Prevención de la Cavitación y Funcionamiento de Bombas de Desplazamiento Positivo

CAVITACIÓN

La cavitación ocurre cuando la presión en la entrada de la bomba desciende hasta alcanzar la presión de vapor del líquido bombeado (por ejemplo, agua), formando burbujas de vapor. Cuando estas burbujas colapsan en zonas de mayor presión dentro de la bomba, causan daños significativos como erosión, vibraciones y ruidos característicos, similares a golpes de grava.

Además, este fenómeno reduce notablemente el caudal y la eficiencia general del sistema de bombeo.

Prevención de la Cavitación

Se puede evitar o minimizar mediante las siguientes acciones:

• Reducir las pérdidas de presión en la línea de alimentación (aspiración):
  • Utilizar tuberías de mayor diámetro.
  • Instalar tuberías de longitudes más cortas.
  • Minimizar el número de válvulas, codos y otros accesorios que generan pérdidas de carga.
• Aumentar la presión en la succión:
  • Elevar el nivel del depósito de alimentación respecto al nivel de la succión de la bomba (aumentar la altura estática de aspiración o NPSH disponible).
• Modificar las propiedades del fluido:
  • Reducir la temperatura del líquido (disminuye su presión de vapor).

Bombas de Desplazamiento Positivo o Volumétricas

Basan su funcionamiento en encerrar un volumen fijo de líquido dentro de una cavidad o cámara para transportarlo desde la sección de aspiración hasta la de impulsión, generando un aumento de presión. La acción de bombeo se produce por la variación cíclica del volumen de estas cámaras estancas, sincronizada con el movimiento (rotación o alternativo) del conjunto mecánico.

Bombas de Émbolo o Pistón

Son unidades de desplazamiento positivo de tipo alternativo que descargan una cantidad definida de líquido durante el movimiento de un pistón o émbolo a lo largo de su recorrido dentro de un cilindro. Sin embargo, no todo el volumen desplazado llega necesariamente a la tubería de descarga, debido a posibles fugas internas o a la disposición de pasos de alivio que puedan impedirlo.

Bombas de Diafragma

Este es un tipo de bomba de desplazamiento positivo, generalmente alternativo, que utiliza paredes elásticas (membranas o diafragmas) en combinación con válvulas de retención (check) para introducir y expulsar fluido de una cámara de bombeo. Existen principalmente dos tipos según el mecanismo de accionamiento del diafragma (mecánico, hidráulico, neumático) y su movimiento:

• Alternativas (Reciprocantes): El diafragma se mueve hacia adelante y hacia atrás, generando un desplazamiento del líquido predominantemente en una dirección a través de las válvulas.
• Nota: La descripción original sobre bombas rotatorias parece confundir con otro tipo de bomba; las bombas de diafragma son fundamentalmente alternativas en su principio de desplazamiento volumétrico.

Bombas de Engranajes Externos

Utilizan dos engranajes idénticos con dientes externos que engranan entre sí dentro de una carcasa ajustada. El líquido es atrapado en los espacios entre los dientes de los engranajes y la carcasa, siendo transportado desde el lado de baja presión (aspiración) hacia el lado de alta presión (impulsión). En la zona de engrane, los dientes se juntan, forzando la salida del fluido hacia la descarga. Una pequeña holgura entre los dientes y la carcasa evita el contacto metal-metal pero permite mínimas fugas.

Bombas de Engranajes Internos

Constan de un rotor (engranaje con dentado externo) montado excéntricamente dentro de un engranaje anular (con dentado interno). Una pieza separadora en forma de media luna se ubica entre ambos engranajes en la zona donde no engranan. El líquido entra por la aspiración, llena los espacios entre los dientes de ambos engranajes y es transportado hacia la impulsión. Al volver a engranar los dientes, el volumen se reduce, forzando la salida del fluido a alta presión. La pieza separadora evita que el fluido retorne directamente de la impulsión a la aspiración.

Bombas de Tornillo (Sinfín)

Constan de uno o más tornillos helicoidales (rotores) que giran dentro de una carcasa fija (estator) de forma complementaria. El líquido es atrapado en las cavidades que se forman entre los filetes del tornillo y la carcasa, siendo obligado a avanzar axialmente a lo largo del eje del tornillo desde la aspiración hasta la impulsión, venciendo un gradiente de presión.

Su principal característica es la capacidad de manejar líquidos con altas cargas de sólidos o alta viscosidad. Ofrecen un flujo suave, con bajas pulsaciones, a diversas velocidades de operación.

Bombas de Aspas o Paletas

En este tipo de bombas, unas paletas (que pueden ser rectas, curvas o tipo rodillo) están alojadas en ranuras de un rotor. Este rotor gira excéntricamente dentro de una carcasa circular o elíptica. Debido a la fuerza centrífuga (o resortes en algunos diseños), las paletas se mantienen en contacto con la superficie interna de la carcasa. Dado que el rotor está descentrado, se forman cámaras de volumen variable entre las paletas, el rotor y la carcasa. Al aumentar el volumen de estas cámaras, se produce la succión en la entrada; al disminuir el volumen, se provoca la compresión y descarga del fluido en la salida.

Este tipo de bomba se compone esencialmente de un rotor, paletas deslizantes y una carcasa.

Bombas Peristálticas

Las bombas peristálticas son bombas volumétricas rotativas únicas. Su principio se basa en la oclusión progresiva de un tubo flexible. Unos rodillos montados en un rotor aplastan secuencialmente el tubo contra una pista o cuerpo de bomba. Esta acción de compresión crea cámaras de fluido aisladas que se desplazan a lo largo del tubo, desde la aspiración hasta la impulsión, generando el efecto de bombeo.

Son bombas inherentemente estancas, ya que el fluido solo contacta con el interior del tubo. Son fáciles de limpiar y esterilizar. Pueden trabajar en seco indefinidamente sin dañarse y son autocebantes, incluso con productos viscosos o que contienen gases.

Bombas de Lóbulos

Son bombas volumétricas rotativas de desplazamiento positivo, similares en principio a las de engranajes externos, pero utilizan rotores con formas lobulares (generalmente dos o tres lóbulos por rotor) en lugar de dientes de engranaje. Los lóbulos de los rotores giran sincronizadamente sin tocarse entre sí dentro de una cámara ajustada, transportando el fluido en los espacios entre los lóbulos y la carcasa.

Presentan las siguientes ventajas:

• Los lóbulos son accionados por un mecanismo de sincronización externo, por lo que no hay contacto metal-metal entre ellos dentro de la cámara de bombeo, permitiendo el manejo de fluidos sensibles al cizallamiento o con sólidos blandos.
• Ofrecen un mayor desplazamiento por revolución que otras bombas rotativas de tamaño similar, aunque su costo puede ser mayor.
• Son excelentes para el manejo de fluidos viscosos, con gases atrapados o partículas en suspensión.