Bombas

Tecnología. Tipología. Industria. Componentes. Instalación, operación y mantenimiento

  • Enviado por: Alfonso Hernandez Lopez
  • Idioma: castellano
  • País: México México
  • 54 páginas

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'Bombas'

INSTITUTO TECNOLÓGICO

DE VERACRUZ

Materia: Maquinas de fluidos

incomprensibles

Ing. Francisco Vázquez Reta

Trabajo:

Bombas y su clasificación

Alumno:

Hernández López Alfonso de Jesús

No. De control: 02021108

Calificación:

_______________

H. Veracruz, Ver. A 3 de octubre de 2005


INTRODUCCIÓN

Las bombas son de gran importancia en el trasiego de fluidos, debido a su capacidad de producir vacío, con lo cual se puede empujar el fluido hacia donde se desee transportar. Existe una infinidad de bombas las cuales tienen distintas funciones, todo depende del tipo de fluido de la temperatura a la cual se va a transportar y la presión que se soportará.

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.

Una bomba o una máquina soplante centrífuga consta esencialmente de uno o más rodetes provistos de álabes, montados sobre un árbol giratorio y cerrados en el interior de una cámara de presión denominada cubierta

PRINCIPIO Y CLASIFICACION.

  Un equipo de bombeo es un transformador de energía, mecánica que puede proceder de un motor eléctrico, térmico, etc. Y la convierte en energía, que un fluido adquiere en forma de presión, de posición y de velocidad.

Así se tendrán bombas que funcionen para cambiar la posición de un cierto fluido. Por ejemplo la bomba de pozo profundo, que adiciona energía para que el agua del subsuelo se eleve a la superficie.

Un ejemplo de bombas que adicionan energía de presión sería una bomba en un oleoducto, en donde las cotas de altura así como los diámetros de tuberías y consecuentemente las velocidades fuesen iguales, en tanto que la presión fuesen iguales, en tanto que la presión fuese incrementada para poder vencer las perdidas de fricción que se tuviesen en la conducción.

Existen bombas que trabajan con presiones y alturas iguales que únicamente adicionan energía de velocidad. Sin embargo a este respecto hay muchas confusiones en los términos presión y velocidad por la acepción que llevan implícita de las expresiones fuerza-tiempo. En la mayoría de las aplicaciones de energía conferida por la bomba es una mezcla de las tres. Las cuales se comportan de acuerdo con las ecuaciones fundamentales de la mecánica de fluidos.

Lo inverso a lo que sucede en una bomba se tiene en una máquina llamada comúnmente turbina, la cual transforma la energía de un fluido> en sus diferentes componentes citadas en energía mecánica.

Para una mayor claridad, buscando una analogía con las máquinas eléctricas, y para el caso específico del agua, una bomba sería un generador hidráulico, en tanto que una turbina sería un motor hidráulico.

Normalmente un generador hidráulico (bomba) es accionado por un motor eléc­trico, térmico, etc. mientras que un motor hidráulico (turbina) acciona un gene­rador eléctrico.

Tratándose de fluidos compresibles el generador suele llamarse compresor y el motor puede ser una turbina de aire, gas o simplemente un motor térmico.

Antes de conocer los fundamentos de operación de las bombas es necesario distinguir las diferentes clases de bombas que existen, y para esto la clasificación dada por el “Hidraulic Institute” de E.U.A. (1984) parece ser la más adecuada.

Existe una diversidad de clasificación de bombas que ocasionalmente puede causar confusión al intentar ubicarlas dentro de un cierto tipo, clave u otra distinción, sin embargo la más adecuada para propósitos de este trabajo es la proporcionada por el instituto de Hidráulica de los.E.U.U.

Esta clasificación toma en cuenta la forma cómo el fluido se desplaza dentro de los elementos de la bomba, así para aquellos en los que el fluido se desplaza a presión dentro de una carcasa cerrada, como resultados del movimiento suavizada de un pistón o embolo, se le denomina “bombas de desplazamiento positivo”, mientras que las bombas en las cuales el fluido es desplazado por el movimiento circular de uno o varios impulsores provistos de alabe, se les denomina “Bombas Centrifugas” y es en el presente trabajo a estas últimas a las que se hará referencia.

La clasificación anterior parece ser la más adecuada sin embargo, puede ser útil conocer dentro de esta clasificación algunas características o situaciones que ayudara a seleccionar la bomba más adecuada. Si por ejemplo estás pueden ser clasificadas de la siguiente manera; según el sistema donde funcionarán o la forma física de ella. Para la primera clasificación que es conocer el sistema donde la bomba tendrá su funcionamiento.

Consiste en saber si la bomba succionara del recipiente y con alturas variables o si la bomba se instalará en un sumidero o en una fosa. Así mismo en necesario el liquido que la bomba manejará: si con volátiles, viscosos, calientes o pasta

  s aguadas, que así se manejará el concepto de densidad y partículas que la bomba pueda impulsar.

Respecto a la forma física de la bomba se debe tener en cuenta que existen bombas de eje horizontal o vertical, ambas de empujes centros o de desplazamiento positivo, baja o alta velocidad , también la especificación de los materiales deben ser compatibles con los líquidos que se bombearán.

Una practica común es definir la capacidad de una bomba con el número adimensional llamado velocidad específca.

CLASIFICACION DE BOMBAS

'Bombas'

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Las bombas de desplazamiento se suelen dividir en cuatro clases generales: 1) de potencia reciprocante, 2) de vapor 3) rotatorias y 4) sin pistones. Una bomba de potencia es una bomba reciprocante impulsada por una fuente de energía externa aplicada al cigüeñal de la bomba. una bomba de vapor es una bomba reciprocante y una máquina de vapor construi­das como una sola unidad. la potencia para accionar la bomba la suministra la máquina de vapor. una bomba rotatoria es una bomba de desplazamiento positivo y consta de una carcasa fija en la cual están alojados engranes, excéntricas, tornillos, paletas, émbolos buzo o elementos similares, accionados por la rotación del árbol impulsor. Estas bombas se caracterizan por sus ajus­tadas holguras de funcionamiento y por la ausencia de válvulas de succión y de descarga. Frecuentemente, las bombas rotatorias sólo se lubrican con el fluido que se bombea. En las bombas sin pistones se utiliza la presión directa de aire, gas o vapor sobre el fluido que se bombea.

Bombas de potencia reciprocantes

Las bombas de potencia son máquinas de desplazamiento positivo que, a una velocidad constante entregan esencial­mente la misma capacidad a cualquier presión dentro de la capacidad del impulsor y la resistencia mecánica de la bomba. La alta eficiencia inherente de estas bombas es casi inde­pendiente de la presión y la capacidad, y sólo es un poco más baja en una bomba pequeña que en una grande. Por ello, la bomba de potencia es de gran utilidad en donde se requieren alta presión y baja capacidad, donde su alta eficiencia compensa con creces su alto costo inicial. En algunas aplicaciones, la entrega constante con presión variable es una ventaja definida, ya que esta bomba de potencia también puede actuar como dispositivo dosificador. En algunas aplicaciones, esto crea un problema de control que debe resolverse si se varía la velocidad, se deriva a velocidad constante, o se carga y descarga la bomba en forma intermitente. Muchas bombas de potencia se disponen para poder cambiar con facilidad el tamaño del pistón o émbolo buzo, con lo cual se tiene una bomba adaptable para un considerable rango de presiones, en que la capacidad varía inversamente con la presión a una salida constante de potencia hidráulica. Las bombas de potencia se encuentran con dos, tres, cinco, siete y nueve émbolos y de acuerdo a esto se les llama dúplex. tríplex, quíntuplex, séptuplex y nónuplex respectivamente.

'Bombas'

Extremo tipico del fluido.

Bombas verticales de potencia. Se construyen con ex­tremos de potencia totalmente encerrados y autolubricados, protegidos en forma eficaz contra infiltración de fluido bom­beado o la entrada de polvo de la atmósfera circundante. Las velocidades del émbolo buzo hasta de 400 pie/min. (20 m/s), en las bombas de carrera corta con velocidades de rotación de 300 a 720 rpm. , permiten la conexión directa con el impulsor o con una transmisión de reducción sencilla, en lugar de las transmisiones de doble reducción que se suelen requerir con bombas antiguas de baja velocidad. En la figura se ilustra una bomba invertida, típica, de 50 a 1500 bhp (37 a 1100 kW). El múltiple de succión (1) se comunica con las válvulas de succión (2) que dirigen el flujo hacia las cámaras individuales de los émbolos dentro del cilindro de trabajo (3). Válvulas similares de descarga (4), están alojadas en forma parcial en el múltiple de descarga (5) en el lado opuesto del cilindro. El prensaestopas (6) se extiende hacia arriba desde el cilindro y aloja el émbolo buzo (7), la empaquetadura del embolo (8) y los bujes de alineación (9). El collarín de prensaestopas (10) Y las tuercas y pernos del prensaestopas (11 y 12) mantienen a éste en su lugar. El émbolo está conectado a la cruceta superior y este conjunto, a su vez, se conecta a las crucetas del extremo de potencia (15) mediante varillas de tracción. El extremo de potencia está autoconteni­do y protegido contra la contaminación del aceite por medio de tapas de acceso con juntas (17) Y los tubos telescópicos (18) que rodean las varillas de tracción. La cruceta está conectada a las bielas (19) por medio del pasador de articula­ción (20). La biela traslada el movimiento rotatorio del cigüe­ñal (21) hacia el movimiento reciprocante de la cruceta y los émbolos buzos. El cigüeñal está soportado por cojinetes de rodillos o de manguito (22) y todas las piezas del extremo de potencia se lubrican a presión por conductos taladrados en el cigüeñal, las bielas y las crucetas.

El diseño de la bomba convencional de potencia, incluye barrenos que se intersecan, en donde el barreno del émbolo buzo entra al paso entre las válvulas de succión y de descarga. Esta configuración conduce concentraciones de esfuerzos en los cilindros de trabajo, lo cual limita la presión máxima permisible de trabajo hasta aproximadamente 20lb/pulg2 (138 MPa), incluso con piezas forjadas de alta resis­tencia. Debido a estas cargas tan pesadas, el cigüeñal está soportado por cojinetes principales en cada lado del muñón con la chumacera formada sobre las caras o almas del cigüe­ñal. (Fig. 1)

Es posible encontrar estas bombas con diámetros diver­sos de émbolos y, con varios émbolos para cubrir amplios rangos de cilindradas, con carreras desde 2 ½ a 9 pulg (64 a 229 mm). Se utilizan prensaestopas separados para permitir el empleo de émbolos de diversos tamaños para cada cilindro de trabajo. Para presiones altas, los cilindros están secciona­dos con uno, dos o tres émbolos por cada pieza forjada del cilindro de trabajo. Se debe tener en cuenta que las únicas piezas del extremo de potencia que están cargadas a tensión son los pernos de los cojinetes principales, las bielas y las varillas de tracción. La fuerza del émbolo oprime el cilindro de trabajo contra la parte superior del bastidor, que de esta manera queda cargado a compresión.

Las bombas de potencia horizontales se fabrican también en un rango semejante de tamaños para aproximadamente la misma velocidad con cilindros de fluido fundidos y forjados. Se encuentran como bombas tríplex y quíntu­plex con émbolos de simple acción. Éstos están conectados en forma directa a las crucetas en el extremo de potencia con el prensaestopas entre el cilindro y el bastidor, con lo cual se elimina el yugo y las varillas de tracción características de la bomba vertical invertida. Las bombas de este tipo se emplean para inundaciones y para extraer agua salada en los campos petrolíferos, para la tubería de recolección y de producto, y en sistemas hidráulicos pequeños y pruebas hidráulicas. El extremo horizontal de potencia suele ser de autolubricación; con un arrojador (1) que se sumerge en el aceite y lo lleva hasta un sistema de distribución desde donde fluye por gravedad a todas las piezas móviles. Sin embargo, las bombas horizontales que funcionan a velocidades menores de 165 r/min requieren un sistema de lubricación a presión, similar al que se emplea en las bombas verticales.

'Bombas'

Bomba triplex horizontal

Tabla 1

Capacidades nominales tiplcas de bombas de potencia (especiales) tríplex, horizontales

Carrera,pulg

2 ½

3

4

5

6

mm

64

76

102

127

152

r/min

690

530

420

360

300

bhp

28

60

100

150

300

kW

21

44

74

110

220

Eficiencia, %

85

86

87

88

90

Las bombas de potencia de pistón horizontal son otro tipo de bomba reciprocante que se ilustran en la figura 3. Esta bomba suele funcionar a velocidades que van de 50 a 200 r/min. Las unidades construidas con engranes de una sola reducción encerradas en el cárter tienen el árbol del piñón y el cigüeñal montados en cojinetes de rodillos o antifricción; y en algunos diseños se emplean cojinetes de rodillos en los dos extremos de las bielas. En algunos diseños se emplean cojinetes de manguito, pero sin engranaje interno. El cilin­dro de líquido, con pistón de "vaso lateral", está equipado con camisas y pistones fáciles de quitar, con lo cual se pueden lograr diversas presiones y capacidad de la bomba con el cambio de tamaño de las camisas y pistones. Estos tipos de bombas utilizan pistones de acción simple y doble.

Para servicio general, se emplea la bomba horizontal de pistón en tamaños de 10 a 100 hp (7.4 a 74 kW) con presiones hasta de 1000 lb/pulg2 (6.9 MPa).En el servicio para los campos petrolíferos, a estas unidades las llaman bombas para Iodos, y se emplean para ayudar a la perforación de pozos. Se construyen en tamaños de 100 a 1750 bhp (74 a 1310 kW) con presiones hasta de 5000 lb/pulg2 (34.5 MPa).

'Bombas'

Bomba horizontal de piston.

Bombas para presión muy alta. Conforme aumentan sustancial mente las presiones por arriba de 15 000 a 20 000 lb/pulg2 (104 a 138 MPa), hay que reducir de modo drástico la velocidad del pistón o émbolo a fin de obtener una duración aceptable de la empaquetadura y disminuir el número de inversiones de presión y esfuerzos cíclicos que favorecen las fallas por fatiga.

Esto conduce a cargas y tamaños de émbolos que hacen imprácticas las bombas impulsadas por cigüeñal, debido al gran tamaño, alto par motor, baja velocidad y empuje lateral sobre las crucetas. El intensificador de simple acción se ha utilizado hace mucho tiempo para producir pre­siones altas en extremo con fines de investigación a escala de laboratorio. Con base en el principio del intensificador, se pueden impulsar bombas de dos y de cuatro émbolos mediante cilindros hidráulicos de aceite de doble acción para presiones de 10 000 a 200 000 lb/pulg2 (69 a 1380 MPa). En la figura 4 se presenta una sección a través de uno de los extremos de una bomba de este tipo con la construcción compound utilizada para presiones de más de 50000 lb/pulg2 (345 MPa).

El cilindro impulsor o de baja presión es un cilindro hidráu­lico convencional de doble acción, con dimensiones para desarrollar el empuje deseado con una presión del aceite de no más de 2000 Ib/pulg2 (13.9 MPa). Se utilizan cuatro tama­ños diferentes de cilindros de aceite para abarcar un rango de 15 a 100 hp (11 a 75 kW) y cada uno se ajusta a tamaños de émbolos y cilindros de fluido adecuados para cubrir el rango deseado de presiones, con las capacidades correspondientes. Se utilizan interruptores limitadores eléctricos y control de fluido para controlar las válvulas inversoras hidráulicas co­nectadas a los cilindros del aceite.

La disposición en línea de estas bombas minimiza el em­puje lateral, y los cilindros sencillos simétricos aseguran la distribución favorable del esfuerzo, tan importante con altas cargas de trabajo. El choque hidráulico queda eliminado casi por completo con la elevación controlada de presión que se puede lograr con la impulsión hidráulica, lo cual ayuda a tener mayor duración incluso con presiones muy altas. La carencia casi completa de efectos de inercia en la bomba de alta presión, hace que esta bomba sea muy sensible a los controles, y contribuya a la seguridad de la operación.

'Bombas'

bomba de presion muy alta

Las bombas de potencia de capacidad variable se emplean en aplicaciones donde se requiere un gasto variable de fluido. El gasto variable se puede lograr 1) al variar la velocidad de la bomba; 2) al derivar la salida de la bomba de regreso hacia los sistemas de succión o, 3) al variar la longitud de la carrera de la bomba. Las velocidades de la bomba se pueden modifi­car con el uso de transmisiones de velocidad variable.

En la figura se ilustra un sistema de descarga de válvula de succión sincronizada, utilizado en los sistemas hidráulicos del tipo acumulador. Este aparato mantiene abier­ta mecánicamente la válvula de succión durante la carrera de descarga de la bomba, lo cual evita que ésta genere suficiente presión como para abrir la válvula de descarga; por tanto, la salida de la bomba es cero. Un descargador de la válvula de succión permite que la bomba opere de modo continuo a una velocidad, iniciándose o deteniéndose el gasto según se requie­ra. El flujo no se puede variar ni estrangular con una válvula de succión descargada, sólo se puede iniciar o detener.

En la figura se ilustra el extremo de potencia de una bomba de carrera variable. Ésta tiene un yugo ajustable que, cuando se mueve, hace variar la longitud de la carrera de la bomba. Ya que la salida de la bomba está relacionada direc­tamente con la carrera de la bomba, se cambia el gasto siem­pre que varíe la carrera. Las bombas de carrera variable se pueden emplear para producir una gran variedad de gastos a una velocidad constante de la bomba.

'Bombas'

Descargador de la válvula de succion.

'Bombas'

Extremo de potencia de una bomba de carrera variable. Izq.) carrera 0 der.) carrera total

Bombas para pastas aguadas Hay un gran interés en el empleo de bombas para transportar pastas aguadas por tuberías. En la situación actual del ramo, las bombas de potencia se usan como el medio más eficiente para bombear dichas pastas. Se bombean pastas aguadas de carbón, mineral de hierro y cobre de hasta 65% en peso a centenares de millas de distancia utilizando bombas de potencia. La tecnología para este bombeo es relativamente nueva y se ha mejorado con la experiencia. Ya se están estableciendo la nomenclatura y las normas para esta tecnología.

Se utilizan bombas de potencia tanto verticales como hori­zontales de pistón para bombear diversas pastas aguadas. Cuando se emplean bombas de émbolo buzo para ese servicio, hay que modificar el prensaestopas y se necesita un sistema para lavar a chorro el émbolo a fin de evitar que la pasta aguada contamine la empaquetadura. La relación entre la razón de desgaste de las piezas respecto a las velocidades del fluido y a la abrasividad no ha sido establecida con firmeza y se debe determinar para cada pasta aguada que se bombee. Se menciona el número de Miller como indicador de la abrasivi­dad de las pastas aguadas. En general, la razón del desgaste varía proporcionalmente al cuadrado o al cubo de la veloci­dad. La velocidad de las bombas para pastas aguadas es de 60 a 120 r/min con las velocidades del fluido mantenidas a 2 o 3 pie/s (0.6 a 1 m/s) por encima de la velocidad de sedimenta­ción de la pasta aguada. Estas bombas tienen caballaje desde 200 a 3500 bhp (150 a 2620 kW).

Carga o altura de succión El líquido fluye hacia el lado de succión de una bomba como resultado de la presión ejer­cida sobre él. Si el líquido está expuesto a la atmósfera, esta presión será la atmosférica; si el líquido está en un recipiente cerrado [como es el caso de agua a más de 212 °F (100 °C) o líquidos volátiles como el amoniaco o el butano], la presión será la de saturación correspondiente a la temperatura del líquido. A estas presiones se les debe sumar una carga hidros­tática positiva siempre que la superficie libre del líquido esté a mayor nivel que la válvula de succión de la bomba.

La presión ejercida debe, ser al menos igual a la suma de las resistencias al flujo: 1) la presión de vapor del líquido en la cámara de la bomba; 2) la altura de succión si el nivel del líquido está debajo del nivel de la bomba; 3) la presión requerida para elevar la válvula de succión y vencer la resis­tencia de su resorte; 4) la fricción del líquido en la tubería de succión; 5) las fuerzas requeridas para acelerar el líquido en la tubería de succión; 6) las pérdidas hidráulicas en la bomba. Todas estas cantidades se expresan en pies del líquido.

Las bombas de potencia de pistón de baja velocidad y las bombas de vapor, por lo general, operarán satisfactoriamente con una altura considerable de succión. En la figura se da la variación con la temperatura de las alturas permisibles de succión para agua. T, N Y M son respectivamente la altura teórica de succión, la altura normal de succión y la máxima posible en condiciones favorables, todas a nivel del mar. La distancia horizontal entre T y M representa una carga de 8 pie (2.45 m) y, entre Ty N representa una carga de 12 pie (3.7 m), que son tolerancias para cubrir los conceptos 3 a 6 anteriores. Si el total de los conceptos de 3 a 6 excede de 12 pie (3.7 m), dedúzcase el exceso de la elevación posible altura de succión.

La altura estática de succión es la distancia vertical desde el agua en donde se toma la succión hasta la línea de centros del múltiple de admisión. Para temperaturas de agua mayores de 212°F (100°C), se debe sumar la misma diferencia de 12 pie (3.7 m) entre T y N. Las líneas discontinuas muestran las alturas estáticas de succión normales a las altitudes señaladas.

Para un líquido como el amoniaco anhidro, cuya tempera­tura es muy inferior a la temperatura ambiente, es importante tener aislamiento térmico en la tubería de succión. Con el amoniaco a 32°F (O 0C), un aumento en la temperatura de 1 °F (0.56 °C) requeriría una carga estática adicional de 4.75 pie (1.45 m), para compensar la presión incrementada del vapor en la bomba. En forma semejante, cuando se bombea desde un tanque de almacenamiento cerrado, la evaporación en éste reducirá la temperatura allí, con lo cual se reduce la presión de saturación y se demanda una carga estática aumentada en la bomba, para mantener la presión efectiva en ella.

En las bombas para agua, en que ésta arrastra una cantidad considerable de aire, debe haber un receptor grande en la línea de succión cerca de la bomba. El aire se debe extraer por la parte superior del receptor por medio de una bomba inde­pendiente de vacío.

La línea de succión debe ser corta, con un número mínimo de codos y accesorios y cualquier válvula en ella debe ser de compuerta. El tubo de succión se debe inclinar hacia arriba en dirección a la bomba con una pendiente ascendente uniforme de, cuando menos, 6 pulg en 100 pie (15 cm en 30 m) para evitar las bolsas de aire o de gas. Si el tubo de succión baja desde un tanque elevado, primero debe descender hasta más abajo el nivel de la bomba y, luego, ascender hacia ella. En donde se cambie el tamaño del tubo, se deben emplear reduc­tores excéntricos de modo que la capa superior del tubo sea continua sin bolsas de aire o de gas.

Las bombas de émbolo buzo de alta velocidad requieren considerablemente una carga neta positiva de succión mayor que las de baja velocidad y. a menudo, no funcionarán con cualquier altura de succión, ni siquiera con agua fria. Además, el concepto 5. la carga requerida para acelerar el líquido en la tubería de succión es un factor mucho mayor a velocidades de rotación más altas. Con la ecuación H = LVnC/gK, se da una aproximación empírica de esta cantidad para las bombas con cigüeñal. en donde L es la longitud del tubo, pie (m); n son las revoluciones por minuto del cigüeñal de la bomba; H es la carga del líquido bombeado para producir la aceleración requerida, pie (m); Ves la velocidad media del flujo en la línea de succión. pie/s (mis), g es la aceleración gravitacional, pie/s2 (m/s2) y e es un factor para el tipo de bomba. e tiene los siguientes valores: símplex de doble acción, 0.20; dúplex de doble acción. 0.115; tríplex de doble o de simple acción, 0.066; quíntuplex, de simple acción. 0.040; séptuplex. de simple acción. 0.28; nónuplex, de simple acción. 0.022. Un aumento en la velocidad de la bomba con una línea de succión existente. aumenta H en razón directa al cuadrado de la velocidad porque V y n aumentan en propor­ción con la velocidad.

El valor de K es 2.5 para aceite caliente. 2.0 para la mayor parte de los hidrocarburos, 1.5 para aminas, glicol y agua, 1.4 para agua desaireada y 1.0 para urea y líquidos con una pequeña cantidad de gas arrastrado. Para estos valores, se suponen líneas de succión cortas y no elásticas.

Flujo y aceleración En la figura se muestra la variación teórica del flujo para diversos tipos de bombas según se enlistan. Las bombas con un número impar de mani­velas tienen la misma variación de flujo para los extremos de líquido. de simple y doble acción. Las curvas de flujo para las bombas séptuplex y nónuplex son semejantes a la curva de las quíntuplex, con más variaciones. pero más pequeñas como se indica en la tabulación. Los valores tabulados variarán lige­ramente con los cambios en la relación de manivela a biela. Las curvas son teóricas. habiéndose basado en una velocidad del pasador de la cruceta. para velocidad constante de rota­ción y no representan el gasto real.

Éste se apartará mucho del ideal, en particular en las bombas de alta velocidad. en donde la válvula que cierra y abre puede ir atrasada con respecto a la rotación del cigüeñal hasta en 10 a 15. (0.018 a 0.027 rad) y a presiones altas. en donde la compresión del líquido puede provocar un atraso adicional hasta de 5 a lO. (0.009 a 0.018 rad) o todavía más si el volumen del espacia­miento es relativamente grande.

Con frecuencia estas curvas teóricas de flujo se consideran como una indicación directa de la pulsación de presión que se puede esperar en la operación de bombas de diversos tipos. No obstante. ias curvas de flujo sólo indican el cambio en por­centaje en el gasto en diversas posiciones del cigüeñal y en ninguna manera se tienen en cuenta en ellas la razón de cambio o las desviaciones respecto de la curva ideal. Para la mayor parte de las condiciones de operación. la razón de cambio en el flujo o en la aceleración es el factor principal en la pulsación de la presión. La constante e en la fórmula de aceleración-carga para diversos tipos de bombas, es un índice de la pulsación relativa de presión de las bombas con la misma velocidad de rotación.

'Bombas'

Numero de embolos

A=simplex, de doble accion 1

Gasto máximo sobre la media = 59.96%

Gasto mínimo bajo la media = 100.0%

B = Dúplex, doble acción, brazos a 90. entre sí 2

Gasto máximo sobre la media = 26.72%

Gasto mínimo bajo la media = 21.56%

C = Trrplex, acción sencilla, brazos a 120. entre sí 3

Gasto máximo sobre la media = 6.64%

Gasto mlnimo bajo la media = 18.42%

D = Quíntuplex, acción sencilla, brazos a 72. entre sI 5

Gasto máximo sobre la media = 1.88%

Gasto mlnlmo sobre la madia = 5.63%

Séxtuplex, acción sencilla, brazos a 51'". entre sI 7

Gasto máximo sobre la media = 1.2%

Gasto mlnlmo sobre la media = 2.8%

Nónuplex, acción sencilla, brazos a 40. entre sí 9

Gasto máximo sobre la media = 0.7%

Gasto mlnimo sobre la media = 1.5%

AMORTIGUADORES DE PULSACIONES (CÁMARAS AMORTIGUADORAS)

A fin de compensar las irregularidades e inducir un flujo uniforme en las líneas de succión y de descarga. con mucha frecuencia es necesario emplear amortiguadores de pulsacio­nes. Su utilización es deseable en particular en bombas sen­cillas y en las de alta velocidad. El volumen de un amortigua­dor de aire para una bomba símplex debe ser de seis a ocho la cilindrada de un émbolo por carrera; en las bombas dúplex o tríplex, de tres o cuatro veces. Para bombas múltiplex de alta velocidad. el tamaño del amortiguador puede ser menor que el indicado para una bomba tríplex del mismo tamaño de émbolo, pero es de máxima importancia hacer que la conexión entre el amortiguador y la bomba, sea lo más corta y lo más grande 'posible. Un amortiguador simple de aire por lo común es satisfactorio en la entrada del lado de succión de las bombas, pero con mayores presiones de entrega, la carga de aire o gas se pierde pronto al disolverse en el fluido bombeado. En este caso, se necesita un amortiguador que tenga alguna forma de diafrag­ma o bolsa para mantener la carga; ésta es alrededor de dos tercios de la presión del sistema.

Con agua desaereada para la alimentación de calderas, una cámara de succión en que se emplee vapor como medio amortiguador resulta sencilla y eficaz. Este "cojín" de vapor se mantiene al cubrir la cámara con camisas que contengan vapor a una presión un paco. más alta que la presión máxima de succión. Las cámaras amortiguadoras en la succión resul­tan convenientes en particular en las casas en que el líquido. llega a la bamba bajo. una carga estática o. la línea de succión es relativamente larga.

VELOCIDADES DE LAS BOMBAS DE POTENCIA

En la tabla se dan los datos sobre bombas estándar y de diseño. convencional. Las velocidades más bajas se usan para líquidas viscosos calientes, servicio. en las refinerías de petróleo., pastas aguadas y servicio con urea. Las velocidades más altas se emplean cuando el peso es importante, cama en el servicio. marino y también en prensas hidráulicas de alta presión, en donde el volumen de líquido bombeado es compa­rativamente pequeño., par lo. que las efectos inerciales no. san de tanta importancia. La velocidad es un factor limitante en la separación del líquido desde el émbolo. Además, se deben tener en cuenta las limitaciones de baja velocidad de las cojinetes de manguito debido a la falta de lubricación y a la formación de películas características de aceite.

Tabla 2 Velocidades aproximadas de las bombas de potencia

Carrera

Carrera

Carrera

pulg

mm

r/min

pulg

mm

r/min

pulg

mm

r/min

2

64

800

6

152

400

12

305

100

3

76

500

7

178

330

18

457

70

5

127

400

9

229

225

24

610

60

CARGA SOBRE ÉMBOLO BUZO

La bomba de potencia se diseña para un límite de carga en el émbolo, CE, y no para un caballaje específico. Se trata de la carga en libras que se aplica al émbolo o al pistón y al sistema de cojinetes.

CE = A x lb/pulg2 (MPa) en donde lb/pulg2 (MPa) es la presión diferencial y A es el área del émbolo o pistón, pulg2 (rnrn2) sobre los pistones de doble acción; el área a de la biela se resta en la carrera hacia el frente.

Al sistema de cojinetes se le asigna una capacidad nominal para una carga específica a velocidad de diseño; las cargas en el émbolo mayores que las nominales, reducirán la duración de los cojinetes. En los cojinetes de manguito, las altas cargas en el émbolo a baja velocidad destruirán la película de lubri­cación y, con el tiempo, los cojinetes.

La carga adicional sobre los cojinetes, proveniente del momento de inercia de piezas reciprocantes y rotatorias no balanceadas, es aproximadamente igual a de 10% a 25% de la carga nominal sobre el émbolo

BOMBAS A VAPOR DE ACCiÓN DIRECTA

En la bomba a vapor de acción directa, el pistón del vapor se conecta al pistón de la bomba por medio de una varilla sin movimiento de manivela. No hay corte ni expansión del vapor, ya que se admite a una razón constante en toda la carrera. Las piezas en movimiento son amortiguadas y lleva­das hasta el reposo por el vapor atrapado en el extremo del cilindro de vapor al final de cada carrera, con la presión plena del vapor sobre el lado opuesto del pistón. La velocidad real del pistón en movimiento es prácticamente constante durante el 80 al 90% de la carrera. En las bombas sencillas y dúplex, se tiene una pausa definida al final de cada carrera, lo que es importante para el cierre de las válvulas del extremo del fluido. En la figura se ilustra el extremo de vapor de una bomba dúplex. El pistón del vapor en cada lado está conectado mecánicamente a la válvula de vapor del lado opuesto. Dado que hay cierta superposición de las carreras, una bomba dúplex entregará un flujo continuo de fluido sin fluctuación marcada de presión. Una bomba dúplex realizará de manera incorrecta una carrera corta al bombear un fluido volátil si la carga de succión no es la suficiente como para evitar la vaporización instantánea en el cilindro del fluido.

Extremo de vapor de una bomba duplex

EXTREMOS DE LA BOMBA

En todas las bombas de vapor de acción directa se usan los extremos de doble acción del fluido. En la figura 14.1.11 se ilustra un cilindro típico del fluido de pistón, casquete y placa de válvulas. Este estilo se emplea para presiones hasta de 250 a 350 lb/pulg2 (1.7 o 2.4 MPa); para presiones más altas, por lo común, se prefieren cilindros del fluido de vaso lateral.

NECESIDADES DE POTENCIA

El consumo de vapor de las bombas de acción directa variará desde 200 lb (90 kg) de vapor por hp. hora de agua (0.75 kWh) en bombas pequeñas con cargas ligeras, hasta tan poco como 50 lb (23 kg) de vapor por hp . hora de agua (0.75 kWh) para bombas grandes que trabajen con una presión de vapor de 350 a 400 Ib/pulg2 (2.4 a 2.8 MPa). Para bombas que funcionan con una presión de escape mayor que la atmosférica, el con­sumo de vapor aumenta en proporción a p/(P - b), en donde p = presión inicial del vapor en la admisión del cilindro de vapor, Ib/pulg2 man (kPa) y b = presión en el escape, lb/pulg2 man (kPa). Para vapor sobrecalentado, dedúzcase 1% por cada 10°F (5.6 °C) de sobrecalentarniento. El rendimiento de una bomba a vapor, a menudo, se expresa como servicio en pie lb (1) de trabajo efectuado por 1000 lb (450 kg) de vapor seco.

VÁLVULAS PARA BOMBAS

Válvulas de disco Para presiones de 6000 lb/pulg2 (41 200 kPa), se emplean generalmente válvulas de disco sobre asien­tos rectificados, como se ilustra en las figuras . Los asientos son metálicos, con un suave ajuste cónico en el piso de las válvulas. Las válvulas de ala de cara cónica y las de bola se emplean para presiones de 10 000 y 30 000 lb/pulg2 (69 000 Y 280000 kPa) respectivamente, ya que se pueden rectificar para ser herméticas a la presión con más facilidad que las válvulas planas. En las figuras se muestra este tipo como se aplica a un cilindro de acero forjado. Las válvulas de bola y las de inserto de elastó­mero se emplean para liquidos vis­cosos y pastas aguadas. En la figura se ilustra una válvula del tipo de doble puerto o del tipo anular. Al cerrarse una válvula de puerto sencillo debe desplazar una cantidad de fluido proporcional al cuadrado del diámetro de la misma a través del área de salida, que es proporcional a la primera potencia del diámetro. A fin de obtener una mayor área de salida, con el pequeño escape permisible a altas velocidades de la bomba, y reducir la cantidad de fluido que la válvula debe desplazar cuando cierra, se utiliza la válvula de doble puerto o del tubo anular, excepto para capacidades muy pequeñas. El flujo desde el asiento anular va tanto radial mente hacia afuera alrededor de la válvula como radialmente hacia dentro y a través del agujero central en ella.

Válvula con inserto de elastómero válvula de doble puerto

Bomba de piston sumergida Válvula de disco de acero inoxidable

Válvula de ala de cara conica Válvula de bola o esfera

Velocidad a través de los asientos de válvulas. A las ve­locidades convencionales de las bombas, la velo­cidad de flujo para agua fría a través del asiento levantado de la válvula de admisión suele ser de 3 a 8 pie/s (0.91 a 2 m/s). Para líquidos viscosos, la velocidad puede ser de 1.5 pie/s (0.46 mis) o menos; para bombas de pastas aguadas, es de 6 a 10 pie/s (2.83 a 3.05 m/s). La velocidad a través del puerto de salida, entre la válvula levantada y su asiento, es mucho más alta y depende de la suma de la carga del resorte y del peso de la válvula.

El área requerida de contacto del asiento de la válvula con una válvula simple de disco es pA/b, en donde p = presión sobre la parte posterior de la válvula, lb/pulg2 (kN/m2); A = área de la válvula sobre la cual está actuando p, pulg2 (mm2), y b = presión de apoyo de la válvula sobre el asiento, lb/pulg2 (kPa). Las presiones unitarias aparecen en la tabla.

Materiales para las bombas Los esfuerzos permisibles en las bombas reciprocantes son menores que en la mayor parte de las máquinas, debido a los choques y al golpe de ariete. Se pueden emplear los siguientes esfuerzos de tracción:

Metal

lb/pulg2

kN/m2

Hierro fundido

1500-1800

10000-12400

Aleación de alta resistencia

2000-2500

14000-17000

Hierro maleable

3000

20 000

Fundiciones de acero

6000

41000

Bronce fundido

3000

20 000

Bronce laminado

Ni-Al

10000

69 000

Piezas de acero forjado

10 000-16 000

69000-111 000

Los materiales necesarios para las piezas de las bombas varían según el líquido que se maneja. Los aceros de aleación resistentes a la corrosión para bombas se clasifican en diver­sos tipos de 4 a 10 . Las Hydraulic Institute Standards contienen una larga lista de materiales permisibles, de la cual se ha extractado la tabla.

Las bombas con componentes normalizados tienen émbo­los revestidos, válvulas de plástico o de acero, asientos, vás­tagos y resortes de acero inoxidable para las válvulas. Las bombas con componentes de bronce sólo difieren en que tienen bielas y pistones de este metal. Las bombas hechas totalmente de hierro, por supuesto, no tienen ninguna pieza de bronce. Hay que consultar al Institute Standards donde aparece una selección más completa de materiales.

Presión permisible

Dureza

en los asientos

Material

Brinell

lb/puIg2

kN/m2

Bronce normal

60-80

3000

21000

Duro

175-200

8000

55 000

Hierro fundido

200

10000

69 000

Acero sin tratamiento térmico

180

9000

62 000

De aleación, endurecido

500-600

25 000

170000

Acero inoxidable al cromo 11-13

350

17500

120 000

(endurecido)

Acero inoxidable 18-8

180

9000

62 000

Monel (endurecido)

260-300

13 000

90 000

Bakelita

.......

2000

14000

Cuero

.......

750

5200

Caucho, duro

.......

1000

7000

Blando

.......

375

2600

Análisis químico aproximado, %

Tipo No.

C', máx

Cr

Ni

Mo

Cu ,máx

Mn, máx

Si,máx

4

0.20

5.00

........

0.50

5

0.15

13.00

6

0.30

20.00

1.00

7

0.50

28.00

2.00

8

0.08

18.0-21.0

8.0-11.0

........

.........

1.50

2.00

9

0.08

18.0-21.0

9.0-12.0

2.0-3.0

.........

1.50

2.00

10

0.07

18.0-22.0

20.0-30.0

3.5 máx

4.5

1.50

4.00

Materiales permisibles para bombas

Liquido

Material permisible

Liquido

Material permisible

Aceite vegetal

A,B,C,8,9,10,11,14

Difenilo

C,3

Acetato de etilo

C,9,10

Esencia de trementina(aguarras)

B,C

Acido clorhidrico

11,12

Gasoleo

B,C

Acido nitrico

5,6,7,8,9,10,12

Gasolina

B,C

Acido sulfurico (hasta al65%)

al10%

10,11,12

A,10,11,12,14

Glicerina

Vinagre

A,B,C

A,8,9,10,11,12

Acido tanico

A,8,9,10,11,14

Jarabe

A,8,9,10,11,12

Acido de frutas

A,8,9,10,11,14

Jugo de caña

A,B,13

Acidos grasos

A,8,9,10,11

Jugo(zumo) de fruta

A,8,9,10,11,14

Alcohol

A,B

Leche

8

Alquitran (brea)

C,3

Lechada de cal

C

Amoniaco en solucion acuaosa

C

Licor de jabon

C

Asfalto

C,5

Manteca de cerdo

B,C

Azucar

A,8,9,10,11,13

Melaza

A,B

Barniz

A,B,C,8,14

Nafta

B,C

Benceno

B,C

Pasta de papel

A,B,C

Carbonato de potasio

C

Pegamento

B,C

Cerveza

A,8

Salmuera de agua de mar

A,B,C

Cloruro de amonio

9,10,11,12,14

Salmuera de cloruro de calcio

C

Cloruro de etileno

A,8,9,10,11,14

Salmuera de cloruro de sodio

A,C,8

Cloruro de magnesio

A,8,9,10,11,12

Soluciones para curtiduría

A,8,9,10,11,12

Cloruro de potasio

A,8,9,10,11,14

Sosa comercial

C

creosota

B,C

Tolueno

B,C

NOTA: Las letras indican los materiales. como sigue: A, todo bronce; B. equipado con bronce: C. todo hierro. Los numeros, distintos de los que indican los aceros inoxidables, designan los siguientes materiales: 1, hierro gris; 2, bronce de estaño; 3, acero al carbono: 11. una serie de aleaciones a base de niquel; 12, hierro fundido al alto silicio; 13. hierro fundido austenitico; 14, metal Monel

BOMBAS DE VOLUMEN CONTROLADO

La bomba de volumen controlado, llamada también bomba dosificadora o proporcionadora, se emplea para desplazar con precisión un volumen predeterminado de líquido en un tiempo específico. Esas bombas pueden producir presiones hasta de 30 000 lb/pulg2 (206 MPa), dentro de +-1 % de su capacidad nominal. El émbolo o el pistón pueden hacer contacto directo con el fluido. En la bomba de volumen controlado del tipo de diafragma, el cual puede ser plano o tubular, está en contacto directo con el fluido. El o los diafragmas pueden tener impulsión mecánica o hidráulica.

Los diafragmas de accionamiento mecánico se suelen em­plear para presiones hasta de 250 lb/pulg2 (1.7 MPa) y capa­cidades de 25 gal/h (94 L/h). Una bomba con una relación de reducción de 10:1 se puede ajustar con exactitud entre 10 y 100% de su capacidad nominal.

El mecanismo de impulsión tiene la capacidad para cam­biar el desplazamiento. Éste se cambia con un ajuste a mano o en forma automática, con una "señal" eléctri­ca, neumática o hidráulica.

Diseño del extremo de liquido con diafragma de doble disco

BOMBAS ROTATIVAS

Las bombas rotativas son de desplazamiento positivo, y por lo común sin válvulas; son sencillas, compactas, ligeras de peso y de bajo costo inicial. Se construyen en capacidades desde una fracción de galón por minuto (m3/min) (por ejem­plo, en los quemadores para calefacción y los refrigeradores domésticos alimentados con petróleo) hasta 5000 gal/min (19.0 m3/min) y más como en transportes marítimos de carga. Aunque se emplean para presiones hasta de 5000 lb/pulg2 (34.5 MPa), su aplicación particular es para presiones de 25 a 500 lb/pulg2 (170 a 3500 kPa) con eficiencia mecánica de 60 a 85%.

En las bombas rotativas se requiere la conservación de tolerancias muy precisas entre las superficies de fricción para que la eficiencia volumétrica sea continua. Su aplicación principal es bombear petróleo y sus derivados y otros líquidos que tienen poder lubricante y alta viscosidad. También se emplean para líquidos de altas viscosidades hasta de 2 000 000 SSU (44 x 10-4 m/s).

Por el diámetro de la descarga de una bomba rotativa se designa su tamaño nominal, pero no su desplazamiento. El Hydraulic Institute clasifica las bombas rotativas en los si­guientes grupos: 1) de paletas 2) de pistón, 3) de elementos flexibles, 4) de lóbulos, 5) de engranes, 6) de pistón circun­ferencial y 7) de tornillo.

Las bombas rotativas hasta de 100 lb/pulg2 (690 kPa), se pueden considerar de baja presión; las de 100 a 500 lb/pulg2 (690 a 3430 kPa), de presión moderada y las de más de 500 lb/pulg2 (3430 kPa), de alta presión; las bombas fraccionarias hasta 50 gal/min (0.2 m3/min) son de volumen pequeño, de 50 a 500 gal/min (0.2 a 1.9 m3/min) de volumen moderado y de más de 500 gal/min (1.9 m3/min) de gran volumen.

ROTOR SENCILLO

Bombas de paletas Las fugas en este tipo de bombas ocurren sobre las puntas y los costados de las paletas. Estas fugas ocurren cuando las paletas están debajo de los dos estribos. Debido a que no se puede lograr que las puntas de las paletas ajusten en la cavidad del alojamiento en todas las posiciones, las paletas tienen contacto lineal y poca resisten­cia a las fugas. El desgaste también puede ser serio a veloci­dades altas, salvo que las paletas estén sujetas en contra de la fuerza centrífuga. Si se aumenta el número de paletas, hay una reducción considerable de las fugas.

En la figura se ilustra una bomba de paletas guladas típica. Un solo rotor gira dentro de una carcasa. El elemento de bombeo consta de paletas múltiples que se deslizan en ranuras en el rotor. El rotor y la carcasa son excéntricos. La fuerza centrífuga o la presión mantienen el extremo externo de las paletas en contacto con la cavidad en la carcasa. Las paletas son de acero endurecido, de bronce o no metálicas. Este tipo es usual para capacidades baja y moderada y para presiones bajas. Cuando la velocidad es alta o el líquido que se bombea tiene poco valor lubricante, ocurre desgaste rápido en las puntas de las paletas y en la carcasa. En algunas construcciones, las paletas tienen articulaciones en un extre­mo y funcionan en ranuras en la placa lateral.

Bomba de paletas corredizas

Bombas de pistón excéntrico Hay muchas bombas de este tipo en servicio. La que se ilustra en la figura es de árbol sencillo con cuerpo cilíndrico y con un excéntrico oscilante y una abrazadera. El contacto entre la abrazadera y el cuerpo se aproxima a un contacto casi en una sola línea. Conforme avanza el desgaste, las fugas se vuelven excesivas. Este tipo es útil para capacidades pequeñas y medianas, bajas presiones y para velocidades limitadas. Se ilustra una cons­trucción con camisa; casi todos los tipos de bombas rotativas pueden tener camisas para mover fluidos viscosos, que se deben calentar para bombearlos, o para enfriamiento de agua.

'Bombas'

Bomba rotativa, tipo de piston excentrico.

Bombas de émbolos radiales y platos oscilantes La rotación del cuerpo que lleva los émbolos conecta cada uno de ellos con el puerto de succión correspondiente durante la carrera de succión del émbolo y con el puerto de succión en su carrera de descarga. Estos diseños se pueden adaptar para capacidad variable., esto se hace para variar la excentricidad entre el cuerpo que lleva el émbolo y el anillo que impulsa los émbolos;, se varía el ángulo entre el árbol propulsor y cuerpo que lleva el émbolo. Las bombas reales son compli­cadas.

Bomba de embolo radial Bomba de plato oscilante

En una bomba de elemento flexible, las acciones de sella­miento y de bombeo dependen de la elasticidad de los elemen­tos flexibles, que pueden ser un tubo o paletas.

'Bombas'

Bomba con tubo flexible

En las bombas de un solo tornillo, el fluido se bombea en sentido axial entre las roscas engranadas internas del estator y del tornillo.

'Bombas'

Bomba de un solo tornillo

El tipo lobular es una de las primeras cons­trucciones que se emplearon para bombas y ventiladores ro­tativos. Son adecuadas para capacidades medianas y grandes y presiones bajas. Al igual que en la bomba del tipo de pistón oscilante, hay contacto lineal entre el impulsor y el cuerpo, y las fugas son excesivas a presiones altas. Los lóbulos no son de accionamiento por sí mismos; por tanto, estas bombas se deben construir con engranes piloto externos, que puedan transmitir la mitad de la potencia utilizada. desde el árbol propulsor hasta el árbol impulsado.

'Bombas'

Bomba de tres lobulos

Las bombas de engranes son del tipo de dos árboles y de muy diversas construcciones. Se utilizan para casi todas las capacidades y presiones. En muchos tipos, los engranes del rotor son automáticos y no se necesita un engra­ne piloto. La forma más sencilla emplea engranes de dientes rectos. El gran número de dientes en contacto con la carcasa minimiza las fugas alrededor de la periferia. La utilidad de los engranes de dientes rectos está limitada porque atrapan líquido en el lado de descarga en el punto donde se acoplan entre sí los engranes, con lo cual resulta una operación ruido­sa y baja eficiencia mecánica, en particular a altas velocida­des de rotación. Se pueden proveer cavidades para descarga en las placas laterales para reducir los efectos del atrapamien­to de líquido. En otras bombas de este tipo, los engranes son helicoidales sencillos o helicoidales dobles de dientes con ángulos de 15 a 30° (0.26 a 0.52 rad) o más. Cuando se emplean los engranes helicoidales sencillos con altas presio­nes, se tiene como resultado un considerable empuje en los extremos de los engranes sobre las placas laterales de la bomba. La construcción helicoidal o de engrane bihelicoidal elimina en gran parte el efecto del atrapamiento, pero ocurren pérdidas por fugas entre los dientes en el punto de acopla­miento de ellos, salvo que estén cortados sin ninguna holgura en la raíz.

'Bombas'

Bomba de engranes externos

Bombas de engranes internos

Diferencia de un dien­te.- En las bombas de este tipo, un impulsor montado en relación excéntrica con el cuerpo acciona un engrane interno que gira en el cuerpo o en los cojinetes montados en las placas del extremo. El flujo es prácticamente continuo y sin inversiones. Se puede usar con altas velocida­des de rotación. En estas bombas, las fugas ocurren alrededor de la periferia de la corona, sobre las puntas de los dientes de los engranes cuando empiezan a acoplar y por la Ifnea de contacto cuando están acoplados por completo. Este tipo es adaptable en particular para altas presiones y altas velocida­des, por ejemplo para aceites con valor lubricante y de con­siderable viscosidad.

'Bombas'

Bomba de engranes internos con diferencia de un diente

Diferencia de dos dientes.- En esta cons­trucción, se utiliza un estribo o apoyo en una de las placas laterales para llenar el espacio abierto entre el engrane exter­no y el interno. Con esta construcción se reducen las fugas, pero se requiere el empleo de un engrane interno volado, lo cual restringe la aplicación de las bombas para capacidades y presiones pequeñas y medianas.

'Bombas'

Bomba de engranes internos con diferencia de 2 dientes.

Bombas de pistón circunferencial. El fluido se bombea entre los espacios de las superficies del pistón; no hay con­tacto real entre las superficies del pistón.

'Bombas'

Bomba de pistones circunferenciales

En las bombas de tornillo, un solo impulsor helicoidal, largo, de diámetro pequeño y forma especial, ac­ciona uno o más tornillos locos contenidos en ella, de manera que el líquido bombeado es desplazado axialmente. El con­tacto de superficie múltiple, en vez de los contactos lineales entre los tornillos y el cuerpo, minimiza las fugas. Esta construccion permite la operación a muy alta velocidad.

'Bombas'

Bomba de tornillo

BOMBAS CENTRíFUGAS Y AXIALES

NOMENCLATURA Y DISEÑO MECÁNICO

Las bombas incluidas en esta subsección se dividen en tres clases generales: 1) centrífugas o de flujo radial; 2) flujo mixto; 3) de flujo axlal o bombas de hélice. Los elementos esenciales de una bomba centrífuga son: 1) el elemento rota­torio que consiste en el árbol y el impulsor; 2) el elemento estacionario que consiste en la carcasa, los prensaestopas y los cojinetes (Fig. 14.2.1). Otras piezas como los anillos desgastables y camisas (manguitos) del árbol, se agregan por lo general para mejorar la operación y hacer más económicas las bombas, según lo aconsejen los servicios en que se em­plean. Los nombres recomendados por el Hydraulic Institute para las piezas aparecen en la tabla.

'Bombas'

Bomba horizontal , de una etapa, de doble succion, de voluta.

Ref. No.

Nombre de la pieza

Ref. No.

Nombre de la pieza

1

Carcasa

33

Cubierta de cojinete (externo)

1 A

Carcasa (mitad inferior)

35

Tapa de cojinete (interno)

1 B

Carcasa (mitad superior)

36

Cuña de la helice

2

Impulsor

37

Tapa de cojinete (externo)

4

Propulsor

39

Buje de cojinete

6

Arbol de la bomba

40

Desviador

7

Anillo de la carcasa

42

Acoplamiento (mitad en el impulsor)

8

Anillo de impulsor

44

Acoplamiento (mitad en la bomba)

9

Tapa de succion

46

Cuña del acoplamiento

11

Tapa de estopero

48

Buje del acoplamiento

13

Empaquetadura

50

Contratuerca del acoplamiento

14

Manguito del arbol

52

Pasador del acoplamiento

15

Tazon de descarga

59

Tapa de agujero de acceso

16

Cojinete (interno)

68

Collar del arbol

17

Collarin del estopero

72

Collar de empuje

18

Cojinete ( externo)

78

Espaciador de cojinete

19

Bastidor

85

Tubo de alojamiento del eje

20

Tuerca de manguito del arbol

89

Sello

22

Contratuerca del cojinete

91

Tazon de succion

24

Tuerca del impulsor

101

Tubo de la columna

25

Anillo de cabeza de impulsor

103

Cojinete del conector

27

Anillo de tapa de estopero

123

Tapa de extremo de cojinete

29

Anillo de cierre hidraulico

125

Aceitera o grasera

31

Cubierta de cojinete

127

Tubo de sello

32

Cuña del impulsor

En una bomba centrífuga, el líquido es forzado por la presión atmosférica u otra hacia un grupo de paletas en rota­ción que viene a ser un impulsor que descarga el líquido a una presión más alta y a mayor velocidad en su periferia. Luego, la mayor parte de la energía de velocidad se convierte en energía de presión por medio de una voluta o con un grupo de paletas de difusión estacionarias que rodean la periferia del impulsor. Las bombas con carcasa de voluta se llaman bombas de voluta; las que tienen paletas difu­soras se llaman bombas de difusor; a éstas, alguna vez se les llamó bombas de turbina, pero este término se ha aplicado, realmente de modo más selectivo, a las bombas de difusor, centrífugas. para pozo profundo. verticales, llamadas ahora bombas verticales de turbina.

Las bombas centrífugas se dividen en otras categorías, de las cuales varias están relacionadas con el impulsor. En pri­mer lugar, los impulsores se clasifican de acuerdo a la direc­ción principal del flujo con respecto al eje de rotación. Las bombas centrífugas pueden tener 1) impulsores de flujo radial 2) impulsores de fiuJo axial Y 3) impulsores de flujo mixto, que combinan los principios de los flujos radial y axial.

Los impulsores se clasifican, además, de acuerdo con la disposición del flujo en 1) de succión sencilla, con una sola entrada en un lado y 2) de succión doble. en que el agua fluye en forma simétrica hacia el impulsor desde ambos lados. También se los especifica por su construcción mecánica en 1) cerrados, con protección o paredes laterales que cubren los conductos para agua; 2) abiertos, sin protección y 3) semiabier­tos o semicerrados.

Si la bomba es del tipo en la cual la carga o elevación se desarrolla con un impulsor sencillo. la bomba se llama de una etapa; cuando se emplean dos o más impulsores que funcio­nan en serie, la bomba se llama de etapas múltiples. El diseño mecánico de la carcasa añade otra clasificación dividida en sentido axial o dividida en sentido radial. El eje de rotación determina si la bomba es de árbol horizontal, vertical o. a veces, inclinado. Por lo mismo, se les llama bombas horizontales o verticales.

Las bombas centrífugas horizontales se clasifican, todavía más. de acuerdo con la ubicación de la tobera de succión, como 1) succión por el extremo, 2) succión lateral, 3) succión inferior y 4) succión superior.

Algunas bombas operan con el líquido que se les hace llegar y se descarga por medio de tuberías. Otras bombas. por lo general las verticales, están sumergidas en el suministro para succión. Por tanto, las bombas verticales, a veces, se llaman de pozo seco o húmedo. Si las de pozo húmedo son de flujo axial, de flujo mixto o de turbina vertical, el líquido se descarga por el tubo de bajada o columna hacia un punto de descarga encima o debajo del piso de sus tentación. En conse­cuencia, a estas bombas se las llama de descarga por encima o por debajo del piso.

Bomba de tipo de difusor

Tazon de bomba de difusor, vertical, para pozo humedo Bomba vertical de succion por el extremo con carcasa

Carcasas

La presión que actúa contra el impulsor en un diseño de carcasa de voluta sencilla, es casi uniforme cuando se hace operar la bomba a su capacidad prevista de diseño o aproxi­mada a ella. Con otras capacidades, las presiones alrededor del impulsor no son uniformes, lo cual produce una reacción (o empuje) radial que puede aumentar en forma considerable la deflexión del árbol de la bomba. Cuando resulta impráctico contrarrestar este empuje radial con el empleo de un árbol y cojinetes más pesados, se puede emplear un diseño de voluta doble o gemela.

Las bombas de una etapa de succión por el extremo tienen carcasa sólida de una sola pieza. Por lo menos un lado de la carcasa debe tener una abertura con tapa para poder ensamblar el impulsor en la bomba. Si la tapa está en el lado de succión, se convierte en la pared lateral de la carcasa y contiene la abertura de succión. Esta es la llamada tapa de succión o cabeza de succión de la carcasa. Otros diseños se hacen con tapas del prensaestopas (estopero) Y otros más tienen tapas de succión en la carcasa y tapas de succión en la caja del prensaestopas .

En la bomba de impulsor abierto, que es de bajo precio, el impulsor gira dentro de la holgura reducida de la carcasa de la bomba .Si el servicio a que se destina es más severo, se monta una placa lateral dentro de la carcasa para proporcionar una guía desmontable de la holgura reducida al líquido que fluye por el impulsor abierto.

La tobera de descarga de las bombas horizontales de una etapa, de succión por el extremo, suele estar en posición vertical en la parte superior .Sin embargo, se pueden obtener otras posiciones de la tobera, corno horizontal en la parte superior, horizontal en la parte inferior o de descarga vertical en la parte inferior. Casi todas las bombas de carcasa divida axialmente de doble succión, tienen una tobera en el lado de descarga y una tobera de succión en la parte lateral o en la parte inferior. Las bombas de una etapa con succión en la parte inferior rara vez se fabrican con toberas de descarga de menos de 10 pulg de diámetro.

Las carcasas divididas axialmente y las divi­didas radialmente, se emplean en las bombas de etapas múltiples. Para decidir cuál de los dos tipos seleccio­nar, se debe tener en cuenta la presión de descarga y el límite aproximado entre las dos es de 1300 a 2000 lb/pulg2 (90 a 140 kglcm2). Las carcasas divididas radialmente se suelen diseñar corno de carcasa doble; las piezas de trabajo de la bomba están alojadas en la carcasa interna que, luego, se inserta en la segun­da carcasa, externa. El espacio entre las dos carcasas se mantie­ne a presión de descarga de la última etapa de la bomba.

Bomba de succion por el extremo, con cabezas de succion

Y de estopero, desmontables

Bomba de succion por el extremo con cabeza de estopero desmontabble

Impulsores y anillos desgastables

Los impulsores, además de que se los clasifica con referencia al flujo de succión hacia ellos, al componente básico del flujo y a sus características mecánicas, también se clasifican con referencia a su perfil y a sus características de capacidad de carga a una velocidad dada. Esta última relación se tratará más adelante, al comentar la velocidad específica.

Muchos impulsores se diseñan para aplicaciones específi­cas. Para aguas negras, que suelen contener trapos y materia­les fibrosos, se utilizan impulsores especiales que no se atas­can, con aristas redondeadas y amplios conductos para agua. Los impulsores diseñados para manejar paletas para pulpa de papel están abiertos por completo, no se obstruyen y tienen paletas transportadoras de tomillo que penetran en la tobera de succión.

Los anillos desgastables proporcionan un sello contra fugas (que es fácil y rápido de sustituir), entre el impulsor y la carcasa. Un sello que no tiene piezas sustituibles se utiliza sólo en las bombas muy pequeñas y poco costosas. El anillo estacionario se llama 1) anillo de carcasa si está montado en ésta; 2) anillo de tapa de succión o anillo de cabeza de succión si está montado en la tapa o en la cabeza; y 3) anillo de tapa de prensaestopas (estopero), si está montado en esa tapa. Hay una pieza renovable, se llama anillo del Impulsor, para la superficie de desgaste del impulsor. Las bombas que tienen anillos estacionarios y rotatorios se les llama de construcción de doble anillo.

Bombas de etapas multiples, con impulsores de succion sencilla que miran en un sentido y con equilibrador hidraulco

Hay diversos tipos de diseño de anillos de desgaste y la selección del más adecuado depende del líquido que se mane­je, la presión diferencial a través del sello contra fugas, la velocidad de superficie y el diseño particular de bomba. En general, los diseñadores de bombas centrífugas utilizan la construcción de anillo que han encontrado adecuado para servicio en cada bomba determinada. Las construcciones más comunes de anillos de desgaste son tipo plano y tipo en L

Empuje axial en bombas de una etapa y de etapas múltiples

El empuje hidráulico axial es la suma de las fuerzas desequi­libradas del impulsor que actúan en dirección axial. En teoría, un impulsor de doble succión está en equilibrio hidráulico, con las presiones sobre un lado iguales y contrabalanceadas a las del lado opuesto. En la práctica, puede haber cierto desequilibrio, y aun las bombas de doble succión están equi­padas con cojinetes de empuje.

Bomba de etapas multiples con doble carcasa Bomba de cuatro etapas con impulsores opuestos

El impulsor de flujo radial, de succión sencilla, está sujeto a empuje axial porque una parte de la pared delantera está expuesta a la presión de succión, con una superficie más grande en la pared posterior sujeta a la presión de descarga. Además, un impulsor de suspensión superior y de succión sencilla con un solo prensaestopas (estopero) está sujeto a una fuerza axial equivalente al producto del área del árbol a través del estopero y la diferencia entre las presiones de succión y de descarga. Esta fuerza actúa hacia la succión del impulsor cuando la presión de succión es menor que la atmosférica y en dirección opuesta cuando es mayor.

Para eliminar el empuje axial de un impulsor de succión sencilla se pueden instalar anillos desgastables delantero y posterior en una bomba. En una cámara que hay en el lado interno del anillo posterior de desgaste, se mantiene una presión aproximadamente igual que la presión de succión por medio de los llamados agujeros de equilibrio de un lado a otro del impulsor. Las fugas por el anillo posterior de desgaste se devuelven al área de succión por esos agujeros. En las bombas grandes, en lugar de los agujeros se suele emplear una conexión por un tubo.

Casi todas las bombas de etapas múltiples se construyen con impulsores de succión sencilla. Para equilibrar el empuje axial de estos impulsores se emplean dos disposiciones: 1) todos los impulsores miran en el mismo sentido y están montados en el orden ascendente de las etapas. El empuje axial se equilibra con un dispositivo de equilibrio hidráulico. Se utiliza un número par de impulsores de succión sencilla; la mitad mira en sentido opuesto a la segunda mitad. A este montaje de impulsores de succión sencilla, espalda con espalda, se le suele llamar Impulsores opuestos.

Los dispositivos de equilibrio hidráulico pueden tener la forma de 1) un tambor de equilibrio, 2) un disco de equilibrio o 3) una combinación de éstos. El tambor de equilibrio se ilustra en la figura. La cámara de equilibrio en la parte posterior del impulsor de la última etapa, está separada del interior de la bomba por un tambor montado en el árbol. El tambor está separado por una pequeña holgura radial de la sección estacionaria del equilibrador, llamada cabeza del tam­bor de equilibrio, que está fija en la carcasa de la bomba. La cámara de equilibro está conectada con la succión de la bomba o con el recipiente del cual toma su succión la bomba. Las fuerzas que actúan sobre el tambor de equilibrio son: 1) hacia el extremo de descarga: la presión de descarga multiplicada por el área delantera de equilibrio (área B) del tambor; 2) hacia el extremo de succión: la contrapresión en la cámara de equilibrio multiplicada por el área posterior de equilibrio (área C) del tambor. La primera fuerza es mayor que la segunda y, por ello, contrarresta el empuje axial ejercido sobre los impulsores de succión sencilla. El diámetro del tambor se puede seleccionar para equilibrar por completo el empuje axial o para equilibrar de 90 y 95% de este empuje, si es que se desea una ligera carga de empuje en una dirección específica sobre el cojinete de empuje.

Tambor de equilibrio Disco equilibrador sencillo

La operación del disco de equilibrio sencillo se ilustra en la figura .El disco rotatorio está separado del disco de equilibrio por una pequeña holgura axial. Las fugas por ese espacio fluyen hacia la cámara de equilibrio y. desde allí, a la succión de la bomba o al recipiente para succión. La parte posterior del disco de equilibrio está sujeta a la contrapresión de la cámara de equilibrio, mientras que en la cara del disco existe un rango de presiones. Éstas varían desde la presión de descarga en su diámetro más pequeño, hasta la contrapresión en su periferia. Los diámetros interno y externo del disco se seleccionan de modo que la diferencia entre la fuerza total que actúa en la cara del disco y la que actúa en su cara posterior, equilibrará el empuje axial del impulsor. Si el empuje axial de los impulsores llegara a exceder el empuje que actúa sobre el disco durante la operación, este último se moverá hacia la cabeza del disco y reducirá la holgura axial. La cantidad de fugas por ese espacio se reduce, de modo que las pérdidas por fricción en la línea de retorno de las fugas también se reducen, lo cual disminuye la contrapresión en la cámara de equilibrio. Esto aumenta en forma automática la diferencia de presión que actúa en el disco y lo aleja de su propia cabeza, con lo cual se aumenta la holgura. Ahora, la presión aumenta en la cámara de equilibrio y el disco se mueve otra vez hacia su cabeza hasta que se restaura el equilibrio. Para asegurar una operación correcta del disco de equilibrio, el cambio en la contrapresión debe ser de una magnitud apreciable. Para 10­grarlo, se coloca un orificio de restricción en la línea conducto de retorno de la fuga.

La combinación de disco y tambor es el dispositivo de equilibrio hidráulico que más se utiliza. Incor­pora porciones que giran dentro de los holguras radiales de las porciones estacionarias y una cara de disco que gira dentro de una holgura axial de otra porción de la parte estacionaria. La holgura radial permanece constante, sin que importe cual­quier desplazamiento axial del rotor dentro de la carcasa. Pero ese desplazamiento cambia la holgura axial dentro del equili­brador. Estos cambios producen cambios en las fugas que, a su vez, cambian la caída de presión en las holguras radiales y con ello aumentan o disminuyen el valor promedio de la presión que actúa contra la cara del disco. Estos cambios en la presión intermedia en la cara del disco actúan para mover el equilibrador en la dirección requerida para restaurar el equilibrio y el balance axial.

Árboles y manguitos de los árboles

Los diámetros de los árboles de las bombas suelen ser mayo­res de lo que se necesita para transmitir el par motor, debido a que su tamaño se determina por la deflexión máxima permi­sible o deseable del árbol. Esta deflexión se selecciona para evitar un posible contacto en las superficies de desgaste a la vez que se mantienen holguras razonables que no afecten muy perjudicialmente la eficiencia de la bomba. La primera velo­cidad crítica de un árbol está relacionada con su deflexión. Se sigue un diseño que permita por ejemplo una deflexión de 0.005 a 0.006 pulg (0.13 a 0.15 mm), tendrá una primera velocidad crítica de 2400 a 2650 r/min. Ésta es la razón para emplear árboles rígidos (que trabajen a menos de su primera velocidad crítica) para bombas que operen a 1750 r/min o menos. En las bombas de etapas múltiples que funcionan a 3600 r/min o más se emplean árboles de igual rigidez (con la misma finalidad de evitar el contacto con los anillos de desgaste). Sin embargo, su velocidad crítica correspondiente es alrededor de 25 a 40% menor que su velocidad de opera­ción. Este margen es suficiente para evitar cualquier riesgo en la operación causado por efecto de la velocidad crítica.

Los árboles de las bombas suelen estar protegidos contra la corrosión, erosión y desgaste, en los estoperos y en los sellos contra fugas y los conductos para agua, con manguitos renovables. La función más común del manguito es proteger el árbol contra el desgaste en un estopero. Los manguitos para otras funciones tienen nombres específicos que indican su finalidad. Por ejemplo, un manguito para árbol, que se emplea entre dos impulsores de etapas múltiples junto con un buje o casquillo interetapas para formar un sello contra fuga entre ambos, se llama manguito interetapas o de distancia.

Prensaestopas (estoperos)

Los prensaestopas tienen la función principal de proteger la bomba contra fugas en el punto en que el árbol sale de la carcasa de la bomba. Si la bomba produce altura de aspiración y la presión en el extremo de prensaestopas interior es menor que la atmosférica, entonces la función del prensaestopas es evitar las filtraciones de aire a la bomba. Si esta presión es mayor que la atmosférica, la función es evitar las fugas hacia afuera de la bomba. El prensaestopas tiene la forma de un rebajo cilíndrico en el cual se coloca cierto número de anillos de empaquetadura alrededor del árbol o del manguito de éste. Si se desea sellar el prensaestopas, se emplea un anillo de cierre hidráulico o una jaula para sello para separar los anillos de la empaquetadura en secciones aproximadamente iguales. Se comprime la empaquetadura para darle el ajuste deseado sobre el árbol o camisa, mediante un collarín que se puede ajustar en dirección axial.

Se puede introducir agua o otro fluido sellador a presión en el espacio formado por la jaula de sello, con lo cual el fluido sellador fluye en ambas direcciones axiales. Esto es útil para bombas que manejan líquidos inflamables o sustancias químicas activas y peligrosas, porque evita la derrama del líquido bom­beado.

Cuando se emplea una bomba para manejar agua fría, limpia, los sellos del prensaestopas suelen estar conectados con la descarga de la bomba o, en las bombas de etapas múltiples, con una etapa intermedia. Se debe contar con un suministro independiente de agua para los sellos, si existe alguna de las siguientes condiciones: 1) la altura de aspira­ción sobrepasa los 15 pie (4.5 m); 2) la presión de descarga es menor de 10 lb/pulg2 (0.7 kg/cm2); 3) se maneja agua caliente sin enfriamiento adecuado (excepto en las bombas de alimentación de calderas, en las cuales no se emplean las jaulas de sellos); 4) se maneja agua Iodos a, o con arena o gránulos; 5) en todas las bombas para pozo caliente; 6) cuan­do no se permite que el líquido bombeado se fugue a la atmósfera. Cuando el agua para los sellos se toma de la descarga de la bomba, se suele hacer una conexión externa a la jaula para los sellos, con un tubo de pequeño diámetro o se hace una conexión con los conductos internos dentro de la propia bomba.

Las altas temperaturas o presiones complican el problema de la conservación de las empaquetaduras del prensaestopas. Las bombas para estos servicios difíciles suelen tener pren­saestopas enfriados por agua que circula por camisas o cha­quetas. Si la presión antes del prensaestopas hace impráctico colocarle un empaque adecuado en el estopero, se puede instalar un sello reductor de presión o de laberinto antes del estopero; las fugas por el sello de laberinto retornan a algún punto de presión más baja en el ciclo de bombeo.

En forma básica la empaquetadura del prensaestopas (es­topero) reduce las presiones y tiene suficiente plasticidad para ajustada para la operación correcta. Los tipos más co­munes son la empaquetadura de asbesto y la metálica; esta última está compuesta de hilos u hojas metálicas flexibles con un lubricante de grafito y de petróleo con un núcleo de asbesto o de plástico. Otros tipos de empaquetaduras pueden ser de cáñamo, cordoncillo, trenzada, de lona, dril, etc. La empaque­tadura se surte en rollos continuos de sección transversal cua­drada o como anillos preformados, moldeados en un troquel.

Bomba de succion por el extremo de una etapa con dobles sellos mecanicos.

Los sellos mecánicos se utilizan en las bombas centrífugas cuando no es práctico emplear empaquetadura convencional con superficies radiales de sellamiento. Las superficies de un sello mecánico se colocan en un plano perpendicular al árbol de la bomba, y consisten en dos superficies muy pulimenta­das, extendidas contiguas, una conectada al árbol y, la otra, a la parte estacionaria de la bomba. Estas superficies se man­tienen en contacto con un resorte y la holgura axial entre ellas la proporciona una película fina de liquido. El flujo del líqui­do sólo puede ser una gota cada cierto número de minutos o incluso una niebla del vapor que escape.

Hay dos disposiciones básicas de sellos: 1) montaje interno y 2) externo. Se pueden montar dos sellos mecánicos en un estopero para formar un montaje de doble sello. Esta disposición se emplea en bombas que manejan líquidos tóxicos o muy inflamables. Se suele inyectar entre los dos sellos un líquido de sellado, incoloro, filtrado, inerte a una presión un poco mayor que la presión que hay en parte de la bomba que está más adelante del sello.

Para servicio de algunas plantas de energía, el sellamlento por Inyección de condensado es superior que los sellos de empaquetadura convencionales o mecánicos. La empaqueta­dura convencional se sustituye por un buje reductor de labe­rinto y el manguito del árbol funciona dentro de este buje, con una pequeña holgura radial. Se introduce condensado frío en el centro del buje de laberinto para agotamiento a una presión mayor que la presión interna de la bomba. Una pequeña parte del agua de inyección fluye hacia adentro en la bomba; el resto sale hacia una cámara recolectora que tiene respiración a la atmósfera y regresa por un tubo al condensador.

EMPAQUETADURAS y SELLOS

Las empaquetaduras (o empaques) son medios para evitar o reducir al mínimo el escape de un fluido a través de los claros mecánicos, ya sea en el estado estático o el dinámico.

Las juntas se instalan en los claros estáticos que existen nor­malmente entre bridas paralelas o cilindros concéntricos. La acción de sello de las juntas de bridas planas se efectúa por la carga de compresión lograda por tornillos u otros medios me­canicos. La junta de cara completa no es recomen­dable, a causa de que el material exterior a los agujeros de los tornillos no es eficaz. La junta de anillo simple es más eficiente y económica. Con las bridas de contorno irregu­lar. los agujeros de los tornillos pueden servir para ubicar la Junta, en cuyo caso se deben colocar en lóbulos con el ancho de brida de sellado completo, mantenido entre el borde inte­rior de los agujeros y el interior de la junta. Los ajustes de me­tal con metal requieren un rebajo cuyo volumen sea mayor que el de la junta que se va a utilizar. La junta, como un anillo O, de sección transversal rectangular o circular, se extiende en forma suficiente sobre una ranura para proveer una mínima compresión de la sección transversal de 15070 para el asentamiento inicial. Durante el servicio, la carga del fluido provee automáticamente la fuerza sellante. Las bridas ala bea­das u ondeadas, que muchas veces resultan por la soldadura o segun se encuentran en el equipo con forro de vidrio, requieren juntas más suaves o más gruesas que lo normal, para ajustarse a las zonas altas y bajas. El espesor excesivo, aun cuando la instalación sea dentro de una ranura, debe evitarse para que no haya "aplanamiento" ni carga inadecuada. Las juntas de lengüeta y ranura confinan al empaque y, así, se adaptan bien para que tenga espacio ese espesor extra.

Además de los tipos que se ilustran, se­gún lo definido en la tabla, existen la junta de perfil metálico maquinado y los diseños metálicos macizos en juntas planas, redondas, y de anillos API octogo­nales u ovales, para presiones y temperaturas extremas contra vapor, aceite y gases. Las compresibilidades son muy bajas y dependen de la sección transversal. Las juntas con forro, por lo común de politetrafluoretileno con diversos nú­cleos, es útil sobre todo para el servicio extremadamente co­rrosivo o no contaminante, en condiciones promedio de pre­sión.

Las juntas cilíndricas o concéntricas comprenden el uso de un casquillo para proveer retención y carga mecánica, como en la junta mecánica estándar para el tubo de hierro fundido o el casquillo de la placa de tubos de un conden­sador (Fig. 8.6.11). También hay juntas en forma de copas e ideados para hacerse herméticos bajo presión .El anillo O localizado en una ranura anular y pre­comprimido como en la brida ranurada, es una junta auto­energizada. Un anillo cilíndrico con labios internos, sencillos o dobles, también de acción automática, es muy común en las juntas de tubos.

Además de estos tipos hay muchas juntas especiales diseña­das para algún uso específico o patentado, por ejemplo, un se­llo para una cabeza de tambor removible.

La compresibilidad de varios materiales para juntas se da en la figura y su uso común se lista en la tabla. Des­pués del hule están muchos materiales elastómeros, por lo ge­neral similares en el comportamiento mecánico, pero que va­rían en los límites de temperatura y compatibilidad con los fluidos.

El diseño apropiado de una junta requiere la rigidez de la brida para evitar su alabeo, el acabado de la superficie compa­tible con el tipo de junta y la presión del fluido, y la carga ade­cuada de los tornillos. La carga debe hacer que la junta se asiente, o sea, haga que el material fluya hacia dentro y llene las irregularidades de la brida. También debe soportar la carga del fluido con exceso suficiente, de manera que la presión residual sobre la junta sea mayor que la presión del fluido. Es­tos valores, conocidos respectivamente como carga de asenta­miento y, en lb/pulg, y factor de empaque m, varían con el material y el espesor de la junta. En la sección VIII del ASME Code for Unfired Pressure Vessels (Código ASME para reci­pientes a presión sin calentamiento), se dan suficientes detalles para el diseño de juntas típicas, así como valores tabulados de y y m para diversos materiales para juntas.

Aun cuando la alta carga de los tornillos es deseable para las juntas herméticas y duraderas, no debe aplastar el material de la junta. Los valores de la resistencia al aplastamiento, que variará con el espesor y la temperatura, pueden obtenerse de los fabricantes de empaques. De acuerdo con las condiciones de las bridas, tanto más delgada sea la junta, más eficiente será.

Los datos acerca del diseño de las juntas con' anillos O son aportados por los fabricantes. El límite de la presión nominal de los anillos O, basado en los claros mecánicos típicos, es de 1500 Ib/puli (10 MN/m2), sin anillos de retención, y de 3000 lb pulg2 (20 MN/rrr), con anillos de retención. Si pueden eli­minarse los claros, como en una junta con bridas en las que se tiene contacto estrecho metal con metal, no puede fijarse lí­mite. Otras juntas autoenergizantes, como las placas de regis­tro de calderas, sólo necesitan suficiente carga pa­ra efectuar un sello inicial.

Los discos de válvula son empaques especializados para uniones que con frecuencia se deshacen y se restauran. Los discos para válvulas de globo se embuten común­mente en un soporte de disco con un montaje giratorio, de ma­nera que no puedan dar vueltas al cerrar. Se fabrican de hule firme para roldanas de grifos pequeños hasta de ebonita y de fenólicos para servicio más severo. También se usan los plásti­cos como el nylon y el politetrafluoretileno. Las válvulas de bombas se describen en la sección 14. Los asien­tos para válvula hechos de hule se usan con discos metálicos en algunas bombas, por ejemplo,la bomba rotatoria para per­foración. Los plásticos también se utilizan para asientos, sobre todo en las válvulas de bola.

Los empaques dinámicos abarcan todos los empaques que operan sobre superficies en movimiento. Al funcionar, para retener el fluido bajo presión, soportan la carga hidráulica. Cuando no existe presión, como en muchas aplicaciones de se­llos de aceite, el empaque se carga mecánicamente por medio de un resorte o mediante su propia resiliencia. Los empaques dinámicos, por tanto, trabajan como cojinetes, que de ese modo indican la necesidad de lubricación que sirva de película de separación así como de refrigerante. La presen­cia de una película es vital para la duración satisfactoria en servicio, pero también significa que se tendrán fugas. Los flui­dos de baja viscosidad y las altas presiones se suman a.los pro­blemas de fugas, ya que ambos requieren películas delgadas para minimizar las fugas. Esto causa fricción más alta y, con ello, se produce calor, que es uno de los factores que más dis­minuyen la vida del empaque. Los empaques profundos redu­cen las fugas, pero aumentan seriamente el calor por fricción, sobre todo a velocidades altas. Por lo general, el fluido que se sella sirve como lubricante. Por tanto, en donde intervienen aceites, se obtiene eficiencia máxima. En orden creciente están el agua limpia, los solventes y los fluidos que contienen sóli­dos, los cuales progresivamente dan resultados no satisfacto­rios, a menos que se provea una lubricación suplementaria. Puede suministrarse la lubricación si se utiliza un anillo de se­llo hidráulico en el centro del conjunto, a través del cual se ali­menta el lubricante más satisfactorio a los empaques. El método preferido para introducir el medio es sumi­nistrarlo a una presión ligeramente más alta, 5 a 10 lb/pulg2. (3.5 a 7 kN/m2), que la del materia! que se está sellando. La selección del fluido queda determinada por los medios que in­tervienen, puesto que los dos deben ser compatibles. En casos de contaminación extrema, el anillo de sello hidráulico se cambia para el fondo de la caja y se usa como un medio para introducir un fluido de lavado. El sello hidráulico también es eficaz en la exclusión de aire de un dispositivo que trabaja con cargas negativas. En las bombas centrífugas equipadas de esta manera se le llama sello de agua.

Los empaques dinámicos se clasifican en tres formas:

1. Con base en la forma de las superficies: cilíndricos, cóni­cos, esféricos o planos. Los empaques cilíndricos se clasifican, a su vez, según que empaquen sobre el perímetro exterior, co­mo en los empaques para pistón o so­bre el perímetro interior, como en los vástagos o árboles. Otros ejemplos son: cónicos, el forro de la llave de macho; esféricos, la junta de bola; Y planos, los sellos mecánicos.

2. Con base en el tipo de movimiento: rotatorios, oscilan­tes, reciprocantes o helicoidales (como en el empaque de la válvula de vástago saliente).

3. Con base en lo no automático: empaques suaves o de jamba (apretados por medios externos, en general un cas­quillo); o automáticas preformadas, formas moldeadas (que se hacen herméticos bajo presión).

La selección de un empaque depende de consideraciones económicas. En la mayor parte de los casos existen varios ti­pos, algunos de los cuales, aunque en principio costosos, rin­den servicio excepcional. Un tipo menos costoso podría rendir servicio degradado.

Para los elementos reciprocantes, el anillo O es extremadamente simple; sin embargo, los datos de los fa­bricantes revelan que es una pieza de precisión que requiere to­lerancias cerradas. Siendo un material elastomérico expuesto por completo a! fluido de trabajo, está sujeto al ataque. Es ne­cesaria la selección cuidadosa del elastómero para asegurar su compatibilidad, o puede ocurrir contracción o esponjamien­to, que causan falla prematura. Es lo más adecuado para ser­vicio a presión mediana de 1500 a 3000 lb/pulg2 (lO a 20 MN/m2) con anillos de retención y movimiento intermitente, como en el servicio de cilindro hidráulico o de vástago de vál­vula. No es útil para servicio en bombas. Los anillos de retención son preferibles de sección transversal gruesa como de bloque, de cuero o de tetrafluoretileno, evitando el tipo del­gado en espiral. El anillo partido para pistón , en general de hierro fundido, se usa mucho en los motores de gas o de petróleo, o en las máquinas de vapor. Los pistones gran­des con frecuencia emplean anillos segmentados semejantes a los empaques metálicos flotantes para vástagos, pero con la cara hacia afuera. Los anillos metálicos flotantes están hechos de muchos segmentos radiales o tangenciales, que les permiten contraerse sobre el árbol; se arman, por lo ge­nera!, en juegos de dos para deshacer las juntas y se sostie­nen unidos con resortes de jarretera. Se usan para vapor, gas o aire, en motores o compresoras bajo las más severas condi­ciones de trabajo y presiones hasta de 35 000 Ib/pul2. Nor­malmente se provee lubricación de aceite; sin embargo, para servicio menos severo, los anillos de politetrafluoretileno re­llenados funcionan muy bien en gases secos, sin lubricación auxiliar. Los anillos escalonados, biselados o de corte a tope, de tela de algodón laminada, ligada con un elastómero o resi­ na fenólica, se emplean en las bombas para agua, bombas pa­ra gasolina, etc. Pueden flotar como los anillos de hierro fun­dido de los pistones o quedar fijos por un casquillo como en la figura. Las copas o su forma invertida con el labio sobre el diámetro interior, conocidas como empa­ques de brida, son por completo automáticos y muy herméti­cos. Se usan sobre todo para aplicaciones de baja velocidad, como los polipastos neumáticos. Los anilllos en V y cónicos anidados son automáticos, aunque a menudo vienen con un casquillo para efectuar el ajuste inicial. Están hechos. de una amplia variedad de materiales, desde elastómeros homogéneos hasta con refuerzo de tela de algo­dón o de asbesto, para servicio pesado. Varían en dureza des­de suaves y flexibles hasta semirrígidos. El uso de anillos múl­tiples permite cortarlos para abrirlos y facilitar su instalación y reemplazo. Los empaques suaves o de jamba son los mejor adaptados para el servicio en vástagos o émbolos buzos, ya que se requiere un casquillo ajustable. Están nor­malmente formados en sección rectangular, con una junta a tope en zig-zag de anillo a anillo en la instalación. Se emplean muchos materiales, como el lino trenzado saturado con cera o lubricantes viscosos, para agua y soluciones acuosas; el as­besto trenzado tratado en forma similar o muchas veces im­pregnado con politetrafluoretileno suspensoide para un mejor servicio así como más pesado; la tela de algodón ahulada y la­minada para agua caliente, vapor de agua y amoniaco a baja presión; la tela de asbesto ahulada y rolada para vapor de agua, y la hoja de metal trenzada o rolada para condiciones de alta temperatura y alta presión. Los empaques que contie­nen fibras de asbesto tejido o trenzado también están hechas de tramas de alambre insertadas para lograr mayor resistencia. Para las juntas de expansión en tuberías.

Los árboles rotatorios se sellan, en general, con empaques ajustables suaves, con la notable excepción de los sellos mecá­nicos, y en donde las presiones son ba­jas, pueden utilizarse los tipos de empaques en V o cónicos anidados. A presiones cero o despreciables, se usa mucho el sello de aceite, que es un empaque con ceja y carga de resorte (Fig. 8.6.28). En donde se puede tolerar cierta fuga, se em­plean los sellos de laberinto y de claro controla­do, en particular en equipo de alta velocidad, como las turbi­nas de vapor y de gas. Los empaques suaves son del mismo tipo general que los que se usan para el servicio reciprocante, con el trenzado de asbesto lubricado con grasa y grafito o con politetrafluoretileno suspensoide. Este último es el más popu­lar para las aplicaciones típicas en bombas centrífugas y vásta­gos de válvulas. Los empaques de plásticos constan de mezclas de fibras no orientadas de asbesto, grafito, partículas metáli­cas suaves y un aglomerante suministrado a granel o en anillos formados. Para evitar la pérdida de plástico por la estopera, en general se usan anillos de extremo de hoja metálica, tela la­minada o trenzada y hule. Para servicio rotatorio continuo, se prefieren los empaques automáticos para presión baja, ya que su hermeticidad bajo alta presión tiende a causar sobrecalen­tamiento. Sin embargo, son excelentes para servicio intermi­tente, como en vástagos de válvulas.

Los sellos de aceite son los únicos empaques de ceja que tienen un labio de elastómero, generalmente ligado a una taza metálica que está ajustada a presión dentro de un agujero cilíndrico liso. En forma básica, un sello de aceite es un empaque con ceja, con un labio flexible y un área de con­tacto reducida de aproximadamente 1/ 16 pulg (1.6 mm) de an­cho que, bajo presión, causa calentamiento y desgaste local excesivos. Por esta razón, sólo pueden recomendarse para aplicaciones sin presión y son lo mejor en medios con buena lubricación. Para adaptarse a una desviación del árbol hasta de 0.020 pulg (0.5 mm), lo cual depende de las r/min, el labio recibe carga de resorte. Ya que el labio está por completo ex­puesto a los medios, se debe tener particular cuidado para ase­gurar la compatibilidad entre el elastómero y el fluido. La temperatura es otro elemento importante en estas considera­ciones.

Los sellos mecánicos, rotatorios o de caras rozantes constan de superficies radiales planas, norma­les al eje del árbol, que funcionan como un cojinete de empuje axial. Una de las caras, el asiento, en general se inserta como junta resiliente al alojamiento. La cara correlati­va es impulsada por el árbol y sellada sobre él por un sello se­cundario, como lo es un fuelle (Fig. 8.6.31) o un empaque del tipo automático que permite el movimiento axial para compensar el juego y desgaste del extremo. El contacto inicial de apoyo se da por la carga de un resorte aumentada en servicio por la presión del fluido. Para veloci­dades extremas, muchas veces el asiento se monta sobre el árbol, yel sello dentro del alojamiento estacionario elimina el balanceo dinámico critico del conjunto del sello, transfirién­dolo al asiento simple. Es necesario el centrado exacto del se­llo, pero es más económico y positivo que el balanceo dinámi­co del sello. Los materiales abrasivos, como la lama, deben eliminarse de las caras de sello; una manera de lograrlo es con un buje de estrangulación instalado en el fondo de la cavidad del sello. Se dirige un fluido limpio a las caras, a una presión ligeramente superior que la de bombeo, lo que crea un contra­flujo a través del buje , lo cual también provee en­friamiento. La retención de fluidos o gases dañosos se efectúa por el montaje de dos sellos instalados con las caras opuestas y llenando el espacio intermedio con una barrera lubricante del liquido, compatible con el sistema, a una presión ligera­mente arriba de la del fluido que se sella. La cir­culación continua realiza una limpieza y enfriamiento adecua­dos para un rendimiento óptimo. Se tiene, en esencia, control sobre el medio ambiente.

Hay otras posibilidades que dependen de la aplicación. Las caras correlativas cojinete-sello pueden requerir resistencia quimica. La amplia elección de materiales para caras, uno de los cuales por lo común es carbono, ofrece amplios limites de presiones, servicio y de condiciones quimicas con muy alta efi­ciencia. Las caras correlativas típicas son de hierro fundido y bronce para condiciones moderadas, con cerámica, cermets, carburos, aceros inoxidables y aleaciones relacionadas, para aplicaciones severas. Quizás uno de los diseños más sencillos sea la roldana de algodón-fenólico, soportada con fuelle, que se apoya contra una cara maquinada del cuerpo de hierro fun­dido de la bomba de una bomba automotriz para agua (Fig. 8.6.31). Un diseño más refinado y flexible se muestra en la fi­gura 8.6.32, y se detalla en parte en la figura 8.6.40, en la que se ilustran construcciones no balanceada y balanceada, y de qué manera resultan apropiadas, respectivamente, para pre­siones hasta de 250 y 3000 Ib/pul2 (1.7 y 20 MN/m2). El propósito del balanceo es reducir la carga unitaria sobre las caras hasta, aproximadamente, 60 a 70070 de la carga unitaria del fluido. No es práctico un balanceo total.

Para velocidades muy altas, en donde es deseable eliminar todo tipo de contacto con fricción, se elige el sello de laberinto. Este sello no es hermético para fluidos, pero res­tringe un flujo fuerte por medio de una trayectoria tortuosa y turbulencia inducida. Se usa mucho en las turbinas de vapor (Sec. 9). En donde no son permisibles las fugas, puede utilizar­se un sello liquido basado en el principio del tubo en U. El peso natural del liquido se amplifica por una fuerza centrífuga, de manera que con altas r/min puede sellarse una presión diferencial regular. Otro sello que no es de contacto es el sello de claro controlado, que se está usando en las turbi­nas de gas, en donde no son excesivas las diferenciales de pre­sión y pueden tolerarse pequeñas fugas. El sello consta de un anillo con un claro sobre el eje de 0.0005 a 0.0015 pulg (0.013 a 0.038 mm) y se fabrica de materiales que permiten mantener ese claro en todas las temperaturas de trabajo. Por lo común, uno de los extremos del anillo se refrenta para formar un sello axial contra el interior de su alojamiento.

Los diafragmas son una forma de empaque dinámico, pero tienen las características de una junta en cuanto a que se suje­tan o sostienen en su posición con mordazas. En servicio no tienen fugas, aunque su recorrido está, en general, limitado. Al hacer rodar literalmente un cilindro dentro de otro, es posi­ble lograr un considerable aumento en el recorrido. A este tipo se le llama muchas veces fuelle, y una aplicación simple es la suspensión de sello mecánico que se muestra en la figura. En la válvula de diafragma, el diafragma reemplaza tanto el empaque normal del vástago como el disco de la válvula. Los diafragmas de tela, como de algodón o nylon (excepto los materiales friables, como el vidrio) cubier­tos con un elastómero conveniente para los medios y tempera­turas que se tenga, se usan en bombas (bomba para combusti­ble, y en motores para operar vál­vulas, interruptores y otros controles. Los diafragmas diseña­dos correctamente están hechos con holgura para permitir una acción natural de rodadura. El material de lámina plana se debe usar sólo cuando se desea un recorrido limitado. Una aplicación especial se encuentra en la bomba de alimentación pulsatoria (Pulsa-feeder) en la que el diafragma está bajo presión equilibrada del fluido por ambos lados y, por tanto, sin esfuerzos. Se emplea lámina de metal delgada, comúnmente con corrugados concéntricos, en aquellos casos en los que el movimiento está limitado y se desea una larga du­ración. Sin embargo, en donde se tiene un movimiento consi­derable, se debe prever la posibilidad de fatiga.

'Bombas'

Cojinetes

En las bombas centrífugas se utilizan todos los tipos de cojinetes. Incluso el mismo diseño básico de bomba muchas veces se construye con dos o más cojinetes diferentes, según lo requieran las condiciones de servicio. Se suelen emplear dos cojinetes externos en la bomba de doble succión y una etapa para servicio general, uno en cada lado de la carcasa.

En las bombas horizontales con cojinetes en cada extremo, el cojinete interno es el que está entre la carcasa y el acopla­miento, y el cojinete externo es el que está en el extremo opuesto. Las bombas con impulsores que sobresalen tienen ambos cojinetes en el mismo lado de la carcasa; el cojinete más cercano al impulsor es el interno; el más lejano es el externo.

Los cojinetes de bolas son los cojinetes antifricción más comunes utilizados en las bombas centrífugas. Los cojinetes de rodillos se usan menos, aunque el cojinete de rodillos esféricos es de empleo muy frecuente en árboles de tamaño grande. Los cojinetes de bolas que se emplean en las bombas centrífugas suelen ser de lubricación con grasa, aunque para otros servicios se utiliza aceite

Las chumaceras de camisa se utilizan en las bombas gran­des para trabajo pesado con diámetros de árbol de tal propor­ción que los cojinetes antifricción necesarios no suelen estar disponibles. También se usan para bombas de etapas múlti­ples y alta presión que trabajan a velocidades de 3600 a 9000 r/min. Todavía otra aplicación es en las bombas verticales sumergidas, como las verticales de turbina, en donde los cojinetes están en contacto con el agua. Casi todas las chuma­ceras de camisa se lubrican con aceite. Los cojinetes de empuje que se emplean en combinación con las chumaceras de camisa, son Kingsbury o tipo Kingsbury.

Acoplamientos

Las bombas centrífugas están conectadas a sus impulsores por medio de acoplamientos (coples) de diversos tipos, excepto en las bombas con acoplamiento cerrado, en las cuales el impulsor está montado en una extensión del árbol de la máquina motriz. Los acoplamientos utilizados con las bom­bas centrífugas pueden ser rígidos (del tipo de abrazadera o compresor) o flexibles (de pasador y tope, de engranes, de rejilla, o de disco flexible).

Montaje de la bomba

Es deseable que las bombas y sus unidades motrices se puedan remover de sus montajes. En consecuencia, se fijan con per­nos y espigas a las superficies maquinadas, que a su vez están conectadas con firmeza en la cimentación. Estas superficies maquinadas suelen ser parte de una placa de base en la cual ya se ha alineado la bomba y su unidad motriz. Las placas de base son de hierro fundido o de acero estructural. Las placas de asiento de hierro fundido o de acero se emplean para bombas verticales de pozo seco y para algunas unidades horizontales de las más grandes.

Bomba con acoplamiento compacto (montada en el motor)

Bombas verticales

Las bombas para pozo seco con cojinetes externos incluyen la mayor parte de las bombas para aguas negras, muchas de las bombas medianas y grandes para drenaje y riego de terre­nos, para carga alta y mediana. Muchas bombas grandes para circulación de condensado y suministro de agua y muchas bombas marinas. Algunas bombas verticales para pozo seco son básicamente de diseño horizontal, con pequeñas modifi­caciones para adaptarlas al eje vertical. En otras aplicaciones, como en las bombas pequeñas y medianas para aguas negras, emplean un diseño totalmente vertical. La mayor parte de estas bombas para aguas negras emplean toberas de succión de codo que tiene un agujero de acceso fácil al impulsor. Aunque los motores suelen estar montados en la parte superior de la carcasa de la bomba, el empleo del diseño con árbol vertical permite montar el motor a una elevación suficiente encima de la bomba para evitar la inundación accidental. Para estas aplicaciones, la bomba y su unidad motriz están separadas por un tramo de árbol, lo cual puede requerir cojinetes estabilizadores entre las dos unidades.

Las bombas centrífugas verticales para pozo húmedo se clasifican en: 1) verticales de turbina, 2) de hélice o de hélice modificada; 3) para aguas negras; 4) de voluta y S) de sumi­dero. Las primeras son el tipo más común. Las bombas de turbina vertical se construyen con impulsores cerrados o semi abiertos y con sistemas de árboles del tipo cerrado o abierto. El conjunto del tazón consta de la cabeza de succión, el impulsor o impulsores, el tazón de descarga, los tazones intermedios, la caja de descarga, los diversos cojinetes, el árbol y piezas diversas como cuñas y sujetadores del impulsor. El tubo de la columna consta del tubo en sí, el árbol encima del tazón, los cojine­tes del árbol y el tubo de cubierta o retenes de cojinetes. La bomba está suspendida de la cabeza impulsora que consta del codo de descarga, el soporte para el motor o la transmi­sión y el prensaestopas o estopero (en la construcción de árbol abier­to), o un componente para aplicar tensión y la introducción de lubri­cante al tubo de cubierta.

Bomba vertical pequeña con arbol intermedio para aguas negras

MATERIALES PARA CONSTRUCCION

Las bombas centrífugas se pueden fabricar con casi cualquier metal co­mún o aleaciones metálicas conoci­das, así como con porcelana, vidrio e incluso material sintético. En the Standards of the Hydraulic Institute se puede encontrar una lista de ma­teriales recomendados según los di­versos líquidos que se bombean. En la tabla se indican los materia­les de empleo más común para las diversas piezas de la bomba.

Construcción completa de

Construcción

Pieza

Construcción normal

hierro

completa de bronce

Carcasa

Hierro fundido

Hierro fundido

Bronce

Cabeza de succión

Hierro fundido

Hierro fundido

Bronce

Impulsor

Bronce

Hierro fundido

Bronce

Anillo del impulsor

Bronce

Hierro fundido o acero

Bronce

Anillo de carcasa

Bronce

Hierro fundido

Bronce

Difusor

Hierro fundido o bronce

Hierro fundido

Bronce

Pieza entre etapas

Hierro fundido o bronce

Hierro fundido

Bronce

Árbol, con manguito

Acero

Acero

Acero bronce o Monel

Sin manguito

Acero o acero inoxidable

Acero o acero inoxidable

Bronce o Monel

Manguito del árbol

Bronce

Acero o acero inoxidable

Bronce

Prensa estopa

Bronce

Hierro fundido

Bronce

Cebadura

Una bomba centrífuga se ceba cuando los conductos para agua de la bomba se llenan con el líquido que se va a bombear. Cuando se pone en servicio por primera vez, los conductos para agua están llenos de aire. Para efectuar la cebadura, si el suministro de succión está a una presión superior a la atmos­férica, se expulsa el aire contenido en la bomba por medio de una válvula provista justo para este fin. Si la bomba toma su succión en un suministro que se encuentra debajo de ella, hay que expulsar el aire que hay con algún tipo de dispositivo que produzcan el vacio, colocando una válvula de pie en la línea de succión a fin de poder llenar la bomba y ese tubo de succión con líquido o bien mediante una cámara para cebar instalada en la línea de succión. Se puede utilizar casi cualquier recurso para hacer el vacío para cebar las bombas. Antes, se emplea­ban mucho los cebadores con agua y chorro de vapor, pero en la actualidad se utilizan las bombas de vacio accionadas con motor eléctrico.

INSTALACIÓN, OPERACiÓN, MANTENIMIENTO

La instalación, operación y mantenimiento correctos de las bombas centrífugas varian mucho según el servicio a que se destinen y sólo se lograrán buenos resultados en estas áreas si se siguen las instrucciones del fabricante según sea el tamaño y tipo de la unidad. Sin embargo, hay ciertas conside­- raciones generales que se deben observar y que rara vez, se necesita modificar.

En general, la localización seleccionada para la instala­ción debe estar lo más cerca posible de la fuente de fluido, compatible con los requisitos de dejar suficiente espacio libre para permitir el acceso para la operación, inspección y mantenimiento. La unidad de bombeo se debe montar en una cimentación de suficiente tamaño y rigidez para sopor­tar la unidad misma más el peso del fluido que contendrá durante la operación y para mantener una alineación exacta. La tubería debe tener soportes independientes y estar ancla­da para evitar esfuerzos sobre la bomba; la tubería de succión, en particular, estar diseñada para minimizar las pérdidas por fricción y para presentar un perfil uniforme de velocidad en la entrada a la bomba. Las válvulas de succión y descarga (o de retención) deben ser las adecuadas para las presiones de trabajo y, en el caso de bombas muy grandes, se puede requerir también soporte independiente. Si la bom­ba va a tener que funcionar en contra de una altura de succión, se debe instalar un sistema de cebadura y si va a tener succión sumergida, muchas veces se necesitará insta­lar un respiradero. Se debe tener cuidado de asegurar que todas las conexiones auxiliares para agua de sello, enfria­miento, lavado y drenaje sean las adecuadas según la bomba que se vaya instalar.

Antes de la operación inicial de una bomba centrífuga, hay que asegurarse de que el impulsor o transmisión esté conec­tado en la dirección correcta de rotación, que cualesquiera acoplamientos para árbol entre los componentes separados de la unidad estén alineados dentro de los límites señalados por el fabricante y que todos los cojinetes estén provistos con la cantidad de los grados de los lubricantes. Luego, las secuen­cia normal para el arranque, será: 1) abrir las válvulas en todas las líneas auxiliares, para agua de sellos, enfriamiento, lavado y derivación; 2) abrir la válvula de succión; 3) cerrar la válvula de descarga para las bombas de baja velocidad espe­cifica cuando no tienen válvula de retención instalada des­pués de la bomba. o abrir la válvula de descarga para bombas de alta velocidad especifica o siempre que se em­plee válvula de retención de descarga; 4) cebar o descargar el aire de la bomba según se requiera; 5) poner en marcha el impulsor; 6) abrir la válvula de descarga si se cerró en el paso 3.

Después del arranque y hasta que se haya establecido la operación normal, es aconsejable vigilar la temperatura de los cojinetes, ver si hay fugas por el estopero y otros sínto­mas externos en el comportamiento de la bomba. Para tener la certeza de un buen funcionamiento, efectúe a la inversa los pasos 6, 5, 3 y 1 del procedimiento para arranque en ese orden.

En el aspecto del mantenimiento de la bomba, una regla fundamental de aceptación generalizada es que, mientras la ope­ración siga siendo normal, no se necesita tocar la bomba. Por tanto. excepto en circunstancias especiales, no se recomien­dan las reacondicionamientos periódicos. La cantidad y grado del mantenimiento, se basan, primero, en la naturaleza del servicio a que se destina la bomba y, por tanto, el usuario debe establecer las prácticas de mantenimiento como resultado de su propia experiencia.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE VERACRUZ

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