1. BOMBAS HIDRÁULICAS ALFONSO MARDONES LAZCANO UNIVERSIDAD CATÓLICA DE TEMUCO ESCUELA DE ACUICULTURA

2. BOMBAS HIDRAÚLICAS -Utilizadas para desplazar cuerpos de agua a diferentes gradientes. -Versátiles, permite el manejo de la presión y el caudal -Son eficientes y confiables

4. DEFINICIONES SUPERFICIE LIBRE DE AGUA CARGA DE SUCCION NETA POSITIVA (NPSH) (Net positive suction head) CARGA DE PRESIÓN POTENCIA DE FRENO (BP) (Brake power)

5. DEFINICIONES CARGA DE SUCCION NETA POSITIVA (NPSH) (Net positive suction head) NPSH = h b - h v - h f + h h Ec. 1 h b: presión barométrica (Pa) h v: presión de vapor del líquido a su temperatura (Pa) h f: pérdidas por fricción y viscosidad a la entrada de la tubería (Pa) h h: carga de presión en la entrada de la bomba

6. DEFINICIONES CARGA DE SUCCION NETA POSITIVA (NPSH) (Net positive suction head) si la entrada de la bomba, esta por sobre la superficie del agua: NPSH = h b - h v - h f – h h Ec. 2

7. h NPSH - h h salida NPSH + Tanque presurizado P1P1 bomba NPSH = h b - h v - h f - h h + P 1 Ec. 3 CARGA DE SUCCION NETA POSITIVA (NPSH) (Net positive suction head)

8. Bombín Un bombín de bicicleta, funciona como cualquier bomba simple, tal como una bomba de sentina o una bomba de elevación. Hay una válvula que evita que el flujo de aire vuelva a la atmósfera, mientras que en la carrera descendente, otra válvula hace que el aire pase del cilindro al neumático. Algunas bombas de bicicleta modernas entregan el aire en la carrera descendente y en la carrera ascendente, teniendo un sistema adicional de válvulas.

9. Bomba de Sentina, Manual

10. Bomba de Sentina, Funciona a Mano La mayoría de los barcos pequeños tienen éstas bombas. Incluso existen bombas de sentina eléctricas, tienen a menudo bombas de sentina manuales para las emergencias, y los botes salvavidas las tienen también. Una válvula (disco de goma) en la base de la bomba retiene el agua. A la vez, una válvula de disco que resbala en el fondo del pistón, se abre por la presión del agua permitiendo que el agua se incorpore a la parte superior del cilindro. En la carrera ascendente la válvula de disco del pistón es cerrado (abajo) y el agua se fuerza para arriba y fuera de la tapa. Al mismo tiempo la válvula de aleta se abre y la presión disminuida en la parte más inferior del cilindro, aspira el agua adentro de la sentina.

11. Bomba de Mano Esta bomba se utiliza para succiones a mano, de líquidos de la alta viscosidad. Hay dos bolas de metal dentro de esta bomba. La bola grande se ajusta dentro de las primeras vueltas del resorte. Las vueltas medias del resorte tienen un diámetro reducido, que actúan como parada para la bola.

12. CARGA DE PRESIÓN Carga de Presión Total = γh + P 2 + _V 2 2 _ + h f ± NPSH Ec. 4 2g h: distancia vertical por encima de la línea central de la bomba al punto más alto del sistema γ: peso específico del fluido P 2 : presión estática en el punto más alto del sistema de fluido V 2 2 / 2g: velocidad de carga o carga dinámica en la salida de la bomba h f: pérdida de carga por fricción en el sistema

13. Potencia disponible en la salida (POP) (Pump output power), de un dispositivo de conducción. POTENCIA DE FRENO (BP) (Brake power) Potencia requerida en la entrada de una bomba

14. POTENCIA DE FRENO (BP) (Brake power) POP = C Q hEc. 5 C = constante que involucra las unidades usadas y la densidad del fluido Q = razón de flujo h = carga de presión total Agua Dulce: gravedad específica de 1 gr/ml POP (watt) = 9800 Q (m 3 /sg) h(m) Ec. 6 Rendimiento “e” = salida / entrada = POP / BP Ec. 7

15. Bomba de Eje Doblado

16. En esta bomba, los pistones están en ángulo al eje impulsor y a la placa de empuje. El eje del bloque del pistón, es conectado con el eje impulsor por un empalme universal. El eje impulsor, la placa de empuje, el eje del bloque del pistón, y el bloque todo del pistón, giran. Las bielas se unen a la placa de empuje y giran con ella. Los puertos de conexión, son agujeros semicirculares en la placa de la válvula. Mientras que la bomba gira, la mitad de los pistones aspira en líquido mientras que pasan sobre el puerto del producto. Los otros pistones descargan su líquido a través del puerto de conexión.

17. Bomba de Pistón Radial Si la cubierta (en rojo) se mueve a la izquierda, el caudal disminuiría a cero. Si se mueve incluso al extremo izquierdo, el flujo se invertiría. La entrada está a través de los dos orificios SUPERIORES cerca del centro, debajo del "perno" (en amarillo). La salida está a través de los dos orificios INFERIORES, sobre el perno. Áreas más altas de la presión se indican con un color azul oscuro.

18. Bomba de Pistones Radiales Las bombas de pistones radiales, pueden producir un flujo muy regular bajo presión extrema. Son generalmente bombas volumétricas. La salida puede ser regulada, cambiando la velocidad de rotación. Los pistones se fuerzan generalmente hacia afuera por los resortes, expeliendo el líquido, por la cubierta. Un número impar de pistones se utiliza siempre para dar equilibrio hidráulico. Estas bombas giran en aceleración del orden de 1200 RPM.

19. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SELECCIÓN DEL TIPO DE BOMBA 1. La cantidad de líquido a mover. 2. Presiones a emplear. 3. El tipo de líquido a manejar.

20. PARÁMETROS QUE INFLUYEN EN LA SELECCIÓN DEL TIPO DE BOMBA 1. pH 2. Viscocidad 3. Temperatura 4. Presión de vaporización 5. La densidad del líquido 6. Materiales en suspensión

21. FACTORES HIDRÁULICOS 1. Capacidad o Caudal 2. La tubería de succión 3. La distancia total de succión 4. La profundidad de succión 5. El nivel estático del agua 6. El nivel dinámico o abatimiento 7. El Nivel de Elevación 8. La altura por pérdidas de fricción en la succión.

22. FACTORES HIDRÁULICOS 9. La altura total de succión (7+8). 10. La altura de descarga. 11. La altura por perdidas de fricción en la descarga. 12. La altura total de desacarga (10+11). 13. La distancia a agua a agua. 14. La altura total de bombeo.

23. CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE UNA BOMBA CARGA o ALTURA DESCARGA RENDIMIENTO VELOCIDAD DE LA BOMBA DIÁMETRO DEL IMPULSOR REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

24. PARTES DE UNA BOMBA Bomba Centrífuga Impulsor o Rodete Guía de las Aspas Tubería aspiración Cubierta de la bomba Tubería de Descarga

25. Bomba de Pistón de Placa Oscilante Esta bomba tiene pistones en un bloque inmóvil, y una placa de oscilación que gira. Pueden haber 4, 5, o más pistones (un número impar se utiliza generalmente). Cada pistón tiene una válvula adelante y otra atrás. El líquido viene adentro en el lado de la placa oscilante y las salidas bajo presión en la parte posterior. Los pistones se empujan contra la placa con los resortes grandes.

26. Bomba de Pistón de Placa Oscilante Un par de resortes más pequeños, fuerza las válvulas de cierre. El resorte dentro del pistón es bastante débil, puesto que solamente trabaja durante la succión, para forzarlo a abrirse. Este tipo de bomba puede desarrollar la increíble presión de 10.000 PSI o más. Se utiliza comúnmente para mover poco volumen. Estas bombas, han sido utilizadas, como surtidores de gasolina, de emergencia en aviones.

27. Bomba Air Lift (Elevación de Aire) La bomba de elevación de aire es un tipo de bomba profunda, usada a veces para sacar el agua de minas. Puede también ser utilizada para bombear una mezcla de la arena y agua u otras soluciones "arenosas". En su forma más básica esta bomba no tiene NINGUNA pieza móvil, con excepción de un compresor de aire. La eficacia del compresor de aire es un factor determinante de la eficacia total de la bomba.

28. Bomba Air Lift (Elevación de Aire) La bomba funciona "aireando" el agua en la pipa de descarga. El aire agregado, baja la gravedad específica de la mezcla fluida, puesto que es más ligero que el agua circundante, y la empuja hacia arriba. Este tipo de bomba puede levantar desde 80 a 8000 litros por minuto, hasta una altura de 250 metros. La tubería de descarga se debe colocar profundamente en el agua, a partir de la 70% de la altura de la pipa sobre el nivel del agua (para las elevaciones a 6 metros) bajo un 40% para elevaciones más altas.

29. Bomba de Placa Móvil

30. Unidades  Q = Caudal de descarga (m 3 /sg; lt/sg)  V = Velocidad de la bomba (rpm)  D = Diámetro del impulsor (cm)  A = Ancho del impulsor (cm)  P = Requerimientos de potencia (watt)  h = Carga o altura de descarga (m)

31. Bomba Axial o Tornillo de Arquímedes

32. Bomba de Tornillo de Arquímedes Esta bomba tiene a lo menos 2.000 años de antiguedad. El tornillo de Arquímedes (también llamado un caracol de Arquímedes) fue utilizado para la irrigación y accionado por caballos, personas, mulas, etc. ¡Esta bomba incluso se utiliza hoy! También en Acuicultura. La hélice gira dentro de un tubo (solamente el fondo del tubo) y el agua se levanta por consiguiente. Si o no él fue inventado realmente por Arquímedes es ciertamente discutible, aunque su brillantez es total.

33. Pescalator

34. Bomba de Tornillo de Arquímedes Estas son tres diámetros de bombas de tornillo

35. Bomba de Caracol de Arquímedes

36. Descarga o Caudal (Q) La Descarga (Q) es proporcional a la velocidad del fluido y este, es a la vez proporcional a la velocidad del impulsor: Q 1 = V 1 = D 1 = A 1 Ec. 8 Q 2 V 2 D 2 A 2

37. RELACIÓN BÁSICA ENTRE ALTURA DE CARGA E IMPULSOR La potencia (P) es proporcional a la proporción de flujo de masa Q y la fuerza de resistencia o presión h: h 1 /h 2 = (V 1 /V 2 ) 2 = (D 1 /D 2 ) 2 = (A 1 /A 2 ) 2 Ec. 9

38. CARGA La Carga (Q) es proporcional a la Velocidad de la Bomba (V) y la Carga (h) es proporcional a V 2 : P 1 /P 2 = (V 1 /V 2 ) 3 = (D 1 /D 2 ) 3 = (A 1 /A 2 ) 3 Ec. 10

39. EJEMPLO 1 Una bomba operada a 1600 rpm produce una carga a 50 m de 10 lt/sg, requiriendo 5600 watt. Si la velocidad de la bomba aumenta a 2500 rpm. ¿Cuáles serán los nuevos requerimientos de descarga, carga y potencia?

40. EJEMPLO 1: DESCARGA (Q) Q 1 / Q 2 = V 1 / V 2 10 lt / sg = 1600 Q 2 2500 Q 2 : 15,63 lt / sg es la nueva descarga

41. EJEMPLO 1: CARGA (h) h 1 / h 2 = (V 1 / V 2 ) 2 50 mt = (1600 / 2500) 2 h 2 h 2 : 122,07 mt es la nueva carga

42. EJEMPLO 1: POTENCIA (P) P 1 / P 2 = (V 1 / V 2 ) 3 5600 = (1600 / 2500) 3 P 2 P 2 : 21362 watt es la nueva potencia requerida en la condición de operación

43. Bomba de Pistón de Esferas La bomba de pistón de la bola es un diseño muy simple de bomba. ¡Fricción extremadamente baja! Esta bomba está en la etapa experimental. Tiene un rotor que gira alrededor de un estator interno. El rotor tiene 12 cilindros que trabajan a su alrededor, y cada cilindro tiene un interior de la bola que resbala dentro y fuera del cilindro. El CMS (centro muerto superior) los cilindros pasan sobre el puerto de entrada en 180 grados.

44. Bomba de Pistón de Esferas Las bolas corren a lo largo de una pista cercada por la cubierta externa. Las bolas giran alrededor de la bomba en un círculo perfecto. El punto central del círculo, las bolas giran alrededor del punto central del estator y del rotor.

45. Bomba de Pistón de Esferas Este movimiento relativo aumenta y disminuye el volumen de cada cilindro, permitiendo que el mecanismo aspire el líquido durante un medio ciclo y lo expela durante el otro medio ciclo. La pista en que las bolas giran es dual. El propósito primario de esta pista, es mantener la bola en alineación radial constante, dentro de su cilindro, y para contener las bolas en su deslizamiento a lo largo de la cubierta externa. El movimiento de las esferas puede ser percibido en relación al cilindro, o el movimiento del cilindro en relación a las esferas

46. Bomba de Pistón de Esferas Los dos lados de la pista (cada uno es un círculo), logran que la bola vaya al CMS más despacio. En el CMI durante el ciclo, el borde exterior de la bola queda en vacío. Van más lentas en el CMS y más rápidas en CMI. La pista hace acelerar la bola y desacelerar (mientras que la pista se separa), en la proporción exacta a la cantidad de cambio de la velocidad requerida, para mantener la alineación radial de la bola dentro del cilindro. Este diseño y varios similares se están desarrollando para el uso como los motores y compresores. A la izquierda se ve una vista lateral de las pistas, demostrando la trayectoria de las esferas.

47. Bomba Holandesa de Cruquius Entre los años 1849 a 1852, 3 enormes estaciones de bombeo a vapor, fueron usadas para drenar el lago Haarlemmermeer. Las 3 estaciones se diseñaron en base a las bombas Cornualles. Cruquius, hoy es un museo. Son 8 bombas que rodean el cilindro central de la caldera a vapor, pero en Cruquius solamente 7 fueron conectados, porque la caldera del vapor no podría accionar las 8.

48. Bomba Holandesa de Cruquius El ciclo demostrado trabaja como sigue: Primero, el vapor se introduce en el centro del cilindro (a cerca de 45 PSI.) El vapor empuja el pistón hacia arriba, empujando las válvulas superiores en las bombas hacia abajo (dos de ocho se muestran). A medio camino encima de la válvula del vapor de la entrada es cerrada, pero el vapor continúa ampliando y empujando el pistón hacia arriba. Se retarda a una parada en la tapa del ciclo. La válvula de escape se cierra y se abre la válvula de equilibrio. El vapor entonces fluye alrededor a la tapa del pistón y, con la ayuda de la gravedad, empuja hacia abajo en el pistón. Las válvulas superiores en las bombas se levantan y se eleva el agua. La válvula del equilibrio se cierra y el ciclo se repite cerca de 7 veces por minuto.

49. Bomba Holandesa de Cruquius

50. Bomba Crescent (Sello) Esta bomba consiste en 2 engranajes que rotan: un engranaje interno con los dientes en el exterior, y un engranaje externo con los dientes en el interior. El engranaje externo es más grande y tiene más dientes, de igual tamaño al pequeño. Como los dientes se separan pasan sobre la entrada del fluido (detrás de los engranajes en negro), succionando en líquido; después los engranajes son separados por un sello crescent (demostrado en marrón).

51. Bomba Crescent (Sello) Cuando los dientes avanzan juntos (a la derecha superior) expulsan el líquido a través de la salida (en negro en el centro superior). El engranaje interno se une a un eje impulsor y hace girar el engranaje externo (área izquierda superior). Las ventajas de la bomba crescent, incluyen su diseño simple y requisitos de mantenimiento bajos. La bomba crescent, es común en muchos usos, incluyendo transmisiones automáticas.

52. Bomba Ctesibian La bomba de Ctesibian tiene más de 2000 años de antigüedad. Es accionada por 2, 4 o 6 personas - a veces más - que están parados en los extremos de la "viga móvil" a la cuál se unen las barras del pistón. Los cilindros son de cobre o de hierro, los pistones a menudo son de madera. Hay dos válvulas para cada cilindro y la base de la bomba se sienta en la fuente de agua. Una cámara de aire debajo del inyector actúa como acumulador hidráulico para mantener un flujo del agua. La fuente de agua puede ser proporcionada por una brigada de gente, que pasan el agua en baldes. Esta bomba es usada apagar incendios.

53. Módulo Cilíndrico de Energía (CEM)

54. CEM o Cylindrical Energy Module es una nueva y notable, bomba/compresor/motor simple, inventado por Eddie Paul, presidente de las industrias de EP. El CEM es una modificación de la bomba de placa oscilante. En el modelo mostrado, 6 cilindros van montados en un eje que rota hacia adelante y hacia atrás, vía pernos de impulsión del pistón, los cuáles siguen una pista de la leva Sinusoidal que rodea el montaje del rotor.

55. Módulo Cilíndrico de Energía (CEM) No se han calculado todas las cosas que esta bomba puede hacer, pero con solamente siete piezas móviles y una operación virtualmente de clog- free (estorbo libre), una multiplicidad de aplicaciones mundiales aparecerán.

56. Módulo Cilíndrico de Energía (CEM)

58. CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE BOMBAS DE GEOMETRÍA SIMILAR La capacidad de las bombas es proporcional a la velocidad y al área de la periferia del impulsor: La velocidad periférica está en función directa del diámetro del impulsor. El área de la periferia varia como el cuadrado del diámetro, en bombas geométricamente similares. Así, la Descarga es una relación cúbica de potencia con el diámetro del impulsor.

59. Así, la Descarga (Q) es una relación cúbica de potencia con el diámetro del impulsor (D). CARACTER Í STICAS DE OPERACI Ó N DE BOMBAS DE GEOMETR Í A SIMILAR Q 1 / Q 2 = (D 1 / D 2 ) 3 Ec. 11 Similarmente, la carga (h) esta en función del diámetro (D) al cuadrado del impulsor: h 1 / h 2 = (D 1 / D 2 ) 2 Ec. 12 El consumo de potencia (P) depende de la proporción de flujo multiplicado por la carga: P 1 / P 2 = (D 1 / D 2 ) 5 Ec. 13

60. EJEMPLO 2 Una bomba con un impulsor de 6 cm de diámetro, descarga 3 lt/sg contra una altura (carga) de 20 mt. Si se desea un flujo de 5 lt/sg ¿Qué diámetro geométricamente similar deberá ser usado y cuales son los nuevos requerimientos de potencia?

61. EJEMPLO 2: DESCARGA (Q) Q 1 / Q 2 = (D 1 / D 2 ) 3 3 lt/sg = (6 cm / D 2 ) 3 5 lt/sg D 2 3 = 360 D 2 = 7,11 cm

62. Para calcular el consumo de potencia, es necesario calcular la nueva carga = h 2 h 1 / h 2 = (D 1 / D 2 ) 2 20 mt = (6 cm / 7,11 cm) 2 h 2 h 2 = 28,08 mt EJEMPLO 2: CARGA O ALTURA (h)

63. El consumo de potencia de una bomba está dada por: P = Q h 5 lt/sg = 5 kg/sg = 49 N/sg P 2 = (49 N/sg) (28,08 mt) P 2 = 1376,8 Watt Donde Q está dado en Newtons / segundo y h en mt EJEMPLO 2: POTENCIA (P)

64. Bomba de Diafragma Los autos utilizan a menudo una bomba de diafragma para mover la gasolina desde el depósito de combustible a los inyectores del carburador. La bomba del combustible en un automóvil es accionada por una leva engranada directamente a las piezas que rotan del motor. La leva empuja un levanta válvulas y empuja el diafragma (un resorte lo fuerza se retira.)

65. Bomba de Diafragma Los surtidores de gasolina como éste funcionan continuamente, pero tienen una válvula de seguridad que devuelve el combustible, si la presión es muy alta sobre el sistema. La bomba tiene generalmente un filtro de combustible. Las bombas de diafragma son muy comunes y vienen en muchos tamaños. Se fabrican de nuevos polímeros, que son flexibles, duraderos y de bajo mantenimiento.

66. Bomba de Diafragma Doble Las bombas de diafragma dobles ofrecen flujo un parejo, una operación confiable, y una la capacidad de bombear una variedad amplia de líquidos viscosos e impuros. Esta bomba utiliza un sistema muy simple de válvulas para mover los diafragmas. Los diafragmas flexibles (en blanco) son discos redondos unidos en cada extremo a un diafragma. El eje, permite que el aire mueva la válvula de distribución del aire (la barra superior) hacia adelante y hacia atrás.

67. Bomba de Diafragma Doble El eje, controla el flujo de aire a la cámara izquierda o derecha, invirtiéndose en cada movimiento. Las 4 válvulas de esferas libres, flotan y funcionan por diferencias de presión en el fluido bombeado. Las bombas de diafragma dobles, son hechas a menudo de plástico y/o de acero inoxidable, se utilizan en el sector alimenticio para bombear pulpas de frutas, pasta de embutidos, al chocolate, etc.

68. Bomba de Discflo La bomba de Discflo es fabricada por Discflo Corporation. Utiliza un FLUJO LAMINAR, es de bajo mantenimiento y es impermeable, siendo ideal para muchos usos en las plantas de tratamiento de RILES. El flujo laminar es un flujo regular, sin cambios precipitados en la dirección o la presión. Utilizando este flujo, los discos rotatorios de la bomba no son dañados, como en otras bombas.

69. Bomba de Discflo La forma única de esta bomba, le permite utilizar flujo laminar. La bomba se hace de discos planos, o de discos con los cantos pequeños en ellos. Estos discos producen un flujo no pulsatorio, liso que reduce el desgaste.

70. Bomba de Discflo El líquido entra a la bomba a través de una entrada (a la derecha abajo, mostrado en contornos). Los discos rotatorios aceleran el líquido suavemente, y son enviados al exterior. Los líquidos en la bomba de Discflo, viaja en un espiral interior, ganando energía cinética antes de ser descargados. La salida es muy lisa y no pulsatoria.

71. Bomba Duplex (Dos caras)

72. La "bomba de vapor de intercambio directo“, fue inventada por el Henrio R. Worthington en 1840. Todavía es utilizada hoy, pero accionada por aire comprimido, en vez del vapor. Cada pistón tiene un 1/4 de ciclo de desincronización.

73. Bomba Duplex (Dos caras) El vapor o aire, entra a través del compartimiento superior (a la izquierda) donde la válvula del vapor, corre hacia adelante y atrás, sobre las tuberías de escape del líquido. La bomba en la parte posterior, controla la válvula del vapor o aire, a través del eje de balancín (en el centro), y a la válvula de vapor o aire, para el pistón de la parte posterior. En el extremo de la bomba (a la derecha), las 2 válvulas más bajas, son las válvulas admisión del fluido y las superiores son las de escape. Un acumulador hidráulico, situado generalmente sobre la bomba, regula el el flujo y previene la cavitación del agua. Hasta 5 sistemas de cilindros de vapor o aire y de agua, pueden ser instalados en serie.

74. Bomba Duplex (Dos caras) Las bombas duplex, tienen 2 cilindros de vapor de agua. Solamente 1 se muestra, los otros cilindros están directamente detrás de éstos. Las bombas de 2 caras, no tienen ningún "punto muerto" porque uno u otro pistón, está siempre bajo la fuerza del vapor (o del aire comprimido).

75. Bomba Simplex (Una cara) La bomba simplex, o de “accionar doble en un Solo-Cilindro”, fue inventada en 1840 por el Henrio R. Worthington. Es una bomba de intercambio, de una sola cara. Tiene un solo cilindro el cual mueve el líquido hacia afuera a través de la salida superior, en un movimiento hacia arriba y hacia abajo. Este tipo básico de bomba, se ha usado en sopladores, bombas de alimentación para hornos, sentinas y servicios de fuel- oil.