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Bombas En una planta de proceso industrial existen multitud de bombas y, como es de esperar,entre ellas la diversidad de tipos es enorme. La funcin de estos equipos es trasegarlquidos y fluidos de elevada viscosidad mediante el aumento de energa del mismo enforma de presin y/o velocidad, energa transmitida al equipo bomba por medio de unmotor elctrico, una turbina de vapor o un motor de explosin (tpicamente diesel).

Recordatorio de mecnica de fluidos Resulta necesario hace un breve recordatorio de mecnica de fluidos para comprendermejor el funcionamiento de la bomba. Con su utilizacin conseguimos incrementar laenerga del fluido, por lo que haremos un repaso a este tema.

Interpretacin de alturas: Los fluidos, en su desplazamiento por una tubera, poseen una energa total, que sedescompone en tres diferentes:- Energa potencial: La debida a la altura geodsica de la partcula de fluido o altitudrespecto de un plano horizontal cualquiera.- Energa debida a la presin del fluido, llamada altura de presin.- Energa cintica debida a la velocidad del fluido, llamada altura de velocidad.

La suma de las tres alturas (altura total) permanece constante en un fluido ideal, tal comose ve en la siguiente figura, a lo largo de una tubera (filamento de corriente) y es lo quese conoce como ecuacin de Bernoulli:

H z P v

g z

P v= + + = + +

1

1 1

2

2

2 2

2

2

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En el caso de tener un fluido real habra que tener en cuenta las prdidas que seproduzcan por rozamiento con la tubera que contiene el fluido, que son proporcionalescon el cuadrado de la velocidad de circulacin del mismo.

Bernoulli aplicado a una bomba: Si aplicamos el Bernoulli al caso de una bomba, hay que hacerlo entre la brida deaspiracin (a) y la de impulsin (i), y se debe tener en cuenta la energa que proporcionala bomba al fluido (altura de la bomba, Hb), quedando la ecuacin:

H z P v g

z P v g B i

i ia

a a= + + + +

2 2

2 2

Todas las alturas (de presin, velocidad, geodsico y de la bomba) se suelen expresar enmetros de columna de lquido (m.c.l.).

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Tipos de bombas: Divididas en dos grupos principales, centrifugas y de desplazamiento positivo, existe unagran diversidad de bombas. A continuacin presentamos una clasificacin de losdiferentes tipos de bombas que existen, as como las secciones de algunos de estos tipos.

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Bombas centrfugas Este tipo de bombas es el ms comn. Su caracterstica principal es que aumentan laenerga del fluido por la accin de la fuerza centrfuga provocada por el movimiento delfluido dentro de un rodete. Estos equipos constan bsicamente de:- elemento giratorio: formados por un eje y uno o varios rodetes;- elemento estacionario (carcasa);- elementos de cierre. A continuacin presentamos el esquema de una bomba centrifuga en el cual podremosapreciar las distintas partes del equipo.

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Terminologa habitual

Los trminos habituales para caracterizar una bomba son: Caudal (Q): Volumen de lquido que maneja una bomba por unidad de tiempo en lascondiciones de operacin. Altura de elevacin de una bomba (H): es el trabajo neto cedido a una unidad de pesodel fluido bombeado al pasar desde la brida de aspiracin a la de impulsin. Potencia hidrulica (P): es la potencia cedida por la bomba al fluido expresadahabitualmente en C.V.:

( ) P C V Q H

. .

=

75

donde

( )Q l seg H mcl

:

( )

Caudal

Eficiencia o rendimiento hidrulico ( ): es el coeficiente resultante de dividir lapotencia hidrulica por la potencia suministrada al eje de la bomba, por lo que representael porcentaje de potencia que se transmite al fluido respecto del total suministrado al eje. Carga neta de aspiracin. NPSH (Net Positive Suction Head): Es la carga deaspiracin total, determinada en la boca de succin de la bomba, menos la presin devapor del lquido a la temperatura que circula, ambas expresadas en metros. NPSH d (disponible): Es caracteristica del sistema. Es el Nla mxima energadisponible de un lquido en un punto del sistema, que se puede invertir en recorrer lalnea desde el punto hasta la boca de succin de la bomba, de forma que no se produzcacavitacin en la bomba. Es la diferencia entre la energa total del fluido en la aspiracinde la bomba y la presin de vapor del lquido. NPSH r (requerido): Es una caracterstica de la misma. Es la mnima energa necesariaque debe tener un lquido en la entrada de la bomba, para que no se presente cavitacin.

NPSHd>NPSHrSi no se obtiene el NSPH requerido se producir una vaporizacin ms o menos parcialdel lquido, con el resultado de la formacin de bolsas de gas. El fenmeno se conoce conel nombre de cavitacin y puede ocasionar desperfectos mecnicos en la bomba al

desaparecer las burbujas de gas cuando la presin aumenta que posteriormenteimplosionan; al mismo tiempo se produce un apreciable aumento de la vibracin y delruido, as como una disminucin de las presiones de descarga y de aspiracin, lo quepuede provocar que la bomba se vace de lquido. Velocidad especfica (NS): es una correlacin entre la capacidad, altura y velocidad deuna bomba a eficiencia ptima. Su expresin es:

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( ) N rpm N Q H

s = 3 4

dondeN=rpmQ= m3/segH= mclClasifica el rodete o rodetes de la bomba con respecto a su semejanza geomtrica.

Curvas caractersticas: es la representacin grfica de las variables mencionadas,caracterizando la bomba en funcin del caudal que trasiega.Generalmente, son cuatro las curvas caractersticas que se utilizan para caracterizar labomba: H(Q), P(Q), (Q) y NPSHr(Q). A continuacin presentamos las curvascorrespondientes a una bomba centrfuga (Q nominal = 15,7 m3/h; H nominal = 44,2mcl).

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Sistema de sellado (cierres mecnicos): Un sistema de cierre es un mecanismo que impide que se produzcan fugas de lquidodesde el interior de la bomba, a travs del espacio existente entre el eje y la carcasa, como

consecuencia de la mayor presin existente en el interior de la bomba.Existen, en general, dos sistemas diferentes de sellado para bombas centrfugas: Empaquetaduras. Cierres mecnicos.Las empaquetaduras han sido utilizadas tradicionalmente para el sellado de ejesgiratorios, pero hoy da ha sido sustituida en la gran mayora de situaciones por cierresmecnicos, ya que ste es mucho ms efectivo, utiliza piezas recambiables y no desgastani origina cualquier otro efecto sobre los equipos en los que se ha instalado.

Cierre mecnico:

Consiste esencialmente en dos superficies planas radiales: una montada sobre el ejegiratorio y otra estacionaria, de forma que el sellado se produce mediante el contactoentre ambas con una cierta presin.. Una de ellas tiene una posicin fija, mientras que laotra est dotada de una cierta flexibilidad radial y axial, a fin de compensar losmovimientos del eje.En la siguiente figura se muestra como las dos superficies radiales retienen el lquido.

Los seis elementos principales de un cierre mecnico son: resorte, sistema de arrastre de lacara, elemento secundario de sellado, cara giratoria, asiento y junta de asiento. Suconcepcin e interrelacin determinan una amplia variedad de diseos en cierresmecnicos.

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Excepto en aplicaciones especficas, los cierres mecnicos estn diseados para el montajeinterno con el conjunto flexible (cabezal) instalado sobre el eje. En este tipo dedisposicin el caudal que fluye alrededor del cierre podr ser controlada de formaefectiva, al estar sometidos sus componentes a tensiones de compresin.

Flushing : Debido al movimiento relativo de una cara respecto de la otra se produce calorque hay que disipar porque, de lo contrario, se producira la ebullicin del fluido desellado, lo que provocara la destruccin del cierre. Por tanto, el lquido que lo baa serenueva con el mismo lquido bombeado (generalmente), bien mediante inyeccin desdela impulsin (recirculacin), bien desde la cmara de cierre a la zona de aspiracin

Vapor (quench): Permite sellar eficazmente disoluciones que al evaporar pueden dejarresiduos cristalinos. El quench no penetra en la bomba y sirve para limpiar el espacioentre el cierre y el eje.

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Bombas de desplazamiento positivo: Las bombas de desplazamiento positivo son equipos impulsores oscilatorios dotados deelementos para la modificacin sin escalonamientos de la longitud de la carrera para elajuste del caudal. Son de gran aplicacin en plantas industriales, generalmente comodosificadoras, y existe una gran cantidad de ellas.

De forma general, una bomba dosificadora consta de las siguientes unidadesconstructivas: Accionamiento, generalmente un motor elctrico. Mecanismo propulsor de la bomba: se transforma el movimiento de giro delaccionamiento en un movimiento oscilatorio del impulsor o pistn. Cabezal de la bomba: es el rgano de transporte. Trabaja con vlvulas automticas, lascuales se gobiernan por variaciones de presin en la cmara de trabajo al invertirse elmovimiento de impulsin.

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Principio de funcionamiento: Las bombas dosificadoras transportan lquido pulsatoriamente mediante la accin de unpistn o una membrana que impulsa el lquido por presin sobre el mismo. A cadacarrera de la bomba, el lquido debe ser acelerado a una velocidad mxima y, luego, sernuevamente retardado a una velocidad cero, de forma que se producen pulsacionessenoidales de bombeo.Con vistas a evitar estas perturbaciones discontinuas en la instalacin se suelen instalarbotellas amortiguadoras de pulsaciones. Otra forma de amortiguar las pulsaciones esinstalando bombas de mltiples cilindros, lo que ocurre es que estas bombas son mscaras que el coste de la solucin monocilndrica.

Terminologa habitual: Algunos de los trminos habituales que caracterizan estas bombas son los mismos quepara las centrifugas, otros no. De forma resumida son los siguientes: Caudal (Q):

Q=D(1-S)=dnm(1-S)donde:D: volumen desplazado por la bomba por unidad de tiempo y por cmara de bombeo.S: porcentaje de lquido perdido por fugas, ms la perdida por compresibilidad delmismo.d: desplazamiento por cmara de bombeo.

m: nmero de cmaras de bombeo.n: ciclos por unidad de tiempo. Presin:Presin de aspiracinPresin de impulsinPresin diferencial Potencia Eficiencia

NPSHd NPSHr

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Reglaje del caudal de las bombas de desplazamiento positivo

Las formas de reglaje del caudal trasegado por una bomba de este tipo se pude realizar dealguna de las siguientes formas: tornillo regulable en el cigeal que conduce el desplazamiento del pistn; absorcin de una parte del desplazamiento del pistn mediante un by-passhidrulico interno en algunas bombas de diafragma; diferentes mecanismos que proveen el ajuste de la longitud de la carrera de pistonesalternativos; variacin de velocidad, los cuales varan el caudal.Gracias a esta posibilidad de poder variar el caudal global de la bomba se podr usar elmismo tamao de bomba para diferentes caudales, y esta regulacin es la que da lugar a

la curva (recta) de regulacin de una bomba de desplazamiento positivo.

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La regulacin, as como la exactitud de dosificacin, no slo depende de la precisin de labomba, sino tambin de sus condiciones de aplicacin. Por lo general, relaciones deajuste de carrera 1:10 se obtienen buenas exactitudes de dosificacin, de forma que elmargen verdadero de dosificacin se sita entre el 10% y 100% de la mxima longitudde carrera.

Comparacin bomba rotativa vs. Bomba desplazamiento positivo.

Si observamos las grficas caudal-presin caractersticas del funcionamiento de cada unode estos tipos de bombas podremos apreciar el diferente comportamiento dinmico quecada uno de ellos ofrece.

H H

Q Q

Bomba rotativa B. desplaz. positivo

Como podemos apreciar la presin suministrada por la bomba rotativa al fluido serfuncin del caudal que se le exija, as conforme aumentemos la demanda de caudaltendremos una menor presin disponible en la misma.Por otro lado las bombas de desplazamiento positivo nos ofrecern un caudal contanteproporcional al desplazamiento de su pistn, pudindose variar la presin de trabajo de lamisma. Esta presin se podr ir incrementando hasta llegar a lmites constructivos, talescomo hermeticidad de cierres, no de funcionamiento de la bomba.