En los conductos no circulares, se define una magnitud, denominada Radio Hidráulico, Rh, como el coeficiente entre la sección de líquido y el perímetro mojado. En el caso de los conductos circulares, el radio hidráulico equivale a 1/4 del diámetro D de la tubería. Para calcular el número de Reynolds en los conductos no circulares, se sustituirá el valor de D por 4 Rh.
EFICIENCIA EN BOMBAS
De acuerdo con la forma de sus rotores (impulsores), las bombas rotodinámicas se clasifican en:
Bombas centrífugas (flujo radial)
Bombas de flujo axial
Bombas de flujo mixto
Para la misma potencia de entrada y para igual eficiencia, las bombas centrífugas se caracterizan por presentar una presión relativamente alta con un caudal relativamente bajo, las bombas de flujo axial generan un caudal alto con una baja presión y las de flujo mixto tienen características que se ubican en un rango intermedio con respecto a los casos anteriores. Para todos es claro que las maquinas que transforman la energía no son 100% eficientes, de aquí nace él termino EFICIENCIA, ya que para una maquina la potencia de entrada no es la misma que la potencia de salida. Teniendo en cuenta lo anterior, sabemos que si la energía que entra no es igual a la que sale es porque en alguna parte hubo una perdida energética. Estas pueden ser:
Perdidas de potencia hidráulicas (Ph)
Perdidas de potencia volumétricas (Pv)
Perdidas de potencia mecánicas (Pm)
Pérdidas de potencia hidráulicas
Estas disminuyen la energía útil que la bomba comunica al fluido y consiguientemente, la altura útil. Se producen por el rozamiento del fluido con las paredes de la bomba o de las partículas del fluido entre sí. Además se generan pérdidas hidráulicas por cambios de dirección y por toda forma difícil al flujo. Esta se expresa de la siguiente forma: Ph = * Q * Hint Donde Hint son las perdidas de altura total hidráulica. Perdidas de potencia volumétricas Se denominan también perdidas intersticiales y son perdidas de caudal que se dividen en dos clases:
Perdidas exteriores (qe)
Perdidas interiores (qi)
Las primeras constituyen una salpicadura de fluido al exterior, que se escapa por el juego entre la carcasa y el eje de la bomba que la atraviesa. Las interiores son las más importantes y reducen considerablemente el rendimiento volumétrico de algunas bombas. Estas perdidas se explican de la siguiente forma: a la salida del rodete de una bomba hay mas presión que a la entrada, luego parte del fluido, en vez de seguir a la caja espiral, retrocederá por el conducto que forma el juego del rodete con la carcasa, a la entrada de este, para volver a ser impulsado por la bomba. Este caudal, también llamado caudal de cortocircuito o de reticulación, absorbe energía del rodete. Perdidas de potencia mecánicas Estas se originan principalmente por las siguientes causas:
Rozamiento del prensaestopas con el eje de la maquina
Accionamiento de auxiliares (bomba de engranajes para lubricación, cuenta revoluciones)
Rozamiento de la pared exterior del rodete con la masa fluida que lo rodea.
Después de conocer la forma de “perdidas energéticas” que se producen en las bombas podemos entrar a conocer los tipos de eficiencia para cada tipo de perdidas. Eficiencia hidráulica Esta tiene en cuenta las perdidas de altura total, Hint y Hu, donde Hint son las perdidas de altura total hidráulicas y Hu = Htotal – Hint, luego la eficiencia hidráulica esta dada por la siguiente ecuación:
h = Hu/Htotal
Eficiencia volumétrica
Esta tiene en cuenta las perdidas volumétricas y se expresa como: v = Q/(Q+qe+qi)
donde Q es el caudal útil impulsado por la bomba y (Q+qe+qi) es el caudal teórico o caudal bombeado por el rodete Eficiencia interna Tiene en cuenta todas las perdidas internas, o sea, las hidráulicas y las volumétricas, y engloba las eficiencias hidráulicas y volumétricas:
i = Pu/Pi
donde Pu es la potencia útil, la cual será en impulsar el caudal útil a la altura útil Pu = * Q * Hu Pi es la potencia interna, o sea, la potencia suministrada al fluido menos las perdidas mecánicas (Pm) Pi = Pa – Pm Después de realizar algunos cálculos algebraicos tenemos que la ecuación para la eficiencia interna es la siguiente: i = h * v
Eficiencia total
Esta tiene en cuenta todas las perdidas en la bomba, y su valor es:
t = Pu/Pa Donde Pu es la potencia útil y Pa es la potencia de accionamiento.
t= b* v* m
De esta forma hemos llegado al final de nuestro recorrido para identificar la eficiencia respectiva para cada uno de los casos.
Bombas hidraúlicas
Su misión, es la de transformar la energía mecánica suministrada por el motor de arrastre (eléctrico o de combustión Interna) en energía oleohidraúlica.Dicho de otra manera , una bomba debe suministrar un caudal de aceite a una determinada presión. Pese a lo elemental de los conceptos físicos, vale la pena dar una versión intuitiva del trabajo de una bomba. En primer lugar debemos fijarnos en que, a diferencia del caso de los fluidos compresibles, no podemos almacenar aceite a presión ( a excepción de pequeñas cantidades en el acumulador) ; sólo habrá presión mientras actúe la bomba. En segundo lugar, es fundamental ver que en los circuitos con fluidos incompresibles, las bomba no crean la presión por disminución del volumen ocupado por la masa del fluido -ya que esto no es posible- sino "empujando" el fluido que llena unos conductos, o pasa a través de unas restricciones. Esto nos permite comprender como una pequeña bomba puede a veces mantenerrnos un circuito a muy alta presión, ya que su única misión será la e compensar las fugas y dar la presión a base de "intentar" introducir más aceite. Si un circuito no tuviera fugas, ni fuera posible ninguna circulación de aceite, la presión iría aumentando (en fracciones de vuelta de la bomba) hasta frenar el motor de arrastre o romper la bomba o las conducciones. Es por esto que en
cualquier circuito hay que poner elementos de protección contra sobrepresiones. Es fácil ver que, con este mismo principio, hay tipos de trabajo cualitativamente distintos, que exigirán bombas de diferentes características. Podemos pues clasificar las bombas desde dos puntos de vista: el de su función o el de su constitución interna.
En cuanto a su función, podemos considerar dos posibilidades extremas de bombas: las que dan un gran caudal a pequeña presión y las que dan un pequeño caudal a alta presión. La misión del primer tipo será evidentemente llenar rápidamente las conducciones y cavidades del circuito (como ocurre al hacer salir un cilindro que trabaje en vacío). Las del segundo tipo servirán para hacer subir y mantener la presión en el circuito. Claro que en la mayoría de los casos no se van a usar dos bombas y hay que buscar un compromiso entre estos extremos. Otras consideraciones llevan a la necesidad de construir bombas que tengan características determinadas. Así, para obtener una velocidad constante en un cilindro, nos hará falta una bomba de caudal constante. Si queremos después mantener el cilindro en posición - para lo que nos basta compensar las fugas - no necesitaremos todo el caudal, por lo que nos puede interesar una bomba capaz de trabajar a dos caudales constantes: uno alto y otro bajo. Otro tipo de problemas exigirá bombas de caudal regulable en uno o en dos sentidos, bombas de potencia constante, etc. Las bombas se fabrican en muchos tamaños y formas - mecánicas y manuales - con muchos mecanismos diferentes de bombeo y para aplicaciones muy distintas. No obstante, todas las bombas se clasifican en dos categorías básicas :hidrodinámicas e hidrostáticas. Inicio
Bombas hidrodinámicas
Las bombas hidrodinámicas o de desplazamiento no positivo tales como los tipos centrífugos o de turbina, se usan principalmente para transferir .fluidos donde la .única resistencia que se encuentra es la creada por el peso del mismo fluido y el rozamiento. La mayoría de las bomba de desplazamiento no positivo (fig. 1) funcionan mediante la fuerza centrifuga, según la cual el fluido, al entrar por el centro del cuerpo de la bomba, es expulsado hacia el exterior por medio de un impulsor que gira rápidamente. No existe ninguna separación entre los orificios de entrada y de salida, y su capacidad de presión depende de la velocidad de rotación. Aunque estas bombas suministran un caudal uniforme y continuo, su desplazamiento disminuye cuando aumenta la resistencia. Es, de hecho posible bloquear completamente el orificio de salida en pleno funcionamiento de la bomba. Por ésta y otras razones las bombas de desplazamiento no positivo se utilizan muy pocas veces en los sistemas hidráulicos modernos. Inicio
Bombas hidrostáticas
Como indica su nombre, las bombas hidrostáticas o de desplazamiento positivo suministran una cantidad determinada de fluido en cada carrera, revolución o ciclo. Su desplazamiento, exceptuando las pérdidas por fugas, es independiente de la presión de salida, lo que las hace muy adecuadas para la transmisión de potencia. Inicio
Características y especificaciones técnicas
Al pedir oferta o al hacer el pedido en firme de la bomba, se ahorrará tiempo si se indican las siguientes características técnicas: - Presión de funcionamiento en Kp/cm2 continua - momentánea. Si existen cargas punta de presión momentánea indique la duración de las misrnas (en min).
Capacidad deseada en l/mm ., fija o variable. Número de revoluciones y dirección; la dirección de giro se indica según el sentido de las agujas de un reloj visto desde el eje de la bomba. En bombas fijas, en circuito cerrado, pueden existir las dos direcciones. El tipo de motor de accionamiento. Esto es muy importante, sobre todo cuando se utiliza un motor de combustión para el accionamiento de bombas de pistones. A bordo de barcos se utilizan a menudo bombas accionadas por motores diesel, en cuyo caso es necesario calcular las vibraciones torsionales. Indicación del líquido de accionamiento. Condiciones de funcionamiento, continuo o de corta duración, instalación interior o exterior. - Condiciones de temperatura. Rendimiento volumétrico En teoría una bomba suministra una cantidad de fluido igual a su desplazamiento por ciclo o revolución. En realidad el desplazamiento efectivo es menor, debido a las fugas internas. A medida que aumenta la presión, las fugas desde la salida de la bomba hacia la entrada o al drenaje también aumentan y el rendimiento volumétrico disminuye. El rendimiento volumétrico es igual al caudal real de la bomba dividido por el caudal teórico. Se expresa en forma de porcentaje. Caudal real Rendimiento volumétrico =
--------------------
C.teórico Inicio
Bomba hidráulica Saltar a: navegación, búsqueda
Antigua bomba manual de balancín. Una bomba hidráulica es una máquina generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud. Existe una ambigüedad en la utilización del término bomba, ya que generalmente es utilizado para referirse a las máquinas de fluido que transfieren energía, o bombean fluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido de tr abajo, a diferencia de otras máquinas como lo son los compresores, cuyo campo de aplicación es la neumática y no la hidráulica. Pero también es común encontrar el término bomba para referirse a máquinas que bombean otro tipo de fluidos, así como lo son las bombas de vacío o las bombas de aire.
Contenido [ocultar]
1 Historia 2 Tipos de bombas 2.1 Según el principio de funcionamiento o 2.2 Según el tipo de accionamiento o 3 Tipos de bombas de émbolo 3.1 Bomba aspirante o o 3.2 Bomba impelente 4 Cebado de bombas rotodinámicas
5 Sellado de bombas 6 Véase también 7 Referencias 8 Enlaces externos
[editar] Historia La primera bomba conocida fue descrita por Arquímedes y se conoce como tornillo de Arquímedes, descrito por Arquímedes en el siglo III a. C., aunque este sistema había 1 sido utilizado anteriormente por Senaquerib, rey de Asiria en el siglo VII a. C. En el siglo XII, Al-Jazari describió e ilustró diferentes tipos de bombas, incluyendo bombas reversibles, bombas de doble acción, bombas de vacío, bombas de agua y 23 bombas de desplazamiento positivo.
[editar] Tipos de bombas [editar] Según el principio de funcionamiento La principal clasificación de las bombas según el funcionamiento en que se base:
Bomba de engranajes.
Bombas de desplazamiento Bomba de lóbulos dobles. 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 Bomba centrífuga de 5 etapas. varían su volumen. En este tipo de bombas, en cada ciclo Bomba rotodinámica axial. 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.
[editar] 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.
[editar] Tipos de bombas de émbolo [editar] 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 válvula bloquea 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 ti empo, 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.
[editar] 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.
[editar] Cebado de bombas rotodinámicas Para el correcto funcionamiento de las bombas rotodinámicas se necesita que estén llenas de fluido incompresible, es decir, de líquido, pues en el caso estar llenas de fluido compresible (cualquier gas como el aire) no funcionarían correctamente. El cebado de la bomba consiste en llenar de líquido la tubería de aspiración succión y la carcasa de la bomba, para facilitar la succión de líquido, evitando que queden bolsas de aire en el interior. Al ser necesaria esta operación en las bombas rotodinámicas, se dice que no tienen capacidad autocebante. Sin embargo,las bombas de desplazamiento positivo son autocebantes, es decir, aunque estén llenas de aire son capaces de llenar de fluido el circuito de aspiración.
Esquema de una bomba instalada por encima del nivel de agua. En un circuito como el mostrado en el esquema adjunto sin ningún dispositivo adicional, al detener la bomba centrífuga el fluido del circuito de aspiración cae hacia el depósito vaciándose la bomba por el vacío creado por el circuito primario. La altura de elevación la siguiente fórmula:
que proporciona la bomba es siempre la misma y responde a
donde es la presión de impulsión, es la presión de aspiración, del fluido y la aceleración de la gravedad.
es la densidad
Despejando la diferencia de presiones se tiene que:
De esta fórmula se puede observar que la diferencia de presiones que consigue la bomba entre la impulsión y la aspiración es mayor cuanto mayor sea la densidad del fluido a mover. De tal forma que para el caso concreto del agua se tiene:
Con lo cual:
Es decir, si la bomba está llena de aire la presión de aspiración es 0,00129 veces la que conseguiría dicha bomba si estuviese llena de agua, es decir, si estuviese cebada. Por lo que si la bomba está vacía la altura que se eleva el agua en el circuito de aspiración
sobre el nivel del agua en el depósito es mínima y totalmente insuficiente para que el agua llegue a la bomba. Por otra parte el funcionamiento de una bomba centrífuga en vacío puede estropear el sellado de la bomba debido a una deficiente refrigeración dado que no circula fluido por su interior que ayuda a mejorar la disipación del calor producido por la bomba. Por lo tanto en instalaciones de bombeo cuyo esquema coincide con el indicado en el esquema adjunto es necesario un sistema adicional para evitar que la bomba se descebe. Algunos de estos sistemas se enumeran a continuación:
Se puede construir un orificio en la parte superior de la carcasa de la bomba y arrojar agua sobre el mismo para que la bomba al encenderse esté llena de agua y pueda bombear correctamente. No se trata de un sistema muy eficiente. Se puede usar una válvula de pie (Válvula antirretorno). Permite el paso del líquido hacia la bomba pero impiden su regreso al depósito una vez se ha apagado la bomba con lo que impide el descebe de la tubería de impulsión. Puede presentar problemas cuando el fluido tiene suciedad que se deposita en el asiento de la válvula disminuyendo su estanqueidad, por otra parte supone una pérdida de carga más o menos importante en la tubería de impulsión por lo que aumenta el riesgo de que se produzca cavitación en la bomba. Uso de una bomba de vacío. La bomba de vacío es una bomba de desplazamiento positivo que extrae el aire de la tubería de impulsión y hace que el fluido llegue a la bomba centrífuga y de este modo quede cebada. Por último otra posibilidad consiste en instalar la bomba bajo carga, es decir por debajo del nivel del líquido, aunque esta disposición no siempre es posible, a no ser que se instale sumergida, con lo cual la bomba tiene que ser especial.
[editar] Sellado de bombas
Bomba de engranajes.
Bomba de engranajes.
Bomba de engranajes. Las bombas precisan de sellos hidráulicos para impedir que los fluidos que están siendo impulsados salgan al exterior de la máquina a través de la vía de transmisión de movimiento desde el motor a los internos móviles de la bomba. En el campo del refino de petróleo y de la petroquímica existen sellos mecánicos de bombas estandarizados por API ( American Petroleum Institute) que, aunque se trata de una asociación estadounidense, son de aplicación en todo el mundo. Cada tipo de sello recibe el nombre de PLAN API. Estos sellos pueden ser simples o dobles y, además, pueden disponer o no de un sistema de refrigeración. También existe una clasificación de sellos de bombas según ANSI. A continuación se incluye la equivalencia API - ANSI de los sistemas de sellado o 4 planes más utilizados:
PLAN API 11 (ANSI PLAN 7311) PLAN API 12 (ANSI PLAN 7312) PLAN API 21 (ANSI PLAN 7321) PLAN API 22 (ANSI PLAN 7322) PLAN API 31 (ANSI PLAN 7331) PLAN API 41 (ANSI PLAN 7341) PLAN API 13 (ANSI PLAN 7313) PLAN API 23 (ANSI PLAN 7323) PLAN API 32 (ANSI PLAN 7332) PLAN API 62 (ANSI PLAN 7362) PLAN API 52 (ANSI PLAN 7352) PLAN API 53 (ANSI PLAN 7353) PLAN API 54 (ANSI PLAN 7354)
