antecedentes de las bombas

8/18/2019 ANTECEDENTES DE LAS BOMBAS

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ANTECEDENTES DE LAS BOMBAS HIDRAULICAS

Historia

La primera bomba conocida fue descrita por Arquímedes y se conoce como tornillode Arquímedes, descrito por Arquímedes en el siglo III a.C, aunque este sistema

había sido utilizado anteriormente por Senaquerib, rey de Asiria en el siglo VII a.C.

n el siglo !II, Al"#azari describi$ e ilustr$ diferentes tipos de bombas, incluyendo

bombas re%ersibles, bombas de doble acci$n, bombas de %acío, bombas de agua

y bombas de desplazamiento positi%o.

Bomba hidráulica

&na bomba es una m'quina hidr'ulica generadora que transforma la energía(generalmente energía mec'nica) con la que es accionada en energía hidr'ulica

del fluido incompresible que mue%e. l fluido incompresible puede ser líquido o

una mezcla de líquidos y s$lidos como puede ser el hormig$n antes de fraguar o la

pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presi$n, su

%elocidad o su altura, todas ellas relacionadas seg*n el principio de +ernoulli. n

general, una bomba se utiliza para incrementar la presi$n de un líquido aadiendo

energía al sistema hidr'ulico, para mo%er el fluido de una zona de menor presi$n o

altitud a otra de mayor presi$n o altitud.

-iste una ambigedad en la utilizaci$n del t/rmino bomba, ya que generalmente

es utilizado para referirse a las m'quinas de fluido que transfieren energía, o

bombean fluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido

de traba0o, a diferencia de otras m'quinas como lo son los compresores, cuyo

campo de aplicaci$n es la neum'tica y no la hidr'ulica. 1ero tambi/n es com*n

encontrar el t/rmino bomba para referirse a m'quinas que bombean otro tipo de

fluidos, así como lo son las bombas de %acío o las bombas de aire.


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Clasificaci! d" las bombas hidráulicas.

Cuando se pretende desarrollar una clasificaci$n de los diferentes tipos debombas hidr'ulicas se debe tener claridad en algunos t/rminos para así poder

e%aluar los m/ritos de un tipo de bomba sobre otro. 2ichos t/rminos son3

• Amplitud de presi$n3 Se constituyen en los límites m'-imos de presi$n con

los cuales una bomba puede funcionar adecuadamente. Las unidades sonLb4plg5.

• Volumen3 La cantidad de fluido que una bomba es capaz de entregar a la

presi$n de operaci$n. Las unidades son gal4min.

• Amplitud de la %elocidad3 Se constituyen en los límites m'-imo y mínimo en

los cuales las condiciones a la entrada y soporte de la carga permitir'n a la

bomba funcionar satisfactoriamente. Las unidades son r.p.m.

• ficiencia mec'nica3 Se puede determinar mediante la relaci$n entre el

caballa0e te$rico a la entrada, necesario para un %olumen especifico en unapresi$n especifica y el caballa0e real a la entrada necesario para el %olumenespecifico a la presi$n especifica.

• ficiencia %olum/trica3 Se puede determinar mediante la relaci$n entre el

%olumen te$rico de salida a 6 lb4plg5 y el %olumen real a cualquier presi$nasignada.

• ficiencia total3 Se puede determinar mediante el producto entre la

eficiencia mec'nica y al eficiencia %olum/trica.

1ara que la clasificaci$n de los diferentes tipos de bombas sea m's amena sepresenta a continuaci$n una tabla donde se muestran los criterios de clasificaci$nde cada una de estas.

+78+AS

Amplitud

1resi$n

Volumen

Amplitud

Velocidad

ficiencia

Volum.

ficiencia9otal

+omba de engrane+a0a 1resi$n

6 Lb4plg5 : ;al4min :66 rpm : ?


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+omba engrane5666 Lb4plg5

5666Lb4plg5

@: ;al4 min @


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1.1 Bombas de engranes o piñones.

La bomba de engranes se denomina tambi/n Gcaballo de cargaG y se puedeasegurar que es una de las m's utilizadas. La capacidad puede ser grande o

pequea y su costo %ariar' con su capacidad de presi$n y %olumen. Adem's lasimplicidad de su construcci$n permite esta %enta0a de precio. Las bombas deengranes e-hiben buenas capacidades de %acío a la entrada y para lassituaciones normales tambi/n son autocebantesH otra característica importante esla cantidad relati%amente pequea de pulsaci$n en el %olumen producido. n estetipo de bombas de engrane, el engranado de cada combinaci$n de engranes odientes producir'n una unidad o pulso de presi$n.

1.1.1 Bombas de engranes de baja presión.

Su funcionamiento es a grandes rasgos el siguiente3 La flecha impulsora gira, los

dos piones como est'n engranados, girar'n en direcciones opuestas. La rotaci$nes hacia el orificio de entrada desde el punto de engrane. Conforme los dientes delos dos piones se separan, se formar' una ca%idad y se producir' un %acío en elorificio de entrada. ste %acío permitir' a la presi$n atmosf/rica forzar el fluido allado de entrada de la bomba. l fluido ser' confinado en el espacio entre losdientes del engrane. La rotaci$n continuada de los engranes permitir' que el fluidollegue hasta la salida.

&na des%enta0a de este tipo de bombas son los escapes o perdidas internas en labomba producidas en la acci$n o esfuerzo para bombear un fluido a presi$n. ldesgaste de este tipo de bombas generalmente es causado por operar apresiones arriba de la presi$n pre%ista en el diseo, aunque tambi/n puede serusado por co0inetes inadecuados.

1.1.2 Bombas de engranes de alta presión.

Los factores que me0oran la capacidad de una bomba para desarrollar un %acíoalto en la admisi$n, tambi/n producir'n incrementos muy fa%orables en laeficiencia %olum/trica y total de la bomba.


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La capacidad relati%amente alta de %acío en la admisi$n de las bombas deengrane, las ha hecho m's adaptables a los problemas que se presentan en elequipo m$%il y para minería.

@.@. Bombas de engranes de 1500 lb/plg2 . (Tndem!

9ambi/n se les conoce como bombas de la serie GCommercial 2G. n este tipo debombas se incorporan engranes dentados rectificados con acabados lisos y con

tolerancias muy cerradas. stos engranes tienen el contorno de los dientesdiseado para me0orar la eficiencia de la bomba y disminuir el ni%el de ruido en laoperaci$n.

&n me0oramiento adicional se ha logrado machihembrando los engranes conrespecto al di'metro y espesor.

La aplicaci$n de esta clase de controles de producci$n, permite el ensamblado detodas las piezas operati%as de la bomba con a0ustes apretados y produce tambi/nlos incrementos con%enientes de eficiencia.

La bomba de la serie 2 tiene ba0as perdidas por escape. La reducci$ncomplementaria de escape interior en las caras de los engranes es producida porun dispositi%o desarrollado por la compaía Commercial llamado pla"as deempuje de presión embolsada.

La presi$n embolsada proporcionada por los cierres de bolso permite que flotenlas placas de empu0e y mantengan un contacto uniforme con las caras de losengranes. sta acci$n es controlada por la presi$n de bombeo sobre una zonamuy pequea y esta indicada para aumentar el esfuerzo de cierre conforme seaumenta la presi$n de la bomba.

l diseo de esta bomba ofrece una %enta0a adicional al proporcionar la facilidadde que el %olumen producido pueda ser alterado al cambiar el tamao de losengranes, adem's mediante la adici$n de un co0inete central portador y unensamblado de ca0a y engranes para cada unidad, hasta seis unidades debombeo pueden construirse para funcionar con una sola flecha de impulso.


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Fig. 5 +omba de engranes en 9'ndem Commercial Serie 2.

@[email protected] +omba de engranes de 5666 lb4plg5 .

La bomba Commercial de la serie esta indicada para tener un %alor de presi$nm'-imo de 5666 lb4plg5, y para la mayoría de las bombas de la serie es una%ersi$n me0orada y m's pesada que la unidad de serie 2. Los fundamentos deoperaci$n son casi id/nticos, pero ninguna de las partes son intercambiables entreestos dos tipos de diseos.

l funcionamiento con las cargas mayores a presi$n de 5666 lb4plg 5, ha e-igido eluso de ca0as mucho m's gruesas y resistentes. l co0inete impulsor principal9I8JK es el *nico ofrecido en este tipo de bombas. Los tamaos de engranes yco0inetes han sido aumentados hasta el m'-imo que el espacio permite, y dichos

engranes han sido modificados de la forma de engranes rectos de la serie 2 aengranes helicoidales.

n este tipo de bombas se da la misma atenci$n al acabado y a las tolerancias detamaos y tambi/n se utiliza el diseo de abolsado de la presi$n, funcionando a*nla placa de empu0e m's pesada como espiga y control de escapes o fugasterminales.

&na buena pr'ctica de diseo seria sustituir una unidad de la serie 2 requeridapara traba0ar a @:66 lb4plg5 por una unidad de la serie y en esta forma seconseguiría tener un sistema m's seguro.


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Fig. +omba Commercial en 9'ndem de la Serie .

1.1.5 Bomba de engranes de 2000 lb/plg2 # $erie %&'.

Los cambios de diseo en el modelo >"! confirman la e-istencia de la zonacrítica analizada en relaci$n con los diseos de la serie 2 y serie . Co0inetes%erdaderamente masi%os de traba0o pesado y del tipo de baleros de corona hansustituido a los co0inetes de agu0a marcados como inadecuados. 1ara tenerespacio para estos co0inetes agrandados se ha utilizado un concepto enteramentenue%o sobre el diseo de los engranes para bombas. Los nue%os engranes tienendientes rectos de tipo in%oluta. 2ichos diente son m's pocas en n*mero, cortadosm's profundamente y m's fuertes, entregando m's descarga por pulgada deanchura del engrane que los diseos ordinarios o con%encionales.

Se seala que la bomba >"! puede constituir un a%ance importante en el diseode bombas de engranes. 2urante muchos aos la debilidad de los co0inetes de lasbombas de engranes y las fallas han constituido una plaga a los usuarios de esasunidades. 2eberían realizarse reducciones de %ital necesidad en los costos debombeo hidr'ulico mediante un decisi%o me0oramiento de la duraci$n de losco0inetes de las bombas.


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Fig. D+omba Commercial en 9'ndem de la Serie >"!.

1.2 Bombas de paletas.

1.2.1 Bombas de paletas dese)uilibradas o de eje e*"+ntri"o.

Con este diseo un rotor ranurado es girado por la flecha impulsora. Las paletasplanas rectangulares se mue%en acerc'ndose o ale0'ndose de las ranuras delrotor y siguen a la forma de la carcasa o ca0a de la bomba. l rotor esta colocadoe-c/ntrico con respecto al e0e de la ca0a de la bomba.

La rotaci$n en el sentido de las manecillas del relo0 del rotor en %irtud de la mayor'rea que hay entre dicho rotor y la ca%idad de la ca0a, producir' un %acío en la

admisi$n y la entrada del aceite en los %ol*menes formados entre las paletas.

La bomba mostrar' desgaste interior de la ca0a y en las aristas de las paletas,causado por el deslizamiento de contacto entre las dos superficies.

ste tipo de bomba tendr' la misma situaci$n en lo que se refiere a la carga sobrelos co0inetes que el caso de las bombas de engranes.


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Fig. : +omba de 1aletas desequilibradas.

1.2.2 Bombas de paletas e)uilibradas de 1000 lb/plg2

de presión.(,i"-ers!

La compaía Vicers Incorporated ha sido acreditada por haber desarrollado eldiseo de bomba de paletas equilibrada.

l balance hidr'ulico logrado en este diseo, permite a los co0inetes de las flechasdedicarse a la carga de impulsi$n de la bomba. La carga hidr'ulica o de presi$nesta equilibrada y queda completamente contenida dentro de la unidad decartucho de la bomba. La unidad de cartucho esta compuesta por, dos bu0es, unrotor, doce paletas, un anillo de le%a y una espiga de localizaci$n.

l sentido de la operaci$n de esta bomba puede alterarse para a0ustarlo a lanecesidad que se tenga. Al sustituir el anillo de le%as con uno m's grande o unom's pequeo, se pueden tener di%ersos %ol*menes de rendimiento o salida de labomba, pero en ciertas con%ersiones, el rotor, las paletas y el cabezal tambi/ndeben cambiarse para acomodar el nue%o anillo.

1rocurando incorporar un cabezal modificado o corregido y una flecha impulsora,podemos construir una bomba Vicers en 9'ndem.


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l tipo de diseo de esta bomba ha gozado de amplia utilizaci$n y aceptaci$n enla industria de las m'quinas ? herramientas y en otras aplicaciones similares detipo estacionario.

Fig. E +omba de 1aletas Vicers.

1.2.% Bombas de aletas e)uilibradas de 2000 lb/plg2

de presión. (enison!

Las bombas de paletas 2enison emplean la misma condici$n de equilibrio descritaen el an'lisis de las bombas de paletas Vicers mediante la incorporaci$n de dosorificios de admisi$n o entrada y de dos orificios de salida con una separaci$n de@


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Las bombas de paletas equilibradas pueden ofrecer el sistema hidr'ulico m'secon$mico utilizable para situaciones en donde el buen diseo no sufrelimitaciones por falta de espacio y falta de control operati%o y de comprensi$n delas características de funcionamiento.

Fig. > +omba de 1aletas 2enison.

1.% Bombas de pistón

Las bombas de pist$n generalmente son consideradas como las bombas que%erdaderamente tienen un alto rendimiento en las aplicaciones mec'nicas de lahidr'ulica. Algunas bombas de engranes y de paletas funcionar'n con %alores depresi$n cercanos a los 5666 lb4plg5, pero sin embargo, se les consideraran quetraba0an con mucho esfuerzo. n cambio las bombas de pist$n, en general,descansan a las 5666 lb4plg5 y en muchos casos tienen capacidades de 666lb4plg5 y con frecuencia funcionan bien con %alores hasta de :666lb4plg 5.

1.%.1 Bomba de istón adial.

La bomba de pist$n radial, alo0a los pistones deslizantes dentro de un bloque delcilindro que gira alrededor de un perno o cla%i0a estacionaria o flecha portadora.


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n las bombas de pist$n radial se logra una eficiencia %olum/trica alta debido alos a0ustes estrechos de los pistones a los cilindros y por el cierre adecuado entreel bloque del cilindro y el perno o cla%i0a alrededor del cual gira.

1.%.2 Bombas de istón *ial .

Las bombas de pist$n a-ial son las bombas m's comunes que se encuentran. Lasbombas de pist$n a-ial deri%an su nombre del hecho que los pistones se mue%endentro y fuera sobre un plano paralelo al e0e de la flecha impulsora.1.%.% Bombas de istón de Barril angular.(,i"-ers!Las %arillas del pist$n %an conectadas al pist$n con una 0unta socet de bola ytambi/n el bloque del cilindro o barril %a conectado a la flecha de impulsi$n poruna 0unta combinada uni%ersal de %elocidad constante de tipo Nilliams.Las cargas para impulsi$n de la bomba y las cargas de empu0e por la acci$n delbombeo %an soportadas por tres co0inetes de bolas de hilera simple y un co0inetede bolas de hilera doble.

l arranque inicial de este tipo de bombas no debe intentarse hasta que su ca0a sehaya llenado de aceite, esto se denomina GcebadoG. 1ero la bomba no se cebapara poder bombear sino para asegurar la lubricaci$n de los co0inetes y de lassuperficies de desgaste.ste diseo de bomba ha dado un e-celente ser%icio a la industria aeron'utica.

Fig. < +omba Vicers de 1ist$n de desplazamiento Fi0o.

1.%. Bomba de istón de la"a de empuje angular.(enison!

l diseo de este tipo de bombas incorpora zapatas de pist$n que se deslizansobre la placa de empu0e angular o de le%a.

sta bomba debe llenarse con aceite antes de arrancarla.

La contaminaci$n causar' raspaduras y p/rdida ligera de eficiencia. La falta delubricaci$n causar' desgaste.

1.%.5 Bomba iseño 3ne*.

La placa de empu0e angular se llama pla"a e*"+ntri"a4 dicha placa %a acuada a laflecha impulsora y esta soportada por cuatro hileras de co0inetes de bolas. Las


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principales cargas de empu0e de bombeo est'n a cargo de co0inetes colocados acada lado de la placa e-c/ntrica.

ste diseo de bomba ha tenido una utilizaci$n considerable en el equipo m$%il.

La compaía fabricante 2yne- seala que esta bomba ha mostrado una mayorcompatibilidad con respecto al pol%o que las bombas normales de pist$n. Lasbombas 2yne- son indicadas como de me0or capacidad para resistir lacontaminaci$n del aceite y las ondas de presi$n mientras traba0an a ni%eles ba0osde ruido y con %elocidades altas.

Fig. +omba de 1ist$n a-ial 2yne-.

2. Bombas de volumen variable.

La acci$n de bombeo de las bombas de %olumen %ariable es a grandes rasgossimilar a la acci$n de bombeo de las bombas de %olumen fi0o.

• Los %ol*menes %ariables para bombas de engranes *nicamente son

utilizables si se %aría la %elocidad de impulsi$n de la bomba. l factor deescape uniforme prohibe la eficiencia constante con %elocidad %ariable yelimina a las bombas de engranes para uso potencial de %olumen %ariable.

• Las bombas de paletas pueden adaptarse para producir %ol*menes

%ariables, pero las restricciones de la con%ersi$n generalmente lo limitan.&na bomba de paletas de %olumen %ariable no puede ofrecer una cargahidr'ulica balanceada en la ca0a interna de bombeo. Los %ol*menes


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%ariables pueden conseguirse con bombas de paletas si se cambia lae-centricidad del anillo de desgaste, en relaci$n al rotor y las paletas.

• Las bombas de pist$n son las me0ores adaptadas para diseos de %olumen

%ariable, y las bombas a-iales de pist$n generalmente son consideradas

como las m's eficientes de todas las bombas, y son por sí solas lasme0ores para cualquier condici$n de %olumen %ariable. Las bombas radialesde pist$n son tambi/n utilizables para producir %ol*menes %ariables.

LE#ES DE A$INIDAD EN BOMBAS CENTR%$U&AS'

Las leyes de afinidad e-presan la relaci$n matem'tica que e-iste entre el caudal,la %elocidad de la bomba (rpm), la altura y el consumo de energía para el caso de

bombas centrífugas.

• ( Ca)acidad * $lu+o ,olum-trico .&/M0• ( Diám"tro d"l Im)ulsor .)ul1'0• ( ,"locidad d"l E+" d" la Bomba .R/M0


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• ( Car1a total * /r"si! Estática d" la Bomba .)i"s0• ( /ot"!cia absorbida )or "l motor d" la bomba .BH/0Cua!do "l diám"tro d"l im)ulsor .D0 )"rma!"c" co!sta!t"2 .L"3 450

1.' l flujo es propor"ional a la velo"idad del eje 2.' 6a presión estti"a es propor"ional al "uadrado de la velo"idad del eje7 %.' 6a poten"ia el+"tri"a absorbida por el motor de la bomba es propor"ional al"ubo de la velo"idad del eje7

Cua!do "l diám"tro d"l im)ulsor cambia .D0 3 la 6"locidad )"rma!"c"co!sta!t"2 .L"3 470


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1.' l flujo es propor"ional al dimetro del impulsor7 2.' 6a presión estti"a es propor"ional al "uadrado del dimetro del impulsor7 %.'. 6a poten"ia el+"tri"a absorbida por el motor de la bomba es propor"ional al"ubo del dimetro del impulsor7 sta ley presupone que la eficiencia de la bomba o %entilador permanececonstante, es decir, . 9rat'ndose de bombas, las leyes funcionan bien enlos casos en que el di'metro del impulsor sea constante y la %elocidad sea

%ariable (Ley O@), pero se a0ustan menos a la realidad cuando se trata de loscasos en que la %elocidad sea constante y el di'metro del impulsor sea %ariable(Ley O5).

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