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Bombas Bombas Document Transcript

  • Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda Área de Tecnología “El Sabino” Programa: Ingeniería QuímicaUnidad Curricular: Equipos, Maquinas e Instalaciones Industriales Profesora: Ing. Rocio Hurtado BOMBAS Autor Matheus, Mónica C.I: 17842310 Johana C.I: Punto Fijo, Enero 26 de 2012
  • INTRODUCCIÓN Con todo el desarrollo tecnológico que ha ocurrido desde los tiempos antiguos,incluyendo la transformación de la potencia del agua en otras formas de energía, hastala fisión nuclear, la bomba queda probablemente como la segunda máquina de uso máscomún, excedida apenas por el motor eléctrico.Puesto que las bombas han existido por tanto tiempo y su uso está tan extendido, no essorpresa que se produzcan una infinidad de variedades de tamaños y tipos y que seapliquen también a una infinidad de servicios. Proporcionando un trabajo comprensiblede algunos tipos de estas bombas.Siempre que tratemos temas como procesos químicos, y de cualquier circulación defluidos estamos, de alguna manera entrando en el tema de bombas.El funcionamiento en sí de la bomba es el de un convertidor de energía es decir, latransformación de energía mecánica en energía cinética, generando presión y velocidaden el fluido.Los factores más importantes que permiten escoger un sistema de bombeo adecuadoson: presión última, presión de proceso, velocidad de bombeo y tipo de gases abombear.
  • BOMBALa bomba es una máquina que absorbe energía mecánica que puede provenir de un motoreléctrico, térmico, etc., y la transforma en energía que la transfiere a un fluido como energíahidráulica la cual permite que el fluido pueda ser transportado de un lugar a otro, a un mismonivel y/o a diferentes niveles y/o a diferentes velocidades. CLASIFICACIONSe pueden considerar dos grandes grupos: Dinámicas (Centrífugas, Periféricas y Especiales) y deDesplazamiento Positivo (Reciprocantes y Rotatorias). BOMBAS DINÁMICAS o Bombas Centrifugas: Son aquellas en que el fluido ingresa a ésta por el eje y sale siguiendo una trayectoria periférica por la tangente. o Bombas Periféricas: Son también conocidas como bombas tipo turbina, de vértice y regenerativas, en este tipo se producen remolinos en el líquido por medio de los álabes a velocidades muy altas, dentro del canal anular donde gira el impulsor. El líquido va recibiendo impulsos de energía No se debe confundir a las bombas tipo difusor de pozo profundo, llamadas frecuentemente bombas turbinas aunque no se asemeja en nada a la bomba periférica. La verdadera bomba turbina es la usada en centrales hidroeléctricas tipo embalse llamadas también de Acumulación y Bombeo, donde la bomba consume potencia; en determinado momento, puede actuar también como turbina para entregar potencia. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVOEstas bombas guían al fluido que se desplaza a lo largo de toda su trayectoria, el cual siempreestá contenido entre el elemento impulsor, que puede ser un embolo, un diente de engranaje,un aspa, un tornillo, etc., y la carcasa o el cilindro. “El movimiento del desplazamiento positivo”consiste en el movimiento de un fluido causado por la disminución del volumen de una cámara.Por consiguiente, en una máquina de desplazamiento positivo, el elemento que origina elintercambio de energía no tiene necesariamente movimiento alternativo (émbolo), sino quepuede tener movimiento rotatorio (rotor).Sin embargo, en las máquinas de desplazamiento positivo, tanto reciprocantes como rotatorias,
  • siempre hay una cámara que aumenta de volumen (succión) y disminuye volumen (impulsión),por esto a éstas máquinas también se les denomina Volumétricas. o BOMBAS RECIPROCANTES: Llamadas también alternativas, en estas máquinas, el elemento que proporciona la energía al fluido lo hace en forma lineal y alternativa. La característica de funcionamiento es sencilla. o BOMBA ROTATORIA: Llamadas también rotoestáticas, debido a que son máquinas de desplazamiento positivo, provistas de movimiento rotatorio, y son diferentes a las rotodinámicas. Estas bombas tienen muchas aplicaciones según el elemento impulsor. El fluido sale de la bomba en forma constante, puede manejar líquidos que contengan aire o vapor. Su principal aplicación es la de manejar líquidos altamente viscosos, lo que ninguna otra bomba puede realizar y hasta puede carecer de válvula de admisión de carga. CARGA NETA POSITIVA DE ASPIRACIÓN (NPSH)Otro parámetro que requiere especial atención en el diseño de bombas es la denominada carganeta positiva de aspiración, la cual es la diferencia entre la presión existente a la entrada de labomba y la presión de vapor del líquido que se bombea. Esta diferencia es la necesaria paraevitar la cavitación. La cavitación produce la vaporización súbita del líquido dentro de la bomba,reduce la capacidad de la misma y puede dañar sus partes internas.En el diseño de bombas destacan dos valores de NPSH, el NPSH disponible y el NPSH requerido.El NPSH requerido es función del rodete, su valor, determinado experimentalmente, esproporcionado por el fabricante de la bomba. El NPSH requerido corresponde a la carga mínimaque necesita la bomba para mantener un funcionamiento estable. Se basa en una elevación dereferencia, generalmente considerada como el eje del rodete.El NPSH disponible es función del sistema de aspiración de la bomba, se calcula en metros deagua, mediante la siguiente fórmula: BOMBAS CENTRÍFUGASLas bombas centrífugas, también denominadas rotativas, tienen un rotor de paletas giratoriosumergido en el líquido. El líquido entra en la bomba cerca del eje del rotor, y las paletas loarrastran hacia sus extremos a alta presión. El rotor también proporciona al líquido unavelocidad relativamente alta que puede transformarse en presión en una parte estacionaria dela bomba, conocida como difusor. En bombas de alta presión pueden emplearse varios rotores
  • en serie, y los difusores posteriores a cada rotor pueden contener aletas de guía para reducirpoco a poco la velocidad del líquido. En las bombas de baja presión, el difusor suele ser un canalen espiral cuya superficie transversal aumenta de forma gradual para reducir la velocidad. Elrotor debe ser cebado antes de empezar a funcionar, es decir, debe estar rodeado de líquidocuando se arranca la bomba. Esto puede lograrse colocando una válvula de retención en elconducto de succión, que mantiene el líquido en la bomba cuando el rotor no gira. Si estaválvula pierde, puede ser necesario cebar la bomba introduciendo líquido desde una fuenteexterna, como el depósito de salida. Por lo general, las bombas centrífugas tienen una válvulaen el conducto de salida para controlar el flujo y la presión.En el caso de flujos bajos y altas presiones, la acción del rotor es en gran medida radial. Enflujos más elevados y presiones de salida menores, la dirección de flujo en el interior de labomba es más paralela al eje del rotor (flujo axial). En ese caso, el rotor actúa como una hélice.La transición de un tipo de condiciones a otro es gradual, y cuando las condiciones sonintermedias se habla de flujo mixto. TIPOS DE BOMBAS CENTRIFUGAS Bombas de tipo Voluta: El impulsor descarga en una caja espiral que se expande progresivamente, proporcionada en tal forma que la velocidad del líquido se reduce en forma gradual. Por este medio, parte de la energía de velocidad del líquido se convierte en presión estática. Bombas de Tipo Difusor: Los álabes direccionales estacionarios rodean al rotor o impulsor en. una bomba del tipo de difusor. Esos pasajes con expansión gradual cambian la dirección del flujo del líquido y convierten la energía de velocidad a columna de presión.
  • Bombas de Tipo Turbina: También se conocen como bombas de vértice, periféricas y regenerativas; en este tipo se producen remolinos en el líquido por medio de los álabes a velocidades muy altas dentro del canal anular en el que gira el impulsor. El líquido va recibiendo impulsos de energía. Las bombas del tipo difusor de pozo profundo, se llaman frecuentemente bombas turbinas. TIPOS DE FLUJOEl flujo puede ser mixto o axial, las bombas de flujo mixto desarrollan su columna parcialmentepor fuerza centrifuga y parcialmente por el impulsor de los álabes sobre el líquido. El diámetrode descarga de los impulsores es mayor que el de entrada. Las bombas de flujo axial desarrollansu columna por la acción de impulso o elevación de las paletas sobre el líquido. APLICACIONES DE BOMBAS CENTRIFUGASLa mayor parte de las bombas rotatorias son autocebantes y pueden, de ser necesario, trabajarcon gas o aire. Las aplicaciones típicas incluyen el paso de líquido de todas lasviscosidades, procesos químicos, alimento, descarga de barcos, lubricación a presión, pintura apresión, sistemas de enfriamiento, servicio de quemadores de aceite, manejos degrasa, gases licuados (propano, butano, amonio, freón, etc.), y un gran número deotros servicios industriales. Cuando han de bombearse líquidos a temperaturas arriba de 82grados C, debe consultarse al fabricante para obtener sus recomendaciones. USO DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGASLas bombas centrífugas, debido a sus características, son las bombas que más se aplican en laindustria. Las razones de estas preferencias son las siguientes: Son aparatos giratorios. No tienen órganos articulados y los mecanismos de acoplamiento son muy sencillos. La impulsión eléctrica del motor que la mueve es bastante sencilla. Para una operación definida, el gasto es constante y no se requiere dispositivo regulador. Se adaptan con facilidad a muchas circunstancias.
  • VENTAJAS ECONOMICAS El precio de una bomba centrífuga es aproximadamente ¼ del precio de la bomba de émbolo equivalente. El espacio requerido es aproximadamente 1/8 del de la bomba de émbolo equivalente. El peso es muy pequeño y por lo tanto las cimentaciones también lo son. El mantenimiento de una bomba centrífuga sólo se reduce a renovar el aceite de las chumaceras, los empaques de presa-estopa y el número de elementos a cambiar es muy pequeño. BOMBAS ROTATORIASLas bombas rotatorias que generalmente son unidades de desplazamiento positivo, consistende una caja fija que contiene engranes, aspas, pistones, levas, segmentos, tornillos, etc., queoperan con un claro mínimo. En lugar de "aventar" el líquido como en una bomba centrifuga,una bomba rota y a diferencia de una bomba de pistón, la bomba rotatoria descarga un flujocontinuo. Aunque generalmente se les considera como bombas para líquidos viscosos, lasbombas rotatorias no se limitan a este servicio sólo. Pueden manejar casi cualquier líquido queesté libre de sólidos abrasivos. Incluso puede existir la presencia de sólidos duros en el líquido siuna chaqueta de vapor alrededor de la caja de la bomba los puede mantener en condiciónfluida.
  • Estas bombas pueden ser clasificadas en dos grupos: Según el órgano desplazadorMáquinas de ÉmbolosMáquinas de engranajesMáquinas de paletas Según la variedad del CaudalMáquinas de desplazamiento fijoMáquinas de desplazamiento variable TIPOS DE BOMBAS ROTATORIAS o Bombas de Leva y Pistón: También se llaman bombas de émbolo rotatorio, y consisten de un excéntrico con un brazo ranurado en la parte superior. La rotación de la flecha hace que el excéntrico atrape el líquido contra la caja. Conforme continúa la rotación el líquido se fuerza de la caja a través de la ranura a la salida de la bomba. o Bombas de Engranajes Externos: Éstas constituyen el tipo rotatorio más simple. Conforme los dientes de los engranes se separan en el lado el líquido llena el espacio, entre ellos. Éste se conduce en trayectoria circular hacia afuera y es exprimido al engranar nuevamente los dientes. Los engranes pueden tener dientes simples, dobles, o de involuta. Algunos diseños tienen agujeros de flujo radiales en el engrane loco, que van de la corona y del fondo de los dientes a la perforación interna. Éstos permiten que el líquido se comunique de un diente al siguiente, evitando la formación de presiones excesivas que pudiesen sobrecargar las chumaceras y causar una operación ruidosa. o Bombas de Engranaje Interno: Estas tienen un rotor con dientes cortados internamente y que encajan en un engrane loco, cortado externamente. Puede usarse una partición en forma de luna creciente para evitar que el líquido pase de nuevo al lado de succión de la bomba. o Bombas Lobulares: Éstas se asemejan a las bombas del tipo de engranes en su forma de acción, tienen dos o más rotores cortados con tres, cuatro, o más lóbulos en cada rotor. Los rotores se Sincronizan para obtener una rotación positiva por medio de engranes externos, Debido a que el líquido se descarga en un número más reducido de cantidades mayores que en el caso de la bomba de engranes, el flujo del tipo lobular no
  • es tan constante como en la bomba del tipo de engranes. Existen también combinaciones de bombas de engrane y lóbulo. o Bombas de Tornillo: Estas bombas tienen de uno a tres tornillos roscados convenientemente que giran en una caja fija. Existe un gran número de diseños apropiados para varias aplicaciones. Las bombas de un solo tomillo tienen un rotor en forma espiral que gira excéntricamente en un estator de hélice interna o cubierta. El rotor es de metal y la hélice es generalmente de hule duro o blando, dependiendo del líquido que se maneje. Las bombas de dos y tres tornillos tienen uno o dos engranes locos, respectivamente, el flujo se establece entre las roscas de los tornillos, y a lo largo del eje de los mismos. Pueden usarse tornillos con roscas opuestas para eliminar el empuje axial en la bomba. o Bombas de Aspas: Tienen una serie de aspas articuladas que se balancean conforme gira el rotor, atrapando al líquido y forzándolo en el tubo de descarga de la bomba. Las bombas de aspas deslizantes usan aspas que se presionan contra la carcasa por la fuerza centrifuga cuando gira el rotor. El liquido atrapado entre las dos aspas se conduce y fuerza hacia la descarga de la bomba. o Bombas de junta universal: Tienen un pequeño tramo de flecha en el extremo libre del rotor, soportado en una chumacera y 80 grados con la horizontal. El extremo opuesto del rotor se encuentra unido al motor. Cuando el rotor gira, cuatro grupos de superficies planas se abren y cierran para producir una acción de bombeo o cuatro descargas por revolución. Un excéntrico en una cámara flexible produce la acción de bombeo exprimiendo al miembro flexible contra la envoltura de la bomba para forzar el líquido hacia la descarga. o Bombas de tubo flexible: Tienen un tubo de hule que se exprime por medio de un anillo de compresión sobre un excéntrico ajustable. La flecha de la bomba, unida al excéntrico, lo hace girar. Las bombas de este diseño se construyen con uno o dos pasos. Existen otros diseños de bombas de tubo flexible. BOMBAS RECIPROCANTESLas bombas reciprocantes son unidades de desplazamiento positivo descargan una cantidaddefinida de liquido durante el movimiento del pistón o émbolo a través de la distancia decarrera. Sin embargo, no todo el líquido llega necesariamente al tubo de descarga debido aescapes o arreglo de pasos de alivio que puedan evitarlo. Despreciando éstos, el volumen dellíquido desplazado en una carrera del pistón o émbolo es igual al producto del área del pistónpor la longitud de la carrera.Existen básicamente dos tipos de bombas reciprocantes las de acción directa, movidas porvapor y las bombas de potencia. Pero existen muchas modificaciones de los diseños básicos,construidas para servicios específicos en diferentes campos. Algunas Se clasifican como bombas
  • rotatorias por los fabricantes, aunque en realidad utilizan movimiento reciprocante de pistoneso émbolos para asegurar la acción de bombeo. TIPOS DE BOMBAS RECIPROCANTES o Bombas de Acción Directa: En este tipo, una varilla común de pistón conecta un pistón de vapor y uno de líquido o émbolo. Las bombas de acción directa se constituyen de simplex (un pistón de vapor y un pistón de líquido, respectivamente) y duplex (dos pistones de vapor y dos de líquido). Los extremos compuestos y de triple expansión, que fueron usados en alguna época no se fabrican ya como unidades normales. o Bombas de Potencia: Estas tienen un cigüeñal movido por una fuente externa generalmente un motor eléctrico, banda o cadena. Frecuentemente se usan engranes entre el motor y el cigüeñal para reducir la velocidad de salida del elemento motor. Cuando se mueve a velocidad constante, las bombas de potencia proporcionan un gasto casi constante para una amplia variación de columna, y tienen buena eficiencia. El extremo líquido, que puede ser del tipo de pistón o émbolo, desarrollará una presión elevada cuando se cierra la válvula de descarga. Por esta razón, es práctica común el proporcionar una válvula de alivio para descarga, con objeto de proteger la bomba y su tubería. Las bombas de acción directa, se detienen cuando la fuerza total en el pistón del agua iguala a la del pistón de vapor; las bombas de potencia desarrollan una presión muy elevada antes de detenerse. La presión de parado es varias veces la presión de descarga normal de las bombas de potencia. Las bombas de potencia se encuentran particularmente bien adaptadas para servicios de alta presión y tienen algunos usos en la alimentación de calderas, bombeo en líneas de tuberías, proceso de petróleos y aplicaciones similares. o Bombas del Tipo Potencia de Baja Capacidad: Estas unidades se conocen también como bombas de capacidad variable, volumen controlado y de "proporción". Su uso principal es para controlar el flujo de pequeñas cantidades de líquido para alimentar calderas, equipos de proceso y unidades similares. Como tales ocupan un lugar muy importante
  • en muchas operaciones industriales en todo tipo de plantas. La capacidad de estas bombas puede variarse cambiando la longitud de la carrera. Puede usarse un diafragma para bombear el líquido que se maneja, accionado por un émbolo que desplaza aceite dentro de la cámara de la bomba. Cambiando la longitud de la carrera del émbolo se varía el desplazamiento del diafragma. o Bombas del Tipo de Diafragma: La bomba combinada de diafragma y pistón generalmente se usa sólo para capacidades pequeñas. Las bombas de diafragma se usan para gastos elevados de líquidos, ya sea claros o conteniendo sólidos. También son apropiados para pulpas gruesas, drenajes, lodos, soluciones ácidas y alcalinas, así como mezclas de agua con sólidos que puedan ocasionar erosión. Un diafragma de material flexible no metálico, puede soportar mejor la acción corrosiva o erosiva que las partes metálicas de algunas bombas reciprocantes. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVOLas bombas de desplazamiento positivo abarcan dos grupos principales: o Alternativas o Rotativas o RotoestáticasAunque mientras que las bombas alternativas tienen características esencialmente dedesplazamiento positivo, no todas las bombas rotativas son máquinas de desplazamientoverdaderamente positivo. También hay algunas máquinas no rotativas o dispositivos que danflujos positivos cuya modalidad de funcionamiento se sale del campo abarcado por las dosclasificaciones principales. Las características principales de todas las bombas dedesplazamiento positivo son: La capacidad la determinan específicamente las dimensiones de la bomba y su velocidad de funcionamiento. La capacidad o descarga logradas dependen muy poco de la altura desarrollada.
  • BOMBAS ESPECIALESAlgunas bombas especiales conocidas son: Para alimentación de calderas Para grasa De pozo profundo Para lodo y drenajes APLICACIÓN DE BOMBAS ESPECIALES o Bombas Especiales utilizadas en la Aviación En los circuitos hidráulicos utilizados en la aviación para distribuir la presión a diferentes untos donde necesitamos la energía hidráulica, se utilizan tres tipos de bombas especiales, pertenecientes a diferentes grupos. Estas bombas son: o Bomba stratapower de insuficiencia de entrada o Bomba stratapower de demanda o Bomba Vickers de reducción de recorrido. Estas bombas tienen un diseño especial, pero su principio de funcionamiento es el mismo de las bombas que se utilizan en circuitos hidráulicos normales. Estas bombas deben tener un alto rendimiento tanto volumétrico como mecánico y por lo tanto total
  • CONCLUSIÓN Al finalizar este tema se puede llegar a la conclusión que las bombas a lo largo de losaños han sido creadas y mejoradas para facilitar nuestro trabajo y usadas para una cantidad sinfin de aplicaciones. A la hora de seleccionar una bomba para una de estas aplicaciones siemprese deben tomar en cuenta ciertos parámetros como lo son la velocidad específica, el tamañodel impulsor y la velocidad de operación, de modo que las características del funcionamiento dela bomba en relación al sistema en el cual opera sean tales que el punto de funcionamientoeste cerca del punto máximo de rendimiento, optimizando de esta manera el rendimiento de labomba y minimizando el consumo de energía.