Universidad de Chile
Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas
Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química
Propiedades Físicas y Estructura de Materiales

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
BOMBAS DOSIFICADORAS

Alumno: Barcyette Henríquez Pastene
Profesor: Eduardo Castro Montero
Ayudante: Pamela Gonzalez Remedi
Fecha de Entrega: martes 29 de septiembre de 2009
Santiago, 29 de Septiembre de 2009

Señor
Eduardo Castro Montero
Profesor de propiedades Físicas y Estructuras de Materiales
Departamento de Ciencias de los Alimentos y Tecnología Química
Facultad Ciencias Químicas y Farmacéuticas
Universidad de Chile
PRESENTE

De mi consideración,

Me dirijo a usted con el fin de hacerle entrega de mi informe sobre Bombas Dosificadoras. Éste consiste en una vista general del funcionamiento y características de las bombas dosificadoras y su apropiada selección e instalación según la actividad a la que se destina. Ademas se mencionan las areas de la industria donde se precisa su utilización, especificando su uso en la industria alimenticia.

Atentamente,

Barcyette Henríquez Pastene
Alumna Ingeniería en Alimentos
Universidad de Chile

Resumen

Introducción

De la generalidad, las bombas pueden ser clasificadas en dos grandes grupos:

• Dinamicas: Generan una velocidad en el fluido bombeado por medio de un aporte de energía mecanica. Dentro de estas encontramos las bombas centrífugas, Periféricas y Especiales
• Desplazamiento Positivo: Guían al fluido que se desplaza a lo largo de toda su trayectoria, el cual siempre esta contenido entre el elemento impulsor (un émbolo, un diente deengranaje, un aspa, un tornillo) y la carcasa o el cilindro. Generando cilindradas. Se les llama de “desplazamiento positivo” pues el movimiento del fluido es causado por la disminución del volumen de una camara. Debido a que en su funcionamiento la camara aumenta de volumen (succión) o disminuye de volumen (impulsión) se les denomina usualmente “Bombas volumétricas”. Dentro de estas encontramos bombas reciprocantes (alternativas) y rotatorias.

Las Bombas dosificadoras son clasificadas como bombas volumétricas alternativas y forman parte de las diversas técnicas de dosificación, como lo son:
-Las bombas rotativas (de engranaje, de lóbulo, de tornillo, peristalticas, entre otras)
-La dosificación ponderal (generalmente por gravedad)
-Las bombas de tipo centrífugo con valvula de regulación asociada
-Las bombas alternativas de velocidad variable, entre otras

Todas estas técnicas persiguen una adecuada dosificación de sustancias químicas, de modo de generar en las empresas que las empleen, el mejoramiento de sus rendimientos, la rentabilidad de sus inversiones y la fiabilidad en sus resultados.

Bombas Dosificadoras

 Las Bombas Dosificadoras pertenecen a la familia de las bombas volumétricas alternativas pues generan una cilindrada, ha diferencia de las bombas centrifugas, que generan una velocidad en el fluido.
A modo simple de entendimiento, son capaces de transferir un líquido dosificandolo a la vez.
Estas se caracterizan por

• Su precisión la cual puede alcanzar + 0.5 con garantías de linealidad, repetitividad y fidelidad.
• Su polivalencia, pues es utilizada para dosificar todos los fluidos en numerosos campos comoel tratamiento de aguas, petróleo y gas, industria química, industria alimentaria, minerales, agricultura, entre otros.
• Su fiabilidad, ya que se trata de una técnica probada en condiciones extremas.
• Su regulación, debido a que posee una cilindrada regulable.

La selección de ésta es regida según los siguientes parametros

• Las características de caudal y presión, pues a partir de estos dos parametros se tiene la dimensión de una potencia y ésta determina el modelo de bomba a proponer.
• La naturaleza del fluido a dosificar, lo que comprende:

*La viscosidad del fluido: Cuando es superior a 50 centipoises, la viscosidad del producto a bombear es, a veces, un factor que limita la elección de una bomba dosificadora: una alta viscosidad dificulta el bombeo, y puede ser necesario adoptar valvulas asistidas o especiales.

*Fluido claro o cargado: Un fluido cargado, y especialmente si la carga es abrasiva, condiciona la elección de la tecnología del dosificador de la bomba. En este caso, sera adecuada la elección de una bomba de tipo 'de membrana' a una bomba 'de pistón'.

*Compatibilidad química con el dosificador: El material del dosificador sera seleccionado en función de la temperatura, de la concentración de los productos y de las
indicaciones dadas en la tabla de corrosión.

*Densidad, Tensión de vapor, NPSH: Pueden condicionar la elección de un tipo de bomba o de una tecnología de dosificador.
El término “NPSH” (Net Positive Suction Head) traduce la energía hidraulica disponible del fluido, es un parametro que permite evaluar y determinar la instalación mas conveniente.
Por ejemplo, bajo su criteriouna instalación sera considerada buena si el NPSHd (NPSH estatico disponible) es superior al NPSHr (NPSH requerido). Teniendo en cuenta el caracter particular de las bombas dosificadoras y el manejo de fluidos no viscosos, se retiene generalmente una seguridad igual a 2 m.c.l.

• Entorno: Ciertas aplicaciones pueden ser realizadas en condiciones particulares
como medios hostiles (radioactivos, corrosivos, explosivos, entre otros) o en condiciones climaticas extremas.

La bomba dosificadora proporciona caudales

• Pulsatorios: debido a que posee una cilindrada regulable (Anexo, figura 1)
• Lineales: pues el caudal es una función lineal de la cilindrada y por consiguiente de la carrera, cadencia y velocidad del motor de accionamiento.(Anexo, figura 2)
• Precisos: ya que el caudal es insensible a las variaciones de la presión de impulsión. La precisión de una bomba dosificadora industrial, según normativa, es mejor que + 0 % (Anexo, figura 3)

La bomba dosificadora distingue dos fases durante su funcionamiento y parada:

Fase de aspiración
Principio - Aceleración maxima: la bomba genera una baja de presión debido a la inercia de la columna líquida que es necesario poner en movimiento.
Mitad - Aceleración nula: El fluido es lanzado y los rozamientos viscosos son maximos.
Final - Deceleración maxima: debe ser frenada la columna de fluido y su inercia genera un aumento en la presión relativa en la entrada de la bomba.

Fase impulsión
Principio - Aceleración maxima: la bomba genera un aumento de la presión que debe vencer la inercia de la columna líquida que se debe poner en movimiento.
Mitad - Aceleraciónnula: el fluido es lanzado y los rozamientos viscosos son maximos.
Final - Deceleración maxima: debe ser frenada la columna de fluido y su inercia genera una disminución de la presión relativa a la impulsión de la bomba.

Las bombas dosificadoras se clasifican principalmente en

• Bombas dosificadoras electromagnéticas: generalmente ofrecen una baja resistencia frente a la exposición de líquidos externos. Con una mejor estanqueidad, no sólo de la unidad de control, sino también de la propia bomba.
• Bombas dosificadoras electrónicas

Y estan constituidas por tres elementos prncipales:

*El dispositivo de accionamiento
*El conjunto mecanico
*El dosificador

A continuación se describen las partes principales de cada tipo de bomba dosificadora.

Bomba dosificadora electromagnética.

Dispositivo de accionamiento: Esta basado en un electroiman equilibrado dinamicamente por resortes, con el fin de mejorar su rendimiento y duración mediante la utilización de un mínimo de potencia. Y es alimentado por una electrónica de mando. El electroiman y la electrónica de mando estan integrados a la bomba.

Conjunto mecanico: Esta constituido del electro-iman, por su electrónica de mando y por los dispositivos de regulación: dispositivo mecanico de regulación de la cilindrada, aunque también, en varios modelos, dispositivo electrónico de regulación de la cadencia de funcionamiento. El electro-iman genera directamente el movimiento lineal, en un sentido, del cuadro móvil. El retorno se efectúa por medio de los muelles de retroceso. La regulación de la cilindrada se obtiene por un tope mecanico regulable del enganche móvil en su fasede vuelta. La regulación de la cadencia se hace por medio de la electrónica de mando. (Anexo, figura 4)

Bomba dosificadora electromecanica

Dispositivo de accionamiento: Este tipo de bombas puede ser accionado basicamente por tres vías; un motor eléctrico, a través de otra bomba dosificadora acoplada mecanicamente a ellas y por medio de un motor de explosión o motor de gas.
Cuando el dispositivo motriz es de velocidad variable, la bomba dosificadora electromecanica ofrece la posibilidad de una cadencia variable.

Conjunto mecanico: Este comprende
- El reductor de engranaje (a menudo de tipo rueda y tornillo sinfín).
- El mecanismo de transformación de movimiento rotativo del sistema de arrastre en movimiento alternativo de la corredera.
- El dispositivo de regulación de la cilindrada.

Dosificador

Es la parte 'noble' de la bomba dosificadora, la que esta en contacto directo con el fluido transportado. Deben ser cuidadosamente seleccionados los materiales de los componentes del dosificador, en función de la agresividad química del fluido.
Forman parte integral del conjunto dosificador las valvulas de aspiración y de impulsión de la bomba dosificadora.
La membrana es, en el dosificador de mando mecanico como hidraulico, el elemento de estanqueidad absoluta.

Se distinguen tres grandes familias de dosificador

• El dosificador de pistón
Este ofrece un excelente rendimiento en aplicaciones industriales de altas presiones y temperaturas, pero presenta los siguientes inconvenientes:
- Imposibilidad de obtener una estanqueidad perfecta, lo que conlleva riesgos importantes de polución (entorno y productodosificado).
- Mantenimiento difícil (desgaste a nivel de empaquetaduras; limpieza aleatoria; riesgos bacteriológicos, por ejemplo para agroalimentaria).
- Impropio para líquidos cargados, generadores de desgaste rapido (pistón y empaquetadura). (Anexo, figura 5)

• El dosificador de membrana de mando mecanico
La membrana se encuentra directa y mecanicamente fijada al cuadro móvil de la mecanica, su centro se desplaza con la carrera de la bomba y la estanqueidad se obtiene en la periferia. Ésta trabaja en desequilibrio de presión: presión del fluido transportado lado proceso y presión atmosférica del aire ambiente en su cara opuesta.
La utilización de membranas de mando mecanico esta limitada a bajas presiones de impulsión. (Anexo, figura 6)

• Dosificador de membrana de mando hidraulico
Son ampliamente usados cuando se requiere de dosificaciones de presiones elevadas, aplicaciones de grandes o cuando se necesita de una presión muy grande en la inyección continua de un microcaudal.
En este tipo de dosificador, la membrana es un separador entre el aceite hidraulico de mando y el fluido del proceso. La membrana no esta sometida a presión y su duración es muy grande. El caudal esta engendrado por ésta desde el momento en que esta hidraulicamente accionada por el pistón.
Los dispositivos necesarios para un buen funcionamiento son: la valvula de seguridad en el circuito de aceite hidraulico, la purga de aire (evita la acumulación de gas en el punto superior del dosificador) y el dispositivo de realimentación de aceite hidraulico. Esta realimentación puede realizarse por simple equilibrado (apertura sistematica del by-pass en las bombasde división de caudal) por valvula con reacción en vacío (bomba de membrana para micro-caudales) o por “piloto de comprensión” que evita la utilización de placa de apoyo en el dosificador. (Anexo, figura 7)

Instalación de las bombas dosificadoras

Una adecuada instalación de estas permite afrontar problemas ligados a los efectos de inercia y sus consecuencias, con el fin de obtener el caudal deseado a la presión de requerida.
Entre los errores a evitar, con el fin de conservar la integridad de la bomba, tenemos

• La cavitación
En términos generales la cavitación es una vaporización local de un líquido, inducido por una reducción hidrodinamica de la presión.
Dentro de las etapas de generación de esta tenemos: la formación de burbujas de vapor dentro de la masa liquida, crecimiento de las burbujas y colapso de estas. (Anexo, figura 8)
Este fenómeno puede aparecer al principio de la fase de aspiración.
Y afecta a la precisión, por reducción de la capacidad de bombeo, lo que puede ocasionar daños a los componentes (como erosiones o picaduras), vibraciones o ruidos anormales, estos riesgos de cavitación se evidencian por los calculos de NPSH.

• La sobrecarga
Puede aparecer al principio de fase de impulsión cuando la bomba debe generar una sobrepresión, con el fín de empujar a la columna líquida. La sobrepresión debe ser compatible con la presión maxima autorizada, de modo de evitar roturas en compartimentos de la bomba, secciones de tubería y accesorios.

• Los sobrecaudales
Pueden aparecer
- Al final de fase de aspiración: cuando la presión dinamica en la entrada de la bomba excede la presión estatica a susalida.
- Al final de fase de impulsión: cuando la presión dinamica a la salida de la bomba es inferior a la presión estatica a la entrada de ésta.

• Descebado
Fenómeno contrario al “cebado”, es producido por la formación de bolsas de aire en el interior de la tubería de aspiración succión y la carcasa de la bomba. La ventaja de las bombas de desplazamiento positivo (volumétricas) es que son autocebantes, es decir, son capaces de llenar de fluido el circuito de aspiración.

También es reelevante la adecuada selección y funcionamiento de los accesorios, tales como
• Tubería de aspiración: favorecera las condiciones de aspiración la elección de
una tubería de aspiración corta, de gran diametro, limitando el número de codos y evitando los 'cuellos de cisne'.

-Valvula de pie-alcachofa: su presencia es indispensable desde el momento en que la bomba esta instalada 'en aspiración', pues minimiza los riesgos de descebado. Se caracteriza por estar provista de un elemento filtrante.

-Filtro: Elemento fundamental cuando la bomba esta instalada 'en carga', pues evita la acumulación de partículas sólidas en las cajas de valvula, garantizando con ello precisión y duración de la bomba.

• Tubería de impulsión: Ésta debe ser lo mas directa posible. Su dimensionado y
el de los accesorios seran determinados en función de las condiciones de servicio.

-Cana de inyección: Esta Montada en el punto de inyección y hace la función de una valvula anti-retorno. Ademas de crear una contrapresión artificial que evita
el eventual sifonado.

- Valvula de retención (valvula tarada o decontra-presión): Crea una contrapresión artificial que se regulara con el fín de evitar cualquier sobre-caudal.

- Valvula de seguridad: Situada en el circuito de impulsión, protege a la bomba dosificadora, a la tubería y a los accesorios, en caso de sobrepresiones accidentales, como por ejemplo en el cierre de valvula.

- Amortiguador: Dispositivo de reserva de gas compresible, amortigua las pulsaciones
de caudal y de presión normalmente generadas por la bomba dosificadora. Es necesario en las tuberías de impulsión de gran longitud, y para las cadencias elevadas de bombeo. Exige una contrapresión mínima de aproximadamente 1 bar (relativo), y debe ser colocado lo mas cerca posible de la bomba.

Aplicación a la Industria de los Alimentos

Los productos que manipulan las bombas en la industria de los alimentos pueden ser desde soluciones acuosas y aceites vegetales ligeros a jarabes y melazas de gran viscosidad, desde líquidos puros a los que tienen gran proporción de sólidos, entre muchos otros. Dada la extensa variedad de características de estos medios la industria emplea casi todos los tipos de bombas, con ciertas preferencias en aplicaciones concretas.
La condición principal que deben cumplir estas bombas es que no deben contaminar el producto en modo alguno. Basicamente esto significa que la bomba no debe ser sensible al ataque corrosivo o abrasivo por parte del producto que se manipula y que no le teñira en absoluto. Al final de un periodo de utilización, la bomba puede verse obligada a cierto tiempo de inactividad, o incluso pasar a manipular un producto diferente. La facilidad de limpieza y la eliminación eficaz de cualquierresiduo de producto son esenciales.
El material con las maximas posibilidades de aplicación en bombas de utilización en la industria alimentaria es el acero inoxidable, debido a su excelente resistencia contra la corrosión y el desgaste, presentando limitaciones si el líquido manipulado es un electrolito activo, como la salmuera.
Es importante que la bomba se proyecte y se construya de forma que el desmontaje, su reparación y limpieza sean operaciones faciles, pues dependiendo del proceso, estas labores se realizaran a diarios o a intervalos regulares.
Las superficies internas deben ser lisas, libres de grietas y puntos, para evitar la acumulación de suciedad.
Estas son empleadas en
• La dosificación proporcional y precisa de aditivos concentrados, como los saborizantes y soluciones vitamínicas.
• Líneas de embotellamiento
• Limpieza de líneas de bebida
• Lubricación de bandas transportadoras
• Limpieza y desengrase
• Desinfección y limpieza
• Aplicación de espumas
En el area alimenticia se ha incrementado el énfasis en el manejo consistente de químicos, en las areas de procesamiento de carnes, comida marina y vegetales, se debe cumplir con las estrictas normas del control de calidad.

Imagenes representativas de las aplicaciones

• Lineas de embotellamiento

• Dosificación de productos químicos

Discusión

Conclusión

Bibliografía

1) https://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/TBombas.htm

2) https://www.miltonroy-europe.com

3) https://www.miltonroy-europe.com/Files/MiltonRoy_Europe-fr/Global/FR-fr/1605002240.pdf

4)https://www.dynaflux.com.pe/pdf/ew.pdf( bombas dosificadoreaselectromagneticas)
Titulo: Bombas dosificadoras electromagneticas, serie EW
Autor: IWAKI
Fecha: 22/09/09

6)https://www.quiminet.com.mx/ar8/ar_vcdadddsaadddsabcBu-clasificacion-de-las-bombas-hidraulicas.htm
Titulo: clasificación de las bombas hidraulicas
Fuente: QuimiNet
Fecha: 22/09/09

https://www.accuaproduct.com/domestico/images/files/glosario/BOMBAS%20DOSIFICADORAS.pdf (major intro)

www.sobitec.com

)https://www.regaber.org/productes/pdf/F6P5.pdf
Titulo: Bomba dosificadora SODI, modelo PD-64
Autor: Regaber,s.a
Fecha visita: 27/09/09

Los modelos empleados en la base de datos fueron extraídos de:
) https://www.miltonroymixing.com/corp/details/0,,CLI4_DIV99_ETI7081,00.html
Autor: Milton Roy Europe
Fecha: 27/09/09

Las paginas específicas utilizadas fueron:

) https://www.miltonroymixing.com/Files/MiltonRoy_Europe-fr/Global/FR-fr/1605017140.pdf
Titulo: Bombas electromagnéticas. Compactas e innovadoras, precisas y polivalentes
Autor: Milton Roy Europe
Fecha visita: 27/09/09

) https://www.miltonroymixing.com/Files/MiltonRoy_Europe-fr/Global/FR-fr/1605007240.pdf
Titulo: Bomba dosificadora electromagnética programable LMI serie AA9
Autor: Milton Roy Europe
Fecha visita: 27/09/09
Anexo

Figura 1.Esquema que representa un caudales pulsatorio.

Figura 2. Grafico que representa la linealidad del caudal

Figura 3. Grafico que representa la precisión del caudal.

Figura 4. Conjunto mecanico, bomba dosificadora eletromagnética

Figura 5. Dosificador de pistón

Figura 6. Dosificador de membrana de mando mecanico

Figura 7. Dosificador de membrana de mando hidraulico

Figura 8, fenómeno de cavitación