M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO 5° AÑO ING. MECÁNICA 2018 MAQUINAS ALTERNATIVAS Y TURBOMAQUINAS TRABAJO PRACTICO N° 5: BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Objetivo: Realizar una monografía sobre un tipo de bomba de Desplazamiento Positivo. Normativa: Trabajo Individual Alcance: Desarrollar el tema con las siguientes directivas: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Explicar el proceso (enunciado y diagramas). Tipos de Fluidos que se manejan, fases involucradas. Rangos de Presiones Caudales y temperaturas de diseño. Materiales utilizados. Cálculos y Curvas de selección. Potencias y tipos de accionamientos que se requieren. Fabricantes que los proveen. Tipos de Servicios que prestan. Confiabilidad de materiales y conjuntos. Repuestos y elementos fusibles o de alto recambio. Ejemplos de aplicaciones y accesorios necesarios del conjunto. Ventajas y desventajas. Potencial de provisión en el país o importación. Fecha de entrega: Noviembre 2018 Distribución: Iglesias Tomás IGLESIAS TOMÁS Bombas de émbolo 1 M.A. Y TURBOMÁQUINAS IGLESIAS TOMÁS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO 2 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Contenido Bombas de émbolo ................................................................................................................................................................... 4 1. Descripción y principio de funcionamiento ............................................................................................................... 4 2. Ventajas y desventajas ............................................................................................................................................... 7 1. Ventajas. ................................................................................................................................................................. 7 2. Desventajas. ........................................................................................................................................................... 7 3. Aplicaciones ................................................................................................................................................................ 8 4. Rangos de trabajo ....................................................................................................................................................... 9 5. Materiales utilizados.................................................................................................................................................11 6. Potencia y accionamientos .......................................................................................................................................12 Factores que afectan la eficiencia de una bomba de émbolo. ....................................................................................12 Bombas en el mercado ......................................................................................................................................................12 Variaciones .....................................................................................................................................................................12 1. Bomba liviana: Wastecorp: Sludge Master PE 61/741 .......................................................................................13 2. Bomba Pesada: CAT PUMPS 7CP6170G1............................................................................................................14 3. Bomba extra pesada: Siam Arcon J-300-PO Quintuplex ....................................................................................16 7. Confiabilidad de materiales y conjunto ...................................................................................................................17 8. Repuestos y elementos fusibles ...............................................................................................................................19 9. Criterios y cálculos de selección ..............................................................................................................................24 5.1 Capacidad .................................................................................................................................................................24 5.2 Leyes de afinidad......................................................................................................................................................24 Ejemplos de problemas y soluciones para el cálculo y selección de bombas: ...........................................................25 IGLESIAS TOMÁS 3 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas de émbolo 1. Descripción y principio de funcionamiento Una bomba de émbolo es un tipo de bomba de desplazamiento positivo donde el sello de alta presión es estacionario y un émbolo cilíndrico liso se desliza a través del sello. Esto los hace diferentes de las bombas de pistón y permite que se usen a presiones más altas. Este tipo de bomba se utiliza a menudo para transferir aguas residuales municipales e industriales. La bomba de émbolo es un tipo de bomba de desplazamiento positivo alternativo diseñada para mover una pequeña cantidad de fluidos y generar altas presiones. Las bombas de émbolo constan de tres partes principales. En primer lugar, está la unidad de potencia. Normalmente se ponen en movimiento mediante mecanismos de accionamiento a vapor, eléctricos o hidráulicos. Los motores eléctricos son el tipo más común de conductor. El mecanismo de accionamiento convierte el movimiento giratorio normal del motor en un movimiento alternativo mediante un cigüeñal y una disposición de biela, similar a la que se encuentra en un motor de automóvil. La segunda parte principal es un componente de émbolo que está compuesto por un émbolo que está conectado al mecanismo de accionamiento. El émbolo se mueve hacia adelante y hacia atrás dentro de un cilindro. El cilindro incluye anillos de empaque para evitar que el líquido se escape más allá del émbolo cuando se corresponde. Por último, hay una cámara de bombeo en el extremo del cilindro, que contiene una válvula de retención de admisión y una válvula de retención de salida para evitar que el líquido invierta la dirección cuando pasa a través de la cámara de bombeo. IGLESIAS TOMÁS 4 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO El volumen del fluido descargado es igual al área del émbolo o pistón, multiplicado por su longitud de carrera. La capacidad total de las bombas de pistón y las bombas de émbolo se pueden calcular con el área del pistón o émbolo, la longitud de la carrera, el número de pistones o émbolos y la velocidad de la unidad. Las bombas de émbolo son diseñadas y construidas para un funcionamiento continúo ininterrumpido, son fiables, no requieren mucho mantenimiento técnico y representan una buena solución para abastecer galerías subterráneas largas con la energía hidráulica. Son muy fiables, silenciosas y tienen características operativas óptimas independientemente de la ubicación de la bomba, sea en una galería subterránea larga o una central de bombeo. Habitualmente, las bombas de émbolo se instalan sobre un bastidor de patines junto con el motor, que se monta sobre una brida o soporte. 1) Sellos / copas de alta presión fabricados por Cat Pumps con un rendimiento y vida útil inigualables. 3) Las válvulas, asientos y resortes de acero inoxidable brindan resistencia a la corrosión, asientos positivos y larga vida útil. 4) El cigüeñal ofrece una resistencia y una dureza de la superficie incomparables para una larga vida útil. 6) Émbolos cerámicos sólidos pulidos con precisión para una máxima resistencia a la corrosión y al desgaste. Esto asegura que la vida del sello se prolongue. 7) Los vástagos de acero inoxidable tienen una alta resistencia con una cruceta de 360°. Esto asegura una alineación perfecta del émbolo. IGLESIAS TOMÁS 5 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO 8) Las bielas están hechas de un material muy fuerte de calidad excepcional con alta resistencia a la tracción. 9) Los rodamientos de gran tamaño o los rodamientos de rodillos ofrecen una vida útil excepcionalmente larga. 10) Cárter de aluminio fundido liviano de alta resistencia con acción de diseño de aceite para salpicaduras que funciona a bajas velocidades. Sin embargo, tienen una falla: su operación genera una pulsación. La pulsación puede llevar a una variedad de problemas: causa vibración en la tubería, requiere tuberías gruesas costosas y es difícil de acomodar en un proceso de producción continuo. Una cámara de aire se usa generalmente para eliminar tal pulsación. Una cámara de aire es un dispositivo que amortigua las pulsaciones. Reduce la pulsación de una bomba recíproca y contribuye a un flujo de líquido estable utilizando la compresibilidad del aire en la cámara. Una cámara de aire puede mitigar los diversos problemas causados por la pulsación, como la vibración de la tubería y el fenómeno de sobrealimentación. IGLESIAS TOMÁS 6 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO 2. Ventajas y desventajas Como resumen a este informe, se destacan las características principales de las bombas diferenciadas en ventajas y desventajas en su uso: 1. Ventajas. Las bombas de pistón tienen un amplio rango de presión. Pueden alcanzar altas presiones y la presión puede controlarse sin afectar el caudal. Las bombas de pistón tienen una tasa de descarga continua. Los cambios de presión y la tasa de descarga tienen un efecto mínimo en el rendimiento. Las bombas de pistón pueden maniobrar fluidos viscosos, altos volúmenes de gas y sólidos, solo si las válvulas están diseñadas correctamente. 2. Desventajas. Las bombas de pistón cuestan más por unidad de funcionamiento que las bombas centrífugas y de rodillos. Las piezas mecánicas son propensas al desgaste, por lo que los costos de mantenimiento pueden ser altos. Las válvulas deben ser resistentes a los abrasivos para que pasen sólidos grandes. Las bombas de pistón son pesadas debido a su gran tamaño y al peso del cigüeñal que impulsa la bomba. El funcionamiento se produce a flujo pulsante. Típicamente manejan bajos caudales. IGLESIAS TOMÁS 7 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO 3. Aplicaciones La bomba de émbolo es una bomba de desplazamiento positiva, diseñada para bombear altos contenidos de sólidos (sólidos del 18-20 %), que comúnmente se encuentran en influyentes no tratados. Esta tecnología está especificada para bombear efluente (derrames), así como para descargas industriales. Juntas con las bombas de cavidad progresivas que han existido desde los años 30, la bomba de émbolo comenzó primero bombeando lodos municipales en los años 20. Hasta 2008, hay más de 18.000 bombas de émbolo en operación en todo el mundo. Sin embargo, las bombas de embolo pueden ser utilizadas en un gran número de aplicaciones industriales que requieren suministro de fluido a alta presión. A continuación, se presentan algunas de estas: Ámbitos de aplicación principales: Industria Automotriz Minera Química Energética Fundición Construcción Aeroespacial Plataformas marinas De papel Petroquímica Construcción de barcos De acero Construcción civil Transporte Ósmosis inversa Protección del medio ambiente Cemento Otros IGLESIAS TOMÁS Ámbitos de aplicación Limpieza de piezas pintadas; eliminación de asperezas, desmontaje de varillas, limpieza. Fijación de soportes (emulsión); sistemas de pulverización; saturación. Limpieza interna y externa de tanques, intercambiadores de calor, conjuntos de tubos, sistemas de ductos, recipientes de alta presión, mezcladores y calderas. Limpieza de intercambiadores de calor, hornos, quemadores. Limpieza de moldes, cucharas y hornos. Eliminación de arena y cerámica, desmontaje de varillas. Limpieza de las piedras artificiales y naturales y de hormigón, eliminación de masilla, lodo y otros revestimientos; corte de hormigón y ladrillo; eliminación de corrosión de los elementos rígidos y aceros estructurales; eliminación de hormigón dañado. Eliminación de goma y marcas de pistas de despegue y aterrizaje, limpieza de plataformas y revestimientos en dispositivos colgados. Limpieza de tanques, plataformas, cubiertas y tubos de transporte; corte en el territorio de la Zona II. Limpieza de rodillos, prensas, coladores, recipientes de cola y mezcladores. Corte y eliminación de goma, PVC, polímeros duros y demás materiales Limpieza de las carcasas antes de la aplicación de las masillas, impulsión de agua, monitoreo hidráulico de soldadura y de la superficie de barco en general, eliminación de pintura. Eliminación de cascarilla de laminado, chapa, etc. Limpieza, formación de superficies rugosas, eliminación y corte de asfalto y de las marcas viales, corte de morteros solidificados y suturas; limpieza de puentes, eliminación de grafiti. Limpieza desde adentro y desde fuera de tanques, vagones y contenedores; eliminación de inscripciones. Desalinización Sistemas de lavado de tierra; separación de materiales no procesados, fragmentación y corte. Limpieza de mezcladoras de cemento, medios de transporte, molinos, coladores, mezcladores y superficies. Corte de distintos materiales: plástico, cuero, piedras. Eliminación de revestimientos de todo tipo: goma, betún, resinas sintéticas. Presión (bares) 100 - 2500 200 - 500 400 -1500 200 - 1500 350 - 1000 500 - 1500 500 - 2500 200 - 2500 200 - 1000 700 - 2500 700 - 2500 200 - 500 500 - 2500 200 - 2500 hasta 120 100 - 2500 100 - 1200 800 - 2500 8 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO 4. Rangos de trabajo Las bombas de émbolo se utilizan en aplicaciones que pueden oscilar entre 70 y 2.070 bar (1.000 a 30.000 psi), mientras que las bombas de pistón se utilizan en aplicaciones de baja presión. En lo concerniente a la flexibilidad de aplicación, las bombas de embolo pueden barrer condiciones de funcionamiento muy amplias. Como se observa en las siguientes tablas y graficos de fabricantes internacionales, las bombas pueden alcanzar presiones de hasta 4000 [Bar] y caudales entre los 4 y 300 [m3/h]. Comparación de capacidad entre bombas centrífugas y de desplazamiento positivo. IGLESIAS TOMÁS 9 M.A. Y TURBOMÁQUINAS IGLESIAS TOMÁS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO 10 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO 5. Materiales utilizados Los materiales componentes de las bombas de émbolo se eligen para el desgaste y el contacto con el tipo de medio. Los materiales componentes incluyen bronce, latón, acero, acero inoxidable, hierro, aleación de níquel u otro material. Por ejemplo, las bombas de émbolo que funcionan en servicio general o aplicaciones de servicio de aceite a menudo tienen un cilindro y embolo de hierro. El émbolo, las válvulas de descarga y las válvulas de succión entran en contacto con el tipo de medio transferido, y las opciones de material se basan en el fluido transferido. En aplicaciones de potencia donde se necesitan bombas de émbolo de servicio continuo, se pueden usar émbolos de cerámica sólida cuando están en contacto con agua y aceite, pero pueden no ser compatibles para su uso con medios de medios altamente ácidos. A continuación, se presenta una tabla característica de materiales de una bomba de embolo estándar utilizada para el bombeo de efluentes. IGLESIAS TOMÁS 11 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO 6. Potencia y accionamientos Los émbolos de la bomba son accionados por un cigüeñal forjado, que se apoya de cojinete de rodillos esféricos; el cigüeñal está accionado por distintos medios, a saber: Accionamiento directo, motor eléctrico: Normalmente, hasta 5000 PSI/345 BAR. Accionamiento directo, motor de combustión interna: Normalmente, hasta 5000 PSI/345 BAR. Eje sólido: Normalmente, hasta 10000 PSI/690 BAR. La flexibilidad de este tipo de bombas permite encontrar en el mercado, variantes de baja potencia, (3,4,5 HP), hasta modelos de gran caudal y presión que alcanzan potencias del orden de 1000 HP. Factores que afectan la eficiencia de una bomba de émbolo. • Potencia de fuerza de freno (BHP): ¿Cuál es el requerimiento de potencia real en el eje de entrada para lograr la presión y el flujo deseados? • Capacidad: se puede definir como el volumen total de líquido / flujo entregado por unidad de tiempo. • Slipping / Resbalones: Deslizamiento es la pérdida de capacidad como una fracción o porcentaje de la capacidad de succión. • Eficiencia mecánica: su funcionamiento a presión y velocidad a plena carga es del 90% al 95%, dependiendo del tamaño, la velocidad y la construcción. • Presión: Principalmente, la succión y la presión de descarga en una bomba. • Desplazamiento: también conocido como GPM, es la capacidad calculada de la bomba sin pérdidas de deslizamiento. Bombas en el mercado Variaciones Bombas quínplex, dúplex, tríplex, quíntuplex: muchas bombas de tipo alternativo son cilindros símplex (uno), dúplex (dos) o triplex (tres). Las bombas dúplex se utilizan generalmente cuando las dos bombas se pueden usar alternativamente. Dichas bombas se usan comúnmente en el bombeo de líneas petroleras, el desagüe de minas y la transferencia de productos químicos y derivados del petróleo, pero tiene muchas más aplicaciones. Una bomba triple consta de tres émbolos, con el objetivo de reducir la pulsación de una sola bomba alternativa. Las bombas quintuplex están diseñadas con una caja de engranajes que ayuda en una tarea de alta presión. Las aplicaciones comunes de las cuales se encuentran en lodos de cemento, fluidos cargados de arena, petróleo crudo, ácidos, lodos y otros fluidos de mantenimiento de pozos petroleros. Los fabricantes más conocidos para este tipo de bombas son National, Gardner Denver, FMC, SPM, Oilwell, Kerr, Union, Gaso, Emsco, Aplex y Wheatley. En los apartados anteriores del informe, se describió la flexibilidad de éste tipo de bombas, junto con las distintas alternativas de accionamiento que esto implica. A continuación, se seleccionan bombas de émbolo de distintas capacidades y se presenta la hoja de características tal y como se encontrarían para una selección en un proyecto de ingeniería. IGLESIAS TOMÁS 12 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO 1. Bomba liviana: Wastecorp: Sludge Master PE 61/741 Wastecorp Pumps Inc. es un fabricante de bombas con oficinas en los Estados Unidos y Canadá. Poseen la certificación ISO 9001 y la certificación ISO 14001. Wastecorp fabrica bombas de diafragma, bombas de doble disco, bombas de basura, bombas de cebado en seco, bombas de vacío, bombas de émbolo, partes de bombas, remolques de agua, vagones de miel, bombas de vacío y bombas marinas. Descripción La bomba de émbolo Sludge Master PE 61-PE 741 fabricada por Wastecorp es una bomba de lodo para trabajo pesado para capacidades de hasta 40 GPM con altura máxima de 100 pies. Se caracteriza por ser una bomba de émbolo simple y válvulas de bolas. Las opciones de transmisión se ofrecen en dos variantes, ambas con motor eléctrico: - Por un lado, acople directo del motor al eje de la bomba mediante engranajes. Por otro lado, acople del motor mediante un par de poleas y una correa, Opciones de empaques Los materiales de empaque de tecnología avanzada de Wastecorp disponibles en grafito, Plunger Pac con copa de uretano, Kevlar trenzado y materiales de teflón para un sello superior alrededor del émbolo. Las aguas residuales y los lodos permanecen en su lugar y la bomba requiere menos mantenimiento. Servicios La empresa se caracteriza por brindar apoyo técnico personalizado para la instalación y puesta en marcha del equipo, con una capacitación en el lugar previo a su arranque. Presentación de la información IGLESIAS TOMÁS 13 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO 2. Bomba Pesada: CAT PUMPS 7CP6170G1 Se trata de una bomba de pistón con caja de engranajes, de desplazamiento positivo, de pistón alternativo, triplex (tres émbolos), construida con un colector de latón forjado, conjuntos de válvulas de acero inoxidable 304, émbolos de cerámica maciza y sellos y juntas tóricas estándar NBR (Buna-N). Esta bomba viene completa con una caja de engranajes para el montaje directo a un motor de gasolina. IGLESIAS TOMÁS 14 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO El DataSheet ofrecido por la empresa contiene un despiece de todos los componentes de la bomba y su lista de repuestos correspondiente. Ver completa en anexos. La empresa en el país Cat Pumps ha sido un líder en la venta de bombas y sistemas recíprocos triplex de precisión durante más de cuarenta años. Fundada en 1968 por William L. Bruggeman, nuestra empresa con sede en Minneapolis, MN, se centra en la fabricación y comercialización de las bombas de alta presión más duraderas y fiables disponibles en la industria. IGLESIAS TOMÁS 15 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO 3. Bomba extra pesada: Siam Arcon J-300-PO Quintuplex Somos una Empresa Nacional Argentina reconocida en el mercado petrolero con más de 45 años que nos dedicamos a la fabricación y diseño de Bombas Alternativas a Embolo Buzo de Simple y Doble efecto desde 30 a 300 HP, con sus respectivos repuestos originales situada en Buenos Aires. Contamos con Bases Operativas en la Provincia de Neuquén y Chubut abasteciendo a las Operadoras de las Cuencas. SIAM-ARCON, dispone de una amplia trayectoria y conocimiento sobre los sistemas de Bombeo. Como proveedor de Bienes de capital y Servicios post venta, nuestro objetivo es brindar a nuestros Clientes soluciones efectivas y de Calidad. Constantemente buscamos mejorar y adecuarnos a los procedimientos locales e internacionales del sector Petrolero con nuevas exigencias. Descripción: El modelo seleccionado se trata de una bomba de émbolos múltiples, en este caso contando con 5. Alcanza presiones de 5000 PSI y potencias del orden de los 300HP. El datasheet presentado por el fabricante se coloca a continuación: IGLESIAS TOMÁS 16 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO 7. Confiabilidad de materiales y conjunto El ciclo de vida promedio de una bomba de émbolo es entre 20-30 años. Esto puede variar con el uso diario promedio y el tipo de transferencia de lodos. Muchos usuarios han descubierto que la vida útil de la bomba de émbolo puede extenderse más allá del rango recomendado con un mantenimiento programado regularmente. Los procedimientos de mantenimiento comunes incluyen cambiar la empaquetadura, el pistón y las válvulas de bola o las válvulas de retención. Una parte importante del programa de mantenimiento preventivo de la bomba de émbolo es el uso correcto de los lubricantes correctos. Las bombas de lodo en general requieren una lubricación adecuada para funcionar correctamente. A continuación, se presenta como guía general, un ejemplo de mantenimiento de bomba de embolo Wastecorp. Bomba de rodaje de lubricación - Limpie la suciedad y el polvo de la biela, las bridas excéntricas y de conducción antes de comenzar. - La aceitera de biela debe dispensar de 5 a 6 gotas por minuto. - Cambie el aceite del engranaje y limpie el tapón de drenaje magnético después de las primeras 100 horas. - Durante la operación, afloje y vuelva a ajustar el prensaestopas cada 15 minutos, 3 o 4 veces. Lubricación del engranaje de la bomba - Se recomienda un lubricante industrial de engranajes industriales de alta presión y extrema presión para todo uso en las cajas de engranajes de estas bombas. Para uso general con temperatura ambiente entre 32 ° F y 100 ° F, la viscosidad debe estar en el rango de 700-1000 SSU a 100 ° F. - Si no se dispone de lubricantes de presión extrema, llene con aceite para engranajes de tipo hipoide del grado adecuado, dependiendo de la temperatura ambiente: IGLESIAS TOMÁS 17 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO - Verifique el nivel de aceite todas las semanas quitando el tapón superior de la línea de drenaje de aceite. La unidad no debe drenar la línea. La unidad no debe estar en funcionamiento mientras se verifica o agrega aceite. - Cambie el aceite después de las primeras 100 horas de operación y cada 3 meses a partir de entonces. Este reductor está equipado con un tapón de drenaje magnético para eliminar las partículas metálicas del aceite. Asegúrese de limpiar este tapón antes de cambiarlo. -A menos que se indique lo contrario, todos los elementos siguientes deben lubricarse con el mismo aceite que se muestra en el Artículo 2. Rodamientos del eje principal - Engrase los cojinetes cada 3 meses utilizando una grasa de buena calidad con base de litio. La bomba debe estar en funcionamiento al lubricar, para evitar una presión excesiva sobre los sellos. (Siga las instrucciones del fabricante del rodamiento). IGLESIAS TOMÁS 18 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO 8. Repuestos y elementos fusibles Biela y buje de biela. Es importante que el cojinete excéntrico de la biela reciba una lubricación adecuada para evitar un calentamiento excesivo y rayado del inserto de bronce. Cuando la bomba se pone en funcionamiento por primera vez, lave el cojinete de biela con aceite de un engrasador manual además de la alimentación del engrasador. Cuando la bomba esté funcionando satisfactoriamente, ajuste el engrasador en la biela como se indica aquí. Biela y Buje de biela. IGLESIAS TOMÁS 19 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Émbolos El uso de la cerámica sólida de óxidos como material de émbolos permite reducir considerablemente el desgaste y prolongar su vida útil. La sustitución de los émbolos puede ser realizada in situ sin uso de herramientas especiales. En el caso de una fuga en la empaquetadura prensaestopas, el líquido se dirige a la cámara de aspiración, minimizando la fuga de líquidos. Además de hierro fundido o acero inoxidable, se fabrican de distintos materiales: Cerámica: los émbolos a menudo son totalmente cerámicos, o tienen un revestimiento cerámico alrededor de un material de base. Generalmente de alúmina, la cerámica es resistente a abrasivos y alto contenido mineral. Carburo de tungsteno: se aplica un revestimiento a un material de base para ayudar a endurecer la superficie y reducir el desgaste por desgaste. Los émbolos de carburo de tungsteno no son específicamente resistentes a la corrosión y se recomiendan para usos donde el desgaste en el émbolo es una preocupación mayor. Rokide: también llamado óxido de cromo, un émbolo Rokide se usa a menudo para bombear fluidos con poca lubricación, como amina y glicol. El rokide es un recubrimiento de protección y endurecimiento para un material de base. Hard-Co: el material de la base de los émbolos está recubierto para una protección adicional contra el desgaste y la corrosión. Este recubrimiento consiste en una aleación de níquel-cromo que no es porosa. Es el émbolo estándar utilizado para aplicaciones no cerámicas. Émbolo cerámico (Óxido de aluminio) IGLESIAS TOMÁS 20 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Sellos Los sellos son una parte integral de las bombas de pistón y las bombas de émbolo para separar el fluido de potencia del medio que se está bombeando. Se utiliza una caja de empaquetadura o empaque para sellar la unión entre el recipiente donde se transfiere el medio y el émbolo o pistón. Una caja de empaquetadura puede estar compuesta de bujes, empaquetaduras o anillos de sellado, y un prensaestopas. Las bombas se envían con el empaque de lino trenzado impregnado con grafito estándar instalado, aunque puede solicitarse, para el caso de pruebas específicas, que no vengan montados desde fábrica. Están disponibles en materiales como teflón, grafito, y otros compuestos, y su geometría varía para los distintos fabricantes o modelos. Conjunto de sellos para recambio. IGLESIAS TOMÁS 21 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Asientos de válvulas El elemento de cierre apoya sobre un anillo de asiento, de sección circular. A medida que el elemento de cierre se aproxima al asiento, la sección de paso se reduce y por tanto aumenta la pérdida de carga disminuyendo el caudal. En algunas aplicaciones, la diferencia de presión ayuda a cerrar la válvula, y en otra ayuda a abrirla. Asientos de válvulas. Perno de émbolo Conecta a la biela con la cruceta del émbolo. En la imagen, un ejemplo de un caso similar en un motor de combustión interna de 2 tiempos. Rodamientos IGLESIAS TOMÁS 22 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Los rodamientos de la bomba para el cigüeñal y eje principal son de reemplazo periódico, según el tipo y condiciones de funcionamiento de la bomba. Bomba de émbolo y rodamientos. Lubricador Los lubricadores están disponibles en distintas configuraciones, desde goteo manual a automático para lubricar el émbolo y las partes móviles. Tabla de repuestos de lubricadores. IGLESIAS TOMÁS 23 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO 9. Criterios y cálculos de selección 5.1 Capacidad La capacidad de rendimiento real de las bombas de pistón es algo diferente de la teórica, que está relacionada con una serie de factores, como fugas de fluidos, desgasificación de gases disueltos en fluidos bombeados, retrasos en la apertura y cierre de válvulas, etc. Para la bomba de embolo de acción simple, la fórmula de flujo tendrá el siguiente aspecto: 𝑄 = 𝐹 . 𝑆 . 𝑛 . 𝜂𝑉 Donde: Q: caudal (m3 / s) F: Area transversal del pistón, m2 S: Longitud de carrera del pistón, m N: Velocidad de rotación del eje, s-1 ηV: Eficiencia volumétrica. 5.2 Leyes de afinidad Aunque tendemos a asociar las leyes de afinidad con las bombas centrífugas, otros dispositivos mecánicos también exhiben estas relaciones "naturales". En el caso de bombas de desplazamiento positivo, las leyes de afinidad son muy directas. Caudal: El caudal varía directamente con un cambio de velocidad. Si la velocidad de rotación se duplica, el flujo también se duplica. Presión: La presión es independiente de un cambio de velocidad. Si ignoramos las pérdidas de eficiencia, la presión generada a cualquier velocidad de rotación dada será la requerida para soportar el flujo. Potencia: Los caballos de fuerza varían directamente con un cambio de velocidad. Si duplicamos la velocidad de rotación, se requerirá el doble de potencia. ANPA/NPSHr: La altura de succión positiva neto requerido varía según el cuadrado del cambio en la velocidad. Si duplicamos la velocidad de rotación NPSHR aumenta en cuatro. IGLESIAS TOMÁS 24 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Ejemplos de problemas y soluciones para el cálculo y selección de bombas: 1. Ejemplo Nro. 1 La bomba de émbolo de acción simple proporciona un caudal medio bombeado de 1 m3 / h. El diámetro del émbolo es de 10 cm, y la longitud de la carrera es de 24 cm. La velocidad de rotación del eje de trabajo es de 40 rpm. Se debe encontrar la eficiencia volumétrica de la bomba. Solución: Área transversal del émbolo: F = (π · d²) / 4 = (3,14 · 0,1²) / 4 = 0,00785 m²2 La eficiencia se expresa a partir de la fórmula del caudal de la bomba de émbolo: ηV = Q / (F · S · n) = 1 / (0,00785 · 0,24 · 40) · 60/3600 = 0,88 2. Ejemplo Nro. 2 La bomba de doble émbolo de doble acción crea una altura de 160 m en el aceite de bombeo que tiene una densidad de 920 kg / m3. El diámetro del pistón es de 8 cm, el diámetro del vástago 1 cm y la longitud de la carrera del pistón es igual a 16 cm. La velocidad de rotación del eje de trabajo es igual a 85 rpm. Es necesario calcular la potencia requerida del motor eléctrico (la eficiencia de la bomba y del motor eléctrico debe tomarse como 0.95 y el coeficiente de ajuste 1.1). Solución: Las áreas de sección transversal de pistón y vástago son: F = (3,14 · 0,08²) / 4 = 0,005024 m² F = (3,14 · 0,01²) / 4 = 0,0000785 m² La capacidad de rendimiento de la bomba se encuentra en la fórmula: Q = N · (2F-f) · S · n = 2 · (2 · 0,005024-0,0000785) · 0,16 · 85/60 = 0,0045195 m³ / h IGLESIAS TOMÁS 25 M.A. Y TURBOMÁQUINAS TRABAJO PRÁCTICO 5 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Entonces encontramos la bomba de potencia útil: NП = 920 · 9,81 · 0,0045195 · 160 = 6526,3 W Teniendo en cuenta la eficiencia y el coeficiente de ajuste, obtenemos la potencia instalada final: NУСТ = 6526,3 / (0,95 · 0,95) · 1,1 = 7954,5 W = 7,95 kW 3. Ejemplo Nro. 3 La bomba de tres émbolos bombea fluido con una densidad de 1,080 kg / m3 desde el tanque abierto al recipiente bajo una presión de 1,6 bar con un caudal de 2,2 m3 / hora. La altura geométrica de elevación de fluidos es de 3,2 metros. La potencia útil consumida para el bombeo de fluidos es de 4 kW. El valor de la pérdida de la cabeza tiene que ser encontrado. Solución: Encontramos cabeza creada por bomba a partir de la fórmula de potencia útil: H = NП / (ρ · g · Q) = 4000 / (1080 · 9,81 · 2,2) · 3600 = 617,8 m Sustituimos el valor de cabeza encontrado en la fórmula de la cabeza expresada en diferencias de presiones y encontramos la cantidad buscada hп = H - (p2-p1) / (ρ · g) - Hг = 617,8 - ((1,6-1) · 105) / (1080 · 9,81) - 3,2 = 69,6 m IGLESIAS TOMÁS 26
