TIPOS DE BOMBASMáquinas Hidráulicas

UASLPCARLOS ALBERTO VELÁZQUEZ GARCÍA

Tipos de Bombas Hidráulicas

Principios de funcionamiento de las bombasBomba es una máquina que absorbe energía mecánica y restituyeal líquido que la atraviesa en energía hidráulica. Las bombasse emplean para impulsar toda clase de líquidos (agua, aceitede lubricación, combustibles, ácidos, líquidos alimenticios:cerveza, leche, etc). También se emplean las bombas parabombear líquidos espesos con sólidos en suspención, comopastas de papel, melazas, fangos, desperdicios, etc.

2. Tipos de bombas: Bombas Rotodinámicas: Todo y solo las bombas que son

turbomáquina pertenecen a este grupo, son de movimiento esrotativo y dinámica de la corriente juego un papelesencial en la transmisión de energía. Su funcionamientose basa en la ecuación de Euler, y su órgano transmisor deenergía se llama rodete.

Bombas de Desplazamiento Positivo: A este grupo pertenecenno solo las bombas alternativas, sino las rotativasllamadas rotoestáticas porque son rotativas, pero en ellasla dinámica de la corriente no juega un papel esencial enla transmisión de la energía.

Clasificación de bombas rotodinamicasSegún la dirección del flujo Bombas de flujo radial

Bombas de flujo axial Bombas de flujo radioaxial

Según la posición del eje Bombas de eje horizontal Bombas de eje vertical Bombas de eje inclinado

Según la presión engendrada Bombas de baja presión Bombas de media presión Bombas de alta presión

Según el número de flujos en la bomba De simple aspiración o de un flujo: Fluido penetra por un

solo lado y por la abertura de la corona circular delrotor

De doble aspiración o de dos flujos: El rotor tiene formasimétrica respecto al plano normal y es capaz de recibirel fluido por dos sentidos opuestos.

Según el número de rodetes De un escalonamiento De varios escalonamiento

Según el número específicos de revoluciones (Rodete) Rodete cerrado de simple aspiración: las caras anterior y

posterior forman una caja, entre ambas caras se fijan losalabes

Rodete cerrado de doble aspiración Rodete Semiabierto de simple aspiración: sin la cara anterior, los

álabes se fijan en el núcleo o cubo de rodete.

Fig. 5

Fig.4

El Número Específico De Revoluciones ns=n⋅P

1 /2⋅H−5/4

n: número de revolución en segundos (rpm)

P: Potencia en (CV, W, Kp/s)

H: metro (m)

P=QρgH (W )

P=QρH (kps)P=

QρH75

(CV )

ns=n⋅P1 /2⋅H−5/4=n⋅(QρH75 )

1/2⋅H−5 /4=3,65⋅Q1/2⋅H−3/4

Componentes principales de las bombas rotodinámicas Rodete (1): Que gira solidario con el eje de la máquina y

consta de un cierto número de alabes que imparten energía al fluido en forma de energía cinética y energía de la presión.

Corona Directriz (2) o Corona de álabes fijos: Que recoge el líquido del rodete y transforma la energía cinética comunicada por el rodete en energía de presión, ya que la sección de paso aumenta en esta corona en la dirección delflujo.

Caja Espiral (3): Que transforma la energía dinámica en energía de presión y recoge con pérdidas mínimas de energía el fluido que sale del rodete, conduciéndolo hastala tubería de salida o tubería de impulsión.

Trabajo Difusor Troncocónico (4): Que realiza una tercera etapa de difusión o sea de transformación de energía dinámica en energía de presión.

Ecuación de Euler para las bombas

HU=(u2cu2−u1cu1 )

gDonde los puntos 1 y 2 se refieren a la entrada y salida del rodeteHU: es la altura que el rodete imparte al fluido o altura teórica

Altura Útil o Efectiva de una Bomba (H)La altura útil o altura efectiva H que da la bomba es laaltura que imparte el rodete o la altura teórica HU, menoslas pérdidas en el interior de la bomba Hr-int .

H=HU−Hr−int

Primera Expresión de la Altura Útil (Ecuación de Bernoulli enla sección E y S)

H=(pS−pE)ρg +(zS−zE )+

(vS2−vE2)2g

Primera Expresión de la Energía Útil (Ecuación de Bernoulli en la sección E y S)

Y=(pS−pE )

ρ +(zS−zE)g+(vS2−vE2)

2Notas a la primera expresión de la altura útil El término (zS−zE) suele ser o muy pequeño o incluso igual

a cero en las bombas de eje vertical

El término (vS2−vE2)2g suele ser también muy pequeño o igual a

cero: positivo, aunque pequeño si el diámetro de latubería de aspiración se hace mayor que el de la tuberíade impulsión, para evitar cavitación, igual a cero, siDS=DE

H=(pS−pE)ρg

=MS+ME

MS: Lectura del manómetro a la salida valores absoluto en el

vacuometro

ME: Lectura del manómetro a la entrada

Segunda Expresión de la Altura Útil (Ecuación de Bernoulli en la sección A y Z)

H=(pZ−pA )ρg

+(zZ−zA )+Hr−ext

Hr−ext=Hra+Hri+vi2

2g

Hr-ext: Pérdida total exterior a la bomba

Hra: Pérdida en la aspiración o sea entre los puntos A y E

Hri: Pérdida en la tubería de la impulsiónvi2

2g

: Pérdida secundaria en el desagüe en el depósito

Segunda Expresión de la Altura Útil

H=(pZ−pA )ρg

+(zZ−zA )+Hra+Hri+vi2

2g

Segunda Expresión de la Energía Útil

Y=(pZ−pA)

ρ+(zZ−zA)g+(Hra+Hri )g+

vi2

2Notas a la primera expresión de la altura útil Para aplicar esta ecuación es necesario conocer el caudal

(porque las pérdidas son en función de él), así como lascaracterísticas de la instalación (metros de tubería,material de la misma y accesorios)

Parámetros de funcionamiento de las bombas rotodinámicas(Entrada y Salida)PÉRDIDAS: Pérdidas Hidráulicas: Disminuyen la energía específica

útil que la bomba comunica al fluido y consiguientementela altura útil. Son de dos clases:

o pérdidas de superficies: se producen por el rozamiento delfluido con las paredes de la bomba como rodete,

corona directriz o de las partículas del fluidoentre sí)

o pérdidas de forma: se producen por el desprendimiento dela capa límite en los cambios de dirección y en todaforma difícil al flujo, en particular a la entradadel rodete si la tangente del alabe no coincideexactamente con la velocidad absoluta a la salida.

Las perdidas hidráulicas se originan pues:o Entre el punto E (Fig. 7) y la entrada del rodeteo En el rodeteo En la corona directriz, si existeo En la caja espiralo Desde la salida de la caja espiral hasta la salida de

la bomba o punto S Pérdidas Volumétricas: También denominada pérdidas

intersticiales, son pérdidas de caudal y se dividen en dosclases: pérdidas exteriores qe y pérdidas interiores qI.

o pérdidas volumétricas exteriores qe: constituye unasalpicadura de fluido al exterior, que se escapa porel juego de la carcasa y el eje de la bomba, que laatraviesa. Para reducirlas se usa la caja deempaquetadura, que se llena de estopa o material decierre, provista de su correspondiente tapa oprensaestopas con pernos.

o Pérdidas volumétricas interiores qI: Son las másimportantes y reducen mucho el rendimientovolumétrico de algunas bombas; retrocede por elintersticio y por la tubería de aspiración circula uncaudal menor que por el rodete.

Pérdidas Mecánicas: Incluyen las pérdidas poro rozamiento del prensaestopas con el eje de la máquinao rozamiento del eje con los cojineteso accionamientos auxiliares (bomba de engranajes para lubricación,

cuentarrevoluciones, etc.)o rozamiento de disco, es el rozamiento de la pared exterior del rodete

con la atmosfera del fluido que lo rodea.

POTENCIA:

Potencia de accionamiento (Pa): Es la potencia en el ejede la bomba o potencia al freno o potencia mecánica que labomba absorbe o potencia absorbida de la red. Estapotencia según la mecánica tiene la siguiente expresión:

Pa=Mω=π30

nM (W,SI )

Potencia interna (Pi): Es la potencia suministrada por elrodete, igual a la potencia de accionamiento menos laperdidas mecánicasPi=Pa−Pm

r

Pi=(Q+qe+qi)ρg(H+Hr−int)Pi=(Q+qe+qi)ρgHU

Potencia útil (P): Es el incremento de potencia queexperimenta el fluido en la bombaP=Pa−Pm

r−Pvr−Ph

r

P=Pi−Pvr−Ph

r

La potencia útil por otra parte será la invertida en impulsarel caudal útil Q a la altura útil H. Luego

P=QρgHRENDIMIENTO: Rendimiento hidráulico, ηh: Tiene en cuenta todas y sólo

las pérdidas de altura total, Hr-int en la bomba

ηh=HHU

Rendimiento volumétrico, ηv: Tiene en cuenta y sólo laspérdidas volumétricas

ηv=Q

Q+qe+qiQ : Caudal útil o caudal efectivo impulsado por la bombaQ+qe+qi : Caudal teórico o caudal bombeado por el rodete

Rendimiento interno, ηi: Tiene en cuenta todas y sólo laspérdidas internas o sea las hidráulicas y volumétricas yengloba ambos rendimientos hidráulico y volumétrico

ηi=PPi

Rendimiento mecánico, ηm: Tiene en cuenta todas y sólo laspérdidas mecánicas

ηm=PiPa

Rendimiento total, ηtot: Tiene en cuenta todas y sólo laspérdidas en la bomba

ηtot=PPa

Teniendo en cuenta las ecuaciones anteriores

ηtot=PPa

=PPi

PiPa

=ηiηm=ηhηvηm

ηtot=ηiηm=ηhηvηm

Potencia de accionamiento en función de Q y de H con los rendimientos

Pa=QρgHηiηm

=QρgHηhηvηm

=QρgHηtot

Potencia interna en función del rendimiento hidráulico y volumétrico

Pi=QρgHηvηh