BOMBAS

INTRODUCCIN

Una bomba es un dispositivo empleado para elevar, transferir o comprimir lquidos y gases, en definitiva son mquinas que realizan un trabajo para mantener un lquido en movimiento. Consiguiendo as aumentar la presin o energa cintica del fluido.

Se tiene constancia de la existencia de algn tipo de bomba sobre el 300 A.C., Arqumedes (matemtico y fsico griego) construy una de diseo sencillo, aunque poco eficiente, con un tornillo que gira en una carcasa e impulsa el lquido. Existen infinidad de formas de clasificacin de bombas pero fundamentalmente se pueden dividir

en dos grandes grupos:

Bombas volumtricas o de desplazamiento positivo, entre las que se encuentran por ejemplo las alternativas, rotativas y las neumticas, pudiendo decir a modo de sntesis que son bombas de pistn, cuyo funcionamiento bsico consiste en recorrer un cilindro con un vstago.

Bombas dinmicas o de energa cintica: fundamentalmente consisten en un rodete que gira acoplado a un motor. Entre ellas se sitan las regenerativas, las especiales, las perifricas o de turbinas y una de las ms importantes, las centrfugas.

En todos los tipos de bombas para lquidos deben emplearse medidas para evitar el fenmeno de la cavitacin, que es la formacin de un vaco que reduce el flujo y daa la estructura de la bomba. A las bombas empleadas para gases y vapores se las denominan compresores. BOMBAS VOLUMTRICAS O DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO En las bombas de desplazamiento positivo existe una relacin directa entre el movimiento de los elementos de bombeo y la cantidad de lquido movido. Existen diversos tipos de bombas de desplazamiento positivo, pero todas suelen constar de una pieza giratoria con una serie de aletas que se mueven en una carcasa muy ajustada. El lquido queda atrapado en los espacios entre las aletas y pasa a una zona de mayor presin. Un dispositivo corriente de este tipo es la bomba de engranajes, formada por dos ruedas dentadas engranadas entre s. En este caso, las aletas son los dientes de los engranajes. En todas estas bombas, el lquido se descarga en una serie de pulsos, y no de forma continua, por lo que hay que tener cuidado para que no aparezcan condiciones de resonancia en los conductos de salida que podran daar o destruir la instalacin. En las bombas alternativas se colocan con frecuencia cmaras de aire en el conducto de salida para reducir la magnitud de estas pulsaciones y hacer que el flujo sea ms uniforme. Una de las ms importantes en esta clasificacin son las alternativas, de las cuales haremos una breve descripcin: BOMBAS ALTERNATIVAS Las bombas alternativas estn formadas por un pistn que oscila en un cilindro dotado de vlvulas para regular el flujo de lquido hacia el cilindro y desde l. Estas bombas pueden ser de accin simple o de accin doble:

En una bomba de accin simple el bombeo slo se produce en un lado del pistn, como en una bomba aspirante comn, en la que el pistn se mueve arriba y abajo manualmente. En una bomba de doble accin, el bombeo se produce en ambos lados del pistn, como por ejemplo en las bombas elctricas o de vapor para alimentacin de calderas, empleadas para enviar agua a alta presin a una caldera de vapor de agua. Estas bombas pueden tener una o varias etapas. Las bombas alternativas de etapas mltiples tienen varios cilindros colocados en serie. BOMBAS DE ENERGA CINTICA En este tipo de bombas la energa es comunicada al fluido por un elemento rotativo que imprime al lquido el mismo movimiento de rotacin, transformndose luego, parte en energa y parte en presin. El caudal a una determinada velocidad de rotacin depende de la resistencia al movimiento en la lnea de descarga. BOMBAS CENTRFUGAS Las bombas centrfugas tienen un rotor de paletas giratorio sumergido en el lquido. El lquido entra en la bomba cerca del eje del rotor, y las paletas lo arrastran hacia sus extremos a alta presin. El rotor tambin proporciona al lquido una velocidad relativamente alta que puede transformarse en presin en una parte estacionaria de la bomba, conocida como difusor. En bombas de alta presin pueden emplearse varios rotores en serie, y los difusores posteriores a cada rotor pueden contener aletas de gua para reducir poco a poco la velocidad del lquido. En las bombas de baja presin, el difusor suele ser un canal en espiral cuya superficie transversal aumenta de forma gradual para reducir la velocidad. El rotor debe ser cebado antes de empezar a funcionar, es decir, debe estar rodeado de lquido cuando se arranca la bomba. Esto puede lograrse colocando una vlvula de retencin en el conducto de succin, que mantiene el lquido en la bomba cuando el rotor no gira. Si esta vlvula pierde, puede ser necesario cebar la bomba introduciendo lquido desde una fuente externa, como el depsito de salida. Por lo general, las bombas centrfugas tienen una vlvula en el conducto de salida para controlar el flujo y la presin. En el caso de flujos bajos y altas presiones, la accin del rotor es en gran medida radial. En flujos ms elevados y presiones de salida menores, la direccin de flujo en el interior de la bomba es ms paralela al eje del rotor (flujo axial). En ese caso, el rotor acta como una hlice. La transicin de un tipo de condiciones a otro es gradual, y cuando las condiciones son intermedias se habla de flujo mixto. CONOCIMIENTOS PREVIOS Antes de entrar en profundidad en el tema debemos partir de unos conocimientos previos, para ello definiremos los conceptos claves para tu total comprensin: MEDIDA DE PRESIN Las presiones suelen expresarse tomando como referencia un origen arbitrario. Los manmetros miden la diferencia entre la presin del fluido y la presin atmosfrica local. Por lo tanto hay que

sumar esta ltima al valor indicado por el manmetro para hallar la presin absoluta. Una lectura negativa de manmetro indica un vaco parcial. Presin absoluta = Presin local atmosfrica + Presin manomtrica Presin absoluta = Presin local atmosfrica - Presin manomtrica (si es negativa, de succin o vaco)

MEDIDA DE ALTURAS El plano de referencia lo determina la altura de la bomba. H: Altura esttica de impulsin Z

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

Z

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

Altura total de aspiracin para el caso a) = (Z

1 - prdidas por rozamiento)

Es negativa porque Z

1 es negativa.

Altura total de aspiracin para el caso b) = (Z

2 prdidas por rozamiento)

Puede ser positiva o negativa porque Z

2 es positiva.

Altura total de impulsin = H + prdidas de carga en la impulsin Altura total = Altura total de impulsin Altura total de aspiracin Es la medida del incremento de energa que transmite la bomba al lquido

NPSH REQUERIDA DE LA BOMBA Es una caracterstica propia de la bomba, se define como la energa necesaria para llenar la parte de aspiracin y vencer las prdidas por rozamiento y aumentar la velocidad. En definitiva es la energa del lquido que una bomba necesita para funcionar satisfactoriamente. Su valor puede determinarse tanto por prueba como por clculo. Para una bomba centrfuga el NPSH requerido es la cantidad de energa necesaria, expresada en metros columna de lquido para:

Vencer las prdidas de carga desde la abertura de admisin (entrada) a los labes del impulsor.

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

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

precisada para:

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

Crear la velocidad deseada de entrada a los engranajes o paletas. NPSH DISPONIBLE DEL SISTEMA

Es una caracterstica del sistema y se define como la energa que tiene un lquido en la toma de aspiracin de la bomba (independientemente del tipo de esta) por encima de la energa del lquido debida a su presin de vapor. La NPSH disponible puede ser calculada u obtenida tomando lecturas de prueba en el lado de aspiracin de la bomba. Para su clculo es necesario considerar tanto la energa potencial como la cintica y la de presin.

Como v

10 la ecuacin queda:

ALTURA DE PRESIN O CARGA DESARROLLADA POR UNA BOMBA

La altura de presin o carga total desarrollada por una bomba se define mediante la siguiente ecuacin:

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

P1: presin en el espacio de aspiracin, expresada en Nw/m

2

o Pa.

P

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

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

H

g es la altura geomtrica de elevacin del lquido, en m

h

s es la altura de presin necesaria para crear la velocidad y superar el rozamiento y todas las

resistencias locales en las horas de succin y de impulsin, expresadas en m

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

CAVITACIN Este fenmeno sucede cuando un lquido se mueve por una regin (tubera) donde la presin del lquido es menor que la tensin de vapor, lo que hace que el lquido hierva y se formen burbujas de vapor en su seno. Estas burbujas de vapor son arrastradas con el lquido hasta una regin donde se alcanza una presin ms elevada y all desaparecen violentamente, provocando que el lquido se introduzca a alta intensidad en reas reducidas. Estas sobrepresiones que se producen pueden sobrepasar la resistencia a la traccin del material y arrancar partculas del metal dndole una apariencia esponjosa (picado de los labes del impulsor). Cuando estas burbujas de vapor llegan a la zona de alta presin desaparecen, ocasionando ruido y vibracin, pudiendo llegar a producir averas en rodamientos, rotura del eje y otros fallos, ya que el material esta desgastado. En resumen la cavitacin es la formacin de burbujas de vapor o de gas en el seno de un lquido, causada por las variaciones que este experimenta en su presin, y cuyas consecuencias son:

Disminucin de la capacidad de bombeo.

Disminucin del rendimiento de la bomba.

La cavitacin indica un NPSH disponible insuficiente, ocasionado por una altura esttica baja, alta temperatura o excesiva prdida de carga en la aspiracin. Este fenmeno puede evitarse manteniendo la presin del lquido por encima de la presin de vapor. VISCOSIDAD Adems de la cavitacin existen otros parmetros que afectan al funcionamiento de una bomba, uno de ellos es la viscosidad. La potencia absorbida de una misma bomba crece de forma aguda al pasar a manejar lquidos de mayor viscosidad, por lo que tambin se vera alterado su rendimiento, disminuyendo este al ir aumentando la viscosidad, mientras que su NPSH requerido seguir siendo esencialmente el mismo.

RENDIMIENTO DEL GRUPO MOTOR-BOMBA

BOMBAS CENTRFUGAS INTRODUCCIN Y FUNCIONAMIENTO La misin de las bombas centrfugas es mover un cierto volumen de lquido entre dos niveles, por tanto son mquinas hidrulicas que transforman un trabajo mecnico en otro de tipo hidrulico. Los elementos que forman una instalacin de este tipo son: a) Una tubera de aspiracin, que concluye prcticamente en la brida de aspiracin. b) Un impulsor o rodete, formado por un conjunto de labes que pueden adoptar diversas formas segn la misin que vaya a desarrollar la bomba. Estos labes giran dentro de una carcasa circular. El rodete es accionado por un motor, y va unido solidariamente al eje, siendo este la parte mvil de la bomba. El lquido penetra axialmente por la tubera de aspiracin hasta la entrada del rodete, experimentando un cambio de direccin ms o menos brusco, pasando a radial, en las bombas centrfugas, o permaneciendo axial en las axiales, acelerndose y absorbiendo un trabajo. Los labes del rodete someten a las partculas de lquido a un movimiento de rotacin muy rpido, siendo estas partculas proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrfuga, creando as una altura dinmica, de tal forma que las partculas abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando tambin su presin en el impulsor segn la distancia al eje. La elevacin del lquido se produce por la reaccin entre ste y el rodete sometido al movimiento de rotacin. c) La voluta es una parte fija que est dispuesta en forma de caracol alrededor del rodete a su salida, de tal manera que la separacin entre ella y el rodete es mnima en la parte superior, y va aumentando hasta que las partculas lquidas se encuentran frente a la abertura de impulsin. Su misin es la de recoger el lquido que abandona el rodete a gran velocidad, cambiar la direccin de su movimiento y encaminarle hacia la brida de impulsin de la bomba.

La voluta es tambin un transformador de energa, ya que frena la velocidad del lquido, transformando parte de la energa dinmica creada en el rodete en energa de presin, que crece a medida que el espacio entre el rodete y la carcasa aumenta, presin que se suma a la alcanzada por el lquido en el rodete. En algunas bombas existe, a la salida del rodete, una corona directriz de labes que gua al lquido antes de introducirlo en la voluta. d) Una tubera de impulsin, instalada a la salida de la voluta, por la que el lquido es evacuado a la presin y velocidad creadas en la bomba.

Este es, en general, el funcionamiento de una bomba centrfuga aunque existen distintos tipos y variantes. La estructura de las bombas centrfugas es anloga a la de las turbinas hidrulicas, salvando que el proceso energtico es inverso; en las turbinas se aprovecha la altura de un salto hidrulico para generar una velocidad de rotacin en la rueda, mientras que en las bombas centrfugas la velocidad comunicada por el rodete al lquido se transforma, en parte, en presin, logrndose as su desplazamiento y posterior elevacin.