Uno de
los equipos mas conocidos e importantes en procesos industriales son las bombas
hidráulicas. Por esta razón, es importante que los ingenieros tengamos
presentes los aspectos técnicos para el diseño, operación y mantenimiento de
estos equipos.
En este
articulo veremos las consideraciones y definiciones generales de las bombas hidráulicas,
cuales son sus tipos o como se clasifican; así como también, nombraremos las
normas técnicas más importantes que recomendamos como referencia para la utilización
de estos equipos en los procesos industriales, que como ingenieros debamos
diseñar, operar y mantener.
¿Qué es
una bomba hidráulica?
Se podría
definir a una bomba hidráulica como un equipo o máquina que transforma
la energía con que es accionada en energía de un fluido incompresible que ella
misma lo hace mover. Esto es, absorbe fluido dentro de sí misma a través de un
orificio o brida de entrada y lo impulsa hacia fuera a través de un orificio o
brida de salida
En
general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido
añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de
menor presión a otra de mayor presión.
Las consideraciones que aplican para la definición de una bomba hidráulica son:
- El fluido manejado por la maquina puede ser cualquier fluido incompresible (líquido). El fluido incomprensible poder ser liquido con un amplio rango de gravedad especifica o una mezcla de líquidos con solidos suspendidos, como por ejemplo los provenientes de una planta de tratamiento de aguas residuales
- Equipo que aumenta la presión de un fluido incompresible. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli.
- El tipo de bomba hidráulica y su configuración están relacionados con el flujo, tipo de fluido, la presión de entrada y de salida.
¿Cuáles son
los tipos principales de bombas hidráulicas?
Se
puede clasificar a las bombas hidráulicas en dos grandes grupos: Bombas
Dinámicas y Bombas de Desplazamiento Positivo:
Bombas Dinámicas
Las
Bombas Dinámicas tienen un impulsor (o rotor) de paletas giratorias, sumergido
en el líquido, el cual le proporciona una velocidad relativamente alta, que se
transforma en presión en una parte estacionaria de la bomba, conocida como
difusor.
Las
bombas dinámicas se clasifican en: bombas centrífugas (de flujo radial con configuración
horizontal o vertical, de flujo axial), periféricas o regenerativas, y de
efecto especial.
Bombas
Centrifugas
Una bomba
centrífuga es un tipo de bomba hidráulica que sirve para transformar la
energía mecánica de un impulsor o rodete en energía cinética o de presión de un
fluido incompresible. Por lo tanto, la bomba centrífuga convierte la energía
con la que es accionada, principalmente mecánica, en energía hidráulica.
Las
ventajas principales de una bomba centrífuga son la simplicidad, el bajo costo
inicial, el flujo uniforme (sin pulsaciones), el pequeño espacio necesario para
su instalación, los costos bajos de mantenimiento, el funcionamiento silencioso
y su capacidad de adaptación para su uso con impulsores por motor o turbina.
Bombas Centrífugas
de Flujo Radial
En las bombas
centrífugas de flujo radial el líquido entra a la bomba cerca del eje del
impulsor y las paletas lo arrastran hacia sus extremos a alta presión
Este tipo
de bombas de acuerdo a la orientación del eje de rotación se clasifican en:
bomba horizontal o bomba vertical
Bombas
Horizontales
La
disposición del eje de giro horizontal presupone que la bomba y el motor se hallan
a la misma altura. En este tipo de bombas, el líquido llega al equipo por medio
de una línea de aspiración o succión y es necesario que dicha línea se
encuentre llena antes de su puesta en servicio (cebado).
Bombas Verticales
Las
bombas con eje de giro en posición vertical tienen, casi siempre, el motor a un
nivel superior al de la bomba; por lo que es posible, al contrario que en las horizontales,
que la bomba trabaje rodeada por el líquido con el motor por encima de éste.
Esta configuración permite que el funcionamiento sea No Sumergida o Sumergida.
Las bombas
verticales no sumergidas, tienen el motor sobre la bomba o muy por encima de
ésta. La elevación es para protección de una posible inundación o para hacerlo
más accesible si, por ejemplo, la bomba trabaja en un pozo.
Por otro lado, en las bombas verticales con funcionamiento sumergido se elimina el inconveniente del cebado. El impulsor está continuamente rodeado por el líquido, por lo tanto, la bomba está en disposición de funcionar en cualquier momento.
Bombas
Centrifugas de Flujo Axial
En las
bombas axiales el líquido entra a la bomba cerca del eje del impulsor, y las
paletas lo impulsan siguiendo una línea paralela al eje de la bomba. El
impulsor suele ser de gran tamaño, y su forma asemeja a una hélice de barco.
Las bombas axiales operan a altos caudales con bajos diferenciales de presión, suelen tener orientación vertical y poseen las mismas ventajas en cuanto a bajos requerimientos de mantenimiento que una bomba centrífuga.
Bombas de
Efecto Especial
En esta clasificación se incluyen todos aquellos equipos que mediante algún principio físico generen el desplazamiento del fluido. Éstos incluyen:
- Arrastre.
- Jet (mediante eyectores)
- Levantamiento artificial (Gas Lift).
- Ariete hidráulico.
- Electromagnética.
- Centrífuga de tornillo.
- Carcasa rotativa (Pitot).
Bombas
Periféricas o Regenerativas
En las
bombas regenerativas el impulsor tiene la forma de una turbina con un gran
número de aspas radiales, y el flujo sigue una trayectoria intermedia entre el flujo
axial y el flujo centrífugo.
En una
bomba regenerativa el fluido incrementa su velocidad y presión gradualmente a
medida que fluye de un aspa a la siguiente, lo que ocasiona que fluidos
alimentados a una presión cercana a la presión de vapor tengan menos
probabilidad de experimentar un cambio de presión que ocasione cavitación y,
por lo tanto, requieren de una altura neta de succión positiva (NPSH) menor que
bombas centrífugas.
Bombas de
Desplazamiento Positivo
Las
bombas de Desplazamiento Positivo consisten en una caja fija que contiene engranajes,
aspas, pistones, levas, segmentos, tornillos, etc., las cuales operan con una
distancia mínima. En lugar de impulsar el líquido, como en una bomba dinámica,
una bomba de desplazamiento positivo lo atrapa y lo empuja contra la caja fija.
La bomba de desplazamiento positivo descarga un flujo continuo.
Aunque
generalmente se les considera como bombas para líquidos viscosos, estas bombas
no se limitan a este servicio, ellas pueden manejar casi cualquier líquido que
esté libre de sólidos abrasivos.
Las
bombas de desplazamiento positivo poseen eficiencias más elevadas que las
dinámicas, pero suelen presentar mayores requerimientos de mantenimiento.
Las bombas de desplazamiento positivo se clasifican en: bombas reciprocantes (de pistón, de diafragma) y giratorias.
Bombas
Reciprocantes
Las
bombas reciprocantes son unidades de desplazamiento positivo que descargan una
cantidad definida de líquido durante el movimiento del pistón o émbolo a través
de la distancia de carrera.
El flujo
de descarga de las bombas centrífugas y de la mayor parte de las bombas
rotatorias es continuo, pero en las bombas reciprocantes el flujo pulsa, dependiendo
del carácter de la pulsación del tipo de bomba y de que ésta tenga o no una
cámara de amortiguación.
Las
bombas reciprocantes, pueden impulsar al fluido ya sea directamente, con el pistón
entrando en contacto con el fluido, o indirectamente, a través de una membrana
inerte denominada diafragma.
Bombas de
Pistón
El pistón
entra en contacto directamente con el fluido. La transmisión es mediante
cilindros de máquina de vapor o motores a través de cigüeñales.
Como el
fluido manejado ocupa el volumen entero del cilindro sin ningún tipo de barrera
con el pistón, el mismo no debe contener sólidos.
Bombas de
Diafragma
Este tipo
de bombas impulsan el fluido mediante un diafragma, que puede ser empujado por
un pistón o por aire. Generalmente se usan para capacidades pequeñas. Un
diafragma de material flexible, no metálico, puede soportar mejor la acción
corrosiva o erosiva, que las partes metálicas de algunas bombas reciprocantes.
Las
bombas de diafragma se usan para líquidos, ya sean claros o con un alto contenido
de sólidos. También son apropiadas para pulpas gruesas, drenajes, lodos,
soluciones ácidas y alcalinas, así como mezclas de agua con sólidos que pueden
ocasionar erosión.
La
desventaja de este tipo de bombas es que tiene un requerimiento relativamente
alto de mantenimiento y el diafragma tiene probabilidad de fallar.
Bombas Giratorias
Este tipo de bombas de desplazamiento positivo se basan en el movimiento de volúmenes fijos de fluido en los intersticios entre una pieza impulsora montada en un eje y la carcasa de la bomba o algún elemento adicional, o se basan en el principio de funcionamiento de un tornillo sin fin.
Las
separaciones entre las partes fijas y móviles están en el orden de las milésimas
de pulgada, evitando el retroceso de fluido.
Las
bombas giratorias pueden manejar fluidos muy viscosos a presiones elevadas, y
tienen un amplio rango de operación en cuanto a caudales y alturas.
¿Dónde conseguir
información técnica de bombas hidráulicas?
A continuación, se tienen algunas normas para el diseño de bombas que deben ser referencia para el diseño, operación y mantenimiento de las mismas:
|
ANSI/API STD
610 |
Centrifugal
Pumps for Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries. 12th Edition, January
2021 |
|
ANSI/API STD
682 |
Pumps
Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps. Third Edition,
September 2004 |
|
ANSI/Hydraulic
Institute Standards 9.8 |
Pump
Intake Design Standards.1998 |
|
API STD 674 |
Positive Displacement
Pumps – Reciprocating. (Includes Errata 1 dated May 2014 and Errata 2 dated
April 2015) 3rd Edition, November 2016 |
|
API STD 675 |
Positive
Displacement Pumps – Controlled Volume (includes Errata 1 dated June 2014 and Errata 2
dated April 2015). 3rd Edition, July 2021 |
|
API STD 676 |
Positive
Displacement Pumps – Rotary. 3rd Edition, March 2015 |
|
API STD 682 |
Pumps—Shaft
Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps. 4th Edition.
March 2014. |
|
API STD 685 |
Sealless
Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical, and Gas Industry Process
Service, 2d Edition, February 2011. |
|
RP 686 |
Recommended
Practice for Machinery Installation and Installation Design |
