TRANSPORTE DE HIDROCARBUROS BOMBAS INTRODUCCIÓN Las bombas son de gran importancia en el trasiego de fluidos, debido a su capacidad de producir vacío, con lo cual se puede empujar el fluido hacia donde se desee transportar. Existe una infinidad de bombas las cuales tienen distintas funciones, todo depende del tipo de fluido de la temperatura a la cual se va a transportar y la presión que se soportará. sí surgen las bombas centrífugas que fundamentalmente son máquinas de gran veloci velocidad dad en compara comparació ción n con las de movimi movimient ento o alterna alternativ tivo, o, rotati rotativas vas o de despla!amiento. "unciona a altas velocidades, acopladas directamente al motor de accionamiento, con lo que consigue que las p#rdidas por transmisión sean mínimas. $na bomba o una máquina soplante centrífuga consta esencialmente de uno o más rodetes provistos de álabes, montados sobre un árbol giratorio y cerrado en el interior de una cámara de presión denominada cubierta
PRINCIPIO Y CLASIFICACION $n equipo de bombeo es un transformador de energía, mecánica que puede proceder de un motor el#ctrico, t#rmico, etc. % la convierte en energía, que un fluido adquiere en forma de presión, de posición y de velocidad. sí se tendrán bombas que funcionen para cambiar la posición de un cierto fluido. &or ejemplo la bomba de po!o profundo, que adiciona energía para que el agua del subsuelo se eleve a la superficie. $n ejemplo de bombas que adicionan adicionan energía de presión sería una bomba en un oleoducto, en donde las cotas de altura así como los diámetros de tuberías y
consecuentemente las velocidades fuesen iguales, en tanto que la presión fuesen igua iguale les, s, en tant tanto o que la presi presión ón fues fuese e incre increme ment ntad ada a para para pode poderr vence vencerr las las p#rdidas de fricción que se tuviesen en la conducción. Existen bombas que trabajan con presiones y alturas iguales que 'nicamente adic adicio iona nan n energ energía ía de velo veloci cida dad. d. (in (in embar embargo go a este este respe respect cto o hay mucha muchass confusiones en los t#rminos presión y velocidad por la acepción que llevan implícita de las expresiones fuer!a)tiempo. En la mayoría de las aplicaciones de energía conferida por la bomba es una me!cla de las tres. Las cuales se comportan de acuerdo con las ecuaciones fundamentales de la mecánica de fluidos.
CLASIFICACION DE BOMBAS BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Las bombas de despla!amiento se suelen dividir en cuatro clases generales* + de potencia reciprocante, - de vapor rotatorias y / sin pistones. $na bomba de potencia es una bomba reciprocante impulsada por una fuente de energía externa aplicada al cig0e1al de la bomba. una bomba de vapor es una bomba reciprocante y una máquina de vapor construidas como una sola unidad. la potencia para accionar la bomba la suministra la máquina de vapor. una bomba rotatoria es una bomba de despla!amiento positivo y consta de una carcasa fija en la cual están alojad alojados os engrane engranes, s, exc#ntr exc#ntrica icas, s, tornil tornillos, los, paleta paletas, s, #mbolos #mbolos bu!o bu!o o element elementos os simi simila lare res, s, acci accion onad ados os por por la rotaci rotación ón del del árbol árbol impu impuls lsor or.. Esta Estass bomb bombas as se caracteri!an por sus ajustadas holguras de funcionamiento y por la ausencia de válvulas de succión y de descarga. "recuentemente, las bombas rotatorias sólo se lubrican con el fluido que se bombea. En las bombas sin pistones se utili!a la presión directa de aire, gas o vapor sobre el fluido que se bombea.
Bombas de pote!"a #e!"p#o!ates
Las bombas de potencia son máquinas de despla!amiento positivo que, a una velocidad constante entregan esencialmente la misma capacidad a cualquier presión dentro de la capacidad del impulsor y la resistencia mecánica de la bomba. La alta eficiencia inherente de estas bombas es casi independiente de la presión y la capacidad, y sólo es un poco más baja en una bomba peque1a que en una grande. &or ello, la bomba de potencia es de gran utilidad en donde se requieren alta presión y baja capacidad, donde su alta eficiencia compensa con creces su alto costo inicial. En algunas aplicaciones, la entrega constante con presión variable es una ventaja definida, ya que esta bomba de potencia tambi#n puede actuar como dispositivo dosificador. En algunas aplicaciones, esto crea un problema de control que debe resolverse si se varía la velocidad, se deriva a velocidad constante, o se carga y descarga la bomba en forma intermitente. 2uchas bombas de potencia se disponen para poder cambiar con facilidad el tama1o del pistón o #mbolo bu!o, con lo cual se tiene una bomba adaptable para un considerable rango de presiones, en que la capacidad varía inversamente con la presión a una salida constante de potencia hidráulica. Las bombas de potencia se encuentran con dos, tres, cinco, siete y nueve #mbolos y de acuerdo a esto se les llama d'plex. tríplex, quíntuplex, s#ptuplex y nónuplex respectivamente.
Bombas $e#t"!a%es de pote!"a (e construyen con extremos de potencia totalmente encerrados y autolubricados, protegidos en forma efica! contra infiltración de fluido bombeado o la entrada de polvo de la atmósfera circundante. Las velocidades del #mbolo bu!o hasta de /33 pie4min. 5-3 m/s), en las bombas de carrera corta con velocidades de rotación de 33 a 6-3 rpm. , permiten la conexión directa con el impulsor o con una transmisión de reducción sencilla, en lugar de las transmisiones de doble reducción que se suelen requerir con bombas antiguas de baja velocidad. En la figura se ilustra una bomba invertida, típica, de 73 a +733 bhp 56 a ++33 89. El dise1o de la bomba convencional de potencia, incluye barrenos que se intersecan, en donde el barreno del #mbolo bu!o entra al paso entre las válvulas
de succión y de descarga. Esta configuración conduce concentraciones de esfuer!os en los cilindros de trabajo, lo cual limita la presión máxima permisible de trabajo hasta aproximadamente -3lb4pulg- 5+: 2&a, incluso con pie!as forjadas de alta resistencia. ;ebido a estas cargas tan pesadas, el cig0e1al está soportado por cojinetes principales en cada lado del mu1ón con la chumacera formada sobre las caras o almas del cig0e1al. Es posible encontrar estas bombas con diámetros diversos de #mbolos y, con varios #mbolos para cubrir amplios rangos de cilindradas, con carreras desde - < a = pulg 5>/ a --= mm. (e utili!an prensaestopas separados para permitir el empleo de #mbolos de diversos tama1os para cada cilindro de trabajo. &ara presiones altas, los cilindros están seccionados con uno, dos o tres #mbolos por cada pie!a forjada del cilindro de trabajo. (e debe tener en cuenta que las 'nicas pie!as del extremo de potencia que están cargadas a tensión son los pernos de los cojinetes principales, las bielas y las varillas de tracción. La fuer!a del #mbolo oprime el cilindro de trabajo contra la parte superior del bastidor, que de esta manera queda cargado a compresión. Las bombas de pote!"a &o#"'ota%es se fabrican tambi#n en un rango semejante de tama1os para aproximadamente la misma velocidad con cilindros de fluido fundidos y forjados. (e encuentran como bombas tríplex y quíntuplex con #mbolos de simple acción. ?stos están conectados en forma directa a las crucetas en el extremo de potencia con el prensaestopas entre el cilindro y el bastidor, con lo cual se elimina el yugo y las varillas de tracción características de la bomba vertical invertida. Las bombas de este tipo se emplean para inundaciones y para extraer agua salada en los campos petrolíferos, para la tubería de recolección y de producto, y en sistemas hidráulicos peque1os y pruebas hidráulicas.
@abla +
Aapacidades nominales tiplcas de bombas de potencia 5especiales tríplex, hori!ontales
Aarrera,pulg - <
/
7
>
mm
>/
6>
+3-
+-6
+7-
r4min
>=3
73
/-3
>3
33
bhp
-:
>3
+33
+73
33
89
-+
//
6/
++3
--3
:7
:>
:6
::
=3
Eficiencia, B
Las bombas de pote!"a de p"st( &o#"'ota% son otro tipo de bomba reciprocante que se ilustran en la figura . Esta bomba suele funcionar a velocidades que van de 73 a -33 r4min. Las unidades construidas con engranes de una sola reducción encerradas en el cárter tienen el árbol del pi1ón y el cig0e1al montados en cojinetes de rodillos o antifricciónC y en algunos dise1os se emplean cojinetes de rodillos en los dos extremos de las bielas. En algunos dise1os se emplean cojinetes de manguito, pero sin engranaje interno. El cilindro de líquido, con pistón de Dvaso lateralD, está equipado con camisas y pistones fáciles de quitar, con lo cual se pueden lograr diversas presiones y capacidad de la bomba con el cambio de tama1o de las camisas y pistones. Estos tipos de bombas utili!an pistones de acción simple y doble. &ara servicio general, se emplea la bomba hori!ontal de pistón en tama1os de +3 a +33 hp 56./ a 6/ 89 con presiones hasta de +333 lb4pulg- 5>.= 2&a.En el servicio para los campos petrolíferos, a estas unidades las llaman bombas para odos, y se emplean para ayudar a la perforación de po!os. (e construyen en
tama1os de +33 a +673 bhp 56/ a ++3 89 con presiones hasta de 7333 lb4pulg5/.7 2&a.
Bombas pa#a p#es"( m)* a%ta+ Aonforme aumentan sustancial mente las presiones por arriba de +7 333 a -3 333 lb4pulg- 5+3/ a +: 2&a, hay que reducir de modo drástico la velocidad del pistón o #mbolo a fin de obtener una duración aceptable de la empaquetadura y disminuir el n'mero de inversiones de presión y esfuer!os cíclicos que favorecen las fallas por fatiga. Esto conduce a cargas y tama1os de #mbolos que hacen imprácticas las bombas impulsadas por cig0e1al, debido al gran tama1o, alto par motor, baja velocidad y empuje lateral sobre las crucetas. El intensificador de simple acción se ha utili!ado hace mucho tiempo para producir presiones altas en extremo con fines de investigación a escala de laboratorio. Aon base en el principio del intensificador, se pueden impulsar bombas de dos y de cuatro #mbolos mediante cilindros hidráulicos de aceite de doble acción para presiones de +3 333 a -33 333 lb4pulg5>= a +:3 2&a. En la figura / se presenta una sección a trav#s de uno de los extremos de una bomba de este tipo con la construcción compound utili!ada para presiones de más de 73333 lb4pulg- 5/7 2&a. El cilindro impulsor o de baja presión es un cilindro hidráulico convencional de doble acción, con dimensiones para desarrollar el empuje deseado con una presión del aceite de no más de -333 b4pulg- 5+.= 2&a. (e utili!an cuatro tama) 1os diferentes de cilindros de aceite para abarcar un rango de +7 a +33 hp 5++ a 67 89 y cada uno se ajusta a tama1os de #mbolos y cilindros de fluido adecuados para cubrir el rango deseado de presiones, con las capacidades correspondientes. (e utili!an interruptores limitadores el#ctricos y control de fluido para controlar las válvulas inversoras hidráulicas conectadas a los cilindros del aceite. La disposición en línea de estas bombas minimi!a el empuje lateral, y los cilindros sencillos sim#tricos aseguran la distribución favorable del esfuer!o, tan importante con altas cargas de trabajo. El choque hidráulico queda eliminado casi por
completo con la elevación controlada de presión que se puede lograr con la impulsión hidráulica, lo cual ayuda a tener mayor duración incluso con presiones muy altas. La carencia casi completa de efectos de inercia en la bomba de alta presión, hace que esta bomba sea muy sensible a los controles, y contribuya a la seguridad de la operación.
Las bombas de pote!"a de !apa!"dad $a#"ab%e se emplean en aplicaciones donde se requiere un gasto variable de fluido. El gasto variable se puede lograr + al variar la velocidad de la bombaC - al derivar la salida de la bomba de regreso hacia los sistemas de succión o, al variar la longitud de la carrera de la bomba. Las velocidades de la bomba se pueden modificar con el uso de transmisiones de velocidad variable. En la figura se ilustra un sistema de descarga de válvula de succión sincroni!ada, utili!ado en los sistemas hidráulicos del tipo acumulador. Este aparato mantiene abierta mecánicamente la válvula de succión durante la carrera de descarga de la bomba, lo cual evita que #sta genere suficiente presión como para abrir la válvula de descargaC por tanto, la salida de la bomba es cero. $n descargador de la válvula de succión permite que la bomba opere de modo continuo a una velocidad, iniciándose o deteni#ndose el gasto seg'n se requiera. El flujo no se puede variar ni estrangular con una válvula de succión descargada, sólo se puede iniciar o detener. En la figura se ilustra el extremo de potencia de una bomba de carrera variable. ?sta tiene un yugo ajustable que, cuando se mueve, hace variar la longitud de la carrera de la bomba. %a que la salida de la bomba está relacionada directamente con la carrera de la bomba, se cambia el gasto siempre que varíe la carrera. Las bombas de carrera variable se pueden emplear para producir una gran variedad de gastos a una velocidad constante de la bomba.
Bombas pa#a pastas a,)adas Fay un gran inter#s en el empleo de bombas para transportar pastas aguadas por tuberías. En la situación actual del ramo, las bombas de potencia se usan como el medio más eficiente para bombear dichas
pastas. (e bombean pastas aguadas de carbón, mineral de hierro y cobre de hasta >7B en peso a centenares de millas de distancia utili!ando bombas de potencia. La tecnología para este bombeo es relativamente nueva y se ha mejorado con la experiencia. %a se están estableciendo la nomenclatura y las normas para esta tecnología. (e utili!an bombas de potencia tanto vertical como hori!ontal de pistón para bombear diversas pastas aguadas. Auando se emplean bombas de #mbolo bu!o para ese servicio, hay que modificar el prensaestopas y se necesita un sistema para lavar a chorro el #mbolo a fin de evitar que la pasta aguada contamine la empaquetadura. La relación entre la ra!ón de desgaste de las pie!as respecto a las velocidades del fluido y a la abrasividad no ha sido establecida con firme!a y se debe determinar para cada pasta aguada que se bombee. (e menciona el n'mero de 2iller como indicador de la abrasividad de las pastas aguadas. En general, la ra!ón del desgaste varía proporcionalmente al cuadrado o al cubo de la velocidad. La velocidad de las bombas para pastas aguadas es de >3 a +-3 r4min con las velocidades del fluido mantenidas a - o pie4s 53.> a + m/s) por encima de la velocidad de sedimentación de la pasta aguada. Estas bombas tienen caballaje desde -33 a 733 bhp 5+73 a ->-3 89.
Las bombas de -mbo%o b)'o de a%ta $e%o!"dad requieren considerablemente una carga neta positiva de succión mayor que las de baja velocidad y. a menudo, no funcionarán con cualquier altura de succión, ni siquiera con agua fria. demás, el concepto 7. la carga requerida para acelerar el líquido en la tubería de succión es un factor mucho mayor a velocidades de rotación más altas. Aon la ecuación H G LVnC/gK, se da una aproximación empírica de esta cantidad para las bombas con cig0e1al. en donde L es la longitud del tubo, pie 5mC n son las revoluciones por minuto del cig0e1al de la bombaC H es la carga del líquido bombeado para producir la aceleración requerida, pie 5mC Ves la velocidad media del flujo en la línea de succión. pie4s (mis), g es la aceleración gravitacional, pie4s- (m/s2) y e es un factor para el tipo de bomba. e tiene los siguientes valores* símplex de doble acción, 3.-3C d'plex de doble acción. 3.++7C tríplex de doble o de simple acción,
3.3>>C quíntuplex, de simple acción. 3.3/3C s#ptuplex. de simple acción. 3.-:C nónuplex, de simple acción. 3.3--. $n aumento en la velocidad de la bomba con una línea de succión existente. aumenta H en ra!ón directa al cuadrado de la velocidad porque V y n aumentan en proporción con la velocidad. El valor de K es -.7 para aceite caliente. -.3 para la mayor parte de los hidrocarburos, +.7 para aminas, glicol y agua, +./ para agua desaireada y +.3 para urea y líquidos con una peque1a cantidad de gas arrastrado. &ara estos valores, se suponen líneas de succión cortas y no elásticas.
VELOCIDADES DE LAS BOMBAS DE POTENCIA En la tabla se dan los datos sobre bombas estándar y de dise1o. convencional. Las velocidades más bajas se usan para líquidas viscosos calientes, servicio. en las refinerías de petróleo., pastas aguadas y servicio con urea. Las velocidades más altas se emplean cuando el peso es importante, cama en el servicio. marino y tambi#n en prensas hidráulicas de alta presión, en donde el volumen de líquido bombeado es comparativamente peque1o., par lo. que las efectos inerciales no. san de tanta importancia. La velocidad es un factor limitante en la separación del líquido desde el #mbolo. demás, se deben tener en cuenta las limitaciones de baja velocidad de las cojinetes de manguito debido a la falta de lubricación y a la formación de películas características de aceite.
BOMBAS A VAPOR DE ACCIÓN DIRECTA En la bomba a vapor de acción directa, el pistón del vapor se conecta al pistón de la bomba por medio de una varilla sin movimiento de manivela. Ho hay corte ni expansión del vapor, ya que se admite a una ra!ón constante en toda la carrera. Las pie!as en movimiento son amortiguadas y llevadas hasta el reposo por el vapor atrapado en el extremo del cilindro de vapor al final de cada carrera, con la presión plena del vapor sobre el lado opuesto del pistón. La velocidad real del pistón en movimiento es prácticamente constante durante el :3 al =3B de la carrera. En las bombas sencillas y d'plex, se tiene una pausa definida al final de
cada carrera, lo que es importante para el cierre de las válvulas del extremo del fluido. En la figura se ilustra el extremo de vapor de una bomba d'plex. El pistón del vapor en cada lado está conectado mecánicamente a la válvula de vapor del lado opuesto. ;ado que hay cierta superposición de las carreras, una bomba d'plex entregará un flujo continuo de fluido sin fluctuación marcada de presión. $na bomba d'plex reali!ará de manera incorrecta una carrera corta al bombear un fluido volátil si la carga de succión no es la suficiente como para evitar la vapori!ación instantánea en el cilindro del fluido.
BOMBAS DE VOLUMEN CONTROLADO La bomba de volumen controlado, llamada tambi#n bomba dosificadora o proporcionadora, se emplea para despla!ar con precisión un volumen predeterminado de líquido en un tiempo específico. Esas bombas pueden producir presiones hasta de 3 333 lb4pulg- 5-3> 2&a, dentro de I)+ B de su capacidad nominal. El #mbolo o el pistón pueden hacer contacto directo con el fluido. En la bomba de volumen controlado del tipo de diafragma, el cual puede ser plano o tubular, está en contacto directo con el fluido. El o los diafragmas pueden tener impulsión mecánica o hidráulica. Los diafragmas de accionamiento mecánico se suelen emplear para presiones hasta de -73 lb4pulg- 5+.6 2&a y capacidades de -7 gal4h 5=/ L4h. $na bomba con una relación de reducción de +3*+ se puede ajustar con exactitud entre +3 y +33B de su capacidad nominal. El mecanismo de impulsión tiene la capacidad para cambiar el despla!amiento. ?ste se cambia con un ajuste a mano o en forma automática, con una Dse1alD el#ctrica, neumática o hidráulica.
BOMBAS ROTATIVAS
Las bombas rotativas son de despla!amiento positivo, y por lo com'n sin válvulasC son sencillas, compactas, ligeras de peso y de bajo costo inicial. (e construyen en capacidades desde una fracción de galón por minuto 5m4min 5por ejemplo, en los quemadores para calefacción y los refrigeradores dom#sticos alimentados con petróleo hasta 7333 gal4min 5+=.3 m4min y más como en transportes marítimos de carga. unque se emplean para presiones hasta de 7333 lb4pulg- 5/.7 2&a, su aplicación particular es para presiones de -7 a 733 lb4pulg- 5+63 a 733 8&a con eficiencia mecánica de >3 a :7B. En las bombas rotativas se requiere la conservación de tolerancias muy precisas entre las superficies de fricción para que la eficiencia volum#trica sea continua. (u aplicación principal es bombear petróleo y sus derivados y otros líquidos que tienen poder lubricante y alta viscosidad. @ambi#n se emplean para líquidos de altas viscosidades hasta de - 333 333 (($ 5// x +3)/ m4s. &or el diámetro de la descarga de una bomba rotativa se designa su tama1o nominal, pero no su despla!amiento. Las bombas rotativas hasta de +33 lb4pulg- 5>=3 8&a, se pueden considerar de baja presiónC las de +33 a 733 lb4pulg- 5>=3 a /3 8&a, de presión moderada y las de más de 733 lb4pulg- 5/3 8&a, de alta presiónC las bombas fraccionarias hasta 73 gal4min 53.- m4min son de volumen peque1o, de 73 a 733 gal4min 53.a +.= m4min de volumen moderado y de más de 733 gal4min 5+.= m4min de gran volumen.
Bombas de p"st( e.!-t#"!o Fay muchas bombas de este tipo en servicio. La que se ilustra en la figura es de árbol sencillo con cuerpo cilíndrico y con un exc#ntrico oscilante y una abra!adera. El contacto entre la abra!adera y el cuerpo se aproxima a un contacto casi en una sola línea. Aonforme avan!a el desgaste, las fugas se vuelven excesivas. Este tipo es 'til para capacidades peque1as y medianas, bajas presiones y para velocidades limitadas. (e ilustra una construcción con camisaC casi todos los tipos
de bombas rotativas pueden tener camisas para mover fluidos viscosos, que se deben calentar para bombearlos, o para enfriamiento de agua.
Jomba rotativa, tipo de piston excentrico.
Bombas de -mbo%os #ad"a%es * p%atos os!"%ates La rotación del cuerpo que lleva los #mbolos conecta cada uno de ellos con el puerto de succión correspondiente durante la carrera de succión del #mbolo y con el puerto de succión en su carrera de descarga. Estos dise1os se pueden adaptar para capacidad variable., esto se hace para variar la excentricidad entre el cuerpo que lleva el #mbolo y el anillo que impulsa los #mbolosC, se varía el ángulo entre el árbol propulsor y cuerpo que lleva el #mbolo. Las bombas reales son complicadas. Jomba de embolo radial Jomba de plato oscilante En una bomba de e%emeto /%e."b%e, las acciones de sellamiento y de bombeo dependen de la elasticidad de los elementos flexibles, que pueden ser un tubo o paletas. El t"po %ob)%a# es una de las primeras construcciones que se emplearon para bombas y ventiladores rotativos. (on adecuadas para capacidades medianas y grandes y presiones bajas. l igual que en la bomba del tipo de pistón oscilante, hay contacto lineal entre el impulsor y el cuerpo, y las fugas son excesivas a presiones altas. Los lóbulos no son de accionamiento por sí mismosC por tanto, estas bombas se deben construir con engranes piloto externos, que puedan transmitir la mitad de la potencia utili!ada. ;esde el árbol propulsor hasta el árbol impulsado.
Las bombas de e,#aes son del tipo de dos árboles y de muy diversas construcciones. (e utili!an para casi todas las capacidades y presiones. En muchos tipos, los engranes del rotor son automáticos y no se necesita un engrane piloto. La forma más sencilla emplea engranes de dientes rectos. El gran n'mero de dientes en contacto con la carcasa minimi!a las fugas alrededor de la periferia. La utilidad de los engranes de dientes rectos está limitada porque atrapan líquido en el lado de descarga en el punto donde se acoplan entre sí los engranes, con lo cual resulta una operación ruidosa y baja eficiencia mecánica, en particular a altas velocidades de rotación. (e pueden proveer cavidades para descarga en las placas laterales para reducir los efectos del atrapamiento de líquido. En otras bombas de este tipo, los engranes son helicoidales sencillos o helicoidales dobles de dientes con ángulos de +7 a 3K 53.-> a 3.7- rad o más. Auando se emplean los engranes helicoidales sencillos con altas presiones, se tiene como resultado un considerable empuje en los extremos de los engranes sobre las placas laterales de la bomba. La construcción helicoidal o de engrane bihelicoidal elimina en gran parte el efecto del atrapamiento, pero ocurren p#rdidas por fugas entre los dientes en el punto de acoplamiento de ellos, salvo que est#n cortados sin ninguna holgura en la raí!.
Bombas de e,#aes "te#os Diferencia de un diente .) En las bombas de este tipo, un impulsor montado en
relación exc#ntrica con el cuerpo acciona un engrane interno que gira en el cuerpo o en los cojinetes montados en las placas del extremo. El flujo es prácticamente continuo y sin inversiones. (e puede usar con altas velocidades de rotación. En estas bombas, las fugas ocurren alrededor de la periferia de la corona, sobre las puntas de los dientes de los engranes cuando empie!an a acoplar y por la fnea de contacto cuando están acoplados por completo. Este tipo es adaptable en particular para altas presiones y altas velocidades, por ejemplo para aceites con valor lubricante y de considerable viscosidad.
Diferencia de dos dientes .) En esta construcción, se utili!a un estribo o apoyo en
una de las placas laterales para llenar el espacio abierto entre el engrane exter no y el interno. Aon esta construcción se reducen las fugas, pero se requiere el empleo de un engrane interno volado, lo cual restringe la aplicación de las bombas para capacidades y presiones peque1as y medianas. Bombas de pistón circunferencial . El fluido se bombea entre los espacios de las
superficies del pistónC no hay contacto real entre las superficies del pistón. En las bombas de to#"%%o, un solo impulsor helicoidal, largo, de diámetro peque1o y forma especial, acciona uno o más tornillos locos contenidos en ella, de manera que el líquido bombeado es despla!ado axialmente. El contacto de superficie m'ltiple, en ve! de los contactos lineales entre los tornillos y el cuerpo, minimi!a las fugas. Esta construcción permite la operación a muy alta velocidad.
Bombas $e#t"!a%es Las bombas para po!o seco con cojinetes externos incluyen la mayor parte de las bombas para aguas negras, muchas de las bombas medianas y grandes para drenaje y riego de terrenos, para carga alta y mediana. 2uchas bombas grandes para circulación de condensado y suministro de agua y muchas bombas marinas. lgunas bombas verticales para po!o seco son básicamente de dise1o hori!ontal, con peque1as modificaciones para adaptarlas al eje vertical. En otras aplicaciones, como en las bombas peque1as y medianas para aguas negras, emplean un dise1o totalmente vertical. La mayor parte de estas bombas para aguas negras emplean toberas de succión de codo que tiene un agujero de acceso fácil al impulsor. unque los motores suelen estar montados en la parte superior de la carcasa de la bomba, el empleo del dise1o con árbol vertical permite montar el motor a una elevación suficiente encima de la bomba para evitar la inundación accidental. &ara estas aplicaciones, la bomba y su unidad motri! están separadas por un tramo de árbol, lo cual puede requerir cojinetes estabili!adores entre las dos unidades.
Las bombas centrífugas verticales para po!o h'medo se clasifican en* + verticales de turbina, - de h#lice o de h#lice modificadaC para aguas negrasC / de voluta y ( de sumidero. Las primeras son el tipo más com'n. Las bombas de turbina vertical se construyen con impulsores cerrados o semi abiertos y con sistemas de árboles del tipo cerrado o abierto. El conjunto del ta!ón consta de la cabe!a de succión, el impulsor o impulsores, el ta!ón de descarga, los ta!ones intermedios, la caja de descarga, los diversos cojinetes, el árbol y pie!as diversas como cu1as y sujetadores del impulsor. El tubo de la columna consta del tubo en sí, el árbol encima del ta!ón, los cojinetes del árbol y el tubo de cubierta o retenes de cojinetes. La bomba está suspendida de la cabe!a impulsora que consta del codo de descarga, el soporte para el motor o la transmisión y el prensaestopas o estopero 5en la construcción de árbol abierto, o un componente para aplicar tensión y la introducción de lubricante al tubo de cubierta.
MATERIALES PARA CONSTRUCCION Las bombas centrífugas se pueden fabricar con casi cualquier metal com'n o aleaciones metálicas conocidas, así como con porcelana, vidrio e incluso material sint#tico. En the (tandards of the Fydraulic nstitute se puede encontrar una lista de materiales recomendados seg'n los diversos líquidos que se bombean. En la tabla se indican los materiales de empleo más com'n para las diversas pie!as de la bomba.
Aonstrucción completa de
&ie!a
Aarcasa
Aonstrucción normal Fierro fundido
hierro
Fierro fundido
Aonstrucción
completa de bronce Jronce
Aabe!a de succión mpulsor nillo del impulsor nillo de carcasa
;ifusor
Fierro fundido
Fierro fundido
Jronce
Jronce
Fierro fundido
Jronce
Jronce
Jronce
Fierro fundido o bronce
&ie!a entre
Fierro fundido o
etapas
bronce
rbol, con manguito
(in manguito
2anguito del árbol &rensa
Fierro fundido o acero
Jronce
Fierro fundido
Jronce
Fierro fundido
Jronce
Fierro fundido
Jronce
cero cero
cero
bronce o 2onel
cero o acero
cero o acero
Jronce o
inoxidable
inoxidable
2onel
Jronce
Jronce
cero o acero inoxidable Fierro fundido
Jronce
Jronce
estopa
Cebad)#a $na bomba centrífuga se ceba cuando los conductos para agua de la bomba se llenan con el líquido que se va a bombear. Auando se pone en servicio por primera ve!, los conductos para agua están llenos de aire. &ara efectuar la cebadura, si el suministro de succión está a una presión superior a la atmosf#rica, se expulsa el aire contenido en la bomba por medio de una válvula provista justo para este fin. (i la bomba toma su succión en un suministro que se encuentra debajo de ella, hay que expulsar el aire que hay con alg'n tipo de dispositivo que produ!can el vacio, colocando una válvula de pie en la línea de succión a fin de poder llenar la bomba y ese tubo de succión con líquido o bien mediante una cámara para cebar instalada en la línea de succión. (e puede utili!ar casi cualquier recurso para hacer el vacío para cebar las bombas. ntes, se empleaban mucho los cebadores con agua y chorro de vapor, pero en la actualidad se utili!an las bombas de vacio accionadas con motor el#ctrico.
INSTALACIÓN0 OPERACIÓN0 MANTENIMIENTO La instalación, operación y mantenimiento correctos de las bombas centrífugas varian mucho seg'n el servicio a que se destinen y sólo se lograrán buenos resultados en estas áreas si se siguen las instrucciones del fabricante seg'n sea el tama1o y tipo de la unidad. (in embargo, hay ciertas conside) raciones generales que se deben observar y que rara ve!, se necesita modificar. En general, la locali!ación seleccionada para la instalación debe estar lo más cerca posible de la fuente de fluido, compatible con los requisitos de dejar suficiente espacio libre para permitir el acceso para la operación, inspección y mantenimiento. La unidad de bombeo se debe montar en una cimentación de suficiente tama1o y rigide! para soportar la unidad misma más el peso del fluido
que contendrá durante la operación y para mantener una alineación exacta. La tubería debe tener soportes independientes y estar anclada para evitar esfuer!os sobre la bombaC la tubería de succión, en particular, estar dise1ada para minimi!ar las p#rdidas por fricción y para presentar un perfil uniforme de velocidad en la entrada a la bomba. Las válvulas de succión y descarga 5o de retención deben ser las adecuadas para las presiones de trabajo y, en el caso de bombas muy grandes, se puede requerir tambi#n soporte independiente. (i la bomba va a tener que funcionar en contra de una altura de succión, se debe instalar un sistema de cebadura y si va a tener succión sumergida, muchas veces se necesitará instalar un respiradero. (e debe tener cuidado de asegurar que todas las conexiones auxiliares para agua de sello, enfriamiento, lavado y drenaje sean las adecuadas seg'n la bomba que se vaya instalar. ntes de la operación inicial de una bomba centrífuga, hay que asegurarse de que el impulsor o transmisión est# conectado en la dirección correcta de rotación, que cualesquiera acoplamientos para árbol entre los componentes separados de la unidad est#n alineados dentro de los límites se1alados por el fabricante y que todos los cojinetes est#n provistos con la cantidad de los grados de los lubricantes. Luego, las secuencia normal para el arranque, será* + abrir las válvulas en todas las líneas auxiliares, para agua de sellos, enfriamiento, lavado y derivaciónC - abrir la válvula de succiónC cerrar la válvula de descarga para las bombas de baja velocidad especifica cuando no tienen válvula de retención instalada despu#s de la bomba. o abrir la válvula de descarga para bombas de alta velocidad especifica o siempre que se emplee válvula de retención de descargaC / cebar o descargar el aire de la bomba seg'n se requieraC 7 poner en marcha el impulsorC > abrir la válvula de descarga si se cerró en el paso . ;espu#s del arranque y hasta que se haya establecido la operación normal, es aconsejable vigilar la temperatura de los cojinetes, ver si hay fugas por el estopero y otros síntomas externos en el comportamiento de la bomba. &ara tener la certe!a de un buen funcionamiento, efect'e a la inversa los pasos >, 7, y + del procedimiento para arranque en ese orden.
En el aspecto del mantenimiento de la bomba, una regla fundamental de aceptación generali!ada es que, mientras la operación siga siendo normal, no se necesita tocar la bomba. &or tanto, excepto en circunstancias especiales, no se recomiendan las reacondicionamientos periódicos. La cantidad y grado del mantenimiento, se basan, primero, en la naturale!a del servicio a que se destina la bomba y, por tanto, el usuario debe establecer las prácticas de mantenimiento como resultado de su propia experiencia.
FLUIDO NO NE1TONIANO O PSEUDOPL2STICOS $n /%)"do o e3to"ao es aquel fluido cuya viscosidad varía con la temperatura y la tensión cortante que se le aplica. Aomo resultado, un fluido no neMtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a diferencia de un fluido neMtoniano.+
unque el concepto de viscosidad se usa habitualmente para caracteri!ar un material, puede resultar inadecuado para describir el comportamiento mecánico de algunas sustancias, en concreto, los fluidos no neMtonianos. Estos fluidos se pueden caracteri!ar mejor mediante otras propiedades reológicas, propiedades que tienen que ver con la relación entre el esfuer!o y los tensores de tensiones bajo diferentes condiciones de flujo, tales como condiciones de esfuer!o cortante oscilatorio. $n ejemplo barato y no tóxico de fluido no neMtoniano puede hacerse fácilmente a1adiendo almidón de maí! en una ta!a de agua. (e a1ade el almidón en peque1as proporciones y se revuelve lentamente. Auando la suspensión se acerca a la concentración crítica es cuando las propiedades de este fluido no neMtoniano se hacen evidentes. La aplicación de una fuer!a con la cucharilla hace que el fluido se comporte de forma más parecida a un sólido que a un líquido. (i se deja en reposo recupera su comportamiento como líquido. (e investiga con este tipo de fluidos para la fabricación de chalecos antibalas, debido a su capacidad para absorber la energía del impacto de un proyectil a alta velocidad, pero permaneciendo flexibles si el impacto se produce a baja velocidad. $n ejemplo familiar de un fluido con el comportamiento contrario es la pintura. (e desea que fluya fácilmente cuando se aplica con el pincel y se le aplica una presión, pero una ve! depositada sobre el lien!o se desea que no gotee. ;entro de los principales tipos de fluidos no neMtonianos se incluyen los siguientes*
R45IMEN DE FLU6O El #-,"me de /%)7o está definido por la combinación del efecto de gravedad y del efecto de viscosidad. Existen cuatro regímenes de flujo en los canales abiertos. ?stos son* •
Lam"a# s)b!#8t"!o* Auando el H'mero de "roude es menor que la unidad, y el H'mero de Neynolds está en la !ona laminar del diagrama de 2oody.
•
Lam"a# s)pe#!#8t"!o* Auando el H'mero de "roude es mayor que la unidad, y el H'mero de Neynolds está en la !ona laminar del diagrama de 2oody.
•
T)#b)%eto s)pe#!#8t"!o* Auando el H'mero de "roude es mayor que la unidad, y el H'mero de Neynolds está en la !ona turbulenta del diagrama de 2oody.
T)#b)%eto s)b!#8t"!o* Auando el H'mero de "roude es menor que la
•
unidad, y el H'mero de Neynolds está en la !ona turbulenta del diagrama de 2oody.
APLICACIÓN DEL R45IMEN DE FLUIDOS 9PRINCIPIO DE BERNOULLI: &ara el teorema matemático enunciado por Oa8ob Jernoulli, v#ase @eorema de Jernoulli.
Esquema del &rincipio de Jernoulli. El p#"!"p"o de Be#o)%%", tambi#n denominado e!)a!"( de Be#o)%%" o
T#"om"o de Be#o)%%", describe el comportamiento de un fluido movi#ndose a lo largo de una corriente de agua. "ue expuesto por ;aniel Jernoulli en su obra Hidrodinmica 5+6: y expresa que en un fluido ideal 5sin viscosidad ni
ro!amiento en r#gimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido.
La e!)a!"( de Be#o)%%" La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes* •
cin#tica* es la energía debida a la velocidad que posea el fluidoC
•
potencial o gravitacional* es la energía debido a la altitud que un fluido poseaC
•
energía de presión* es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee.
La siguiente ecuación conocida como Decuación de JernoulliD 5trinomio de Jernoulli consta de estos mismos t#rminos.
donde* •
•
•
G velocidad del fluido en la sección considerada. G densidad del fluido. G presión a lo largo de la línea de corriente.
•
G aceleración gravitatoria
•
G altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.
&ara aplicar la ecuación se deben reali!ar los siguientes supuestos* •
Piscosidad 5fricción interna G 3 Es decir, se considera que la línea de corriente sobre la cual se aplica se encuentra en una !ona Qno viscosaQ del fluido.
•
Aaudal constante
•
"lujo incompresible, donde ! es constante.
•
La ecuación se aplica a lo largo de una línea de corriente o en un flujo laminar .
unque el nombre de la ecuación se debe a Jernoulli, la forma arriba expuesta fue presentada en primer lugar por Leonhard Euler . $n ejemplo de aplicación del principio se da en el flujo de agua en tubería.
@ambi#n se puede reescribir este principio en forma de suma de presiones multiplicando toda la ecuación por
, de esta forma el t#rmino relativo a la
velocidad se llamará p#es"( d";m"!a, los t#rminos de presión y altura se agrupan en la p#es"( est;t"!a.
Esquema del efecto Penturi.
o escrita de otra manera más sencilla*
donde
•
•
•
es una constante)
gualmente podemos escribir la misma ecuación como la suma de la energía cin#tica, la energía de flujo y la energía potencial gravitatoria por unidad de masa*
En una línea de corriente cada tipo de energía puede subir o disminuir en virtud de la disminución o el aumento de las otras dos. &ese a que el principio de Jernoulli puede ser visto como otra forma de la ley de la conservación de la energía realmente se deriva de la conservación de la Aantidad de movimiento. Esta ecuación permite explicar fenómenos como el efecto Penturi, ya que la aceleración de cualquier fluido en un camino e"uipotencial 5con igual energía potencial implicaría una disminución de la presión. Este efecto explica porqu# las cosas ligeras muchas veces tienden a salirse de un automóvil en movimiento cuando se abren las ventanas. La presión del aire es menor fuera debido a que está en movimiento respecto a aqu#l que se encuentra dentro, donde la presión es necesariamente mayor. ;e forma, aparentemente, contradictoria el aire entra al vehículo pero esto ocurre por fenómenos de turbulencia y capa límite.
E!)a!"( de Be#o)%%" !o /#"!!"( * t#aba7o e.te#o La ecuación de Jernoulli es aplicable a fluidos no viscosos, incompresibles en los que no existe aportación de trabajo exterior, por ejemplo mediante una bomba, ni extracción de trabajo exterior, por ejemplo mediante una turbina. ;e todas formas, a partir de la conservación de la Aantidad de movimiento para fluidos
incompresibles se puede escribir una forma más general que tiene en cuenta fricción y trabajo*
donde* es el peso específico 5
•
. Este valor se asume constante a trav#s
del recorrido al ser un fluido incompresible. trabajo externo que se le suministra 5I o extrae al fluido 5) por unidad
•
de caudal másico a trav#s del recorrido del fluido. disipación por fricción a trav#s del recorrido del fluido.
•
•
Los subíndices y indican si los valores están dados para el comien!o o el final del volumen de control respectivamente.
•
g G =,:+ m4s -.
Ap%"!a!"oes de% p#"!"p"o de Be#o)%%" C&"meea Las chimeneas son altas para aprovechar que la velocidad del viento es más constante y elevada a mayores alturas. Auanto más rápidamente sopla el viento sobre la boca de una chimenea, más baja es la presión y mayor es la diferencia de presión entre la base y la boca de la chimenea, en consecuencia, los gases de combustión se extraen mejor.
T)be#8a La ecuación de Jernoulli y la ecuación de continuidad tambi#n nos dicen que si reducimos el área transversal de una tubería para que aumente la velocidad del fluido que pasa por ella, se reducirá la presión.
Nata!"( La aplicación dentro de este deporte se ve reflejado directamente cuando las manos del nadador cortan el agua generando una menor presión y mayor propulsión.
Ca#b)#ado#
de
a)tom($"%
En un carburador de automóvil, la presión del aire que pasa a trav#s del cuerpo del carburador, disminuye cuando pasa por un estrangulamiento. l disminuir la presión, la gasolina fluye, se vapori!a y se me!cla con la corriente de aire.
F%)7o
de
/%)"do
desde
)
ta<)e
La tasa de flujo está dada por la ecuación de Jernoulli.
D"spos"t"$os
de
Vet)#"
En oxigenoterapia, la mayor parte de sistemas de suministro de d#bito alto utili!an dispositivos de tipo Penturi, el cual está basado en el principio de Jernoulli.
A$"a!"( Los aviones tienen el extradós 5parte superior del ala o plano más curvado que el intradós 5parte inferior del ala o plano. Esto causa que la masa superior de aire, al aumentar su velocidad, disminuya su presión, creando así una succión que sustenta la aeronave.
