Manual de Tribología

PROFESOR:Ing. Jesús Meléndez

ALUMNOSJuan Cristo Rey Garay Lara

Giovanni Espinoza CadenaGilberto Peña

Miguel Ángel CarrascoVíctor Navarrete Carrera

Cd. Juárez, Chih. 07 de Diciembre del 2011

INDICE

INTRODUCCIÓN

Profundos cambios se han presentado en la última década en los mercados, términos y/o conceptos tales como globalización, competencia, reducción de costos, servicio, etc., deben confrontarse todos los días para la permanencia de la empresa en su actividad específica.

En el mercado eléctrico, a nivel nacional, se ha asistido a su desregulación, concesión de servicio; generación como actividad de riesgo comercial; competencia de precios y la constitución de entes reguladores con capacidad técnica y legal para el control de la actividad. Multas económicas por calidad y producto técnico deben ser incluidas en el análisis.

Lógicamente estos cambios, esta motivación del mercado por la competencia, reducción de precios con calidad y continuidad, han impactado a todos y cada uno de los sectores de las empresas, incluyendo la actividad de mantenimiento.

Actualmente la técnica de mantenimiento debe necesariamente desarrollarse bajo el concepto de reducir los tiempos de intervención sobre el equipo, con el fin de obtener la menor indisponibilidad para el servicio, adoptando estrategias de:

Mantenimiento predictivo

Mantenimiento preventivo

Mantenimiento correctivo

Sumando a los conceptos previos el correspondiente a "anular, salvo causas de fuerza mayor" salidas de servicio por roturas imprevistas y/o desperfectos. Es decir basándose en la predicción del estado del equipo, de las instalaciones, etc. realizar el mantenimiento preventivo de manera programada.

CONCEPTO DE BOMBA

Las bombas son dispositivos que se encargan de transferir energía a la corriente del fluido impulsándolo, desde un estado de baja presión estática a otro de mayor presión. Están compuestas por un elemento rotatorio denominado impulsor, el cual se encuentra dentro de una carcasa llamada voluta. Inicialmente la energía es transmitida  como energía mecánica a través de un eje, para posteriormente convertirse en energía hidráulica. El fluido entra axialmente a través del ojo del impulsor, pasando por los canales de éste y suministrándosele energía cinética mediante los álabes que se encuentran en el impulsor

para posteriormente descargar el fluido en la voluta, el cual se expande gradualmente, disminuyendo la energía cinética adquirida para convertirse  en presión estática.

1.-TERMOGRAFIA INFRAROJA

Una de las técnicas de mantenimiento predictivo que a lo largo de los últimos años ha pasado a ser una de las más utilizadas por parte de las empresas es la de Termo grafía Infrarroja.

Esta técnica permite detectar, sin contacto físico con el elemento bajo análisis, cualquier falla que se manifieste en un cambio de la temperatura sobre la base de medir los niveles de radiación dentro del espectro infrarrojo.

En general, una falla electromecánica antes de producirse se manifiesta generando e intercambiando calor. Este calor se traduce habitualmente en una elevación de temperatura que puede ser súbita, pero, por lo general y dependiendo del objeto, la temperatura comienza a manifestar pequeñas variaciones.

Si es posible detectar, comparar y determinar dicha variación, entonces se pueden detectar fallas que comienzan a gestarse y que pueden producir en el futuro cercano o a mediano plazo una parada de planta y/o un siniestro afectando personas e instalaciones. Esto permite la reducción de los tiempos de parada al minimizar la probabilidad de salidas de servicio imprevistas, no programadas, gracias a su aporte en cuanto a la planificación de las reparaciones y del mantenimiento. Los beneficios de reducción de costos incluyen ahorros de energía, protección de los equipos, velocidad de inspección y diagnóstico, verificación rápida y sencilla de la reparación, etc.

La inspección termo gráfica en sistemas eléctricos tiene como objetivo detectar componentes defectuosos basándose en la elevación de la temperatura como consecuencia

de un aumento anormal de su resistencia óhmica. Las causas que originan estos defectos, entre otras, pueden mencionarse:

Conexiones flojas

Conexiones afectadas por corrosión

Suciedad en conexiones y/o en contactos

Degradación de los materiales aislantes

1.1.- ESPECTRO INFRARROJO

Todo equipo y/o elemento emite energía desde su superficie. Esta energía se emite en forma de ondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz a través del aire o por cualquier otro medio de conducción.

La cantidad de energía esta en relación directa con su temperatura. Entre más caliente esta el objeto, más energía tiende a radiar.

La diferencia entre un cuerpo caliente y uno frío es el grado en el cual ambos cuerpos emiten y absorben energía. Si el objeto absorbe más energía que la que radia se le considera frío. Si el objeto emite más energía que la que absorbe se considera que está caliente.

La temperatura de los cuerpos determina el tipo de luz que emite, entre mas frío sea el objeto mayor es la longitud de onda en la que brilla.

Esta es la energía infrarroja, la cual es invisible al ojo humano, pero a través de equipos apropiados, "cámaras de termo grafía", podemos "ver" esta energía y transformarla en imágenes visibles.

1.2.- DESCUBRIMIENTO

Sir Frederick William Hershel, nacido en Alemania 1738, se interesó en verificar cuanto calor pasaba por filtros de diferentes colores al ser observados al sol.

En base a ello pudo determinar que los filtros de diferentes colores dejaban pasar diferente nivel de calor.

Posteriormente hizo pasar luz del sol por un prisma de vidrio y con esto se formó un espectro (el arco iris - Figura 1).

 - Figura 1 - descomposición de la luz por un prisma

Llevando un control de la temperatura en los diferentes colores del espectro encontró que más allá del rojo, fuera de la radiación visible, la temperatura es más elevada y que esta radiación se comporta de la misma manera desde el punto de vista de refracción, reflexión, absorción y transmisión que la luz visible. Era la primera vez que se demostraba que había una radiación invisible al ojo humano.

1.3.-PORQUE USAR TERMOGRAFÍA INFRARROJA

Con la técnica tradicional de "limpiar y apretar" se efectúan acciones para corregir conexiones flojas y pobres contactos, de esta forma todas las conexiones, empalmes y puntos de contacto reciben físicamente mantenimiento lo necesiten o no, por lo tanto generalmente no sabe si corrigió una falla.

Con termografía se focalizan los problemas que deben ser corregidos bajo las técnicas convencionales y además puede encontrar otros problemas que en circunstancias normales no serian detectados. Dado que la termografía infrarroja es un medio que permite identificar, sin contacto alguno, componentes eléctricos y mecánicos más calientes de lo que deberían estar, probable área de falla, e indica también pérdidas excesivas de calor, probable falla de aislación defectuosa.

Entre las ventajas de esta técnica, podemos citar:

La inspección se realiza a distancia sin contacto físico con el elemento en condiciones normales de funcionamiento. Es decir no es necesario poner fuera de servicio las instalaciones.

Se trata de una técnica que permite la identificación precisa del elemento defectuoso, a diferencia de la pirometría que es una medida de temperatura de un punto.

Es aplicable a los diferentes equipos eléctricos: bornes de transformadores, transformadores de intensidad, interruptores, cables y piezas de conexión, etc.

Es utilizable para el seguimiento de defectos en tiempo "cuasi real", lo que permite cuantificar la gravedad del defecto y la repercusión de las variaciones de carga sobre el mismo para posibilitar programar las necesidades de mantenimiento en el momento más oportuno (que puede ir desde el simple seguimiento a una limitación de carga o a una intervención inmediata antes de que el defecto pueda producir el colapso de la instalación).

En relación con el mantenimiento tradicional, el uso de la inspección termográfica propicia la reducción de riesgos para el personal, la reducción de indisponibilidades para mantenimiento y su menor costo.

Entre las desventajas y/o inconvenientes, se tiene:

Capacidad limitada para la identificación de defectos internos en la medida que el defecto no se manifieste externamente por incremento de la temperatura.

Los reflejos solares pueden enmascarar o confundir defectos.

El estado de carga del elemento bajo análisis puede influir en la determinación de las anomalías.

1.4.- PROCESO DE INSPECCIÓN TERMOGRÁFICA

En el proceso de inspección termográfica es posible definir, en general, las siguientes etapas:

1. Planificación de la inspección en los períodos de máxima demanda.

2. Evaluación y clasificación de los calentamientos detectados.

3. Emisión de informes, con identificación de las fallas y el grado de urgencia para su reparación

4. Seguimiento de la reparación

5. Revisión termográfica para evaluar la efectividad del mantenimiento correctivo realizado.

1.5.- EQUIPOS DE INSPECCIÓN TERMOGRÁFICA

En los inicios la utilización de esta técnica de mantenimiento predictivo estaba limitada por el peso y tamaño de los equipos.

La evolución tecnológica permitió reducir los equipos, p.ej. en el año 1965, peso superior a 30 kg, a la fecha cámaras portátiles de 2 kg; capacidad de almacenamiento digital de datos; análisis mediante el uso de computadoras y software específicos; etc. y lo que es más

importante la realización de las inspecciones por una sola persona con el consiguiente ahorro. Los beneficios señalados sumados a las ventajas de esta técnica predictiva han impulsado su uso generalizado en las instalaciones eléctricas.

1.6.- CÁMARA DE TERMOGRAFÍA

La cámara de infrarrojos es una herramienta muy útil para obtener fácilmente imágenes térmicas de gran precisión, para detectar los "puntos calientes" y detectar las futuras averías, sin necesidad de contacto con los componentes ni con las instalaciones. La cámara es un instrumento compacto y ligero (figura 2), con una batería de litio que le proporciona la autonomía necesaria, una pantalla LCD de 5" a color, un software y una tarjeta PCMCIA para visualizar, analizar y grabar cada imagen digital. La imagen térmica grabada puede ser analizada en la cámara o en un PC con un Software Específico de Análisis que opera bajo Windows 95, 98 y NT.

1.7.- Aplicaciones Eléctricas

Ningún sistema eléctrico tiene una eficiencia de un cien por cien. Siempre hay una pequeña cantidad de energía que se transforma en calor debido al paso de la corriente eléctrica. El tiempo, cargas elevadas o fluctuantes, vibraciones, fatiga de materiales, condiciones ambientales, etc. Provocan que tanto los componentes como las superficies de contacto se vayan deteriorando, y por tanto aumentando la resistencia eléctrica.

Este aumento de resistencia lleva consigo inevitablemente un aumento de la temperatura del componente que en ocasiones puede producir problemas eléctricos como cortocircuitos o fallos en la alimentación a otros sistemas, pero a demás puede derivar en otros riesgos como incendios o daños personales.

Poder detectar este incremento de temperatura sin modificar las condiciones de trabajo, será fundamental para poder adelantarnos a la avería y de esta manera evitar un posible desastre futuro. Es aquí donde la termografía infrarroja se convierte en un instrumento eficaz en el mantenimiento predictivo y preventivo ya que de una manera rápida y visual el termógrafo podrá determinar el estado de la instalación eléctrica así como el de los componentes que la forman.

Algunas de las aplicaciones de la termografía en el campo eléctrico son:

- Estado de conexiones, bornes y aisladores. - Estudio e histórico de transformadores. - Estado de bobinados de motores / generadores, Armónicos, Inducciones

Mide temperatura y humedad relativa

  - Memoria con posibilidad de registro en tiempo    real con tarjeta de memoria (1 a 16 GB)  - Los datos almacenados en el termógrafo se    guardan directamente en formato Excel en la    tarjeta SD  - Indicación del estado bajo de batería  - Gran pantalla LCD  - Ajuste de la cuota de medición  - Fecha y hora regulable  - De fácil manejo  - Carcasa robusta  - Soporte para pared, tarjeta SD de 2 GB y    lector de tarjeta incluidos en el envío  - Alimentación por batería o mediante un componente de red (opcional)  - Software opcional para la transmisión de datos    al PC o portátil en tiempo real (no se necesita ningún software para la valoración de datos)

2.-VIBRACION

Es un factor físico que actúa sobre el ser humano por la transmisión de energía mecánica desde las fuentes de vibración. Su efecto depende de su intensidad, frecuencia y tiempo de exposición. La vibración es un fenómeno físico no deseable, aunque en ocasiones se produce para hacer funcionar un dispositivo (martillos mecánicos, cintas transportadoras vibratorias, etc...).

Según la OIT, el término vibración comprende todo movimiento transmitido al cuerpo humano por estructuras sólidas capaz de producir un efecto nocivo o cualquier tipo de molestia. Este fenómeno se caracteriza por la amplitud del desplazamiento de partículas, su velocidad y su aceleración.

2.1.- VALORACION DE LA VIBRACIONES

Su valoración se hace por instrumentos de medida, conocidos como vibrómetros que contienen en su interior unos filtros de ponderación que integran de acuerdo al potencial lesivo las siguientes variables: frecuencia, amplitud, eje X, Y o Z de entrada por mano-brazo o por cuerpo entero.

2.2.- CLASES DE VIBRACIONES

Según el modo de contacto entre el objeto vibrante y el cuerpo, la exposición a vibraciones se divide en dos grandes grupos: vibraciones mano-brazo y vibraciones globales de todo el cuerpo.

1. Vibraciones mano brazo. La vibración mecánica que, cuando se transmite al sistema humano de mano y brazo, supone riesgos para la salud y la seguridad de los trabajadores, en particular, problemas vasculares, de huesos o de articulaciones, nerviosos o musculares. A menudo son el resultado del contacto de los dedos o la mano con algún elemento vibrante, por ejemplo: una empuñadura de herramienta portátil, un objeto que se mantenga contra una superficie móvil o un ando de una máquina.

2. Vibraciones globales de todo el cuerpo. La vibración mecánica que, cuando se transmite a todo el cuerpo, conlleva riesgos para la salud y la seguridad de los trabajadores, en particular, lumbalgias y lesiones de la columna vertebral.

La transmisión de vibraciones al cuerpo y los efectos sobre el mismo dependen mucho de la postura y no todos los individuos presentan la misma sensibilidad, es decir, la exposición a vibraciones puede no tener las mismas consecuencias en todas las situaciones.

2.3.- FUENTE DE LAS VIBRACIONES

Podemos señalar diferentes dispositivos o tareas que pueden generar vibraciones:

Se origina en la oscilación de equipos destinados a transporte, perforación, abrasión, sedimentación.

Los movimientos rotatorios o alternativos, motores de combustión interna, superficies de rodadura de vehículos.

Vibración de estructuras.

Herramientas manuales eléctricas, neumáticas, hidráulicas y en general las asistidas mecánicamente y las que ocasionen golpes.

2.4.- EFECTOS SOBRE LA SALUD DE LA EXPOSICION A VIBRACIONES

La exposición a vibraciones mecánicas está asociada a la aparición de determinadas patologías. Esta asociación se encuentra bien determinada en algunos casos (problemas vasculares, osteoarticulares, nerviosos o musculares, principalmente), mientras que, en otros casos, el conocimiento científico actual no permite extraer resultados concluyentes acerca de la relación causa-efecto.

2.5.- EFECTOS FISICOS

Las vibraciones de cuerpo entero pueden producir trastornos respiratorios, músculo-esqueléticos, sensoriales, cardiovasculares, efectos sobre el sistema nervioso, sobre el sistema circulatorio o sobre el sistema digestivo. Las vibraciones mano-brazo pueden causar trastornos vasculares, nerviosos, musculares, de los huesos y de las articulaciones de las extremidades superiores.

2.6.- REACCIONES DE COMPORTAMIENTO

Las vibraciones pueden afectar al rendimiento durante la exposición interfiriendo con las funciones periféricas motoras o sensoriales, con manifestaciones como, por ejemplo, visión borrosa, haciendo que la imagen oscile en la retina y produciendo un deterioro visual, o pueden provocar movimientos corporales involuntarios en el trabajador expuesto. Además, también puede disminuir el rendimiento debido a la fatiga inducida por las vibraciones.

Por otro lado, las vibraciones también pueden interferir en los procesos cognitivos que afectan al rendimiento en las tareas, tales como motivación, ansiedad o nivel de activación, y así tener un efecto generalizado sobre el rendimiento del individuo, pudiendo, además, distraer la atención de la tarea en curso.

Conviene señalar que no todos los trabajadores experimentan las vibraciones de la misma forma, ya que cada trabajador las puede percibir según sus características personales, el tipo de tarea que realiza, y determinados parámetros físicos de las vibraciones, como la aceleración y la frecuencia. Otros factores determinantes de la respuesta subjetiva ante la exposición a vibraciones son el tiempo de exposición, y la dirección de entrada de las vibraciones.

2.7.- FACTORES DE RIESGO DE LA EXPOSICION A VIBRACIONES

La exposición a vibraciones mano-brazo o de cuerpo entero puede aumentar el riesgo de que se produzcan daños para la salud cuando van asociados a algunos factores laborales o personales.

2.8.- FACTORES LABORALES

La realización de trabajos en los que se está expuesto a vibraciones mecánicas en posturas fijas o incorrectas, con torsiones frecuentes, movimientos repetitivos, agarrando con fuerza las herramientas vibrantes, o en ambientes fríos y húmedos, constituyen factores de riesgo adicionales.

2.9.- FACTORES PERSONALES

Algunos de los factores personales que pueden agravar los efectos de la exposición a vibraciones son:

Cambios degenerativos prematuros no relacionados con la edad.

Lesiones del disco intervertebral con o sin síndrome radicular.

Inflamaciones agudas.

Deformaciones vertebrales adquiridas o congénitas.

Cirugía vertebral.

Lesiones previas con fractura vertebral.

Lumbalgia crónica.

Alteraciones de cuello y hombro.

Gastritis crónica y/o úlceras gastroduodenales.

Embarazo.

Respecto a este último factor personal es aconsejable organizar el trabajo de modo que las mujeres embarazadas no realicen actividades que conlleven un riesgo derivado de vibraciones en todo el cuerpo, especialmente a bajas frecuencias. Los estudios sobre vibraciones y embarazo relacionan esta exposición con un aumento de la incidencia de abortos espontáneos, parto pre-término, complicaciones durante el parto y bajo peso al nacer.

2.10.- PREVENCION DE LAS VIBRACIONES

Para prevenir los efectos de las vibraciones en el cuerpo humano se puede actuar mediante medidas de tipo administrativo y técnico.

2.11.- AISLAMIENTO DE VIBRACIONES

El uso de aislantes de vibración, tales como muelles o elementos elásticos en los apoyos de las máquinas, masas de inercia, plataformas aisladas del suelo, manguitos absorbentes de vibración en las empuñaduras de las herramientas, asientos montados sobre soportes elásticos, etc. son acciones que, aunque no disminuyen la vibración original, impiden que pueda transmitirse al cuerpo, con lo que se evita el riesgo de daños a la salud.

Si no es posible reducir la vibración transmitida al cuerpo, o como medida de precaución suplementaria, se debe recurrir al uso de equipos de protección individual (guantes, cinturones, botas) que aíslen la transmisión de vibraciones.

3.- ¿QUE SON LAS BOMBAS DE PALETAS?

Son bombas volumétricas y compuestas por un rotor, paletas deslizantes y una carcasa.

Estas bombas pertenecen al grupo de bombas mecánicas.

El accionamiento se efectúa por medio de un eje estriado que engrana con el estriado

interior del rotor. Hay diversos diseños para conseguir el contacto entre la paleta y el anillo;

en unos se utiliza la propia fuerza centrífuga que les imprime el giro del rotor, en estos

modelos se requiere una velocidad mínima de giro para garantizar el correcto apoyo de la

paleta sobre el anillo; en otros modelos esta fuerza centrífuga se refuerza con unos muelles

colocados entre la paleta y su alojamiento en el rotor, esto disminuye la velocidad mínima

necesaria para el apoyo; otros modelos utilizan una reducida presión hidráulica para

empujar la paleta. Las bombas de paletas son relativamente pequeñas en función de las

potencias que desarrollan y su tolerancia al contaminante es bastante aceptable.

Las bombas de paletas cuentan con un conjunto de aletas con cinemática radial. El rotor es un cilindro hueco con ranuras radiales en las que oscilan o deslizan las aletas.

1. Entrada a la bomba de paletas2. Salida de la bomba de paletas3. Cuerpo de la bomba de paletas4. Distancia entre los dos ejes5. Distancia máxima entre rotor y estator6. Cámara de trabajo7. Espesor de las paletas8. Diámetro del rotor9. Diámetro del estator

El rotor está colocado de forma excéntrica respecto al eje del cuerpo de la bomba. Las aletas realizan durante la rotación del rotor movimientos alternativos o de vaivén respecto al rotor.

Las paletas se aprietan con sus extremos a la superficie interior del estator y deslizan por éste.

El producto llena la cámara de trabajo entre dos paletas vecinas y las superficies correspondientes del estator y del rotor.

El volumen crece durante el giro del rotor, hasta alcanzar un valor máximo. Después se cierra y se traslada a la cavidad de impulsión de la bomba.

Al mismo tiempo se inicia el desalojo del líquido de la cámara de trabajo en una cantidad igual a su volumen útil.

No tienen el mismo grado de hermeticidad como otras bombas rotativas. Esto se puede mejorar aumentando el número de paletas.

3.1.- Transporte del líquido por la bomba de paletas

   

1. Parte superior.2. Abertura de entrada.3. Cámara de trabajo.4. Abertura de descarga.5. Rotor.6. Estator.7. Distancia entre los ejes del rotor y del estator.

La paleta inicia el proceso de transporte en la parte superior (1). En este punto se encuentra la división entre el inicio y el final de cada ciclo de transporte. Pasando la paleta por la abertura de la entrada (2) empieza a generarse un efecto de succión causado por el volumen entre la paleta y la superficie interior del estator.

Este volumen se llama cámara de trabajo (3) que se llena con el líquido.

Llegando la paleta a la abertura de descarga (4), el líquido queda entregado al sistema de la tubería hidráulica de descarga.

La paleta llega otra vez a la parte superior (1) y se inicia un nuevo ciclo de transporte.

3.2.- Combinación del volumen de trabajo de las bombas de paletas con revoluciones fijas

Esto requiere de un diseño especial de la bomba. La distancia entre los ejes del rotor (5) y del estator (6) determina el volumen de la cámara de trabajo (3). Esta distancia (7) se modifica cambiando el diámetro del rotor (5).

3.3.- BOMBAS DE PALETAS CAUDAL FIJO

Versatilidad, potencia, bajo nivel sonoro y alto rendimiento, son las principales características de la bomba de paletas B & C. Todos los elementos de la bomba que están sometidos a desgastes, están contenidos en una sola unidad, llamada conjunto rotativo o "cartucho", el cual puede ser fácilmente extraído tanto para ser inspeccionado, o reemplazado por uno nuevo.

Esto se logra, sin tener necesidad de extraer la bomba de la brida de sujeción que la vincula con el motor eléctrico, como así también el acoplamiento que está montado en el eje de la bomba, reduciendo en forma drástica el costo de máquina parada.

Dicho conjunto, posee un rotor, paletas e inserto o paleta interna, un anillo y dos placas de presión. Durante el funcionamiento, el rotor es conducido por el eje de mando, acoplado a la unidad motriz. Con el aumento de la velocidad de rotación, la fuerza centrífuga sumada a la presión originada en el interior de la paleta, produce una fuerza variada de contacto entre estas y el anillo, que origina una adecuada tenida hidráulica, tanto en la zona de succión, como en el cuadrante de presión, sin que las fuerzas de rozamiento sean excesivas, lo que produciría un desgaste prematuro de la bomba. Las dos cámaras de presión contrapuestas, y los dos cuadrantes de succión opuestos, garantizan la no existencia de fuerzas radiales que soliciten el eje de comando, por lo que estamos en presencia de una bomba equilibrada hidráulicamente, garantizando una elevada vida útil de equipamiento. La versatilidad de la bomba serie BV, nos asegura poder satisfacer las más diversas aplicaciones industriales.

En efecto, a las características de elevada confiabilidad y de excelente rendimiento volumétrico, se le suma un bajo nivel sonoro. Tal resultado se obtiene gracias al especial diseño del perfil del anillo en su leva interior, y a la utilización de un rotor de 12 paletas que reduce la amplitud de la pulsación en el caudal de salida de la bomba, con la consiguiente reducción de las vibraciones en la línea de presión (ver diseño al lado). La serie BV es disponible en cuatro tipos de bombas simples (de 8 a 230 Lts./min. a 1200 rpm) y seis tipos de bombas dobles (de 55 a 370 Lts./min. a 1200 rpm) con una potencia máxima alrededor de 300 HP.

Las bombas BV son extremadamente compactas y tienen bridas de montaje frontal conforme normas ISO y conexiones hidráulicas conforme normas SAE. Tales características permiten una instalación muy simple, y la total intercambiabilidad con otras bombas de características similares.

4.- BOMBA HIDRAULICA DE TORNILLO

Una bomba de tornillo es un tipo de bomba hidráulica considerada de desplazamiento positivo, que se diferencia de las habituales, más conocidas como bombas centrífugas. Esta bomba utiliza un tornillo helicoidal excéntrico que se mueve dentro de una camisa y hace fluir el líquido entre el tornillo y la camisa.

Está específicamente indicada para bombear fluidos viscosos, con altos contenidos de sólidos, que no necesiten removerse o que formen espumas si se agitan. Como la bomba de tornillo desplaza el líquido, este no sufre movimientos bruscos, pudiendo incluso bombear uvas enteras.

Uno de los usos que tiene es la de bombear fangos de las distintas etapas de las depuradoras, pudiendo incluso bombear fangos deshidratados procedentes de filtros prensa con un 22-25% de sequedad.

Este tipo de bombas son ampliamente utilizadas en la industria petrolera a nivel mundial, para el bombeo de crudos altamente viscosos y con contenidos apreciables de sólidos. Nuevos desarrollos de estas bombas permiten el bombeo multifásico.

En este tipo de bombas pueden operar con flujos fijos a su descarga, aún cuando bombeen contra una red de presión variable. Convirtiéndolas en excelentes equipos de bombeo a utilizar en redes de recolección de petróleo. En el caso de las bombas centrífugas. El flujo entregado depende de la presión a su descarga.

Trabajan a grandes velocidades, a pesar de ello es una bomba silenciosa. También se le conoce como bomba helicoidal. El tornillo central tiene rosca de derechas y es el eje del motor; mientras que los otros dos tornillos son de rosca de izquierdas. Al girar se originan cámaras entre los filetes de los tres tornillos haciendo que el fluido circule desde la zona de aspiración a la zona de impulsión. El tornillo central es el que mueve a los otros dos tornillos.Las velocidades que puede llegar a alcanzar oscila entre los 3000 y los 5000 r.p.m. Pueden trabajar con pequeños y grandes caudales, aunque la presión no supera los 180 bar.

5.- BOMBA CENTRÍFUGA

       Una bomba centrífuga es una máquina que consiste de un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o cárter, o una cubierta o coraza. Se denominan así porque la cota de presión que crean es ampliamente atribuible a la acción centrífuga. Las paletas imparten energía al fluido por la fuerza de esta misma acción. Así, despojada de todos los refinamientos, una bomba centrífuga tiene dos partes principales: (1) Un elemento giratorio, incluyendo un impulsor y una flecha, y (2) un elemento estacionario, compuesto por una cubierta, estoperas y chumaceras. En la figura 2 se muestra una bomba centrífuga.

                             

                                         

5.1.- FUNCIONAMIENTO

      El flujo entra a la bomba a través del centro o ojo del rodete y el fluido gana energía a medida que las paletas del rodete lo transportan hacia fuera en dirección radial. Esta aceleración produce un apreciable aumento de energía de presión y cinética, lo cual es debido a la forma de caracol de la voluta para generar un incremento gradual en el área de flujo de tal manera que la energía cinética a la salida del rodete se convierte en cabeza de presión a la salida.              

                                         

                           

             

        Figura 3. Principio de funcionamiento de una bomba centrífuga

               

5.2.- PARTES DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA

Carcasa.   Es la parte exterior protectora de la bomba y cumple la función de convertir la energía de velocidad impartida al líquido por el impulsor en energía de presión.  Esto se lleva a cabo mediante reducción de la velocidad por un aumento gradual del área.

Impulsores. Es el corazón de la bomba centrífuga. Recibe el líquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba.

Anillos de desgaste. Cumplen la función de ser un elemento fácil y barato de remover en aquellas partes en donde debido a las cerradas holguras entre el impulsor y la carcasa, el desgaste es casi seguro, evitando así la necesidad de cambiar estos elementos y quitar solo los anillos.

Estoperas, empaques y sellos. la función de estos elementos es evitar el flujo hacia fuera del líquido bombeado a través del orificio por donde pasa la flecha de la bomba y el flujo de aire hacia el interior de la bomba.

Flecha. Es el eje de todos los elementos que giran en la bomba centrífuga, transmitiendo además el movimiento que imparte la flecha del motor.

Cojinetes. Sirven de soporte  a la flecha de todo el rotor en un alineamiento correcto en relación con las partes estacionarias.  Soportan las cargas radiales y axiales existentes en la bomba.

Bases. Sirven de soporte a la bomba, sosteniendo el peso de toda ella.

6.- BOMBAS DE PISTON

Las bombas de pistón son utilizadas generalmente en la industria por su alto rendimiento y por la facilidad de poder trabajar a presiones superiores 2000 lb/plg2 y tienen una eficiencia volumétrica aproximadamente de 95 a 98%.

6.1.- Clasificación de las bombas de pistón

Debido a la gran variedad de las bombas de pistón, estas pueden clasificarse como:

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 ha dado un excelente servicio a 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.

6.2.- Principales características de las bombas de pistón

En la gran variedad de las bombas de pistón encontramos las siguientes características:

Bombeo de productos particulados y productos sensibles a esfuerzos de cizalla. Manejo de frutas y verduras enteras, hojas, rodajas, trozos y dados de fruta. Diseño higiénico. Temperatura de trabajo: 120º C o más según el diseño. Trabajo en vacío.

6.3.- 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.

6.4.- Aplicaciones y uso de las bombas de pistón

Las bombas de pistón tienen aplicaciones en diversas industrias, en las que destacan:

Industria de proteínas Pastelería y dulces Productos lácteos Bebidas Frutas y verduras Comidas preparadas/pre-cocinadas Farmacia Higiene personal Medio ambiente

6.5.- Principio del funcionamiento de las bombas neumáticas de pistón

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.

1 Varilla en posición inferior.

2Se 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.

4Por 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.

6.6.- Bombas con pistón oscilante

Estas pequeñas unidades son apropiadas para aplicaciones en los más diferentes sectores. La estructura de la bomba exige una instalación en lugares protegidos.

6.7.- Las bombas de pistón axiales con plato inclinado giratorio

Este tipo de bomba puede trabajar en ambas direcciones. El plato inclinado es movido por el eje y el ángulo del plato determina la carrera del pistón. Las válvulas son necesarias para dirigir el flujo en la dirección correcta.

El conjunto rotativo consiste de: El plato de Presión, el barril de los pistones, los pistones, las zapatas de los pistones, el plato de deslizamiento y el eje motriz. Los pistones viajan dentro de los agujeros cilíndricos del barril succionando y descargando el aceite mientras que el conjunto rotativo rota por acción del eje que a su vez es movido por la fuente de potencia.

El control, también llamado Compensador es generalmente un elemento exterior que se pega a la carcasa de la bomba. El compensador puede tener muchísimas variaciones, algunas de ellas muy complejas, pero podemos decir que en general el controla la máxima presión, el flujo que la bomba entrega, y en otros casos el máximo torque y más aun, la potencia.

El compensador es capaz de hacer todas esas funciones porque controla la posición del plato de deslizamiento, o en otras palabras el controla el Angulo que tiene con respecto al eje de giro de acuerdo a las demandas del sistema hidráulico.

7.- CONTAMINACIÓN POR SUCIEDAD Y FALLAS EN BOMBAS HIDRÁULICAS

Automáticamente No! Muchas de las fallas de las bombas pueden ser debido a procedimientos de ensamble incorrectos, desgaste abrasivo causado por contaminación, o a inadecuadas prácticas de lubricación. El proveedor de lubricantes es frecuentemente llamado cuando los problemas surgen. Esto se debe a la buena voluntad del proveedor de lubricantes por ayudar.

Todas las bombas están diseñadas para convertir el movimiento mecánico en poder de fluido. Por consiguiente, los modos de fallas son siempre mecánicos para las bombas hidráulicas. Pero la causa de esta falla no siempre es por razones mecánicas.

Echemos un vistazo al problema de contaminación por suciedad.

Las bombas hidráulicas tienen espacios muy reducidos dentro de su mecanismo. En estas áreas es donde la penetración de la suciedad puede causar mayores daños. Por ejemplo, los espacios en las bombas pueden ser de tan sólo 0.5 micras en las partes en movimiento.

Las partículas abrasivas que circulan por el sistema hidráulico originan un serio deterioro en las piezas cuidadosamente fabricadas y modifican las dimensiones físicas previstas para obtener unas prestaciones óptimas. Por ejemplo, tanto las bombas de pistón como las de paletas requieren fluidos que se consideren limpios, de acuerdo con los estándares actuales. La presencia de suciedad abrasiva originará un desgaste en todos los componentes relacionados con las piezas móviles. En una bomba de paletas, el desgaste aparecerá en primer lugar en la corona de excéntricos, apareciendo unos surcos en la superficie de dicha corona provocados por las partículas abrasivas. Al final, toda la superficie de la corona de excéntricos estará erosionada por la suciedad, desapareciendo las marcas de rectificado que el fabricante hizo con el fin de mejorar la lubricación. El uso continuo de aceites sucios, con independencia de otras propiedades de funcionamiento, da lugar a un incremento de fugas internas de la bomba y, por consiguiente una disminución del rendimiento. Esto provoca que el sistema realice un mayor esfuerzo para llevar a cabo el mismo trabajo. Por lo tanto, el funcionamiento resulta menos eficiente, originando al operador un desembolso adicional en costes de energía: un dinero tirado a la basura.

El problema principal estriba en que la avería de la bomba no se manifiesta de una forma inmediata, por lo que es fácil que el usuario empiece a trabajar y se olvide de la limpieza. Aunque el usuario pueda ahorrar dinero en filtros, a menudo acumulan problemas, incrementando los costes de operación debido a paros inesperados, piezas de recambio de la bomba y fallos en los equipos en los momentos más inoportunos, ¡justo cuando acaba de recibirse ese importante pedido!

Los fabricantes de filtros han hecho hincapié durante mucho tiempo en las ventajas que supone mantener limpios los sistemas. Es totalmente cierto!

LOS ASPECTOS A CONSIDERAR CUANDO SE EVALÚA UNA AVERÍA RELACIONADA CON LA SUCIEDAD SON LOS SIGUIENTES:

Cuál es el aspecto de los componentes de la bomba?Hay serias señales de desgaste?Podría tratarse de suciedad o de alguna otra cosa.

PARA DESCARTAR LA SUCIEDAD, HAGA LO SIGUIENTE: Si es posible, obtenga una muestra representativa del aceite y compruebe la limpieza del

mismo.

Puede comprobar visualmente con mucha rapidez las partículas grandes, de más de 40 micras

Filtrar la mitad de la muestra de un litro a través de papel filtro. ¿Se observa el papel limpio?

Lleve a cabo un recuento de partículas y compárelo con la norma ISO 4406 Si el tiempo y el presupuesto lo permiten, el nº 3 es el que le proporciona la máxima

información y puede extraer conclusiones en firme acerca del estado de contaminación por suciedad.

Compruebe el sistema. Está abierto el depósito del aceite? Si lo está, eso podría constituir entonces una fuente de contaminación. La mayor parte de los depósitos son cerrados y están dotados de un filtro de aire.Qué filtros se están utilizando? Son adecuados para el caudal? Proporcionarán una buena limpieza con el grado de porosidad que dejan? Están funcionando en derivación a causa de estar obstruidos? Están exentos de deterioro los filtros?

La mayor parte de las bombas, para que funcionen normalmente, requieren unos aceites con unos códigos de limpieza de alrededor de 17/14 de la norma ISO 4406 o de la clase 8 a 10 de la Norma Aeroespacial Nacional (NAS). Los sistemas que llevan servo válvulas pueden exigir líquidos de una limpieza superior a ésta.

El mensaje para los usuarios es claro: Mantengan el sistema hidráulico limpio y eliminarán una fuente potencial de averías.

8.- MANTENIMIENTO DE BOMBAS HIDRÁULICAS

Durante muchos años en todas las ramas de la industria se le ha prestado una atención

especial al mantenimiento preventivo de bombas de parte del personal de operaciones y

mantenimiento. El hecho de que los repuestos y suministro de nuevas bombas, de

aleaciones adecuadas y las limitaciones que se presentan con el almacenaje del equipo y sus

partes, ha servido para que el mantenimiento preventivo sea más importante que el

correctivo, debido a que el cuidado evita el desgaste. La invención de nuevos materiales

para hacer reparaciones y cambios, métodos de entrenamiento, programas educativos para

empleados y comités de conservación de materiales; son factores que han servido para que

los empleados que trabajan en la industria se den cuenta de la importancia de tener un gran

cuidado con el equipo que está bajo su responsabilidad.

Uno de los objetivos de un programa de mantenimiento, es presentar directamente al

personal de operación y de mecánica la situación relativa en cuanto a materiales y

repuestos.

Un programa se basa en el reconocimiento del papel clave que el operador puede jugar en

la práctica del mantenimiento preventivo. Es obvio que el operador es el primero en

percibir signos de daños, ya sean ruidos u otra clase de anomalías en el equipo. Por este

motivo el operador se encuentra en una situación que le permite tomar medidas preventivas

con el objeto de evitar daños graves que de otro modo se presentarían inevitablemente. Es

de importancia que los operadores adquieran buenos hábitos de operación del equipo que

manejan, esto ayudará a disminuir el desgaste del equipo y el consumo de energía. Las

prácticas incorrectas surgen principalmente por la falta de comprensión de los principios

relativos a una operación adecuada más bien que por una actitud negligente o descuidada.

En general se dice que el trabajo excesivo de mantenimiento se debe a la falta de cuidado

de parte de los operadores por dar prioridad a otras obligaciones.

Es mucho más fácil que el personal brinde toda su cooperación si están enterados de estos

principios y se han dado cuenta de la dificultad para conseguir repuestos.

Debido a que las bombas representan una parte vital den las operaciones de un proyecto y

su adquisición constituye un proceso difícil y lento, hay que dedicar atención especial a la

operación y al cuidado de las bombas. El objetivo principal es tratar de obtener el máximo

de eficiencia y el mínimo de reparaciones.

Sugerencias relativas al mantenimiento

Un sistema de bombeo no se mantiene sólo. La frecuencia de mantenimiento no es la

misma para todas las bombas, sino que varía con las condiciones del servicio. Una bomba

que maneje líquidos limpios, no corrosivos, requiere mucho menos mantenimiento que una

bomba del mismo tamaño y tipo que tenga que manejar líquidos corrosivos o arenisca.

Una inspección periódica resulta económica en comparación con las apagadas forzosas

debidas a daños o fallas de las diferentes partes de la bomba. Las inspecciones de la bomba

deben hacerse bimestral o anualmente, según la clase de servicio; mientras más pesado sea

el servicio más frecuentemente debe ser la inspección. La inspección debe ser completa y

debe incluir un chequeo cuidadoso de las tolerancias entre las partes giratorias y las

estacionarias, así como el estado en que se encuentran todas las partes expuestas a roce o a

daños causados por arenisca y/o corrosión.

AL DESARMAR LA BOMBA

        No es necesario desconectar la tubería de succión o de descarga ni cambiar la

posición de la bomba.

·        La tubería auxiliar debe desconectarse sólo en los puntos en que sea necesario

para quitar una parte, excepto cuando hay que quitar la bomba de la base.

·        Después de haber desconectado la tubería, debe amarrarse un trapo limpio en

los extremos o aberturas del tubo para evitar la entrada de cuerpos extraños.

·        Emplear siempre un extractor para quitar un acople del eje.

·        Las camisas del eje tienen roscas para apretarle en sentido contrario a la

rotación del eje.

Después de desarmar la bomba

Antes de hacer la inspección y el chequeo, limpie las partes cuidadosamente. Los

residuos gomosos y espesos pueden quitarse a vapor. El lodo, el coque o depósitos

de sustancias extrañas similares a las anteriores pueden quitarse por medio de un

chorro de arena, trabajo que se hace cuidadosamente para que no forme huecos ni

dañe las superficies labradas de la máquina.

Re ensamblaje

La bomba hidráulica es una máquina construida con precisión. Las tolerancias entre

las partes giratorias y las estacionarias son muy pequeñas y debe ejercerse el mayor

cuidado para ensamblar adecuadamente sus partes con el objeto de conservar estas

tolerancias. El eje debe estar completamente recto y todas las partes deben estar

absolutamente limpias. Un eje torcido, mugre o lodo en la cara del eje impulsor, o

sobre la camisa de un eje puede ser causa de fallas o daños en el futuro.

Los impulsores, las camisas del espaciador y las del eje constituyen un ensamblaje

resbaladizo bastante ajustado al eje. Debe usarse una pasta delgada de aceite al

ensamblar estas partes en el eje.

Acople de bomba hidráulica

Los acoples de bomba, excepto los de tipo roscado, constituyen un ajuste que se

encogerá ligeramente sobre el eje; con el objeto de ensamblar el acople con

facilidad y precisión, el acople debe expandirse calentándolo a 300°F, en un baño de

aceite y ensamblarse con el eje mientras está caliente.

Las siguientes reglas, evidentemente fundamentales, ayudarán a obtener el servicio más

seguro, el mantenimiento más económico, y la mayor vida posible para las bombas

hidráulicas. El mantenimiento adecuado no comienza con la reparación o la reposición de

las piezas dañadas, sino con una buena selección e instalación, es decir, evitando que haya

que reponer o reparar. Estas reglas estarán basadas en cuatro temes diferentes: Selección,

instalación, operación y mantenimiento.

Selección

·        Indicar al proveedor de bombas la naturaleza exacta del líquido a manejar.

·        Especificar los gastos o caudales máximos y mínimos que pueden llegar a necesitarse, y la capacidad normal de trabajo.

·        Dar información semejante relativa a la presión de descarga o planos, y datos para calcularla.

·        Proporcionar al proveedor un plano detallado del sistema de succión existente o deseada.

·        El proveedor necesita saber si el servicio es continuo o intermitente.

·        Indicar de que tipo o tipos de energía se dispone para el accionamiento.

·        Especificar as limitaciones del espacio disponible.

·        Asegurarse de que se consiguen las partes de repuesto.

Instalación

·        Las bases de las bombas deben ser rígidas.

·        Debe cimentarse la placa de asiento de la bomba.

·        Comprobar el alineamiento entre la bomba y su sistema de accionamiento.

·        Las tuberías no deben ejercer esfuerzos sobre la bomba.

·        Usar tuberías de diámetro amplio, especialmente en la succión.

·        Colocar válvulas de purga en los puntos elevados de la bomba y de las tuberías.

·        Instalar conexiones para altas temperaturas ( según el uso ).

·        Disponer de un abastecimiento adecuado de agua fría.

·        Instalar medidores de flujo y manómetros adecuados.

Operación

·        No debe mermarse nunca la succión de la bomba para disminuir el gasto o caudal.

·        La bomba no debe trabajar en seco.

·        No debe trabajarse una bomba con caudales excesivamente pequeños.

·        Efectuar observaciones frecuentes.

·        No debe pretenderse impedir totalmente el goteo de las cajas de empaque.

·        No debe usarse agua demasiado fría en los rodamientos enfriados por agua.

·        No debe utilizarse demasiado lubricante en los rodamientos.

·        Inspeccionar el sistema ( según su uso ).

Mantenimiento y reparación

·        No debe desmontarse totalmente la bomba para su reparación.

·        Tener mucho cuidado en el desmontaje.

·        Es necesario un cuidado especial al examinar y reacondicionar los ajustes.

·        Limpiar completamente los conductos de agua de la carcasa y repintarlos.

·        Al iniciar una revisión total deben tenerse disponibles juntas nuevas.

·        Estudiar la erosión la corrosión y los efectos de cavitación en los impulsores.

·        Verificar la concentricidad de los nuevos anillos de desgaste antes de montarlos en los impulsores.

·        Revisar todas las partes montadas en el rotor.

·        Llevar un registro completo de las inspecciones y reparaciones.