Las bombas hidráulicas

Definición de bomba hidráulica

La definición de una bomba hidráulica es la siguiente: “Una bomba hidráulica convierte energía mecánica en energía fluida o hidráulica”. Las bombas agregan energía al agua.

¿Qué son las bombas hidráulicas?

La bomba hidráulica es un motor que al ser alimentado genera un caudal y una fuerza determinada a su salida. Cualquiera de las tipologías constructivas realizan dicha transformación con el fin último de aumentar la presión del fluido que recorre sus cavidades.

La fuerza de las bombas hidráulicas genera presión

Las bombas no generan presión, esta es debida al propósito de crear caudal, comprimiendo así el fluido y generando la fuerza necesaria para una determinada presión. Esto condiciona la selección de la bomba para un determinado trabajo.

Teoría de bombeo

Al ser alimentada una bomba las aspas giran creando una corriente de succión a la entrada, introduciendo el fluido en su interior y creando al mismo tiempo una impulsión al circuito hidráulico.

¿Cómo seleccionar una bomba hidráulica?

Las bombas deben seleccionarse según el concepto del trabajo a realizar, con base a:

• Presión máxima de trabajo.
• Rendimiento de la bomba.
• Precisión y seguridad de operación.
• Fácil mantenimiento.
• Máximo flujo.
• Control requerido en la fase de arranque.

Las características mecánicas de las bombas son definidas por las condiciones de la operación, como presión, temperaturas, condiciones de succión y el material bombeado. Las características hidráulicas son inherentes a cada tipo de bomba y están influidos por la densidad, viscosidad, tipo de accionamiento y tipo de control.

Clasificación de las bombas hidráulicas?

Para una clasificación de los diferentes tipos de bombas hidráulicas, debemos conocer los términos más importantes para evaluar sus méritos.

Estos términos son los siguientes:

• Amplitud de presión: Son los límites máximos de presión con los cuales una bomba puede funcionar adecuadamente. Las unidades son Lb/plg2.
• Volumen: Es la cantidad de fluido que una bomba puede entregar a la presión de operación. Las unidades son gal/min.
• Amplitud de la velocidad: Se constituyen en los límites máximo y mínimo en los cuales las condiciones a la entrada y soporte de la carga permitirán a la bomba funcionar satisfactoriamente. Las unidades son r.p.m.
• Eficiencia mecánica: Se puede determinar mediante la relación entre el caballaje teórico a la entrada, necesario para un volumen específico en una presión específica y el caballaje real a la entrada necesario para el volumen específico a la presión específica.
• Eficiencia volumétrica: Se puede determinar mediante la relación entre el volumen teórico de salida a 0 lb/plg2 y el volumen real a cualquier presión asignada.
• Eficiencia total: Se puede determinar mediante el producto entre la eficiencia mecánica y la eficiencia volumétrica.

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Clasificación de las bombas hidráulicas

Clasificación de las bombas hidráulicas

Entre diferentes maneras de clasificar bombas, encontramos dos principales grupos:

• Bombas volumétricas o de desplazamiento positivo, entre las que se encuentran por ejemplo las alternativas, rotativas y las neumáticas, pudiendo decir a modo de síntesis que son bombas de pistón, cuyo funcionamiento básico consiste en recorrer un cilindro con un vástago.
• Bombas dinámicas o de energía cinética: Fundamentalmente consisten en un rodete que gira acoplado a un motor. Entre ellas se sitúan las regenerativas, las especiales, las periféricas o de turbinas y una de las más importantes, las centrífugas.

Para todos los tipos de bombas para líquidos hay que evitar la cavitación. Este fenónemo se genera por un vacío dentro del sistema y daña al mismo.

Bombas volumétricas o de desplazamiento positivo

En las bombas de desplazamiento positivo existe una relación directa entre el movimiento de los elementos de bombeo y la cantidad de líquido movido.

Todas las bombas de desplazamiento positivo cuentan de una pieza giratoria con varias aletas (paletas) que se mueven en una carcasa muy ajustada. Esto evita fugas del producto dentro de la bomba y aumenta la eficiencia del bombeo. El líquido queda atrapado en los espacios entre las aletas y pasa a una zona de mayor presión. Un dispositivo corriente de este tipo es la bomba de engranajes, formada por dos ruedas dentadas engranadas entre sí. En este caso, las aletas son los dientes de los engranajes.

En todas estas bombas, el líquido se descarga en una serie de pulsos, y no de forma continua, por lo que hay que tener cuidado para que no aparezcan condiciones de resonancia en los conductos de salida que podrían dañar o destruir la instalación.

En las bombas alternativas se colocan con frecuencia cámaras de aire en el conducto de salida para reducir la magnitud de estas pulsaciones y hacer que el flujo sea más uniforme.

Una de las más importantes en esta clasificación son las alternativas:

• En este tipo de bombas la energía mecánica recibida se transforma directamente en energía de presión que se transmite hidrostáticamente en el sistema hidráulico.
• En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la descarga abierta, pues a medida que la misma se obstruya, aumenta la presión en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la rotura de la bomba. Por tal razón siempre se debe colocar inmediatamente a la salida de la bomba una válvula de alivio o de seguridad. con una descarga al tanque y con registro de presión.

Bombas alternativas

Las bombas alternativas constan de un pistón que oscila en un cilindro. Este cuenta con válvulas que regulan el flujo de líquido hacia el cilindro y desde el cilindro. Estas bombas hay de acción simple y de acción doble:

La bomba de acción simple bombea solamente en un lado del pistón.

La bomba de doble acción bombea siempre en ambos lados del pistón. Estas bombas pueden tener una o varias etapas. Las bombas alternativas de etapas múltiples tienen varios cilindros colocados en serie. De esta manera el cilindro siguiente puede aprovechar lo generado en los cilindros anteriores.

Bombas de energía cinética

Un elemento rotativo mueve el fluido en el sentido de su rotación generando energía por razón a su movimiento pudiéndose variar dependiendo de la masa y resistencia de la línea de descarga.

Bombas de volumen fijo o bombas de desplazamiento fijo

Estas bombas se caracterizan porque entregan un producto fijo a velocidad constante. Este tipo de bomba se usa más comúnmente en los circuitos industriales básicos de aplicación mecánica de la hidráulica.

Estas bombas son de desplazamiento fijo a una velocidad constante. Su principal aplicación es en los circuitos industriales básicos de aplicación mecánica.

Bombas de paletas (aletas)

Según la forma de la caja hay bombas de simple, doble o triple cámara. La mayoría de bombas de paletas deslizantes son de una cámara (monocelulares). Estas máquinas son de gran velocidad, de capacidades pequeñas o moderadas y manejan fluidos poco viscosos.

Bombas de pistón

Las bombas de pistón son consideradas de alto rendimiento y eficiencia volumétrica, utilizadas generalmente en las industrias.

Bombas de volumen variable

Las bombas de volumen variable o de desplazamiento negativo, son las que desplazan una cantidad variable de líquido dependiendo de la presión del sistema. A mayor presión menor cantidad de líquido desplazará.

A este caso pertenecen:

• Las bombas de engrenajes: Los volúmenes variables para bombas de engranes únicamente son utilizables si se varía la velocidad de impulsión de la bomba. El factor de escape uniforme prohíbe la eficiencia constante con velocidad variable y elimina a las bombas de engranes para uso potencial de volumen variable.
• Las bombas centrífugas: Su elemento propulsor es el rodete giratorio. En este tipo de bombas, se transforma la energía mecánica recibida en energía hidro-cinética imprimiendo a las partículas cambios en la proyección de sus trayectorias y en la dirección de sus velocidades.
  Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de las mismas no tenga contrapresión pues si la hubiera, dado que la misma regula la descarga, en el caso límite que la descarga de la bomba estuviera totalmente cerrada, la misma seguiría en movimiento NO generando caudal alguno trabajando no obstante a plena carga con el máximo consumo de fuerza matriz.
• Las bombas de pistón: Son las mejores adaptadas para diseños de volumen variable, y las bombas axiales de pistón generalmente son consideradas como las más eficientes de todas las bombas, y son por sí solas las mejores para cualquier condición de volumen variable. Las bombas radiales de pistón son también utilizables para producir volúmenes variables.

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Características técnicas e hidráulicas de las bombas centrífugas

Altura hidráulica desarrollada por una bomba centrífuga

La altura (h) desarrollada por una bomba se determina midiendo la presión en la aspiración y en la salida de la bomba, calculando las velocidades mediante la división del caudal de salida entre las respectivas áreas de las secciones transversales y teniendo en cuenta la diferencia de altura entre la aspiración y la descarga. La altura neta h suministrada por la bomba al fluido es donde los subíndices d y as se refieren a la descarga y aspiración de la bomba. Si las tuberías de descarga y aspiración son del mismo tamaño, las componentes de la altura correspondiente a la velocidad se cancelan, sin embargo en general la tubería de entrada es mayor que la de salida.

La normativa de ensayo indica que la altura desarrollada por una bomba es la diferencia entre la carga en la entrada y en la salida. Sin embargo, las condiciones del flujo en la brida de salida son normalmente demasiado irregulares para tomar medidas de presión precisas, y es más seguro medir la presión alejándose de la bomba diez o más veces el diámetro del tubo y añadir una estimación de la pérdida por fricción para esa longitud del tubo.

En la entrada algunas veces existe prerotación en la zona del tubo cercana a la bomba y esto puede hacer que las lecturas depresión obtenidas con un instrumento de medida sean diferentes a la presión media real en dicha sección.

Rendimiento hidráulico de las bombas centrífugas

Cuando un líquido fluye a través de una bomba, sólo parte de la energía comunicada por el eje del impulsor es transferida el fluido. Existe fricción en los cojinetes y juntas, no todo el líquido que atraviesa la bomba recibe de forma efectiva la acción del impulsor, y existe una perdida de energía importante debido a la fricción del fluido. Ésta pérdida tiene varias componentes, incluyendo las pérdidas por choque a la entrada del impulsor, la fricción por el paso del fluido a través del espacio existente entre las palas o álabes y las pérdidas de alturas al salir el fluido del impulsor. El rendimiento de una bomba es bastante sensible a las condiciones bajo las cuales esté operando.

Características del funcionamiento de las bombas centrífugas a velocidad constante

El rendimiento de una bomba varía considerablemente dependiendo de las condiciones bajo las cuales esté operando. Por tanto, cuando se selecciona una bomba para una situación dada, es importante que la persona encargada de realizar dicha selección tenga información relativa el funcionamiento de las distintas bombas entre las que vaya a realizarse la elección. El fabricante de bombas suele tener información de este tipo, basada en ensayos de laboratorio, sobre su catálogo de bombas estándar. Sin embargo, algunas veces las bombas de gran capacidad se fabrican a medida. A menudo se fabrica y se ensaya un modelo de tal bomba entes de realizar el diseño final del prototipo de la bomba. Aun cuando algunas bombas centrífugas son accionadas por motores de velocidad variable, la forma más frecuente de operación de las bombas es a velocidad constante.

La forma de los impulsores y de los álabes y su relación con la envolvente de la bomba dan lugar a variaciones en la intensidad de las pérdidas por choque, la fricción del fluido y la turbulencia. Dichos parámetros varía con la altura y el caudal, siendo responsables de las grandes modificaciones en las características de las bombas. La altura en vacío es la que desarrolla la bomba cuando no hay flujo. En el caso de las bombas centrífugas de flujo mixto, la altura en vacío es alrededor de un 10 por 100 mayor que la altura normal, que es la que corresponde al punto de máximo rendimiento, mientras que en el caso de las bombas de flujo axial la altura en vacío puede ser hasta tres veces la altura normal.

La elección de una bomba para condiciones determinadas dependerá de la velocidad de giro del motor que la acciona. Si la curva característica de una bomba para una velocidad de giro dada es conocida, la relación entre la altura y el caudal para velocidades de giro distintas puede deducirse a partir de ecuaciones.

El efecto de la viscosidad en bombas centrífugas

Las bombas centrífugas también se utilizan para bombear líquidos con viscosidades diferentes a las del agua. Al aumentar la viscosidad, la curva altura caudal se hace mas vertical y que la potencia requerida aumenta. La línea discontinua indica los puntos de máximos rendimiento para cada curva. Se observa que tanto la altura como el caudal disminuyen en el punto de máximo rendimiento.

Dos de las principales pérdidas en una bomba centrífuga son por fricción con el fluido y fricción con el disco. Estas perdidas varían con la viscosidad del líquido de manera que la carga – capacidad de salida, así como de la toma mecánica difiere de los valores que se obtienen cuando se maneja agua.

Es necesario, sin embargo, conocer las tres unidades diferentes que pueden encontrarse para describir la viscosidad de un líquido en especial:

• Segundos Saybolt Universal, o SSU.
• Centistokes – que define la viscosidad cinemática.
• Centiposes – que definen la viscosidad absoluta.

Se han hecho muchas pruebas experimentales para determinar el efecto de la viscosidad del líquido en el funcionamiento de diversas bombas centrífugas. Aun con datos muy extensos sobre el efecto de la viscosidad.

Es difícil predecir con precisión el funcionamiento de una bomba cuando maneje un fluido viscoso de su comportamiento cuando emplea agua fría.

Cuando se aplican bombas ordinarias de agua fría para usarse en el bombeo de líquidos viscosos, se debe tener cuidado para asegurarse de que el diseño de la flecha es lo bastante fuerte para la potencia necesaria, que puede ser un considerable esfuerzo en los caballos de fuerza al freno para agua fría, aunque pueda ser el peso específico del líquido menor que el del agua.

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