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Bomba de Doble Efecto

Introducción

Las bombas de desplazamiento positivo alternativo están conformadas por un motor, un cilindro, un émbolo, un vástago, una biela, una manivela, una válvula de succión y una válvula de impulsión; en nuestro caso utilizamos un pistón doble, dos tuberías de aspiración, dos tuberías de impulsión, cada una con sus respectivas válvulas y una manilla unida al brazo de los pistones para accionarla manualmente. Un aspecto importante de las bombas de desplazamiento positivo alternativo, es que su caudal no varía con respecto a la presión sino en función del volumen de la cámara o de las revoluciones que desarrolla debido a su funcionamiento, puesto que al desplazar un volumen, la presión puede aumentar o disminuir, pero el volumen permanecerá igual, por lo tanto el caudal será el mismo, lo cual hace que ésta teóricamente pueda trabajar con presiones infinitas, sin embargo esta presión es limitada a los materiales con la que esté construida la bomba, Estas bombas se pueden clasificar según el número de émbolos que tengan o su funcionamiento, las cuales son simplex y multiplex, también como de simple efecto o doble efecto; las bombas de simple efecto son aquellas donde el funcionamiento es el ya antes descrito, mientras que las de doble efecto hacen el mismo funcionamiento pero también utilizando el volumen ocupado por el vástago, lo cual provoca, por ejemplo, que el pistón hace una carrera de descarga del lado derecho, del lado izquierdo hará una carrera succión, y viceversa; las bombas simples son básicamente bombas de simple efecto, mientras que las múltiples son bombas compuestas de dos o más bombas ya sea de simple efecto o doble efecto, siendo las más conocidas las dúplex (doble efecto)

Marco teórico

Las bombas de doble efecto funcionan bajo el principio de desplazamiento positivo que consiste en el movimiento de un fluido (incompresible) causado por la disminución del volumen en una cámara. Esta variación de volumen ocurre por medio del movimiento del émbolo; al momento de que éste aumenta de volumen, se crea un vacío, el cual succiona desde una tubería de succión (que está controlada por un válvula de succión) al fluido que se desea desplazar; después el émbolo disminuye el volumen de la cámara y el fluido (al ser incompresible) tiende a salir por una tubería de descarga (que también es controlada por una válvula llamada de descarga). En nuestro caso dividimos el embolo en dos, para colocar la manilla de accionamiento en la parte central de la bomba, de esta forma el funcionamiento podría ser descrito como dos bombas de efecto simple funcionando en oposición. Sin embargo el funcionamiento es idéntico al de doble efecto. Volumen de líquido desplazado en cada ciclo. Corresponde al producto entre el área del pistón y la carrera que este tiene

Con

Diámetro del pistón: D = 44,5 (mm) Carrera del pistón L = 130 (mm)

Pero, al ser de doble efecto, en cada ciclo se bombea el doble de este volumen de líquido. De esta manera tenemos que:

Debido a que el accionamiento es manual, el caudal depende de la persona que opere la bomba. Un valor razonable para esta bomba sería de 35 ciclos por minuto, lo que nos daría un caudal Q de:

Planificación El proyecto fue pensado para ser terminado en 8 semanas, las etapas y sus tiempos se muestran en la siguiente carta Gantt.

Carta Gantt Proyecto de Maquinas Hidráulicas, Bomba de doble efecto.

nº 1

3

Actividades. Diseño y compra de materiales. Dimensionado de cañerías y otros. Fabricación de pistones.

4

Ensamblajes.

5

Detalles finales.

2

17-oct 24-oct 31-oct 07-nov 14-nov 21-nov 28-nov 05-dic

=

Trabajo fuera de taller.

=

Trabajando en taller maquinas herramientas.

Diseño El desarrollo de nuestro proyecto, consistió en encontrar un diseño distinto a lo conocido, y para eso, desarrollamos 2 modelos en croquis. El primero de ellos consistía en el típico modelo con cuatro válvulas, pero la diferencia estaba que este llevaría un disco en el centro, tipo cigüeñal que pudiera mover ambos pistones a la vez, uno aspiraba y el otro impulsaba; pero el principal problema fue la sujeción del cigüeñal, por tanto deberíamos encontrar otra forma de mover dichos pistones. El desarrollo de esta idea se volvió infectable debido a que llevaría demasiado tiempo su construcción. El segundo fue vasado del anterior pero se modificó la forma de accionamiento del sistema por una más fácil de fabricar y de ensamblar. Así surgió la idea de remplazar el cigüeñal que trasmitiría el movimiento a ambos pistones a través de una palanca con un movimiento circular por una palanca con un movimiento rectilíneo uniforme, esta palanca iría en el centro de ambos pistones que se unían a través de un eje, como lo muestra la siguiente figura.

El diseño consta de una tubería de aspiración de 32(mm), que se divide en dos tuberías de 50(mm) para alimentar ambas caras del embolo doble. Cuatro válvulas de no retorno de (3/4 in) para dar curso al flujo de agua. Un embolo doble de 50(mm) de diámetro accionado manualmente por una mañilla en su parte central y una tubería de impulsión compuesta por la unión de las tuberías de impulsión de cada rama.

Funcionamiento La bomba que construimos es autocebante, esto quiere decir que genera suficiente presión para llenarse a sí misma de agua. Suponiendo la bomba ya cebada se describe a continuación su funcionamiento durante un ciclo. 1. 0 ciclos, la manilla completamente a la izquierda es el punto inicial.

2. ½ ciclo, la manilla de mueve hacia la derecha hasta su tope. De esta forma el compartimiento izquierdo se llena de agua, mientras que el agua contenida en el compartimiento derecho es empujada hacia la tubería de impulsión.

3. 1 ciclo, la manilla es empujada hacia la izquierda hasta el tope completando un ciclo. De esta forma el compartimiento derecho se llena con agua mientras que el izquierdo envía la suya hacia la tubería de impulsión.

Construcción El primer paso fue buscar los materiales disponibles en el comercio, los cuales nos permitieran desarrollar el proyecto. No fue fácil seleccionar los materiales, ya que no todos cumplían con los características deseadas , en algunos tuvimos que evaluar de que forma mecanizarlos para lograr las piezas buscadas; un ejemplo de esto fueron los pistones, los cuales fueron construidos uniendo una tapa y una reducción, su diámetro fue ajustado mediante maquinado. El segundo paso fue el mecanizado en taller maquinas herramientas. Mecanizado de 8 reducciones, de pvc las cuales nos existían en el mercado, en ese momento por tanto se tornearon. Media original 23,5 mm a 22mm. Mecanizado de pistones. Estos fueron construidos de una tapa de PVC y una reducción, se unieron con pegamento vinilit, secado lento ,para luego tornearlo, medida original 51mm a 44,45 mm medida de diámetro interior del tubo de diámetro exterior de 50 mm. Con sus respectiva ranura para un o-ring de 1 mm.

Frezado de tubo de 50 mm, en donde se ubicaría el recorrido de la palanca para generarle a través de ella el movimiento rectilíneo a los pistones. Las dimensiones de este frezado fueron, realizar una ranura de un largo de 130 mm y un ancho de 25.4mm.

Terminada la etapa de mecanizado pasamos a la etapa de montaje y pruebas. En esta etapa nos encontramos con un grave problema, que consistió en que el pistón se agripo al realizar su montaje. Cuando unimos la tubería que contenía al pistón con la “T” lateral de PVC, no tomamos en cuenta la pequeña diferencia de diámetro los que causo que el pistón quedara fuertemente aprisionado. Debido a la rápida acción del pegamento perdimos la unión comlleta. La solución que encontramos a este problema fue reconstruir las piezas, pero esta vez torneando los extremos del tubo para que tuvieran una unión sin apriete. El siguiente paso fue hacer una prueba sin pegar las piezas finales, con el propósito de que si ocurriera lo mismo, se pueda desarmar sin perder el material; esta prueba fue un éxito, porque se procedió a pegar las piezas en forma definitiva. Una vez pegado todo en su lugar, realizamos una prueba final. La bomba era capaz de generar un caudal aceptable con pérdidas despreciables. Datos técnicos: Diámetro del pistón: 44,5 (mm) Carrera del Piston: 130(mm)

Conclusión

En un comienzo pensamos que la presión que ejercía la bomba no sería suficiente para mover las válvulas, ni menos cebar la bomba. Sin embargo al hacer las primeras pruebas pudimos comprobar que la presión era más que suficiente para hacerlo y que el tiempo de cebado era bastante corto, lo que nos hiso confiar que el desempeño de la bomba seria bueno.

La estructura de PVC es bastante frágil, perdimos toda una sección de la bomba al dejarla caer por descuido desde una altura bastante pequeña. Este accidente causo múltiples fracturas en reducciones con secciones pequeñas. Desde ese momento, nos preocupó que el sistema escogido para mover los pistones fuera capaz de soportar las cargas a las que estaría sometido durante el funcionamiento. Por eso cambiamos los diámetros del brazo que unía internamente los pistones y de la manilla que estaba conectada a este. Con lo que logramos un buen funcionamiento sin fallas en el material.

Todas las bombas presentan perdidas, la nuestra no es la excepción. Debido al sistema que escogimos, existe una notoria fuga de agua a través de la manilla de accionamiento, a pesar de que le instalamos o-rings a los pistones. Sin embargo está perdida de caudal es muy poca en comparación con el caudal útil que es capaz de desplazar.

Como punto final a destacar es la robustez y confiabilidad de la bomba. Si bien no fue la bomba con mayor caudal, fue la única que no necesito de mantenimiento antes ni después de la prueba, no se quedó trabada en ningún momento ni fue necesario lubricarla. Cuando diseñamos la bomba nos esforzamos en lograr que funcionara en forma correcta sin necesidad de mantención frecuente ni cuidados especiales y creemos que lo logramos plenamente.