Title: Materials Formatius
Course: Elements d'impulsió de líquids (bombes) > Section: 3: Selecció

Com sempre, l'estudi dels materials t'ha d'ajudar a anar fent les activitats a mesura que vagis avançant.

Aspectes generals

Coneixem les bombes i les seves propietats, que hem anat veient en els temes anteriors. De què serveix això?

Doncs per poder triar les que ens vagi millor per a l'ús que ha de tenir.

Quines bombes s'usen per als diferents casos de transport de fluids?

Veiem unes consideracions generals.

A la figura adjunta es pot veure un resum molt genèric dels tipus de bombes descrits i el seu marge d'aplicació, en funció de la càrrega total i del cabal demandats.

Poden extreure una sèrie de conclusions:

- Es pot seleccionar més d'un tipus de bomba per a la majoria de situacions.

- Per a càrregues molt altes cal usar bombes de desplaçament positiu, rotatives o alternatives.

- Per a cabals elevats cal triar bombes centrífugues amb l'inconvenient que la càrrega no pot ser molt alta.

- Les bombes d'hèlix (axials i mixtes) són adequades per a cabals molt alts però amb poca càrrega.

Hi ha bombes impulsades per mecanismes diferents dels motors elèctrics (turbines de vapor, per exemple) que poden anar a velocitats molt superiors i que permeten, segons les lleis d'afinitat, operar amb bombes centrífugues a càrregues més elevades.

D'altra banda, hi ha sempre unes condicions particulars per a cada transport:

- Tipus de producte transportat i les seves particularitats: corrosió, abrasió, estabilitat, temperatura, viscositat, pressió de vapor, inflamabilitat, entre d'altres.

- Sistema de transport que s'utilitza: condicionants físics d'espai, inici i final, canonades, forma de regulació.

- Requeriments especials: per a indústries de farmàcia o alimentació, per a indústries de productes químics perillosos, etc .

Si no hi ha condicionants relacionats amb l'aplicació o el producte transportat, la selecció de la millor bomba obeeix a criteris bàsics com l'economia: triar aquella bomba amb el cost de cicle de vida (cost durant la vida útil) menor , el que vol dir que no ha de ser la més barata en el moment de la compra, sinó que s'ha de tenir en compte:

- Cost d'adquisició.

- Cost d'instal· lació, i si influeix en el conjunt del sistema de transport .

- Costos d'operació, especialment el cost energètic, molt important en bombes de serveis auxiliars que funcionen de forma contínua.

- Costos de manteniment i supervisió, incloent el temps d'aturada de producció per fer-lo.

- Costos per vessaments de producte, tant per pèrdues com per efectes ambientals que puguin ocasionar.

- Costos de desmuntatge i reciclatge de la bomba.

AUTOAVALUACIÓ
Fes ara l'autoavaluació F ciclant aquí sobre.

La primera del tema és senzilla. Després ja podràs passar de pàgina.

Selecció de bombes segons el producte a transportar

Entre bomba i producte cal aconseguir una bona relació. No tots els productes s'avenen amb un determinat tipus de bomba. Anem a veure el perquè.

Podem dir que el producte que es transporta és un dels factors decisius a l'hora de seleccionar un tipus de bomba.

Per veure-ho, el que farem serà veure quines propietats o característiques del fluid influeixen en la selecció i després ho resumirem en una taula.

A.- Densitat. Té efecte directe en la càrrega o alçada i, per tant, en la potència de la bomba. Afecta molt quan hi ha canvis de producte: és adequat utilitzar bombes amb velocitat variable per optimitzar-ne l'ús.

B.- Viscositat. Afecta molt a les pèrdues de càrrega incrementant i reduint l'altura d'impulsió. També dóna problemes en l'aspiració: el NSPH disponible es reduirà al augmentar la viscositat.

A viscositats elevades, el rendiment de les bombes centrífugues baixa molt i és aconsellable utilitzar bombes volumètriques. Per sobre de 300 cSt (l'aigua té 1 cSt , recorda-ho) no s'aconsellen bombes centrífugues i sí les volumètriques.

Les bombes de desplaçament positiu, perquè tinguin un bon rendiment, acostumen a ajustar la velocitat de manera inversament proporcional a la viscositat: A més viscositat, menys velocitat .

En les alternatives podem tenir un problema d'ompliment de l'èmbol per culpa de la viscositat. Les bombes rotatives són, en aquest sentit, molt millors, especialment les d'engranatge . Les de paletes lliscants no són adequades per a altes viscositats.

C.- Pressió de vapor. Ja hem vist que té influència en la cavitació. Totes les bombes poden cavitar però el problema és especialment important en les bombes centrífugues. Per tant, si hi ha risc, és millor agafar un altre tipus de bomba.

D.- Agressivitat química (poder de corrosió ). Ja vam veure en les conduccions l'efecte de la corrosió i es poden aplicar perfectament a les bombes. Es tracta de triar materials de construcció el més compatibles possible .

E.- Estabilitat. El bombat amb forces molt importants (centrífugues en la descàrrega o de cisalla en aspiració) poden danyar els productes (per exemple en alguns polímers per plàstics o proteïnes poden trencar enllaços químics modificant els productes); això pot fer més recomanable treballar amb altres bombes, com la peristàltica, o fer servir bombes sobredimensionades, treballant a baixa velocitat.

F.- Inflamabilitat o toxicitat. Cal assegurar que no surti producte a l'exterior en aquests casos. Bombes sense juntes són les adequades. Les d'acoblament magnètic o les encapsulades serien les millors. Altres bombes sense juntes són la peristàltica i la de diafragma.

G.- Sòlids en suspensió (abrasió). Provoquen obturacions i el desgast de rotors, especialment en aquelles zones d'ajust molt fi entre peces. Les d'èmbol són les menys adequades per l'ajust tan fi de l'èmbol al cilindre. Les rotatives són adequades però, si els sòlids són durs, també pateixen desgast. Les millors són les rotodinàmiques de rodet obert i descàrrega axial (d'hèlix) ja que minimitzen les zones de contacte entre bomba i producte.

H.- Poder lubricant. Per lubricar segells i empaquetadures, si el producte és lubricant facilita el transport, ja que ell mateix actua sense necessitat d'altres productes. En productes no lubricants o amb sòlids abrasius cal lubricació externa amb un altre producte. L'elecció de la bomba està en funció de si el lubricant és compatible amb el producte, perquè pot entrar a l'interior, i si es pot barrejar amb el producte que es transporta.

Considerant l'aigua com el líquid tipus a bombar i les bombes centrífugues com les més emprades, la selecció de bombes per a altres fluids amb propietats diferents de les de l'aigua es pot fer amb els criteris indicats a la taula, on una creu significa que pot usar-se amb algunes reserves i la doble aspa que és d'ús preferent. El signe menys indica que no estan recomanades:

Tipus de bomba | Hèlix | Èmbol | Diafragma | peristàltica | Paletes flexibles | lòbuls | engranatges | cargol simple
Propietat del fluid
Viscositat elevada | - | - | - | x | x | xx | xx | xx
Producte corrosiu | - | x | xx | xx | - | x | - | x
Baixa estabilitat | x | - | x | xx | xx | xx | - | xx
Producte perillòs | - | - | xx | xx | - | - | xx | -
Producte abrasiu | xx | - | xx | xx | - | - | - | -

Selecció de bombes segons les condicions del procés

Deixant de banda cabals, càrregues i tipus de producte, quins criteris més hi ha per seleccionar un tipus de bomba o un altre?

Les condicions del procés són importants: ús continu o ocasional, tipus d'indústria, condicions d'ús o servei, entre altres.

A.- Condicions de servei. Afecten la selecció, basada sobretot en els materials de construcció o en l'ajust entre part fixa i mòbil:

A.1.- Funcionament en sec (que en determinats moments es puguin quedar sense producte): peristàltica, diafragma i paletes flexibles (una part en contacte amb el producte és elàstica).

A.2.- Autoencebant: paletes flexibles, cargol, engranatges externs, peristàltica (rotatives) .

A.3.- Neteja in situ (no s'ha de desmontar): diafragma, lòbuls, centrífuga.

A.4.- Dosificació de producte (ajust fi del cabal necessari): engranatges externs, peristàltica, d'èmbol, algunes de diafragma. Les de diafragma i peristàltiques no dosifiquen bé contra elevades pressions.

Una de les condicions de procés que cal tenir especialment en compte és la temperatura de treball.

B.- Temperatura de treball. Afecta moltes de les propietats del producte vistes en l'apartat anterior (pressió de vapor, densitat, viscositat) i, a més, pot afectar la bomba: estabilitat del material o dilatacions desiguals que donin lloc a problemes d'ajust i bloquejos.

Quant a les temperatures de treball , les bombes que tenen parts elàstiques no metàl·liques ( peristàltica o de paletes flexibles, per exemple) tenen normalment uns 100 °C de temperatura màxima de treball.

Tampoc poden pujar molt les que tenen parts mòbils molt ajustades a les fixes i en què la dilatació pot afectar el funcionament (cargols, lòbuls, d'èmbol o de pistó), que es troben entre els 100 i els 200 °C.

Finalment, les centrífugues i les d'engranatges poden passar de 250 °C.

C.-Tipologia de procés. Les bombes centrífugues tenen una àmplia aplicació en les indústries de procés químic, tant pel tipus de productes que poden transportar com per les condicions de cabal i càrrega.

Un dels punts més febles de les bombes són les possibles fuites en el mecanisme de tancament entre l'eix que ve del motor i el cos de la bomba (premsaestopes i segells mecànics) que ha de tancar la possible sortida de producte.

En aplicacions per a refineries i en producció de productes tòxics, l'ús de bombes encapsulades o d'acoblament magnètic va adquirint molta importància ja que es garanteix que no hi haurà sortida de producte.

També les bombes de diafragma, en què l'eix no penetra al cos sinó que impulsa la membrana des de fora són bones per a aplicacions especials.

En processos farmacèutics o alimentaris, el tipus de bombes a seleccionar ha de ser resistent a tractaments d'esterilització i neteja (temperatura i productes tòxics i corrosius) , de vegades sense desmuntatge de la línia (neteja in situ o CIP, sigles de l'anglès "Clean in place"). Han de ser bombes amb accés fàcil a l'interior per a una adequada neteja. Aquestes condicions exigeixen que a la bomba no hi ha de quedar líquid retingut fins a l'ús següent: no s'han d'utilitzar aquelles que tinguin càmeres d'acumulació de fluid. Les bombes amb pocs racons i fàcilment higienizables són especialment adequades: peristàltiques, de lòbuls, etc. També els materials de construcció han de ser compatibles amb el consum dels productes.

AUTOAVALUACIÓ
Fes ara l'autoavaluació G ciclant aquí sobre.

Ha arribat l'hora de saber triar una bomba. A veure si te'n surts. Després ja podràs passar de pàgina.

Materials de construcció

Els materials de construcció de les bombes han de ser, com en el cas de les conduccions, adequats a les situacions de treball.

El preu de l'impulsor o de la bomba completa no és el mateix que el d'una canonada. Són molt més cares les bombes.

Això obliga a tenir una atenció especial en els materials de construcció.

A més, hi ha zones de possible fregament i desgast, en haver-hi peces mòbils (rotor) molt ajustades a peces fixes (estator).

Els acers inoxidables del tipus F314 i F316 són dels materials més emprats: per la seva resistència a la corrosió, en la indústria química, i per la seva estabilitat i no alteració del producte transportat, en la indústria farmacèutica i alimentària. Aquest tipus de materials es fan servir, sobretot, en les zones de contacte amb el producte.

S'han desenvolupat multitud de materials elàstics derivats del cautxú i afins (elastòmers), que, juntament amb els plàstics, s'utilitzen cada vegada amb més freqüència en substitució de l'acer inoxidable.

El desavantatge és la resistència a la temperatura, molt millor en els acers.

En rodets de bombes centrífugues cada vegada s'usen més resines de polièster o epoxídiques reforçades amb fibra de vidre.

S'han desenvolupat molts elastòmers i s'aconsegueix que aguantin també elevades temperatures: el neoprè, el cautxú de nitril, el poliuretà i el vitó (un polímer d'hidrocarbur fluorat d'elevada resistència i d'aplicació en condicions molt agressives). S'utilitzen molt en la part elàstica de les bombes de diafragma i per recobrir materials. Poden formar part de l'estator de les bombes de cargol simple o del rotor de les bombes de paletes flexibles.

La documentació que vas veure a la unitat de treball anterior referent a les juntes de brides i unions és perfectament vàlida pel que fa a les bombes que tenen components d'aquests elastòmers o tenen peces recobertes d'aquests. Aquí trobaràs un document útil, on a la taula de materials pots veure l'estabilitat química, tèrmica i mecànica. Aquests són criteris bàsics a l'hora de triar els materials de construcció d'una bomba.

L'Institut Nacional de Seguretat i Higiene en el Treball ( INSHT ) ha editat una guia sobre materials en contacte amb productes químics. La primera taula mostra les característiques de cada material (resistència , temperatures de treball , entre d'altres) i serveix de guia per a la selecció dels materials en bombes.

Clica sobre aquest text per obtenir-la i poder-la llegir. No és necessari saber-la però si és important entendre-la per poder-la fer servir.

L'ús de materials rígids no metàl·lics com la ceràmica, porcellana i vidre és molt restringit. Donen una resistència química molt elevada però són materials molt febles mecànicament (amb un cop es trenquen amb facilitat). S'apliquen en determinats processos molt corrosius i en bombes petites, sobretot el vidre i l'ebonita.