BOMBAS

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.

CLASIFICACIÓN

Se pueden considerar dos grandes grupos:

• Dinámicas (Centrífugas, Periféricas y Especiales)

• Desplazamiento Positivo (Reciprocantes y Rotatorias).

BOMBAS DINÁMICAS

• BOMBAS CENTRIFUGAS

• Una bomba centrífuga es un tipo de bomba hidráulica que transforma

la energía mecánica de un impulsor rotatorio en energía cinética y

potencial requeridas. Aunque la fuerza centrífuga producida depende

tanto de la velocidad en la periferia del impulsor como de la densidad del

líquido, la energía que se aplica por unidad de masa del líquido es

independiente de la densidad del líquido. Por tanto, en una bomba dada

que funcione a cierta velocidad y que maneje un volumen definido de

líquido, la energía que se aplica y transfiere al líquido, (en pie-lb/lb de

líquido) es la misma para cualquier líquido sin que importe su densidad.

Por tanto, la carga o energía de la bomba en pie-lb/lb se debe expresar

en pies.

.

• Las bombas centrífugas tienen un uso muy extenso en la industria ya

que son adecuadas casi para cualquier servicio. Son comunes las que

tienen capacidades entre 5000 y 6000 galones por minuto. Las cargas

pueden ser hasta de 150 a 180 m (500 a 600 pies) con motores

eléctricos de velocidad estándar. Estas bombas se suelen montar

horizontales, pero también pueden estar verticales.

• Constituyen no menos del 80 % de la producción mundial de bombas,

porque es la más adecuada para manejar más cantidad de líquido que la

bomba de desplazamiento positivo.

• No hay válvulas en las bombas de tipo centrífugo; el flujo es uniforme y

libre de pulsaciones de baja frecuencia.

• Los impulsores convencionales de bombas centrífugas se limitan a

velocidades en el orden de 60 m/s (200 pie/s).

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 DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

• 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

PERDIDAS DE CARGAS PRIMARIAS

Los conductos que se utilizan para transportar fluidos son de dos clases:

- Conductos cerrados, o tuberías en los cuales el fluido se encuentra bajo

presión o depresión.

- Conductos abiertos o canales (acueductos, canales de riego, ríos, etc.)

El calculo de la resistencia o perdida de carga en las dos clases de conductos

presenten problemas análogos.

El calculo de pérdidas de carga en las tuberías pertenece a la práctica diaria

del ingeniero instalador y proyectista, en los sistemas de gasolina, gas oil, fuel,

aceites lubricantes, en los sistemas de refrigeración y aire acondicionado,

redes de suministro de agua, etc.

Las pérdidas primarias

Son las pérdidas de superficie en el contacto del fluido con la tubería (capa

límite), rozamiento de unas capas de fluido con otras (régimen laminar) o de las

partículas de fluido entre sí (régimen turbulento). Tienen lugar en flujo uniforme,

por tanto principalmente en los tramos de tubería de sección constante.

Considere un ducto simple entre dos tanques.  En la entrada hay una bomba,

un medidor de flujo, una válvula de control y un medidor de presión.  En la

salida hay un medidor de presión, una válvula de control y un medidor de flujo. 

Si calibramos cualquiera de los dos medidores en el área de trabajo para medir

exactamente lo mismo irremediablemente cuando estos son instalados en el

ducto, las medidas de flujo terminan siendo diferentes.  Esto es cierto en

cualquier ducto y, por consiguiente, siempre habrá una diferencia en el flujo si

se realiza detección de fugas utilizando solamente el balance de masas.

Si dibujamos el flujo contra la presión del ducto cuando la bomba es encendida,

el flujo en la entrada se verá como la línea verde.  El flujo en la salida se verá

como la línea azul. 

CARGA DIFERENCIAL TOTAL

Para determinar la carga total del sistema, se hace uso de la ecuación de

Bernuolli, que aplicada al sistema mostrado en la siguiente figura, tiene la

siguiente expresión:

P1 /σ + V12 / 2g + Z1 + ∆Hb - ∆Hr 1-2 = P2 / σ + V22 / 2g + Z2

Donde: P1, P2; Presión sobre la superficie libre del líquido

V1, V2; Velocidad que experimenta cada una de las superficies libres del fluido.

Y se consideran V1 = V2 = 0

Z1, Z2; Coordenadas de las superficies libres, medidas desde el eje de la

bomba.

∆Hb; La carga total que la bomba tiene que desarrollar para conducir el fluido

del depósito 1 al depósito 2 en una determinada Q.

∆Hr 1-2 ; Son las pérdidas totales de carga que el fluido experimenta en la

tubería al ser conducido de un depósito a otro.

σ ; Peso específico del fluido a la temperatura de bombeo.

g; Aceleración debida a la gravedad.

Donde: Z1 = Z2 ; V1 = V2 (Flujo Uniforme)

HL = P1 - P2

γSe obtiene: H = energía perdida o altura perdida

Despejando de la ecuación anterior el término ∆Hb y teniendo presente lo

anterior tenemos:

∆Hb= (P2 - P1) / σ + (V22 - V12) / 2g + (Z2 - Z1) + ∆Hr 1-2

Cabe aclarar que las pérdidas en carga ∆Hr 1-2 son las pérdidas totales, las

cuales están compuestas por lo siguiente:

a) Las perdidas primarias, imputadas al rozamiento que el fluido experimenta

con la pared de la tubería por la que circula (capa límite), el rozamiento que

existe entre capas de fluido (régimen laminar), y el rozamiento generado por el

choque de partículas de fluido (régimen turbulento). A todas estas pérdidas en

conjunto se les denomina "primarias".

b) Al segundo tipo, se les denomina "secundarias", que se verifican debido a

transiciones (extensiones o estrechamientos) codos, válvulas, derivaciones y

toda clase de accesorios que la instalación contenga; así como también las

pérdidas que se verifican en la succión y entrada de la tubería E y la salida S.

Figura. Sistema hidráulico de dos depósitos en elevación

Pérdidas Primarias

El flujo de cualquier fluido está acompañado de dos tipo de fricción: fricción

interna ahusada por el frotamiento de las partículas del fluido unas contra

otras; y la fricción externa ahusada por el frotamiento de las partículas de

fluido contra las paredes del tubo o contra la capa estática del líquido adherido

a las paredes. Se tiene que gastar energía para vencer esta fricción.

Si el flujo es turbulento, la fricción desarrollada dependerá en parte de la

rugosidad de las paredes. Debido a que las superficies interiores de los tubos

del mismo material son prácticamente las mismas cualquiera que sea el

diámetro, las tuberías más pequeñas son relativamente más ásperas que las

grandes. Así para velocidades iguales, mientras mayor sea el diámetro de la

tubería, menor será la pérdida por fricción. La rugosidad de la pared del tubo

también dependerá del material del que está hecho el tubo, y después que éste

ha estado en servicio, de cualquier cambio que ocurra en la superficie interior.

Cuando las tuberías son nuevas, las pérdidas por fricción por cada 100 pies de

tubería de acero al carbón cedula 40 y hierro forjado. Está tabla esta basada en

la siguiente fórmula:

Donde:

hfp = Pérdidas primarias de carga, en pies de líquido o (m.c.a)

L = Longitud de la tubería, en pies o (m)

D = Diámetro interior de la tubería, en pies o (m)

V = Velocidad en la tubería, en pies por segundo o (m/seg)

g = Aceleración debida a la gravedad, en pies/seg2 (m/seg2)

f = coeficiente de fricción (dependiendo de la rugosidad relativa de la tubería y

del número de Reynolds

Un parámetro importante en la determinación del tipo de régimen, es el número

de Reynolds el cual involucra la velocidad, la viscosidad del fluido y el diámetro

interno de la tubería.

El número de Reynolds se calcula por medio de la siguiente expresión:

donde: R = Número de Reynolds (adimensional)

V = Velocidad promedio del fluido en la tubería (m/s)

D = Diámetro interior de la tubería (m)

μ = Viscosidad cinemática en (m2/s)

Los valores del número de Reynolds son los que sirven para caracterizar el tipo

de flujo. Está claro que, para elevados números de Reynolds, el flujo es

turbulento y para valores bajos es laminar. Sin embargo, la caracterización del

flujo de transición en la zona de los números de Reynolds medios, difiere en

función de las fuentes consultadas. Aquí vamos a dar algunos valores

comúnmente aceptados:

• Flujo laminar R > o = 2000

• Flujo de transición 2000 < R < 4000

• Flujo turbulento R > 4000

Para estimar las pérdidas primarias es necesario contar con los datos de

rugosidad y el diámetro interno de la tubería.

Con estos datos se calcula el valor de la rugosidad relativa (ε) por medio de la

siguiente expresión:

donde: ε es la rugosidad absoluta (mm)

D es diámetro (mm)

Los valores de å para diferentes tuberías se muestran en la siguiente tabla:

Con los valores del número de Reynolds y la rugosidad relativa, se procede a

determinar el coeficiente de rozamiento en el diagrama de Moody.

CONCLUSIONES

La creación de vacío es la función primordial de una bomba.

ü En una bomba siempre hay pérdidas, por lo cual afecta a su eficiencia,

siendo una de las más eficientes la bomba centrífuga.

La energía o cabeza que se le aplica al líquido por medio de una bomba

centrífuga es por medio de fuerza centrífuga.

La principal aplicación de las bombas centrífugas es para el trasiego de

líquidos poco viscosos y líquidos que contengan sólidos en suspensión.

Las bombas más utilizadas son las centrífugas, por sus altas

velocidades que puede alcanzar.

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