BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
DEFINCIÓN
Son aquellas en
las que crean la succión y la descarga, desplazando agua con un elemento móvil.
El espacio que ocupa el agua se llena y vacía alternativamente forzando y
extrayendo el líquido mediante movimiento mecánico.
¿Por qué el término”postivo”?
El término
“positivo”, significa que la presión desarrollada está limitada solamente por
la resistencia estructural de las distintas partes de la bomba y la descarga no
es afectada por la carga a presión sino que está determinada por la velocidad de
la bomba.
TIPOS DE BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO
I) BOMBAS COMUNES DE DESPLAZAMIENTO
1.1.- Bombas de Embolo
En estas bombas el líquido es
forzado por el movimiento de uno o mas pistones ajustados a sus respectivos
cilindros tal y como lo hace un compresor Como durante el trabajo se produce
rozamiento entre el pistón y el
cilindro, necesitan de sistemas de lubricación especiales para poder ser
utilizadas en la impulsión de líquidos poco lubricantes tales como el agua.
Tampoco pueden ser usadas con líquidos contaminados con partículas que
resultarían abrasivas para el conjunto.
1.2.- Bombas lobulares
Éstas se
asemejan a las bombas del tipo de engranajes en su forma de acción, tienen dos
o más motores cortados con tres, cuatro, o más lóbulos en cada motor (Fig. 4, 5
y 6). Los motores se sincronizan para obtener una rotación positiva por medio
de engranajes externos. Debido al que el líquido se descarga en un número más reducido
de cantidades mayores que en el caso de la bomba de engranajes, el flujo del
tipo lobular no es tan constante como en la bomba del tipo de engranajes.
1.3.-
Bombas de tornillo
Estas
bombas tienen un eje en forma de espiral, que gira dentro de un cilindro que a
su vez posee cavidades en espiral. El eje gira desplazando el fluido a través
de las cavidades, avanzando en forma continua, produciéndose un flujo axial.
II) BOMBAS ROTATORIAS
Las
bombas rotatorias, que generalmente son unidades de desplazamiento positivo,
consisten de una caja fija que contiene engranajes, aspas, pistones, levas, segmentos,
tornillos, etc., que operan con un claro mínimo. En lugar de
"arrojar" el líquido, como en una bomba centrífuga, una bomba
rotatoria lo atrapa, lo empuja contra la caja fija. La bomba rotatoria descarga
un flujo continuo. Aunque generalmente se les considera como bombas para
líquidos viscosos, las bombas rotatorias no se limitan a este servicio solo,
pueden manejar casi cualquier líquido que esté libre de sólidos abrasivos.
CARACTERISTICAS DE BOMBAS ROTATORIAS
El desplazamiento de una bomba rotatoria varia en forma
directamente proporcional con la velocidad, sólo que la capacidad puede verse
afectada por viscosidades y otros factores.
Sí se desprecian los escapes, las bombas rotatorias
descargan un gasto constante independiente de las presiones variables de
descarga.
Aunque generalmente se les considera como bombas
para líquidos viscosos, las bombas rotatorias no se limitan a este servicio
sólo. Pueden manejar casi cualquier líquido que esté libre de sólidos
abrasivos.
TIPOS DE BOMBAS ROTATORIAS
2.1.- Bombas de Leva y Pistón
También llamadas
"Bombas de émbolo rotatorio", consisten de un excéntrico con un brazo
ranurado en la parte superior (Fig. 1). La rotación de la flecha hace que el
excéntrico atrape el líquido contra la caja. Conforme continúa la rotación, el líquido
se fuerza de la caja a través de la ranura a la salida de la bomba.
2.2.- Bombas de engranajes externos
Estas
constituyen el tipo rotatorio mas simple. Conforme los dientes de los
engranajes se separan en el lado de succión de la bomba (Fig. 2), el liquido
llena el espacio entre ellos. Este se conduce en trayectoria circular hacia
fuera y es exprimido al engranar nuevamente los dientes.
2.3.- Bombas de engranajes internos
Este tipo (Fig.
3) tiene un motor con dientes cortados internamente y que encajan en un engrane
loco, cortado externamente. Puede usarse una partición en forma de luna
creciente para evitar que el líquido pase de nuevo al lado de succión de la
bomba.
III)
BOMBAS ALTERNATIVAS O RECIPROCAS
Las
bombas alternativas o reciprocas son también unidades de desplazamiento
positivo descargan una cantidad definida de líquido durante el movimiento del
pistón o émbolo a través de la distancia de carrera. En este tipo de bombas el fluido
se desplaza mediante movimiento alternativo; al moverse en un sentido succiona
y en el sentido inverso expulsa.
Tipos
de bombas alternativas
El
flujo de descarga de las bombas centrífugas y de la mayor parte de las bombas
rotatorias es continuo. Pero en las bombas alternativas el flujo pulsa, esto
puede reducirse con una cámara colchón o pulmón regulador.
Igual
que otras bombas, las bombas alternativas no succionan los líquidos. Reducen
solamente la presión en la cámara de succión y la presión externa, generalmente
la atmosférica, empuja el líquido en la bomba potencia.
3.1.- Bombas de diafragma
Este tipo de bombas desplazan el líquido
por medio de diafragmas de un material flexible y resistente, colocado dentro
de un cuerpo cerrado que se acciona desde el exterior por un mecanismo
reciprocante.
3.2.-
Bombas de aspas o Paletas
Las
bombas de aspas oscilantes tienen una serie de aspas articuladas que se
balancean conforme gira el motor, atrapando al liquido y forzándolo en el tubo
de descarga de la bomba.
Las
bombas de aspas deslizantes usan aspas que se presionan contra la carcaza por
la fuerza centrífuga cuando gira el motor. El liquido atrapado entre las dos
aspas se conduce y fuerza hacia la descarga de bomba.
3.3.-
Bombas Peristálticas
El
líquido es desplazado por el interior de una manguera colocada en forma
perimetral dentro de la carcasa de la bomba. Este desplazamiento es provocado
por una rueda que posee dos levas, las cuales al girar van comprimiendo la
manguera. Para disminuir el desgaste provocado por el roce entre la manguera y
las levas, este sistema está sumergido en un lubricante.
IV) BOMBAS RECIPROCANTES
Las
bombas reciprocantes se utilizan en numerosas aplicaciones que exceden la
capacidad de las bombas centrífugas o rotatorias. Algunos servicios se podrían efectuar
con una centrífuga o rotatoria, pero a expensas de un aumento en los requisitos
de potencia y de mantenimiento. Debido a los altos costos de la energía, la
bomba de potencia, con su elevada eficiencia mecánica, se utiliza cada vez más
en muchas aplicaciones.
Una
bomba reciprocante es de desplazamiento positivo, es decir, recibe un volumen
fijo de líquido en condiciones casi de succión, lo comprime a la presión de descarga
y lo expulsa por la boquilla de descarga. En estas bombas se logra por el
movimiento alternativo de un pistón, émbolo o diafragma.
La
bomba reciprocante no es cinética como la centrífuga y no requiere velocidad
para producir presión, pues se pueden obtener presiones altas a bajas
velocidades.
Esta
es una de las ventajas de la bomba reciprocante en particular para manejar
pastas aguadas abrasivas y líquidos muy viscosos.
4.1.- TIPOS DE BOMBAS RECIPROCANTES
•
Existen
básicamente dos tipos de bombas reciprocantes las de acción directa, movidas
por vapor y las bombas de potencia.
4.2.- Clasificación de las bombas
Las
bombas reciprocantes, por lo general, se clasifican por sus características:
1.- Extremo
de impulsión, es decir, potencia o acción directa.
2.- Orientación de la línea de centros del
elemento de bombeo, es decir, horizontal o vertical.
3.- Número
de carreras de descarga por ciclo de cada biela, es decir, acción sencilla o
doble acción.
4.- Configuración
del elemento de bombeo: pistón, émbolo o diafragma.
5.- Número
de varillas o bielas de mando, es decir, símplex, dúplex o múltiplex.
En
las bombas de acción directa se utiliza un fluido motor para impulsar el pistón
desde una biela común
4.3.- APLICACIONES
Las
aplicaciones típicas de las bombas reciprocantes son:
Carga deglicoles. El
etilenglicol o el trietilenglicol se bombea a un absorbedor a unas 1 000 psig
para eliminar la humedad del gas natural. El glicol absorbe el agua, se lo
estrangula a presión atmosférica y se lo calienta para eliminar el agua. Después,
se enfría y se devuelve con la bomba al absorbedor. Para este servicio se
utilizan bombas de potencia con motor y reciprocantes de acción directa.
Carga de aminas. La monoetanolamina,
otras aminas y los absorbentes patentados eliminan el sulfuro de hidrógeno y el
dióxido de carbono del gas natural. Se bombea el absorbente hacia un absorbedor
a unas 1 000 psig y produce una acción similar a la de los glicoles. En las
plantas grandes para tratamiento de gas se suelen utilizar bombas centrífugas;
en las pequeñas, son más adecuadas las bombas de potencia propulsadas por motor
eléctrico.
Petróleo pobre. El
aceite para absorción se utiliza igual que los glicoles y aminas pero absorbe
los hidrocarburos como butano, propano y etano del gas natural.
Inyección
de agua salada. Un método que se utiliza mucho para la recuperación secundaria
de petróleo y gas en los campos casi agotados, es inundar los yacimientos con agua,
por lo general, agua salada en pozos periféricos para obligar a los
hidrocarburos a moverse hacia el pozo central. En los campos pequeños se
utilizan bombas de potencia.
Eliminación de agua salada. Se
suelen utilizar bombas de potencia para bombear el agua salada a un pozo para
eliminarla.
Evitadores de reventones. Los
evitadores de reventones, hidráulicos, siempre están listos durante la
perforación de pozos de petróleo y gas para cerrar el pozo si se inicia el
llamado reventón. La potencia hidráulica se aplica con bombas reciprocantes,
con motor eléctrico o neumático.
La
presión normal de funcionamiento es entre 1 000 y 3 000 psig.
Sistemas de oleoductosy gasoductos. Se
utilizan bombas de potencia para inyectar amoniaco o hidrocarburos ligeros en
estas tuberías. Se envían diversas pastas aguadas y petróleo crudo en las tuberías
con bombas de potencia de pistón y émbolo.
Sistemas hidráulicos. Se
utiliza un líquido hidráulico, corno aceite soluble y agua en laminadoras de
acero y petróleo diáfano (Keroseno) y aceite en las laminadoras de aluminio,
para colocar los rodillos de las laminadoras y se emplean cilindros hidráulicos
para mover el metal que se lamina. Estos sistemas de cargas con bombas de
potencia con motor a una presión entre 1 000 y 5 000 psig.
Producción defertilizantes. Se
utilizan bombas de potencia con prensaestopas especiales para bombear amoniaco a
presiones hasta de 5 500 psig. Se utilizan bombas de potencia con extremos para
líquido hechos de acero inoxidable y prensaestopas especiales para bombear carbamato
de amonio a presiones hasta de 3 500 psig para la producción de urea.
Limpieza. El
agua a presiones entre 7 000 y 10 000 psig enviada con bombas de potencia se
utiliza para lavar equipos y estructuras.
Tambores deshidratadores. La
bomba de acción directa, de mínima holgura es muy adecuada para bombear los hidrocarburos
desde los tambores deshidratadores en las refinerías, debido a su velocidad
variable y su baja carga neta positiva de succión NPSH.
Pruebas hidrostáticas. Se
utilizan bombas de potencia y de acción directa para las pruebas hidrostáticas
de equipos y sistemas. La bomba con émbolo de acción directa es muy adecuada
para este servicio porque se “ahoga” a determinada presión y sólo bombea si
falla la presión.
Pastas
aguadas. Se emplean bombas de potencia y de acción directa para manejar pastas
aguadas como mantequilla de cacahuate, detergentes, plásticos, carbón y
minerales pulverizados en procesos y tuberías. Las presiones pueden llegar
hasta unas 10 000 psig y las temperaturas a unos 700°F.
Dosificación. Se
utilizan diversas configuraciones de bombas de potencia y de acción directa
para dosificar líquidos desde bombas grandes para tuberías con propulsión de
velocidad variable y también las hay pequeñas, de volumen controlado para
inyectar cantidades precisas de productos químicos en la corriente de proceso.
Homogeneización. La
leche y otros productos alimenticios y no alimenticios se homogeneizan para
hacerlos uniformes y evitar la separación. Gran parte de la homogeneización se
logra al bombear el material con una bomba de potencia de émbolo hasta una alta
presión y, luego, con la estrangulación con una 0 más válvulas especiales.
4.4.- DESVENTAJAS DE LAS BOMBAS
RECIPROCANTES
Las
bombas reciprocantes tienen ciertas desventajas y la más común es el flujo a
pulsaciones; por ello, se debe tener cuidado en el diseño del sistema. Más
adelante en este artículo aparece información al respecto.
En
la mayoría de las aplicaciones los costos inicial y de mantenimiento de las bombas
reciprocantes serán mayores que para las centrífugas o las rotatorias. La
empaquetadura típica en una bomba de potencia dura menos de tres meses, o sea
mucho menos que un sello mecánico en un eje rotatorio.
La
bomba de acción directa tiene baja eficiencia térmica cuando se le impulsa con
un gas como el vapor de agua.
La
eficiencia mecánica (fuerza de salida dividida entre la fuerza de entrada) es
alta; pero, debido a que no tiene ningún componente, como un volante, para
almacenar energía, el gas motor debe permanecer a la plena presión de entrada
en el cilindro durante toda la carrera; al final de la carrera se expande el
gas hacia el tubo de escape, pero no efectúa ningún trabajo durante la
expansión.
Por
tanto, la energía térmica del gas se pierde por fricción. El consumo aproximado
de vapor de estas bombas es de 100 lb/h por cada caballo hidráulico (hhp), es decir,
por cada caballo hidráulico producido en el extremo de líquido, se necesitan
unas 100 lb/h de vapor. Cuando el fluido-motor es gas natural o aire, el
consumo es alrededor de 3 500 ft” estándar/(h) (hhp).
La
mayoría de los problemas con las bombas reciprocantes se pueden evitar con la
selección de bombas que trabajen a velocidades conservadoras, con diseño
cuidadoso del sistema de bombeo y con métodos de mantenimiento que conserven la
aleación entre el émbolo y el prensaestopas.
Páginas de Internet:
http://avdiaz.files.wordpress.com/2008/10/bombas-de-desplazamiento-positivo.pptx
http://biblioagora.ucevalpo.cl/docs/1045/Apuntes%20III%20BOMBAS.pdf
http://web.ist.utl.pt/ist11061/leq-II/Documentos/OpUnitarias/Bombas.pdf
