Bombas Reciprocantes Y Rotatorias x1b6f

BOMBAS RECIPROCANTES Y Rotatorias 1. BOMBAS RECIPROCANTES A lo largo de la historia de las primeras bombas de las que se tiene registró, son muchas las conocidas las cuales tienen distintas formas de funcionamiento, pero entre la que más resalta en la que construyo Arquímedes o el tornillo de Arquímedes, y atrás que destacan entre ellas las ruedas persas, ruedas de agua o norias. Todos estos dispositivos eran ruedas bajo el agua que contenían cubetas que se llenaban con agua cuando se sumergían en una corriente de agua procedente de pequeños ríos y que automáticamente se vaciaban en un colector a medida que se llevaban al punto más alto de la rueda en movimiento. El funcionamiento en sí de la bomba será el de un convertidor de energía, o sea, transformará la energía mecánica en energía cinética, generando presión y velocidad en el fluido. Los factores más importantes que permiten escoger un sistema de bombeo adecuado son: presión última, presión de proceso, velocidad de bombeo, tipo de gases a bombear (la eficiencia de cada bomba varía según el tipo de gas). Un equipo de bombeo es un transformador de energía, mecánica que puede proceder de un motor eléctrico, térmico, etc. Y la convierte en energía, que un fluido adquiere en forma de presión, de posición y de velocidad. Existen bombas que trabajan con presiones y alturas iguales que únicamente adicionan energía de velocidad. Sin embargo, a este respecto hay muchas confusiones en los términos presión y velocidad por la acepción que llevan implícita de las expresiones fuerza-tiempo. En la mayoría de las aplicaciones de energía conferida por la bomba es una mezcla de las tres. Las cuales se comportan de acuerdo con las ecuaciones fundamentales de la mecánica de fluidos. El uso de las bombas recìprocantes, es muy limitado, pero tiene una gran importancia en especial dentro de la industria petrolera, ya que las maquinarias de bombea que se utilizan para extraer en curdo del suelo funcionan mediante este mecanismo. 1.1. DEFINICIÓN DE BOMBAS RECIPROCANTES Las bombas reciprocantes son unidades de desplazamiento positivo descargan una cantidad definida de líquido durante el movimiento del pistón o émbolo a través de la distancia de carrera. Sin embargo, no todo el líquido llega necesariamente al tubo de descarga debido a escapes o arreglo de pasos de alivio que puedan evitarlo. Despreciando éstos, el volumen del líquido desplazado en una carrera del pistón o émbolo es igual al producto del área del pistón por la longitud de la carrera.

En su forma más simple, la bomba reciprocante emplea un pistón que toma fluido dentro de un cilindro a través de una válvula de alimentación conforme se aleja de la válvula. Por consiguiente, conforme el pistón se mueve hacia adelante, la válvula de alimentación se cierra y el fluido es impulsado hacia afuera a través de la válvula de descarga. Existen básicamente dos tipos de bombas reciprocantes  Las de acción directa (movidas por vapor).  Las bombas de potencia. Pero existen muchas modificaciones de los diseños básicos, construidas para servicios específicos en diferentes campos. Algunas Se clasifican como bombas rotatorias por los fabricantes, aunque en realidad utilizan movimiento reciprocante de pistones o émbolos para asegurar la acción de bombeo. 1.1.1. Bombas de acción directa En este tipo, una varilla común de pistón conecta un pistón de vapor y uno de líquido o émbolo. Las bombas de acción directa se constituyen de simplex (un pistón de vapor y un pistón de líquido, respectivamente) y dúplex (dos pistones de vapor y dos de líquido). Las bombas de acción directa, se detienen cuando la fuerza total en el pistón del agua iguala a la del pistón de vapor; las bombas de potencia desarrollan una presión de descarga normal de las bombas de potencia. 1.1.2. Bombas de potencia Estas tienen un cigüeñal movido por una fuente externa generalmente un motor eléctrico, banda o cadena. Frecuentemente se usan en engranes entre el motor y el cigüeñal para reducir la velocidad de salida del elemento motor. Cuando se mueve a velocidad constante, las bombas de potencia proporcionan un gasto casi constante para una amplia variación de columna, y tienen buena eficiencia. El extremo líquido, que puede ser del tipo de pistón o émbolo, desarrollará una presión elevada cuando se cierra la válvula de descarga. Por esta razón, es práctica común el proporcionar una válvula de alivio para descarga, con objeto de proteger la bomba y su tubería. Las bombas de potencia se encuentran articuladamente bien adaptadas para servicios de alta presión y tienen algunos usos en la alimentación de calderas, bombeo en líneas de tuberías, proceso de petróleos y aplicaciones similares. 1.2. FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS RECIPROCANTES El funcionamiento de una Bomba Reciprocante depende del llenado y vaciado sucesivo de receptáculos de volumen fijo, para lo cual cierta cantidad de agua es obligada a entrar al cuerpo de la bomba en donde queda encerrada momentáneamente, para después ser forzada a salir por la tubería de descarga. De lo anterior se deduce, en términos generales, que el gasto de una Bomba Reciprocante es directamente proporcional a

su velocidad de rotación y casi independiente de la presión de bombeo. Como el proceso de llenado y vaciado sucesivo de receptáculos de volumen fijo requiere fricción por resbalamiento entre las paredes estacionarias del receptáculo y las partes móviles, estas bombas no son apropiadas para manejar líquidos que contengan arenas o materias en suspensión. Además, la variación cíclica del gasto de descarga puede obligar al empleo de Cámara de aire y de grandes tuberías. Estas bombas son relativamente de baja velocidad de rotación, de tal manera que cuando tienen que ser movidas por motores eléctricos deben ser intercaladas trasmisiones de engranes o poleas para reducir la velocidad entre el motor y la bomba. 1.3. CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO En las bombas reciprocantes el pistón crea un vacío parcial dentro del cilindro permitiendo que el líquido se eleve ayudada por la presión atmosférica. Como hace falta un espacio determinado de tiempo para que se llene el cilindro, la cantidad de líquido que entra al espacio de desplazamiento dependerá de la velocidad de la bomba, el tamaño de las válvulas de entrada y la efectividad del material sellante de las válvulas y del pistón. Debido a la resistencia friccional que se desarrolla en sus partes en movimiento, las bombas reciprocantes tienen una eficiencia relativamente baja; las pérdidas en las correas, los engranes y las chumaceras se añaden a la resistencia de las partes móviles para dar un rendimiento bajo en proporción a la potencia suministrada por la unidad motriz. Las válvulas de las bombas de pistón son de dos tipos las de succión, que permiten la entrada al espacio de desplazamiento, y las de descarga, que dejan que el agua pase hacia el tubo de descarga, Estas válvulas operan por la fuerza que ejerce sobre ellas el peso del agua, o por la acción ejercida por elemento de desplazamiento

1.4. CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS RECIPROCANTES

1.5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS BOMBAS RECIPROCANTES Las ventajas de las bombas reciprocantes de pozo llano son:    

Alta presión disponible Autocebantes (dentro de ciertos límites) Flujo constante para cargas a presión variable Adaptabilidad a ser movidas manualmente o por motor

Las desventajas son:        

Baja descarga Baja eficiencia comparada con las bombas centrifugas Muchas partes móviles Requieren mantenimiento a intervalos frecuentes Succión limitada Costo relativamente alto para la cantidad de agua suministrada Requieren un torque considerable para llevarlas a su velocidad Flujo pulsante en la descarga

1.6. APLICACIONES MÁS IMPORTANTES DE LAS BOMBAS RECIPROCANTES  Deglicoles El etilenglicol (Se utiliza como anticongelante en los circuitos de refrigeración de motores de combustión interna) o el trietilenglicol se bombea a un absorvedor a unas 1 000 psi para eliminar la humedad del gas natural. El glicol absorbe el agua, se lo estrangula a presión atmosférica y se lo calienta para eliminar el agua. Después, se enfría y se devuelve con la bomba al absorbedor. Para este servicio se utilizan bombas de potencia con motor y reciprocantes de acción directa.

 Carga de aminas La monoetanolamina, otras aminas y los absorbentes patentados eliminan el sulfuro de hidrógeno y el dióxido de carbono del gas natural. Se bombea el absorbente hacia un absorbedor a unas 1 000 psi y produce una acción similar a la de los glicoles. En las plantas grandes para tratamiento de gas se suelen utilizar bombas centrífugas; en las pequeñas, son más adecuadas las bombas de potencia propulsadas por motor eléctrico.  Petróleo pobre El aceite para absorción se utiliza igual que los glicoles y a minas, pero absorbe los hidrocarburos como butano, propano y etano del gas natural.  Inyección de agua salada Un método que se utiliza mucho para la recuperación secundaria de petróleo y gas en los campos casi agotados, es inundar los yacimientos con agua, por lo general, agua salada en pozos periféricos para obligar a los hidrocarburos a moverse hacia el pozo central. En los campos pequeños se utilizan bombas de potencia.  Eliminación de agua salada Se suelen utilizar bombas de potencia para bombear el agua salada a un pozo para eliminarla. Otra aplicación en donde es casi obligatoria la bomba reciprocante es para pastas aguadas abrasivas o materiales muy viscosos a más de unas 500 psi. Los ejemplos son desde pasta aguada de carbón hasta mantequilla de cacahuate (maní). 1.7. CONCLUSIONES Se concluye que estas bombas son relativamente de baja velocidad de rotación. Las bombas recìprocantes no son apropiadas para manejar líquidos que contengan arenas o materias en suspensión, Otra aplicación en donde es casi obligatoria las bombas recìprocantes es para pastas aguadas abrasivas o materiales muy viscosos a más de unas 500 psi.

2. BOMBAS ROTATORIAS 2.1. DEFINICIÓN DE BOMBAS ROTATORIAS Las bombas rotatorias que generalmente son unidades de desplazamiento positivo consisten en una caja fija que contiene engranes, aspas, pistones, levas, segmentos, tornillos, etc., que operan con un claro mínimo. En lugar de "aventar" el líquido como en una bomba centrifuga, una bomba rota y a diferencia de una bomba de pistón, la bomba rotatoria descarga un flujo continuo. Aunque generalmente se les considera como bombas para líquidos viscosos, las bombas rotatorias no se limitan a este servicio sólo. Pueden manejar casi cualquier líquido que esté libre de sólidos abrasivos. Incluso puede existir la presencia de sólidos duros en el líquido si una chaqueta de vapor alrededor de la caja de la bomba los puede mantener en condición fluida. Las bombas rotatorias rotan. Existe una variedad de bombas rotatorias, están las bombas con engranajes externos e internos, las de lóbulos y las de rosca. La forma en que están hechas y como operan proporcionan una presión de descarga más uniforme que las bombas reciprocas. Y ellas no necesitan mucho mantenimiento. 2.1.1. Bombas con Engranajes Externos (External Gear Pump) Las bombas con engranajes externos son probablemente las bombas rotatorias más usadas en la industria del petróleo, esto se debe a su construcción, son relativamente simples cuando se comparan con otras bombas de desplazamiento positivo Las partes más importantes de una bomba con engranaje externo son:    

La carcasa. Los engranajes. El puerto de succión. El puerto de descarga.

Estas bombas tienen dos engranajes:  

Engranaje activador (Drive Gear) o de poder: este que es activado por un motor algún otro accionador primario. Engranaje accionado o secundario: este que es accionado por el engranaje de poder.

Los dientes de ambos engranajes recogen el fluido, cuando rotan, el fluido queda atrapado entre los dientes y la pared de la carcasa de la bomba, luego el fluido es llevado al lado de descarga de la bomba, los dientes unidos de los engranajes impiden que el fluido vuelva al lado de succión. Usualmente la carcasa externa de la bomba está hecha de hierro o acero fundido, y en caso de que sean movidos fluidos corrosivos, se utilizan materiales anticorrosivos.

En las bombas rotatorias con engranajes se utilizan 3 clases de impulsores:  



El engranaje con dientes rectos (Spur Gear): son comúnmente usados porque son económicos y fáciles de mantener. El helicoidal (Helical Gear): proveen la transferencia regular de poder, lo que resulta en un flujo regular de fluido. También se encuentran en bombas grandes que contienen altos volúmenes y operan a altas velocidades. El doble helicoidal (Herringbone Gear): tiene las mismas características que el helicoidal.

Las bombas con engranajes por lo general manejan fluidos hidráulicos o crudos, sus balineras son generalmente lubricadas por esta sustancia. Si el fluido no es lubricante se deben utilizar sellos con algo de lubricación externa. Estos sellos del eje pueden ser tanto mecánicos (Mechanical Seal) como casquillos del prensa-estopas (Packing Gland). La clase dependerá de la clase del fluido que este siendo movido, el diseño de la bomba ola clase de servicio prestado. Las bombas con engranajes externos pueden ser operadas en cualquier dirección sin ninguna modificación de la bomba, si se observa la rotación del eje, se determina el lado de succión de una bomba en operación, el fluido es bombeado alrededor de los bordes externos de los impulsores del engranaje y no entre ellos. 2.1.2. Bomba con Engranajes Internos Las bombas con engranajes internos están hechas de otra forma, ellas tienen dos engranajes unidos el uno con el otro.  

El engranaje externo el cual es más grande que el interno se llama accionador(Driver). El engranaje interno (Idler Gear) o engranaje secundario de la bomba es el accionado.

El fluido es atrapado entre los dientes de estos dos engranajes y luego es movido hacia la sección de descarga de la bomba. Al unirse los dos grupos de dientes ellos forman un sello que forza al fluido a salir por el lado de la descarga e impide que vuelva al lado de succión de la bomba. El creciente o espaciador (Spacer), como se conoce comúnmente, mantiene separados a los dos engranajes. Algunos modelos tienen crecientes móviles que permiten que la bomba sea operada en cualquier dirección. Tanto el puerto de succión como de descarga son elípticos u ovalados, esto permite que el fluido sea descargado en una forma regular.

Las bombas con engranajes internos y externos están hechas de materiales similares, acero para la reactivación y acero o un metal más suave para la accionada. Por lo general la carcasa está hecha de hierro o acero fundido, la parte interna de la carcasa es más lisa y más compacta que la externa, es por eso que el engranaje accionador está diseñado para rotar alrededor del engranaje accionado. 2.2.

CARACTERÍSTICAS DE LAS BOMBAS ROTATORIAS

Todas las bombas rotativas tienen piezas de rotación que atrapan el líquido en el puerto de la entrada (succión) y lo impulsan a través del puerto de descarga dentro del sistema. Los engranajes, los tornillos, los lóbulos, y las paletas son usados generalmente para mover el líquido. Las bombas rotativas son de desplazamiento positivo del tipo de desplazamiento fijo. Las bombas rotativas se diseñan con separaciones muy pequeñas entre las piezas de rotación y las piezas inmóviles, para reducir al mínimo el resbalamiento desde el lado de descarga hacia el lado de succión. Se diseñan para funcionar a las velocidades relativamente moderadas. El funcionamiento a velocidades elevadas causa erosión y desgaste excesivo que da lugar a separaciones crecientes. 2.3.

CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS ROTATORIAS

2.4.

APLICACIONES DE BOMBAS ROTATORIAS

Incluyen el paso de líquido de todas las viscosidades, procesos químicos, alimentos, descarga de barcos, lubricación a presión, pintura a presión, sistemas de enfriamiento, servicio de quemadores de aceite, manejo de grasas, gases licuados (propano, butano, amonio, freón, etc.), y un gran número de otros servicios industriales.     

Para alimentación de calderas. Para grasa. De pozo profundo. Para lodos de perforación drenaje. Bombeo de líquidos.

También las usamos en la transferencia de aceites lubricantes, en procesos hidráulicos, la mayor parte de las bombas rotatorias son autocebantes y pueden, de ser necesario, trabajan con gas o aire.       2.5.

VENTAJAS:



  2.6.

Industria: transporte de agua de proceso, enfriamiento, materiales primas, producto terminado, condensado, combustibles. Agrícola: Agua Residencial: Agua (pozos), edificios altos. Comercial: Agua, combustibles. Minería: Extracción de agua. Medicina: Corazones artificiales

Combina características de flujo constante o casi constante de las bombas centrifugas con el efecto positivo de las bombas reciprocaste. Pueden manejar líquidos que contengan aire o vapor. Comúnmente no tiene válvulas. LIMITACIONES DE LAS BOMBAS ROTATORIAS,

NORMATIVIDAD. La mayoría de bombas presentan inconvenientes o limitaciones que  Diseño operan alteran el proceso de bombeo entre las cuales encontramos:bojo el mismo principio de desplazamiento positivo. Esto quiere decir que al igual que las reciprocas, en cada ciclo o revolución es impulsada una cantidad relativa de líquidos.  La bomba rotatoria no puede bombear líquidos que contengan sólidos. Puesto que pequeñas partículas abrasivas como cascajo o arena se almacenarán entre las partes.  Su capacidad flujo es generalmente bajo rango es decir la capacidad de manejo del flujo en una bomba rotatoria, está en función de su tamaño y velocidad de rotación.  Son bombas sensibles a la presencia de abrasivos, por la gran fricción que hay entre los engranes o lóbulos y el fluido.  Las frecuencias torsionales naturales no amortiguadas del conjunto de la bomba deben estar al menos entre 10% de la frecuencia de excitación en el rango de velocidades de operación especificados. Además de que estas no son utilizadas en temperaturas altas.  Su rango de presión de descarga es medio, del orden de 20 kg/cm 2 máximo y en la mayoría su capacidad de succión es de 0,65 atmosferas (6.5 m de col. de agua). Cuando la bomba pierde succión se pone ruidosa.

2.7.

CONCLUSIONES

Las bombas rotativas tienen una extensa variedad de características que ayudan a terminar cual es la más optima dependiendo el líquido que se esté utilizado dentro del proceso por ello es conveniente conocer cado uno de los tipos, su campo de aplicación así como las limitaciones que están tienen como sabemos en la industria petrolera se emplean casi todos los tipos de bombas, con ciertas preferencias en aplicaciones o actividades concretas, como es el caso de estas que se utilizan por ejemplo en el flujo de fluidos de perforación específicamente en los lodos por ello es importante conocer su principio de funcionamiento puesto que son de mucha utilidad en trabajos encomendados a la ingeniería. 2.8.

BIBLIOGRAFÍA

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