BOMBAS ROTATORIAS O ROTO ESTÁTICAS
El campo de aplicación de estas bombas es muy extenso. Se usan para
manejar gran variedad de líquidos; las hay en un amplio rango de capacidades, y
paro distintas presiones, viscosidades y temperaturas.
Aplicaciones
1.
Manejo de líquidos de cualquier viscosidad.
2.
Procesos químicos.
3.
Manejo de alimentos,
4.
Descargas marinas.
5.
Bombas para cargar carros tanque.
6.
Protección contra incendios.
7.
Transmisiones hidráulicas de potencia.
8.
Lubricación a presión.
9.
Pintura.
10. Enfriamiento para máquinas herramientas.
11. Bombeo de petróleo (líneas, oleoductos).
12. Bombas para quemadores de petróleo.
13. Refinerías.
14. Manejo de grasas.
15. Gases licuados (propano, butano, amoníaco, freón).
16. Aceites calientes.
Restricciones
1.
Los líquidos que contienen substancias abrasivas o
corrosivas pueden causar un desgaste prematuro en las partes con tolerancias
muy pequeñas.
2.
Estas bombas no se deben usar en instalaciones
donde pudieran quedarse girando en seco.
Ventajas
1.
Combinan las características de flujo constante de
las bombas centrífugas con el efecto positivo de las bombas reciprocantes.
2.
Pueden manejar líquidos densos o delgados, así como
líquidos que contengan aire o vapor.
3.
Pueden manejar líquidos altamente viscosos, lo que
ninguna otra bomba puede hacer.
4.
No
tienen válvulas.
CLASIFICACIÓN DÉLAS BOMBAS ROTATORIAS
Según el Instituto de Hidráulica, de Estados Unidos, las bombas se
clasifican en:
MATERIALES
Las bambas rotatorias se fabrican con diferentes metales y
aleaciones, según el servicio que van a dar. En las que manejan aceites
combustibles y lubricantes, la carcasa y los rotores, generalmente son de
hierro y las flechas de acero al carbono.
Los líquidos corrosivos requieren metales especiales, tales
como bronce, monel, níquel y varios aceros inoxidables o hules que tienen
ciertas limitaciones citadas a continuación.
Aceros
inoxidables. Las
partes de acero inoxidable tienen gran tendencia a pegarse cuando una gira muy
cerca de otra (Galling or seizing). Es necesario seleccionar aceros inoxidables
de diferente estructura y dureza para dichas partes. En general, no se
recomiendan bombas de acero inoxidable para líquidos de baja viscosidad.
Hules
o plásticos. Las
partes giratorias deben trabajar con sólo unas cuantas milésimas de pulgada de
claro. Muchos líquidos causan distorsiones, erosiones o agrandamientos de las
piezas, lo que impide el correcto funcionamiento de la bomba.
Bronce. Para los elementos girantes, se debe
tener cuidado de no seleccionar metales con coeficientes de dilatación mayores
que el de la carcasa de la bomba. Por ejemplo, el bronce se expande más que el
hierro y el acero. Por tanto, la combinación de dichos metales no es adecuada
para temperaturas altas.
Acero. El acero tiende a pegarse, por lo que
no deberá usarse para líquidos no lubricantes (baja viscosidad).
Hierro. A altas temperaturas pueden ocurrir
fracturas, al producirse un enfriamiento. Se recomienda usar acero para
líquidos a temperaturas > 450°F.
FUNCIONAMIENTO DE
LAS BOMBAS ROTATORIAS
Desplazamiento. El desplazamiento es la cantidad
teórica de líquido que los elementos giratorios pueden desplazar sin carga o
presión. En una bomba de engranes, por ejemplo, el desplazamiento es la suma de
los volúmenes existentes entre los dientes.
Deslizamiento. (Slip)
Es la cantidad de líquido que regresa de la descarga a la succión, a través de
los claros que existen entre los dientes y entre la pared lateral de los
engranes y la carcasa.
Gasto. El
gasto de la bomba es la cantidad real del líquido que sale de ella, y es igual
al desplazamiento de la bomba menos el retorno o recirculación. Teóricamente,
el desplazamiento es una línea recta. En la práctica se produce un pequeño
retomo.
El retorno es directamente proporcional a la presión de
descarga e inversamente proporcional a la viscosidad del líquido. El retorno no
varía con la velocidad de la bomba.
La curva Q y el desplazamiento tienden a unirse cuando
aumenta la viscosidad, y en una bomba de engranes para líquidos con viscosidad
> 5,000 SSU casi son iguales.
El efecto del claro en el retorno o recirculación puede
apreciarse más cuantitativamente si usamos de siguiente fórmula:
Qt = Flujo a través del claro.
∆ρ = Presión diferencial (Pd-Pa).
b =Ancho de la trayectoria.
d =Claro.
µ =Viscosidad
absoluta.
l
=Longitud de- la trayectoria.
Se puede notar que el flujo Qt varía con el cubo del claro. Por ejemplo,
si el claro aumenta al doble, el flujo de retomo aumentará 8 veces.
Potencia. En una gráfica, la variación de la
potencia tiene la forma de una línea recta. Para p = 0 existen perdidas de fricción.
Al aumentar la presión aumenta la potencia al freno requerida. Esta depende de
la presión y la viscosidad.
Eficiencia. La eficiencia de la bomba varía según
el diseño de la misma, la viscosidad y otros factores. En general es mayor para
bombas de alta presión.
Las bombas rotatorias pueden tener eficiencias muy altas
tales como 80-85%, cuando manejan líquidos de viscosidad relativamente alta
(10-15,000 SSU). Por lo general, cuando aumenta la viscosidad, la eficiencia
tiende a disminuir, pero se pueden obtener eficiencias altas, si se selecciona
correctamente el equipo.
Engranes. Los engranes de las bombas pueden ser helicoidales
(Spur) o tipo de espina de pescado (Herringbone). Los primeros generalmente se
usan en bombas de altas presiones que manejan líquidos delgados, o substancias
altamente viscosas a velocidades muy bajas. Sin embargo, debe tenerse cuidado
con este tipo de dientes, ya que hay un punto de claro mínimo donde se producen
presiones locales muy altas que pueden acelerar el deterioro completo del
material. Para evitarlo, algunas veces se ponen alivios en las tapas laterales.
Para presiones moderadas es más aconsejable el engrane
helicoidal, ya que elimina el problema anterior al tener un arco de llenado de
los dientes en el lado de succión.
A fin de eliminar el empuje axial y conservar la ventaja del
engrane helicoidal, se ha difundido el uso de engranes herringbone, en los
cuales el acabado de la punta es de extrema importancia. Los rotores pueden
cortarse de 6 ó 7 dientes, y hasta 11 engranes se consideran adecuados. El
ángulo de presión varía entre 20° y 28°.
El diseño del engrane debe ser hidráulica y mecánicamente
apropiado. Para el diámetro y la longitud deberá tomarse en cuenta el gasto que
se necesita. Por otra parte, una longitud muy grande puede afectar los claros. Acerca
de la rotación se ha discutido mucho y aun cuando se ha encontrado que el ápice
hacia atrás es ligeramente mejor, puede considerarse que un par de engranes
Herringbone puede girar en ambas direcciones.
Sin embargo, las bombas de engranes tienen una dirección de
rotación determinada, en virtud de que se coloca un tapón para crear una
circulación forzada del aceite. Por tanto, si se quiere cambiar la rotación
deberá modificarse la colocación de dicho tapón.
Baleros. En muchas bombas de engranes sus
baleros son lubricados por el mismo líquido que se maneja; sí éste es aceite,
se tiene un excelente lubricante.
En aquellos casos en que el líquido no tenga esta propiedad,
se tendrán que usar bombas can baleros exteriores, pero este caso es raro, ya
que sabemos que para los elementos internos de las máquinas rotatorias se
necesitan substancias lubricantes a fin de que no se peguen los metales.
Los baleros generalmente son de rodillo, por tres razones:
a)
La carga es únicamente radial.
b)
Estos baleros son fáciles de instalar.
c) Las cargas son grandes.
La carga hidráulica se suele calcular como la diferencia de
presiones que existe entre descarga y succión, multiplicada por el área
proyectada.
BOMBAS
Bomba
de rotor simple. Una bomba de rotor simple es aquella en la cual todos los
elementos que giran lo hacen con respecto a un solo eje.
Bomba
de rotores múltiples.
Una bomba de rotores múltiples es
aquélla en la cual los elementos que giran lo hacen con respecto a uno o más
ejes.
Bombas de aspas. En este tipo de bomba las aspas pueden
ser rectas, curvas, tipo rodillo, tipo cangilón, y pueden estar ubicadas en el
rotor o en el estator, y funcionan con fuerza hidráulica radial. El rotor puede
ser balanceado o desbalanceado, y el desplazamiento es constante o variable. La
Fig. 126 ilustra una bomba con rotor desbalanceado de desplazamiento constante,
con las aspas en el rotor. La Fig. 127 muestra otra, también desbalanceada y de
desplazamiento constante, pero con aspas en el estator.
Bemba
de pistón. En este tipo el fluido entra y sale
impulsado por pistones, los cuales trabajan recíprocamente dentro de los
cilindros; las válvulas funcionan por rotación de los pistones y cilindros con
relación a los puntos de entrada y salida. Los cilindros pueden estar colocados
axial o radialmente, y pueden trabajar con desplazamientos constantes o
variables, la Fig. 128 ilustra una bomba axial con desplazamiento constante del pistón. Las bombas de pistón son utilizadas generalmente en la industria por su
alto rendimiento y por la facilidad de poder trabajar a presiones superiores
2000 lb/plg2 y tienen una eficiencia volumétrica aproximadamente de 95 a 98%.
Debido a la gran variedad de las bombas de pistón, estas pueden clasificarse
como:
Bombas
de pistón circunferencial
(Fig. 160). Tiene el mismo principio de
operación que las de engrane, pero aquí cada rotor debe trabajar accionado por
medios diferentes.
Bombas
de miembros flexibles.
En éstas el bombeo del fluido y la
acción de sellado dependen de la elasticidad de los miembros flexibles, que
pueden ser un tubo, una corona de aspas o una camisa, cuyos ejemplos se
ilustran en las figuras 129, 130 y 131, respectivamente.
Bombas
de lóbulos. En
estas bombas el líquido se desplaza atrapado en los lóbulos, desde la entrada
hasta la salida. Los lóbulos efectúan además la labor de sellado. Los rotores
deben girar sincronizadamente. La figura 132 muestra una bomba de un lóbulo y
la 133 una de tres lóbulos.
Bombas
de engranes. En
este tipo el líquido es conducido entre los dientes de los engranes, que sirven
también como superficies de sello, en la carcasa de la bomba. Las hay de
engranes externos, que pueden ser rectos, helicoidales simples o dobles como el
tipo espina de pescado (Herringbone). Los engranes internos tienen un solo
rotor que engrana con uno externo. La Fig. 134 muestra una bomba con engranes
exteriores rectos. En las 135 y 136 aparecen bombas de engranes internos con y
sin partición.
Bomba de tornillo simple.
(Figs. 138 y 139) El tomillo desplaza
axialmente el líquido a lo largo de una coraza en forma de gusano. Tiene el
inconveniente de poseer un alto empuje axial. La Fig. 139 muestra otro tipo de
accionamiento a base de una rueda dentada.
Bomba
de tornillo múltiple.
(Figs. 140 y 141) El fluido es transportado
axialmente por los lomillos. En vez de un estator, cada tomillo trabaja en
contacto con el otro, que puede ser el motriz o el conducido. En estos diseños
se reduce el empuje axial.
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