UNIDAD 3. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Presenta: Daniel Romano Hernández.

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1 UNIDAD 3. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Presenta: Daniel Romano Hernández

2 Son los elementos destinados a transformar la energía mecánica en hidráulica. Suministran la misma cantidad de fluido en cada ciclo o revolución del elemento de bombeo, independiente de la presión que encuentre el liquido a su salida.

3 Consiste en el movimiento de un fluido causado por la disminución del volumen de una cámara. 1: entrada del fluido 2: engranes 3: salida del fluido 4: cámara de disminución de volumen 5: carcasa A: aspiración B: emisión 1: cilindro 2: entrada del fluido 3: válvula de entrada 4: embolo 5: válvula de salida 6: salida del fluido

4 a) Las de pistón o reciprocas, que desplazan el liquido por la acción de un émbolo o pistón con movimiento rectilíneo alternativo, o con movimiento de oscilación. b) Las rotatorias, en las cuales, el desplazamiento se logra por el movimiento de rotación de los elementos de la bomba.

5 El funcionamiento de una bomba reciproca depende del llenado y vaciado sucesivo de receptáculos de volumen fijo, para lo cual cierta cantidad de fluido es obligada a entrar al cuerpo de la bomba en donde queda encerrada momentáneamente, para después ser forzada a salir por la tubería de descarga. Principio de funcionamiento de bomba de pistones axiales Componentes de una bomba de diafragma

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7 Las bombas rotatorias son unidades de desplazamiento positivo, que consisten en una caja fija que contiene engranes, aspas u otros dispositivos que rotan, y que actúan sobre el líquido atrapándolo en pequeños volúmenes entre las paredes de la caja y el dispositivo que rota, desplazando de este modo el líquido de manera similar a como lo hace el pistón de una bomba reciproca. Bomba de engranes internosBomba de lóbulos

8 Su caudal va de 1 a 600 l/min. Su presión varía de 15 a 175 kg/cm2 (presión de punta hasta 200 kg/cm2). Su velocidad va de 500 a 3000 rpm. Tienen una construcción simple. Cojinetes externos que facilitan el mantenimiento. Estas bombas pueden llegar a dar un 93% de rendimiento volumétrico. En este tipo de bombas hay, entre los dos engranajes, una pieza de separación en forma de media luna (semiluna). La estanqueidad se consigue entre el extremo de los dientes y la semiluna. Los dientes de los engranajes se entrelazan, reduciendo el volumen de la cámara y forzando al fluido a salir de la bomba. Poseen un desgaste menor por la reducida relación de velocidad existente. Son utilizadas en caudales pequeños y menor presión.

9 Bomba de engranes externosBomba de engranes internos

10 Bomba de paletas Bomba de lóbulos

11 Caudal teórico. Es el volumen de fluido desplazado en una revolución por tanto el caudal teórico será: Q=Vn Donde: Q -Caudal teórico de las bombas reciprocantes (m3 /s). V -volumen desplazado en una revolución (m3 ). n -rpm del cigüeñal. Caudal real. Es menor que el teórico, a causa de las fugas debidas a: retraso de cierre en las válvulas y a las pérdidas exteriores en el prensaestopas por donde el eje atraviesa el émbolo. Además, el aire mezclado con el líquido impulsado que se desprende a causa del vacío creado por la bomba, y que penetra por el tubo de aspiración, si no es estanco, disminuye el caudal. Caudal instantáneo. El caudal o gasto que saldrá por la tubería de descarga es bastante variable; tiene un valor de cero durante toda la carrera de succión y aumenta a un máximo durante la carrera de descarga. No es constante como en las bombas rotodinámicas, lo que constituye una desventaja, sino pulsante. Y viene dado por la siguiente fórmula: Qi=ASn/60 Donde: A -área transversal del émbolo. S -carrera (m, SI). n -rpm del cigüeñal.

12 Potencia interior. El trabajo del émbolo de la bomba de simple efecto en una vuelta del árbol será la presión indicada por el volumen desplazado y la potencia interior o indicada de un cilindro es: Pi=p1ASn/60 Donde: p1 –presión ejercida sobre el embolo A -área transversal del émbolo S -carrera n -rpm del cigüeñal. Para las bombas de doble efecto y de émbolos múltiples la potencia interior se calcula como la suma de las potencias interiores de los cilindros por separado. Potencia útil. La potencia útil se puede determinar conociendo la carga útil, el caudal y la naturaleza del líquido a manipular, por la expresión siguiente: P=γQ Donde: γ -peso específico del fluido Q -Caudal H -carga útil

13 El diagrama del indicador es la representación gráfica de la variación de presión en el cilindro de trabajo de una bomba, durante una revolución completa del cigüeñal. Este diagrama permite descubrir defectos de funcionamiento en la bomba, al tiempo que mide la potencia interna o indicada. Diagrama del indicador de una bomba de embolo

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17 Desplazamient o positivo DE LÓBULO O ÁLABE DE ENGRANES DE CAVIDAD PROGRESIVA DE TORNILLO DE PALETA ROTATORIAS

18  Las bombas rotatorias que generalmente son unidades de desplazamiento positivo, consisten de una caja fija que contiene engranes, aspas, pistones, levas, segmentos, tornillos, etc., que operan con un claro mínimo. En lugar de "aventar" el liquido como en una bomba centrifuga y a diferencia de una bomba de pistón, 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 sólo. Pueden manejar casi cualquier liquido que esté libre de sólidos abrasivos. Incluso puede existir la presencia de sólidos duros en el liquido si una chaqueta de vapor alrededor de la caja de la bomba los puede mantener en condición fluida

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20  Éstas constituyen el tipo rotatorio más simple. Conforme los dientes de los engranes se separan en el lado el líquido llena el espacio, entre ellos. Éste se conduce en trayectoria circular hacia afuera y es exprimido al engranar nuevamente los dientes. Los engranes pueden tener dientes simples, dobles, o de involuta.

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23 Estas bombas se caracterizan por tener un rotor con paletas planas deslizantes radialmente en él. Dicho rotor gira excéntrico dentro de una carcasa circular. Una porción de fluido atrapada en la zona de entrada entre dos paletas consecutivas y las tapas laterales es conducida hacia la boca de descarga de la bomba, que suele ser colineal con la boca de entrada.

24 La mayoría de las bombas de paletas deslizantes son de una cámara. Estas máquinas son de gran velocidad, de capacidades pequeñas o moderadas y sirven para fluidos poco viscosos. Según la forma de la caja hay también bombas de paletas deslizantes de doble o triple cámara. http://infmk2013amarcosjuarezcontre ras133.blogspot.mx/2014_10_01_arch ive.html Bombas pesadas de paleta deslizante Se trata de una bomba esencialmente lenta, para líquidos muy viscosos. Tiene una sola paleta que abarca todo el diámetro.

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26  Una bomba de tornillo es un tipo de bomba hidráulica considerada de desplazamiento positivo, que se diferencia de las habituales, más conocidas como bombas centrífugas. Esta bomba utiliza un tornillo helicoidal excéntrico que se mueve dentro de una camisa y hace fluir el líquido entre el tornillo y la camisa.  Está específicamente indicada para bombear fluidos viscosos, con altos contenidos de sólidos, que no necesiten removerse o que formen espumas si se agitan. Como la bomba de tornillo desplaza el líquido, este no sufre movimientos bruscos, pudiendo incluso bombear uvas enteras.  Este tipo de bombas son ampliamente utilizadas en la industria petrolera a nivel mundial, para el bombeo de crudos altamente viscosos y con contenidos apreciables de sólidos. Nuevos desarrollos de estas bombas permiten el bombeo multifásico.

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29  Éstas se asemejan a las bombas del tipo de engranes en su forma de acción, tienen dos o más rotores cortados con tres, cuatro, o más lóbulos en cada rotor. Los rotores se Sincronizan para obtener una rotación positiva por medio de engranes externos, Debido a que el líquido se descarga en un número más reducido de cantidades mayores que en el caso de la bomba de engranes, el flujo del tipo lobular no es tan constante como en la bomba del tipo de engranes. Existen también combinaciones de bombas de engrane y lóbulo.

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36 Desplazamient o positivo DE DIAFRAGMA DE INMERSIÓN DE PISTON RECIPROCAN TES

37 Una bomba reciprocante es de desplazamiento positivo, es decir, reciben un volumen fijo de liquido en condiciones de succión, lo comprime a la presión de descarga y lo expulsa por la válvula de descarga. En estas bombas se logra por el movimiento alternativo de un pistón, embolo o de diafragma. Las bombas reciprocantes no son cinéticas como las centrifugas y no requieren velocidad para producir presión, pues se puede obtener presiones altas a bajas velocidades.

38 Las Bombas de Pistones son unidades que usan el principio de las bombas oscilantes para producir caudal. Se trata de pistones (similares a los de las bombas alternativas) en los que el movimiento de vaivén se consigue mecánicamente a partir de un movimiento rotativo del eje. Estas bombas disponen de varios conjuntos pistón-cilindro de forma que mientras unos pistones están aspirando líquido, otros lo están impulsando, consiguiendo así un flujo menos pulsante, siendo más continuo cuantos más pistones haya en la bomba. Al igual que las bombas oscilantes, el líquido pasa al interior del cilindro en su carrera de expansión y posteriormente es expulsado en su carrera de compresión, produciendo así el caudal.

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40 de doble efecto

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42  Las bombas de diafragma son un tipo de bombas de desplazamiento positivo, generalmente alternativo, en la que el aumento de presión se realiza por el empuje de unas paredes elásticas que varían el volumen de la cámara, aumentándolo y disminuyéndolo alternativamente Este tipo de bombas ofrecen ciertas ventajas frente a otros, ya que no poseen cierres mecánicos ni empaquetaduras que son las principales causas de rotura de los equipos de bombeo en condiciones severas.

43  En este problema se despreciaran las perdidas y el rozamiento. Una bomba de embolo de agua de doble efecto tiene un embolo de 250 mm de diámetro. El diámetro del vástago del embolo es de 50 mm y sobresale por una parte solamente. A carrera es de 375 mm y la velocidad de giro del cigüeñal es de 60 rpm. La presión negativa de aspiración es de 4.5 m c.a y la impulsión 18 m c.a. Calcular: a) La fuerza que se requiere para mover el émbolo en las carreras de ida y de vuelta; b) El caudal de la bomba; c) La potencia absorbida por la bomba. DATOS: D=250 mm, d=50 mm, s= 375 mm, n= 60 rpm, Pa= 4.5 m c.a, P ί = 18 m c.a

44  Área transversal del embolo, A= = =0.04906 Área transversal del vástago, a= = = 0.001963 Presión de aspiración (negativa), Pa = 4.5 m c.a. = 4500 kg/ Presión de impulsión, P ί = 18000 kg/ Al despreciarse el rozamiento del embolo con las paredes del cilindro, se tendrá: a) Fuerza que se requiere para mover el embolo en la carrera de ida, F1: Para la aspiración, F1a = Pa*A= 4500 *0.04906 = 220.8 kg Para la impulsión, F1 ί = P ί (A-a) = 18000(0.04906 – 0.001963) = 847.8 kg Por tanto F1= F1a+ F1 ί = 220.8 kg + 847.8 kg = 1069 kg Fuerza que se requiere para mover el embolo en la carrera de vuelta, F2: Para la aspiración, F2a = Pa (A-a)= 4500*(0.04906 – 0.001963) = 211.9 kg Para la impulsión, F2 ί = P ί *A= 18000*0.04906 = 883.1kg Por tanto F2= F2a+ F2 ί = 211.9 kg + 883.1 kg = 1095 kg b) Caudal de la bomba Q: Caudal en la carrera de ida, Q1: Q1= Asn/60= (0.04906 * 0.357*60)/60 = 0.01831 Caudal en la carrera de vuelta, Q2: Q2= Asn/60= (0.04906 – 0.001963)*375*60)/60 = 0.01766 Por tanto Q= Q1+Q2= 0.01831 + 0.01766 = 35.961 l/seg c) Potencia absorbida por la bomba Al no haber perdidas, la potencia absorbida será igual a la potencia útil. Para calcularla, se calculará primero la altura manométrica por la siguiente ecuación, válida para las bombas de embolo: Hm= - = 18 – (-4.5) = 22.5 m c.a. Y luego se aplica la siguiente ecuación: Na= Nu= = = 10.79 CV