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Bombas de desplazamiento positivo. Información completa

Si quieres conocer todo sobre las bombas de desplazamiento positivo, no dejes de leer esta publicación.

¿Qué son la bombas de desplazamiento positivo?

Las bombas de desplazamiento positivo (PD) mueven un fluido encerrando repetidamente un volumen fijo y moviéndolo mecánicamente a través del sistema. La acción de bombeo es cíclica y puede ser impulsada por pistones, tornillos, engranajes, rodillos, diafragmas o paletas.

¿Cómo funcionan las bombas de desplazamiento positivo?

Aunque existe una amplia variedad de diseños de bombas de desplazamiento positivo, la mayoría se puede clasificar en dos categorías: reciprocantes y rotativas.

Bombas de desplazamiento positivo recíprocas

Las bombas de desplazamiento positivo alternativo funcionan mediante el movimiento repetido hacia adelante y hacia atrás (golpes) de un pistón, émbolo o diafragma. Estos ciclos se denominan reciprocidad.

En una bomba de pistón, la primera carrera del pistón crea un vacío, abre una válvula de entrada, cierra la válvula de salida y extrae fluido hacia la cámara del pistón (la fase de succión).

A medida que se invierte el movimiento del pistón, la válvula de entrada, ahora bajo presión, se cierra y la válvula de salida se abre permitiendo que se descargue el fluido contenido en la cámara del pistón (la fase de compresión). La bomba de bicicleta es un ejemplo sencillo.

Las bombas de pistón también pueden ser de doble acción con válvulas de entrada y salida en ambos lados del pistón. Mientras el pistón está en succión por un lado, está en compresión por el otro.

Las versiones radiales más complejas se utilizan a menudo en aplicaciones industriales.

Las bombas de émbolo funcionan de manera similar. El volumen de fluido movido por una bomba de pistón depende del volumen del cilindro; en una bomba de émbolo depende del tamaño del émbolo.

Características con sello

El sello alrededor del pistón o émbolo es importante para mantener la acción de bombeo y evitar fugas. En general, un sello de bomba de émbolo es más fácil de mantener ya que está estacionario en la parte superior del cilindro de la bomba.

Mientras que el sello alrededor de un pistón se mueve repetidamente hacia arriba y hacia abajo dentro de la cámara de la bomba.

Una bomba de diafragma usa una membrana flexible en lugar de un pistón o émbolo para mover el fluido. Al expandir el diafragma, el volumen de la cámara de bombeo aumenta y el fluido entra en la bomba. Al comprimir el diafragma, disminuye el volumen y se expulsa algo de líquido.

Bombas de Diafragma

Las bombas de diafragma tienen la ventaja de ser sistemas herméticamente selladas, lo que las hace ideales para bombear fluidos peligrosos.

La acción cíclica de las bombas recíprocas crea pulsos en la descarga con el fluido acelerando durante la fase de compresión y disminuyendo durante la fase de succión.

Esto puede causar vibraciones dañinas en la instalación y, a menudo, se emplea alguna forma de amortiguación o suavizado.

La pulsación también se puede minimizar utilizando dos (o más) pistones, émbolos o diafragmas con uno en su fase de compresión mientras que el otro está en succión.

La acción repetible y predecible de las bombas recíprocas las hace ideales para aplicaciones donde se requiere una medición o dosificación precisa.

Al alterar la velocidad o la longitud de la carrera, es posible proporcionar cantidades medidas del fluido bombeado.

DISEÑOS BÁSICOS DE BOMBAS RECIPROCADORAS

Bombas de desplazamiento positivo rotativas.

Las bombas de desplazamiento positivo rotativas utilizan las acciones de engranajes o engranajes giratorios para transferir fluidos, en lugar del movimiento hacia adelante y hacia atrás de las bombas recíprocas.

El elemento giratorio desarrolla un sello líquido con la carcasa de la bomba y crea succión en la entrada de la bomba. El fluido, que se introduce en la bomba, se encierra dentro de los dientes de sus dientes o engranajes giratorios y se transfiere a la descarga.

El ejemplo más simple de bombas de desplazamiento positivo rotativa es la bomba de engranajes. Hay dos diseños básicos de bomba de engranajes: externa e interna.

Engranes helicoidales

Una bomba de engranajes externa consta de dos engranajes entrelazados soportados por ejes separados (uno o ambos ejes pueden ser accionados). La rotación de los engranajes atrapa el fluido entre los dientes moviéndolo desde la entrada hasta la descarga, alrededor de la carcasa.

No se transfiere fluido de regreso a través del centro, entre los engranajes, porque están entrelazados. Las estrechas tolerancias entre los engranajes y la carcasa permiten que la bomba desarrolle succión en la entrada y evitan que el fluido se escape desde el lado de descarga. Es más probable que se produzcan fugas o “deslizamientos” con líquidos de baja viscosidad.

Una bomba de engranajes interna funciona con el mismo principio, pero los dos engranajes entrelazados son de diferentes tamaños y uno gira dentro del otro.

Las cavidades entre los dos engranajes se llenan de fluido en la entrada y se transportan hasta el puerto de descarga, donde es expulsado por la acción del engranaje más pequeño.

DISEÑOS DE BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO ROTATIVO

Las bombas de engranajes deben lubricarse con el fluido bombeado y son ideales para bombear aceites y otros líquidos de alta viscosidad.

Por esta razón, una bomba de engranajes no debe funcionar en seco. Las estrechas tolerancias entre los engranajes y la carcasa significan que estos tipos de bombas son susceptibles de desgaste cuando se usan con fluidos abrasivos o alimentaciones que contienen sólidos arrastrados.

Otros dos diseños similares a la bomba de engranajes son la bomba de lóbulos y la bomba de paletas.

En el caso de la bomba de lóbulos, los elementos giratorios son lóbulos en lugar de engranajes. La gran ventaja de este diseño es que los lóbulos no entran en contacto entre sí durante la acción de bombeo, lo que reduce el desgaste, la contaminación y el cizallamiento del fluido. Las bombas de paletas utilizan un conjunto de paletas móviles (cargadas por resorte, bajo presión hidráulica o flexibles) montadas en un rotor descentrado. Las paletas mantienen un sello cerrado contra la pared de la carcasa y el fluido atrapado se transporta al puerto de descarga.

Otra clase de bombas rotativas utiliza uno o varios tornillos mallados para transferir fluido a lo largo del eje del tornillo. El principio básico de estas bombas es el del tornillo de Arquímedes, un diseño utilizado para el riego durante miles de años.

¿Cuáles son las principales características y beneficios de bombas de desplazamiento positivo?

Hay dos familias principales: de bombas de desplazamiento positivo y de bombas centrífugas. Las bombas centrífugas tienen capacidad para flujos más altos y pueden trabajar con líquidos de menor viscosidad. En algunas plantas químicas, el 90% de las bombas en uso serán bombas centrífugas. Sin embargo, hay una serie de aplicaciones para las que se prefieren las bombas de desplazamiento positivo. Por ejemplo, pueden manejar fluidos de mayor viscosidad y pueden operar a altas presiones y flujos relativamente bajos de manera más eficiente. También son más precisos cuando la medición es una consideración importante.

¿Cuáles son las limitaciones de bombas de desplazamiento positivo?

En general, las bombas de desplazamiento positivo son más complejas y difíciles de mantener que las bombas centrífugas. Tampoco son capaces de generar los altos caudales característicos de las bombas centrífugas.

Las bombas de desplazamiento positivo son menos capaces de manejar fluidos de baja viscosidad que las bombas centrífugas. Para generar succión y reducir el deslizamiento y las fugas, una bomba giratoria se basa en el sello entre sus elementos giratorios y la carcasa de la bomba. Esto se reduce considerablemente con fluidos de baja viscosidad. De manera similar, es más difícil evitar el deslizamiento de las válvulas en una bomba alternativa con una alimentación de baja viscosidad debido a las altas presiones generadas durante la acción de bombeo.

Una descarga pulsante también es una característica de los diseños de bombas de desplazamiento positivo y, especialmente, recíprocas. La pulsación puede causar ruido y vibración en los sistemas de tuberías y problemas de cavitación que, en última instancia, pueden provocar daños o fallas. La pulsación se puede reducir mediante el uso de varios cilindros de bomba y amortiguadores de pulsaciones, pero esto requiere un diseño cuidadoso del sistema. Las bombas centrífugas, por otro lado, producen un flujo constante suave.

Movimientos de las bombas

El movimiento hacia adelante y hacia atrás de una bomba recíproca también puede ser una fuente de vibración y ruido. Por tanto, es importante construir cimientos muy sólidos para este tipo de bomba. Como consecuencia de las altas presiones generadas durante el ciclo de bombeo, también es vital que la bomba o la línea de descarga tengan algún tipo de alivio de presión en caso de bloqueo. Las bombas centrífugas no necesitan protección contra sobrepresión: el fluido simplemente recircula en esta eventualidad.

Los alimentos que contienen un alto nivel de sólidos abrasivos pueden causar un desgaste excesivo en los componentes de todo tipo de bombas y especialmente en válvulas y sellos. Aunque los componentes de las bombas de desplazamiento positivo operan a velocidades considerablemente más bajas que las de las bombas centrífugas, siguen siendo propensos a estos problemas. Este es particularmente el caso de las bombas de pistón y émbolo alternativo y las bombas rotativas de engranajes. Con este tipo de alimentación, una bomba de lóbulo, tornillo o diafragma puede ser adecuada para aplicaciones más exigentes.

Características

La siguiente tabla resume las capacidades de las bombas centrífugas y bombas de desplazamiento positivo.

Propiedad Bombas centrífugas Bombas de desplazamiento positivo
Rango de viscosidad efectivo La eficiencia disminuye con el aumento de la viscosidad (máx.200 Cp) La eficiencia aumenta al aumentar la viscosidad
Tolerancia a la presión El flujo varía con el cambio de presión El flujo es insensible a los cambios de presión
La eficiencia disminuye a presiones más altas y más bajas
Flujo insensible a los cambios de presión

 

La eficiencia aumenta al aumentar la presión

Cebado Requerido No Requerido
Flujo (a presión constante) Constante Pulsante
Cizallamiento (separación de emulsiones, lodos, fluidos biológicos, alimentos) El motor de alta velocidad daña los medios sensibles al cizallamiento Baja velocidad interna. Ideal para bombear fluidos sensibles al cizallamiento

¿Cuáles son las principales aplicaciones de las bombas de desplazamiento positivo?

Las bombas de desplazamiento positivo se utilizan comúnmente para bombear fluidos de alta viscosidad como aceite, pinturas, resinas o alimentos. Se prefieren en cualquier aplicación donde se requiera una dosificación precisa o una salida de alta presión. A diferencia de las bombas centrífugas, la salida de bombas de desplazamiento positivo no se ve afectada por la presión, por lo que también tienden a ser preferidas en cualquier situación en la que el suministro sea irregular. La mayoría son autocebantes.

Tipo de bombas de Desplazamiento Positivo Aplicación Características
Bomba de pistón Agua: lavado a alta presión; otros líquidos de baja viscosidad; producción de petróleo; pintura en aerosol Acción recíproca con pistón (s) sellados con juntas tóricas
Bomba para desatascar Agua: lavado a alta presión; otros líquidos de baja viscosidad; producción de petróleo; pintura en aerosol Acción recíproca con émbolo (s) sellados con empaque
Bomba de diafragma Se utiliza para dosificar o dispensar; pulverización / limpieza, tratamiento de agua; pinturas, aceites; líquidos corrosivos Sin sellos, autocebantes, bajos flujos y capaces de soportar altas presiones
Bomba de engranajes Bombeo de fluidos de alta viscosidad en las industrias petroquímica, química y alimentaria: aceite, pinturas, alimentos Los engranajes de malla proporcionan una acción de bombeo rotatorio
bomba de lóbulo Industrias química y alimentaria; aplicaciones sanitarias, farmacéuticas y biotecnológicas Bajo cizallamiento y desgaste. Fácil de limpiar o esterilizar.
Bomba de tornillo Producción, trasvase e inyección de petróleo; irrigación El fluido se mueve axialmente reduciendo la turbulencia; capaz de altos caudales
Bomba de paletas Fluidos de baja viscosidad; sistemas de transmisión automotriz; carga y transmisión de combustible; dispensadores de bebidas Resistente a los sólidos arrastrados y resiste el desgaste de las paletas. El diseño permite una salida variable

Resumen

Las bombas de desplazamiento positivo mueve un fluido encerrando repetidamente un volumen fijo, con la ayuda de sellos o válvulas, y moviéndolo mecánicamente a través del sistema. La acción de bombeo es cíclica y puede ser impulsada por pistones, tornillos, engranajes, lóbulos, diafragmas o paletas. Hay dos tipos principales: alternativo y rotativo.

Las bombas de desplazamiento positivo se prefieren para aplicaciones que involucran fluidos altamente viscosos como aceites espesos y lodos, especialmente a altas presiones, para alimentos complejos como emulsiones, alimentos o fluidos biológicos, y también cuando se requiere una dosificación precisa.

En Asian Pumps conocemos y tenemos tablas de fluidos típicos con sus viscosidad. Sin embargo, si quieres sigues preguntándole qué es la viscosidad y cual es exactamente el factor para elegir y conocer más  acerca de viscosidad, escríbenos.

Para saber qué bomba es adecuada para su aplicación, comunícate con nuestro equipo de Asian Pumps.

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