Bombas: Tipos, Funcionamiento y Aplicaciones

Bombas

Bombas: Dispositivos que suministran energía mecánica o altura de carga (ΔH) a un líquido para hacerlo fluir, venciendo la hf (pérdida de carga por fricción), y muchas veces elevar el líquido a un nivel superior.

Aspectos para Seleccionar una Bomba

Para el diseño del servicio de bombeo, se debe tener en cuenta:

• Caudal
• Requerimiento de altura
• Requerimiento de mantenimiento
• Viscosidad a temperatura ambiente y de bombeo
• Requerimiento de control de caudal

Para construir el sistema de bombeo, se debe tener en cuenta:

• Presión de descarga
• ANPA disponible (Altura Neta Positiva de Aspiración)
• Temperatura del fluido
• Restricciones de instalación

Comparación entre Bombas Cinéticas y de Desplazamiento Positivo

Bombas Centrífugas (Cinéticas): Operan desarrollando una alta velocidad del fluido y convirtiendo dicha velocidad en presión en un pasaje de flujo creciente. Tienden a tener eficiencias menores que las de desplazamiento positivo, pero operan a una velocidad más alta que permite mayor caudal (Q) en relación al tamaño físico de la bomba. Estas bombas tienden a tener requerimientos mucho menores de mantenimiento que las de desplazamiento positivo.

Bombas de Desplazamiento Positivo: Operan forzando un volumen fijo de líquido desde una zona de entrada a la zona de descarga de la bomba. El bombeo se hace en forma intermitente en el caso de las bombas reciprocantes (alternativas) y en forma casi continua en el caso de las bombas rotativas y de engranajes. Comparadas con las centrífugas, tienen un tamaño mucho mayor para el mismo caudal.

Sistemas de Alturas en Bombas Centrífugas

Una bomba centrífuga imparte velocidad a un líquido y esta energía o altura de velocidad se transforma en gran medida en energía o altura de presión a medida que el líquido deja la bomba. h = v²/2g, por lo tanto, la altura desarrollada es igual a la energía de la velocidad en la periferia del impulsor.

Se puede predecir la altura aproximada de una bomba centrífuga calculando la velocidad periférica del impulsor y sustituyendo en la fórmula anterior, teniendo en cuenta el diámetro del impulsor. Entonces, se puede calcular la velocidad en la periferia del impulsor así: V = RPM * D / 229. Con la velocidad, se calcula la altura: H = v²/2g y con la altura, se calcula la presión: P = d * g * h.

Las bombas deben estar lo más cerca de la succión; esto evita cavitación y produce alta ΔH.

Curvas Características

Curvas Características de la Bomba: El desempeño de una bomba centrífuga se muestra gráficamente en una curva característica, la cual muestra la altura dinámica total (ΔH), la potencia al freno (bhp), la eficiencia o rendimiento (η) y el ANPA en función de las capacidades o caudales de la bomba. Estas curvas las facilita el fabricante.

Curvas Características del Sistema: En un sistema particular de bombeo, una bomba centrífuga solo puede operar con un buen rendimiento en un punto de las curvas ΔH en función del Q de la bomba y la curva ΔH en función del Q del sistema.

Bombas Centrífugas o Rotodinámicas

Son rotativas, de tipo bomba hidráulica, que suministran energía mecánica al líquido a través de un impulso. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de álabes que empujan el fluido hacia el exterior por la fuerza centrífuga.

Clasificación

Dirección del flujo: Radial, axial y mixto.

Posición del eje de rotación: Horizontales, verticales, inclinados.

Forma de succión: Sencilla o doble.

Usos

En industrias por sus múltiples usos.

Características

Las más comunes: con un único rodete. Velocidad: 60 m/s, capacidad hasta 500 m³, altura hasta 100 m. Se pueden montar horizontales (más común) o verticales. Se fabrican disponiendo de varios rodetes sucesivos en un cuerpo de bomba para mayor altura, acumulando presiones parciales con cada rodete (multietapa). Ejemplo: sistema de alimentación de calderas.

Mejor para mover mayor cantidad de líquido que las de desplazamiento positivo. No tienen válvulas, flujo uniforme, libre de impulsos de baja frecuencia.

Partes: Válvula de cierre, carcasa, paletas, impulsor, ojo de la bomba.

Tipos de Bombas Centrífugas (Según la Dirección del Flujo)

Radial: Expulsa el fluido en dirección de ángulo recto con su eje. Flujo radial y mixto se llaman "centrífugas". Flujo axial se llaman bombas de propela.

Impulsor de doble succión: Son como dos impulsores de succión simples colocados espalda con espalda, donde el fluido entra por el ojo del impulsor de ambos lados, aumentando la capacidad sin aumentar el calor del impulsor.

Rodetes (abiertos o cerrados): Los cerrados tienen tapas sobre cada lado de los álabes (mayor eficiencia). Los abiertos consisten en una masa a la que se unen los álabes (disminuye eficiencia). Difícil que se obstruya o tape, se usa con líquidos con sólidos.

Axial: El fluido entra y sale en dirección recta o casi recta. Casi toda la carga producida por el rodete es debida al empuje de las aletas. Rodete de carga baja y flujo grande.

Flujo mixto: La carga se desarrolla con un rodete delgado, por fuerza centrífuga y por empuje de las aletas. Para esto, las aletas son de curva doble o en hélice, lo que provoca que la descarga sea una combinación de axial y radial.

Ventajas de la Bomba Centrífuga

Construcción simple, precio bajo, no alcanzan presiones excesivas, poco espacio, impulsor y eje son las únicas partes en movimiento, máxima profundidad de succión, no tiene válvulas ni elementos reciprocantes, fácil de mantener, apta para líquidos con sólidos en suspensión y líquidos volátiles.

Bombas de Desplazamiento Positivo

Produce movimiento por ΔP generado por el movimiento del fluido debido a una disminución del volumen en cámaras de volumen. La energía mecánica puede ser suministrada por movimientos alternativos (émbolos) o movimientos rotativos (como rotores).

Tienen cámaras que aumentan el volumen (succión) y cámaras que disminuyen el volumen (impulsión). No se ceban.

Bombas Rotativas

Menos usadas que las centrífugas. A velocidad definida, mueven determinada cantidad de caudal (Q). Alta o baja presión, líquidos limpios. El fluido va desde la entrada (-pr) a la salida (+pr), sin válvulas ni elementos reciprocantes. El líquido se mueve producto del empuje de elementos giratorios.

Bomba Peristáltica

El fluido se mueve a través de un tubo flexible ubicado dentro de la bomba. La bomba contiene un eje unido a un rotor que posee un número de rodillos. Al girar el rotor, los rodillos aplastan el tubo flexible por el que pasa el fluido. La parte aplastada del tubo se cierra, obligando al fluido a ser bombeado.

Alta presión: Hasta 16 bar, cubiertas llenas de lubricantes para disipar el calor y prevenir la abrasión del exterior. Usan tubos reforzados (mangueras).

Baja presión: Cubiertas secas, usan tuberías no reforzadas.

Ventajas: El tubo es lo único en contacto con el fluido. Son fáciles de limpiar y baratas.

Usos: Fabricación de alimentos, lodos de aguas residuales, producción farmacéutica.

Bomba de Lóbulos (Roots)

Caudal: 600 l/min y temperatura: 70 °C.

Formada por dos rotores encerrados en el cuerpo en forma de 8 o con más lóbulos. El líquido entra por la succión, llena las cavidades entre los lóbulos, viaja por el interior de la carcasa y sale impulsado por los lóbulos por la descarga. El movimiento de los rotores lo generan dos engranajes que giran a la misma velocidad (500 a 3000 RPM) ubicados en el exterior del cuerpo. Los rotores no rozan entre ellos ni con la carcasa para evitar desgaste, alcanzando grandes alturas de aspiración. Baja velocidad para líquidos y fluidos viscosos.

Lóbulos externos: Los rotores son girados por engranajes externos a la cámara de bombeo. Ventaja: mayor desplazamiento.

Lóbulos internos: Combina un engranaje interno dentro de otro externo montado al eje, con un diente menos que el externo. Ventaja: mayor eficiencia. Desventajas: los sólidos pueden romper los rotores, no son flexibles, difíciles de limpiar, los engranajes deben reconfigurarse para que no choquen los lóbulos.

Usos: Industria petroquímica, lodo viscoso, azúcar, pulpa y papel, biocombustibles.

Bomba de Tornillo

Traslada el fluido de forma axial, llega a altas velocidades. Contiene tres tornillos: uno central que mueve a los otros dos (es el eje del motor y gira hacia la derecha) y dos a los costados del central que giran a la izquierda. Al girar, forman cámaras entre los filetes del tornillo, trasladando el fluido de la succión a la impulsión.

Velocidad: 3000 a 5000 RPM. Trabaja a altos y bajos caudales, y a presiones de hasta 180 bar.

Bomba de Pistón (Émbolo)

Compuesta por dos pistones y dos válvulas. Cuando el pistón va hacia atrás, se abre la válvula de succión por el vacío creado por el pistón, cerrando la de descarga. El fluido ingresa por la succión, llenando la cámara de bombeo. Cuando el pistón avanza, el incremento de presión cierra la válvula de succión y abre la de descarga, por donde sale el fluido. Temperatura: 80 °C.

Características: Trabajo de vacío, diseño higiénico, muy eficiente a presiones altas, sensible a la contaminación del líquido.

Aplicaciones: Bebidas, frutas y verduras, lácteos.

Bombas de Diafragma

Funciona con la acción conjunta de un par de membranas, un eje que las une, una válvula distribuidora de aire y cuatro válvulas de esfera. Las membranas alimentan y disminuyen el volumen de la cámara, aumentando la presión por el empuje de estas.

Características: Modelos sumergibles, funcionamiento en seco, caudal, velocidad y presión regulables, mantenimiento simple y rápido, no tienen fugas, trabajan con sólidos.

Aplicaciones: Industrias alimenticias, aguas residuales.