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3.4 Equipo de transporte de fluidos Bomba y ventiladores: Las bombas y ventiladores convierten la energía mecánica procedente de cualquier fuente, en energía.

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1 3.4 Equipo de transporte de fluidos Bomba y ventiladores: Las bombas y ventiladores convierten la energía mecánica procedente de cualquier fuente, en energía de presión o de velocidad, que es adquirida por el fluido. La eficiencia de una bomba es la relación entre la energía suministrada por el motor, el aumento de energía de presión y/o de velocidad que ha experimentado el fluido. Las bombas son de gran importancia en el transporte de fluidos, debido a su capacidad de producir vacío, con lo cual se puede empujar el fluido hacia donde se desee transportar.

2 Transporte y bombeo de fluido Cuando se transportan fluidos es necesario suministrar energía para vencer las perdidas por rozamiento. Para elegir una bomba hay que considerar: La presión o altura piezométrica necesitada Flujo volumétrico Propiedades físicas del fluido: viscosidad, sólidos en suspensión, densidad, etc. Funcionamiento intermitente o continuo. Consideraciones higiénicas. Susceptibilidad del producto a los daños por cizalla.

3 Tipos de bombas generales de bombas Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas Bombas dinámicas ó centrifugas

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5 Tipos de bombas generales de bombas Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas Bombas dinámicas ó centrifugas

6 Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas El volumen de flujo entregado es en gran medida independiente de la presión de descarga. En ellas se introduce el fluido dentro de la bomba y luego se expulsa. Desarrollan alturas de presión elevada, pero no resisten ningún tipo de bloqueo del sistema de descarga. La tasa de flujo volumétrico puede cambiarse alterando la velocidad de la bomba.

7 Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas. Los tipos mas frecuentes son: Bombas de émbolo alternativo ó de pistón Bombas de engranes. Bombas de diafragma. Bombas de paletas.

8 Bombas de émbolo Durante la carrera de descenso del pistón, se abre la válvula de admisión accionada por el vacío creado por el propio pistón, mientras la válvula de descarga esta cerrada, de esta forma se llena de líquido. Luego, cuando el pistón sube, el incremento de presión cierra la válvula de admisión y empuja la de escape, abriéndola, con lo que se produce la descarga. La repetición de este ciclo de trabajo produce un bombeo pulsante a presiones que pueden ser muy grandes. No sirven si hay sólidos en suspensión.

9 Bombas de embolo o pistón Requieren válvulas tanto para la succión como para la descarga de la bomba. Tienden a ser caras y precisan de mantenimiento frecuente.

10 Bombas de engranes Pueden utilizarse para manejar material partículado en condiciones de pequeña cizalla cuando se opera a bajas velocidades Son utilices para líquidos viscosos que puedan contener en ocasiones sólidos en suspensión, y pueden generar altas presiones.

11 Bombas de engranes Se fuerza la transferencia mediante engranes rotatorios, lóbulos, tornillos sin fin. No necesitan válvulas para funcionar. Son menos eficaces con fluidos pocos viscosos, en cuyo caso aparecen deslizamientos o pérdidas.

12 Bombas de diafragma El elemento de bombeo en este caso es un diafragma flexible, colocado dentro de un cuerpo cerrado que se acciona desde el exterior, hace aumentar y disminuir el volumen debajo del diafragma, observe que un par de válvulas convenientemente colocadas a la entrada y la salida fuerzan el líquido a circular en la dirección de bombeo. Como en las bombas de diafragma no hay piezas fricionantes, ellas encuentran aplicación en el bombeo de líquidos contaminados con sólidos, tal como los lodos, aguas negras y similares

13 Bombas de paletas

14 Bombas de desplazamiento positivo Generalidades Tienden a ser más caras y precisan de mantenimiento frecuente, en particular en el caso de las bombas de pistón. Se dañan por bombeo a una descarga cerrada, en consecuencia, se requiere algún tipo de salida de emergencia. Son adecuadas para producir altas presiones.

15 Bombas dinámicas BOMBAS CENTRIFUGAS. Son aquellas en que el fluido ingresa a ésta por el eje y sale siguiendo una trayectoria periférica por la tangente. BOMBAS PERIFÉRICAS. Son también conocidas como bombas tipo turbina, de vértice ó regenerativas, en este tipo se producen remolinos en el líquido por medio de los alabes a velocidades muy altas, dentro del canal anular donde gira el impulsor.

16 Bombas centrifugas Las bombas centrífugas por su modo de operar, solo pueden generar presiones de salida limitadas, está claro, la presión la genera la fuerza centrífuga, por lo que su máximo valor dependerá de esta, la que a su vez depende de la velocidad de giro y del diámetro del impelente, de manera que a mayor velocidad y diámetro, mayor presión final. Como la velocidad de giro y el diámetro del impelente no pueden aumentarse indefinidamente sin que peligre su integridad física, entonces estas bombas, no pueden generar presiones muy altas como lo hacen las de desplazamiento positivo.

17 Son muy usadas, en particular cuando se necesitan tasas de flujo muy altas y presiones bajas. Son adecuadas para fluidos de baja viscosidad y su eficiencia disminuye cuando la viscosidad se hace demasiado alta. El flujo volumétrico es inversamente proporcional a la presión (a la altura Piezo.). La máxima altura desarrollada aparece cuando no hay flujo, es decir, cuando se bombea frente a una descarga cerrada. Esto no causa daño a la bomba. Bombas centrifugas

18 Bombas centrifugas (continuación) Las bombas centrífugas son más baratas que las de presión positiva, más sencillas en su construcción y muy fiables. Así surgen las bombas centrífugas que fundamentalmente son máquinas de gran velocidad en comparación con las de movimiento alternativo, rotativas o de desplazamiento. Funciona a altas velocidades, acopladas directamente al motor de accionamiento, con lo que consigue que las pérdidas por transmisión sean mínimas.

19 Bombas centrifugas, conexión entre bombas En paralelo En serie

20 Características de las bombas Cuando dos bombas similares se conectan en serie, desarrollan una altura piezométrica aproximadamente igual a la suma de las alturas individuales, pero la tasa de flujo sería similar a la de única bomba. Si se conectan en paralelo, la tasa de flujo sería el doble de la una única bomba, pero la altura desarrollada sería la misma. Lewis, Propiedades físicas de los alimentos y de los sistemas de procesado

21 Bombas de hélice Las bombas de hélice se comportan en principio igual que las centrífugas, con la diferencia de que las presiones de trabajo son menores. En el esquema de la derecha (figura 11) se muestra un esquema simplificado de una bomba de hélice, o bombas axiales. La hélice al girar empuja el líquido hacia la salida. Estas bombas encuentran aplicación en aquellas situaciones en las cuales la bomba está sumergida, o por debajo del nivel del líquido a bombear y donde se necesiten grandes caudales de bombeo a bajas presiones.

22 Características generales de las bombas La mayoría de las bombas de presión positiva, son autocebantes y se llenan de líquido cuando se conectan. Las bombas centrífugas no necesitan llenarse con líquido antes de actuar. Es preferible instalar las bombas a nivel del suelo o por debajo del nivel del líquido que está siendo bombeado. Puede ser necesario un abastecimiento especial para cebar las bombas para hacer ascender un líquido situado por debajo del nivel de la bomba.

23 2, v 2, Z 2 1, v 1

24 Cavitación Se debe evitar un fenómeno conocido como cavitación. Ocurre cuando burbujas de gas o vapor presente en el líquido colapsan en la región de alta presión de alta presión de la bomba. Esto origina desgaste y daños mecánicos en las aspas. Se reconoce a menudo por el traqueo, la vibración y ruido excesivo provenientes de la bomba.

25 Aparecen burbujas por dos razones principales: Si la presión del líquido puede estar por debajo de la presión atmosférica y puede ser aspirado aire a través de junturas defectuosas. Cuando el liquido se encuentra en su temperatura de ebullición por lo que puede formar burbujas de vapor. Esta situación es mayor con fluidos calientes y disolventes orgánicos. La presencia de aire en las bombas centrifugas no sólo reducen el flujo sino que también airea el producto.

26 Los factores que afectan a la presión en la bomba b, v b, Z b a, v a Ecuación de bernouilli Si v a =0, Z a =0 y H=0, tenemos: = + - -

27 La presión local P b a la entrada de la bomba, o en cualquier lugar a lo largo de la zona de succión no sea menor de la presión de vapor saturado del líquido a la temperatura de operación. El tanque de alimentación esta a baja presión. Z a es negativa (es decir la bomba está por encima del nivel del líquido). La velocidad del flujo es muy alta. Las perdidas por rozamiento son elevadas.

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29 Cálculos de bombas Potencia hidráulica (W) = presión (P) x caudal (Q) x 100/ el rendimiento total

30 Caudal de la bomba Para calcular el caudal (Q), velocidad de giro de la bomba (n) y el volumen (v) puede ser expresado:

31 RENDIMIENTO-EFICIENCIAS En una bomba centrífuga el impulsor genera toda la carga. El resto de las partes no ayudan a aumentarla, sino que producen pérdidas inevitables, tanto hidráulicas como mecánicas. Todas las pérdidas que se originan entre los puntos donde se mide la presión de succión y descarga, constituyen las pérdidas hidráulicas. Estas incluyen pérdidas por fricción a lo largo de la trayectoria del líquido desde la bridas de succión hasta la de descargas; pérdidas debidas a cambio brusco, tanto en área como en dirección de flujo; y todas las pérdidas debidas a remolinos, cualquiera que sea su causa.

32 Las pérdidas mecánicas incluyen pérdidas de potencia en y la fricción en el disco. La última pérdida es de tipo hidráulico, pero se agrupa con las pérdidas mecánicas puesto que se produce fuera del flujo a través de la bomba y no ocasionas una pérdida de carga.

33 OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LAS BOMBAS Generalmente las bombas centrifugas se seleccionan para una capacidad y carga total determinadas cuando operen a su velocidad especificada. Estas características se conocen como condiciones es­pecificadas de servicio y, con pocas excepciones, representan las condiciones en las que la bomba operará la mayor parte del tiempo. La eficiencia de la bomba deberá ser la máxima para estas condiciones de servicio, y así se seleccionan las bombas siempre que es posible.

34 Se requiere que las bombas operen capacidades y cargas que difieren considerablemente de las condiciones especificadas. Son un ejemplo las aplicaciones para servicios de centrales de fuerza a vapor, en las que las bombas de alimentación de la caldera, de condensado y drenaje de calentadores pueden sujetarse a descargar a la caldera un flujo que puede variar de la capa­cidad total a cero, dependiendo de la carga que tiene en el momento el turbogenerador. Las bombas de circulación de condensado están sujetas a variaciones algo menores, pero, sin embargo, estas bombas pueden operar contra cargas totales muy variables y, por lo tanto, a distintas capacidades. Las bombas de servicio general en una gran variedad de aplicaciones también pueden sujetarse a operaciones con flujos muy variables.

35 CEBADO Las bombas centrifugas casi nunca de­ben arrancarse sino hasta que están bien cebadas, es decir, hasta que se han Llenado con el liquido bombeado y se ha es­capado todo el aire. Las excepciones son las bombas autocebantes y algunas ins­talaciones especiales de gran capacidad y baja carga y baja velocidad en las que no es práctico cebar antes de arrancar y el cebado es casi simultáneo con la arrancada.

36 CALENTAMIENTO Las bombas que manejan líquidos ca­lientes deberán mantenerse aproximadamente a la temperatura de operación cuando están inactivas. Un pequeño flu­jo constante a través de la bomba será suficiente para lograrlo. Hay muchas dis­posiciones disponibles para este procedi­miento de calentamiento. En algunos ca­sos, el flujo va de la succión abierta, por la bomba, y sale por una válvula de calen­tamiento en el lado de la bomba de la válvula de descarga. Los drenajes de la válvula se regresan al ciclo de bombeo en un punto de presión mas baja que la de succión de la bomba.


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