- ¿Qué es una bomba de desplazamiento positivo?
- ¿Cómo funciona una bomba de desplazamiento positivo?
- Bombas de desplazamiento positivo recíproco
- Bombas rotativas de desplazamiento positivo
- ¿Cuáles son las principales características y ventajas de una bomba de desplazamiento positivo?
- ¿Cuáles son las limitaciones de una bomba de desplazamiento positivo?
- Comparación de bombas: Centrífuga vs Desplazamiento Positivo
- ¿Cuáles son las principales aplicaciones de las bombas de desplazamiento positivo?
- Resumen
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¿Qué es una bomba de desplazamiento positivo?
Una bomba de desplazamiento positivo (PD) mueve un fluido encerrando repetidamente un volumen fijo y desplazándolo mecánicamente a través del sistema. La acción de bombeo es cíclica y puede ser impulsada por pistones, tornillos, engranajes, rodillos, diafragmas o paletas.
¿Cómo funciona una bomba de desplazamiento positivo?
Aunque hay una gran variedad de diseños de bombas, la mayoría pueden clasificarse en dos categorías: reciprocantes y rotatorias.
Bombas de desplazamiento positivo recíproco
Una bomba de desplazamiento positivo recíproco funciona mediante el movimiento repetido de ida y vuelta (carreras) de un pistón, un émbolo o un diafragma (Figura 1). Estos ciclos se denominan reciprocación.
En una bomba de pistón, la primera carrera del pistón crea un vacío, abre una válvula de entrada, cierra la válvula de salida y atrae el líquido a la cámara del pistón (la fase de succión). Cuando el movimiento del pistón se invierte, la válvula de entrada, ahora bajo presión, se cierra y la válvula de salida se abre permitiendo la descarga del 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 efecto, con válvulas de entrada y salida a ambos lados del pistón. Mientras el pistón está en aspiración en un lado, está en compresión en el otro. Las versiones radiales, más complejas, se utilizan a menudo en aplicaciones industriales.
Las bombas de émbolo funcionan de forma 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. La junta que rodea al pistón o al émbolo es importante para mantener la acción de bombeo y evitar fugas. En general, la junta de una bomba de émbolo es más fácil de mantener, ya que está inmóvil en la parte superior del cilindro de la bomba, mientras que la junta alrededor de un pistón se mueve repetidamente hacia arriba y hacia abajo dentro de la cámara de la bomba.
Una bomba de diafragma utiliza una membrana flexible en lugar de un pistón o émbolo para mover el fluido. Al expandir la membrana, el volumen de la cámara de bombeo aumenta y el fluido entra en la bomba. Al comprimir la membrana se reduce el volumen y se expulsa parte del fluido. Las bombas de diafragma tienen la ventaja de ser sistemas sellados herméticamente, lo que las hace ideales para el bombeo de fluidos peligrosos.
La acción cíclica de las bombas reciprocantes crea pulsos en la descarga con el fluido que se acelera durante la fase de compresión y se ralentiza durante la fase de succión. Esto puede causar vibraciones perjudiciales en la instalación y a menudo se emplea alguna forma de amortiguación o suavización. Las pulsaciones también pueden minimizarse utilizando dos (o más) pistones, émbolos o diafragmas con uno en su fase de compresión mientras el otro está en succión.
La acción repetible y predecible de las bombas reciprocantes las hace ideales para aplicaciones en las que se requiere una medición o dosificación precisa. Modificando la velocidad o la longitud de la carrera es posible proporcionar cantidades medidas del fluido bombeado.
Bombas rotativas de desplazamiento positivo
Las bombas rotativas de desplazamiento positivo utilizan las acciones de los engranajes o ruedas dentadas giratorias para transferir fluidos, en lugar del movimiento hacia delante y hacia atrás de las bombas alternativas. 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 entra en la bomba, queda encerrado entre los dientes de sus engranajes giratorios y se transfiere a la descarga. El ejemplo más sencillo de una bomba rotativa de desplazamiento positivo es la bomba de engranajes. Hay dos diseños básicos de bombas de engranajes: externa e interna (figura 2).
Una bomba de engranajes externa consiste en 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. El fluido no se transfiere de vuelta 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 evite que el fluido se devuelva por el lado de la descarga. Las fugas o el «deslizamiento» son más probables con líquidos de baja viscosidad.
Una bomba de engranajes internos funciona según 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 líquido en la entrada y se transportan hasta el puerto de descarga, donde es expulsado por la acción del engranaje más pequeño.
Las bombas de engranajes necesitan ser lubricadas por 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 hacen que estos tipos de bombas sean susceptibles de desgaste cuando se utilizan 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, reduciendo 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 estrecho sello contra la pared de la carcasa y el fluido atrapado es transportado al puerto de descarga.
Otra clase de bombas rotativas utiliza uno o varios tornillos engranados para transferir el fluido a lo largo del eje del tornillo. El principio básico de estas bombas es el del tornillo de Arquímedes, un diseño utilizado para la irrigación durante miles de años.
¿Cuáles son las principales características y ventajas de una bomba de desplazamiento positivo?
Hay dos familias principales de bombas: de desplazamiento positivo y centrífugas. Las bombas centrífugas son capaces de obtener mayores caudales y pueden trabajar con líquidos de menor viscosidad. En algunas plantas químicas, el 90% de las bombas utilizadas son 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 funcionar a altas presiones y caudales relativamente bajos con mayor eficacia. También son más precisas cuando la dosificación es una consideración importante.
¿Cuáles son las limitaciones de una bomba 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 rotativa depende de la junta entre sus elementos giratorios y la carcasa de la bomba. Esto se reduce considerablemente con los fluidos de baja viscosidad. Del mismo modo, 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 es también una característica de los diseños de bombas de desplazamiento positivo, y especialmente de las alternativas. La pulsación puede causar ruido y vibración en los sistemas de tuberías y problemas de cavitación que, en última instancia, pueden provocar daños o fallos. Las pulsaciones pueden reducirse utilizando varios cilindros de bomba y amortiguadores de pulsaciones, pero esto requiere un diseño cuidadoso del sistema. Las bombas centrífugas, por el contrario, producen un flujo suave y constante.
El movimiento de vaivén de una bomba reciprocante también puede ser una fuente de vibración y ruido. Por lo tanto, es importante construir cimientos muy sólidos para este tipo de bombas. Como consecuencia de las altas presiones generadas durante el ciclo de bombeo, también es vital que la bomba o la tubería de descarga tengan algún tipo de alivio de presión en caso de bloqueo. Las bombas centrífugas no necesitan protección contra la sobrepresión: el fluido simplemente se recircula en esta eventualidad.
Las alimentaciones que contienen un alto nivel de sólidos abrasivos pueden causar un desgaste excesivo en los componentes de todos los tipos de bombas y, especialmente, en las válvulas y sellos. Aunque los componentes de las bombas de desplazamiento positivo funcionan a velocidades considerablemente menores que las de las bombas centrífugas, siguen siendo propensos a estos problemas. Este es el caso, en particular, de las bombas alternativas de pistón y émbolo y de las bombas rotativas de engranajes. Con este tipo de alimentación, una bomba de lóbulos, de tornillo o de diafragma puede ser adecuada para aplicaciones más exigentes.
La siguiente tabla resume las capacidades de las bombas centrífugas y de desplazamiento positivo.
Comparación de bombas: Centrífuga vs Desplazamiento Positivo
| Propiedades | Centrífuga | Desplazamiento Positivo |
| Gama de viscosidad efectiva | El rendimiento disminuye al aumentar la viscosidad (máx. 200 Cp) | La eficiencia aumenta con el aumento de la viscosidad |
| Tolerancia a la presión | El flujo varía con la variación de la presión | El flujo es insensible a la variación de la presión |
| La eficiencia disminuye tanto a presiones más altas como más bajas | El rendimiento aumenta con el aumento de la presión | |
| Pulsado | Necesario | No necesario |
| Flujo (a presión constante) | Constante | Pulsado |
| Corte (separación de emulsiones, lodos, fluidos biológicos, alimentos) | El motor de alta velocidad daña los medios sensibles al cizallamiento | Baja velocidad interna. Ideal para el bombeo de fluidos sensibles al cizallamiento |
¿Cuáles son las principales aplicaciones de las bombas de desplazamiento positivo?
Las bombas de desplazamiento positivo se utilizan habitualmente para el bombeo de fluidos de alta viscosidad como el aceite, las pinturas, las resinas o los alimentos. Son las preferidas en cualquier aplicación en la que se requiera una dosificación precisa o una salida de alta presión. A diferencia de las bombas centrífugas, la salida de una bomba de desplazamiento positivo no se ve afectada por la presión, por lo que también suelen ser preferidas en cualquier situación en la que el suministro sea irregular. La mayoría son autocebantes.
| Tipo de bomba PD | Aplicación | Características |
| Bomba de pistón | Agua – lavado a alta presión; otros líquidos de baja viscosidad; producción de aceite; pulverización de pintura | Acción recíproca con émbolo(s) sellado(s) con juntas tóricas |
| Bomba de émbolo | Acción recíproca con émbolo(s) sellado(s) con empaquetadura | |
| Bomba de diafragma | Utilizada para dosificar o dispensar; pulverización/limpieza, tratamiento de aguas; pinturas, aceites; líquidos corrosivos | Sin sello, autocebante, con caudales bajos y capaz de altas presiones |
| Bomba de engranajes | Bombeo de fluidos de alta viscosidad en industrias petroquímicas, químicas y alimentarias: aceite, pinturas, alimentos | Los engranajes engranados proporcionan una acción de bombeo rotativa |
| Bomba de lóbulos | Industrias químicas y alimentarias; aplicaciones sanitarias, farmacéuticas y biotecnológicas | Bajo cizallamiento y desgaste. Fácil de limpiar o esterilizar |
| Bomba de tornillo | Producción de aceite, transferencia e inyección de combustible; riego | El fluido se mueve axialmente reduciendo las turbulencias; capaz de grandes caudales |
| Bomba de paletas | Fluidos de baja viscosidad; sistemas de transmisión de automóviles; carga y transmisión de combustible; dispensadores de bebidas | Resistente a los sólidos arrastrados y soporta el desgaste de las paletas. El diseño permite una salida variable |
Resumen
Una bomba 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 accionada por pistones, tornillos, engranajes, lóbulos, diafragmas o paletas. Existen dos tipos principales: recíprocas y rotativas.
Las bombas de desplazamiento positivo son las preferidas para aplicaciones en las que intervienen fluidos muy viscosos, como aceites espesos y lodos, especialmente a altas presiones, para alimentaciones complejas como emulsiones, alimentos o fluidos biológicos, y también cuando se requiere una dosificación precisa.