TRANSPORTE DE MATERIALES LÍQUIDOS
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MANEJO DE MATERIALES 2010
TRANSPORTE DE MATERIALES LÍQUIDOS.
Se puede realizar de dos maneras que son las más utilizadas como lo son:
Bombas y tuberías.
1. Bombas: Una bomba es una máquina que utiliza energía (motor),
para incrementar la presión de un fluido (gas o líquido), para moverlo
de un punto a otro. 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).
Las bombas se clasifican en tres grandes grupos:
Centrífugas
Rotatorias
Reciprocantes
1.1 Bombas Centrífugas: Principalmente utilizadas para fluidos en estado
líquido. Esta denominación se aplica a las máquinas que poseen un rodete
con álabes fijos (parte móvil), alojados dentro de una carcasa (parte fija) de
forma adecuada (ver fig.). El rodete está montado sobre el eje de la bomba,
y a su vez éste está acoplado con el motor.
Las bombas centrifugas se caracterizan físicamente por tener la conexión
de aspiración -succión muy próxima al eje de rotación; y su salida por la
periferia de la carcasa.
La acción de bombeo o transporte se produce por un aumento de impulso al
fluido. Este impulso lo genera el giro de los álabes y la forma que tiene la
carcasa. Al mismo tiempo, el movimiento del fluido que resulta a través de
la bomba produce una disminución de presión en la entrada.
Las dos características principales de este tipo de bombas, son el caudal y
la presión; siendo éstas interdependientes, ya que están relacionadas con la
forma, tamaño y velocidad de giro del rodete.
Sus principales ventajas son:
· Caudal constante,
· Presión uniforme,
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· Sencillez de construcción,
· Tamaño reducido y
· Flexibilidad de regulación.
Su principal desventaja es que necesitan estar “cebadas” es decir que debe
haber líquido en la cañería de impulsión y en la carcasa.
Este inconveniente se puede solucionar utilizando una válvula de retención
en la cañería de aspiración, o utilizando bombas autocebantes.
Fig. Rodetes de Bombas Centrífugas.
Tipos de bombas centrífugas y sus aplicaciones.
· Bombas Centrífugas Horizontales:
El eje de la bomba se encuentra en el plano horizontal y son muy utilizadas
por su fácil operación y mantenimiento. Se destacan las de diseño “Back
Pull Out” (desarme por atrás) que permiten el fácil desmontaje del conjunto
rotante sin desmontar la carcasa de las cañerías.
Pueden ser mono etapas para presiones de hasta 16 bar, o multietapas con
presiones de hasta 70bar.
· Bombas Centrífugas Verticales:
El eje de la bomba se encuentra en el plano vertical. Pueden ser mono
etapas (generalmente sumergibles para bombeo de líquidos cloacales), o
multietapas (sumergibles o no, para presiones altas)
· Bombas Centrífugas Multietapas:
Tanto las horizontales como las verticales tienen el mismo principio de
funcionamiento a saber:
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Se montan uno o más rodetes, con sus respectivas”cajas” envueltas, unidos
a un mismo eje como una sola unidad, formando una bomba de varias
etapas. La descarga de la primera etapa es aspirada por la segunda, la
descarga de la segunda, aspirada por la tercera, y así sucesivamente. La
capacidad de la bomba es el caudal que puede mover una etapa, la presión
es la suma de las presiones de cada una de las etapas, menos una pequeña
pérdida de carga.
Fig. Bomba Centrífuga Normalizada para Uso General (diseño Back Pull Out)
Aplicaciones: Suministro de agua, Drenaje, Riego, Industria alimenticia,
Química y
Petroquímica, Alimentación de calderas, Aire acondicionado, Instalaciones
contra incendio.
Fig. Bomba Centrífuga Partida Axialmente de Doble Aspiración.
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Aplicaciones: Bombeo de líquidos limpios o sucios. Suministro de agua
urbano, elevación de aguas negras, bombeo de refrigeración de centrales
eléctricas. Bombeo en buques y en refinerías.
Fig. Centrífuga Multietapa
Aplicaciones: En aquellos casos que se requiere alta presión.
Fig. Bomba Centrífuga Mono etapa Sumergible para Elevación de Líquidos
Cloacales.
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Aplicaciones: elevación de líquidos cloacales, desagotes de sótanos.
Fig. Bomba Centrífuga Vertical.
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Aplicaciones: Suministro de agua, Industria alimenticia, Alimentación de
calderas,
Servicio contra incendio, Instalaciones de lavado, Ósmosis Inversa y todos
aquellos casos que se requiera alta presión.
Bomba Sumergible de Pozo Profundo o Bomba Buzo.
a) Con Motor en la Superficie:
Aplicaciones: se emplean para la impulsión de aguas naturales y limpias,
para descender el nivel de aguas subterráneas y para el agotamiento de
aguas en minas y en instalaciones potabilizadoras de agua de mar.
Su principal limitación es por los esfuerzos que se producen en el eje.
Pueden trabajar a una profundidad máxima de 120m y elevar un caudal
máximo de 120m3/h.
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Una de las aplicaciones más importantes de este tipo de bombas es la
extracción de agua de una napa subterránea.
Para ello se sigue el siguiente procedimiento:
1- Se realiza la perforación
2- Se encamisa la misma, generalmente con un caño de P.V.C.
3- Se introduce la bomba con su correspondiente motor eléctrico,
obviamente el mismo es blindado, y el hecho de que esté sumergido
favorece su refrigeración. La bomba debe estar suspendida por medio de un
cable de acero: jamás de los cables de alimentación eléctrica.
Estas bombas son muy eficientes y pueden trabajar hasta una profundidad
máxima de
600m y elevar un caudal máximo de hasta 280m3/h. Su principal fuente de
desgaste es la arena que erosiona los álabes.
Aplicaciones: extracción de aguas subterráneas, minería, fuentes.
Regulación de caudal en las bombas centrífugas
Se pueden utilizar las siguientes formas para controlar el caudal:
· Regulación del caudal por arranque parada
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· Regulación del caudal por estrangulamiento de la tubería que conduce el
fluido mediante el uso de válvulas manuales o automáticas
· Regulación del caudal por variación de la velocidad de la bomba mediante
el uso de
Variador de Frecuencia.
Instalación de las Bombas Centrífugas
Cuando el nivel del líquido a aspirar esta debajo de la bomba es
conveniente que la distancia entre bomba y tanque sea la mínima posible.
Si la bomba no es autocebante es necesario colocar una válvula de
retención y es muy conveniente que está esta precedida por un filtro. Aguas
arriba de la bomba es muy conveniente colocar otra válvula de retención de
manera que al parar la misma el golpe de ariete no la afecte. También es
muy conveniente utilizar una junta anti vibratoria después de la válvula de
retención para evitar que posibles vibraciones se trasladen a la cañería y la
afecten.
Las tuberías deben soportase independientemente de la bomba para evitar
tensiones sobre la carcasa.
La bomba no debería soportar el peso de la cañería de aspiración.
A priori es muy normal que el diámetro de la cañería de aspiración sea 1
diámetro mayor que el de la cañería de impulsión.
Si bien muchas bombas están preparadas para ser utilizadas a la intemperie
es costumbre alojarlas en un cuarto de bombas, fácilmente accesible, es
también muy conveniente que dicho cuarto tenga una rejilla que permita
desalojar el agua fruto de pérdidas accidentales.
La base de la bomba debe descansar sobre una superficie lisa y horizontal,
puede ser necesario el uso de placas anti vibratorias en algunos casos.
La exacta alineación de la bomba con su eje de accionamiento es esencial
para su buen funcionamiento.
Una mala alineación de la bomba dará lugar a graves desgastes.
Es necesario volver a comprobar la alineación después que a la bomba se le
han fijado las uniones de las cañerías.
Antes de poner en funcionamiento una bomba centrífuga es necesario que
esta esté cebada.
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1.2 Bombas reciprocantes – alternativas: Son unidades de
desplazamiento positivo que descargan una cantidad definida de líquido
durante el movimiento del pistón o émbolo a través de la distancia de la
carrera.
Existen tres tipos distintos:
Aspirante-Impelente
Impelente
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Aspirante:
El funcionamiento de esta bomba es muy sencillo, y el mismo consiste en el
desplazamiento hacia arriba y abajo del embolo.
Cuando el embolo sube, se abre la válvula de retención-1 a causa de la
succión que se genera. Posteriormente cuando se llega al punto superior y
el émbolo comienza a bajar se cierra la válvula-1 y abre la válvula de
retención–2 y el liquido fluye hacia la descarga. Por consiguiente, cuando el
embolo sube la presión de este hace que el liquido salga por la descarga.
Teóricamente este tipo de bomba podría levantar hasta 10 metros pero en
la práctica no supera los 7 metros.
Impelente:
El funcionamiento es muy similar a las aspirantes, con la pequeña diferencia
que aquí la descarga está por debajo del nivel del embolo en casi todo su
recorrido.
Asimismo puede observarse que el embolo no tiene válvula de retención
sino que ahora está en la unión del cuerpo de la bomba y conducto de
descarga.
También otra característica, es que parte del cuerpo de la bomba está
sumergido en el fluido a transportar.
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Aspirante – Impelente:
Esta bomba es una combinación de las vistas arriba. Aquí cuando el émbolo
sube o baja, se está produciendo la succión o descarga según corresponda.
La succión se produce cuando el embolo sube y la válvula-1 está abierta y la
válvula-2 cerrada. La descarga se produce cuando el embolo baja y la
valvula-1 está cerrada y la valvula-2 abierta.
Otra característica, es que el cuerpo de la bomba no está sumergido en el
líquido (igual característica que las aspirantes).
1.3 Bombas rotativas: Consisten en una caja fija que contiene engranajes,
aspas, pistones, levas, tornillos, que operan con una luz mínima. En lugar de
"succionar" el liquido como lo hace una bomba centrífuga, lo atrapan y lo
empujan contra caja fija en forma muy similar a como lo realiza el pistón de
una bomba reciprocante. Pero a diferencia de una bomba de pistón, la
bomba rotativa descarga con un flujo continuo.
Si se desprecian los escapes, las bombas rotativas descargan un gasto
constante independientemente de las presiones variables de descarga. El
desplazamiento de una bomba rotativa varía en forma directamente
proporcional con la velocidad, solo que la capacidad puede verse afectada
por viscosidades y otros factores.
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Su principal aplicación es para líquidos viscosos, pero en realidad pueden
manejar casi cualquier fluido siempre que esté libre de sólidos abrasivos.
Tipos de bombas rotativas y sus aplicaciones.
· Bomba Rotatoria de Engranajes Externos. Constituye el tipo rotatorio
más simple. A medida que los dientes de los engranajes se separan en el
lado de succión de la bomba el líquido llena el espacio entre ellos.
Este se conduce en una trayectoria circular hacia afuera y es expulsado al
engranar los dientes.
Bombas de engranajes internos. Este tipo tiene un motor con dientes
cortados internamente y que encajan en un engrane loco, cortado
externamente. Puede usarse una partición en forma de luna creciente para
evitar que el líquido pase de nuevo al lado de succión de la bomba.
Bombas lobulares. Éstas se asemejan a las bombas del tipo de engranajes
en su forma de acción, tienen dos o más motores cortados con tres, cuatro,
o más lóbulos en cada motor. Los motores se sincronizan para obtener una
rotación positiva por medio de engranajes externos. Debido al que el líquido
se descarga en un número más reducido de cantidades mayores que en el
caso de la bomba de engranajes, el flujo del tipo lobular no es tan constante
como en la bomba del tipo de engranajes.
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Bombas de tornillo. Estas bombas tienen de uno a tres tornillos roscados
convenientemente que giran en una caja fija. Las bombas de un solo tornillo
tienen un motor en forma de espiral que gira excéntricamente en un estator
de hélice interna o cubierta. Las bombas de dos y tres tornillos tienen uno o
dos engranajes locos, respectivamente, el flujo se establece entre las roscas
de los tornillos, y a lo largo del eje de los mismos.
Bombas de aspas. Las bombas de aspas oscilantes tienen una serie de
aspas articuladas que se balancean conforme gira el motor, atrapando al
líquido y forzándolo en el tubo de descarga de la bomba. Las bombas de
aspas deslizantes usan aspas que se presionan contra la carcasa por la
fuerza centrífuga cuando gira el motor. El liquido atrapado entre las dos
aspas se conduce y fuerza hacia la descarga de bomba.
Bomba de Tubo Flexible o Peristáltica. Estas bombas constan de un
tubo flexible que se exprime por medio de un anillo de compresión sobre un
eje excéntrico ajustable.
Su principal aplicación es el transvasado y dosificado de precisión de
líquidos. Este tipo de bomba es muy utilizada en la industria farmacéutica.
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1.4 Problemas del Funcionamiento con Bombas.
Para obtener los resultados deseados, las características de las bombas
deben ser compatibles con las condiciones reales de funcionamiento. Antes
de aplicar una bomba, conviene hacer un análisis de las características del
sistema de funcionamiento, en el cual deben tenerse en cuenta los
siguientes factores:
1. Capacidad con descripción de las posibles variaciones
2. Presiones máxima y mínima, pulsaciones y variaciones
3. Plan completo de las condiciones de succión
4. Margen de la temperatura de funcionamiento
5. Propiedades del liquido: densidad, viscosidad, corrosión, abrasión y
comprensibilidad
6. Accionamiento y control
7. Clasificación del servicio en continuo o intermitente
Los caracteres mecánicos de las bombas son impuestos por las condiciones
de la operación, como presiones, temperaturas, condiciones de succión y
liquido bombeado. Los caracteres hidráulicos son inherentes a cada tipo de
bomba y están influidos por la densidad, viscosidad, tipo de accionamiento
y tipo de control.
El diseño mecánico se basa en la presión que ha de manejarse y es
importante la revisión de los valores máximos, cargas de choque y
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variaciones de presión antes de elegir la bomba. Los materiales utilizados
para las partes componentes deben determinarse de acuerdo con las
exigencias de resistencia mecánica, resistencia a la corrosión y a la erosión
o a la combinación de estas. Las velocidades en los pasajes de la bomba son
mucho más altas que las que se dan en las tuberías y vasijas de presión,
con la consecuencia de que los efectos corrosivos o abrasivos del liquido. Es
posible que la duración de la bomba sea muy limitada a causa del alto
grado de corrosión y erosión, y a veces está justificado el empleo de
materiales resistentes en las zonas críticas. También las temperaturas por
encima de 120º C o por debajo de –18º C pueden afectar a la construcción.
Las temperaturas elevadas exigen el enfriamiento por agua de los cojinetes
y las cajas de empaquetadura; las bajas temperaturas requieren materiales
de resistencia adecuados a la temperatura de funcionamiento.
La mayor parte de las dificultades en las bombas provienen de las
incorrectas condiciones de succión más que de otra causa. La perdida de
succión, la vaporización, el relleno parcial o la cavitación, llevan consigo una
carga normal sobre la bomba y ocasionan alto costo de mantenimiento poca
duración y funcionamiento irregular.
Los líquidos limpios fríos y no corrosivos con acción lubricante no
presentan problemas. Los líquidos no lubricantes, como el propano, y las
mezclas abrasivas, como los catalizadores pulverizados, deben mantenerse
fuera del contacto con las empaquetaduras por un líquido aislante inyectado
en el anillo de engrase o dentro de un casquillo de inyección para lubricar la
empaquetadura y evitar que los sólidos se incrusten en ella.
La viscosidad del líquido que se bombea afecta igualmente a la potencia
requerida y a la velocidad de bombeo. Las bombas de vaivén trabajan muy
bien los líquidos viscosos pero pueden ser necesarias válvulas extra de
succión para reducir las pérdidas y la bomba puede funcionar a una
velocidad más baja. Las bombas rotatorias de alta presión no
son económicas para líquidos extremadamente viscosos. La capacidad y el
diseño de las bombas centrífugas se basan en una viscosidad igual a la del
agua y son muy sensibles al aumento de viscosidad.
Las velocidades relativamente altas conducen a perdidas por turbulencia.
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2. Tuberías: Los líquidos se transportan generalmente por tuberías.
Con este sistema, una vez efectuado el desembolso inicial de
instalación, el costo del transporte de los productos es insignificante.
En algunos procesos químicos se ha encontrado el procedimiento
para poner los materiales en estado semilíquidos con objeto de poder
utilizar este medio de transporte.
Problemas a la hora de diseñar tuberías:
- Selección del material adecuado.
- Selección del tamaño adecuado.
- Distribución de las tuberías (facilidad de acceso)
- Selección de válvulas.
- Unión de juntas (sellado)
- Determinación de colores para su identificación.
Diámetro de las tuberías: A la hora de diseñar una tubería se
presentan los problemas típicos de flujo de fluidos:
- encontrar el diámetro óptimo de la tubería para un determinado
flujo.
- encontrar la caída de presión en función de la velocidad de flujo.
Estudio del coste: Tubería con un diámetro pequeño tendrá un
coste menor, pero el costo en bombeo es excesivo. Si tenemos una
tubería con un diámetro menor el coste será mayor, pero el coste por
bombeo será mucho menor.
Con un diámetro menor aumenta el rozamiento y la pérdida de
presión. El fluido tiene que ir a altas velocidades, con lo cual el
bombeo necesario el alto. Si la tubería tiene un mayor diámetro el
rozamiento es menor, la velocidad es menor por lo tanto el bombeo
necesario es menor.
Criterio de selección de materiales: Dependiendo de las
condiciones de trabajo (presiones elevadas, paredes gruesas, altas
temperaturas deslizamiento, bajas temperaturas fragilidad,
corrosión).
Selección del tamaño final de la tubería: Una vez determinado el
diámetro interno hay que seleccionar el espesor de pared y el
material de la tubería para que resista la presión interna de trabajo.
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ANEXO:
Series ASK y ASK-MK:
Bombas de canal lateral con opción bajo NPSH,
con cierre mecánico o accionamiento magnético,
varias etapas, auto aspirantes, admiten inclusiones de gas.
Datos técnicos
Caudal de 0,5 m³/h a 42 m³/h
Altura elevación de 20 m a 460 m
Medios admisibles agua a 180 °C
Diseño constructivo bomba combinada horizontal con placa base, 6 tamaños disponibles
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Presión nominal PN 40
Motor 0,37 - 55 kW, motores trifásicos
Materiales fundición esferoidal / acero fino
Brida aspiración DN 40 a DN 100
Brida impulsión DN 20 a DN 65
Junta del eje cierre mecánico / con separador - acoplamiento magnético
Dimensiones ver folleto
Peso ver folleto
Ventajas bomba combinada para líquidos, ideal para el uso en condiciones adversas lado aspiración
altura lado entrada también inferior a 0,5 m (¡contacte con Speck Pumpen!)
transporte de líquidos cerca del punto de ebullición
buen comportamiento NPSH
diseño robusto
reducida carga dinámica (n = 1450 1/min)
larga duración y reducido gasto del mantenimiento
alta fiabilidad operacional
gracias al acoplamiento magnético, no se producen derrames ni requieren algún tipo de mantenimiento
Campos de aplicación transporte de agua caliente en sistemas de calderas
recuperación de condensado (agua)
transporte de gas líquido
transporte de agua salada y agua limpia
extracción de aceite de palma
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LINKGRAFÍA.
http://sombraquimica.blogspot.com/2008/08/transporte-de-materiales-lquidos.html
http://www.speck-pumps.de/index.php?option=com_content&view=category&layout=blog&id=26&Itemid=41&lang=es
http://ocw.uc3m.es/ingenieria-quimica/quimica-ii/material-de-clase-1/MC-F-004.pdf
http://materias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/ApunteTteLiquidos.pdf