Bomba de embolo
La bomba de émbolo es una bomba de desplazamiento positiva, diseñada para bombear altos contenidos de sólidos (sólidos del 18-20 %), que comúnmente se encuentran en influentes no tratados. Wastecorp es uno de los fabricantes más grandes de este estilo de bomba en el mundo. Esta tecnología está especificada especific ada para bombear efluente efluente (derrames), (derrames), así como para descargas industriales. Juntas con las bombas de cavidad progresivas que han existido desde los años 30, la bomba de émbolo comenzó primero bombeando lodos municipales en los años 20. Hasta 2008, hay más de 18.000 bombas de émbolo en operación en todo el mundo.
Características generales Las bombas se clasifican en 2 grandes grupos. * Rotodinamicas * Desplazamiento positivo Las bombas de desplazamiento positivo se dividen en dos grandes grupos principales: • Reciprocantes • Rotatorias
El principio de desplazamiento positivo consiste en el movimiento de un fluido causado por la disminución del volumen de una cámara. En la maquina de desplazamiento positivo, el elemento que origina el intercambio de energía, puede tener movimiento alternativo (embolo) o movimiento rotatorio (rotor). En las maquinas de desplazamiento positivo tanto reciprocantes como rotatorias siempre hay una cámara que aumenta de volumen (succión) y disminuye de volumen (impulsión) por lo que también se le llama maquinas volumétricas. Cuando el elemento transmisor de energía tiene movimiento rotativo la maquina se llama rotoestatica para distinguirla de la rotodinamica. El funcionamiento no se basa en la ecuación de Euler como en las turbomaquinas.
Uno de las diferencias fundamentales es que el intercambio de energía del fluido se efectúa siempre con variación de presión a diferencia de las turbomaquinas en las que el intercambio de energía se realiza con variación de energía cinética. Las bombas de desplazamiento positivo se emplean casi exclusivamente en las transmisiones y controles quedando prácticamente eliminadas las turbomaquinas de esta área. Las bombas de desplazamiento positivo y en especial las de embolo prácticamente no tienen limites de presiones (basta construir la bomba mas robusta y un motor mas potente) se construyen hasta para presiones mayores a 15 000 lb/plg2 sin embargo, las bombas rotatorias con excepción de las de tornillo no son adecuadas para presiones mayores de 500 lb/plg2. Las bombas de embolo son adecuadas para grandes presiones y pequeños caudales y las bombas rotodinámicas, centrifugas y axiales para presiones reducidas y gastos elevados. Las bombas rotodinámicas trabajan a mas velocidad que las de embolo.
BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES Estas bombas guían al fluido que se desplaza a lo largo de toda su trayectoria, el cual siempre está c ontenido 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 el intercambio de energía no tiene necesariamente movimiento alternativo (émbolo), sino que puede 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. Con el nombre general de Bombas Positivas se conoce a las Bombas Reciprocantes y a las Rotatorias, de las cuales a continuación expondremos sus características principales.
VENTAJA DE LAS BOMBAS POSITIVAS. Las bombas positivas tienen la ventaja de que para poder trabaja r no necesitan "cebarse”, es decir, no e s necesario llenar previamente el tubo de succión y el cuerpo de la bomba par a que ésta pueda iniciar su funcionamiento, tal como acontece en las bombas centrífugas. En las bombas positivas, a medida que la bomba por sí misma va llenándose de líquido, éste va desalojando el aire contenida en la tubería de succión, iniciándose el escurrimiento a través del sistema cuando ha acabado de ser desalojado el aire. Para completar lo antes dicho relativo a l as bombas positivas o de presión mecánica ya sea reciprocante o rotatoria y por lo que respecta a la altura de succión más conveniente en ellas, al final se da el diagrama 8 en
el cual puede encontrarse la altura práctica de succión a que conviene instalar una bomba de éstas, con el fin de obtener de ellas su mejor funcionamiento. Queda entendido que la altura práctica de succión aquí indicada, es igual a la distancia vertical a la que puede ser elevada el agua en la succión, menos las pérdidas de carga por fricción y otras si las hay; en el concepto de que la temperatura del agua por manejar, considerada al construir la gráfica contenida en el diagrama 8, fue de 25ºC. En el diagrama 8 también se muestra la presión barométrica correspondiente a c ada altitud; expresada tanto en mm de mercurio como en metros de columna de agua.
BOMBAS RECIPROCANTES El funcionamiento de una Bomba Reciprocante depende del llenado y vaciado sucesivo de receptáculos de volumen fijo, para lo cual cierta cantidad de a gua es obligada a entrar al cuerpo de la bomba en donde queda encerrada momentáneamente, para después ser forzada a salir por la tubería de descarga, (ver figura 103). De lo anterior se deduce, en términos generales, que el gasto de una Bomba Reciprocante es directamente proporcional a su velocidad de rotación y c asi independiente de la presión de bombeo. Como el proceso de llenado y vaciado sucesivo de receptáculos de volumen fijo requiere fricción por resbalamiento entre las paredes estacionarias del receptáculo y las partes móviles, estas bombas no son apropiadas para manejar líquidos que contengan arenas o materias en suspensión. Además, la variación cíclica del gasto de descarga puede obligar al empleo de Cámara de aire y de grandes tuberías. Estas bombas son relativamente de baja velocidad de rotación, de tal manera que cuando tienen que ser movidas por motores eléctricos deben ser intercaladas trasmisiones de engranes o poleas para reducir la velocidad entre el motor y la bomba. Clasificación:
Bombas de émbolo recíprocante.
Bombas de embolo reciprocante de descarga variable.
Bombas reciprocantes de diafragma.
De acción directa De potencia
BOMBA DE DIAFRAGMA Ocasionalmente, las bombas reciprocantes están provistas de un diafrag ma flexible recíprocamente en vez de un émbolo o pistón reciprocante, con lo cual se elimina la fricción y las fugas en el punto donde el émbolo atraviesa la caja de empaque. Un ejemplo de esta bomba queda ilustrado en la figura en la cual el movimiento del diafragma es obtenido mediante una cama excéntrica y u na palanca; las válvulas de succión y de descarga trabajan en forma ordinaria. Tales bombas son m uy comunes en la actualidad para levantar combustible de los tanques posteriores de los automóviles a l os carburadores de los mismos.
De piston
BOMBA DE EMBOLO Los elementos de una Bomba Reciprocante, comúnmente llamada de émbolo o de presión, están mostrados esquemáticamente en la figura 103. En ella puede verse que, como la Manivela o Cigüeñal gira con una
Fig. 103. velocidad uniforme, accionada por el motor, el émbolo o pistón ¿e mueve hacia adelante y hacia atrás en el cuerpo del cilindro; en el golpe hacia afuera un vacío parcial detrás del émbolo perrmite a la p resión atmosférica que obra sobre la superficie ¿el agua en el pozo hacer subir el agua dentro del tubo de ¿acción, la cual, pasando por la válvula de succión llena el cilindro; en el golpe hacia adentro, la válvula d e succión se cierre y el agua es presionada a salir hacia el tubo de descarga. Eficiencia Volumétrica de una bomba de émbolo:
Gasto ideal o teórico:
Gasto efectivo:
Presión dinámica o de inercia que tiene lugar en las tuberías de descarga y de succión de una bomba de émbolo:
o
BOMBA RECIPROCANTE DE EMBOLO DE DESCARGA VARIABLE. —En sistemas de transmisión de circ uito hidráulico cerrado, es algunas veces necesaria una forma de bomba cuyo gasto de descarga pueda ser variado sin cambiar la velocidad de rotación. Tal bomba es tá indicada en la figura, tiene un cierto número de cuerpos cilíndricos p aralelos A, hechos formando un bloque B, que gira mediante engranes alrededor de un eje central.
Los pistones o émbolos están articulados a u n anillo D que es mantenido en c ontacto con un platillo E, el cual puede inclinarse fuera de la perpendicular; de este m odo cuando el anillo D gira en conjunto con el bloque de cilindros, también se balancea e imparte el movimiento reciprocante necesario a los pistones o émbolos. En estas bombas no son necesarias las válvulas que tienen las bombas de émbolo antes descritas; en su lugar tienen dos entradas o ranuras s emicirculares que obturan las extremidades de los cilindros, una de las entradas está conectada a la tubería de succión y la otra a la de descarga. Así todos los cilindros del bloque en el lado en que suben los émbolos, que es cuando se mueven éstos hacia afuera, son puestos en comunicación directa con la tubería de succión, mientras que el líquido descargado de los cilindros en los cuales bajan los émbolos, tienen salida libre al tu bo de descarga. A fin de variar el gasto de descarga de la bomba, es necesario alterar la carrera de los émbolos, lo cual puede hacerse cambiando el ángulo de inclinación del plato E. Para este objeto el plato está montado sobre ejes, de tal modo que él puede mec erse alrededor de un eje horizontal, transversal al eje principal de la bomba. Mientras más normal se hace el plato E, menor será la descarga, hasta que ésta cesa por completo cuando el plato E, es paralelo a F. Si se sigue variando la inclinación, el escurrimiento vuelve a tener lugar; pero ahora en sentido contrario, saliendo el líquido por el tubo en qu e antes se hacía la succión. Debido al hecho de que estas bombas son empleadas exclusivamente para manejar aceite y de que todas las partes móviles están ahogadas en aceite, a pesar del número de superficies de fricción que tienen, alcanzan una alta eficiencia, de un ochenta por ciento o má s. La presión media usual de trabajo es de unos 35 kg/cm2.
Válvulas de diafragma Las válvulas de diafragma son de vueltas múltiples y efectúan el cierre por medio de un diafragma flexible sujeto a un compresor. Cuando el vástago de la válvula hace descender el compresor, el diafragma produce sellamiento y corta la circulación (fig. 1 -6).
Figura 1-6 Válvula de diafragma. Recomendada para
Servicio con apertura total o cierre total. Para servicio de estrangulación. Para servicio con bajas presiones de operación.
Aplicaciones Fluidos corrosivos, materiales pegajosos o viscosos, pastas semilíquidas fibrosas, lodos, alimentos, productos farmacéuticos. Ventajas
Bajo costo. No tienen empaquetaduras. No hay posibilidad de fugas por el vástago. Inmune a los problemas de obstrucción, corrosión o formación de gomas en los productos que circulan.
Desventajas
Diafragma susceptible de desgaste. Elevada torsión al cerrar con la tubería llena.
Variaciones
Tipo con vertedero y tipo en línea recta. Materiales Metálicos, plásticos macizos, con camisa, en gran variedad de cada uno.
Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento Lubricar a intervalos periódicos. No utilizar barras, llaves ni herramientas para cerrarla. álvulas de retención (check).
La válvula de retención (fig. 1-8) esta destinada a impedir una inversión de la circulación. La circulación del líquido en el sentido deseado abre la válvula; al invertirse la circulación, se cierra. Hay tres tipos básicos de válvulas de retención: 1) válvulas de retención de columpio, 2) de elevación y 3) de mariposa. Válvulas de retención del columpio. Esta válvula tiene un disco embisagrado o de charnela que se abre por completo con la presión en la tubería y se cierra cuando se interrumpe la presión y empieza la circulación inversa. Hay dos diseños: uno en "Y" que tiene una abertura de acceso en el cuerpo para el esmerilado fácil del disco sin desmontar la válvula de la tubería y un tipo de circulación en línea recta que tiene anillos de asiento reemplazables. Recomendada para
Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación. Cuando hay cambios poco frecuentes del sentido de circulación en la tubería. Para servicio en tuberías que tienen válvulas de compuerta. Para tuberías verticales que tienen circulación ascendente.
Aplicaciones Para servicio con líquidos a baja velocidad. Ventajas
Puede estar por completo a la vista. La turbulencia y las presiones dentro de la válvula son muy bajas. El disco en "Y" se puede esmerilar sin desmontar la válvula de la tubería.
Variaciones Válvulas de retención con disco inclinable. Materiales Cuerpo: bronce, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero fundido, acero inoxidable, acero al carbono. Componentes: diversos. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento
En las tuberías verticales, la presión siempre debe estar debajo del asiento. Si una válvula no corta el paso, examinar la superficie del asiento. Si el asiento esta dañada o escoriado, se debe esmerilar o reemplazar. Antes de volver a armar, limpiar con cuidado todas las piezas internas.
Válvulas de retención de elevación Una válvula de retención de elevación es similar a la válvula de globo, excepto que el disco se eleva con la presión normal e la tubería y se cierra por gravedad y la circulación inversa.
Figura 1-8 Válvula de retensión (tipo de elevación). Recomendada para
Cuando hay cambios frecuentes de circulación en la tubería. Para uso con válvulas de globo y angulares. Para uso cuando la caída de presión a través de la válvula no es problema.
Aplicaciones Tuberías para vapor de agua, aire, gas, agua y vapores con altas velocidades de circulación. Ventajas
Recorrido mínimo del disco a la posición de apertura total. Acción rápida.
Variaciones Tres tipos de cuerpos: horizontal, angular, vertical. Tipos con bola (esfera), pistón, bajo carga de resorte, retención para vapor. Materiales Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, PVC, Penton, grafito impenetrable, camisa de TFE. Componentes: diversos. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento
La presión de la tubería debe estar debajo del asiento. La válvula horizontal se instala en tuberías horizontales. La válvula vertical se utiliza en tubos verticales con circulación ascendente, desde debajo del asiento. Si hay fugas de la circulación inversa, examinar disco y asiento.
Válvula de retención de mariposa Una válvula de retención de mariposa tiene un disco dividido embisagrado en un eje en el centro del disco, de modo que un sello flexible sujeto al disco este a 45° con el cuerpo de la válvula, cuando esta se encuentra cerrada. Luego, el disco solo se mueve una distancia corta desde el cuerpo hacia el centro de la válvula para abrir por c ompleto. Recomendada para
Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación en la tubería. Cuando hay cambios frecuentes en el sentido de la circulación. Para uso con las válvulas de mariposa, macho, bola, diafragma o de apriete.
Aplicaciones Servicio para líquidos o gases. Ventajas
El diseño del cuerpo se presta para la instalación de diversos tipos de camisas de asiento. Menos costosa cuando se necesita resistencia a la corrosión. Funcionamiento rápido. La sencillez del diseño permite construirlas con diámetros grandes. Se puede instalar virtualmente en cualquier posición.
Variaciones Con camisa completa. Con asiento blando. Materiales Cuerpo: acero, acero inoxidable, titanio, aluminio, PVC, CPCB, polietileno, polipropileno, hierro fundido, Monel, bronce. Sello flexible: Buna-N, Viton, caucho de butilo, TFE, neopreno, Hypalon, uretano, Nordel, Tygon, caucho de siliconas. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento En las válvulas con camisa, esta se debe proteger contra daños durante el manejo. Comprobar que la válvula queda instalada de modo que la abra la circulación normal. Válvulas de desahogo (alivio) Una válvula de desahogo (fig. 1-9) es de acción automática para tener regulación automática de la presión. El uso principal de esta válvula es para servicio no comprimible y se abre con lentitud conforme aumenta la presión, para regularla. La válvula de seguridad es similar a la válvula de desahogo y se abre con rapidez con un "salto" para descargar la presión excesiva ocasionada por gases o líquidos comprimibles. El tamaño de las válvulas de desahogo es muy importante y se determina mediante formulas especificas.
Figura 1-9 Válvula de desahogo (alivio). Recomendada para Sistemas en donde se necesita una gama predeterminada de presiones. Aplicaciones Agua caliente, vapor de agua, gases, vapores. Ventajas
Bajo costo. No se requiere potencia auxiliar para la operación.
Variaciones
Seguridad, desahogo de seguridad. Construcción con diafragma para válvulas utilizadas en servicio corrosivo.
Materiales Cuerpo: hierro fundido, acero al carbono, vidrio y TFE, bronce, latón, camisa de TFE, acero inoxidable, Hastelloy, Monel. Componentes: diversos. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento Se debe instalar de acuerdo con las disposiciones del Código ASME para recipientes de presión sin fuego. Se debe instalar en lugares de fácil acceso para inspección y mantenimiento. Mediciones de nivel Nivel. Es la distancia existente entre una línea de referencia y la superficie del fluido, generalmente dicha línea de referencia se toma como fondo del recipiente. Métodos de medición. Como se menciono anteriormente el nivel es la variable que puede ser medida mas fácilmente, pero existen otros factores, tales como viscosidad del fluido, tipo de medición deseada, presión, si el recipiente esta o no presurizado, que traen como consecuencias que existan
varios métodos y tipos de instrumentos medidores del nivel. El medidor de nivel seleccionado dependerá de nuestras necesidades o condiciones de operación. Los métodos utilizados para la medición del nivel de líquidos, básicamente pueden ser clasificados en: Métodos de medición directa y método de medición indirecta. Métodos de medición indirecta: Método por medidores actuados por desplazadores. Estos tipos de instrumentos se utilizan generalmente para llevar la medición a sitios remotos o para el control de nivel, aunque también pueden utilizarse como un indicador directo. Están compuestos principalmente por un desplazador, una palanca y un tubo de torsión. La figura (a) muestra los componentes básicos de uno de estos medidores. Como podemos observar, el objetivo principal de estos componentes, es convertir el movimiento vertical del desplazador en un movimiento circular del tubo de torsión.
Figura (a) El principio de funcionamiento se basa en el principio de Arquímedes y puede resumirse de la siguiente manera: el peso del desplazador ejerce una fuerza sobre el tubo de torsión, pero al subir el nivel, el desplazador desplaza más líquido y este ejercerá una fuerza o empuje sobre el desplazador, el cual se vuelve más liviano. Esto trae como consecuencia que el tubo de torsión gire debido a la disminución de la torsión, que el desplazador ejerce sobre el. Este giro es aprovechado acoplándose una aguja, la cual indicara el nivel directamente. Método de medidores actuados por presión hidrostática. Al estudiar el objetivo referente a presión, deducimos un formula por la cual se estableció que la presión en cualquier punto debajo de la superficie del liquido, depende solamente de la profundidad a la cual se encuentre el punto en cuestión y el peso especifico del liquido, es decir, que
. Como se recordara, esta presión es conocida como presión hidrostática.
Existen varios tipos de medidores de nivel que trabajan y operan bajo este principio, de los cuales los más comunes son: Sistema básico o Manómetro.
Entre los medidores de nivel actuados por presión hidrostática, el sistema básico o manómetro es el más sencillo. Consta solamente de un manómetro y en el caso de que el líquido cuyo nivel se desea medir, sea corrosivo o viscoso, es necesario, además del manómetro, un equipo de sello con la finalidad de aislar el instrumento de dicho fluido. El manómetro puede ser uno convencional, con la diferencia de que la escala en lugar de ser graduada en unidades de presión, es graduada en unidades de nivel. Medidor de nivel mediante Presión Hidrostática
