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domingo, 2 de abril de 2017

Bombas hidraulicas

Selección de la bomba adecuada
     La clave para hacer la selección correcta de la bomba radica en el conocimiento del sistema en que trabajará la bomba. El ingeniero que especifica una bomba puedehacer una selección errónea por no haber investigado los requisitos totales del sistema ni determinar cuál debe ser el rendimiento de la bomba.





Selección para mayor eficiencia

  La mayoría de las bombas de proceso en uso son centrífugas. La eficiencia de la bomba tiene un lugar prominente entre los factores que se deben considerar. En un esfuerzo por reducir el costo inicial, a menudo se seleccionan bombas que no representan el diseño más eliciente para un servicio dado. iSe debe dejar la elección de la eficiencia al fabricante de la bomba? Desde luego, el usuario le debe dar alguna orientación respecto a los costos de energía y métodos para recuperación de la inversión.

Selección de bombas para líquidos volátiles

  Con un ejemplo similar, pero con el supuesto de que el líquido estará a su presión de vapor o cerca de ella y almacenado en una esfera o tambor en vez de un tanque atmosférico, se describirá la selección de la bomba con base en la NPSH. Por lo general, para el flujo en ese proceso se supone que habrá equilibrio entre el líquido y el vapor en el tambor o domo de succión. Este método muy conservador producirá un cálculo sin peligro.


Bombas para líquidos viscosos


   La selección de bombas para líquidos viscosos requiere cuidados especiales. Primero, el usuario debe indicar con exactitud la viscosidad real del líquido bombeado. En los manuales aparecen las viscosidades de los líquidos usuales, pero las mezclas especiales pueden necesitar cálculos o pruebas específicas para determinar con precisión la viscosidad. La viscosidad se suele expresar con alguna de las tres unidades normales: centipoises (cp), centistokes (cst) o Segundos Saybolt Universales (SSU). Las dos últimas viscosidades cinemáticas difieren de los centipoises, que indican viscosidad absoluta.

Bombas para servicio con pasta aguada

   Las bombas centrífugas o de desplazamiento positivo pueden manejar una mezcla de sólidos y líquidos en lo que se llama a veces flujo en dos fases o bombeo de pasta aguada. Las bombas centrífugas, que son las más comunes cuando se requiere una baja carga, sólo suelen estar disponibles en el tipo de una etapa. Si se ponen dos o más en serie, se puede tener una mayor carga de bombeo. Las carcasas e impulsores pueden tener revestimiento de caucho (hule) natural o sintético o estar hechos con metales duros, como hierro de aleación, aleaciones con 28% de cromo, con Nihard, etc. En ciertos procesos se puede necesitar acero inoxidable. Las bombas para productos químicos, hechas con los materiales adecuados, se suelen utilizar para pastas aguadas cristalinas, ligeras y no abrasivas. La bomba de trabajo pesado para pasta aguada, disponible con eje horizontal y vertical será la adecuada para aplicaciones más difíciles, como son en minería y metalúrgica. Las bombas horizontales tienen succión en el extremo y deben tener revestimiento de caucho cuando manejan pastas finas o de metal duro para pastas espesas. Ambos tipos deben poderse desarmar con facilidad para reemplazar piezas gastadas y tener componentes como carcasas de dos piezas con tornillos ranurados para sujeción, así como placas de desgaste ajustables en el tipo hecho con metal duro. Las aspas o álabes del impulsor de bombeo hacia fuera impedirán acumulación de sólidos en los prensaestopas o empaquetaduras.


Sellamiento de bombas para pasta aguada

  Las bombas centrífugas, horizontales, para pasta aguada tienen un eje que pasa a lo largo de la carcasa, el cual debe tener sellos para impedir las fugas. Los sellos mecánicos que sólo se empleaban para líquidos limpios, ya hace algún tiempo también se utilizan para mezclas de sólidos y líquidos. Para sellar los ejes, se han  
utilizado prensaestopas con empaquetadura. Esta empaquetadura requiere un líquido limpio, por lo general agua, para arrastrar el material bombeado y producir una película de líquido limpio entre los anillos de la empaquetadura y entre el eje o la manga (camisa) del eje.

Selección de bombas verticales

 Las bombas centrífugas, de tipo de voluta y difusor y algunas rotatorias de desplazamiento positivo, están disponibles con ejes verticales. El ingeniero que las especifica muchas veces debe decidir el tipo que necesita antes de ponerse en contacto con el proveedor. Hay muchas cosas que intervienen en esta decisión. A veces, parece ser muy clara, como sería el uso de una bomba vertical para bombear agua desde un pozo o desde una fosa o sumidero en donde la altura de succión es mayor de 34 ft. Cualquier bomba horizontal tendrá cierta capacidad para elevación de succión y, en ocasiones, puede bombear desde un estanque, una fosa o un río. Pero la altura de succión o aspiración está limitada a menos de 34 ft, o sea a la presión atmosférica al nivel del mar. Aunque se utilizan las bombas horizontales, en ocasiones, para pequeñas alturas de succión, surge el problema del cebado cada vez que se pone en marcha la bomba. Se pueden utilizar eductores, bombas de vacío u otros aparatos extractores de aire; las válvulas de pie pueden retener el líquido en el tubo de succión o se pueden utilizar bombas autocebantes hasta ciertos tamaños (Fig. 10). La bomba autocebante tiene una cámara integral frente al impulsor en donde retiene un volumen suficiente de líquido para permitir arranques repetidos por tiempo indefinido después de que se llena la cámara.

Selección de bombas de volumen controlado

  Una categoría especial de bombas, que se conoce como de volumen controlado, dosificadoras o proporcionadoras, es en realidad un tipo de desplazamiento positivo en la cual el movimiento se transmite desde el motor por medio de manivelas, placas oscilantes o diversos mecaI nismos hasta uno o más émbolos reciprocantes. Estos, a su vez, bombean el líquido de trabajo o un aceite hidráulico que acciona un diafragma que produce la acción de bombeo. La característica especial de estas bombas es que se puede ajustar la carrera, en forma manual o automática, para permitir la dosificación de la cantidad exacta de líquido en el sistema.


Bombas selladas

 Otra categoría, especial para industrias de procesos químicos es la de bombas selladas, que no tienen sellos externos ni posibilidad de fugas. Los dos tipos principales son las de rotor enlatado y las magnéticas. Estas bombas se utilizan en donde no se pueden permitir fugas o cuando la fuga por un sello podría tener graves consecuencias. Estas bombas están disponibles en pocos tamaños; casi todas son de bajo volumen y todas son de una o de dos etapas. Se han utilizado para líquidos a temperaturas muy altas o muy bajas. Las aplicaciones para alta presión de succión eliminan la necesidad de los problemáticos prensaestopas para alta presión. Las selladas del tipo centrífugo tienen el mismo rendimiento hidráulico que las centrífugas convencionales. Debido a su tamaño pequeño, tienen baja eficiencia, pero en aplicaciones peligrosas es preferible sacrificar la eficiencia en beneficio de la seguridad.



Requisitos de las bombas para industrias de procesos químicos (IPQ)


Constituyentes mayores y menores

 Lo más importante al estudiar cualquier producto químico es el conocimiento de sus constituyentes, no sólo los mayores, sino también los menores porque en muchos casos los constituyentes menores serán los más importantes, porque pueden alterar radicalmente los regímenes de corrosión y se necesita un análisis detallado de ellos.



Propiedades del producto químico

  Los términos muy generales como “caliente”, “frío” e incluso “temperatura ambiente” se prestan a muchas interpretaciones. Las definiciones preferidas serían temperatura máxima, mínima y normal de operación en OC o en ‘F. Las reacciones químicas, por lo general, aumentan su rapidez en dos o tres veces con cada incremento de 18OF en la temperatura. La corrosión se puede considerar como reacción química y por ello se apreciará la importancia de la temperatura o gama de temperaturas. Una bomba expuesta ala intemperie es un buen ejemplo de la ambigüedad del término “ambiente” porque podría haber una diferencia de 150’F entre un clima muy frío y uno muy cálido.



Otros factores en la operación de la bomba

  Cuando la bomba se utiliza para transferencia o recirculación, puede haber una posible acumulación de productos de corrosión o contaminantes que reducirán su duración útil. Esa acumulación puede tener un beneficio o un serio perjuicio y, por ello, la posibilidad de la acumulación siempre se debe incluir en la evaluación de las características del producto que se maneja. Puede haber adición, intencional o accidental, de inhibidores y aceleradores al producto. Los inhibidores le reducen su corrosividad y los aceleradores la aumentan.


productos corrosivos y materiales para las bombas

Los materiales para las bombas se dividen en general en metálicos y no metálicos. Los metálicos se pueden subdividir en aleaciones ferrosas y no ferrosas con amplia apltcación en los procesos químicos. Los no metálicos se pueden subdividir en cauchos natural y sintéticos, plásticos, cerámicas y vidrio, carbono y gráfito, y madera. Por supuesto, la madera tiene poca o ninguna aplicación en una bomba. Los otros no metálicos tienen aplicaciones definidas en el manejo de sustancias muy corrosivas. Los plásticos, en particular, tienen especial resistencia a la corrosión y se emplean mucho para productos químicos. Para una aplicación dada, se debe hacer una minuciosa evaluación, no sólo de las características del producto que se maneja, sino también de los materiales disponibles para la bomba, a fin de hacer la selección de menor costo que sea posible.



Materiales típicos de construcción

Los materiales de construcción que más se emplean en las bombas para productos químicos son los aceros inoxidables. De ellos, los más usuales son los austeníticos como Tipo 304 y Tipo 3 16, porque resisten mejor la corrosión que los martensíticos 0 ferríticos. Los aceros inoxidables se utilizan con muchos productos corrosivos. Sirven para la mayoría de los ácidos minerales a temperaturas y concentraciones moderadas. Las excepciones más notables son los ácidos clorhídrico y fluorhídrico. En general, los aceros inoxidables son más adecuados para atmósferas oxidates que reductoras. Los ácidos orgánicos y las soluciones de sales entre neutras y alcalinas también se manejan con bombas de acero inoxidable.


Tipos de bombas para productos químicos

El segundo paso para seleccionar la bomba se basa en las características del líquido y en la carga y capacidad deseadas. Se debe recordar que no todas las bombas se pueden obtener de cualquier material de construcción y la selección final se debe basar en la disponibilidad de tipos en el material requerido. Las bombas centrífugas tienen un uso muy extenso en las industrias de procesos químicos porque son adecuadas casi para cualquier servicio. Están disponibles con una enorme variedad de materiales resistentes a la corrosión. Aunque no se construyen en tamaños muy grandes, son comunes las que tienen capacidades entre 5 000 y 6 000 gpm. Las cargas pueden ser hasta de 500 a 600 pies con motores eléctricos de velocidad estándar. Estas bombas se suelen montar horizontales, pero también pueden estar verticales, suspendidas dentro de un tanque o colgadas de la tubería. Sus desventajas incluyen menor rendimiento cuando manejan líquidos con viscosidad de más de 550 SSU y la tendencia a perder el cebado cuando el líquido contiene cantidades pequeñas de aire o de vapores.



Consideraciones de diseño de las bombas

La casi totalidad de los componentes de las bombas son piezas fundidas. Sobraría decir que no tiene caso una evaluación detallada de las características del líquido y del material que se utilizará si las piezas fundidas no cumplen con los requisitos de calidad para una larga duración. Esto interesa más en las bombas para productos químicos que para otros líquidos porque las fugas, la pérdida del producto y el tiempo perdido pueden ser muy costosos y las fugas pueden ser de gran peligro. Entre los factores que determinan si se puede o no utilizar cierto material para una bomba, las propiedades mecánicas son las más importantes. Un material puede tener una resistencia notable a la corrosión, pero quizá resulte imposible emplearlo para fabricar una bomba, por sus limitadas propiedades mecánicas. Por tanto, hay que recordar que estas própiedades son esenciales en cualquier material que se evalúe en cuanto a la corrosión. Esta evaluación dará una idea bastante buena de si estará o no disponible cierto diseño. Dado que la mayor parte de los materiales están incluidos en las especificaciones de ASTM o de otras instituciones, se pueden utilizar como referencia. El fabricante del material protegido por una marca registrada puede suministrar una tabla con las propiedades mecánicas y otras características que no estén incluidas en las especificaciones estándar. Las soldaduras o la construcción soldada no deben ser una limitación siempre y cuando sean iguales o mejores que el material base. Los materiales que necesitan tratamiento térmico para darles máxima resistencia a la corrosión se deben someter al tratamiento después de soldarlos o habrá que hacer otros ajustes para tener la seguridad de que no se ha menoscabado la resistencia a la corrosión. Las secciones de pared del cuerpo suelen ser más gruesas que lo requerido por el diseño para mantener la capacidad de bombeo aunque se pierda algo de material con productos o atmósferas corrosivos. Las piezas que están sujetas a la corrosión por dos o tres lados, como los impulsores, deben ser mucho más gruesos que sus equivalentes en bombas para agua o aceites.



Diseño con materiales especiales

Como se mencionó, se han utilizado muchos materiales de baja resistencia mecánica en las bombas para productos químicos. Aunque estos materiales tienen problemas inherentes de rotura, su gran resistencia a la corrosión ha hecho que puedan competir con las aleaciones de alta resistencia física. Por supuesto, su baja resistencia a la tracción y su fragilidad los hacen más sensibles a los esfuerzos de tracción o flexión y se requieren bombas de diseño especial. Las piezas están sujetas por sujetadores externos y con refuerzos para evitar que se doblen. También hay que protegerlas contra los cambios súbitos de temperatura y los impactos mecánicos externos.



Normas para bombas para productos químicos

Hace más de 20 años, un comité de la Manufacturing Chemists Association (MCA) convino con un comité especial del Hydraulics Institute en una norma propuesta para las bombas utilizadas en procesos químicos. Este documento se llamó Ameritan Voluntary Standard (AVS) o Norma MCA. Años más tarde la aceptó el Ameritan National Standards Instiute (ANSI) y la publicó como Norma ANSI B123.1. Casi todos los fabricantes de bombas en el mundo las construyen de acuerdo con esos criterios dimensionales y de diseño.










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