BOMBASPrincipio y Funcionamiento:

Un equipo de bombeo es un transformador de energía, mecánica que puede proceder de un motor eléctrico, térmico, etc.

Un fluido se adquiere en forma de presión, de posición y de velocidad.

Normalmente un generador hidráulico (bomba) es accionado por un motor eléctrico,térmico, etc.

La clasificación de las diferentes clases de bombas están dadas por el “Hidraulic Institute” (Instituto de hidraulica) de E.U.A. (1984) parece ser la más adecuada.

BOM

BAS

DES

PLAZ

AMIE

NTO

PO

SITI

VOD

INAM

ICAS

RECIPROCANTES

ROTATIVAS

PISTON

EMBOLO

DOBLE ACCION

SIMPLE ACCIONDOBLE ACCION

SIMPLEDOBLE

SIMPLEDOBLETRIPLEMULTIPLE

SIMPLEMULTIPLE

VAPOR

POTENCIA

OPERADA P/FLUIDOOPERADA MECANICAMENTE

DIAFRAGMA

ROTORSIMPLE

ROTOR MULTIPLE

ASPASPISTONMIEMBRO FLEXIBLETORNILLO

FLUJO RADIALFLUJO MIXTO

FLUJO AXIAL

CENTRIFUGAS

PERIFERICAS

ESPECIALES

ENGRANESLOBULOSBALANCINESTORNILLO

SIMPLE SUCCIONDOBLE SUCCION

AUTOCEBANTESCEBADAS P/MEDIO EXTERNOS

UNIPASOMULTIPASO

IMPULSOR ABIERTOIMPULSOR SEMIABIERTOIMPULSOR CERRADO

SIMPLE SUCCION UNIPASOMULTIPASO

IMPULSOR ABIERTOIMPULSOR CERRADO

UNIPASOMULTIPASO

AUTOCEBANCTESCEBADAS P/MEDIO EXTERNOS

SIMPLE SUCCION

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Las bombas hidrostáticas de desplazamiento positivo son los elementos destinados a transformar la energía mecánica en hidráulica. Estas bombas son aquellas que suministran la misma cantidad de liquido en cada ciclo o revolución del elemento de bombeo, independiente de la presión que encuentre el liquido a su salida, guían al fluido que se desplaza a lo largo de toda su trayectoria.

Bombas de Desplazamiento Positivo - VENTAJAS

Las bombas positivas tienen la ventaja de que para poder trabajar no necesitan "cebarse”, es decir, no es necesario llenar previamente el tubo de succión y el cuerpo de la bomba para que ésta pueda iniciar su funcionamiento, tal como acontece en las bombas centrífugas. En las bombas positivas, a medida que la bomba por sí misma va llenándose de líquido, éste va desalojando el aire contenida en la tubería de succión, iniciándose el escurrimiento a través del sistema cuando ha acabado de ser desalojado el aire.

Bombas de Desplazamiento Positivo –

RECIPROCANTESLlamadas 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

El funcionamiento de una Bomba Reciprocante depende del llenado y vaciado sucesivo de receptáculos de volumen fijo, para lo cual cierta cantidad de agua es obligada a entrar al cuerpo de la bomba en donde queda encerrada momentáneamente, para después ser forzada a salir por la tubería de descarga.

Clasificación:

Bombas de diafragma.Bombas de pistón.Bombas de embolo.

Bombas de Desplazamiento Positivo – RECIPROCANTESBOMBAS DE DIAFRAGMA

El elemento de bombeo en este caso es un diafragma flexible, colocado dentro de un cuerpo cerrado que se acciona desde el exterior por un mecanismo reciprocante. Este movimiento reciprocante hace aumentar y disminuir el volumen debajo del diafragma, observe que un par de válvulas convenientemente colocadas a la entrada y la salida fuerzan el líquido a circular en la dirección de bombeo.

Bombas de Desplazamiento Positivo – RECIPROCANTES

BOMBA DE DIAFRAGMA CON RESORTE

Estas bombas son en principio iguales que las bombas de diafragma tratadas anteriormente, la diferencia principal es que el mecanismo de accionamiento solo mueve el diafragma en la dirección de succión, la carrera de impulsión se hace por el empuje de un resorte. La fuerza de este resorte es la que determina la presión máxima de bombeo.

Bombas de Desplazamiento Positivo – RECIPROCANTESBOMBA DE PISTON

Durante la carrera de descenso del pistón, se abre la válvula de admisión accionada por el vacío creado por el propio pistón, mientras la de descarga se aprieta contra su asiento, de esta forma se llena de líquido el espacio sobre él. Luego, cuando el pistón sube, el incremento de presión cierra la válvula de admisión y empuja la de escape, abriéndola, con lo que se produce la descarga. La repetición de este ciclo de trabajo produce un bombeo pulsante a presiones que pueden ser muy grandes.

Bombas de Desplazamiento Positivo – RECIPROCANTES

BOMBA DE EMBOLO

La figura muestra un esquema simplificado de una bomba seccionada de un solo émbolo, esto aplica para bombas de múltiples émbolos, ya que en este caso, lo que se hace es repetir en línea los émbolos necesarios de acuerdo al número de cilindros del motor con el adecuado cambio en el ángulo de cada leva con respecto a las otras.

BOMBA DE POTENCIA – de pistón y de embolo

Una bomba de potencia es una máquina alternativa de velocidad constante, par motor constante y capacidad casi constante, cuyos émbolos o pistones se mueven por medio de un cigüeñal, a través de una fuente motriz externa.

Bombas de Desplazamiento Positivo – RECIPROCANTES

Bombas de Desplazamiento Positivo – ROTATIVAS

Llamadas también rotoestáticas, debido a que son máquinas de desplazamiento positivo, provistas de movimiento rotatorio. 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.

No tienen válvulas ni partes reciprocantes; el movimiento del líquido es efectuado por la acción combinada de dos elementos giratorios semejantes a las ruedas dentadas.

Clasificación:

ROTOR SIMPLE: Aspas, pistón, miembro flexible, tornillo.

ROTOR MULTIPLE: Engranes, lóbulos, balancines, tornillo

Bombas de Desplazamiento Positivo – ROTATIVASROTOR SIMPLE - Bombas de Aspas o paletas.

Dentro de un cuerpo con una cavidad interior cilíndrica se encuentra un rotor giratorio excéntrico por donde entra el movimiento a la bomba. En este rotor se han practicado unos canales que albergan a paletas deslizantes, construidas de un material resistente a la fricción. Cada paleta es empujada por un resorte colocado en el fondo del canal respectivo contra la superficie interior de la cavidad del cuerpo. Este resorte elimina la holgura entre la paleta y el interior de la bomba, con independencia de la posición del rotor, y además compensa el desgaste que puede producirse en ellas con el uso prolongado.

ROTOR SIMPLE - Bombas de pistón o embolo.

Las bombas rotativas de émbolo se utilizan tanto con diseños de cinemática plana, con émbolos o pistones radiales, como con cinemática espacial, con émbolos o pistones axiales.

Bombas de Desplazamiento Positivo – ROTATIVAS

Constan de un estator, y un rotor que lleva una serie de alojamientos radiales cilíndricos, en los que encajan unos émbolos que desempeñan el papel de desplazadores, realizando a medida que gira el rotor, un movimiento de vaivén respecto a éste, al tiempo que sus extremos deslizan sobre la superficie interior del estator.

En este tipo de bombas, el mecanismo de transmisión del movimiento a los desplazadores tiene una cinemática espacial.

Las cámaras de trabajo cilíndricas van dispuestas en el rotor paralelamente al eje de rotación, o con un cierto ángulo respecto a dicho eje.

Bombas de pistón radiales Bombas de pistón axiales

Bombas de pistón radiales Bombas de pistón axiales

Bombas de Desplazamiento Positivo – ROTATIVASROTOR SIMPLE - Bombas de miembro flexible.

En éstas el bombeo del fluido y la accion de sellado dependen de la elasticidad de los miebros flexibles, que pueden ser un tuvo, una corona de aspas o una camisa,

En una bomba de elemento flexible, las acciones de sella miento y de bombeo dependen de la elasticidad de los elemen tos flexibles, que pueden ser un tubo o paletas.

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.

ROTOR SIMPLE Y MULTIPLE - Bomba de tornillo

Esta bomba utiliza un tornillo helicoidal excéntrico que se mueve dentro de una camisa y hace fluir el líquido entre el tornillo y la camisa.

Está específicamente indicada para bombear fluidos viscosos, con altos contenidos de solidos, que no necesiten removerse o que formen espumas si se agitan. Como la bomba de tornillo desplaza el líquido, este no sufre movimientos bruscos, pudiendo incluso bombear uvas enteras.

Este tipo de bombas son ampliamente utilizadas en la industria petrolera a nivel mundial, para el bombeo de crudos altamente viscosos y con contenidos apreciables de sólidos. Nuevos desarrollos de estas bombas permiten el bombeo multifásico.

Bombas de Desplazamiento Positivo – ROTATIVAS

ROTOR MULTIPLE - Bombas de engranes.

En un cuerpo cerrado están colocados dos engranes acoplados de manera que la holgura entre estos y el cuerpo sea muy pequeña.

El accionamiento de la bomba se realiza por un árbol acoplado a uno de los engranes y que sale al exterior. Este engrane motriz arrastra el otro.

Los engranes al girar atrapan el líquido en el volumen de la cavidad de los dientes en uno de los lados del cuerpo, zona de succión, y lo trasladan confinado por las escasas holguras hacia el otro lado. En este otro lado, zona de impulsión, el líquido es desalojado de la cavidad por la entrada del diente del engrane conjugado, por lo que se ve obligado a salir por el conducto de descarga.

Bombas de Desplazamiento Positivo – ROTATIVAS

Bombas de Desplazamiento Positivo – ROTATIVASROTOR MULTIPLE – Bomba de lóbulos

La bomba de engranajes tipo lóbulos es una bomba mecánica, volumétrica y de desplazamiento positivo. Unas cámaras de trabajo desplazan el líquido.

Bombas de lóbulos externosSon bombas rotativas de engranajes externos, que difieren de estas en la forma de accionamiento de los engranajes. Ambos engranajes tienen sólo tres dientes que son mucho más anchos y más redondeados que los de una bomba de engranajes externos. Su accionamiento es independiente por medio de un sistema de engranajes externo a la cámara de bombeo.

Ventajas de las bombas de lóbulos externos•Los lóbulos son accionados independientemente por medio de un sistema de engranajes externo a la cámara de bombeo.•Ofrecen un mayor desplazamiento, pero su costo es mayor a las bombas de otro tipo.•Esta bomba es adecuada para utilizarla con fluidos más sensibles al efecto del esfuerzo tangencial (o de cizalle).•Es excelente para el manejo de fluidos con gases o partículas atrapadas.

Bombas de lóbulos internosSon bombas rotativas de engranajes internos, que difieren de estas en la forma de accionamiento de los engranajes. Esta bomba combina un engranaje interno dentro de otro externo. El engranaje interno está montado en el eje y lleva un diente menos que el engranaje exterior.

Ventajas principales de las bombas de lóbulos internos•Esta bomba tiene mayor eficiencia volumétrica que la de semiluna trabajando a bajas velocidades.•El rendimiento volumétrico y total de este tipo de bombas es generalmente similar al que ofrecen las bombas de engranajes externos.

BOMBAS DE LOBULOS EXTERNOS BOMBAS DE LOBULOS INTERNOS

Bombas de Desplazamiento Positivo – ROTATIVAS

BOMBAS DINAMICASSe clasifican en bombas centrifugas, periferias y especiales.

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.

BOMBAS DINAMICAS – Bombas CentrifugasLas bombas son de gran importancia en el trasiego de fluidos, debido a su capacidad de producir vacío, con lo cual se puede empujar el fluido hacia donde se desee transportar.

Existen distintos tipos de bombas las cuales tienen distintas funciones, dependiendo del tipo de fluido, de la temperatura a la cual se va a transportar y la que se soportará. presión

Las bombas centrífugas son máquinas de gran velocidad en comparación con las de movimiento alternativo, rotativas o de desplazamiento.

Funcionan a altas velocidades, acopladas directamente al motor de accionamiento, consiguiendo que las pérdidas por transmisión sean mínimas.

CARACTERISTICAS – Bombas CentrifugasSon las bombas que más se aplican en la industria. Las razones de estas preferencias son las siguientes:

• Son aparatos giratorios. • No tienen órganos articulados y los mecanismos de acoplamiento son muy sencillos. • La impulsión eléctrica del motor que la mueve es bastante sencilla. • Para una operación definida, el gasto es constante y no se requiere dispositivo regulador. • Se adaptan con facilidad a muchas circunstancias.

Además se unen las siguientes ventajas económicas:

• El precio de una bomba centrífuga es relativamente menor. • Utilizan menos espacio. • El peso es menor y por lo tanto las cimentaciones también lo son. • 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.

BOMBA CON IMPULSOR DE FLUJO AXIAL, RADIAL Y MIXTO

Para definir este tipo de bomba centrifuga se tiene la clasificación según la trayectoria del líquido en el impulsor:

•Bombas de flujo RadialEn este tipo de bomba el liquido penetra al impulsor en dirección paralela al eje de la bomba y sale en dirección perpendicular al eje del impulsor. Las cargas manométricas a manejar son las altas.

•Bombas de flujo AxialAquí el liquido penetra axialmente en el impulsor y su salida es en la misma dirección, es utilizada para cargas manométricas bajas.

•Bombas de flujo MixtoEl flujo penetra axialmente en el impulsor y sale en una dirección intermedia entre radial y axial, las cargas manométricas manejadas son medias.

BOMBAS DINAMICAS – Bombas Centrifugas

BOMBA SEGÚN NUMERO DE IMPULSORES

Para definir este tipo de bomba centrifuga se tiene la clasificación según el tipo de impulsor:

•IMPULSOR ABIERTO:En esta clase de impulsor las paletas están unidas directamente al núcleo del impulsor sin ningún plato en los extremos. Su uso está limitado a bombas muy pequeñas, pero se puede manejar cualquier liquido y además inspeccionarlo es muy sencillo.

•IMPULSOR SEMI-ABIERTO:Su construcción varia en que está colocado un plato en el lado opuesto de la entrada del liquido y por ende esta más reforzada que el impulsor abierto como las paletas a estar unidas tienen la función de disminuir la presión en la parte posterior del impulsor y la entrada de materiales extraños se alojan en la parte posterior del mismo.

•IMPULSORES CERRADOS:Este impulsor se caracteriza porque además del plato posterior lo rodea una corona circular en la parte anterior del impulsor. Esta corona es unida también a las paletas y posee una abertura por donde el liquido ingresa al impulsor. Este es el impulsor mas utilizado en las bombas centrifugas por su rendimiento que es superior a las dos anteriores. Hay que hacer notar que debe ser utilizado en líquidos que no tienen sólidos en suspensión.

BOMBAS DINAMICAS – Bombas Centrifugas

BOMBAS DINAMICAS – Bombas CentrifugasBOMBA SEGÚN LA SUCCION

Para definir este tipo de bomba centrifuga se tiene la clasificación según el tipo de succión:

•Simple succión•Doble succión

Las bombas de simple succión admiten agua solo por un lado del impulsor, mientras que las de doble succión lo hacen por ambos lados.

Hay que hacer notar que las bombas de doble succión lo hacen por ambos lados. Hay que hacer notar que las bombas de doble succión funcionan como si existieran doble (dos) impulsores, uno en contra posición del otro y esto elimina el problema de empuje axial. Otra ventaja es la seguridad con la que trabajan frente a la cavitación, ya que el área de admisión del agua es superior a las de las bombas de simple succión.

BOMBA SEGÚN NUMERO DE IMPULSORES

Para definir este tipo de bomba centrifuga se tiene la clasificación según del numero de impulsores empleados:

Bombas de una fase

Bombas de múltiples fases

Las bombas de una sola fase es la que la carga o altura manométrica total es proporcional por un único impulsor. Ahora la bomba de múltiples fases alcanza su altura manométrica o carga con dos o más impulsores, actuando en serie en una misma carcaza y un único eje, es por esto que las bombas de múltiples fases es utilizada en cargas manométricas muy altas.

BOMBAS DINAMICAS – Bombas Centrifugas

BOMBAS DINAMICAS – 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 DINAMICAS – Bombas Especiales

BOMBAS BOOSTER• Una variedad de bombas de refuerzo

están disponibles para el transporte de múltiples tipos de sustancias. que las bombas pueden ser fabricados en aluminio, latón, bronce, hierro fundido, plástico o acero inoxidable. Además, pueden estar estratégicamente diseñado para transportar a los medios de comunicación complejos, tales como materiales peligrosos, agua salada, alimentos procesados, combustibles, refrigerantes o de metal líquido. El motor en una bomba de refuerzo puede ser montado en el extremo de la bomba o en una caja de rodamientos.

CARACTERISTICAS DE LAS BOMBAS BOOSTER

• Algunas bombas de refuerzo tienen el control torrium. Esta característica sincroniza su bomba de refuerzo con el sistema de presión a la que está conectado.

• Otras funciones opcionales incluyen la bomba de refuerzo autocebante, las cámaras de etapas múltiples, de flujo continuo y protección de sobrecarga térmica.

CALCULO PARA DISEÑO DE BOMBAS

• Las técnicas básicas de calculo de bombas y compresores difieren. Para bombas se utiliza el balance de energía mecánica o ecuación de Bernouilli, ya que la diferencia de temperatura en bombas es moderada.

Las unidades básicas utilizadas para bombas son:

ECUACIONES PARA EL DISEÑO DE BOMBAS

• Balance De EnergíaBalance de energía mecánica o ecuación de BernouilliEnergía de presión + Energía potencial, + Energía cinética +

Energía de bomba + Energía por fricción = 0

Todos los términos están expresados en J (Juoles) S.I.Si trabajamos por unidad de masa J/kg

Balance De Energía

• Dividiendo cada término por (g), tenemos la expresión en altura manométrica:

• Si trabajamos en el sistema ingles tendremos:

ECUACIONES PARA EL DISEÑO DE BOMBAS

• Perdidas Por Fricción.

• Potencia De La Bomba El conjunto elevador (moto-bomba) deberá vencer la diferencia de nivel entre los dos

puntos, más las pérdidas de carga en todo el trayecto (pérdidas por fricción a lo largo de la tubería y pérdidas locales debidas a las piezas y accesorios).

Altura Neta Positiva de Aspiración (NPSH)

Temperatura De Descarga.

Leyes de Semejanza

CURVAS CARACTERISTICAS 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, pueden considerarse típicas e ilustran las características de una bomba trabajando a una velocidad constante determinada.

EJERCICIO # 1

• Una localidad se abastece de un pozo cuyas características se indican a continuación: nivel estático 5.50 m, nivel de bombeo 31.00 m, profundidad 38.00 m, caudal 2.5 l/s, cota terreno 173.44 m, altura del estanque 19 m desde la superficie del terreno, periodo de funcionamiento 16 horas, como se muestra en la figura 1, la tubería utilizada en toda la obra es acero galvanizado (C=110).

Se pide calcular las perdidas de carga de la tubería y la potencia de la bomba.

Solución:

1. Diámetro económico de la tubería de bombeo (fórmula de Bresse)

2. Perdidas de carga tubería del pozo al punto A. (Hazen-Williams)

• 3. Perdidas de carga tubería del punto A al tanque. (Hazen-Williams)

• 4. Calculo de la perdida de carga total (HT)

• 5. Calculo de la potencia de la bomba

• Se escoge una bomba con estas características: de 7.5 HP, con un caudal de 2.5 [l/s] 40[gal/min]; y que tenga una ≅altura total de carga de 121.15 [m] 398 [pies]; se verifica ≅que cumpla estos requisitos. Como se muestra en la figura 2.

Procedimiento De Diseño• 1.- Definir el esquema del proceso (Diagrama de flujo esquemático o

constructivo).• 2.- Calcular los balances de materia y energía• 3.-Determinar el diámetro y altura de los recipientes de proceso y estimar el nivel

de• líquidos.• 4.-Definir la distribución y elevación para los equipos y tuberías.• 5.-Construir el diagrama tridimensional de tuberías, incluyendo las válvulas,

uniones y accesorios.• 6.-Estimar la longitud de las tuberías.• 7.-Determinar los niveles bajo, normal y máximo de los líquidos en los recipientes

de proceso ante las condiciones de aspiración y descarga de las bombas.• 8.-Calcular los requisitos de flujo: Velocidad, temperatura y presión (para

condiciones normales y límites).• 9.-Determinar el diámetro de las tuberías

Procedimiento De Diseño• 10.-Estimar los coeficientes de resistencia de válvulas y accesorios.• 11.-Estimar la perdida de carga en los equipos del tipo de

intercambiadores de calor.• 12.-Calcular la potencia de las bombas• 13.- Calcular NPSHA• 14.-Seleccionar la bomba basándonos en el BEP.• 15.-Calcular la potencia del motor• 16.-Completar el diseño preliminar del proceso y enviar a los

ingenieros mecánicos para definir los planos (incluyendo fijaciones, estructuras,...)

• 17.-Preparar las curvas de altura manométrica vs caudal del sistema para análisis.

Criterios de selección de bombas

Criterios de selección de bombas

EJERCICIO # 2• Calcular las tuberías, seleccionar el modelo de la bomba y especificar la

potencia del motor necesarios para el sistema de la figura.• Tubería: Acero al carbono según norma ASA B.36.10 Sch 40.

• Nota: Las transiciones de ampliación y reducción de las tuberías en las conexiones de la bomba y de la válvula de control tienen perdidas de carga despreciables.