DEFINICIÓN.- La bomba es una máquina que absorbe  energía mecánica que puede

provenir de un motor eléctrico, térmico, etc.,  y la transforma en energía que la transfiere a un

fluido como energía hidráulica la cual permite que el fluido pueda ser transportado de un

lugar a otro,  a un mismo nivel y/o a diferentes niveles y/o a diferentes velocidades.

CLASIFICACION

Se pueden considerar dos grandes grupos: Dinámicas (Centrífugas, Periféricas y Especiales)

y de Desplazamiento Positivo (Reciprocantes y Rotatorias).

BOMBAS CENTRIFUGAS. Son aquellas en que el fluido ingresa a ésta por el eje y

sale  siguiendo una trayectoria periférica por la tangente.

BOMBAS PERIFÉRICAS. Son también conocidas como bombas tipo turbina, de

vértice y regenerativas, en este tipo se producen remolinos en el líquido por medio de

los álabes a velocidades muy altas, dentro del canal anular donde gira el impulsor. El

líquido va recibiendo impulsos de energía No se debe confundir a las bombas tipo

difusor de pozo profundo, llamadas frecuentemente bombas turbinas aunque no se

asemeja en nada a la bomba periférica.

La verdadera bomba turbina es la usada  en centrales hidroeléctricas tipo embalse llamadas

también  de Acumulación y Bombeo, donde la bomba consume potencia; en determinado

momento, puede actuar también como turbina para entregar potencia.

·        BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO.  Estas bombas  guían al fluido que se

desplaza a lo largo de toda su trayectoria, el cual siempre está contenido entre el elemento

impulsor, que puede ser un embolo, un diente de engranaje, un aspa, un tornillo, etc., y la

carcasa o el cilindro. “El movimiento del desplazamiento positivo” consiste en el movimiento

de un fluido causado por la disminución del volumen de una cámara.  Por consiguiente, en

una máquina de desplazamiento positivo, el elemento que origina el intercambio de energía

no tiene necesariamente movimiento alternativo (émbolo), sino que puede tener movimiento

rotatorio (rotor).

Sin embargo, en las máquinas de desplazamiento positivo, tanto reciprocantes como

rotatorias, siempre hay una cámara que aumenta de volumen (succión) y disminuye volumen

(impulsión), por esto a éstas máquinas también se les denomina Volumétricas.

       BOMBAS RECIPROCANTES.- Llamadas también alternativas, en estas máquinas, el

elemento que proporciona la energía al fluido lo hace en forma lineal y alternativa.  La

característica de funcionamiento es sencilla.

      BOMBA ROTATORIA.- Llamadas también rotoestáticas, debido a que son máquinas de

desplazamiento positivo, provistas de movimiento rotatorio, y son diferentes a las

rotodinámicas. Estas bombas tienen muchas aplicaciones según el elemento impulsor. El

fluido sale de la bomba en forma constante, puede manejar líquidos que contengan aire o

vapor. Su principal aplicación es la de manejar líquidos altamente viscosos, lo que ninguna

otra bomba puede realizar y hasta puede carecer de válvula de admisión de carga.

                     

  USO DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

Las bombas centrífugas, debido a sus características, son las bombas que más se aplican en

la industria. Las razones de estas preferencias son las siguientes:

a. Son aparatos giratorios.

b. No tienen órganos articulados y los mecanismos de acoplamiento son muy sencillos.

c. La impulsión eléctrica del motor que la mueve es bastante sencilla.

d. Para una operación definida, el gasto es constante y no se requiere dispositivo

regulador.

e. Se adaptan con facilidad a muchas circunstancias.

Aparte de las ventajas ya enumeradas, se unen las siguientes ventajas económicas:

a. El precio de una bomba centrífuga es aproximadamente ¼ del precio de la bomba de

émbolo equivalente.

b. El espacio requerido es aproximadamente 1/8 del de la bomba de émbolo equivalente.

c. El peso es muy pequeño y por lo tanto las cimentaciones también lo son.

d. El mantenimiento de una bomba centrífuga sólo se reduce a renovar el aceite de las

chumaceras, los empaques del presa-estopa y el número de elementos a cambiar es

muy pequeño.

Bombas centrífugas radiales, axiales y diagonales

El tipo de una bomba que atiende al diseño hidráulico del rodete impulsor viene caracterizado por su velocidad específica, calculada en el punto de funcionamiento de diseño, es decir, en el punto de máximo rendimiento de la curva característica.

Bombas centrífugas radiales

La corriente líquida se verifica en planos radiales. La energía se cede al líquido esencialmente mediante la acción de la fuerza centrífuga.

Bombas centrífugas axiales

La corriente líquida se verifica en superficies cilíndricas alrededor del eje de rotación. La energía se cede al líquido por la impulsión ejercida por los álabes sobre el mismo.

Bombas centrífugas diagonales

La corriente líquida se verifica radial y axialmente, denominándose también de flujo mixto. La energía se cede al líquido mediante la acción de la fuerza centrífuga y la impulsión ejercida por los álabes sobre el mismo.

Campos de aplicación de los tres tipos de bombas centrífugas: El diagrama muestra una relación entre el caudal en litros/minuto y la altura hidráulica. Subiendo en vertical se encuentran el tipo de bomba y potencia necesaria para una altura hidráulica determinada.

Selección de bombas centrífugas

Para una aplicación específica hay siempre varios tipos de bombas entre los que elegir. Se debe seleccionar una bomba con un muy buen rendimiento para las condiciones operativas dadas

Los parámetros para la selección de bombas centrífugas a investigar incluyen

Velocidad específica Ns. Diámetro del impulsor. Velocidad de operación. Usar bombas multi-etapa. Colocar bombas en serie. Limitar el flujo en el sistema para ahorrar energía.

Objetivo: El objetivo es optimizar los recursos tecnológicos, minimizando el consumo de energía.

Punto de operación: Cambiando la curva de características de la bomba se puede manipular el punto de operación. Esto se logra con la reducción del diámetro del impulsor y colocarlo en la carcaza original, modificando el diámetro de la tubería o estrangular el flujo dentro de la misma.

La curva de la bomba puede modificarse también cambiando la velocidad de trabajo de la misma.

Niveles de operación variables: Una situación compleja se presenta cuando los niveles de los depósitos no son constantes. Con estas condiciones de trabajo no es posible lograr un alto rendimiento del sistema y se puede utilizar un motor de velocidad variable.

Clasificación del flujo como laminar o turbulento

Cuando entre dos partículas en movimiento  existe gradiente de velocidad, o sea que una se mueve más rápido que la otra,  se desarrollan fuerzas de fricción que actúan tangencialmente a las mismas.

Las fuerzas de fricción tratan de introducir  rotación entre las partículas en movimiento, pero simultáneamente la viscosidad trata de impedir la rotación.  Dependiendo del valor relativo de estas fuerzas se pueden producir diferentes estados de flujo.

Cuando el gradiente de velocidad es bajo, la fuerza de inercia es mayor que la de fricción, las partículas se desplazan pero no rotan, o lo hacen pero con muy poca energía, el resultado final es un movimiento en el cual las partículas siguen trayectorias definidas, y todas las partículas que pasan por un punto en el campo del flujo siguen la misma trayectoria.  Este tipo de flujo fue identificado por  O. Reynolds y se denomina “laminar”, queriendo significar con ello que las partículas se desplazan en forma de capas o láminas.

Al aumentar el gradiente de velocidad se incrementa la fricción entre partículas vecinas al fluido, y estas adquieren una energía de rotación apreciable, la viscosidad pierde su efecto, y debido a la rotación las partículas cambian de trayectoria.  Al pasar de unas trayectorias a otras, las partículas chocan entre sí y cambian de rumbo en forma errática.  Éste tipo de flujo se denomina "turbulento".

El flujo "turbulento" se caracteriza porque:

Las partículas del fluido no se mueven siguiendo trayectorias  definidas. La acción de la viscosidad es despreciable. Las partículas del fluido poseen energía de rotación apreciable, y se mueven en

forma errática chocando unas con otras. Al entrar las partículas  de fluido a capas de diferente velocidad, su momento lineal

aumenta o disminuye, y el de las partículas vecina la hacen en forma contraria.

Cuando las fuerzas de inercia del fluido en movimiento son muy bajas, la viscosidad es la fuerza dominante y el flujo es laminar.  Cuando predominan las fuerzas de inercia el flujo es turbulento. Osborne Reynolds estableció una relación que permite establecer el tipo de flujo que posee un determinado problema.

Para números de Reynolds bajos el flujo es laminar, y para valores altos el flujo es turbulento.    O. Reynolds, mediante un aparato sencillo fue el primero en demostrar  experimentalmente la existencia de estos dos tipos de flujo.

Mediante colorantes agregados al agua  en movimiento demostró  que en el flujo laminar las partículas de agua y colorante se mueven siguiendo trayectorias definidas sin mezclarse, en cambio en el flujo turbulento las partículas de tinta se mezclan rápidamente con el agua.

Experimentalmente se ha encontrado que en tubos de sección circular  cuando el número de Reynolds pasa de 2400 se inicia la turbulencia en la zona central del tubo, sin embargo este límite es muy variable   y depende de las condiciones de quietud  del conjunto .  Para números de Reynolds mayores de 4000 el flujo es turbulento.

Al descender la velocidad se encuentra que para números de Reynolds  menores de 2100 el flujo es siempre laminar, y cualquier turbulencia es   que se produzca es eliminada  por la acción de la viscosidad.

El paso de flujo laminar a turbulento es un fenómeno gradual, inicialmente se produce turbulencia en la zona central del tubo donde la velocidad es mayor, pero queda una corona de flujo laminar entre las paredes del tubo y el núcleo central turbulento.

Al aumentar la velocidad media, el espesor de la corona laminar disminuye gradualmente hasta desaparecer totalmente.  Esta última condición se consigue   a altas velocidades  cuando se obtiene turbulencia total en el flujo.

Para flujo entre placas paralelas, si se toma como dimensión característica el espaciamiento de éstas, el número de Reynolds máximo que garantiza flujo laminar es 1000.  Para canales rectangulares anchos con dimensión característica la profundidad, este límite es de 500; y para esferas con el diámetro como dimensión característica el límite es la unidad.