Las bombas de pistón

¿Qué son las bombas de pistón?

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%.

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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Las bombas centrífugas con el impulsor cerrado

Los impulsores cerrados tienen los álabes colocados entre dos paredes laterales. Las tolerancias muy cerradas evitan fugas de retroceso entre la impulsión y la aspiración.

La principal ventaja de esta solución es que los aros de cierre se pueden reemplazar fácilmente, así evitando fugas mayores.

Para minimizar el desgaste, se pueden aplicar materiales especiales según las condiciones de trabajo.

Empuje axial en impulsor cerrado de bombas centrífugas

1. Presión de impulsión. 2. Presión de impulsión. 3. Fuerzas equilibradas. 4. Fuerzas desequilibradas. 5. Aros de cierre.

Los impulsores axiales, por su misma estructura, sólo pueden ser semiabiertos o cerrados, ya que sus álabes se pueden considerar como apoyados lateralmente en el eje de rotación.

Los impulsores de doble aspiración llevan aros de cierre en los dos oídos. Se pueden considerar como dos impulsores de aspiración simple, opuestos y en paralelo.

Sus ventajas son:

• Ausencia de empuje axial.
• Una menor NPSHr (su definición está al final de este artículo).
• Una mayor capacidad de aspiración.

Los impulsores de simple aspiración sólo tienen aros en ambos lados, lo que implica una desventaja para el equilibrio hidráulico.

Los impulsores cerrados pueden resistir mucho mejor cualquier flexión del eje, contracciones y dilataciones. Son más adecuados para servicios de altas temperaturas.

Tienen la desventaja de que sus canales son normalmente inaccesibles para cualquier tipo de mecanizado.

Hidráulicamente, el rozamiento de disco es doble al tener dos paredes en el impulsor, pero las pérdidas volumétricas son menores.

La posibilidad de obstrucción con líquidos sucios es mayor.

Definición del valor NPSHr o Presión Neta de Succión requerida

NPSH significa “Presión Neta de Succión” o Net Positive Suction Head en inglés. Es una característica propia de la bomba, se define como la energía necesaria para llenar la parte de aspiración y vencer las pérdidas por rozamiento y aumentar la velocidad. En definitiva es la energía del líquido que una bomba necesita para funcionar satisfactoriamente. Su valor puede determinarse tanto por prueba como por cálculo.

Para una bomba centrífuga el NPSH requerido es la cantidad de energía necesaria, expresada en metros columna de líquido para:

• Vencer las pérdidas de carga desde la abertura de admisión (entrada) a los álabes del impulsor.
• Crear la velocidad deseada de corriente a los álabes, ya que es necesaria una velocidad mínima.

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FUNDAMENTOS DE LA OPERACIÓN DE LOS EQUIPOS DE REFRIGERACIÓN

Compresores.

Los compresores más comúnmente empleados en los sistemas de refrigeración de alimentos son los de pistón o émbolo, los rotatorios y los centrífugos. Los dos primeros son de desplazamiento positivo, efectuándose la compresión del vapor mediante un miembro compresor. En los de pistón, como su nombre indica, el miembro compresor es un pistón mientras que en los rotatorios el miembro compresor puede ser un pistón rodante, una aleta rotatoria o un lóbulo helicoidal o tornillo. En el compresor centrífugo la compresión se produce por la acción de la fuerza centrífuga la cual es desarrollada a medida que el vapor es girado por un impulsor de alta velocidad.
El tipo de compresor empleado en cada aplicación específica depende del tamaño y la naturaleza de la instalación y del refrigerante utilizado.
El compresor pistón constituye uno de los más divulgados en los sistemas de refrigeración de alimentos, adaptándose especialmente a refrigerantes que requieran desplazamientos relativamente pequeños y presiones de condensación relativamente altas.
La potencia requerida por unidad de capacidad de refrigeración y el volumen de succión por unidad de capacidad de refrigeración constituyen indicadores de la operación de estos compresores.
Entre los cálculos que pueden realizarse están la determinación de la capacidad de refrigeración y la potencia requerida al variar las temperaturas de evaporación y condensación. Asimismo, la selección de un compresor para condiciones específicas de operación reviste resulta de importancia práctica.

Evaporadores.

El equipo donde se produce la ebullición del refrigerante producto de la absorción de calor desde el foco frío recibe el nombre de evaporador. Aunque lo que se produce es una ebullición y no una evaporación, universalmente se acepta la denominación de evaporador para designar al equipo donde ocurre este proceso.
Debido a la cantidad y variedad de requisitos que deben cumplir estos equipos en función de sus diversas aplicaciones, ellos son fabricados en una amplia gama de tipos, formas, dimensiones y diseños, pudiendo clasificarse según el medio refrigerado, el principio de operación, las características de la superficie de transferencia y según la forma de circulación del fluido a enfriar.
La capacidad de refrigeración de un evaporador está dada por la razón a la cual se trasmite el calor a través de sus paredes, proveniente del espacio o producto refrigerado al refrigerante líquido que circula por su interior, el cual se vaporiza. Esta capacidad está determinada por los factores que gobiernan la transferencia de calor a través de cualquier superficie, esto es, el coeficiente de transferencia de calor, el área de transferencia y la diferencia de temperaturas.
La selección de evaporadores para una aplicación específica constituye un elemento de utilización práctica.

Condensadores.

El calor total rechazado en el condensador incluye tanto el calor absorbido en el evaporador como la energía equivalente al trabajo de compresión. Cualquier calor absorbido por el vapor de succión desde el aire de los alrededores también forma parte da la carga térmica del condensador. Como el trabajo de compresión por unidad de capacidad de refrigeración depende de la relación de compresión, la cantidad de calor rechazado en el condensador varía con las condiciones de operación del sistema.
Los condensadores se agrupan de manera general en enfriados por aire, enfriados por agua y evaporativos.
De igual forma que los evaporadores la capacidad del condensador está determinada por los factores que rigen la transferencia de calor.
La selección de condensadores para una aplicación dada resulta de interés práctico.

Dispositivos de expansión.

Los dispositivos de expansión tienen una doble función, la de reducir la presión del líquido refrigerante y la de regular el paso de refrigerante a través del evaporador.
Entre estos dispositivos se encuentran el tubo capilar, la válvula de expansión manual, la válvula de flotador y la válvula termostática.
La localización de estos dispositivos así como sus accesorios resultan de especial importancia ya que de ello dependerá su adecuado funcionamiento.

Sistema.

Una consideración importante es establecer las relaciones de balance entre las secciones vaporizante y condensante del sistema, esto es, que la rapidez con que se lleve a cabo la ebullición sea igual a la rapidez con que se produce la condensación.
Como todos los componentes del sistema están conectados en serie, el flujo de refrigerante que circula a través de ellos es el mismo, por lo que la capacidad de todos ellos coincidirá. La selección de los equipos del sistema debe garantizar igual capacidad de refrigeración a la temperatura de ebullición requerida para lograr remover la carga térmica. Sin embargo, cuando todos los equipos no cumplen con esta condición resulta importante determinar el punto de equilibrio correspondiente a esta condición.

Carga térmica.
La carga térmica o carga de refrigeración constituye un cálculo importante en los sistemas de refrigeración. Esta carga es el calor que debe ser removido desde el foco frío, a través del evaporador, para que en él se mantenga la temperatura requerida.

Las fuentes que contribuyen a la carga térmica son:
1. Carga de los productos: se incluyen las cargas originadas al llevar el producto, los envases y embalajes y los medios de sustentación empleados en las cámaras, a la temperatura de conservación; en el caso de la refrigeración de frutas y vegetales esta carga debe contemplar además el calor de respiración.
2. Carga por transferencia de calor a través de estructuras: comprende las cargas térmicas debido al calor que se transfiere desde el exterior a través de paredes, techo y pisos de las cámaras.
3. Carga por ventilación: se refiere a la carga térmica debida a la ventilación controlada de los productos. El almacenaje refrigerado de frutas y vegetales frescos requiere de esta ventilación para garantizar que la composición de la atmósfera del almacén no se afecte por la propia actividad metabólica de estos productos.
4. Carga por apertura de puertas: esta carga térmica es consecuencia de la apertura de las puertas, lo que provoca que el aire exterior penetre a la cámara.
5. Carga por el personal: se encuentra referida al calor que aportan las personas que penetren en la cámara, resultando dependiente de la temperatura en esta y de la actividad que se realiza.
6. Carga por equipos eléctricos: incluye las cargas por la iluminación así como por motores en funcionamiento dentro de la cámara, básicamente referidos a los de los evaporadores con movimiento forzado del aire.
Las variables que intervienen en el cálculo de las diferentes cargas térmicas pueden evaluarse haciendo uso de información reportada en la literatura.