MARCO TEÓRICO

CONCEPTO DE BOMBA

          Las bombas son dispositivos que se encargan de transferir energía a la corriente del fluido impulsándolo, desde un estado de baja presión estática a otro de mayor presión. Están compuestas por un elemento rotatorio denominado impulsor, el cual se encuentra dentro de una carcasa llamada voluta. Inicialmente la energía es transmitida  como energía mecánica a través de un eje, para posteriormente convertirse en energía hidráulica. El fluido entra axialmente a través del ojo del impulsor, pasando por los canales de éste y suministrándosele energía cinética mediante los álabes que se encuentran en el impulsor para posteriormente descargar el fluido en la voluta, el cual se expande gradualmente, disminuyendo la energía cinética adquirida para convertirse  en presión estática.

                                

                                                 Figura 1. Bombas Hidráulica

BOMBA CENTRÍFUGA

       Una bomba centrífuga es una máquina que consiste de un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o cárter, o una cubierta o coraza. Se denominan así porque la cota de presión que crean es ampliamente atribuible a la acción centrífuga. Las paletas imparten energía al fluido por la fuerza de esta misma acción. Así, despojada de todos los refinamientos, una bomba centrífuga tiene dos partes principales: (1) Un elemento giratorio, incluyendo un impulsor y una flecha, y (2) un elemento estacionario,

compuesto por una cubierta, estoperas y chumaceras. En la figura 2 se muestra una bomba centrífuga.

                           

                                  

FUNCIONAMIENTO

      El flujo entra a la bomba a través del centro o ojo del rodete y el fluido gana energía a medida que las paletas del rodete lo transportan hacia fuera en dirección radial. Esta aceleración produce un apreciable aumento de energía de presión y cinética, lo cual es debido a la forma de caracol de la voluta para generar un incremento gradual en el área de flujo de tal manera que la energía cinética a la salida del rodete se convierte en cabeza de presión a la salida.                                            

                                        

Figura 3. Principio de funcionamiento de una bomba centrífuga

               

PARTES DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA:

Carcasa.   Es la parte exterior protectora de la bomba y cumple la función de convertir la energía de velocidad impartida al líquido por el impulsor en energía de presión.  Esto se lleva a cabo mediante reducción de la velocidad por un aumento gradual del área.

Impulsores. Es el corazón de la bomba centrífuga. Recibe el líquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba.

Anillos de desgaste. Cumplen la función de ser un elemento fácil y barato de remover en aquellas partes en donde debido a las cerradas holguras entre el impulsor y la carcasa, el desgaste es casi seguro, evitando así la necesidad de cambiar estos elementos y quitar solo los anillos.

Estoperas, empaques y sellos. la función de estos elementos es evitar el flujo hacia fuera del líquido bombeado a través del orificio por donde pasa la flecha de la bomba y el flujo de aire hacia el interior de la bomba.

Flecha. Es el eje de todos los elementos que giran en la bomba centrífuga, transmitiendo además el movimiento que imparte la flecha del motor.

Cojinetes. Sirven de soporte  a la flecha de todo el rotor en un alineamiento correcto en relación con las partes estacionarias. Soportan las cargas radiales y axiales existentes en la bomba.

Bases. Sirven de soporte a la bomba, sosteniendo el peso de toda ella.

CARGA DE SUCCIÓN Y ELEVACIÓN DE SUCCIÓN Y ALGUNAS CONDICIONES DE SUCCIÓN.

Elevación de succión. Es la suma de la elevación estática de succión, de la carga de fricción de succión total y de las pérdidas de admisión (la elevación de succión es una carga de succión negativa).

Carga de succión. Es la carga estática de succión menos la carga de fricción total y las pérdidas de admisión, más cualquier presión que se encuentre en la línea de succión. Es una presión negativa (hay vacío) y se suma algebraicamente a la carga estática de succión del sistema.

Condiciones de succión. Por lo que respecta al líquido, se tomará en cuenta la influencia de su presión sobre la succión.

Presión de vapor. Si un líquido se encuentra a una temperatura arriba de su punto de ebullición, sufre evaporación en su superficie libre. En el seno del líquido se origina una presión que se llama presión de vapor y que está en función directa con la temperatura del líquido.

Presión de bombeo. Destinemos una bomba cualquiera para bombear un líquido. Al funcionar la bomba, tiende a formar un vacío en el seno del líquido. Éste succionar se conoce como presión de bombeo.

Carga neta de succión positiva (NPSH). Es la presión disponible o requerida para forzar un gasto determinado, en litros por segundo, a través de la tubería de succión, al ojo del impulsor, cilindro o carcasa de una bomba. En el bombeo de líquidos la presión en cualquier punto en la línea de succión nunca deberá reducirse a la presión de vapor del líquido.

NPSH disponible. Esta depende de la carga de succión o elevación, la carga de fricción, y la presión de vapor del líquido manejado a la temperatura de bombeo. Si se varía cualquiera de estos puntos, la NPSH puede alterarse.

NPSH requerida. Esta depende sólo del diseño de la bomba y se obtiene del fabricante para cada bomba en particular, según su tipo, modelo, capacidad y velocidad.

Cebado de las Bombas. Consiste en la extracción del aire de la tubería de succión de la bomba para permitir un correcto

funcionamiento. Esta operación se realiza en todas las bombas centrífugas ya que no son autocebantes, generalmente cuando ésta se encuentra en una posición superior al tanque de aspiración.

Carga Hidráulica. Es la energía impartida al líquido por la bomba, es decir, la diferencia entre la carga de descarga y la succión.

Punto de Shut-off. Representa la carga hidráulica que produce la bomba cuando el caudal a través de ella es nulo. (La válvula a la salida de la bomba esta cerrada, con el fluido en contacto con el rodete).

Potencia Absorbida  (N). Representa la potencia requerida por la bomba para transferir líquidos de un punto a otro y la energía requerida para vencer sus pérdidas.

Potencia Hidráulica (Ph). Potencia cedida al líquido en el proceso de su transferencia de un punto a otro.

Rango de Operación. Es la zona en la cual la bomba opera en forma eficiente. Esta zona se determina como:

                                       

                                     

Donde:                    

                        

Eficiencia Mecánica. Es la eficiencia relacionada con las pérdidas de energía útil, debidas al rozamiento en el cojinete, prensa-estopas

y el rozamiento del fluido en los espacios entre la cubierta del rodete y la carcasa de la máquina, llamado rozamiento del disco y se define para una bomba centrifuga como:

Eficiencia Hidráulica. Se define en términos de la relación entre el trabajo específico ideal de la máquina y el real del rodete, el trabajo específico ideal de la máquina se calcula basado en las condiciones totales o estáticas.

Eficiencia Total. Redefine en términos de la relación entre la potencia eléctrica suministrada a la máquina y la potencia hidráulica entregada por ésta.

CURVAS CARACTERÍSTICAS

    Antes de que un sistema de bombeo pueda ser diseñado o seleccionado debe definirse claramente su aplicación. Así sea una simple línea de recirculación o un gran oleoducto, los requerimientos de todas la aplicaciones son siempre los mismos, es decir, trasladar líquidos desde un punto a otro. Entonces, esto obliga a que la bomba y el sistema tengan iguales características para que este diseño sea óptimo.   

    La manera de conocer tales características se realiza con la ayuda de las curvas características de la bomba, las cuales han sido obtenidas mediante ensayos realizados en un banco de pruebas el cual posee la instrumentación necesaria para medir el caudal, velocidad de giro, momento de torsión aplicado y la diferencia de presión entre la succión y la descarga de la bomba, con el fin de poder predecir el comportamiento de la bomba y obtener el mejor punto de operación el cual se conoce como PME, variando desde una capacidad igual a cero hasta un máximo, dependiendo del diseño y succión de la bomba.

   Generalmente este tipo de curvas se obtienen para velocidad constante, un diámetro del impulsor específico y un tamaño determinado de carcasa, realizando la representación gráfica de la

carga hidráulica (curva de estrangulamiento), potencia absorbida  y eficiencia adiabática contra la capacidad de la bomba.

   Estas curvas son suministradas por los proveedores de bombas, de tal manera que el usuario pueda trabajar según los requerimientos de la instalación sin salir de los intervalos de funcionamiento óptimo, además de predecir que ocurrirá al variar el caudal manejado, sirviendo como una gran herramienta de análisis y de compresión del funcionamiento del equipo.  

 ESQUEMA DE POTENCIA PARA UNA BOMBA CENTRÍFUGA

                             

ECUACIONES

POTENCIA ELÉCTRICA

 

POTENCIA ABSORBIDA (Potencia al eje)

POTENCIA HIDRÁULICA

ALTURA TOTAL DE BOMBEO

RENDIMIENTO TOTAL DE LA BOMBA

        

         

Una bomba centrífuga es un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor rotatorio llamado rodete en energía cinética y potencial requeridas. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo conduce hacia las tubuladuras de salida o hacia el siguiente rodete (siguiente etapa).

Aunque la fuerza centrífuga producida depende tanto de la velocidad en la periferia del impulsor como de la densidad del líquido, la energía que se aplica por unidad de masa del líquido es independiente de la densidad del líquido. Por tanto, en una bomba dada que funcione a cierta velocidad y que maneje un volumen definido de líquido, la energía que se aplica y transfiere al líquido, (en pascales, Pa, metros de columna de agua m.c.a. o o pie-lb/lb de líquido) es la misma para cualquier líquido sin que importe su densidad. Tradicionalmente la presión proporcionada por la bomba en metros de columna de agua o pie-lb/lb se expresa en metros o en pies y por ello que se denomina genéricamente como "altura", y aun más, porque las primeras bombas se dedicaban a subir agua de los pozos desde una cierta profundidad (o altura).

Las bombas centrífugas tienen un uso muy extendido en la industria ya que son adecuadas casi para cualquier uso. Las más comunes son las que están construidas bajo normativa DIN 24255 (en formas e hidráulica) con un único rodete, que abarcan capacidades hasta los 500 m³/h y alturas manométricas hasta los 100 metros con motores eléctricos de velocidad normalizada. Estas bombas se suelen montar horizontales, pero también pueden estar verticales y para alcanzar mayores alturas se fabrican disponiendo varios rodetes sucesivos en un mismo cuerpo de bomba. De esta forma se acumulan las presiones parciales que ofrecen cada uno de ellos. En este caso se habla de bomba multifásica o multietapa, pudiéndose lograr de este modo alturas del orden de los 1200 metros para sistemas de alimentación de calderas.

Constituyen no menos del 80% de la producción mundial de bombas, porque es la más adecuada para mover más cantidad de líquido que la bomba de desplazamiento positivo.

No hay válvulas en las bombas de tipo centrífugo; el flujo es uniforme y libre de impulsos de baja frecuencia.

Los impulsores convencionales de bombas centrífugas se limitan a velocidades en el orden de 60 m/s (200 pie/s).

Se denomina voluta a la cámara o carcasa en forma de espiral de una bomba centrífuga dentro de la cual gira el rodete y que recoge el fluido propulsado radialmente por éste, dirigiéndolo hacia las tubuladuras (de tubo) de salida.

La denominación es debida a que su forma recuerda al molusco del mismo nombre

Leyes de Afinidad

Un cambio del tamaño del diámetro del impulsor o de la velocidad de revolución afecta al flujo volumétrico o a la velocidad al primer orden; la cabeza de presión al segundo orden; y la potencia de la bomba al tercer orden.

Ley 1. Diámetro del impulsor (D) constante:

Ley 1a. El flujo es proporcional a la velocidad de la revolución:

Ley 1b. La cabeza de presión es proporcional al cuadrado de la velocidad de revolución:

Ley 1c. La potencia de la bomba es proporcional al tercio de la velocidad de revolución:

Ley 2 2. Velocidad de revolución (N) constante:

ley 2a. El flujo es proporcional al diámetro del impulsor:

Ley 2b. La cabeza de presión es proporcional al cuadrado del diámetro del impulsor:

Ley 2c. La potencia de la bomba es proporcional al tercio del diámetro del impulsor:

donde

Q es el flujo volumétrico (e.g. CFM, GPM or L/s), D es el diámetro del impulsor (e.g. in or mm), N es la velocidad de revolución (e.g. rpm), H es la cabeza de la presion de la bomba o abanico (e.g. ft or m), y P es la potencia de la bomba (e.g. W).

Esta ley presupone que la eficiencia de la bomba con respecto a la del abanico permanece constante. en otros términos, η1 = η2 . Tratándose de bombas, estas leyes rigen en los casos en que el diámetro del impulsor sea constante y la velocidad sea variable (Ley 1), pero se ajustan menos a la realidad cuando se trata de los casos en que la velocidad sea constante y la velocidad del impulsor sea variable (Ley 2).

Obtenido de «http://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_afinidad»

Criterios de elección para bombas centrífugas y esquemas de instalaciónLas bombas centrífugas, frecuentemente, se consideran como componentes simples que se pueden insertar en circuitos más complejos. En realidad, es necesario prestar mucha atención a su configuración, que debe estar siempre relacionada con las características del sistema, con las necesidades de bombeo y con las exigencias específicas del usuario. La individualización de una bomba a rodete exige un conocimiento profundo de las condiciones específicas de funcionamiento: quien construye bombas centrífugas debe saber calcular todas las informaciones útiles para la mejor proyectación hidrodinámica posible. Para garantizar el uso correcto de las bombas anticorrosión de plástico, es necesario que el usuario suministre al constructor detalles precisos sobre las aplicaciones específicas y en particular sobre los líquidos que tendrá que trasladar la bomba. Además, si es necesario garantizar que estas bombas trabajen bien y puedan ejecutar sus capacidades con eficiencia hay que prestar atención a las instalaciones de la bomba misma, para calcular los efectos de las condiciones de trabajo con líquido agresivo.

La elección de una bomba para líquidos químicamente agresivos requiere un examen atento de múltiples datos para ofrecer el producto adecuado a las exigencias del sistema de movimiento. Un cierto margen de seguridad y pérdidas eventuales de carga se deben tener en cuenta, pero sin prever inútiles sobre dimensionamientos: solo así se pueden evitar prestaciones insatisfactorias, averíos imprevistos o injustificados aumentos de costes y de gestión. Por este motivo, Savino Barbera ha predispuesto un especial data sheet (ver sección Downloads) para el análisis de todos los elementos necesarios para el correcto dimensionamiento de la bomba, donde se consideran, entre otras cosas,

las propiedades del líquido (nombre, composición, concentración, temperatura, peso específico) el caudal del líquido (volumen que se tiene que mover en una unidad de tiempo) las características específicas del circuito hidráulico (altura de elevación, pérdidas de carga, accesorios de la

instalación)

El cálculo de tales informaciones (no las únicas, pero sí las más importantes) permitirá determinar cuál es la bomba correcta (según material y tipo), el rodete adecuado y la exacta potencia del motor (en relación con la curva característica).

Análisis de algunos elementos de considerar en la elección de una bomba Composición del líquido: es fundamental en la elección de los materiales constructivos de las distintas partes de la bomba que están en contacto con el líquido. Mientras más exactas sean las informaciones sobre la composición del líquido que se bombea, más serán precisas las elecciones de los matriales que constituyen la estructura de la bomba, así como las guarniciones y el eventual sellado mecánico. Por ejemplo: concentraciones distintas de un mismo ácido pueden exigir materiales constructivos de características diferentes. Funcionamiento en seco se aconseja siempre proteger la bomba del funcionamiento en seco. Uno de los modos más usados, es siempre la aplicación en el pozo de un nivel de mínimo que interrumpa el funcionamiento de la bomba apenas llega al nivel peligroso para la misma bomba.

Temperaturas de ejercicio es importante conocer la temperatura máxima y mínima (además de la temperatura normal de ejercicio) por los motivos referidos en el punto anterior. La temperatura del fluido en movimiento actúa con efectos importantes sobre los materiales: temperaturas muy bajas pueden volver frágil una determinada materia plástica, mientras que temperaturas elevadas pueden crear fenómenos de ablandamiento y deformación de las partes constructivas.

Sólidos en suspensión también en este caso, conocer la naturaleza y la cantidad de las partículas suspendidas es determinante. En efecto, hay materiales que, con la misma resistencia a la agresión química, tienen distintas características de resistencia a la abrasión. La naturaleza de los sólidos en suspensión puede influir sobre la elección misma del tipo de bomba: en algunos casos puede ser necesario adoptar una bomba vertical sin forros de guía o evitar el uso de bombas con acoplamiento magnético.

Instalaciones de la bomba se debe procurar que la bomba pueda aspirar en una zona del recipiente o del pozo donde el líquido presente buenas características. Por ejemplo, si el líquido tiene tendencia a crear depósitos fangosos en el fondo del pozo, el líquido se tendrá que mantener en continuo movimiento para evitar la formación de dicho fango. O de lo contrario, la aspiración de la bomba tendrá que estar ubicada a una altura tal que no pueda bombear concentraciones demasiado elevadas de fango para que no obstruyan la aspiración.

Best Efficiency Point (BEP)Todas las bombas (tanto las centrífugas como las volumétricas) tienen límites operativos. En modo particular, las bombas centrífugas presentan algunas limitaciones que si no están bien consideradas pueden reducir drásticamente su duración de trabajo. El BEP (Best Efficiency Point) no es sólo el punto de trabajo más alto sino el punto donde la velocidad y la presión son iguales sobre el rodete y sobre la voluta. En cuanto el punto de trabajo se aleja del Best Efficiency Point, la velocidad cambia, lo cual hace cambiar la presión en uno de los lados del rodete. Esta presión irregular sobre el rodete se manifiesta en un empuje radial que desvía el eje de la bomba causando, entre otras cosas:

una carga excesiva sobre los cojinetes una excesiva desviación de los sellos mecánicos un desgaste irregular del forro del eje

Los daños que pueden ocasionarse son: una duración menor de cojinetesi o la rotura del eje. Il carico radiale è massimo a tutto chiuso. Además del range operativo recomendado, un averío a la bomba puede ser provocado por la excesiva velocidad y turbulencia. Los remolinos pueden crear daños de cavitación capaces de destruir el cuerpo de la bomba y el rodete en brevísimo tiempo.

Cuando se elige una bomba, es muy importante no calcular márgenes de seguridad irreales o inserir en las apreciaciones informaciones inapropiadas. La curva actual podría superar il range operativo recomendado, con serias consecuancias.Lo mejor es verificar el actual punto de trabajo de la bomba en el curso de las operaciones de bombeo (recurriendo a un medidor de caudal y/o un manómetro) para poder realizar las adaptaciones necesarias y asegurarse de que las condiciones de trabajo sean correctas y garantizar la larga duración del servicio.

Los materialesUna atenta elección de los materiales de construcción, sean estructurales como de sellado y de desgaste, realizada en función del tipo de equipo y de los fluidos que se trasladan permiten resolver con seguridad y eficiencia los problemas de bombeo de líquidos “a riesgo” incluso en procesos de trabajo más complejos.

PP (Polipropileno)Caracterizado por buenas propiedades mecánicas, por una amplia resistencia a los agentes químicos y por una elevada temperatura de ejercicio. No es adecuado para los ácidos concentrados fuertemente oxidantes y halógenos (fluor, cloro, bromo, yodo). Temperatura máxima de ejercicio: 90°C

PVC (Cloruro de polivinilo)Material muy usado en instalaciones. Resistente a los ácidos, bases, soluciones salinas y compuestos orgánicos. No es apropiado para hidrocarburos aromáticos y clorurados. Temperatura máxima de ejercicio: 45°C

PVDF (Polifluoruro de vinilídeno)Presenta una excepcional resistencia a los ácidos, soluciones salinas, hidrocarburos alifáticos, aromáticos y clorurados, a los alcoholes y a los halógenos. No es idóneo para bases orgánicas, soluciones alcalinas, cetonas, ésteres y éteres.Indicado para la industria de semiconductores y con líquidos que no se deben contaminar. Temperatura máxima de ejercicio: 100°C

PE-HD (Polietileno alta densidad)

Resistencia química análoga al polipropileno. Apreciado por su resistencia a la abrasión. Temperatura máxima de ejercicio: 60°C

EPDM (Goma etilo-propílica)Elastómero de alto módulo elástico, buena resistencia a los ácidos, bases, alcoholes y cetonas. No se aconseja para hidrocarburos, aceites y grasas. Temperatura máxima de ejercicio: 90°C

FPM (Fluoroelastómero)Presenta una alta estabilidad térmica, una baja deformación permanente y una alta resistencia química para ácidos, solventes, lubricantes y carburantes.

Cerámica (Al203 99%) SinterizadaMaterial base para anillos de sello y piezas de desgaste. Elevada dureza, resistencia al desgaste y a la acción de agentes químicos. Desaconsejado en presencia de ácido fluorídrico, soda e hipoclorito de sodio a alta concentración y temperatura.

Carburo de silicio sinterizado (SiC, sin silicio libre)Material con características más elevadas, respecto al óxido de aluminio: mayor resistencia a los shock térmicos y químicamente inactivo a las temperaturas de ejercicio de las bombas en materiales plásticos.

PTFE (Politetrafluoroetileno)Químicamente inactivo hasta 250 °C en presencia de cualquier agente químico, desaconsejado sólo para metales alcalinos colados, para trifluoruro de cloro y flúor gaseoso a elevadas temperaturas. Puede cargarse con materiales como vidrio, cerámica o grafito y carbón. Excelente para componentes de sello y forros de desgaste.

FEP - PFAFluoropolímero con características de resistencia química análogas al PTFE pero con menor permeabilidad. Se presta para procesos de soldadura: usado en revestimientos de resortes de sellados mecánicos y de O-ring.

SELECCIÓN DE BOMBAS CENTRÍFUGAS

 

DEFINICIÓN

Un equipo de bombeo es un transformador de energía. Recibe energía mecánica y la convierte en energía que un fluido adquiere en forma de presión, de posición o de velocidad.

Así, existen bombas que se utilizan para cambiar la posición de un

cierto fluido. Un ejemplo lo constituye una bomba de pozo profundo,

que adiciona energía para que el agua del subsuelo salga a la

superficie.

Un ejemplo de bombas que adicionan energía de presión sería un

acueducto, en donde las alturas, así como los diámetros de tubería y

velocidades fuesen iguales, en tanto que la presión es aumentada

para vencer las pérdidas de fricción que se tuviesen en la conducción.

En la mayoría de las aplicaciones de energía conferida por una bomba

es una mezcla de las tres, ( posición, presión y velocidad ), las cuales

se comportan con los principios de la mecánica de fluidos.

CLASIFICACIÓN GENERAL DE LAS BOMBAS

Existen varios tipos de bombas que se pueden clasificar de la siguiente manera:

* Reciprocantes

Desplazamiento

Positivo * Rotatorias

BOMBAS

* Centrifugas

Dinámicas * Especiales

 

BOMBAS CENTRÍFUGAS

Una bomba centrífuga consiste en un rodete que produce una carga de presión por la rotación del mismo dentro de una cubierta. Las diferentes clases de bombas se definen de acuerdo con el diseño del rodete, el que puede ser para flujo radial o axial.

1.     Tipo Radial

Este rodete envía por una fuerza centrífuga, el flujo del fluido en dirección radial hacia la periferia de aquel. La carga de velocidad es convertida a carga de

presión en la descarga de la bomba. Por lo general, los alabes (aletas) de estos rodetes están curvados hacia atrás. El rodete radial ha sido el tipo más comúnmente usado.

2.       Flujo axial o tipo hélice

Casi toda la carga producida por este rodete es debida a la acción de empuje de las aletas. El fluido entra y sale del rodete en dirección axial o casi axial.

3.    Flujo mixto

La carga se desarrolla con un rodete delgado, en parte por fuerza centrífuga y en parte por el empuje de las aletas.

Esto se consigue construyendo aletas de curva doble o en forma de hélice, de tal forma que la descarga es una combinación de flujo axial y radial.

Los cambios de las características de los rodetes tipo radial con respecto a los de tipo axial son, respectivamente, de carga grande y flujo moderado a flujo extremadamente grande y carga baja.

VENTAJAS DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

Su construcción es simple, su precio es bajo.

El fluido es entregado a presión uniforme, sin variaciones bruscas ni pulsaciones. Son muy versátiles, con capacidades desde 5gpm con presión diferencial de 2 a 5 lb/pulg2 con presión diferencial de 2 a 5 lb/pulg2 hasta bombas múltiples con 3000gpm y 3000 lb/pulg2.

    La línea de descarga puede interrumpirse, o reducirse completamente, sin dañar la bomba.

    Puede utilizarse con líquidos que contienen grandes cantidades de sólidos en suspensión, volátiles y fluidos hasta de 850°F.

Sin tolerancias muy ajustadas.

    Poco espacio ocupado.

    Económicas y fáciles de mantener.

    No alcanzan presiones excesivas aún con la válvula de descarga cerrada.

    Máxima profundidad de succión es 15 pulgadas.

    Flujo suave no pulsante.

    Impulsor y eje son las únicas partes en movimiento.

    No tiene válvulas ni elementos reciprocantes.

    Operación a alta velocidad para correa motriz.

    Se adaptan a servicios comunes, suministro de agua, hidrocarburos, disposición de agua de desechos, cargue y descargue de carro tanques, transferencia de productos en oleoductos.

ESPECIFICACIÓN Y SELECCIÓN DE BOMBAS

Analizando las etapas por las que pasa la adquisición de una bomba desde su gestación hasta que se encuentra en servicio en la planta, se puede observar que unas corresponden al fabricante exclusivamente y otras al usuario; a partir de un punto existirá un paralelismo o correspondencia entre ellos.

En el gráfico se ha reseñado a grandes rasgos, las etapas e indicando la correspondencia.

FABRICANTE USUARIO

Diseño de la máquina         Proceso

Calculo de los elementos             Normas Diseño del sistema

Modelo      Cálculo del sistema

Ensayos   Hoja de datos

Prototipos    Especificaciones

Ensayos ( Para obtener características)       Petición de oferta

Comercialización Selección

Oferta Activación

Fabricación Inspecciones

Pruebas Pruebas

Envío        Autorización de Envío

Recepción

Instalación

Servicio Técnico     Puesta en servicio

Mantenimiento

Diseño del Sistema

Cuando un proceso precisa la instalación de una bomba, lo primero es el diseño de la instalación; punto este que debe estudiarse con cuidado, para evitar detalles errados, presentando especial atención a la línea de aspiración; evitando bolsas de aire, exceso de codos y malas disposiciones de estos; así como un correcto dimensionamiento de la tubería.

Seguidamente para el cálculo del sistema se debe tener presente que los datos sean lo más exacto en cuanto a caudales, presiones necesarias en la descarga, fluctuaciones de nivel o presión en la aspiración, recorrido geométrico de la tubería, peso específico del fluido, viscosidad, temperatura, presión de vapor y cualquier otro parámetro que pueda influir en la determinación de la curva de carga del sistema. Si es preciso se calculará el NPSH (Altura Neta Positiva de Succión Disponible).

Con estos datos se construirá la curva de carga de la instalación y se revisará la lista de los resultados, si es necesario, hacer alguna modificación en el diseño. A continuación se tomarán los datos que faciliten al fabricante realizar la oferta de la bomba apropiada. Esta información se presentará en una “Hoja de Datos” con el fin de encontrar fácil y ordenadamente cualquier información que se precise.

En resumen de lo anterior son establecidos los pasos a seleccionar correctamente una bomba centrífuga basadas en las curvas características.

Tomando como base manejo de agua clara de gravedad específica 1.0 es determinada la capacidad necesaria de descarga a la bomba en gpm.

Determinar cuidadosamente la cabeza total dinámica del sistema en el cual es necesaria la bomba.

Recordar que la cabeza total dinámica TDH consiste en la suma de tres factores:

Cuando la bomba está por encima de la fuente de suministro de líquido a bombear y predomina una cabeza de succión a levantar (por debajo de la horizontal)

TDH = hs + hd + hf

Sin embargo, si la fuente de suministro está por encima de la bomba y el líquido fluye hacia la bomba por gravedad predomina la condición de una cabeza estática de succión:

TDH = hd – hs + hf

donde:

        hs = Cabeza estática a levantar en la succión. La distancia vertical en pies desde el nivel libre de la fuente, hasta el eje central horizontal de la bomba.

        hd = Cabeza estática de descarga: distancia vertical en pies desde el eje central horizontal hasta la descarga libre. En caso de descargar a un equipo presionado determinar la cabeza equivalente.

        hf = La cabeza en pies de líquido necesaria para vencer la resistencia de la fricción de tuberías y conexiones en ambos lados, succión y descarga.

Para determinar la cabeza total dinámica de un sistema de bombeo, tanto la cabeza de fricción como la estática debe ser calculada para condiciones de operación máximas o extremas. Es decir, la cabeza estática será la máxima a esperar a que ocurra y la cabeza por fricción determinada para la capacidad máxima de flujo.

Comparar curvas de bombas de modelos disponibles

El punto de corte de la curva de cabeza del sistema con la

curva de cabeza-capacidad de la bomba es llamado el punto de

operación de la bomba. Esta será la tasa de flujo que la bomba

entregará al menos que unas características del sistema sean

cambiadas, por ejemplo restringiendo la válvula de salida.

Hoja de Datos

Se pueden encontrar ejemplos de éstas en los libros especializados, especificaciones y en los catálogos de los fabricantes. Sin embargo, de manera general, las empresas usuarias confeccionan las suyas de acuerdo con sus experiencias y organización.

La hoja de datos debe contar con cuatro partes básicas:

1.       Identificación de la bomba: En esta figurará en detalle, planta donde se instalará, pedido a que corresponde y cualquier otro dato que le identifique dentro de la instalación.

2.     Datos facilitados por el cliente: Aquí se indicará lo correspondiente al servicio, características del líquido bombeado, caudales y presiones, forma de accionamiento, requerimientos constructivos de la bomba en función del servicio que va a realizar, requisitos de los materiales, los cuales estarán de acuerdo con todas las características fisicoquímicas del fluido, pudiendo utilizarse para su elección la tabla que figura en la Norma API 610 emitida por la “American Petroleum Institute”. Se enunciará además la indicación de las pruebas e inspecciones que son requeridas, con la alternativa de que sean efectuadas solamente por el

fabricante, el cual entregará posteriormente un certificado, o si han de ser presenciadas por el cliente.

3.     Datos del Fabricante: Esta parte irá en blanco y será llenada por el fabricante facilitando la información necesaria para poder hacer un estudio de la bomba ofertada. Por esta razón, es de gran importancia la elección de las cuestiones que se van a plantear, ya que de estas, depende la información que el fabricante facilite. En esta parte se consignará el modelo y tipo de la máquina, todas sus características constructivas y operacionales, datos de su lubricación, conexiones auxiliares y principales, como todos los demás datos complementarios.

En un espacio reservado en la margen figurarán todas las notas aclaratorias del caso.

Deberán tenerse en cuenta las unidades físicas a emplear en la hoja de datos. Estas deben ser apropiadas y homogéneas, utilizándose cada vez más el Sistema Internacional (SI).

Se confeccionará una hoja para cada bomba o grupo de bombas gemelas.

4.     Especificaciones: La hoja de datos describe y puntualiza las características que debe de tener la bomba. Sin embargo, hay detalles que no se incluyen por lo que se impone la redacción de unas especificaciones donde se indiquen los requisitos mínimos que deban cumplir las maquinas.

Como ejemplo y base de estas especificaciones se tienen ya

citadas las Normas API; la numero 610 se ocupa de las bombas

centrífugas para procesos. Muchas empresas se amparan

exclusivamente en esta norma pero es importante que el

usuario desarrolle sus propias normas, llenando en esta forma

algunas de las lagunas que las referidas Normas API 610 dejan,

a la vez que se adaptan a las propias necesidades y exigencias.

Las especificaciones de este tipo deben incluir el diseño tanto de la propia bomba como el de las bancadas, acoplamientos, ejes, equipo de accionamiento, impulsores, aros de roce, cojinetes, camisas, refrigeraciones, placas de características, etc., describiéndose todo en cuanto formas, dimensiones, tipos, marcas deseadas en los materiales en serie a emplear, tolerancias de fabricación y materiales a utilizar en función de las temperaturas, presiones y naturaleza del fluido.

Se describirán las inspecciones y pruebas que se pretendan efectuar en la bomba, tolerancias aceptables en los datos obtenidos, delimitación de responsabilidades

etc. Se indicará también la información técnica que debe acompañar a cada bomba.

El fabricante deberá indicar que puntos de la especificación no puede cumplir o propone modificar. Este punto será importante al efectuar el estudio comparativo de los distintos ofertantes.

Sobresale que la mejor selección de bombas necesita

cooperación entre el usuario y el fabricante. Las hojas de datos

estándar ayudan a la presentación de los datos del proceso. En

estas hojas la información está muy resumida, por eso el

profesional o técnico responsable de la adquisición de la bomba

es solicitado en ocasiones para proporcionar esquemas de la

instalación y detalles complementarios.

Cuando son tenidos en cuenta los factores de tolerancia es

preferible anotar los valores calculados de por ejemplo cabeza y

capacidad y los valores deseados de diseño. Un factor

arbitrario puede representar la selección de una bomba muy

costosa.

Las bombas que deben ser especificadas como auxiliares para

dos servicios diferentes necesitan cuidado, comparando el

trabajo o potencia para cada servicio, la presión diferencial y la

capacidad.

La cabeza dada por una bomba centrífuga permanece casi

invariable para una capacidad dada independiente de la

gravedad específica, ( cabeza en pies x libra / libra del fluido =

pies ).

Petición de la Oferta

Una vez recopilada la información a suministrar el fabricante,

en la forma descrita, se procederá a enviarla a los posibles

suministradores, que previamente se han preseleccionado por

su experiencia y gama de fabricación esperando de éstos su

oferta técnica y económica.

Selección

Una vez se tiene la información de los ofertantes se realiza la

selección de la bomba más apropiada. Para esto se procede a

tabular los datos correspondientes a los distintos ofertantes,

haciendo una comparación homogénea. Posteriormente se

hará un cuadro-resumen donde se puede decidir la

aceptabilidad de las bombas; esto naturalmente dependerá del

número de las ofertas recibidas y de las distintas bombas que

se tengan que analizar.

Los puntos que se analizarán en la comparación serán, en

primer lugar que se cumplan las características exigidas en la

hoja de datos y dentro de esto, que las características estén

dentro de un rango admisible de las características de la

bomba. Con este criterio se estudiarán detenidamente los

siguientes factores:

   Caudal mínimo continuo.

   Diámetro de los impulsores, en relación al máximo y mínimo

admisible para el tipo ofertado.

      Altura a caudal nulo, la cual debe estar entre un (-+ 10) y

(+20) de la correspondiente al punto de trabajo, para evitar

excesivas presiones al cierre de la válvula, y por otra parte,

permitir una cierta regulación.

      NPSH requerida por la bomba. Esta nunca deberá ser mayor

que la disponible y lo deseable es que se garantice, por lo

menos, un metro por debajo de aquella. Cuando la

diferencia entre la disponible y la requerida no sea mayor de

2 metros, se debe pues solicitar su ensayo en fábrica.

Se hace una comparación de la curva del sistema, con la

teórica de la bomba ofrecida por el fabricante, situando sobre

ésta el punto o los puntos de trabajo.

En la Figura se ven sobre las curvas correspondientes a una

bomba, la situación del punto de trabajo, considerando cinco

casos diferentes que se comentan a continuación:

1. CASO A: Se encuentra en el punto de máximo rendimiento, pero

correspondiendo a la línea del impulsor de máximo diámetro, por lo que las

características de la bomba no podrán aumentarse de exigirlo así una

modificaci6n del sistema.

2. CASO B: EL punto de trabajo se encuentra sobre la curva de diámetro mínimo de impulsor, indica un claro sobredimensionamiento de la bomba, y por lo tanto, representa así un encarecimiento.

3. CASO C: Aquí está situado en un diámetro intermedio, pero el rendimiento es muy bajo y por lo tanto, el consumo elevado; la bomba está sobredimensionada.

4. CASOS D Y E: Ambos serían teóricamente correctos, pero mientras el D al aumentar el diámetro del impulsor mejoraría el rendimiento, en el E disminuiría.

Por lo tanto el D seria el óptimo entre los diferentes casos considerados.

Resumiendo, el punto de trabajo debe corresponder a un diámetro de impulsor no superior al 90% del máximo y situado en la parte izquierda del rendimiento máximo.

La forma de la característica debe ser, asimismo, motivo de estudio. Una curva excesivamente plana no admite regulación de caudal al estrangular la válvula de impulsión; por el contrario, si su pendiente es grande, el punto de trabajo puede modificarse con excesiva facilidad. Los máximos en la curva deben evitarse, principalmente si han de trabajar en paralelo con otra. Esta instalación es muy utilizada cuando se desea obtener mayor caudal con la misma altura.

Cosas a tener en cuenta

Cuando los fluidos a bombear tengan una viscosidad alta, se deberá conseguir las curvas corregidas por viscosidad pues normalmente, están preparadas para agua.

Los puntos que el fabricante presente en desacuerdo con las especificaciones enviadas deberán estudiarse cuidadosamente.

Estas excepciones no indican necesariamente que la bomba

ofertada no sea la adecuada, pues las especificaciones, pues las

especificaciones, por ser generales, admiten flexibilidad según

los casos.

En este punto del proceso se puede dar un dictamen de tipo técnico, el cual deberá completarse con otros factores, tales como plazo de entrega, garantía, servicio técnico disponible, experiencia del fabricante etc.

Seguidamente deberá realizarse el estudio económico para lo cual se considerará no sólo el precio de la máquina, sino también todos los costos adicionales que pueden afectar, tales como pruebas, embalaje, transporte y accesorios solicitados.

Se tomará también en cuenta el costo de impuestos y servicio

técnico, no olvidando el consumo energético de la bomba.

Es aconsejable solicitar la lista de precios, lo más desglosada posible, para mayor facilidad en caso de un cambio o anulación de algunas de las partidas. Así, en el caso de bombas centrífugas, se pueden solicitar los siguientes:

Embalaje

Acoplamiento

Transporte

Cierre Neumático

Pruebas solicitadas

Acoplamiento del motor en fábrica

Bancada

Tubería auxiliar

Repuestos para dos anos de funcionamiento continuo

Cualquier otro accesorio o servicio necesario

De esta manera se podrá hacer una comparación ponderada

según las necesidades y seleccionar la máquina más

conveniente.

Activación, Inspecciones y Pruebas

Una vez adjudicado el pedido de la bomba, el usuario hará,

amparado en sus especificaciones, el seguimiento que

considere oportuno del proceso de fabricación, tanto en lo

referente a calidad y procedimientos como al cumplimiento de

plazos de ejecución de las distintas fases; a esto se le llama

activación.

Este seguimiento culmina con la realización en fábrica de las

pruebas previstas.

Las pruebas e inspecciones son generalmente las siguientes:

   Inspección previa que consiste de la verificación de sus

dimensiones, tolerancias y acabados de las piezas que

componen la máquina, todo esto antes de proceder al

montaje.

   Prueba hidrostática. Se someterán a esta prueba todos los

elementos que trabajan a presión, tales como carcasa,

cámara de cierre, soporte de cojinetes y disipadores de calor

si hay.

Todos estos elementos estarán sin pintar en el momento de la prueba y se someterán a una presión mínima de 1,5 veces la de trabajo, durante media hora.

Conjuntamente a esta prueba, se realizará un control

dimensional de espesores de las paredes, que deberán ser

iguales ó mayores a los indicados en la "hoja de datos",

teniendo en cuenta el sobre espesor de corrosión. También se

comprobará la calidad de fundición y el taladrado de bridas.

   Prueba de Funcionamiento. Una vez montada la máquina, se

pondrá y mantendrá en funcionamiento hasta que se

estabilicen las temperaturas de los cojinetes. Durante este

tiempo, además de controlar la temperatura que, como norma

general, no debe bajar en más de 40°C, a la del ambiente, ni ser

superior a los 80°C, se realizarán las mediciones de caudal,

presión y potencia absorbida en distintos puntos de

funcionamiento, para poder determinar las curvas de caudal-

altura, caudal-potencia y caudal-rendimiento. Los puntos que

deber ensayarse para la confección de la curva deben ser

por lo menos cinco, estando entre ellos el de caudal cero

(válvula de impulsión cerrada), punto contratado y el de

máxima apertura de la válvula. Si así se solicita se efectuará la

determinación de la NPSH requerida por la bomba.

Se observará el funcionamiento de la bomba en cuanto a

suavidad de marcha, ruidos y perdidas por cierres y

retenedores.

Los datos obtenidos en cuanto a caudales, alturas, potencias,

servirán de base para calcular los puntos que determinen las

curvas correspondientes; para ello habrá de tenerse en cuenta

la velocidad de giro del motor de prueba para hacer la oportuna

corrección con respecto a la nominal del motor definitivo;

también se hará en los resultados correspondientes a potencias

la corrección, según el peso especifico del fluido a manejar, ya

que la prueba se efectúa normalmente con agua. Estos datos

deberán estar dentro de las tolerancias especificadas con

respecto a los solicitados.

   Inspección Interna. Una vez realizadas las pruebas de

funcionamiento se procederá a desmontar la máquina

completamente, con el fin de efectuar una inspección de las

partes que han estado en movimiento y poder controlar las

dimensiones y deformaciones donde interese. Las inspecciones

a realizar serán:

Comprobación del estado y terminación del eje, camisas, aros

de desgaste, impulsores, cierres mecánicos o empaquetaduras

cojinetes y rodamientos.

Se controlaran las siguientes medidas: diámetro final del

impulsor, juego de los aros de roce, control muy importante,

pues un juego pequeño aumenta el rendimiento por haber

menos recirculación interna, pero el desgaste durante el

funcionamiento es mucho mayor, principalmente si el líquido no

es limpio por lo que interesa un huelgo grande pero sin

perjudicar el rendimiento.

Control dimensional que es de gran importancia por las desa-

gradables sorpresas, que en algunas ocasiones depara el hecho

que la bomba no esté de acuerdo con los planos,

principalmente la bancada, ya que normalmente se tiene

finalizada la obra civil cuando se recibe la máquina. Lo mismo

puede ocurrir con la situación de las bridas si se tiene

prefabricada la tubería. Se pone especial interés en comprobar

los siguientes puntos.

Distancias y dimensiones de los taladros de bancada, que

corresponde a los pernos de anclaje a la fundación.

Provisión en la bancada de los necesarios orificios para

llenado del mortero de asiento.

        Comprobación de la altura disponible para la máquina

motriz.

        Dimensiones y posición de las bridas de conexión.

 

Recepción

Cuando la bomba llegue a la planta se deberá tener a la mano

toda la información necesaria, no solo para poder hacer el

montaje, sino para constituir un plan con vista a su puesta en

marcha y futura operación y mantenimiento.

Esta información deberá constar de los siguientes documentos:

      Plano de conjunto actualizado.

      Plano de tubería auxiliar.

      Plano del cierre mecánico o empaquetadura.

      Plano de sección con piezas numeradas y su

correspondiente denominación y código.

      Lista de repuestos recomendada para dos años de

funcionamiento.

      Hoja de datos, revisada con las características

finales.

Algunos tipos de bombas comerciales

LA SERIE CN : QUÍMICA NORMALIZADA ISO 2858/ISO 5199 PN16

DE IMPULSOR CERRADO.

Construcción :

Construcción según ISO 5199 y dimensiones

según ISO 2858.

Diseño PROCESS : desmonte sin desacoplar

las tuberías o el motor.

Prevista para los servicios severos y continuos.

Bridas estándares DIN/NFE PN16.

Bastidor de 3 rodamientos lubrificados por

el aceite del engrasador de nivel constante.

Impulsor cerrado, con anillo de usura sobre cuerpo. Anillo

de usura sobre impulsor en opción según tamaño

Eje totalmente protegido del líquido bombeado.

Estanquidad por trenzas o sello mecánico normalizado

simple, doble o tándem.

Control de la presión en la caja de guarnición

por las alabes dorsales del impulsor.

Cámara de refrigeración en estándar.

Intercambiabilidad máxima de las piezas constitutivas de

la serie.

Excelente rendimiento.

NPSH requerido el más bajo.

Modelos corrientes en stock.

Cualidades técnicas :

Caudal : de 2 a 5 000 m3/h o de 10 a 22 000 U.S GPM.

Altura manométrica total : hasta 165 m o 540 pies .

Presión máxima de servicio : hasta 20 bar.

Temperatura de servicio admisible :

de –40 hasta 180 °C.

Velocidad máxima : 3 000 rpm a 50 Hz o

3 600 rpm a 60 Hz.

Los materiales estándar :

Fundición.

Acero inoxidable austenítico 18/10/2,5*.

Acero inoxidable austenítico 20/25/4 +Cu*.

Acero inoxidable austeno-ferritico 26/5/2+Cu*.

Otros materiales realizables por pedido : titanio,

níquel, Hastelloy.

* Los valores indicados son los porcentajes en Cr/Ni/Mo

Las industrias :

Industria química.

Industria petroquímica.

Industria siderúrgica.

Industria alimenticia.

Centrales térmicas.

Electro-metalurgia

Los derivados :

CDN : Con impulsor de descarga.

CNS : Impulsor semi-abierto.

CDNSF : Impulsor semi-abierto,

platillo de usura y sello hidrodinámico.

CNSFR : Cuerpo con cámara de calentamiento.

CDNSFR : Cuerpo con cámara de calentamiento

y sello hidrodinámico.

CN…SB : Sello hidrodinámico por bastidor

con silla soporte con masas centrífugas.

CMNV : Verticalizada monobloque tipo cámara seca.

CPNS : Con impulsor especial para pasta de papelería.

Para caudales superiores a 5 000 m³/h, la serie CN se completa

por una serie de bombas hélico-centrífugas disponibles por

pedido.

AC- Bomba Centrífuga autocebante horizontal

Aplicaciones

Para líquidos sucios, barrosos, con pequeños sólidos en

suspensión.

Desagote de piletas de natación, sótanos, excavaciones,

minas, y canteras.

Avenamiento de napas para fundaciones en obras

hidráulicas, tendido de cañerías o conductores

subterráneos.

Trasvases de líquidos limpios o sucios en industrias

frigoríficas, vitivinícolas, textiles, alimenticias,

petroquímicas, etc.

Cualidades

Rotor: Semiabierto, de fundición gris de grano fino, hidráulica y

mecánicamente balanceado. Posee paletas compensadoras del

empuje axial.

Disco de desgaste: Recambiable, de fundición gris, permite

recuperar los ajustes necesarios para el óptimo funcionamiento

del rotor.

Eje: de acero S.M SAE 1045. Correctamente dimensionado

elimina flechas perjudiciales y asegura un giro sin vibraciones.

Rodamientos: a bolillas, calculados para servicio pesado y

continuo en las condiciones de trabajo más desfavorables.

Cierre mecánico: asegura absoluta hermeticidad, tanto para

evitar la salida de líquido como para impedir la entrada de aire,

condición de fundamental importancia en las bombas

autocebantes.

Sentido de giro: es el indicado en la bomba por una flecha. No

debe hacerse girar en seco pues se dañaría el cierre mecánico.

Lubricación: la bomba sale de fábrica con grasa en los cojines

para un servicio de 3 meses. Cuando se ponga lubricante no se

emplee en exceso; debe usarse grasa adecuada en los

rodamientos y grasa insoluble en el cierre mecánico.

RS- Bomba centrífuga horizontal

Aplicaciones

Riego en general.

Sistemas de incendio.

Aire acondicionado.

Uso industrial en general.

Abastecimiento de agua potable.

Cualidades

Cuerpo de bomba: del tipo de cámara espiral, de fundición de

amplios espesores, partido verticalmente. La boca de impulsión,

a bridas, puede ocupar cuatro posiciones distintas giradas de

90º, excepto en los modelos RS 88 y RS 1212 que llevan el

pedestal de apoyo integralmente fundido con el cuerpo. En la

ejecución normal, la boca de impulsión va hacia arriba. La tapa

de succión, también de hierro fundido, va abollonada al cuerpo.

Rotor: de fundición, cerrado, aspiración simple, hidráulica y

mecánicamente balanceado.

Eje de acero, de amplia resistencia y rigidez para reducir al

mínimo las deformaciones y vibraciones.

Anillo de desgaste: del tipo renovable, de bronce, con el juego

adecuado como para disminuir al mínimo las pérdidas por

retorno.

Manguito protector del eje: de bronce, renovable. Abarca toda

la extensión de la caja prensa-estopa.

Caja de prensa-estopa: profunda. De dimensiones adecuadas

para el uso de empaquetadura cuadrada y de fácil acceso para

recambio. En la ejecución normal se provee el anillo de cierre

hidráulico, de bronce, alimentado desde la cámara espiral por

un tubo de cobre.

Cojinetes: dos cojinetes del tipo de bolillas, ampliamente

dimensionados para asegurar un rodamiento satisfactorio y

larga vida. Lubricados con grasa y debidamente protegidos del

polvo y la humedad.

Cierre mecánico: con un costo adicional, todas las bombas

pueden suministrarse con cierre mecánico en reemplazo de la

caja de prensa-estopa y empaquetadura. Para el caso es

necesario conocer la temperatura y características del líquido a

bombear

Caballete de soporte: es el elemento de apoyo de la bomba,

salvo en los modelos RS 88 y RS 1212. Contiene el alojamiento

de los cojinetes. Es del tipo reforzado, ejecutado en hierro

fundido.

Rotación: a la derecha, mirando desde la toma de fuerza.

  BIBLIOGRAFÍA

 

      BEJARANO RICO, Rafael. LATORRE CHACON,

Leonardo

Bombas Centrifugas Selección, Instalación,

Operación, Mantenimiento.

      Catalogos de Bombas Centrifugas suministrados

por la empresa BOMBAS Y RIEGOS, Medellín,

Colombia.

      www.altavista.com

Bombas Centrífugas. Aplicación, Sistemas, Principios Fundamentales y Selección (página 2) Enviado por F lix Mendoza Gonz lez � �

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Partes: 1, 2

 

Sistema (líneas de flujo).

En muchas ocasiones el sistema al cual se necesita acoplar una bomba existe con anterioridad, y el trabajo se reduce a conocer y entender bien las características del mismo, para así poder determinar satisfactoriamente la bomba necesaria para poder cumplir con los requerimientos del proceso.

Asumiendo que se debe concebir el sistema para que satisfaga las necesidades del proceso, se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:

Caudal requerido. Cabeza requerida (este aspecto está fuertemente

influenciado por las características del sistema). Fluido a bombear. Temperatura del fluido.

La característica de un sistema está dada por la curva de cabeza-caudal, la cual está dada por dos componentes; la cabeza estática total, TSH, (Fija. Independiente del caudal manejado) y la Cabeza Dinámica, CD, (Variable. Dependiente del caudal manejado).

Esta Cabeza Estática Total (TSH) se determina físicamente sobre el sistema, y generalmente se dan las dos configuraciones siguientes:

La bomba se encuentra por encima del nivel de succión (Fig.2).

La bomba se encuentra por debajo del nivel de succión (Fig.3).

Fig. 2 ? Bomba por encima de la succión.

En este caso la Cabeza Estática Total (TSH) es la suma de la Elevación de Succión Estática (SSL), más la Cabeza Estática de Descarga (SDH).

Fig. 3 ? Bomba por debajo de la succión.

En este caso la Cabeza Estática Total (TSH) es la diferencia entre la Cabeza Estática de Descarga (SDH), menos la Cabeza Estática de Succión (SSH).

La Cabeza Dinámica es variable, ya que depende de varios factores, como son; caudal manejado por el sistema (velocidad de flujo), las características físicas de la tubería (diámetro y rugosidad) y la viscosidad del fluido (es función de la temperatura), forma general de la línea (accesorios y válvulas).

Dicha cabeza cuantifica las perdidas de energía que se generan por fricción en la tubería, y cambios de dirección (o obstrucciones) producto de las válvulas y los accesorios.

Para calcular las pérdidas por fricción el la tubería se utiliza la ecuación de Darcy-Weisbach:

Donde: = Factor de fricción.

Para calcular las pérdidas por accesorios y válvulas se utiliza el método de Coeficiente de Resistencia K. Con la siguiente ecuación:

Donde: K= Factor de fricción.

Así la cabeza dinámica es igual a la suma de las dos expresiones anteriores.

Ahora, la característica total del sistema está dada por (Fig. 4):

Fig. 4 ? Característica H-Q del Sistema.

Ahora, ya que está determinado el comportamiento del sistema dependiendo del caudal manejado, revisaremos las características de la bomba, para así elegir la bomba mas apropiada.

Principios fundamentales.

Una bomba centrifuga es una maquina que convierte la potencia de entrada (rotativa, motor) en energía cinética en el fluido por medio de un mecanismo giratorio, el impulsor.

El principal fenómeno físico de transferencia de energía es el efecto centrífugo ejercido sobre el fluido. Adicionalmente, el efecto de la forma de la voluta o carcaza sobre el fluido es la transformación de energía (de cabeza de velocidad a cabeza de presión) por el fenómeno de continuidad, también contribuye al aumento del nivel energético del fluido en la descarga de la bomba (Fig. 5).

Fig. 5 ? Arreglo Impulsor-Voluta.

El nivel energético del fluido en cualquier punto (*) esta dado por la expresión:

Considerando que la bomba transfiere energía al fluido, se puede hacer un balance energético entre la succión y la

descarga de la bomba; puntos 1 y 2, respectivamente (Fig.6).

Fig. 6 ? Balance energético de la bomba.

La energía entregada por la bomba al fluido, despreciando la transferencia de calor y el trabajo viscoso está dada por H, (en términos de cabeza).

Dado que existen perdidas internas en las bombas de tipo hidráulicas, volumétricas y mecánicas; cobra sentido definir la eficiencia de la bomba.

En función de la potencia transferida al fluido y la potencia entregada a la bomba por el eje del motor, se define la eficiencia así:

El movimiento del impulsor genera una baja presión en la succión de la bomba, lo cual hace que el fluido se mueva hacia el ojo del impulsor (Fig.7).

Fig. 7 ? Distribución de presión en el impulsor de una bomba centrífuga radial.

En la figura anterior se muestra la generación de la presión en la medida en que el líquido va abandonando el impulsor. Adicionalmente se muestra claramente la diferencial de presión entre el lado convexo con relación al cóncavo del alabe.

Ahora, después de entender el funcionamiento de una bomba, es momento de ver como se comporta una bomba centrífuga radial, en función de sus variables de operación.

Los fabricantes de bombas proveen las curvas características de la bomba, las cuales muestran la cabeza, la eficiencia, potencia y NPSH-R, versus el caudal manejado por la bomba (Fig. 8).

Fig. 8 ? Curvas características de la bomba.

En este momento es importante definir el BEP, (siglas en ingles de Punto de Mejor Eficiencia); este punto como su nombre lo dice, esta asociado a los parámetros de operación de la bomba en la cual su eficiencia es máxima. Así, entonces hay un valor de caudal y de cabeza relacionados al BEP (QBEP y HBEP). Lo ideal es trabajar la bomba en este punto (o en su vecindad), para suplir las necesidades del proceso.

Selección.

En este momento, ya es claro el comportamiento individual y por separado, del sistema y de la bomba. Ahora el trabajo consiste en hacer una buena selección de la bomba, según los requerimientos del proceso (principalmente, cabeza y caudal requerido).

Hay que hacer especial claridad y énfasis en que; una bomba centrífuga siempre tratará de operar en el punto donde su curva característica se intercepte con la curva característica del sistema (Fig. 9).

Fig. 9 ? Comportamiento conjunto Sistema - bomba.

El paso siguiente es la selección de la bomba, para esto se debe tener en cuenta dos aspectos primordiales:

1. Y

2. Buscar una bomba que los valores de cabeza y caudal en su BEP, coincidan ó sean similares a la cabeza y caudal requeridos por el proceso. Así:

3. Buscar una bomba la cual tenga una curva cabeza-caudal (H-Q), cuya característica pueda cumplir los posibles rangos de operación para satisfacer el proceso.

El primer punto anterior no es mucho lo que nos puede decir sobre el tipo de bomba a utilizar dado que varias bombas, de varios tipos, pueden tener un BEP que se acerque al requerido por el proceso. Pero al tener conocimiento sobre el rango de trabajo que requiere el proceso, toma sentido el segundo punto anterior, dado que buscaríamos una bomba que satisfaga las necesidades pertinentes.

A continuación se presentaran tres curvas con características H-Q muy diferentes, con los mismos valores de cabeza y caudal para el BEP.

Fig. 10 ? Curvas características ? bomba flujo Radial.

Fig. 11 ? Curvas características ? bomba flujo Mixto.

Fig. 12 ? Curvas características ? bomba flujo Axial.

Cada una de las tres bombas anteriores cumplen a cabalidad el primer aspecto a tener en cuenta en la selección de la bomba. Como se mencionó anteriormente, para poder satisfacer el segundo punto es necesario conocer el rango de operación del proceso para así elegir una bomba cuya curva H-Q satisfaga dichos requerimientos, sin alejarse significativamente del punto de mejor eficiencia de la bomba.

Además de la cabeza y el caudal, también están asociados al BEP, un valor de potencia (bhp) y un valor de NPSHR (siglas en ingles de Cabeza Neta de Succión Positiva Requerida).

La potencia requerida en el BEP puede ser conseguida dependiendo del motor seleccionado, por lo general esto no genera mucho inconveniente dada la amplia gama de motores desarrollados en la industria.

El termino NPSHR es una medida de la energía mínima requerida en el ojo de succión de la bomba, para garantizar el buen funcionamiento de la bomba.

El NPSHR es un parámetro de la bomba y es determinado y suministrado por el fabricante de la bomba.

Este parámetro debe ser comparado contra el NPSHA (siglas en ingles de Cabeza Neta de Succión Positiva Disponible), el cual está determinado por las características del tramo de succión del sistema, y se puede mejorar aumentando el diámetro de la tubería de succión, mejorando la calidad de dicha tubería, reduciendo la distancia de la tubería de succión y la cantidad de accesorios en la línea. Todo lo anterior con el fin de garantizar que:

Muchos autores y la practica aconseja que:

esto con la intención de tener un factor de seguridad para evitar el negativo fenómeno de cavitación, el cual aqueja frecuentemente los sistemas de bombeo.

Teniendo en cuenta los aspectos tratados, seguramente se concebirán sistemas de bombeo óptimos y eficientes, que garantizarán las mejores condiciones de funcionamiento teniendo en cuenta el aspecto económico desde el punto de vista de inversión inicial y de operación a lo largo de la vida útil de todo el sistema de bombeo.

Referencias:

"Flow of Fluids Through Valves, Fittings, and Pipe". CRANE. Technical Paper No. 410.

"Pump Handbook". Karassik ? Messina ? Cooper ? Heald. Thrid Edition. McGraw - Hill.

"Bombas Rotodinamicas y de Desplazamiento Positivo". Burton ? Loboguerrero. Edición Julio 1999. UNIANDES.

"Enginner?s Guide to Rotating Equipment ? The Pocket Reference". Mattews. Professional Enginnering Publishing.

Goulds Pumps. ITT Industries. Seminario Bombas Centrifugas. Selección, Operación,

y Funcionamiento. ASME International. Bogotá, Agosto/05.

 

Félix Mendoza González

Ingeniero Mecánico.

MAQUINA HIDRÁULICA

Una maquina hidráulica es un transformador de energía, esto es, recibe energía mecánica que puede proceder de un motor eléctrico, térmico, etc., y la convierte en energía que un fluido adquiere en forma de presión, de posición, o de velocidad.

Otra definición puede ser: máquina hidráulica (bomba), es un dispositivo empleado para elevar, transferir o comprimir líquidos y gases. En todas ellas se toman medidas para evitar la cavitación (formación de un vacío), que reduciría el flujo y dañaría la estructura de la bomba

Para una mayor claridad, buscando una analogía con las maquinas eléctricas, y por el caso especificó del agua, una bomba seria un generador hidráulico.

Es conveniente no confundirse con la función que realiza una turbina, ya que la turbina realiza una función inversa al de una bomba, esto es, transforma energía de un fluido en energía mecánica.

Clasificación de las máquinas hidráulicas

Las bombas o maquinas hidráulicas se clasifican según dos consideraciones generales diferentes:

Las que toman en consideración características de movimiento de líquidos y

La que se basa en el tipo o aplicación especifica para los cuales se ha diseñado la bomba. El uso de estos dos métodos de clasificación de bombas puede despertar gran interés en una gran cantidad de aplicaciones.

A continuación se muestra una clasificación de los diversos tipos de bombas que puede ser útil para tener una idea más clara de las clases y tipos de estas.

Clase Tipo

Centrifuga

Voluta

Difusor

Turbina regenerativa

Turbina vertical

Flujo mixto

Flujo axial

Rotatoria Engranes

Alabes

Leva y pistón

Tornillo

Lóbulo

Bloque de vaivén

Reciprocante

Acción directa

Potencia

Diafragma

Rotatoria - Pistón

Bombas centrífugas  

Las bombas centrífugas, también denominadas rotativas, tienen un rotor de paletas giratorio sumergido en el líquido. El líquido entra en la bomba cerca del eje del rotor, y las paletas lo arrastran hacia sus extremos a alta presión. El rotor también proporciona al líquido una velocidad relativamente alta que puede transformarse en presión en una parte estacionaria de la bomba, conocida como difusor. En bombas de alta presión pueden emplearse varios rotores en serie, y los difusores posteriores a cada rotor pueden contener aletas de guía para reducir poco a poco la velocidad del líquido. En las bombas de baja presión, el difusor suele ser un canal en espiral cuya superficie transversal aumenta de forma gradual para reducir la velocidad.

El rotor debe ser cebado antes de empezar a funcionar, es decir, debe estar rodeado de líquido cuando se arranca la bomba. Esto puede lograrse colocando una válvula de retención en el conducto de succión, que mantiene el líquido en la bomba cuando el rotor no gira. Si esta válvula pierde, puede ser necesario cebar la bomba introduciendo líquido desde una fuente externa, como el depósito de salida. Por lo general, las bombas centrífugas tienen una válvula en el conducto de salida para controlar el flujo y la presión.

En el caso de flujos bajos y altas presiones, la acción del rotor es en gran medida radial. En flujos más elevados y presiones de salida menores, la dirección de flujo en el interior de la bomba es más paralela al eje del rotor (flujo axial). En ese caso, el rotor actúa como una hélice. La transición de un tipo de condiciones a otro es gradual, y cuando las condiciones son intermedias se habla de flujo mixto.

Los tipos de bombas centrifugas:

Volute

Diffuser

Regenerative-turbine

Vertical-turbine

mixed-flow

axial-flow (propeller)

Estos seis tipos de bombas centrifugas, pueden ser Single-stage o multi-stage.

Características de la Bombas Centrifugas

La figura muestra la sección axial de un compresor centrífugo de tres escalonamientos de presión, con las denominaciones de los diferentes elementos de que está constituida la máquina.

A Cubierta inferior

B Cubierta superior

C Tapa del cojinete

D Mitad inferior del cojinete

E Mitad superior del cojinete

F Tapa del agujero de engrase

G Anillo de engrase

H Anillo de retención de aceite

I Rodete

J Tuerca del rodete

K Árbol

L Manguito del árbol

M Tapa del prensaestopas (mitad)

N Pernos del prensaestopas

O Aros de cierre de la cubierta

P Aros de cierre del rodete

Q Anillo linterna

R Platos de acoplamiento

S Collar de empuje

R Pernos y tuercas del acoplamiento

U Bujes del acoplamiento

V Extremo de la caja prensaestopas

Bombas rotatorias

En resumen una bomba rotatoria, es una maquina de desplazamiento positivo, dotada de movimiento rotativo.

Estas bombas se clasifican en dos grupos:

Según el órgano desplazador

Maquinas de Émbolos

Maquinas de engranajes

Maquinas de paletas

Según la variedad del Caudal

Maquinas de desplazamiento fijo

Maquinas de desplazamiento variable

Tipos de bombas rotatorias

Bomba de leva y pistón

Bomba de engranajes exteriores

Bomba de dos lóbulos

Bomba de tres lóbulos

Bomba de cuatro lóbulos

Bomba de tornillo simple

Bomba de doble tornillo

Bomba de triple tornillo

Bomba de paletas oscilantes

Bomba de paletas deslizantes

Bomba de bloque deslizante

Bombas reciprocantes

Las bombas están formadas por un pistón que oscila en un cilindro dotado de válvulas para regular el flujo de líquido hacia el cilindro y desde él. Estas bombas pueden ser de acción simple o de acción doble. En una bomba de acción simple el bombeo sólo se produce en un lado del pistón, como en una bomba impelente común, en la que el pistón se mueve arriba y abajo manualmente. En una bomba de doble acción, el bombeo se produce en ambos lados del pistón, como por ejemplo en las bombas eléctricas o de vapor para alimentación de calderas, empleadas para enviar agua a alta presión a una caldera de vapor de agua. Estas bombas pueden tener una o varias etapas. Las bombas alternativas de etapas múltiples tienen varios cilindros colocados en serie.

Las bombas reciprocantes son unidades de desplazamiento positivo descargan una cantidad definida de liquido durante el movimiento del pistón o embolo a través de la distancia de carrera. Sin embargo, no todo el líquido llega necesariamente al tubo de descarga debido a escapes o arreglo de pasos de alivio que puedan evitarlo. Despreciando estos, el volumen del liquido desplazado en una carrera del pistón o embolo es igual al producto del área del pistón por la longitud de la carrera.

Tipo de bombas reciprocantes

Existen básicamente dos tipos de bombas reciprocantes; las de acción directa, movidas por vapor y las bombas de potencia. Pero existen muchas modificaciones de los diseños básicos, construidas para servicios específicos en diferentes campos. Algunas se clasifican como bombas rotatorias por los fabricantes, aunque en realidad utilizan un movimiento reciprocantes de pistones o émbolos para asegurar la acción de bombeo. Bombas de acción

directa. En este tipo, una varilla común de pistón conecta un pistón de vapor y uno de líquido o embolo. Las bombas de acción directa se construyen, simples (un pistón de vapor y un pistón de liquido, respectivamente), y duplex (dos pistones de vapor y dos de liquido).

Las bombas de acción directa horizontales simples y duplex, han sido por mucho tiempo apreciadas para diferentes servicios, incluyendo la alimentación de calderas en presiones de bajas y medianas, manejo de lodos, bombeo de aceite y agua, y muchos otros. Se caracterizan por la facilidad de ajuste a la columna, velocidad y capacidad, tiene una buena eficiencia a lo largo de una extensa región de capacidades.

Las bombas de embolo, se usan para presiones mas altas que los tipos de pistón. Al igual que todas las bombas reciprocantes, las unidades de acción directa tienen un flujo de descarga pulsante.

Bombas de potencia. Estas tienen un cigüeñal movido por una fuente externa, generalmente un motor eléctrico-, banda o cadena. Usualmente se usan engranes entre el motor y el cigüeñal para reducir la velocidad de salida del elemento motor. Cuando se mueve a velocidad constante, las bombas de potencia proporcionan un gasto casi constante para una amplia variación de la columna, y tiene buena eficiencia.

El extremo líquido, que puede ser del tipo de pistón o embolo, desarrolla una presión elevada cuando se cierra la válvula de descarga. Por esta razón, es práctica común el proporcionar una válvula de alivio para la descarga, con objeto de proteger la bomba y su tubería. Las bombas de acción directa, se detienen cuando la fuerza total en el pistón del agua iguala a la del pistón de vapor; las bombas de patencia desarrollan una presión muy elevada antes de detenerse.

Las bombas de potencia se encuentran particularmente bien adaptadas para servicios de alta presión y tiene algunos usos en la alimentación de calderas, bombeo en líneas de tuberías, proceso de petróleos y aplicaciones similares. Las bombas de potencia de alta presión son generalmente verticales pero también se constituyen unidades horizontales.

Bombas de tipo potencia de baja capacidad. Estas unidades se conocen también como bombas de capacidad variable, volumen controlado y de ;proporción ;. Su uso principal es para controlar el flujo de pequeñas cantidades de líquido para alimentar calderas, equipos de proceso y unidades similares.

La capacidad de estas bombas depende de la longitud de carrera, esta usa un diafragma para bombear el liquido que se maneja, pero el diafragma esta accionado por un embolo que desplaza aceite dentro de la cámara de la

bomba. Cambiando la longitud de la carrera del embolo se varia el desplazamiento del diafragma.

Bombas de tipo diafragma. La bomba combinada de diafragma y pistón generalmente se usa solo para capacidades pequeñas. Las bombas de diafragma se usan para gastos elevados de líquidos ya sean claros o conteniendo sólidos. También son apropiados para pulpas gruesas, drenajes, lodos, soluciones ácidas y alcalinas, así como mezclas de agua con sólido que puedan ocasionar erosión. Un diafragma de material flexible no metálico, puede soportar mejor la acción erosiva y corrosiva de las partes metálicas de las bombas reciprocantes. La bomba de roció de diafragma de alta velocidad y pequeño desplazamiento esta provista de una solución de tipo discoidal y válvulas de descarga. Ha sido diseñada para manejar productos químicos.

Limitación de la altura se succión de una bomba centrifuga

Entre los factores más importantes que afectan la buena operación o funcionamiento de una bomba centrífuga, están las condiciones existentes en la succión. Alturas de succión exageradas, por regla general, reduce la capacidad de funcionamiento y la eficiencia de la bomba centrífuga y puede originar serio problemas o dificultades debido a la presencia del fenómeno de cavitación.

Por mucho tiempo se considero y se sigue considerando que 4.6 metros al nivel del mar, manejando agua limpia a 15.6º c es la altura máxima de succión conveniente para un buen funcionamiento de la bomba centrífuga, sin embargo en la actualidad se dice que una bomba centrífuga es capaz de trabajar correctamente con alturas de succión mayores a 4.6 metros si tales alturas han sido fijadas convenientemente.

Por el hecho de considerar de tanta importancia los límites de succión es porque los fabricantes de bombas centrífugas construyen curvas límites de altura de succión para cada bomba en particular, deduciendo estas en forma experimental.

La razón para tanto interés en limitar la altura de succión es la influencia tan decisiva que tiene esta, tanto en el gasto elevado como en la eficiencia de la bomba, tal como se ha comprobado por la experiencia y cuyos resultados han sido consignados en la siguiente tabla.

Altura de succión

Gasto ( Lts / segundo )

Eficiencia mecánica (%)

4.6 44.3 77

5.5 43.2 76

6.4 33.1 66

73 24.3 65

8.25 15.8 49

Estos datos nos indican, sin lugar a duda, la gran reducción tanto en el gasto como en la eficiencia mecánica que da una bomba centrífuga a medida de que se aumenta la altura de succión y enfatiza la necesidad de tener la altura de succión correcta, si se desea obtener el gasto necesario y la mayor eficiencia posible.

Pero no solo la eficiencia de la bomba se ve afectada, si ni también la estructura física de la bomba se ve perjudicada debido a la cavitación.

Cavitación

Es el fenómeno provocado cuando el liquido bombeado se vaporiza dentro del tubo de succión o de la bomba misma, debido a que la presión de ella se reduce hasta ser menor que la presión absoluta de saturación del vapor de liquido a la temperatura de bombeo.

Motores para bombas

Probablemente se han usado en las bombas toda clase de motores y fuentes de potencia, con algún tipo de transmisión de potencia, cuando es necesario. Una bomba pude ser accionada por:

Motores eléctricos.

Turbinas de vapor.

Turbinas de gas.

Turbinas hidráulicas.

Turbinas de expansión de gas.

Motores de gasolina.

Motores de diesel.

Motores de gas.

Motores de aire.

Los medios para la transmisión de potencia del motor a la bomba incluyen coples flexibles, engranes, bandas planas o V, cadenas, así como acoplamientos hidráulicos y magnéticos o engranes.

Aplicaciones de las máquinas hidráulicas

Las bombas de desplazamiento positivo o reciprocantes son aplicables para:

Gastos pequeños

Presiones altas

Líquidos limpios.

Las rotatorias para:

Gastos pequeños y medianos

Presiones altas

Líquidos viscosos.

Bombas de tipo centrífugo

Gastos grandes

Presiones reducidas o medianas

Líquidos de todos tipos, excepto viscosos

Las bombas reciprocantes se usaron mucho y su sustitución por las centrífugas ha corrido al parejo de la sustitución del vapor por energía eléctrica, como fuentes de energía.

Calculo de la potencia requerida por una bomba

La potencia requerida por una bomba se calcula en forma aproximada por la formula:

P =

Donde:

H = altura manométrica en metros

P = potencia en KW

Q = capacidad de la bomba en litros/seg.

= rendimiento de la bomba. Se toma: 0.4 a 0.8 para bombas centrífugas y 0.6 a 0.7

para bombas de pistón.

La altura manométrica se calcula como:

H = HA + HR + P

HA = altura de aspiración en metros

H = altura de recurrencia en metros

P = perdidas en tuberías, codos, etc. en metros.

También se puede usar la formula simplificada:

HP =

Donde:

HP =Potencia de la bomba en HP.

H = Altura de elevación del agua en metros.

= rendimiento de la instalación ( 0.6 a 0.7)

Introducción:

Una bomba es una turbo máquina generadora para líquidos. La bomba se usa para transformar la energía mecánica en energía hidráulica.

La bombas se emplean para bombear toda clase de líquidos, (agua, aceites de lubricación, combustibles ácidos, líquidos alimenticios, cerveza, leche, etc.), éste grupo constituyen el grupo importante de l as bombas sanitaria. También se emplean las bombas para bombear los líquidos espesos con sólidos en suspensión, como pastas de papel, melazas, fangos, desperdicios, etc.

Un sistema de bombeo puede definirse como la adición de energía a un fluido para moverse o trasladarse de un punto a otro.

Una bomba centrífuga es una máquina que consiste en un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o cárter; o una cubierta o carcasa. Las paletas imparten energía al fluido por la fuerza centrífuga.

Uno de los factores mas importantes que contribuyen al creciente uso de bombas centrífugas ha sido el desarrollo universal de la fuerza eléctrica.

Descripción de las Bombas Centrífugas y de Flujo Axial:

El elemento rotativo de una bomba centrífuga se denomina impulsor. La forma del impulsor puede forzar al agua a salir en un plano perpendicular a su eje (flujo radial); puede dar al agua una velocidad con componentes tanto axial como radial (flujo mixto) o puede inducir un flujo en espiral en cilindros coaxiales según la dirección del eje (flujo axial). Normalmente, a las máquinas con flujo radial o mixto se les denomina bombas centrífugas, mientras a las de flujo axial se las llama bombas de flujo axial o bombas de hélice. Los impulsores de las bombas radiales y de las mixtas pueden abiertos o cerrados. Los impulsores abiertos consisten en un eje al cual están unidos los álabes, mientras que los impulsores cerrados tienen láminas (o cubiertas) a cada lado de los álabes.

Las bombas de flujo radial tienen una envolvente helicoidal, que se denomina voluta, que quía el flujo desde el impulsor hasta el tubo de descarga. El

incremento de la sección transversal a lo largo de la envolvente tiende a mantener constante la velocidad en su interior.

Algunas bombas tienen álabes difusores en la voluta. Estas bombas son conocidas como turbobombas.

Las bombas pueden ser unicelulares o multicelulares. Una bomba unicelular tiene un único impulsor, mientras que una multicelular tiene dos o mas impulsores dispuestos de forma que la salida de uno de ellos va a la entrada siguiente.

Es necesario emplear una disposición apropiada de las tuberías de aspiración y descarga para que una bomba centrífuga funcione con su máximo rendimiento. Por motivos económicos, el diámetro de la cubierta de la bomba en la aspiración y descarga suele ser menor que el del tubo al cual se conecta. Si existe un reductor horizontal entre la aspiración y la bomba, deberá utilizarse un reductor excéntrico para evitar la acumulación de aire. Deberá instalarse una válvula de pie (válvula de registro) en el tubo de aspiración para evitar que el agua abandone la bomba si ésta se detiene. La tubería de descarga suele incorporar una válvula de registro una válvula de cierre. La válvula de registro evita que se cree un flujo de retorno a través de la bomba en caso de que halla una caída de potencia. Las tuberías de aspiración que toman agua de un depósito duelen tener un filtro para prevenir la entrada de partículas que pudieran atascar la bomba.

Las bombas de flujo axial suelen tener solo dos o cuatro palas, por lo que tienen grandes conductos sin obstáculos, que permiten trabajar con agua que contengan elementos sólidos sin que se produzca atascos. Los álabes de algunas bombas axiales grandes son ajustables para permitir fijar la inclinación que dé el mejor rendimiento bajo condiciones reales.

Altura Desarrollada por una Bomba:

La h desarrollada por una bomba se determina midiendo la presión en la aspiración y en la salida de la bomba, calculando las velocidades mediante la división del caudal de salida entre las respectivas áreas de las secciones transversales y teniendo en cuenta la diferencia de altura entre la aspiración y la descarga. La altura neta h suministrada por la bomba al fluido es

donde los subíndices d y as se refieren a la descarga y aspiración de la bomba. Si las tuberías de descarga y aspiración son del mismo tamaño, las componentes de la altura correspondiente a la velocidad se cancelan, sin embargo en general la tubería de entrada es mayor que la de salida.

La normativa de ensayo indica que la altura desarrollada por una bomba es la diferencia entre la carga en la entrada y en la salida. Sin embargo, las condiciones del flujo en la brida de salida son normalmente demasiado irregulares para tomar medidas de presión precisas, y es más seguro medir la presión alejándose de la bomba diez o mas veces el diámetro del tubo y añadir una estimación de la pérdida por fricción para esa longitud del tubo.

En la entrada algunas veces existe prerotación en la zona del tubo cercana a la bomba y esto puede hacer que las lecturas depresión obtenidas con un instrumento de medida sean diferentes a la presión media real en dicha sección.

Rendimiento de las Bombas:

Cuando un líquido fluye a través de una bomba, sólo parte de la energía comunicada por el eje del impulsor es transferida el fluido. Existe fricción en los cojinetes y juntas, no todo el líquido que atraviesa la bomba recibe de forma efectiva la acción del impulsor, y existe una perdida de energía importante debido a la fricción del fluido. Ésta pérdida tiene varias componentes, incluyendo las pérdidas por choque a la entrada del impulsor, la fricción por el paso del fluido a través del espacio existente entre las palas o álabes y las pérdidas de alturas al salir el fluido del impulsor. El rendimiento de una bomba es bastante sensible a las condiciones bajo las cuales esté operando. El rendimiento h de una bomba viene dado por

donde g , Q y h se definen de forma habitual; T es el par ejercido por el motor sobre el eje de la bomba y w el régimen de giro del eje en radianes por segundos.

Características del Funcionamiento de las Bombas a Velocidad Constante:

El rendimiento de una bomba varía considerablemente dependiendo de las condiciones bajo las cuales esté operando. Por tanto, cuando se selecciona una bomba para una situación dada, es importante que la persona encargada de realizar dicha selección tenga información relativa el funcionamiento de las distintas bombas entre las que vaya a realizarse la elección. El fabricante de bombas suele tener información de este tipo, basada en ensayos de laboratorio, sobre su catálogo de bombas estándar. Sin embargo, algunas veces las bombas de gran capacidad se fabrican a medida. A menudo se fabrica y se ensaya un modelo de tal bomba entes de realizar el diseño final del prototipo de la bomba. Aun cuando algunas bombas centrífugas son accionadas por motores de velocidad variable, la forma mas frecuente de operación de las bombas es a velocidad constante.

La forma de los impulsores y de los álabes y su relación con la envolvente de la bomba dan lugar a variaciones en la intensidad de las pérdidas por choque, la fricción del fluido y la turbulencia. Dichos parámetros varía con la altura y el caudal, siendo responsables de las grandes modificaciones en las características de las bombas. La altura en vacío es la que desarrolla la bomba cuando no hay flujo. En el caso de las bombas centrífugas de flujo mixto, la altura en vacío es alrededor de un 10 por 100 mayor que la altura normal, que es la que corresponde al punto de máximo rendimiento, mientras que en el caso de las bombas de flujo axial la altura en vacío puede ser hasta tres veces la altura normal.

La elección de una bomba para condiciones determinadas dependerá de la velocidad de giro del motor que la acciona. Si la curva característica de una bomba para una velocidad de giro dada es conocida, la relación entre la altura

y el caudal para velocidades de giro distintas puede deducirse a partir de ecuaciones.

Punto de Funcionamiento de una Bomba:

La manera en la que una bomba trabaja depende no sólo de las características de funcionamiento de la bomba, sino también de las características del sistema en el cual vaya a trabajar. Para el caso de una bomba dada, mostramos las características de funcionamiento de la bomba (h respecto a Q) para una velocidad de operación dada, normalmente cercana a la velocidad que da el rendimiento máximo. También mostramos la curva característica del sistema (es decir, la altura de bombeo requerida respecto a Q). En este caso, la bomba está suministrando líquido a través de un sistema de tuberías con una altura estática D z. La altura que la bomba debe desarrollar es igual a la elevación estática mas la pérdida total de carga en el sistema de tuberías (aproximadamente proporcional) a Q²). La altura de funcionamiento de la bomba real y el caudal son determinados por la intersección de las dos curvas.

Los valores específicos de h y Q determinados por esta intersección pueden ser o no ser los de máximo rendimiento. Si no lo son, significa que la bomba no es exactamente la adecuada para esas condiciones específicas.

El punto de funcionamiento o punto óptimo de una bomba solodinámica es el de la curva H – Q que corresponde a un rendimiento máximo. Cuanto mas empinada se la curva H – Q, mas significativo será el efecto de cualquier cambio de altura en el punto de funcionamiento.

Por ejemplo, una bomba con una curva H – Q empinada presentará un pequeño cambio de descarga pero la altura variará mucho si se desplaza el punto de funcionamiento, en cambio una bomba cuya curva H – Q sea plana, mostrará un gran cambio de capacidad pero la altura variará poco al desplazarse el punto de funcionamiento

Las curvas H – Q para las bombas centrífugas son sustancialmente planas, con tendencia a que el sedimento máximo se sitúe inmediatamente después de la capacidad media.

Las curvas H – Q para una bomba de flujo axial es aún más empinada, con su punto de demanda en la descarga nula y su curva de potencia es decreciente.

Cavitación en las Bombas:

Un factor importante para el funcionamiento satisfactorio de una bomba es evitar la cavitación, tanto para obtener un buen rendimiento como para evitar daños en el impulsor. Cuando un líquido pasa por el impulsor de una bomba, se produce un cambio de presión. Si la presión absoluta de un líquido cae por debajo de s presión de vapor, se producirá cavitación. Las zonas de vaporización obstruyen el flujo limitando la capacidad de la bomba. Cuando el fluido avanza a una zona de mayor presión, las burbujas colapsan y su implosión puede producir un picado del impulsor la cavitación suele producirse con mas frecuencia cerca de la salida (periferia) de los impulsores de flujo radial y mixto, donde se alcanzan las velocidades mayores. También puede aparecer en la aspiración del impulsor, donde las presiones son menores. En el caso de las bombas de flujo axial, l parte mas vulnerable a la cavitación es el extremo de los álabes.

Para las bombas se define el parámetro de cavitación como

para evitar que se produzca cavitación, la bomba debe funcionar de manera que s sea mayor que s c. Esto puede conseguirse seleccionando el tipo, tamaño de bomba y la velocidad de funcionamiento adecuados, y situando la bomba en el punto y a la elevación correcta dentro del sistema.

La expresión para s indica que s tenderá a ser pequeño (por lo que existirá la posibilidad de cavitación) en las siguientes situaciones: a) grandes alturas de bombeo; b) presión atmosférica; c) grandes valores de ze, es decir, cuando la bomba se encuentra a una elevación relativamente grande comparada con la elevación de la superficie del agua del depósito; e)valores grandes de presión de vapor, es decir, altas temperaturas y/o bombeo de líquidos muy volátiles como gasolina.

La cavitación ocurre cuando la presión absoluta dentro de un impulsor cae por debajo de la presión del vapor del líquido y se forman burbujas de vapor. Estos se contraen mas adelante en los álabes del impulsor cuando llegan a una región de dispersión mas alta. La (MPS)r mínima para una capacidad y velocidad dadas se define como la diferencia entre la carga absoluta de succión y la presión de vapor del líquido bombeado a la temperatura de bombeo y que es necesario para evitar la cavitación.

La cavitación de la bomba se nota cuando hay uno o mas de las siguientes señales: ruido, vibración, caída en la curva de capacidad de carga y eficiencia, con el paso del tiempo, por los daños en el impulsor por picaduras y erosión. Como todas estas señales son inexactas, se hizo necesario aplicar ciertas reglas básicas para establecer cierta uniformidad en la detección de la cavitación.

Efecto de la Viscosidad:

Las bombas centrífugas también se utilizan para bombear líquidos con viscosidades diferentes a las del agua. Al aumentar la viscosidad, la curva altura caudal se hace mas vertical y que la potencia requerida aumenta. La línea discontinua indica los puntos de máximos rendimiento para cada curva. Se observa que tanto la altura como el caudal disminuyen en el punto de máximo rendimiento.

Dos de las principales pérdidas en una bomba centrífuga son por fricción con el fluido y fricción con el disco. Estas perdidas varían con la viscosidad del líquido de manera que la carga – capacidad de salida, así como de la toma mecánica difiere de los valores que se obtienen cuando se maneja agua.

Es necesario, sin embargo, conocer las tres unidades diferentes que pueden encontrarse para describir la viscosidad de un líquido en especial:

1. Segundos Saybolt Universal, o SSU 2. Centistokes – que define la viscosidad cinemática. 3. Centiposes – que definen la viscosidad absoluta.

Se han hecho muchas pruebas experimentales para determinar el efecto de la viscosidad del líquido en el funcionamiento de diversas bombas centrífugas. Aun con datos muy extensos sobre el efecto de la viscosidad.

Es difícil predecir con precisión el funcionamiento de una bomba cuando maneje un fluido viscoso de su comportamiento cuando emplea agua fría.

Cuando se aplican bombas ordinarias de agua fría para usarse en el bombeo de líquidos viscosos, se debe tener cuidado para asegurarse de que el diseño de la flecha es lo bastante fuerte para la potencia necesaria, que puede ser un considerable esfuerzo en los caballos de fuerza al freno para agua fría, aunque pueda ser el peso específico del líquido menor que el del agua.

Selección de Bombas:

Al seleccionar bombas para una aplicación dada, tenemos varias bombas entre las que elegir. Haremos lo posible para seleccionar una bomba que opere con un rendimiento relativamente alto para las condiciones de funcionamiento dadas.

Los parámetros que se deben investigar incluyen la velocidad específica Ns, el tamaño D del impulsor y la velocidad de operación n. Otras posibilidades son el uso de bombas multietapa, bombas en serie, bombas en paralelo, etc. Incluso, bajo ciertas condiciones, limitar el flujo en el sistema puede producir ahorros de energía.

El objetivo es seleccionar una bomba y su velocidad de modo que las características de funcionamiento de la bomba en relación al sistema en el cual opera sean tales que el punto de funcionamiento esté cerca del PMR (punto de máximo de rendimiento). Esto tiende a optimizar el rendimiento de la bomba, minimizando el consumo de energía.

El punto de operación puede desplazarse cambiando la curva características de la bomba, cambiando la curva característica del sistema o cambiando ambas curvas. La curva de la bomba puede modificarse cambiando la velocidad de funcionamientos de una bomba dada o seleccionando una bomba distinta con características de funcionamiento diferentes. En algunos casos puede ser una ayuda ajustar el impulsor, es decir, reducir algo su diámetro, alrededor de un 5 por 100, mediante rectificado. Este impulsor mas reducido se instala en la cubierta original. La curva característica del sistema puede cambiarse modificando el tamaño de la tubería o estrangulando el flujo.

Una complicación que se presenta a menudo es que los niveles de ambos extremos del sistema no se mantienen constantes, como ocurre si los niveles de los depósitos fluctúan. En tal caso es difícil alcanzar un rendimiento alto para todos los modos de funcionamiento. En casos extremos a veces se utiliza un motor con velocidad variable.

El procedimiento de selección de una bomba que permita una recirculación segura es:

1. selecciones una bomba que produzca el flujo de descarga Qa deseado. La curva E es la característica de carga y capacidad de la bomba y la curva a es la de carga del sistema para la descarga hacia el tanque A. La bomba funciona con una carga de Hop.

2. para incluir recirculación continua en el sistema de bombeo, hay que aumentar el caudal de la bomba con la carga Hop de funcionamiento para mantener una descarga de Qa hacia el tanque A y, al mismo tiempo, una recirculación Qb de retorno al tanque B. Para lograrlo, se selecciona el tamaño inmediato mayor de impulsor con la curva de rendimiento F.

en donde H, es la carga de corte de la bomba con la curva de rendimiento F.

3. si se conoce el flujo Qb con la curva Hop de funcionamiento para orificio y tubo de recirculación, el flujo de recirculación Qs, en el punto de corte de la bomba se puede determinar con:

4. Calcúlese el flujo mínimo seguro, Qmin, para la bomba con curva de rendimiento F y la ecuación (2) y conviértase Wmin a Qmin.

5. Compárese la recirculación, Qs, en el punto de corte de la bomba contra el flujo seguro mínimo, Qmin. Si Qs, es mayor que o igual a Qmin, esto concluye el proceso de selección.

Si Q, es menor que Qmin, selecciónese el tamaño inmediato mayor de impulsor y repítase los pasos 3, 4 y 5 hasta

Determinar el tamaño de impulsor que produzca la recirculación mínima segura.

Instalación de Bombas en la Industria de Alimentos:

Los productos que manipulan las bombas en la industria de la alimentación pueden ser desde soluciones acuosas y aceites vegetales ligeros a jarabes y melazas e gran viscosidad, desde líquidos puros a los que tienen gran proporción de sólidos. Dada la extensa variedad de características de estos medios. La industria emplea casi todos los tipos de bombas, con ciertas preferencias en aplicaciones concretas, como en el caso de las máquinas específicamente proyectadas como bombas para producto alimenticio con partículas atención con los detalles a estudiar.

La condición principal que deben cumplir estas bombas es que no contaminen el producto en modo alguno. Básicamente 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 teñirá 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 cualquier residuo de producto son, pues, esenciales y ello debe conseguirse mediante una simple purga; cuando se trata de una bomba de diafragma, el material elegido para este será, normalmente el caucho blanco suave, o bien, si la resistencia ataque químico ha de ser mas elevada, el "hipalón". Igualmente puede ser necesario que la cabeza de válvula, estas y las conexiones de aspiración de descarga sean de vidrio o de material estéril en lugar de metal.

Basadas en la experiencia se han establecido ciertas condiciones para los materiales. Así, en las bombas centrífugas utilizadas en la manipulación de

zumos de melocotones o peras, la caja suele ser de fundición y los rodetes de bronces excepto de cinc, pero esta combinación no conviene par las cerezas aunque su valor de pH sea parecido. En este caso se recurre a la construcción totalmente de bronce. Por otra parte los tomates y las leches sugieren virtualmente el uso de bombas de acero inoxidable.

Si algún material existe con las máxima posibilidades de aplicación en bombas para productos alimenticios es el hacer inoxidable, a pesar de que no deja de tener sus limitaciones sobre todo si el líquido manipulado es electrolito activo, como la salmuera.

Es importante que la bomba se proyecte y se construya de forma que el desmontaje y la limpieza sean operaciones fáciles, dado que quizás deban realizarse a diario o a intervalos regulares (según el proceso) aparte de la facilidad de repararlas y montarlas de nuevo, las superficies internas deben ser lisas y exentas de grietas y puntos de acumulación de suciedad. Esto se tendrá en cuenta al proyectar una bomba para procesos de la industria alimenticia.

BIBLIOGRAFÍA:

FRANQUINI B. Joseph / FINCMORE E. John. Mecánica de Fluidos con Aplicaciones en Ingeniería. McGraw – Hill, España 1997

TYLERG Hicks. BME, Bombas, su Elección y aplicación. Compañía editorial Continental, S.A., México. 1979.

Dr. Ing. CISNEROS MARTINES Luis. Manual de Bombas. Blume. Barcelona; España, 1977.

KARASSIK IGOR I. CARTER ROY. Bombas Centrífugas, Continental, S.A. México. México 1978

MENAUGHTON KENNETCH. Bombas: Selección y Mantenimiento. McGraw – Hill. Méxido 1890.

 

Documento cedido por:

JORGE L. CASTILLO T.

Bombas de desplazamiento positivo.

Bombas de émbolo.

En estas bombas el líquido es forzado por el movimiento de uno o mas pistones ajustados a sus respectivos cilindros tal y como lo hace un compresor.

Figura 1

En la figura 1 se muestra un animado de como se produce el bombeo, observe el movimiento de las válvulas de entrada y salida con el movimiento del pistón. Durante la carrera de descenso del pistón, se abre la válvula de admisión accionada por el vacío creado por el propio pistón, mientras la de descarga se aprieta contra su asiento, de esta forma se llena de líquido el espacio sobre él. Luego, cuando el pistón sube, el incremento de presión cierra la válvula de admisión y empuja la de escape, abriéndola, con lo que se produce la descarga. La repetición de este ciclo de trabajo produce un bombeo pulsante a presiones que pueden ser muy grandes.El accionamiento del pistón en las bombas reales se fuerza a través de diferentes mecanismos, los mas comunes son:

1. Mecanismo pistón-biela- manivela

2. Usando una leva que empuja el pistón en la carrera de impulsión y  un resorte de retorno para la carrera de succión como en la bomba de inyección Diesel.

Estas bombas de pistones son de desplazamiento positivo, y dada la incompresibilidad de los líquidos no pueden funcionar con el conducto de salida cerrado, en tal caso. se produciría o bien la rotura de la bomba, o se detiene completamente la fuente de movimiento, por ejemplo, el motor eléctrico de accionamiento.Como durante el trabajo se produce rozamiento entre el pistón y el cilindro, necesitan de sistemas de lubricación especiales para poder ser utilizadas en la

impulsión de líquidos poco lubricantes tales como el agua. Tampoco pueden ser usadas con líquidos contaminados con partículas que resultarían abrasivas para el conjunto.

Una variante de este método de bombeo se utiliza en los molinos de viento tradicionales, en este caso el cilindro es inoxidable, generalmente de bronce, y el pistón, también inoxidable, está dotado de sellos o zapatillas de cuero, las que duran bastante tiempo lubricadas con el agua de funcionamiento a las bajas velocidades de acción de estos molinos.En la figura 2 se muestra un animado de este método, observe como en este caso la impulsión es axial, y hay una válvula colocada en el centro del pistón. Esta válvula permite el paso desde la cámara inferior del cilindro a la cámara superior durante la carrera de descenso, luego, cuando el pistón sube se cierra, y el agua es impulsada hacia arriba por el pistón. Otra válvula en la parte inferior del cilindro permite la entrada del agua a este cuando el pistón sube y crea succión debajo, pero se cierra cuando este baja, obligando al agua a cambiar de la cámara inferior a la superior del pistón a través de la válvula central.

Bombas de engranes.

Hay diferentes variantes de las bombas de engrane, pero la mas común es la que se muestra animada en la figura 3.En un cuerpo cerrado están colocados dos engranes acoplados de manera que la holgura entre estos y el cuerpo sea muy pequeña.El accionamiento de la bomba se realiza por un árbol acoplado a uno de los engranes y que sale al exterior. Este engrane motriz arrastra el otro.Los engranes al girar atrapan el líquido en el volumen de la cavidad de los dientes en uno de los lados del cuerpo, zona de succión, y lo trasladan confinado por las escasas holguras hacia el otro lado. En este otro lado, zona de impulsión, el líquido es desalojado de la cavidad por la entrada del diente del engrane conjugado, por lo que se ve obligado a salir por el conducto de descarga.La presión a la salida en estas bombas es también pulsante como en las bombas de pistones, pero los pulsos de presión son en general menores en magnitud y mas frecuentes, por lo que puede decirse que tienen un bombeo mas continuo que aquellas.Este tipo de bombas es muy utilizado para la impulsión de aceites lubricantes en las máquinas y los sistemas de accionamiento

Figura 3

hidráulico.

Bombas de diafragma.

En la figura 4 se muestra de forma esquemática un animado del funcionamiento de estas bombas. El elemento de bombeo en este caso es un diafragma flexible, colocado dentro de un cuerpo cerrado que se acciona desde el exterior por un mecanismo reciprocante. Este movimiento reciprocante hace aumentar y disminuir el volumen debajo del diafragma, observe que un par de válvulas convenientemente colocadas a la entrada y la salida fuerzan el líquido a circular en la dirección de bombeo.Como en las bombas de diafragma no hay piezas fricionantes, ellas encuentran aplicación en el bombeo de líquidos contaminados con sólidos, tal como los lodos, aguas negras y similares.

Figura 4

Bombas de paletas.

Utilicemos el esquema de la figura 5 para la descripción de las bombas de paletas.Dentro de un cuerpo con una cavidad interior cilíndrica se encuentra un rotor giratorio excéntrico por donde entra el movimiento a la bomba. En este rotor se han practicado unos canales que albergan a paletas deslizantes, construidas de un material resistente a la fricción. Cada paleta es empujada por un resorte colocado en el fondo del canal respectivo contra la superficie interior de la cavidad del cuerpo. Este resorte elimina la holgura  entre la paleta y el interior de la bomba, con independencia de la posición del rotor, y además compensa el desgaste que puede producirse en ellas con el uso prolongado.Cuando el rotor excéntrico gira, los espacios entre las paletas de convierten en cámaras que atrapan el líquido en el conducto de entrada, y lo trasladan al conducto de salida. Observe que, debido a la excentricidad, del lado de la entrada, la cámara se agranda con el giro y crea succión, mientras que del lado de la salida, la cámara se reduce y obliga al líquido a salir presurizado.En la figura 6 puede verse un animado del funcionamiento de una de estas bombas utilizando solo dos paletas para simplificar.La debida hermeticidad de las paletas y el cuerpo se garantiza por la presión del resorte colocado entre ellas.

Figura 5

Figura 6

Bombas de presión límite

Bombas centrífugas.

Como el nombre lo indica, estas bombas utilizan la fuerza centrífuga inducida al líquido por un impelente con paletas que gira a alta velocidad dentro de un cuerpo de dimensiones y forma adecuados. Este impelente se mueve confinado en el interior de un cuerpo en forma de espiral conocido como voluta, que dirige el líquido impelido por la fuerza centrífuga a la salida. En la figura 7 se muestra una foto de uno de estos impelentes.

Figura 7

En la figura 8 se presenta un esquema ilustrativo del impelente y el cuerpo que puede servir para entender, y en la figura 9 un esquema animado que de manera muy elemental sirve para ilustrar como una bomba centrífuga impulsa el líquido.En este caso las paletas se han representado rectas, pero el principio de funcionamiento es el mismo.

El mostrado en la figura es del tipo abierto. Observe las aletas curvas que forman parte de él.Cuando el impelente gira dentro del líquido, sus paletas lo atrapan por el borde interior (cerca del centro) y lo conducen dirigido por el perfil de la paleta. Debido al giro a alta velocidad, el fluido adquiere un movimiento circular muy rápido que lo proyecta radialmente con fuerza, el cuerpo entonces completa el trabajo dirigiéndolo al conducto de salida.

Figura 8

Las bombas centrífugas por su modo de operar , solo pueden generar presiones de salida limitadas, está claro, la presión la genera la fuerza centrífuga, por lo que su máximo valor dependerá de esta, la que a su vez depende de la velocidad de giro y del diámetro del impelente, de manera que a mayor velocidad y diámetro, mayor presión final.Como la velocidad de giro y el diámetro del impelente no pueden aumentarse indefinidamente sin que peligre su integridad física, entonces estas bombas, no pueden generar presiones muy altas como lo hacen las de desplazamiento positivo.Otra característica que las distingue, es que el caudal bombeado depende de la presión de salida, de forma que a mayor presión menos caudal. La figura 10 muestra un gráfico típico de la relación presión-caudal de estas bombas.

Figura 10

Figura 9

Bombas de hélice.

Las bombas de hélice se comportan en principio igual que las centrífugas, con la diferencia de que las presiones de trabajo son menores.

En el esquema de la derecha (figura 11) se muestra un esquema simplificado de una bomba de hélice, o bombas axiales.Observe la construcción, una hélice de palas de empuje axial está confinada con escasa holgura en un cuerpo cilíndrico acodado, esta hélice al girar empuja el líquido hacia la salida.Estas bombas encuentran aplicación en aquellas situaciones en las cuales la bomba está sumergida, o por debajo del nivel del líquido a bombear y donde se necesiten grandes caudales de bombeo a bajas presiones.

Figura 11

Bombas de diafragma con resorte.

Estas bombas son en principio iguales que las bombas de diafragma tratadas anteriormente, la diferencia principal es que el mecanismo de accionamiento solo mueve el diafragma en la dirección de succión, la carrera de impulsión se hace por el empuje de un resorte. La fuerza de este resorte es la que determina la presión máxima de bombeo.Observe el animado de la figura 12, en él se muestra un esquema del funcionamiento. Note que si el conducto de salida se cierra, la incompresibilidad del líquido impide que el diafragma baje, por lo que el vástago empujador perderá el contacto con la leva, el que no se recuperará hasta que se libere el conducto de salida.El típico uso de estas bombas es como elemento de trasiego del combustible desde el depósito hasta el carburador en los motores de combustión interna.

Figura 12