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INTRODUCCIÓN


BOMBAS Y COMPRESORES



En los diferentes bioprocesos existe la necesidad de transportar fluidos (líquidos y gases), de un lugar a otro utilizando ductos o canales. Este movimiento se logra por medio de una transferencia de energía, para ello, los equipos que mas se utilizan para este proceso son las bombas y los compresores.
Se habla de bombeo cuando el fluido es un líquido y de compresión o ventilación cuando el fluido es un gas, sin embargo los principios de funcionamiento de los equipos son básicamente los mismos.
El bombeo es el proceso por el cual se adición de energía cinética y energía potencial a un líquido, para producir movimiento y transportarlo de un punto a otro. Las bombas incrementan la energía mecánica del líquido, aumentando su velocidad, presión o elevación.
CONSIDERACIONES GENERALES

  • Si el fluido es un gas va a necesitar de mayor área para su transporte.
  • Si en una bomba ademas del líquido esta entrando gas o vapor la presión con la que sale el líquido se verá afectada, es decir la presión disminuirá.
  • Para escoger el tipo de bomba al momento de transportar un líquido se debe tomar en cuenta la viscosidad del líquido, su densidad, el flujo que queremos transportar y la presión.
  • La presión o altura piezométrica necesitada.
  • Flujo volumétrico
  • Funcionamiento intermitente o continuo.
  • Consideraciones higiénicas.
  • Susceptibilidad del producto a los daños por cizalla.

BOMBAS




Las bombas son dispositivos que suministran energía mecánica a un liquido para que este fluya, venciendo las fuerzas de fricción. La energía consumida por una bomba va a depender de las siguientes caracteristicas:
  • Altura a través de la cual se eleva el fluido.
  • Presión existente en el punto de descarga.
  • Longitud y diámetro de la tubería.
  • Velocidad de Flujo.
  • Propiedades fisicas del fluido (densidad y viscosidad).

Bombas Y Sistemas De Bombeo
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COMPONENTES DE UNA BOMBA


Los principales elementos de una bomba son:

  • La tubería de aspiración.

  • El rodete.

  • El órgano colector o voluta.

  • La tubería de descarga.

  • Dependiendo del tipo de bomba puede ser necesario de valvulas de carga y descarga
  • Dampeners de carga y de descarga estos van colocados en las lineas de flujo con el fin de dar un flujo continuo especialmente en las bombas de piston

Puede necesitarse de una válvula check de pie, filtros o coladera para no dejar pasar cuerpos extraños que pueden dañar a la bomba.

El cuerpo de la bomba comprende los orificios de aspiración y de descarga y el recuperador que tiene por objeto transformar en presión una parte de la velocidad comunicada al líquido por el impulsor. Este también sirve para la fijación de la misma en un bastidor que soporta las chumaceras y el grupo motriz.


TIPOS DE BOMBAS



La clasificación según su forma de impulsión vienen dada en dos grupos que son:
  • Bombas centrífugas
  • Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas.
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Clasificación de bombas


  1. Fuerza centrífuga.
  2. Desplazamiento volumétrico.
  3. Impulso Mecánico.
  4. Transferencia de momento por otro fluido.
  5. Fuerza electromecánica.
  6. Gravedad.

Bombas de engranes


  • Se utilizan para manejar material partículado en condiciones de pequeña cizalla cuando se opera a bajas velocidades.
  • Son utiles para líquidos viscosos que puedan contener en ocasiones sólidos en suspensión, y pueden generar altas presiones.
  • Se fuerza la transferencia mediante engranes rotatorios, lóbulos y tornillos sin fin.
  • No necesitan válvulas para funcionar.
  • Son menos eficaces con fluidos pocos viscosos, en cuyo caso aparecen deslizamientos o pérdidas.
  • es de vital importancia mantener el juego justo entre los dos engranes ya que de no ocurrir esto habran perdidas de presion en el sistema


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BOMBA CENTRÍFUGA


Una bomba de este tipo aprovecha la fuerza centrífuga generada por un dispositivo giratorio (llamado impulsor o rodete), que gira dentro de una carcaza. El líquido entra a la bomba por la succión generada por el impulsor rotatorio y es enviado hacia afuera por acción centrífuga, de esta manera.

Figura No 1: bomba centrífuga
Figura No 1: bomba centrífuga



La bomba centrífuga común consiste en un conducto de admisión o succión que lleva el fluido al centro del impulsor, éste está formado por un rodete y álabes que dirigen al fluido hacia fuera del rotor en forma radial. Cuando el fluido es expulsado hacia afuera del rotor, éste es recogido por la carcasa de la bomba que hace las veces de difusor.

El fluido, al pasar por el rodete, aumenta su velocidad y su presión, pero a la salida pierde velocidad y toda esta energía se transforma en energía de presión.


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Video: Vista tridimensional de una bomba centrífuga.






















  • Son usadas para fluidos con viscosidades < 50cP.
  • Para el mantenimiento de estas bombas hay que tomar en cuenta los rodetes, los cuales son indispensables para el funcionamiento de esta bomba
  • Las capacidades de estas bombas alcanzan unos 380 L/s.
  • En este tipo de bomba es indispensable tomar en cuenta el diseño de las lineas ya que se puede dar el caso de puntos de baja presión los cuales generen vacío y por ende burbujas de aire. al tener dichas burbujas y con la presión q se genera en el rodete estas implotan generando el fenómeno conocido como golpe de ariete, el cual termina por reventar los rodetes.

BOMBA DE VACÍO

Las bombas de vacío están diseñadas principalmente para manejar gases como el aire, normalmente operan con un diseño que es abierto hacia la atmósfera. El agua es generalmente usada como un líquido compresor en las bombas de vacío y la cantidad de agua varía en función del grado de vacío que se requiere. En cada bomba de vacío, hay dos problemas que se plantean:
  • El descarte del agua
  • Silenciar el ruido producido por el aire que fluye a partir de la salida o descarga hacia afuera.



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Normalmente estas bombas utilizan sellos hidráulicos.























En las bombasuna de las principales consideraciones es el calentamiento, este es mitigado por aceite, por tal motivo es indispensable que dichas bombas cuenten con el aceite necesario y la cantidad correcta, caso contrario pueden fundirse


TROMPAS DE AGUA

La trompa de agua es un instrumento que sirve para practicar el vacío en un recipiente. Consiste en un tubo de vidrio abierto al exterior por donde se realiza la alimentación con agua desde el exterior , el cual se va estrechando, de manera que en su parte más estrecha termina bruscamente aunque comunica con otro que, penetrando en su interior, deja un cierto hueco por el que se producirá la extracción de aire. Tal extracción se lleva a cabo a través de una sección de tubo que habrá de comunicarse con el recipiente en el que se desea practicar el vacío. Por otra parte, la segunda sección de tubo que ajustaba casi perfectamente con la primera en el estrechamiento, se abre al exterior a través de una tercera abertura (izquierda) que comunica con el exterior, permitiendo con ello el vaciado del agua.
La trompa trabaja en posición vertical para permitir la circulación del agua mediante la simple acción de la gravedad.
El funcionamiento de la trompa de agua se puede entender en función de las leyes que gobiernan la dinámica de fluidos en estado estacionario, es decir, la ecuación de Bernoulli.
Figura No 2: Trompa de agua
Figura No 2: Trompa de agua
  • Este instrumento es generalmente utilizado en laboratorios y que no se necesita exactitud en el vacío.
  • Se generan vacíos de 1 milibar.

EYECTORES

Los eyectores son equipos que permiten transportar, comprimir o mezclar gases, vapores, líquidos o sólidos con la ayuda de un fluido motriz gaseoso o liquido. Los eyectores convierten la energía potencial del fluido motriz en energía cinética, en unas toberas especialmente diseñadas para esto, creando al mismo tiempo un vacío en el fluido de aspiración. Son bombas sin elementos rotativos.
Se emplean para producir vacíos no muy fuertes en el manejo de líquidos corrosivos.

Los eyectores se clasifican y denominan de acuerdo al tipo de fluido motriz o del fluido de aspiración.


Figura No3: Eyectores
Figura No3: Eyectores


Se usan de manera industrial en grandes reactores de 5m3.

BOMBAS ROTATORIAS

Las bombas rotatorias que generalmente son unidades de desplazamiento positivo, consisten de una caja fija que contiene engranes, aspas, pistones, levas, segmentos, tornillos, etc., que operan con un claro mínimo. En lugar de "aventar" el liquido 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 liquido que esté libre de sólidos abrasivos. Incluso puede existir la presencia de sólidos duros en el liquido si una chaqueta de vapor alrededor de la caja de la bomba los puede mantener en condición fluida.

Figura No 4: Bomba rotatoria
Figura No 4: Bomba rotatoria


























BOMBAS DE MEMBRANA

También llamadas bombas de diafragma son un tipo de bombas de desplazamiento positivo (generalmente alternativo) que utilizan paredes elásticas (membranas o diafragmas) en combinación con válvulas de retención (check) para introducir y sacar fluido de una cámara de bombeo.
Figura No 5: Bomba de membrana o de diafragma
Figura No 5: Bomba de membrana o de diafragma
Las principales ventajas de estas bombas son:

  • Costo de mantención bajos. No tienen sellos mecánicos.
  • Inversión inicial menor.
  • Manipula productos abrasivos.
  • Manipula fluidos viscosos.
  • Bombea productos sensibles al esfuerzo de corte sin dañarlos.
  • Diversidad de materiales según el tipo de fluido.
  • Aplicaciones en ambientes inflamables y explosivos.
  • Aplicaciones sumergibles.

Bombas de Pistón

Estas bombas son hidráulicas de desplazamiento positivo, utilizan dos o tres pistones los cuales en conjunto permiten bombear un volumen cierto de fluido de acuerdo a la velocidad a la que esta se mueva. las bombas de pistón tiene una presión constante la cual depende directamente del diametro de su pistón. El flujo de salida y entrada a estas bombas es el que varía de acuerdo a la velocidad de la bomba y al diámetro y a la carrera del pistón. cuentan con valvulas de carga y descarga y su sistema motriz es parecido al de el motor de un automovil.

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EJERCICIO



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COMPRESORES

Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir.
Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable.

TIPOS DE COMPRESORES



Según las exigencias referentes a la presión de trabajo y al caudal de suministro, se pueden emplear diversos tipos de construcción. Se distinguen dos tipos básicos de compresores:
El primero trabaja según el principio de desplazamiento. La compresión se obtiene por la admisión del aire en unrecinto hermético, donde se reduce luego el volumen. Se utiliza en el compresor de émbolo (oscilante o rotativo).
El otro trabaja según el principio de la dinámica de los fluidos. El aire es aspirado por un lado y comprimidocomo consecuencia de la aceleración de la masa (turbina).


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Compresores de émbolo
Compresor de émbolo oscilante. Este es el tipo de compresor más difundido actualmente. Es apropiado paracomprimir a baja, media o alta presión. Su campo de trabajo se extiende desde unos 1 .100 kPa (1 bar) a variosmiles de kPa (bar).
  • Compresor de émbolo oscilante: Para obtener el aire a presiones elevadas, es necesario disponer varias etapas compresoras. El aire aspirado se somete a una compresión previa por el primer émbolo, seguidamente se refrigera, para luego ser comprimido porel siguiente émbolo. El volumen de la segunda cámara de compresión es, en conformidad con la relación, más pequeño. Durante el trabajo de compresión se forma una cantidad de calor, que tiene que ser evacuada por el sistema refrigeración.

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Compresor de membrana
Este tipo forma parte del grupo de compresores de émbolo. Una membrana separa el émbolo de la cámara detrabajo; el aire no entra en contacto con las piezas móviles. Por tanto, en todo caso, el aire comprimido estaráexento de aceite. Estos, compresores se emplean con preferencia en las industrias alimenticias farmacéuticas yquímicas.


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Compresor de émbolo rotativo
Consiste en un émbolo que está animado de un movimiento rotatorio. El aire es comprimido por la continuareducción del volumen en un recinto hermético.


Compresor rotativo multicelular
Un rotor excéntrico gira en el interior de un cárter cilíndrico provisto de ranuras de entrada y de salida. Lasventajas de este compresor residen en sus dimensiones reducidas, su funcionamiento silencioso y su caudalprácticamente uniforme y sin sacudidas. El rotor está provisto de uncierto número de aletas que se deslizan en el interior de las ranuras y forman las células con la pared del cárter.Cuando el rotor gira, las aletas son oprimidas por la fuerza centrífuga contra la pared del cárter, y debido a laexcentricidad el volumen de las células varía constantemente.

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Y en los siguiente videos se ejemplifica como funcionan los compresores:

















APLICACIONES DE LOS COMPRESORES


En este video se explica a manera de resumen todo lo relacionado al funcionamiento de compresores, parametros de diseño y fundamentos ya vistos en los apartados anteriores, y además se ejemplifica una aplicación del mismo en el sistema de refrigeración:











En este ultimo video se explica las Partes y Funcionamiento del Compresor Hermético Reciprocante el cual puede ser encontrado en electrodomésticos como refrigeradores, congeladores y demás:













En este documento se detalla la clasificación de bombas y compresores




FILTROS DE AIRE


Propósito del filtro de aire

El sistema de filtración del aire está diseñado para permitir la entrada del aire necesario para una combustión completa, mientras bloquea las partículas de polvo. Ahora, tenemos que entender que las partículas de polvo más dañinas son tan pequeñas que se necesita juntar 4 o 5 solo para poder verlas.

El propósito del filtro es muy simple: Proteger el motor, para eso tiene que bloquear todo el polvo posible, aunque sea tan pequeño que no es visible al ojo humano. Queremos eliminar el máximo posible de contaminantes mientras dejamos pasar bastante aire para una combustión eficiente.

El motor de la bomba normalmente aspira todo el aire necesario. El sistema de filtración está sobredimensionado para poder funcionar bien hasta el punto que la resistencia (combinación de codos, diámetro de tubos, mangueras, juntas, media filtrante y contaminación taponando el filtro) llega a tal nivel que es más fácil levantar (por vacío) una columna de agua 25 pulgadas (63 cm) que “absorber” bastante aire por el sistema de entrada. En la práctica, en lugar de colocar una columna de agua, medimos esta restricción con un manómetro o un sencillo medidor de plástico.

Cuando bastante polvo se acumula en el filtro, la restricción afecta la habilidad del motor de aspirar y tenemos que cambiar el filtro. Para saber el punto correcto de cambio, podemos usar un manómetro o medidor de restricciones.

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Aquí mostramos un manómetro que podría estar en el tablero o algún lugar de control. Además, vemos una serie de medidores manuales y electrónicos de la línea Donaldson® que pueden ser colocados en la entrada de aire o en el filtro para mandar una señal a una luz del tablero o indicar por un cambio de color en el compartimiento del motor cuando por obstrucción el aire no puede pasar fácilmente por el filtro.

Si adaptamos codos y tubos para cambiar la entrada de aire, aumentamos la restricción y acortamos la vida útil del filtro. Si se afloja un codo, una abrazadera o un adaptador, se reduce la restricción, pero entra polvo y reduce la vida útil del motor.

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Tecnologías

Existen muchas tecnologías para asegurar la limpieza del aire, pero el vehículo requiere un sistema simple, pequeño y efectivo. No hay espacio para sobredimensionarlo y el precio además tiene que ser razonable.
Pre filtrado: Equipos que siempre funcionan para agricultura, minería, cementeras u otras áreas polvorientas, frecuentemente tienen pre filtros con ciclones que por fuerza centrifuga separan las partículas de mayor tamaño. Estos son muy efectivos y solo permiten que llegue un 20% de la tierra al filtro primario.
Doble filtración: Ciertos equipos agrícolas y de construcción llevan dos filtros de aire. Un primario y uno pequeño de seguridad. El propósito del filtro pequeño dentro del primario es cuidar el motor un poco si es que algo pasa con la integridad del filtro exterior. No es más eficiente, ni filtra tanto como el primario. Cuando se ensucia, indica que el primario falló.

Filtros con baño de aceite:
Los primeros motores que tuvieron filtros utilizaban un laberinto de viruta de acero mojado con aceite en un pote. La idea era desviar el aire tanto que el polvo chocaba con la viruta y quedaba pegada allí o caía al aceite. Fueron abandonados por falta de eficiencia,especialmente en equipos móvil.

Filtros de celulosa (papel) o felpa: Hoy en día la mayoría de los filtros de aire son fabricados con lo que llamamos papel.
Algunos de estos papeles son eficientes y otros dejan pasar mucho polvo. Es importante que el filtro atrape el polvo dentro de sus fibras. Si el papel es muy delgado, el polvo pasa antes de ser atrapado.
Normalmente una vez que entra el polvo, no tiene salida (ni para atrás) sin romper la estructura de fibras. El mito que se puede extender la vida útil soplando el filtro de aire con aire comprimido solo ocasiona separar la fibra dejándola abierta, por donde pasará más tierra, como se muestra en el segundo gráfico.
En el tercer cuadro se muestra la técnica del filtro de larga vida (llamado Endurance en Donaldson®). Una capa sintética muy fina cubre la fibra celulosa, evitando la entrada de la mayoría de las partículas que taponan. Estas partículas son empujadas al costado o caen al fondo de la carcaza por el flujo de aire.
En el último cuadro mostramos los filtros de la nueva tecnología Powercore®, que duplican el área filtrante dentro del mismo filtro. Este diseño hace cambiar la dirección del aire dentro del filtro, eliminando mucho más polvo en menos espacio mientras reduce la restricción.
Sabemos que las partículas entre 2µ a 15µ hacen el mayor daño y que1 mg de polvo es 20 veces el máximo permisible para tener una vida útil “normal” de las bombas de succión o sopladores.

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A continuación se presenta un resumen del transporte de fluidos:




REFERENCIAS