Tipos de Bombas

Bombas

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.                                                                      

Así se tendrán bombas que funcionen para cambiar la posición de un cierto fluido. Por ejemplo la bomba de pozo profundo, que adiciona energía para que el agua del sub-suelo se eleve a la superficie

Existen bombas que trabajan con presiones y alturas iguales que únicamente adicionan energía de velocidad. Sin embargo a este respecto hay muchas confusiones en los términos presión y velocidad por la acepción que llevan implícita de las expresiones fuerza-tiempo. En la mayoría de las aplicaciones de energía conferida por la bomba es una mezcla de las tres. Las cuales se comportan de acuerdo con las ecuaciones fundamentales de la mecánica de fluidos.

Las bombas pueden clasificarse en distintos grupos para lo cual es necesario conocer los términos más importantes para evaluar sus méritos.

Estos términos son los siguientes:

• Amplitud de presión: Son los límites máximos de presión con los cuales una bomba puede funcionar adecuadamente. Las unidades son Lb/plg2.
• Volumen: Es la cantidad de fluido que una bomba puede entregar a la presión de operación. Las unidades son gal/min.
• Amplitud de la velocidad: Se constituyen en los límites máximo y mínimo en los cuales las condiciones a la entrada y soporte de la carga permitirán a la bomba funcionar satisfactoriamente. Las unidades son r.p.m.
• Eficiencia mecánica: Se puede determinar mediante la relación entre el caballaje teórico a la entrada, necesario para un volumen específico en una presión específica y el caballaje real a la entrada necesario para el volumen específico a la presión específica.
• Eficiencia volumétrica: Se puede determinar mediante la relación entre el volumen teórico de salida a 0 lb/plg2 y el volumen real a cualquier presión asignada.
• Eficiencia total: Se puede determinar mediante el producto entre la eficiencia mecánica y la eficiencia volumétrica.

Clasificación de las bombas

Las bombas se clasifican según las consideraciones generales diferentes:

Ø  La que toma en consideración la características de movimiento de los líquidos.

Ø  La que se basa en el tipo de aplicación específica para los cuales se ha diseñado la bomba.

 

Bombas Reciprocantes

Las bombas reciprocantes son unidades de desplazamiento positivo descargan una cantidad definida de liquido durante el movimiento del pistón o émbolo a través de la distancia de carrera. Sin embargo, no todo el líquido llega necesariamente al tubo de descarga debido a escapes o arreglo de pasos de alivio que puedan evitarlo. Despreciando éstos, el volumen del líquido desplazado en una carrera del pistón o émbolo es igual al producto del área del pistón por la longitud de la carrera.
Existen básicamente dos tipos de bombas reciprocantes las de acción directa, movidas por vapor y las bombas de potencia. Pero existen muchas modificaciones de los diseños básicos, construidas para servicios específicos en diferentes campos.

 
Bombas Rotatorias

Las bombas rotatorias que generalmente son unidades de desplazamiento positivo, consisten de una caja fija que contiene engranes, aspas, pistones, levas, segmentos, tornillos, etc., que operan con un claro mínimo. En lugar de "aventar" el líquido como en una bomba centrifuga, una bomba rota y a diferencia de una bomba de pistón, la bomba rotatoria descarga un flujo continuo. Pueden manejar casi cualquier líquido que esté libre de sólidos abrasivos.

 Las bombas rotatorias se clasifican en:

Bombas de Leva y Pistón. También se llaman bombas de émbolo rotatorio, y consisten de un excéntrico con un brazo ranurado en la parte superior. La rotación de la flecha hace que el excéntrico atrape el líquido contra la caja. Conforme continúa la rotación el líquido se fuerza de la caja a través de la ranura a la salida de la bomba.

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 Engranes Externos. Éstas constituyen el tipo rotatorio más simple. Conforme los dientes de los engranes se separan en el lado el líquido llena el espacio, entre ellos. Éste se conduce en trayectoria circular hacia afuera y es exprimido al engranar nuevamente los dientes. Los engranes pueden tener dientes simples, dobles, o de involuta. Algunos diseños tienen agujeros de flujo radiales en el engrane loco, que van de la corona y del fondo de los dientes a la perforación interna.

 

Bombas de Engrane Interno. Estas tienen un rotor con dientes cortados internamente y que encajan en un engrane loco, cortado externamente. Puede usarse una partición en forma de luna creciente para evitar que el líquido pase de nuevo al lado de succión de la bomba.

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.

 

Bomba de engranajes.

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 Lobulares. Éstas se asemejan a las bombas del tipo de engranes en su forma de acción, tienen dos o más rotores cortados con tres, cuatro, o más lóbulos en cada rotor. Los rotores se Sincronizan para obtener una rotación positiva por medio de engranes externos, Debido a que el líquido se descarga en un número más reducido de cantidades mayores que en el caso de la bomba de engranes, el flujo del tipo lobular no es tan constante como en la bomba del tipo de engranes. Existen también combinaciones de bombas de engrane y lóbulo.

Bombas de Tornillo. Estas bombas tienen de uno a tres tornillos roscados convenientemente que giran en una caja fija. Existe un gran número de diseños apropiados para varias aplicaciones. Las bombas de un solo tomillo tienen un rotor en forma espiral que gira excéntricamente en un estator de hélice interna o cubierta. El rotor es de metal y la hélice es generalmente de hule duro o blando, dependiendo del líquido que se maneje. Las bombas de dos y tres tornillos tienen uno o dos engranes locos, respectivamente, el flujo se establece entre las roscas de los tornillos, y a lo largo del eje de los mismos. Pueden usarse tornillos con roscas opuestas para eliminar el empuje axial en la bomba.

Bombas de Aspas. Tienen una serie de aspas articuladas que se balancean conforme gira el rotor, atrapando al líquido y forzándolo en el tubo de descarga de la bomba. Las bombas de aspas deslizantes usan aspas que se presionan contra la carcasa por la fuerza centrifuga cuando gira el rotor. El liquido atrapado entre las dos aspas se conduce y fuerza hacia la descarga de la bomba.

 

Bombas de junta universal. Tienen un pequeño tramo de flecha en el extremo libre del rotor, soportado en una chumacera y
80 grados con la horizontal. El extremo opuesto del rotor se encuentra unido al motor. Cuando el rotor gira, cuatro grupos de superficies planas se abren y cierran para producir una acción de bombeo o cuatro descargas por revolución.
Un excéntrico en una cámara flexible produce la acción de bombeo exprimiendo al miembro flexible contra la envoltura de la bomba para forzar el líquido hacia la descarga.

 

Bombas de tubo flexible. Tienen un tubo de hule que se exprime por medio de un anillo de compresión sobre un excéntrico ajustable. La flecha de la bomba, unida al excéntrico, lo hace girar. Las bombas de este diseño se construyen con uno o dos pasos. Existen otros diseños de bombas de tubo flexible.

 

Bombas centrífugas

Una bomba centrifuga es un dispositivo constituido por un conjunto de paletas rotatorias perfectamente encajadas dentro de una cubierta metálica, de manera que son capaces de impulsar al líquido que esté contenido dentro de la cubierta, gracias a la fuerza centrifuga que se genera cuando giran las paletas.

Los elementos principales de toda bomba centrifuga son:

Ø  Un elemento estático conformado por chumaceras, estopero y cubierta.

Ø  Un elemento dinámico-giratorio conformado por un impulsor y una flecha.

Dado que la mayoría de las bombas son impulsadas con motores eléctricos, esta mejora en el flujo de la electricidad ha permitido que los diseñadores y fabricantes de motores eléctricos puedan proveer motores poderosos y confiables.

 

Bombas periféricas

Las bombas periféricas son pequeñas bombas que debido a sus características propias de construcción, pueden lograr altas presiones por medio de pequeñas potencias. Esta característica las hace especialmente útiles para equipos de presurización domésticos, circuitos de calefacción o para aplicaciones industriales.

Las bombas periféricas tienen por lo general un cuerpo de bomba y un soporte motor en hierro fundido de alta resistencia. Así mismo, cuentan con un rodete en latón y un eje del motor en acero inoxidable con sello mecánico en grafito o cerámica. Estas bombas presentan un motor autoventilado cerrado que las protegen contra las altas temperaturas y al desgaste continuo.

Las bombas periféricas presentan algunas limitaciones para el empleo doméstico e industrial, ya que funcionan solo con líquidos limpios, a una temperatura máxima de 90°C y a una presión máxima en el cuerpo de la bomba de 6 bar hasta 0.5 HP. Sin embargo, este tipo de bombas periféricas son utilizadas ampliamente debido a su gran potencia, bajos precios y gran funcionalidad.

BOMBAS ESPECIALES

Ø  Para alimentación de calderas

Ø  Para grasa

Ø  De pozo profundo

 

Ø  Para lodos y drenaje

 

Aplicaciones de las bombas

Bombeo de aguas residuales

Para el bombeo de aguas  residuales de pequeños sistemas  industriales como el bombeo de aguas negras de ciudades se utilizan bombas centrifugas de flujo mixto que pueden manejar gastos elevados con presiones moderadas.

El desalojo de aguas negras de ciudades se puede efectuar por gravedad o por bombeo, la ventaja de este procedimiento es que no ocasiona costos altos de mantenimiento aunque los costos de construcción suelen ser elevados.

Industria alimenticia

Las bombas para el manejo de alimentos deben tener características especiales que no son necesarias en otros tipos de servicios. Para esta aplicación especifica las bombas sanitarias deben reunir las características siguientes:

·         Gran resistencia a la corrosión

·         No deben producir espuma o triturar alimentos.

·         Deben ser fáciles de limpiar en su interior

·         Tener un sistema de lubricación totalmente estanco

·         Poseer menor número de partes que se desgasten en su funcionamiento

·         Sus empaques deben ser totalmente sellados del lado interior de la carcaza

·         Las superficies de las carcazas deben ser tersas y sin esquinas

Las bombas generalmente están hechas de acero inoxidable, monel, alumino hierro, cristal u otras aleaciones especiales, las tuberías son de acero inoxidable aleaciones de niquel, hule duro, cristal o plástico.

Dichas bombas suelen ser centrifugas rotatorios o reciprocantes y se fabrican en una gran variedad de tipos según el fluido a manejar.

Laboratorio

La industria farmacéutica, es una de las que tienen los más altos índices de crecimiento. Para sus procesos utilizan gran variedad las que incluyen bombas de vacío, compresoras, bombas para sustancias químicas, agua tratada, vapores, gases licuados.

Industria química

Este tipo de industria es la que tiene problemas de bombeo mas complejos y la que requiere bombas para manejar sustancias de diferente naturaleza.

Las materias primas en estado líquido generalmente son abastecidas en carros tanque de donde deben

bombearse a través de las diferentes partes del sistema de tubería. Dichos líquidos tienen distinta composición química.

Existen diseños especiales para bombear metales fundidos y para manejar substancias con sólidos en suspensión, tales como pulpas químicas, residuos de cinc, dolomita, bauxita, etc.

Dentro del campo de las bombas rotatorias, son muy conocidas las bombas de tornillo simple, para gran variedad de productos cáustico, ácidos, colorantes, solventes, jabones, látex, resinas, etc.

Las bombas de volumen controlado, de medición y de dosificación se usan en procesos químicos y metalúrgicos para inyectar pequeñas cantidades de líquido.

Para gastos mayores, las bombas de diafragma de diferentes diseños tienen gran aceptación.

Las  bombas  de  diafragma  accionadas  por  aire,  tienen  gran  demanda  en  las  plantas  químicas  y metalúrgicas para manejar lodos, licores, ácidos, productos cristalinos, etc.

Las bombas reciprocantes mayores, son generalmente unidades del tipo de émbolo, construidas de aleaciones especiales, porcelanas, hule duro, etc. Algunas bombas están provistas de cilindros resistentes al ácido, de porcelana y tienen émbolos del mismo material. Las aplicaciones incluyen el manejo de ácidos, pinturas, abrasivos, etc.

 BOMBAS DE   CRISTAL

Estas manejan una gran variedad de ácidos, jugos de fruta, leche. En la siguiente figura se observa una para bombeo de ácido sulfúrico.

El  cristal  resiste  todos  los ácidos y  compuestos químicos, excepto el ácido fluorhídrico y el ácido fosfórico glacial. Las bombas de cristal no se recomiendan para manejar soluciones alcalinas.

En textos especializados de ingeniería química, deberán estudiarse todas las posibles aplicaciones de las bombas para las diferentes substancias.

INDUSTRIA PETROLERA

Las bombas que se usan en la industria petrolera se dividen en 8 grupos: perforación, producción, transporte, refinería, fracturación, pozos submarinos, portátiles y de dosificación.

En perforación, se usan las llamadas bombas de lodo, como la que se muestra en la figura 221. Estas bombas son casi siempre del tipo reciprocante. Deben desarrollar presiones altas a veces, superiores a los

200 kg/cm2. El lodo de perforación que manejan estas bombas pesa entre 2 y 20 kg/litro.

En producción se usan  cuatro tipos de  sistemas  de bombeo  para extraer  el crudo de los pozos de producción y descargarlo a nivel del suelo: sistema de cilindro de succión, sistema hidráulico, sistema sumergible y sistema de elevación por gas. Hay algunos pozos que no necesitan bombeo ya que es suficiente la presión del crudo.