Las instalaciones industriales y los fluidos requieren para su normal funcionamiento que una serie de fluidos sean transportados desde unas zonas a otras, regulando además su presión y su caudal entre otros muchos parámetros. Las bombas son los equipos encargados de esta función.
Las aplicaciones de las bombas de impulsión son enormes: calentar o enfriar, trasladar reactivos, etc.
Definición
Las bombas son máquinas en las cuales se produce una transformación de la energía mecánica en energía hidráulica (velocidad y presión) comunicada al fluido que circula por ellas.
Tipos de bombas
Definición de Bomba de desplazamiento positivo:
Una bomba de desplazamiento positivo es un tipo de bomba hidráulica donde el fluido es obligado a desplazarse, forzándolo por medio de mecanismos como engranajes, lóbulos, aspas, o pistones, entre otros. Generan altas presiones y normalmente a bajos caudales. Son muy usadas para transporte de líquidos viscosos como el ACPM o el aceite hidráulico o en la industria de alimentos, ya que por su diseño son fáciles de desarmar y limpiar.
Definición de bombas reciprocantes:
Las bombas reciprocantes son un tipo de bombas de desplazamiento positivo que por la acción de un mecanismo de pistón o embolo, descargan una cantidad definida de líquido durante el movimiento de pistón o embolo a través de la distancia de carrera.
Estas bombas son relativamente de baja velocidad de rotación, de tal manera que cuando tienen que ser movidas por motores eléctricos, deben ser intercaladas transmisiones de engranajes o poleas o variadores, para reducir la velocidad entre el motor y la bomba. Un tipo particular de estas bombas reciprocantes son las bombas neumáticas, que accionan membranas al lado izquierdo y derecho de un cuerpo central, por la acción de aire comprimido.
Definición de Bombas Dinámicas:
Las bombas dinámicas son un tipo de bombas hidráulicas en que el impulsor o elemento que impulsa el fluido (rodete o rueda con alabes), imparte velocidad y presión al fluido, en la medida que el fluido se desplaza por el impulsor. El impulsor gira a altas velocidades (1.800RPM o 3.600 RPM), impulsando el fluido del centro hacia afuera, convirtiendo la velocidad del fluido en energía de presión. Se consiguen bombas dinámicas con rangos de presión y de caudales muy variados. De las bombas dinámicas, las más conocidas y usadas son las bombas centrifugas.
Definición de bombas centrifugas:
Las bombas centrifugas son un tipo de bomba rotatoria en que se incrementa la energía de velocidad del fluido mediante un rodete o impulsor, aprovechando la fuerza centrífuga y transformándola en energía de presión, a un flujo o caudal determinado.
Partes de una bomba Centrifuga
-Sellos
Empaquetadura/sello mecánico
Boluta o carcasa
Rodamientos
-Impulsor
Tipos de Sellos
Un sello tiene diversas funciones:
1. Prever fugas
2. Impedir la entrada de contaminantes.
3. Separar fluidos en el sistema
4. Ser flexibles para evitar fugas cuando hay pequeños movimientos axiales y radiales.
5. Sellar las superficies rugosas.
6. Desgastarse con mayor rapidez que las partes en las cuales es usado para evitar el reemplazo.
TIPOS DE EMPAQUETADURAS
Hay dos tipos básicos de anillos de empaquetadura que se emplean en los sistemas hidráulicos.
Anillos de empaquetadura del tipo V.
Anillos de empaquetadura del tipo U.
También la empaquetadura que se emplea en los prensaestopas de bombas, compresores y otros equipos que es un cordón que contiene un lubricante y que muchos lo conocemos como garlock.
Los anillos de empaquetadura tipo V tienen muchas secciones. Cuando el sello trabaja a la compresión, los labios se expanden cerrando los claros y evitando la fuga.
Algunas empaquetaduras requieren de una pequeña fuga para su lubricación. Los espacios entre el sello permiten una lubricación, esta lubricación es requerida para evitar un desgaste prematura de la empaquetadura.
Las empaquetaduras en V tienen dos adaptadores que le sirven como soporte una es la hembra y el otro es el macho.
El sello tipo U es muy similar a la empaquetadura en V, se emplea en los cilindros hidráulicos y neumáticos.
La instalación de ellos es muy sencilla, pero hay que tener cuidado en no lastimar la empaquetadura porque si no estaremos provocando una fuga desde nuestra instalación.
Mantenga todos los dispositivos de sellado en un lugar exento de polvo y humedad, no los exponga a la luz del sol ya que se dañarán.
Use un lubricante cuando instale una empaquetadura, el fluido debe ser compatible. Sea cuidadoso, no dañe al sello contra las superficies del equipo, no use herramientas con filo, al instalar la empaquetadura este seguro de que la coloco bien y en su lugar.
MATERIALES DE EMPAQUETADURAS. Hay una gran variedad de materiales para empaquetaduras, además tenemos empaquetaduras para bombas, para ejes y vástagos de válvulas. Empaquetaduras de grafito, para sustancias químicas fuertes en ejes de bombas, hasta 250 grados centígrados. Empaquetaduras de EZE-LON, para alta velocidad sin asbesto, uso múltiple, temperatura máxima de 250 grados centígrados. Empaquetaduras de fibra de carbón, controla el agua, los solventes, ácidos y soporta 250 grados centígrados.
Empaquetaduras de teflón con grafito, Para ejes y vástagos en presencia de agua, vapor petróleo, solventes, ácidos y álcalis gama de pH 2 – 12, temperatura 250 grados centígrados.
Empaquetadura química, Para velocidades del eje de 6 m/s, en presencia de todo tipo de sustancias químicas, también aire y gas, 250 grados centígrados.
Empaquetadura para proceso de alimentos, Para bombas, agitadores, mezcladores, válvulas, etc., para el manejo de fluidos en el proceso de alimentos. Temperatura hasta 230 grados centígrados.
Empaquetadura STERN- LON, Servicio marino y máquinas de papel.
Empaquetadura BLU-LON para ácidos, Para ejes, vástagos y válvulas en presencia de ácidos altamente corrosivos, hasta 260 grados centígrados, gama pH 0 – 12.
Empaquetaduras de asbesto grafitadas, Bombas centrífugas que manejan líquidos calientes incluyendo agua, alcohol, ácidos débiles y sustancias cáusticas.
Empaquetaduras laminadas de metal babbitt, Para ejes rotatorios hasta 230 grados centígrados en bombas centrífugas de petróleo, bombas de agua de alta presión, bombas de fluidos de alimentación de calderas, ejes de turbinas de vapor, compresores de aire, compresores de amoniaco, bombas con fluidos que se solidifican o con fluidos de transferencia de calor.
Empaquetaduras laminadas de aluminio, Para ejes rotatorios de dureza brinell 500 hasta 540 grados centígrados, en bombas centrífugas de carga de aceites calientes, válvulas de difenil, cuellos de alambiques, bombas de alimentación de calderas y fluidos de transferencia de calor.
SELLOS MECÁNICOS.
El manejo de sustancias químicas que cada vez se hace en cantidades más grandes y por el hecho mismo de que estas sustancias químicas son: corrosivas, peligrosas, venenosas, toxicas, excesivamente caras o costosas y porque la industria moderna tiene que emplear cada vez más líquidos de proceso que tienen una o más características nos ha llevado a la situación en que las fugas deben mantenerse a un valor mínimo cada vez más crítico.
Esto significa que las viejas formas de sellado: empaquetaduras mecánicas, sellos de laberinto, sellos de labio, retenes, etc., tienen muchas limitaciones:
Fugas mayores del mínimo deseable.
Necesidad de constante ajuste y mantenimiento.
Desgaste inaceptable en los ejes.
Ninguna seguridad en el manejo de fluidos tóxicos, corrosivos o explosivos.
Por todo ello el sello mecánico se ha ganado una gran fama como un dispositivo de sellado altamente confiable en los equipos y ha obligado a transformar las viejas instalaciones de muchas industrias progresistas.
Desde hace unas décadas, la presencia de los sellos mecánicos se ha hecho tan frecuente que han ido dominando la tecnología del sellado en todos los equipos de proceso, bombas, manejo y control de fluidos. Cada vez los encontramos en más y más equipos y como buenos mecánicos debemos conocerlos bien en su funcionamiento, manejo e instalación.
CARCASA O VOLUTA
Voluta
La configuración tipo voluta de la carcasa, en una bomba centrífuga, se asemeja a la forma de un espiral.
Los tres principales tipos de carcasa tipo voluta son:
1. Voluta simple.
2. Doble voluta.
3. Voluta concéntrica.
Voluta simple
Por su sencillez, la voluta simple es el tipo más común de construcción, está generalizado en las bombas de baja y media energía debido a que genera bajos costos relativos de fabricación, son relativamente sencillas de maquinar y ajustar. La figura 2-13 muestra el cuerpo de una carcasa tipo voluta simple.
- Cuerpo de una carcasa tipo voluta simple. Este tipo de diseño de carcasa resulta práctico, debido a que la conversión de energía cinética en presión se realiza de forma eficiente. La forma en espiral de la voluta permite un incremento del área a una razón proporcional, que mantiene al líquido, que es descargado del impulsor, a una velocidad constante hasta que es difundido en la carcasa.
Clásicamente la velocidad de referencia tomada para el diseño de las volutas es la velocidad en el Punto de Mejor Eficiencia (BEP) y las velocidades en otros puntos de operación son estimadas en función de la velocidad del fluido en el BEP. En la actualidad el diseño computarizado de las bombas ha permitido modelar las velocidades del fluido en las diferentes condiciones de operación.
La figura N° 2-14 presenta el esquema de una bomba con carcasa tipo voluta mostrando las flechas orientadas radialmente que indican la dirección de las fuerzas, que el fluido está ejerciendo contra el centro de la bomba. La principal desventaja de este tipo de carcasa es que el esfuerzo radial se incrementa debido al cambio constante del área seccional de la carcasa.
Figura N° 2-14.- Diagrama de una bomba con carcasa tipo voluta simple.
En la figura 2-14 se observa que a medida que el caracol de la carcasa se aproxima a la garganta de salida las fuerzas radiales se incrementan sustancialmente. La magnitud de estas fuerzas es indicada por el tamaño de las flechas, las cuales se incrementan progresivamente al aproximarse al área de descarga.
Existen problemas asociados al desbalance de las fuerzas radiales que causan diferentes tipos de eventos. El esfuerzo radial excesivo puede causar la deflexión del eje, sobrecarga en los cojinetes radiales y axiales, daños en las caras de los sellos mecánicos, daños en las estoperas de las cajas de cojinetes y otros efectos que acortan la vida operativa de la bomba.
En las bombas de bajo caudal usadas para aplicaciones especiales, como las bombas para manejar sólidos y desechos, se acostumbra a usar carcasas de voluta simple.
b.- Doble voluta
La carcasa de doble voluta se utiliza principalmente en las bombas diseñadas siguiendo el API 610/ISO 13709 o en las bombas de gran capacidad. En las carcasas de doble voluta se incorpora una vena interna a lo largo de la espiral de la carcasa. La figura N° 2-15 muestra el diagrama en corte de una bomba con carcasa de doble voluta, mostrando la vena interna y la distribución de fuerzas radiales.
Este diseño de carcasa reduce el desbalance de presiones radiales alrededor de la periferia del impulsor, mediante la división del flujo total y reducción relativa del área de la voluta, equilibrando de esta forma las fuerzas radiales cuando la bomba trabaja a caudales fuera del caudal de diseño.
Esta modificación de la voluta aumenta la vida de los cojinetes radiales, ya que reduce las fuerzas radiales transmitidas al eje entre 1/6 y 1/3 de las fuerzas observadas en bombas con voluta simple.
Figura N° 2-15.- Diagrama de una bomba con carcasa, tipo doble voluta.
En el pasado la fundición de las carcasas de doble voluta en bombas de baja capacidad representaba un problema porque sé hacia muy difícil que la vena de separación que divide la voluta quedara bien fundida y sin imperfecciones. La figura 2-16 muestra una carcasa doble voluta fundida mostrando la vena de separación.
Las imperfecciones causan altas perdidas de energía en la bomba, tanto hidráulicas como por fricción. En la actualidad las técnicas de fundición se han perfeccionado y permiten un mejor control de los acabados y de las áreas de los pasajes de las volutas dobles.
La fabricación de estas carcasas resulta más costosa y se experimenta una reducción de la Eficiencia de estas bombas con respecto a las bombas de voluta simple de entre 1 y 2%, debido al incremento de la fricción en las superficies adicionales. Sin embargo, las ventajas hidráulicas superan cualquier pequeño inconveniente que se pueda observar en estas bombas, siendo ampliamente usadas en procesos y aplicaciones exigentes.
Figura N° 2-16.- Carcasa con doble voluta mostran-do la vena de separación.
c.- Voluta concéntrica
En contraparte a las bombas de voluta tipo espiral existen las volutas concéntricas, muy comunes en bombas de relativamente bajo costo, alto Cabezal de Descarga relativo y baja Velocidad Específica (NS). En estas bombas la carcasa es circular y mantiene una distancia fija con el diámetro exterior del impulsor. La figura 2-17 muestra el modelo de una bomba con carcasa concéntrica.
Figura N° 2-17.- Diagrama de una bomba con carcasa concéntrica.
La carcasa concéntrica es ampliamente utilizada en bombas de acero inoxidable fabricadas por estampado y cuando las carcasas son fabricadas por fundición se reduce considerablemente el trabajo de maquinado y la complejidad de los moldes. Este tipo de carcasa se aplica en bombas que acomodan impulsores de diferentes diámetros o que requieren que los pasajes de la carcasa sean maquinados en detalle, como es el caso de las bombas sanitarias, bombas criogénicas, etc.RODAMIENTOS
SISTEMA DE DESIGNACIÓN BÁSICA DE RODAMIENTOS
Por lo general, una designación básica contiene entre tres y cinco dígitos. El sistema de designación básica se muestra en la tabla 1. Las combinaciones de números y letras tienen el siguiente significado:
El primer dígito, letra o combinación de letras identifica el tipo de rodamiento y alguna posible versión básica.
Los siguientes dos dígitos identifican la serie de dimensiones ISO. El primer dígito indica la serie de ancho o altura (dimensiones B, T o H). El segundo dígito identifica la serie de diámetro (dimensión D).
Los últimos dos dígitos de la designación básica identifican el código de tamaño del agujero del rodamiento. El código de tamaño multiplicado por 5 da como resultado el diámetro del agujero (d) en mm.
PRIMER DÍGITO EN REFERENCIAS DE RODAMIENTOS
En una referencia de un rodamiento, el primer dígito indica el tipo de rodamiento, así:
Si se trata del rodamiento de referencia: 6205, en este caso el primer dígito seis (6), indica que es un rodamiento rígido de una hilera de bolas.
Si el rodamiento tiene de referencia: 32206, el primer dígito tres (3) indica que es un rodamiento de rodillos cónicos.
Nótese en el caso del rodamiento 3206, este no es de rodillos cónicos a pesar del que el primer dígito es tres (3), sino que es un rodamiento de doble hilera de bolas de contacto angular. Esta es una excepción a la regla del primer dígito y en este caso la referencia tiene cinco (5) dígitos.
Si el rodamiento tiene de referencia: 1205, el primer dígito uno (1) indica que es un rodamiento de bolas a rótula
Si el rodamiento tiene referencia: 24013, el primer dígito dos (2) indica que es rodamientos de rodillos a rótula
Si el rodamiento tiene una referencia de: 51328, el primer dígito cinco (5) indica que es un rodamiento axial de bolas.
ÚLTIMO DÍGITO EN LA REFERENCIA DE RODAMIENTOS
En una referencia de un rodamiento, el último dígito indica el diámetro nominal interno del rodamiento dividido por cinco () eso es, se debe multiplicar por cinco (5) esta cifra para obtener el diámetro interno del rodamiento, así, por ejemplo:
En el rodamiento 6308, el último dígito ocho (8) indica que tiene un diámetro interior de 8 x 5 = 40 milímetros y es rígido de una hilera de bolas según el primer dígito seis (6).
En el rodamiento 32207, el último dígito siete (7) indica que el diámetro interior de este rodamiento es de 7 x 5 = 35 milímetros y es de rodillos cónicos según le primer dígito tres (3).
En el rodamiento 24013, los últimos dos (2) dígitos trece (13) indican que el diámetro interior de este rodamiento es 13 x 5 = 65 milímetros.
Nótese que en este caso el rodamiento 2413 no existe, pues 3 x 5 = 15 milímetros que no entra en esta regla.
DÍGITOS INTERMEDIOS EN REFERENCIA DE UN RODAMIENTO
En la siguiente Tabla A se puede apreciar las diferencias en un mismo tipo de referencia de rodamientos, con diferentes dígitos intermedios:
TABLA A
Los rodamientos 61811, 62211, 63311 todos son rígidos de una hilera de bolas de 55 milímetros de diámetro interior. No obstante, el cambio en los dígitos intermedios representa diferentes medidas del ancho y del diámetro exterior del rodamiento.
Los rodamientos 61805, 61905, 6205 y 6405, todos son rígidos de bolas con diámetro interior de 25 milímetros. Sin embargo, todos tienen diferente ancho y diferente diámetro exterior indicados por sus dígitos intermedios en la referencia del rodamiento.
EXCEPCIONES A REGLA DE NOMENCLATURA DE RODAMIENTOS
A continuación, se pueden ver las excepciones más importantes dentro del sistema de designación básica de rodamientos:
En algunos casos, se omite el dígito para identificar el tipo de rodamiento o el primer dígito en la identificación de la serie de dimensiones. Estos dígitos se encuentran entre paréntesis en la tabla 1.
Los rodamientos con un diámetro del agujero de 10, 12, 15 o 17 mm tienen las siguientes identificaciones de código de tamaño:
00 = 10 mm
01 = 12 mm
02 = 15 mm
03 = 17 mm
En el caso de los rodamientos que tienen un diámetro del agujero < 10 mm o ≥ 500 mm, el diámetro, por lo general, se expresa en milímetros (sin codificar). La identificación del tamaño está separada del resto de la designación del rodamiento por medio de una barra inclinada, p. ej., 618/8 (d = 8 mm) o 511/530 (d = 530 mm). Esto también es válido para los rodamientos estándares conforme a la norma ISO 15, que tienen un diámetro del agujero de 22, 28 o 32 mm, p. ej., 62/22 (d = 22 mm).
Para algunos rodamientos con un diámetro del agujero < 10 mm, como los rodamientos rígidos de bolas, de bolas a rótula y de bolas de contacto angular, el diámetro del agujero también se expresa en milímetros (sin codificar), pero no se separa de la designación de la serie mediante una barra inclinada, p. ej., 629 o 129 (d = 9 mm).
Los diámetros de agujeros que se desvían del diámetro estándar del agujero de un rodamiento se indican sin codificar y se expresan en milímetros con un máximo de tres lugares decimales. Esta identificación del diámetro del agujero forma parte de la designación básica y está separada de esta por medio de una barra inclinada, p. ej., 6202/15.875 (d = 15,875 mm = 5/8 pulg.).
SERIES DE RODAMIENTOS
Las designaciones de las series de rodamientos incluyen una identificación para el tipo de rodamiento y la serie de dimensiones. Las designaciones más comunes de las series se muestran en la tabla 1. Los dígitos que están entre paréntesis pertenecen al sistema, pero en la práctica no se utilizan en la designación de las series.
PREFIJOS Y SUFIJOS DE RODAMIENTOS
Las designaciones de la mayoría de los rodamientos SKF corresponden a un sistema que incluye una designación básica con o sin uno o más prefijos y/o sufijos, como se muestra en la tabla y en los ejemplos a continuación.
Los prefijos y sufijos brindan información adicional sobre el rodamiento.
Prefijos se utilizan, principalmente, para identificar los componentes de un rodamiento. También pueden identificar versiones de los rodamientos.
Sufijos identifican los diseños o las versiones, que difieren en algunos aspectos del diseño original o del diseño básico actual. Los sufijos están divididos en grupos.
TIPOS DE IMPULSORES
Impulsores abiertos
Las paletas están unidas al cubo central, sin ninguna forma, pared lateral o cubierta, y están montadas directamente en un eje. Los impulsores abiertos son estructuralmente débiles y requieren valores NPSHR más altos. Normalmente se usan en bombas de bajo diámetro y de bajo costo que manejan sólidos en suspensión. Son más sensibles al desgaste que los impulsores cerrados, por lo que su eficiencia se deteriora rápidamente en el servicio erosivo.
Impulsores parcialmente abiertos o semicerrados
Este tipo de impulsor incorpora una pared posterior (cubierta) que sirve para endurecer las paletas y agrega resistencia mecánica. Se usan en bombas de diámetro medio y con líquidos que contienen pequeñas cantidades de sólidos en suspensión. Ofrecen mayor eficiencia y menor NPSHR que los impulsores abiertos. Es importante que exista una pequeña holgura o espacio entre las paletas del impulsor y la carcasa. Si la holgura es demasiado grande, ocurrirá un deslizamiento y recirculación, que a su vez dará como resultado una reducción de la eficiencia y una acumulación de calor positiva.
Impulsores cerrados
El impulsor cerrado tiene una pared posterior y una frontal para una resistencia máxima. Se usan en bombas grandes con alta eficiencia y bajo NPSHR. Pueden operar en servicio de sólidos suspendidos sin obstrucción, pero presentarán altas tasas de desgaste. El tipo de impulsor cerrado es el tipo de impulsor más utilizado para bombas centrífugas que manejan líquidos claros. Confían en los anillos de desgaste de espacio libre cercanos en el impulsor y en la carcasa de la bomba. Los anillos de desgaste separan la presión de entrada de la presión dentro de la bomba, reducen las cargas axiales y ayudan a mantener la eficiencia de la bomba.
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