1. U.N.A.M.
Facultad de Estudios Superiores de
Aragón.
Laboratorio de Mecánica de Fluidos.
Práctica numero 6: “Bomba de pistón.”
Alumno: Fernández Cano Veronico David Ricardo.
Número de cuenta: 41205778-6.
Fecha de realización: 25/03/2014.
Fecha de entrega: 01/04/2014.
Calificación:
2. Objetivos.
1. Determinar las curvas características por medio de la relación existente entre la potencia
de entrada, potencia de útil, rendimiento mecánico, rendimiento volumétrico, carga
dinámica total y el gasto de una bomba de pistón de doble efecto, a dos velocidades
diferentes.
2. Demostrar el efecto de cavitación.
Introducción.
Clasificación de las bombas de pistón.
Bombas de pistón radial: Los
pistones se deslizan
radialmente dentro del
cuerpo de la bomba que gira
alrededor de una flecha.
Bombas de pistón axial: Los
pistones se mueven dentro y fuera sobre un plano paralelo al eje de la flecha impulsora.
Bombas de pistón de barril angular (Vickers): Las cargas para impulsión de la bomba y las
cargas de empuje por la acción del bombeo van soportadas por tres cojinetes de bolas de
hilera simple y un cojinete de bolas de hilera doble. Este diseño de bomba se ocupa en la
industria aeronáutica.
Bombas de pistón de placa de empuje angular (Denison): Este tipo de bombas incorpora
zapatas de pistón que se deslizan sobre la placa de empuje angular o de leva. La falta de
lubricación causará desgaste.
Las bombas neumáticas de pistón.
Las bombas neumáticas de pistón están
compuestas de un motor de aire y de una
estructura definida “grupo de bombeo”. Las partes
fundamentales del motor neumático son el pistón y
el dispositivo de válvulas. Este permite la inversión
automática del movimiento del pistón. El caudal de
una bomba de pistón depende de la cantidad de
material que suministra en cada ciclo.
Estas bombas de pistón funcionan acopladas a un
motor neumático alternativo accionado con aire. El
movimiento alternativo se repite indefinidamente
mientras esté conectado el suministro de aire, independientemente de si la bomba está
alimentada con líquido o no.
3. 1. Varilla en posición inferior.
2. Se produce la apertura de la válvula de succión y el llenado de la bomba.
Simultáneamente, por el cierre de la válvula de la varilla, es desalojado el producto que se
encuentra sobre el sello del émbolo.
3. Varilla en posición superior.
4. Por la acción de la varilla, que se desplaza hacia abajo, se produce la apertura de la válvula
del émbolo y el cierre de la válvula de succión, desalojándose producto por la salida en un
volumen igual al ocupado por la varilla.
5. Varilla en posición inferior.
Bomba de Pistones en ángulo.
Estas bombas son una variante de las bombas de pistones con placa inclinada. En este caso el eje
tambor forma un ángulo de unos 25º con el
cuerpo de la bomba, lo que provoca el mismo
efecto que en el caso de las bombas con placa
inclinada. Los pistones están fijados a la brida
del eje mediante juntas esféricas. Al girar los
pistones entran o salen de sus alojamientos
según varía la distancia entre el tambor y la
brida. Algunas ejecuciones permiten variar
este ángulo y con ello el caudal.
Bombas de Pistones oscilantes.
Al igual que un motor de explosión, los pistones se mueven en un sentido lineal dentro de su
correspondiente cilindro por el esfuerzo transmitido por un cigüeñal, una excentricidad del eje o
un plato. En el motor de explosión el cigüeñal lógicamente es el eje de salida, en la bomba es el eje
primario por el que recibe la energía, mediante motores eléctricos habitualmente, y los pistones
del motor son los que en la bomba generarían la presión y el caudal. Para controlar el flujo del
4. fluido hidráulico son necesarias válvulas antirretorno en los conductos de admisión e impulsión.
Estas bombas tienen como ventajas que ofrecen un sistema de estanqueidad mucho mejor entre
la entrada y la salida, además que en estas bombas la lubricación de las partes móviles puede
hacerse con un fluido distinto al bombeado.
En ellas el conjunto de los cilindros y el eje de accionamiento tienen la misma línea central y los
pistones se mueven alternativamente en sentido paralelo al eje. El tipo más sencillo se muestra en
la figura:
El eje de accionamiento hace girar el barrilete, conteniendo los pistones, que están ajustados en
sus alojamientos y conectados mediante patines y un anillo inclinado, de forma que los patines
están apoyados sobre una placa circular inclinada.
Las bombas de pistones son muy eficaces ya que sirven para desplazamientos pequeños hasta
muy elevados. La mayoría de ellas puede funcionar con presiones entre 105 y 210 kp/cm2,
pudiendo llegar a presiones mucho más altas.
Desarrollo de la práctica.
1. Poner en marcha el motor eléctrico.
2. Fijar un valor de presión en la succión.
3. Cerrar lentamente la válvula de descarga hasta obtener un valor deseado.
4. Tomar las lecturas de presiones en la succión y de descarga.
5. Ajustar el dinamómetro de modo que el puntero del brazo coincida con el puntero fijo. Anotar
el valor de la fuerza.
6. Tomar la lectura del tacómetro.
7. Tomar las lecturas del medidor de flujo (rotámetro).
8. Variar la presión de descarga para una nueva lectura mediante la válvula de control y registrar
todas las nuevas lecturas en la tabla correspondiente.
5. 9. Al terminar la serie de toma de lecturas en baja velocidad, se deben abrir las válvulas de
succión y de descarga, así como las de aguja y posteriormente detener el motor eléctrico y
cambiar de régimen de alta velocidad.
10. Realizar los ajustes para alta velocidad procediendo de la misma forma que se realizo para
baja velocidad.
11. Finalizada la toma de lecturas abrir completamente las válvulas de succión y descarga, así
como las válvulas de aguja, detener el motor eléctrico y finalizando desconectando la
corriente eléctrica.
12. Llenar las tablas obtenidos en cada variación de presión.
Tablas de lecturas.
Tabla 3 de lecturas baja velocidad.
# P1 [Pa] P2 [Pa] F [N] N [rev/seg] Q [m^3/seg]
1 1.31 97000 1.5 14.942 0.0002166
2 1.31 135800 2 14.93 0.0001867
3 1.31 174600 2.5 14.908 0.000175
4 1.31 213400 3 14.9 0.0001667
5 1.31 252200 3.5 14.9 0.0001633
6 1.31 281300 4 14.892 0.0001583
7 1.31 320100 4.5 14.875 0.0001417
8 1.31 368600 5 14.858 0.00013
9 1.31 407400 5.5 14.85 0.000125
10 1.31 446200 6 14.842 0.0001183
Tabla 4 de lecturas de alta velocidad.
# P1 [Pa] P2 [Pa] F [N] N [rev/seg] Q [m^3/seg]
1 1.31 97000 1.5 29.95 0.000425
2 1.31 135800 2 29.73333333 0.000406667
3 1.31 174600 2.5 29.68333333 0.00038
4 1.31 213400 3 29.625 0.00038
5 1.31 252200 3.5 29.625 0.000375
6 1.31 291000 2.5 29.56666667 0.000366667
7 1.31 329800 3 29.55833333 0.000366667
8 1.31 368600 3.5 29.525 0.000358333
9 1.31 407400 4 29.50833333 0.00035
10 1.31 446200 4.5 29.44166667 0.000341667
12. Curva característica potencia agregada vs presión de descarga.
Curva característica de la eficiencia mecánica vs presión de descarga.
Curva característica de eficiencia volumétrica vs presión de descarga.
13. Curva característica caga dinámica total vs presión de descarga.
Curva potencia de entrada vs presión de descarga alta velocidad.
Curva potencia de la bomba vs presión de descarga alta velocidad.
14. Curva de eficiencia mecánica vs presión de descarga alta velocidad.
Curva de eficiencia volumatrica vs presión de descarga alta velocidad.
Curva de carga dinámica total vs presión de descarga alta velocidad.
15. Tablas de resultados.
Tabla 6 de resultados baja velocidad.
# H [m] potE [watt] potA [watt] nm nv
1 9.918 25.21147357 21.00991625 0.83334741 0.11643415
2 13.885 33.58830146 25.35361542 0.7548347 0.10044196
3 17.853 41.92350956 30.55477075 0.72882187 0.09428646
4 21.82 50.28121485 35.57356162 0.70749209 0.08986281
5 25.787 58.66141732 41.18404608 0.7020636 0.08802997
6 28.763 67.0056243 44.52958263 0.66456485 0.08538047
7 32.73 75.29527559 45.35798437 0.60240147 0.07651446
8 37.689 83.56580427 47.9178297 0.57341433 0.07027707
9 41.656 91.87289089 50.92483625 0.55429666 0.06761051
10 45.624 100.1709786 52.78530503 0.52695207 0.06402108
Tabla 7 de resultados de alta velocidad.
# H1 [m] H [m] potE [watt] potA [watt] nm nv
1 0.000134 9.91820041 50.53430821 41.22444325 0.8157714 0.11397845
2 0.000134 13.8854806 66.89163855 55.2248006 0.825586 0.10985647
3 0.000134 17.8527607 83.47394076 66.3475022 0.79482892 0.10282568
4 0.000134 21.8200409 99.97187852 81.0915022 0.81114313 0.10302815
5 0.000134 25.7873211 116.6338583 94.57450875 0.81086667 0.10167251
6 0.000134 29.7546012 83.14585677 106.6995197 1.28328126 0.09960926
7 0.000134 33.7218814 99.74690664 120.9261863 1.21233019 0.09963734
8 0.000134 37.6891616 116.2401575 132.0811973 1.13627855 0.09748279
9 0.000134 41.6564417 132.7709036 142.5895415 1.07395173 0.09526953
10 0.000134 45.6237219 149.0298088 152.4512191 1.02295789 0.09321179
Cuestionario.
1. Investigar 5 aplicaciones de la bomba de pistón y explicar cada una.
Es posible utilizar la bomba con varios fluidos hidráulicos tales como aceite mineral, aceite
biodegradable o emulsión de corte. Esto implica las siguientes aplicaciones principales de una
bomba de pistón radial:
máquinas-herramienta
unidades de alta presión
sector de la automoción
energía eólica
16. Son útiles en aplicaciones de moderada a alta presión. Se emplean en sistemas hidráulicos
circulatorios, donde se reutiliza continuamente el mismo fluido hidráulico.
2. Investigar las características de las bombas de pistones así como sus ventajas y
desventajas.
Ventajas:
Las bombas de pistón tienen un amplio rango de presión, pueden alcanzar niveles de presión altos
y la presión puede ser controlada sin impactar el nivel de flujo. Tienen un índice continuo de
descarga. Los cambios de presión y el índice de descarga tienen un efecto mínimo en el
desempeño. Las bombas de pistón pueden maniobrar con fluidos viscosos, altos volúmenes de gas
y sólidos, solo si las válvulas están diseñadas correctamente.
Desventajas:
Las bombas de pistón cuestan más por unidad para operar comparadas con las bombas
centrífugas y las de rodillo. Los componentes mecánicos son propensos al desgaste, por lo cual los
costos de mantenimiento pueden ser elevados. Las bombas de pistón son pesadas debido a su gran
tamaño y al peso del cigüeñal que acciona la bomba. Deben ser utilizadas en aplicaciones de
líquidos completos, ya que los sólidos o escombros en el fluido hidráulico pueden dañar la bomba.
3. ¿Por qué no se emplea la presión atmosférica si se supone que todos los cálculos deben
involucrarla?
Solo estamos considerando la presión manométrica.
4. ¿Para qué nos sirve conocer la eficiencia volumétrica?
Darnos una idea de de las deficiencias de llenado del cilindro, las deficiencias en operaciones reales
de las válvulas y las fugas que pueda tener el pistón.
5. ¿En que afecta la cavitación a nuestro equipo según las mediciones realizadas?
Con las implosiones que se propagan en todas las direcciones afectan principalmente a las ranuras
de las superficies metálicas por lo que en muy poco tiempo pueden ocasionar daños a la estructura
de la maquina (rotor).Los golpeteos los cuales al ser muy fuertes causan un desequilibrio en la
maquina dañando las uniones de los tubos con esta, así como aflojan las partes que la sostienen.
Con la implotación de las burbujas se liberan iones de oxigeno que atacan las superficies de los
metales.
6. ¿Por qué se expresa la carga H en metros?
Todas las variables de la ecuación están dadas en metros.
𝐻 = 𝐻2 − 𝐻1 +
𝑣2
2
2𝑔
−
𝑣1
2
2𝑔
+ 𝑧2 − 𝑧1
17. 7. ¿Cuáles son las condiciones en que queda trabajando el equipo, para que diera el máximo
de su utilidad (tomar las mediciones registradas)?
Con 𝑃2 = 97000𝑃𝑎
8. Hacer una comparación entre la bamba centrifuga y una de pistones así como sus ventajas
y desventajas.
Para las bombas centrifugas sus principales características son:
Elemento giratorio: Formados por un eje y uno o varios rodetes.
Elemento estacionario (carcasa).
Aumenta la energía del fluido por la acción de la fuerza centrífuga.
Se adapta a trabajos a velocidades altas.
El líquido sale perpendicular al eje de rotación del álabe.
En bombas de alta presión pueden emplearse varios rotores en serie.
En las bombas de baja presión, el difusor es un canal en espiral.
En el caso de flujos bajos y altas presiones, la acción del rotor es en gran medida radial.
Las bombas centrífugas, al contrario que las de desplazamiento positivo, no son auto
aspirantes y requieren de cebado previo al funcionamiento.
9. ¿Cómo afecta la velocidad de la bomba en su eficiencia?
Hace que la eficiencia volumétrica disminuya de acuerdo con la formula
𝜂 𝑉 =
𝑄
𝑁𝑉𝑑
10. ¿Cómo se comporta la carga y el gasto?
Conforme aumenta la carga el gasto disminuye.
Conclusiones.
La bomba sufre el efecto de la cavitación por una descompresión del fluido. Puede ocurrir que se
alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian
inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Las
burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan («aplastándose» bruscamente las
burbujas) produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina
este fenómeno.
Es un proceso físico que es muy parecido al de la ebullición, la diferencia es que la cavitación es
causada por una caída de la presión local por debajo de la presión de vapor mientras que la
ebullición lo hace por encima de la presión ambiente local.
El estudio de la cavitación es importante en la ingeniería porque hay muchos problemas que le
genera como por ejemplo:
18. En la ingeniería naval se estudia el fenómeno, para el diseño de todo tipo de barcos
debido a que acorta la vida útil de algunas partes tales como las hélices y los timones.
En los submarinos, este efecto es todavía más estudiado, evitado e indeseado, puesto que
imposibilita a estos navíos mantener sus características operativas de silencio e
indetectabilidad por las vibraciones y ruidos que la cavitación provoca en el casco y las
hélices.
La cavitación puede dañar casi cualquier material. Las picaduras causadas por el colapso
de las cavidades producen un enorme desgaste en los diferentes componentes y pueden
acortar enormemente la vida de la bomba o hélice.
La cavitación se presenta también en el fondo de los ríos donde se genera a partir de
irregularidades del lecho disociando el agua y el aire. La cavitación es un proceso erosivo
frecuente en los pilares de los puentes.
B I B L I O G R A F I A
Currie, L.G., Fundamental Mechanics of
Fluids, McGraw Hill.
W.H. Li, S.H.Lam, Principle of Fluid
Mechanics, Addison Wesley.
M. Lai, D. Rubin, E. Krempl, Introduction to
Continuum Mechanics. Pergamos
G. K. Batchelor, An Introduction to Fluid
Dynamics, Combridge University Press.
Landau y Lifshitz, Fluid
Mechanics, Addison-Wesley.
Lamb, Hidrodynamics, Dover.
Borisenko, A.I., Tarapov, I.E., Vector and
Tensor Analysis, Dover Publications, Inc.,
New York, 1979.
Malvern, Continuum Mechanics, Prentice
Hall.
