BOMBAS CENTRIFUGAS

BOMBAS CENTRÍFUGAS

Bombas centrífugas

Una bomba centrifuga es un dispositivo constituido por un conjunto de paletas rotatorias perfectamente encajadas dentro de una cubierta metálica, de manera que son capaces de impulsar al líquido que esté contenido dentro de la cubierta, gracias a la fuerza centrífuga que se genera cuando giran las paletas.

Fuerza centrífuga: Se produce cuando se obliga a un cuerpo a dar vueltas, según la tercera ley de newton, cada acción produce una reacción igual y opuesta. Para que un cuerpo de vueltas, hay que aplicar una fuerza hacia el centro.

Partes de una bomba centrifuga

Las bombas centrifugas, ya sean verticales u horizontales, están constituidas por una serie de partes con funciones muy específicas. Algunas de las partes de las bombas centrífugas son fijas, otras partes de las bombas centrífugas son rotatorias.

Impulsores:

El impulsor es la parte de la bomba centrifuga que constituye el elemento vital de la bomba en sí misma. Su función es la de recoger el líquido por la boca de la bomba y lanzarlo con fuerza hacia la salida de la bomba. Para hacer esto el impulsor dispone de una serie de pequeñas partes llamada álabes. Gracias a los álabes el impulsor es capaz de darle velocidad de salida al líquido.

Carcasa

La carcaza es la parte de la bomba que cubre las partes internas de la misma (algo así como el cascarón de un huevo), sirve de contenedor del líquido que se impulsa, y su función es la de convertir la energía de velocidad impartida al líquido por el impulsor en energía de presión. La carcasa le permite a la bomba formar el vacío necesario a la bomba centrifuga para poder impulsar el líquido, gracias a las partes giratorias.

Eje

El eje de la bomba es una pieza en forma de barra de sección circular no uniforme que se fija rígidamente sobre el impulsor y le transmite la fuerza del elemento motor.

Cojinetes

Los cojinetes constituyen el soporte y la guía de la flecha o eje. Esta parte de la bomba centrifuga debe ser elaborada con cuidado ya que es la que permitirá la perfecta alineación de todas las partes rotatorias de la bomba. El cojinete, también es la parte de la bomba que se encarga de soportar el peso (carga radial y/o axial) de las partes rotatorias de la bomba.

Bases

La base de la bomba centrifuga debe estar fijada al suelo. Es en esta parte en la que está atornillada o soldada la bomba centrifuga con el fin de evitar vibraciones que si se produjesen destruirían la bomba. Todo el peso de la bomba descansa sobre esta parte de la bomba.

Otras partes de las bombas centrifugas

Anillos de desgaste

Esta parte de la bomba centrifuga, conocida como anillo de desgaste, suele ser de precio muy económico tanto en el sentido del costo de la parte en sí misma, como en el costo de su montaje y desmontaje. Por ello, los anillos de desgaste son colocados para cumplir la función de aislantes al roce o fricción en aquellas zonas en donde se produciría un desgaste debido a las cerradas holguras entre las partes fijas y rotatorias de la bomba centrifuga, evitando así la necesidad de comprar y cambiar estos elementos, de precios mucho más elevados. De esta manera, cuando se produce el desgaste en la bomba centrifuga solo es necesario cambiar los anillos de desgaste por otros nuevos.

Estoperas, empaques y sellos

Tanto las estoperas, como la prensa-estopa, le dan presión a la estopa o empaquetadura para evitar el escape del líquido. En ese sentido estas partes de la bomba evitan el escape del flujo. Sin embargo estas partes de la bomba pudieran permitir el escape de pequeñas cantidades del fluido impulsado con fines de enfriamiento. Los sellos mecánicos son partes metálicas de bomba que permiten el acople de diferentes partes de la bomba sin que se presente escape de fluido.

Ventajas y desventajas de una bomba centrífuga

Las bombas centrífugas, debido a sus características, son las bombas que más se utilizan en la industria. Las razones de estas preferencias son las siguientes:

Ventajas

Su construcción es simple, su precio es bajo.

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 recíprocantes.

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.

Desventajas

Uno de sus pocos inconvenientes es la necesidad de cebado previo al funcionamiento, ya que las bombas centrífugas, al contrario que las de desplazamiento positivo, no son auto aspirantes.

Los líquidos que contienen partículas de hierro son problemáticos cuando se utiliza una bomba de accionamiento magnético. Esto es debido a la acumulación de partículas en las que el imán impulsor, y con el tiempo haciendo que la bomba deje de funcionar.

Leyes de afinidad

Una misma bomba que funciona a diferentes velocidades, su diámetro no varía, por lo que podemos derivar las anteriores ecuaciones.

Estas relaciones son conocidas como leyes de afinidad, se utilizan para determinar los efectos de los cambios de la velocidad sobre el caudal, altura y potencia absorbida de una bomba.

Las leyes de afinidad expresan la relación matemática que existe entre el caudal, la velocidad de la bomba (rpm), la altura y el consumo de energía para el caso de bombas centrífugas. Las leyes muestran que incluso una pequeña reducción en el caudal se convertirá en reducciones importantes de potencia y, por tanto, de consumos energéticos. Las leyes son la base de los ahorros energéticos.

Cuando se modifica una de las variables involucradas en el rendimiento de la bomba, las otras variables se pueden calcular utilizando la ley de afinidad.

Para un diámetro constante del impelente:

Q1/Q2 = N1/N2

H1/H2 = (N1/N2)²

BHP1/BHP2 = (N1/N2)³

Para velocidad constante:

Q1/Q2 = D1/D2

H1/H2 = (D1/D2)²

BHP1/BHP2 = (D1/D2)³

Dónde:

Q = Capacidad [m3/h]

N = Velocidad de la bomba [rpm]

H = Columna total [bar]

BHP = Potencia [kW]

D = Diámetro

A partir de las relaciones anteriores y conocidos los valores de las variables se pueden calcular nuevos valores para otras velocidades u otros diámetros, siempre que las diferencias sean pequeñas entre los valores correspondientes a las dos velocidades o diámetros.

Las fórmulas muestran que si se disminuye la velocidad de la bomba en un 50%, el caudal también se reducirá en un 50%. La altura se reducirá al 25%, y el consumo de energía se reducirá al 12,5%.

Selección de bombas centrifugas

BEP (Punto de Mejor Eficiencia)

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.

Figura: Comportamiento conjunto Sistema - Bomba

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

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

2. 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

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