Las bombas son equipos mecánicos que sirven para elevar los líquidos

y conducirlos de un lugar a otro, o lo que es lo mismo, comunicarles

cierta cantidad de energía (carga) que les permita vencer la resistencia

de las tuberías a la circulación, así como, la carga que representa la

diferencia de nivel entre el lugar de donde se toma el líquido y el lugar

a donde se pretende llevar.

Los líquidos circulan del lugar de mayor energía al lugar de menor

energía; el suministrarle energía la bomba al líquido tiene el objeto de

producir el gradiente necesario para establecer la circulación y vencer

las resistencias.

TIPOS DE BOMBAS

Las bombas se dividen en dos grupos, que son los siguientes:

a)Bombas de desplazamiento positivo (directas).

b)Bombas de desplazamiento no positivo (indirectas) o rotodinámicas

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Características generales de funcionamiento

Las bombas de este tipo son bombas de desplazamiento que crean la

succión y la descarga, desplazando agua con un elemento móvil. El

espacio que ocupa el agua se llena y vacía alternativamente forzando y

extrayendo el líquido mediante movimiento mecánico.

El término “positivo”, significa que la presión desarrollada está limitada

solamente por la resistencia estructural de las distintas partes de la

bomba y la descarga no es afectada por la carga a presión sino que está

determinada por la velocidad de la bomba y la medida del volumen

desplazado.

Las bombas de desplazamiento positivo funcionan con bajas

capacidades y altas presiones en relación con su tamaño y costo. Este

tipo de bomba resulta el más útil para presiones extremadamente altas,

para operación manual, para descargas relativamente bajas, para

operación a baja velocidad, para succiones variables y para pozos

profundos cuando la capacidad de bombeo requerida es muy poca.

Bombas reciprocantes

Características de funcionamiento

En las bombas reciprocantes el pistón crea un vacío parcial dentro del

cilindro permitiendo que el agua se eleve ayudada por la presión

atmosférica. Como hace falta un espacio determinado de tiempo para

que se llene el cilindro, la cantidad de agua que entra al espacio de

desplazamiento dependerá de la velocidad de la bomba, el tamaño de

las válvulas de entrada y la efectividad del material sellante de las

válvulas y del pistón. Como se muestra en la figura 7.2.

Debido a la resistencia friccional que se desarrolla en sus partes en

movimiento, las bombas reciprocantes tienen una eficiencia

relativamente baja; las pérdidas en las correas, los engranes y las

chumaceras se añaden a la resistencia de las partes móviles para dar

un rendimiento bajo en proporción a la potencia suministrada por la

unidad motriz.

Las válvulas de las bombas de pistón son de dos tipos las de succión,

que permiten la entrada al espacio de desplazamiento, y las de

descarga, que dejan que el agua pase hacia el tubo de descarga, Estas

válvulas operan por la fuerza que ejerce sobre ellas el peso del agua, o

por la acción ejercida por elemento de desplazamiento

Bombas rotatorias

Caracteres generales de su funcionamiento

Las bombas rotatorias son unidades de desplazamiento positivo, que

consisten en una caja fija que contiene engranes, aspas u otros

dispositivos que rotan, y que actúan sobre el líquido atrapándolo en

pequeños volúmenes entre las paredes de la caja y el dispositivo que

rota, desplazando de este modo el líquido de manera similar a como lo

hace el pistón de una bomba reciprocante. Como se muestra en la

figura 7.4.

Pero las bombas rotatorias en vez de suministrar un flujo pulsante como

sucede con las bombas reciprocantes, descargan un flujo uniforme, por

el movimiento de rotación de los engranes que es bastante rápido.

Las bombas rotatorias se usan generalmente para aplicaciones

especiales, con líquidos viscosos, pero realmente pueden bombear

cualquier clase de líquidos, siempre que no contengan sólidos en

suspensión. No obstante, debido a su construcción, su uso más común,

es como bombas de circulación o transferencia de líquidos.

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO O

ROTODINÁMICAS

Características generales de las bombas no positivo

Las bombas de este grupo son las que más se usan en las distintas

aplicaciones y prácticamente han desplazado casi completamente a las

bombas reciprocantes y rotativas por su adaptabilidad a las condiciones

de servicio más diversas. Podemos decir que las bombas centrífugas, de

flujo mixto y axiales se encuentran entre las máquinas que más se usan

en la técnica moderna, paralelamente al motor eléctrico.

Estas bombas transmiten la energía al líquido por la rotación del

impelente. El impelente está provisto de una serie de alabes o paletas

que son las que transmiten la energía y dirigen la circulación del

líquido para lograr la transformación más efectiva de la energía

mecánica suministrada por el motor en energía hidráulica,

representada por la carga a presión a la salida y el volumen del líquido

en circulación.

CLASIFICACION DE BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO NO

POSITIVO

Este tipo de bombas consiste esencialmente en un impelente, rodete o

rotor, colocado dentro de una caja y dispuesto de tal manera que

cuando rota, le transmite energía al líquido bombeado, aumentando la

presión y la velocidad del mismo. La caja de la bomba tiene una forma

tal que transforma la carga a velocidad (energía en forma de velocidad)

a la salida del impelente, en carga a presión a la salida de la bomba, ya

que de esta forma el líquido puede vencer mejor la diferencia de nivel y

la resistencia que ofrecen las tuberías a la circulación.

La acción de bombeo se dice que no es positiva, ya que la carga está

limitada por la velocidad en la periferia del impelente, la cual depende

del diámetro del rotor y de su velocidad de rotación.

Las bombas de desplazamiento no positivo pueden clasificarse

atendiendo al tipo de flujo

dentro del impelente y por consiguiente a su forma, en tres grupos

principales:

- Bombas de flujo radial o centrífugas

- Bombas de flujo diagonal o mixto

- Bombas de flujo axial

Generalmente las bombas incluidas en los dos primeros grupos se

conocen en el mercado como bombas centrífugas. En comparación con

las bombas de desplazamiento positivo, puede decirse que las bombas

de desplazamiento no positivo suministran una carga pequeña y una

descarga grande.

Bombas Centrífugas

Reciben el líquido que ha entrado por el tubo de aspiración en dirección

axial a través de la parte central u ojo del impelente, y el impelente lo

impulsa entonces en dirección radial, hacia afuera, absorbiendo el

líquido de este modo, la energía, que producirá a la salida de la bomba

la carga a presión correspondiente.

Los álabes de las bombas centrífugas, están dispuestos en forma radial

con el objeto precisamente, de orientar el flujo en esa dirección.

Con el objeto de retardar la velocidad del líquido y transformar la carga

a velocidad en carga a presión, se sitúan a veces en la caja, alrededor

del impelente una serie de paletas fijas, que se conocen con el nombre

de paletas directrices o álabes directores, y también como distribuidor

o difusor. De este modo se forma una serie de conductos divergentes

dentro de la caja.

Los impelentes de las bombas centrífugas pueden ser:

a) abiertos, si las paletas no tienen paredes laterales

b) semicerrados, si el lado posterior del rodete está tapado por una

pared

c) cerrados, si los dos lados del impelente están provistos de paredes

que tapen las

paletas

Clasificación de las bombas centrífugas atendiendo diversos

aspectos

Cuando una bomba centrífuga tiene un solo impelente se dice que es de

una sola etapa. Si tiene dos impelentes dentro de la misma caja y están

colocados en serie, se dice que es de dos etapas; si tiene varios

impelentes se dice que es de varias etapas o multicelular.

De acuerdo con la posición de su eje motriz podemos clasificarlas como

bombas

centrífugas horizontales y bombas centrífugas verticales.

Bombas centrífugas horizontales

Las bombas centrífugas horizontales se usan generalmente para aspirar

de pozos llanos, casi nunca con el nivel del agua a más de 20 pies (6.1

m) por debajo del centro del impelente, y desde luego con el límite

máximo de aspiración que fija la presión atmosférica. Cuando se

necesita extraer agua a mayor profundidad se usan bombas centrífugas

verticales de pozo profundo.

Ceba de las bombas centrífugas horizontales

Cuando las bombas centrífugas se encuentran colocadas por encima del

nivel del agua que van a bombear, es necesario, para que puedan

trabajar, que el tubo de succión y la bomba, estén completamente

llenos del líquido, antes de que la bomba comience a funcionar. Uno de

los medios más simples de lograr esto, es el de colocar una válvula de

pie en el extremo inferior del tubo de succión, por debajo del nivel del

agua.

Bombas centrífugas verticales

Para extraer el agua cuando se encuentra por debajo del nivel donde se

puede extraer con la ayuda de la presión atmosférica (normalmente a

profundidades mayores de 20 pies), se usan las bombas centrífugas

verticales de pozo profundo. Estas bombas son del tipo turbina, y el

cuerpo de la bomba, se instala por debajo del nivel del agua.

Por las ventajas que significa el montaje vertical en muchos casos, y por

el gran desarrollo que ha tenido el diseño de este tipo de bombas, las

bombas verticales de pozo profundo se aplican cada día más en trabajos

que antes estaban reservados sólo para bombas horizontales.

Aplicaciones de las bombas centrífugas

El campo de aplicación de las bombas centrifugas es muy amplio y cada

día se ensancha más. Esta gran amplitud de posibilidades de aplicación

de este tipo de bombas se debe, como ya hemos señalado

anteriormente, a varios factores, entre los que se destacan: su gran

adaptabilidad a motores eléctricos de alta velocidad y a turbinas de

vapor; el número mínimo de partes móviles que las componen, lo que

hace que el desgaste sea pequeño; y el bajo costo y tamaño

relativamente pequeño de la bomba, en relación con el volumen de

líquido que puede manejar.

Las bombas centrífugas resultan elemento indispensable en las

instalaciones de abastecimiento de agua para poblaciones, industrias,

edificios, etc., en los sistemas de riego y drenaje, en los alcantarillados

de aguas residuales, en los sistemas de acumulación de las estaciones

hidroeléctricas, en los sistemas de alta presión de alimentación de

calderas, en las prensas hidráulicas, en la circulación de agua para

calefacción, refrigeración o plantas térmicas, y en la impulsión de toda

clase de líquidos, ya sean viscosos, corrosivos, jugos de frutas, leche,

etc., en las instalaciones industriales.

Bombas de flujo diagonal o mixto

Se construyen dándole al impelente una forma tal que las paletas ya no

quedan dispuestas en forma radial, esto se hace, sobre todo, cuando el

caudal de la bomba es grande y el diámetro del tubo de aspiración

también es grande, en relación con el diámetro que debe darse al

impelente para producir la carga requerida. Cuando con un impelente

de flujo diagonal o mixto se quiere obtener un caudal mayor, en

relación con la carga suministrada al fluido, el diseño del impelente se

modifica y se produce lo que se conoce como rodete de tipo helicoidal.

En lo que sigue usaremos el término centrífuga para indicar tanto las

bombas de flujo radial como las de flujo mixto.

Bombas de flujo axial

Se constituyen cuando la carga de la bomba debe ser aún menor en

relación con el caudal, que en los casos anteriores. El impelente de este

tipo de bombas está provisto de paletas que inducen el flujo del líquido

bombeado en dirección axial.

En este tipo de bombas las paletas directrices se colocan en muchas

ocasiones antes del impelente. Las figuras 7.11 y 7.12 nos muestran

bombas de flujo axial. Estas bombas se usan para manejar grandes

caudales de líquido contra cargas de bombeo relativamente pequeñas, y

en ellas, no se puede hablar de fuerza centrífuga en la transmisión de

energía a la corriente.

Se usan, principalmente para drenaje, riego, desde canales con

pequeña diferencia de nivel, bombeo en salinas, etc. Las bombas axiales

horizontales pierden mucho, si existe un codo en la succión o si tienen

que trabajar con una carga de succión; es por eso que en la actualidad

se usa más cada día en este tipo de bombas el montaje vertical con los

impelentes sumergidos en el agua para evitar la succión, y la conexión

a la planta de fuerza motriz a través de un cabezal de engranes en

ángulo recto, dando de este modo una flexibilidad extraordinaria a la

instalación.

BOMBAS SUMERGIBLES

Son bombas casi exclusivamente utilizadas en caso de pozos profundos

y su denominación obedece a que tanto la bomba como el motor se

sumergen en la fuente misma. Este tipo de bombas se conoce como

bombas sumergibles (en realidad el que tiene la característica de

trabajar sumergido en el agua es el motor diseñado especialmente).

Como se muestra en la foto 7.6. En caso de pozos profundos, con

niveles de bombeo muy bajos, es aconsejable recurrir a bombas tipo

turbina de motor sumergido.

CURVAS CARACTERÍSTICAS DE LAS BOMBAS

A causa de las características variables de la bomba centrífuga, es

importante tener una visión gráfica de las relaciones entre la carga, el

caudal, la eficiencia, la potencia necesaria, etc., de la bomba de que se

trate a una velocidad determinada. Estas curvas o gráficos

generalmente se preparan por el fabricante. Las curvas que aparecen a

continuación, figura 7.13, pueden considerarse típicas e ilustran las

características de una bomba trabajando a una velocidad constante

determinada.

La curva de carga-caudal es la línea que desciende de izquierda a

derecha, y representa las cantidades variables de líquido que la bomba

puede entregar a distintas cargas o presiones. La intersección de esta

línea con la línea de cero descarga, nos da la carga o presión que

desarrolla la bomba cuando la válvula de descarga está cerrada.

La curva que en este caso nos da la potencia necesario para operar la

bomba, tiene la pendiente hacia arriba, de izquierda a derecha. En este

caso el punto en que la potencia necesaria tiene un valor menor, es el

que corresponde a la válvula cerrada.

Parámetros

En los equipos de flujo, los principales parámetros son:

1. Capacidad

2. Carga

3. Potencia consumida

4. Rendimiento

5. Velocidad de rotación

Capacidad: La capacidad real de una bomba, ventilador o compresor,

es el volumen que es capaz de entregar la máquina en la unidad de

tiempo. Se puede expresar en términos de Flujo volumétrico (Q= m3/h),

o de Flujo másico (Q= kg/h); donde la relación entre ellos es Qm = ρ · Q;

donde ρ: Densidad = kg/m3.

El flujo volumétrico que trasiega por un conducto es:

Q = v · A

Donde;

v: Velocidad del fluido = m/h, m/s.

A: Área de la sección transversal del conducto; m2.

Carga de Impulsión y Presión: Caracteriza a la cantidad de energía

consumida o transmitida al flujo, cuando este pasa por la máquina.

Normalmente la carga (H), representa la energía transferida por la

máquina por cada unidad de peso del fluido y se mide en unidades

lineales (metros). Se puede representar como la altura hasta la cual se

puede elevar el fluido, con la energía que este ha recibido de la

máquina.

Es decir, en la práctica de la ingeniería, la carga (H) se mide unidades

lineales y se comprende como la altura de elevación que un fluido

puede alcanzar o expresar a la energía que la máquina le transmitió o le

dio al pasar por ésta.

Cuando la máquina impelente es una bomba, el parámetro que se usa

es la carga (H); cuando la máquina de flujo es un ventilador, se utiliza

como característica el parámetro presión (p). La presión representa en

las máquinas de flujo, el producto de la energía específica recibida por

el fluido, por su densidad.

Potencia y Rendimiento

La Potencia útil, es la cantidad de energía por unidad de tiempo,

entregada al fluido que abandona a la máquina por la tubería de

descarga.

Nu= ρ·g·Q·H/1000 (Kw)

La Potencia Interna, es la energía por unidad de tiempo que se

entrega a todo el fluido que circula por todo el interior de la máquina.

Ni= ρ·g·(Q + ∆Q)·(H + ∆H)/1000 (Kw)

Rendimiento Interno (ηi): Valora qué cantidad de la energía por

unidad de tiempo entregada a todo el fluido que circula en el interior de

la máquina se transforma en energía útil en el fluido por unidad de

tiempo. Se obtiene relacionando la Potencia Útil y la Potencia Interna.

ηi = Nu / Ni

o bien, ηi =ηv · ηh

donde;

ηv = Rendimiento Volumétrico

ηh = Rendimiento Hidráulico

El Rendimiento Volumétrico, valora la cantidad de flujo que sale de la

máquina para ser utilizado en forma útil, respecto al flujo total

trasegado por la máquina.

El Rendimiento Hidráulico, valora la cantidad de energía por unidad de tiempo, entregada al fluido que abandona la máquina por la tubería de descarga, con relación a toda la energía entregada al fluido