Cómo elegir el material idóneo para conductos de bombas para líquidos
En sistemas hidráulicos, los tubos de la bomba pueden influir de forma significativa en su rendimiento
A la hora de conectar una bomba de diafragma para líquidos a un sistema, los ingenieros tienen ante sí una gran cantidad de opciones en relación al material de los conductos de la bomba tanto en el lado de salida como en el lado de la presión. A menudo, elegir el material correcto es más complejo de lo que al principio puede parecer. Por ello es crucial conocer los efectos positivos y negativos más importantes que los materiales de los conductos de la bomba pueden tener, así como saber cómo evitar o aprovechar esos efectos.
Gran variedad de materiales para conductos de bombas
En el proceso de diseño de un sistema de fluidos deben tenerse en cuenta numerosos factores, incluyendo tanto el flujo y la presión necesarios como las propiedades del medio. Un aspecto menos destacado es la elección del material para los conductos y tuberías que se utilizan en el sistema. Los conductos rígidos pueden fabricarse en distintos metales y aleaciones metálicas, como acero inoxidable o cobre, así como en distintos polímeros, como cloruro de polivinilo (PVC), polipropileno (PP) o acrílico. Por su parte, las tuberías flexibles pueden fabricarse también en distintos polímeros, como polietileno (PE), politetrafluoroetileno (PTFE) o silicona. Estos materiales presentan propiedades químicas y físicas significativamente diferentes.
Cómo garantizar la compatibilidad química de los conductos de las bombas
Uno de los criterios más importantes a la hora de elegir el material para los conductos de las bombas es la compatibilidad química. Para hacerlo es necesario saber qué medio se va a transferir y las posibles fluctuaciones en la calidad del medio. También es importante conocer la temperatura del medio, ya que las temperaturas altas pueden afectar a algunos polímeros. Con toda esta información, los ingenieros pueden consultar una tabla de compatibilidad química y encontrar un conjunto de materiales que soporten el medio transferido.
¿Por qué la elección del material de los conductos de la bomba es fundamental en el caso de bombas de desplazamiento positivo?
Una vez preseleccionados los materiales teniendo en cuenta la compatibilidad química, pueden tomarse otras decisiones. Dicha selección debería tener en cuenta las propiedades físicas del material, así como las características de la bomba. Esto es especialmente importante cuando se utiliza una bomba de desplazamiento positivo, ya sea una bomba de diafragma convencional peristáltica o de pistón, ya que estas bombas generan pulsación, lo cual influye de forma determinante en el rendimiento de todo el sistema de fluidos. Las bombas de flujo suave de KNF son sin embargo una excepción, ya que, pese a ser bombas de desplazamiento positivo, crean tan poca pulsación que resulta insignificante en este contexto.
Propiedades físicas de los conductos de las bombas
En función del material elegido, los conductos de las bombas pueden presentar distintas propiedades físicas. Un aspecto relevante en este sentido es la suavidad superficial. Cuanto más suave sea la superficie, menor será la fricción durante el bombeo del medio. Esto es especialmente relevante cuando se necesita una velocidad de flujo elevada. Una propiedad aún más importante es la elasticidad del conducto de la bomba, que depende principalmente del grosor de la pared y de la composición del material. Junto con la pulsación de la bomba, esta elasticidad genera un efecto de capacidad que puede repercutir de forma enormemente en el rendimiento de la bomba y de todo el sistema hidráulico.
Las propiedades físicas de los conductos de las bombas son menos relevantes en el caso de aplicaciones de gases que en aplicaciones para líquidos Al contrario de los líquidos, los gases pueden comprimirse y por tanto la pulsación de la bomba no es un problema importante en las aplicaciones de gases. En estas, la pulsación se disipa porque el propio gas actúa como una especie de resorte y no transmite el golpe de la pulsación de una forma tan abrupta.
Explicación del efecto de capacidad de los conductos de las bombas
Dado que los conductos de las bombas son hasta cierto punto elásticos, en presencia pulsación actúan de forma similar a un resorte. Cuando la bomba descarga, la presión en el conducto de salida aumenta y hace que este se expanda y contenga más líquido. Sin embargo, cuando la bomba realiza la carrera de succión, la presión en el conducto de salida disminuye, lo que hace que el material se contraiga convenientemente y expulse líquido. Esta interacción puede provocar efectos armónicos que influyen de forma positiva o negativa en el rendimiento de la bomba y del sistema hidráulico en general.
Los dos vídeos siguientes muestran una simulación de este fenómeno de resonancia. El conjunto está formado por un pistón en el lado derecho que simula pulsación y un tubo de PVC-P con un diámetro interior de 4 mm, un grosor de pared de 1 mm y una longitud de 1,5 m. El tubo está conectado a un reservorio por el lado derecho. En el vídeo 1, el pistón se desplaza a 1200 rpm y en el vídeo 2, a 2700 rpm. Esta variación de frecuencia es la única diferencia entre las dos configuraciones y tiene un efecto considerable en las condiciones de presión dentro del tubo. En ambos casos, el pistón genera la misma cantidad de flujo por carrera. Sin embargo, la presión en el tubo es significativamente diferente. A una velocidad de 1200 rpm, el pistón más lento genera aproximadamente el doble de presión en el conducto de salida. Esta importante diferencia de presión se basa en el efecto de capacidad del conducto.
Cómo solucionar problemas armónicos en los conductos de las bombas
Cuando la pulsación de la bomba provoca problemas armónicos junto con los conductos, el problema se puede abordar de distintas formas. Un método es probar con distintas longitudes, diámetros, grosores de pared y materiales de los conductos. Los materiales más flexibles suelen ayudar a amortiguar los efectos de la pulsación. Sin embargo, dada la complejidad de estas interacciones, este enfoque no es planificable. En muchos casos, el método de prueba y error es la única forma de dar con soluciones eficaces. Factores como el material y la longitud de los conductos o la temperatura del medio pueden influir enormemente en el rendimiento del sistema de formas impredecibles.
Una solución más fiable implica utilizar amortiguadores externos en los lados de entrada y salida de la bomba. Sin embargo, aunque son eficaces, los amortiguadores externos aumentan el tamaño y la complejidad del sistema y añaden potenciales puntos de fallo y de fuga.
Una alternativa superior y extremadamente fiable es el uso de la tecnología Smooth Flow de KNF. Estas bombas combinan las ventajas de la tecnología de bombas de diafragma con una pulsación considerablemente menor. Esto se consigue mediante amortiguadores internos avanzados o utilizando hasta cinco diafragmas que funcionan en paralelo con desfases que suavizan picos de pulsación individuales. Gracias a este avanzado y exclusivo diseño, KNF ofrece una solución idónea para aplicaciones en las que pueden aparecer problemas armónicos en los conductos.
