Fundamentos y Aplicaciones de Bombas y Máquinas de Fluidos en la Industria

Bombas Industriales

Clasificación de Bombas

• Por Principio de Funcionamiento:
  • Bombas Centrífugas (incluye tipos mixtos y axiales)
• Por Número de Etapas:
  • Simples (rodete único)
  • Multietapa o Multicelulares (n rodetes, 1 carcasa)
• Por Tipo de Aspiración:
  • Simples
  • De doble aspiración

Componentes Clave de las Bombas

Componentes de Bombas Centrífugas:

• Tubo de Aspiración
• Rodete (el fluido entra axialmente y sale radialmente)
• Difusor (para perfilar el flujo, común en bombas axiales con caudal elevado)
• Cámara Espiral o Voluta (aumenta la sección, disminuye la velocidad, aumenta la presión)
• Tubo de Impulsión

Componentes de Bombas Axiales:

• Tubo de Aspiración
• Rodete
• Rectificador de Flujo
• Cojinetes
• Eje
• ... (otros componentes)

Pérdidas en Bombas

1. Pérdidas Energéticas:
   • Fricción
   • Choque
   • Estela y Torbellino
2. Pérdidas Volumétricas: (el fluido se recircula por el entrehierro)
3. Pérdidas Mecánicas:
   • Internas
   • Externas

Curvas Características de Bombas

Curva Característica de Euler:

• Si β2 > 90°: Curva ascendente, indica inestabilidad.
• Si β2 = 90°: Curva horizontal.
• Si β2 < 90°: Curva descendente, indica estabilidad.

Ecuaciones Fundamentales:

Q = S₂ * Cm₂

x = Cm₂ / tgβ₂

Ee = u₂ * [u₂ - Q / (S₂ * tgβ₂)]

Representación Gráfica de Curvas:

Curva Característica Real y de Rendimiento:

Curva de Isorendimiento:

H/H' = (N/N')²

Q/Q' = N/N'

De lo anterior se deduce:

H/H' = (Q/Q')²

H' = (H/Q²) * Q'² = K * Q'²

Acoplamiento de Bombas

• En Serie: Bombas distintas (E = E₁ + E₂)
• En Paralelo: Bombas distintas

Métodos de Regulación de Bombas

1. Regulación por Válvula en la Impulsión: Aumenta las pérdidas del sistema.
2. Regulación por Bypass: Útil cuando la demanda es variable. En bombas axiales, a veces es más eficiente bombear un caudal mayor.
3. Regulación por Variador de Velocidad (Leyes de Semejanza):

   

   

4. Recorte del Rodete:

   

   

Densidad de Fluidos

Tipos Fundamentales de Instalaciones de Bombeo

1. El líquido es recogido de un depósito y bombeado directamente al punto de uso.
2. El líquido se eleva a un depósito superior para luego suministrarlo mediante gravedad.
3. Instalación de Sobrepresión: La bomba introduce el líquido en un depósito a presión, realizándose el servicio a partir de este.

Elementos Fundamentales en Instalaciones de Bombeo

1. Válvula de Pie: Filtra el líquido y actúa como válvula de retención, impidiendo el retroceso del fluido.
2. Válvula de Compuerta: Se instala antes o después de la bomba. Es crucial cerrarla antes de desconectar la bomba para eliminar o suavizar el golpe de ariete.
3. Cono Reductor: Se utiliza cuando el diámetro de la tubería de aspiración es mayor que el de entrada a la bomba.
4. Bomba Hidráulica: Dispositivo donde el fluido recibe energía para aumentar su presión.
5. Válvula de Retención: Impide el retroceso del líquido y protege la bomba del golpe de ariete.
6. Ventosa: Evita la entrada de aire y los problemas derivados del oxígeno disuelto en el agua durante el llenado y vaciado del sistema. Es un flotador libre o unido a un sistema de palancas que multiplican su acción. El aire que entra hace descender el líquido y, con ello, el flotador, descubriéndose entonces el orificio de salida de aire.

Máquinas de Fluidos

Clasificación de Máquinas de Fluidos

Por Sentido de Conversión de Energía:

1. Generadoras: Transforman la energía del fluido en energía mecánica (ej. Turbinas, Aerogeneradores).
2. Consumidoras: Transfieren energía mecánica al fluido (ej. Bombas, Ventiladores).

Por Principio de Funcionamiento:

1. Turbomáquinas:
   • De Acción: Pelton, Turgo, Banki-Mitchell.
   • De Reacción: Turbobombas, Turbinas (ej. Francis, Kaplan), Bombas-Turbinas.
   • Aerogeneradores/Ventiladores.
2. Máquinas de Desplazamiento Positivo:
   • Alternativas
   • Rotativas

Por Recorrido del Flujo en el Rodete:

• Tangencial (el fluido no atraviesa la máquina en el sentido estricto, sino que incide sobre el rodete)
• Radial
• Axial
• Mixta