BOMBAS CENTRÍFUGAS

Contenido

1. GENERALDADES 10

2. BOMBAS CENTRÍFUGAS 15

2.1 ALGUNOS TIPOS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS 17

2.1.1 Según la dirección del flujo 17

2.1.2 Según el tipo de materiales de sus partes 19

2.1.3 Según el tipo de succión 19

2.1.4 Según la posición del eje de giro 19

2.1.5 Según el tipo de impulsor 20

2.2 REGULACIÓN DEL CAUDAL 21

2.3 LEYES APLICADAS A LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS 22

2.4 CONEXIÓN DE BOMBAS CENTRIFUGAS EN SERIE O EN PARALELO 24

3. BOMBAS DESPLAZAMIENTO POSITIVO 26

3.1 BOMBAS ROTATORIAS 26

3.1.1 Algunos tipos de bombas rotatorias 27

3.1.2 Funcionamiento 34

3.1.3 Aplicaciones 46

3.2 BOMBAS RECIPROCANTES 47

3.2.1 Funcionamiento 48

3.2.2 Clasificación 49

3.2.3 Aplicaciones 55

4. CONCLUSIONES 56

5. BIBLIOGRAFÍA 58

RESUMEN

Una bomba es un equipo que sirve como transformador de energía. Recibe energía mecánica que puede proceder de un motor eléctrico y la transfiere a un fluido de forma tal que su presión aumenta.

Desde el punto de vista termodinámico, una bomba lleva a cabo un proceso adiabático, es decir, que no intercambia calor con el medio; este proceso se puede describir con un balance de masa y de energía utilizando para ello la primera ley de la termodinámica:

P_s=m ̇[(h+V^2/2+gZ_e )_out-(h+V^2/2+gZ_e )_in ]

Donde Ps es la potencia de eje (kW), m ̇ es el flujo másico (kg/s), h es la entalpía específica (BTU/lbm), V es la velocidad (ft/s), g es la aceleración gravitacional (32,174 ft/seg2) y Ze es la altura (ft). gZe corresponde a la energía potencial por efecto gravitacional de la posición de la bomba y V2/2 es la energía cinética del fluido a bombear.

Sin embargo, no toda la energía proporcionada a una bomba se convierte en energía útil para bombear un fluido. Por ejemplo, cierta parte de esta se pierde debido a la viscosidad del fluido produciendo otros tipos de energía como calor. Este fenómeno es explicado por la segunda ley de la termodinámica que tiene en cuenta el inevitable aumento de la entropía del proceso. Para bombas, la segunda ley se expresa de la siguiente forma:

gΔH≤P_s/m ̇

Donde H=p/ρg+V^2/2g+Z_e es la “cabeza” y p es la presión (psi).

La segunda ley de la termodinámica está directamente relacionada con la eficiencia de la bomba:

η=P_I/P_s

Donde P_I es la potencia ideal suministrada en ausencia de conversiones de energía no deseadas. Por lo general P_I<P_s

Es deber de ingenieros construir prototipos de bombas según cada necesidad. Por tanto, para diseñar una bomba se deben tener en cuenta diferentes parámetros como rangos de volúmenes a manejar, densidad de los fluidos a mover, etc.

Las bombas se clasifican según la forma como le imprimen presión al fluido en Centrífugas, Rotatorias y Reciprocantes las cuales estudiaremos a lo largo del semestre.

BOMBAS CENTRIFUGAS

Las bombas centrífugas, funcionan haciendo girar un impulsor que le cede al fluido energía mecánica generando cambios de presión dentro de la carcasa de la bomba y haciendo que dicho fluido se desplace por tuberías hacia donde se necesita.

Imaginemos una licuadora funcionando; ahora supongamos que ponemos un tapón con un tubo abierto en esta. Debido al aumento de presión por la energía mecánica que adquiere el fluido por el efecto fuerza centrífuga de las aspas, el fluido tenderá a salir por el tubo.

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

En estas, el fluido que se desplaza esta contenido entre el impulsor y la carcasa o el cilindro; las bombas de desplazamiento positivo se dividen en dos grupos principales: las bombas rotatorias y las bombas reciprocantes.

Bombas Rotatorias.

Transportan directamente un fluido de un lugar a otro debido a que los elementos rotatorios de la bomba crean una disminución de presión en el lado de succión, que empuja al fluido hacia el interior de la bomba; una vez llena ésta, los elementos rotatorios, en su propia rotación, arrastran o llevan el fluido que quedó atrapado hacia la descarga. El fluido es prácticamente desplazado de la entrada hacia la salida en un movimiento de traslación.

Ejemplo de este tipo de bomba son las bombas de engranes para fluidos viscosos

Bombas Reciprocantes

Bombean fluidos con base a un movimiento reciprocante donde un pistón, por efecto de la energía, hace que la presión del fluido aumente al moverse en forma ajustada dentro de un cilindro. En una corrida del pistón, el cilindro se llena con el fluido y al regreso, las válvulas determinan su expulsión a alta presión. Las bombas de inyección diesel son ejemplos típicos de las reciprocantes.

ABSTRACT

A pump is a device to transform energy. It consumes mechanical energy that comes from an electrical motor and then this energy is transferred into a fluid that makes its pressure increase. In that way we can define a pump as a hydraulic power unit.

From a thermodynamic point of view, a pump accomplishes an adiabatic process. It means that it doesn’t interchange heat with the environment. We can describe this process with a material and energy balance using the first law of thermodynamics:

P_s=m ̇[(h+V^2/2+gZ_e )_out-(h+V^2/2+gZ_e )_in ]

Where Ps is the shaft power (kW), m ̇ is the mass flow (kg/s), h is the specific enthalpy (BTU/lbm), V is the velocity (ft/s), g is the acceleration due to gravity (32,174 ft/seg2) and Ze is the height (ft). gZe is the potential energy by effect of the gravitational position of the pump and V2/2 is the kinetic energy from the fluid.

However, not all the energy that gets to a pump is transform into useful energy to pump a fluid. For instance, part of this energy is lost due to the fluid viscosity, developing other types of energy such as heat. This phenomenon is explained by the second law of thermodynamics, which takes into account the increase of the entropy of the process. For pumps:

gΔH≤P_s/m ̇

Where H=p/ρg+V^2/2g+Z_e is the “head pump” and p is the pressure (psi).

The second law of thermodynamics is directly related to the pump efficiency:

η=P_I/P_s

Where P_I is the ideal power supply when there are not unwanted energy conversions. In general P_I<P_s.

It is important for engineers to develop pumps according to each necessity. So, to design a pump you should take into account different parameters like volume range, fluids density, etc.

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