite lubr icantecontra una presin de unos 7 kg/cm2 a esta mquina tiene una eficiencia mecnica de msde 70% y una eficiencia, volumtrica de 95%. No debe intentarse el emplearla para elbombeo de lquidos delgados. Debido a su gasto de descarga casi uniforme, las bombaspositivas rotatorias pueden trabajar a grandes velocidades sin el peligro de que sepresenten presiones de inercia ni an en el caso de no ser empleadas Cmaras de aire. Lasbombas Stone-Paramor, por ejemplo, con una capacidad de 720 litros por minuto pueden

trabajar a 300 r.p.m.

BOMBAS LOBULARES

stas se asemejan a las bombas del tipo de engranes en su forma de accin, tienen dos oms rotores cortados con tres, cuatro, o ms lbulos en cada rotor. Los rotores seSincronizan para obtener una rotacin positiva por medio de engranes externos, Debido aque el lquido se descarga en un nmero ms reducido de cantidades mayores que en elcaso de la bomba de engranes, el flujo del tipo lobular no es tan constante como en labomba del tipo de engranes. Existen tambin combinaciones de bombas de engrane ylbulo.

BOMBAS ESPECIALES

Para alimentacin de calderas

Para grasa

De pozo profundo

Para lodos y drenaje

BOMBAS ESPECIALES UTILIZADAS EN AVIACION

En los circuitos hidrulicos utilizados en la aviacin para distribuir la presin a diferentesuntos donde necesitamos la energa hidrulica, se utilizan tres tipos de bombas especiales,pertenecientes a diferentes grupos. Estas bombas son:

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Bomba stratapower de insuficiencia de entrada

Bomba stratapower de demanda

Bomba Vickers de reduccin de recorrido.

Estas bombas tienen un diseo especial, pero su principio de funcionamiento es el mismode las bombas que se utilizan en circuitos hidrulicos normales. Estas bombas deben tenerun alto rendimiento tanto volumtrico como mecnico y por lo tanto total.

Bomba stratapower de insuficiencia de entrada

Esta bomba es movida por el motor del avin o por un motor elctrico acoplado medianteestras al eje impulsor del avin. En su mecanismo interior el eje(E) hace girar la leva(D) locual hace que los pisones de resorte(G) se muevan hacia atrs y hacia adelante en susrespectivos cilindros dentro del bloque fijo. Los pistones como los de la bomba de pistn devolumen constante. Los discos de fricciones(F) colocados uno a cada lado de laleva(D)permiten que la leva funcione a una temperatura determinada, ms baja y msuniforme. Por cada revolucin de la leva, es liberado cada pistn dentro del bloque delcilindro. Los pistones se mantienen en contacto con el disco de fricciones mediante resortes

y tambin regresan los pistones despus de cada recorrido hacia adelante.

Fig. 19. Bomba stratapower de insuficiencia de admisin.

El rendimiento volumtrico de esta bomba es bastante constante, y para poderlo variar sedebe limitar el volumen de fluido tomado por la bomba a medida que aumenta la presin.

Bomba stratapower de demanda

Hay unas cuantas diferencias estructurales que se pueden ver entre estas bombas y las detipo insuficiencia de admisin. Las partes giratorias que son el eje impulsor(J) la leva y losdiscos de friccin(H) son casi iguales. Sin embargo, los pistones(A) tienen centros huecosbastante grandes que estn conectados con orificios abiertos de una parte a otra. Adems,cada pistn tiene una manga(B) alrededor del mismo. Las magas estn fijadas unaestrella(C) que esta unida al compensador(D) tambin conocida como vlvula de control devolumen; si se aumenta la presin el compensador se mueve hacia la derecha y si sedisminuye, la unidad viaja hacia la izquierda por la tensin del resorte de la vlvula.

Otra diferencia es que el orificio de retorno esta en el extremo impulsor de la bomba en vezde estarlo en la cabeza.

A medida que se eleva la presin en la tubera, el fluido que fluye por el conducto(G) acta

sobre el pistn del compensador, forzndolo hacia la derecha y llevando consigo la estrellay las mangas (C) y (B). La rotacin de la leva produce una accin de bombeo centrfugo alhalar fluido a travs de la bomba para enfriamiento y lubricacin.

La graduacin mxima del compensador se ajusta girando hacia la derecha el tornillo (F)para aumentar la presin y hacia la izquierda para disminuirla.

Bomba Vickers de reduccin de recorrido

La bomba de reduccin de recorrido tiene bsicamente las mismas piezas que la bomba devolumen constante.

Fig. 21. Bomba Vickers de reduccin de recorrido

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El eje impulsor(A) los pistones(N) y el bloque del cilindro(D), giran. La diferencia principalentre esta bomba y la de volumen constante es que el ngulo entre el eje impulsor y elbloque del cilindro varia automticamente, mientras que en la bomba de volumen constanteel ngulo es fijo.

Una horquilla(C) contiene el bloque del cilindro y gira al rededor de unas clavijas de entraday salida (O). Antes de que las bombas eleven presin alguna, la horquilla es sostenida en la

posicin de flujo total por el resorte que hay en el pistn de control de presin(L). Cuando lapresin de salida esta graduada a un mximo predeterminado, el pistn de control se muevey hace girar la horquilla. Existe tambin una vlvula interna de desahogo, que protege labomba en caso de que falle la vlvula de control de presin.

BIBLIOGRAFIA

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