Manuel Briones Fernández de Lara
MK 4
informe del mes de octubre
Titulo
Bombas Hidráulicas de desplazamiento positivo.
1.- CLASIFICACIÓN
Según el principio de funcionamiento
La principal clasificación de las bombas según el funcionamiento en que se base:
Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas, en las que el principio de funcionamiento está basado en la
hidrostática, de modo que el aumento de presión se realiza por el empuje de las paredes de las cámaras que varían su volumen. En este tipo de bombas, en cada ciclo el órgano propulsor genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, por lo que también se denominan bombas volumétricas. En caso de poder variar el volumen máximo de la cilindrada se habla de bombas de volumen variable. Si ese volumen no se puede variar, entonces se dice que la bomba es de volumen fijo. A su vez este tipo de bombas pueden subdividirse en
Bombas de émbolo alternativo, en las que existe uno o varios compartimentos fijos, pero de volumen variable, por la acción de un émbolo o de una membrana. En estas máquinas, el movimiento del fluido es discontinuo y los procesos de carga y descarga se realizan por válvulas que abren y cierran alternativamente. Algunos ejemplos de este tipo de bombas son la
bomba alternativa de pistón, la
bomba rotativa de pistones o la bomba pistones de accionamiento axial.
Bombas volumétricas rotativas o rotoestáticas, en las que una masa fluida es confinada en uno o varios compartimentos que se desplazan desde la zona de entrada (de baja presión) hasta la zona de salida (de alta presión) de la máquina. Algunos ejemplos de este tipo de máquinas son la
bomba de paletas, la
bomba de lóbulos, la
bomba de engranajes, la
bomba de tornillo o la
bomba peristáltica.
Bombas rotodinámicas, en las que el principio de funcionamiento está basado en el intercambio de
cantidad de movimiento entre la máquina y el fluido, aplicando la hidrodinámica. En este tipo de bombas hay uno o varios rodetes con álabes que giran generando un campo de presiones en el fluido. En este tipo de máquinas el flujo del fluido es continuo. Estas
turbomáquinas hidráulicas generadoras pueden subdividirse en:
Radiales o centrífugas, cuando el movimiento del fluido sigue una trayectoria perpendicular al eje del rodete impulsor.
Axiales, cuando el fluido pasa por los canales de los álabes siguiendo una trayectoria contenida en un cilindro.
Diagonales o helicocentrífugas cuando la trayectoria del fluido se realiza en otra dirección entre las anteriores, es decir, en un cono coaxial con el eje del rodete.
Según el tipo de accionamiento
Electrobombas. Genéricamente, son aquellas accionadas por un motor eléctrico, para distinguirlas de las motobombas, habitualmente accionadas por motores de combustión interna.
Bombas neumáticas que son bombas de desplazamiento positivo en las que la energía de entrada es
neumática, normalmente a partir de
aire comprimido.
Bombas de accionamiento hidráulico, como la
bomba de ariete o la
noria.
Bombas manuales. Un tipo de bomba manual es la bomba de balancín.
Tipos de bombas de émbolo
Bomba aspirante
Bomba aspirante de émbolo alternativo.
En una "bomba aspirante", un
cilindro que contiene un
pistón móvil está conectado con el suministro de agua mediante un
tubo. Una
válvulabloquea la entrada del tubo al cilindro. La válvula es como una puerta con goznes, que solo se abre hacia arriba, dejando subir, pero no bajar, el agua. Dentro del pistón, hay una segunda válvula que funciona en la misma forma. Cuando se acciona la manivela, el pistón sube. Esto aumenta el volumen existente debajo del
pistón, y, por lo tanto, la presión disminuye. La presión del aire normal que actúa sobre la superficie del agua, del pozo, hace subir el líquido por el tubo, franqueando la válvula-que se abre- y lo hace entrar en el cilindro. Cuando el pistón baja, se cierra la primera válvula, y se abre la segunda, que permite que el agua pase a la parte superior del pistón y ocupe el cilindro que está encima de éste. El golpe siguiente hacia arriba hace subir el agua a la espita y, al mismo tiempo, logra que entre más agua en el cilindro, por debajo del pistón. La acción continúa mientras el pistón sube y baja.
Una bomba aspirante es de acción limitada, en ciertos sentidos. No puede proporcionar un chorro continuo de líquido ni hacer subir el agua a través de una distancia mayor a 10 m. entre la superficie del pozo y la válvula inferior, ya que la presión normal del aire sólo puede actuar con fuerza suficiente para mantener una columna de agua de esa altura. Una bomba impelente vence esos obstáculos.
Bomba impelente
La bomba impelente consiste en un cilindro, un pistón y un caño que baja hasta el depósito de agua. Asimismo, tiene una válvula que deja entrar el agua al cilindro, pero no regresar. No hay válvula en el pistón, que es completamente sólido. Desde el extremo inferior del cilindro sale un segundo tubo que llega hasta una cámara de aire. La entrada a esa cámara es bloqueada por una válvula que deja entrar el agua, pero no salir. Desde el extremo inferior de la cámara de aire, otro
caño lleva el agua a un
tanque de la
azotea o a una
manguera.
3.- Bombas de engranes.
CARACTERÍSTICAS
Reversibles y unidireccionales, versiones con Brida SAE, DIN y BridaEuropea.
Divisores de caudal rotativo.
Cuerpos en aluminio reforzado y en acero.
Alto rendimiento y altas temperaturas.
Bajo nivel sonoro. Larga duración en condiciones extremas. Excelente versatilidad. Amplio abanico de aplicaciones.
Diseño compacto. Alta fiabilidad
Las bombas de engranajes se usan para bombear aceite de lubricación, y casi siempre tienen un componente de vibración fuerte en la frecuencia del engranaje, que es el número de dientes en el engrane por las RPM. Este componente dependerá fuertemente de la presión de salida de la bomba. Si la frecuencia del engranaje se cambia de manera significativa, y hay una aparición de armónicos o de bandas laterales, en el espectro de vibración, este podría ser una indicación de un diente cuarteado ó dañado de otra manera.
Las bombas de engranajes son bombas robustas de caudal fijo, con presiones de operación hasta 250 bar (3600psi) y velocidades de hasta 6000 rpm. Con caudales de hasta 250 cc/rev combinan una alta confiabilidad y tecnología de sellado especial con una alta eficacia.
Tipos de bombas de engranajes:
Bombas de aluminio con rodamientos
Bombas de aluminio con cojinetes
Bombas de fundición con rodamientos
Bombas de fundición con cojinetes
Bombas para camiones
Bombas de engranajes externos:
Producen caudal al transportar el fluido entre los dientes de dos engranajes acoplados. Uno de ellos es accionado por el eje de la bomba (motriz), y éste hace girar al otro (libre).
Bombas de engranajes externos de baja presión: Lo que sucede es el origen de un vacío en la aspiración cuando se separan los dientes, por el aumento del volumen en la cámara de aspiración. En el mismo momento los dientes se van alejando, llevándose el fluido en la cámara de aspiración. La impulsión se origina en el extremo opuesto de la bomba por la disminución de volumen que tiene lugar al engranar los dientes separados.
Bombas de engranajes externos de alta presión: El tipo de bomba más utilizado son las de engranajes rectos, además de las helicoidales y behelicoidales. En condiciones óptimas estas bombas pueden llegar a dar un 93% de rendimiento volúmetrico.
Bombas de engranajes internos:
Están compuestas por dos engranajes, externo e interno. Tienen uno ó dos dientes menos que el engranaje exterior. Su desgaste es menor por la reducida relación de velocidad existente. Son utilizadas en caudales pequeños y pueden ser de dos tipos: semiluna y gerotor.
3.1 TIPOS DE BOMBAS.
.-Hay dos tipos de bombas de desplazamiento positivo:
a) Las de pistón o reciprocantes, que desplazan el liquido por la acción de un émbolo o pistón con movimiento rectilíneo alternativo, o con movimiento de oscilación.
b) Las rotatorias, en las cuales, el desplazamiento se logra por el movimiento de rotación de los elementos de la bomba.
3.2 DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO
1 Bombas reciprocantes
Características de funcionamiento
En las bombas reciprocantes el pistón crea un vacío parcial dentro del cilindro permitiendo que el agua se eleve ayudada por la presión atmosférica. Como hace falta un espacio determinado de tiempo para que se llene el cilindro, la cantidad de agua que entra al espacio de desplazamiento dependerá de la velocidad de la bomba, el tamaño de las válvulas de entrada y la efectividad del material sellante de las válvulas y del pistón. Como se muestra en la figura 7.2.
Debido a la resistencia friccional que se desarrolla en sus partes en movimiento, las bombas reciprocantes tienen una eficiencia relativamente baja; las pérdidas en las correas, los engranes y las chumaceras se añaden a la resistencia de las partes móviles para dar un rendimiento bajo en proporción a la potencia suministrada por la unidad motriz.
Las válvulas de las bombas de pistón son de dos tipos las de succión, que permiten la entrada al espacio de desplazamiento, y las de descarga, que dejan que el agua pase hacia el tubo de descarga, Estas válvulas operan por la fuerza que ejerce sobre ellas el peso del agua, o por la acción ejercida por elemento de desplazamiento
Las foto 7.1 y figura 7.3 nos muestran modelos típicos de bombas reciprocantes.
FOTO 7.1 BOMBA RECIPROCANTE O DE PISTON HORIZONTAL
FIG. 7.2 ESQUEMA DE BOMBA RECIPROCANTE DE EFECTO SIMPLE
FIG. 7.3 BOMBA RECIPROCANTE HORIZONTAL DE TRANSMISIÓN DE DOBLE EFECTO
Ventajas y desventajas de las bombas reciprocantes
Las ventajas de las bombas reciprocantes de pozo llano son:
- Alta presión disponible
- Autocebantes (dentro de ciertos límites)
- Flujo constante para cargas a presión variable
- Adaptabilidad a ser movidas manualmente o por motor
Las desventajas son:
- Baja descarga
- Baja eficiencia comparada con las bombas centrifugas
- Muchas partes móviles
- Requieren mantenimiento a intervalos frecuentes
- Succión limitada
- Costo relativamente alto para la cantidad de agua suministrada
- Requieren un torque considerable para llevarlas a su velocidad
- Flujo pulsante en la descarga
2 Bombas rotatorias
Caracteres generales de su funcionamiento
Las bombas rotatorias son unidades de desplazamiento positivo, que consisten en una caja fija que contiene engranes, aspas u otros dispositivos que rotan, y que actúan sobre el líquido atrapándolo en pequeños volúmenes entre las paredes de la caja y el dispositivo que rota, desplazando de este modo el líquido de manera similar a como lo hace el pistón de una bomba reciprocante. Como se muestra en la figura 7.4.
Pero las bombas rotatorias en vez de suministrar un flujo pulsante como sucede con las bombas reciprocantes, descargan un flujo uniforme, por el movimiento de rotación de los engranes que es bastante rápido.
Las bombas rotatorias se usan generalmente para aplicaciones especiales, con líquidos viscosos, pero realmente pueden bombear cualquier clase de líquidos, siempre que no contengan sólidos en suspensión. No obstante, debido a su construcción, su uso más común, es como bombas de circulación o transferencia de líquidos.
Características principales:
- Son de acción positiva
- Desplazamiento rotativo
- Flujo uniforme
- Construcción compacta
- Carga alta
- Descarga relativamente baja
- Velocidades de operación de moderadas a altas
- Pocas partes móviles
- Requieren toda la potencia para llevarlas a su velocidad de operación
- Flujo constante dentro de ciertos límites para carga variable
- Aspiración limitada
Como las piezas que originan el desplazamiento son de metal y rotan, el contacto metálico entre las partes móviles origina desgastes que posibilitan los resbalamientos a altas presiones, es por eso que la efectividad de las bombas rotatorias disminuye con el uso.
Distintos tipos de bombas rotatorias
Las bombas más comunes y más efectivas de este tipo son las de engranes externos (figura 7.4). Según los dientes se separan en el lado de succión de la bomba, el espacio entre dos dientes consecutivos se llena de líquido y de esta forma es arrastrado hasta quedar atrapado entre estos y la pared de la caja de la bomba; el movimiento de rotación del engrane lleva entonces el líquido atrapado hasta el lado de descarga, en donde al quedar libre es impulsado hacia afuera por la llegada constante de nuevas cantidades de liquido. Las bombas rotatorias son generalmente fabricadas para capacidades que no exceden de 500 gpm (31.54 l/s) y cargas que no sobrepasan 500 pies (152.4 m).
Existen bombas rotatorias de engranes internos, de levas, lobulares de tornillo, de paletas, etc. En las figuras 7.4 a 7.7 se muestran distintos tipos de bombas rotatorias.
FIG. 7.4 BOMBA ROTATORIA DE ENGRANES EXTERNOS
FIG. 7.5 BOMBA ROTATORIA DE DOS TORNILLOS
FIG. 7.6 BOMBA ROTATORIA DE PALETAS DESLIZANTES
FIG. 7.7 BOMBA ROTATORIA DE LEVA Y PISTON
v Bombas de paletas compensadas
Sólo existen para caudales fijos. Su anillo elíptico permite utilizar dos conjuntos de aberturas de aspiración y de expulsión. Cuentan con dos cámaras separadas por 180 grados que equilibran las fuerzas laterales.
v Bombas de paletas fijas
No se utilizan en sistemas hidráulicos por su pequeña cilindrada y por ser ruidosas. Tienen el rotor elíptico, anillo circular y paletas fijas internamente.
v Bombas de paletas flexibles
Las paletas flexibles están montadas sobre un rotor de elastómero y dentro de una caja cilíndrica. En esta caja va un bloque en media luna que procura un paso excéntrico para el barrido de las paletas flexibles de rotor. Su bombeo maneja productos livianos, viscosos, sensibles al esfuerzo de corte y con partículas.
v Bombas de paletas desequilibradas o de eje excéntrico
Un rotor con ranuras es girado por la flecha impulsora. Las paletas planas rectangulares se mueven por la fuerza centrífuga dentro de las ranuras del rotor y siguen a la forma de la carcasa de la bomba. El rotor está colocado excéntrico con respecto al eje de la bomba. El deslizamiento de contacto entre las superficies de paletas y carcaza generan desgaste
v Bombas de paletas deslizantes
La mayoría de las bombas de paletas deslizantes son de una cámara. Estas máquinas son de gran velocidad, de capacidades pequeñas o moderadas y sirven para fluidos poco viscosos.
Según la forma de la caja hay también bombas de paletas deslizantes de doble o triple cámara.
v Bombas pesadas de paleta deslizante
Se trata de una bomba esencialmente lenta, para líquidos muy viscosos. Tiene una sola paleta que abarca todo el diámetro.
v Bombas de paletas oscilantes
Las paletas se articulan en el rotor. Es otro de los tipos pesados de bomba de paleta.
v Bombas de paletas rodantes
Tienen ranuras en el rotor de poca profundidad, para alojar rodillos de elastómero en lugar de paletas.
v Bombas de leva y paleta
Tienen una sola paleta deslizante en una ranura mecanizada en la caja cilíndrica y que, al mismo tiempo, encaja en otra ranura de un anillo que desliza sobre un rotor accionado y montado excéntricamente. El rotor y los anillos ejercen el efecto de una leva que genera el movimiento de la paleta deslizante. Se emplea principalmente como bomba de vacío.
v Bombas de paletas equilibradas de 1000 lb/plg2 de presión
Son bombas de paletas equilibradas y la carga hidráulica queda completamente dentro de la unidad de carcaza de la bomba. Están compuestas por dos bujes, un rotor, varias paletas, un anillo de leva y una espiga de localización. Estas bombas pueden girar en ambos sentidos según su necesidad.
Al sustituir el anillo de levas con uno más grande o uno más pequeño, se pueden tener diversos volúmenes de rendimiento o salida de la bomba, pero en ciertas conversiones, el rotor, las paletas y el cabezal también deben cambiarse para acomodar el nuevo anillo. Estas bombas tienen una gran aceptación en las industrias.
Bombas de pistones
Las Bombas de Pistones son unidades que usan el principio de las bombas oscilantes para producir caudal. Se trata de pistones (similares a los de las bombas alternativas) en los que el movimiento de vaivén se consigue mecánicamente a partir de un movimiento rotativo del eje.
Estas bombas disponen de varios conjuntos pistón-cilindro de forma que mientras unos pistones están aspirando líquido, otros lo están impulsando, consiguiendo así un flujo menos pulsante, siendo más continuo cuanto más pistones haya en la bomba.
Al igual que las bombas oscilantes, el líquido pasa al interior del cilindro en su carrera de expansión y posteriormente es expulsado en su carrera de compresión, produciendo así el caudal.
Según la disposición de los pistones, con relación al eje que los acciona, estas bombas pueden clasificarse en :
AXIALES: Las bombas de pistón axial son las bombas más comunes que se encuentran. Las bombas de pistón axial derivan su nombre del hecho que los pistones se mueven dentro y fuera sobre un plano paralelo al eje de la flecha impulsora.
RADIALES: La bomba de pistón radial, aloja los pistones deslizantes dentro de un bloque del cilindro que gira alrededor de un perno o clavija estacionaria o flecha portadora.
En las bombas de pistón radial se logra una eficiencia volumétrica alta debido a los ajustes estrechos de los pistones a los cilindros y por el cierre adecuado entre el bloque del cilindro y el perno o clavija alrededor del cual gira.
TRANSVERSALES: Los pistones, perpendiculares al eje, son accionados por bielas.
Bombas de pistón de barril angular (Vickers): Las cargas para impulsión de la bomba y las cargas de empuje por la acción del bombeo van soportadas por tres cojinetes de bolas de hilera simple y un cojinete de bolas de hilera doble. Este diseño de bomba ha dado un excelente servicio a la industria aeronáutica.
Bombas de pistón de placa de empuje angular (Denison): Este tipo de bombas incorpora zapatas de pistón que se deslizan sobre la placa de empuje angular o de leva. La falta de lubricación causará desgaste.
Las bombas de pistón axiales con plato inclinado giratorio
Este tipo de bomba puede trabajar en ambas direcciones. El plato inclinado es movido por el eje y el ángulo del plato determina la carrera del pistón. Las válvulas son necesarias para dirigir el flujo en la dirección correcta.
Resumen
Las bombas neumáticas de desplazamiento positivo: Son las que desplazan líquido:mediante la creación de un desequilibrio de presiones dentro de un entorno cerrado. Este desequilibrio hace que el líquido se mueva de un lugar a otro en un intento de equilibrar la presión.
Las bombas de desplazamiento positivo se pueden clasificar como se expresa en el siguiente esquema:
BOMBA DESPLAZAMIENTO POSITIVO
BOMBA RECIPROCAS
ü Bomba de Pistón o embolo
ü Bombas de Diafragma
· BOMBA ROTATORIAS
ü Bomba de Engranaje
ü Bomba de Lóbulo
ü Bomba de Paletas
ü Bomba de Tornillo
Las bombas hidráulicas de engranes se usan para bombear aceite de lubricación, las bombas de engranes son bombas de caudal fijo, estas bombas hidráulicas producen flujo al transportar el aceite entre los dientes de dos engranajes acoplados. Uno de ellos es accionado por la flecha de la bomba (motriz), y éste hace girar al otro (conducido).
CONCLUSIONES
Las maquinas que manipulan las bombas en la industria de la alimentación pueden ser desde soluciones acuosas y aceites vegetales ligeros a jarabes y melazas e gran viscosidad, desde líquidos puros a los que tienen gran proporción de sólidos. Dada la extensa variedad de características de estos medios. La industria emplea casi todos los tipos de bombas, con ciertas preferencias en aplicaciones concretas, como en el caso de las máquinas específicamente proyectadas como bombas para producto alimenticio con partículas atención con los detalles a estudiar.
Cuestionario
1. ¿Qué es una bomba hidráulica de desplazamiento positivo?
Estas se caracterizan por crear la succión y la descarga pasando el aceite de un lado a otro por medio de un dispositivo móvil.
2. ¿Qué es una bomba de embolo?
Bombas Reciprocarte / De Embolo: Se compone por una pieza cilíndrica que se ajusta y mueve alternativamente en el interior de un cilindro o de un cuerpo de bomba, con objeto de comprimir fluido o recibir del movimiento.
3. ¿Qué es una bomba de diafragma?
Las Bombas De Diafragma: son un tipo de bombas de desplazamiento positivo (generalmente alternativo) que utilizan paredes elásticas (membranas o diafragmas) en combinación con válvulas de retención para introducir y sacar fluido de una cámara de bombeo.
4. ¿Para qué sirve una bomba de paleta?
Son dispositivos de desplazamiento que consisten en paletas montadas en un rotor que gira dentro de una cavidad. Se utilizan en su mayoría en el sector petrolero, en sistemas de transporte de refrigeración o aceite.
5. Función de una bomba de pistón
El funcionamiento de este tipo de bombas es interesante y muy parecido a los motores de pistón. Se trata de varios cilindros pistones o de uno grande y axial que comienza a aspirar líquido y luego a expulsarlo, de manera que salga a presión y pueda ser enviado a distancias mayores que las bombas tradicionales, lo que permite optimizar el transporte de fluidos.
6. ¿En qué cociste la Bomba de engranajes externos de baja presión?
Lo que sucede es el origen de un vacío en la aspiración cuando se separan los dientes, por el aumento del volumen en la cámara de aspiración.
7. ¿Cómo regular el volumen de trabajo de las bombas de paletas?
Las bombas de paletas admiten la posibilidad de regular su volumen de trabajo, modificando la excentricidad del rotor respecto al estator. Si disminuye la excentricidad, se reduce el suministro de la bomba, manteniendo invariable el número de revoluciones, y a la inversa, pero para eso se requiere que en la construcción de la bomba se prevea esta posibilidad, mediante el dispositivo adecuado.
8. Las bombas de paletas se pueden aplican en diversos procesos .Menciona algunos:
§ Transferencia de producto en el sector petrolero.
§ Limpieza de aceite en circuitos cerrados.
§ Vaciado de freidoras industriales.
§ Lubricación de máquinas herramientas.
9. Menciona la clasificación de las bombas de pistón
· Bombas de pistón radial.
- Bombas de pistón axial.
- Bombas de pistón de barril angular.
- Bombas de pistón de placa de empuje angular.
10. Menciona algunas de las fallas más comunes de las bombas y válvulas
Falla de presión.
Poco caudal: (eje roto).
Fugas: (mala estanqueidad en los retenes, fugas en los cuerpos).
Biografía
Las válvulas de frenado son válvulas de presión que tienen efecto en el lado de la descarga de consumidores de doble efecto. Con si ajuste de presión, mantienen la descarga cerrada y contrarrestan la presión de una carga que empuja. En el lado de alimentación se produce la descarga solo hasta que la bomba es forzada a “rempujar” con una presión residual.
