Bomba centrífuga
| ||||
Bomba centrífuga. Es un tipo de Bombas 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).
Sumario
Elementos principales
- Un elemento estático conformado por chumaceras, estopero y cubierta.
- Un elemento dinámico-giratorio conformado por un impulsor y una flecha.
En los últimos años, gracias a las facilidades que se han venido dando en el suministro de la energía eléctrica, el uso de las bombas se ha extendido de gran manera. Dado que la mayoría de las bombas son impulsadas con motores eléctricos, esta mejora en el flujo de la electricidad permitido que los diseñadores y fabricantes de motores eléctricos puedan proveer motores poderosos y confiables.
Funcionamiento
Se aplica energía procedente de una fuente exterior al eje A que hace girar el rodete, B, dentro de la envoltura fija, C. Los álabes o paletas del rodete, al girar, producen un vacío parcial en la entrada o boca del rodete. Esto hace que el líquido entre en el rodete desde la tubería de aspiración, D. Este líquido es impulsado hacia afuera, a lo largo de las paletas, con una velocidad creciente.
La carga de velocidad que ha adquirido cuando abandona los extremos de las aletas se transforma en carga de presión cuando el líquido pasa dentro de la cámara en voluta y sale de ésta por la descarga, E. Las principales ventajas de la bomba centrífuga son su sencillez, su bajo costo inicial, su gasto uniforme (sin pulsaciones), el pequeño espacio que ocupa, su gasto de conservación bajo, su funcionamiento silencioso y la adaptabilidad para su acoplamiento a un motor eléctrico o una turbina.
Tipos
- Bombas Centrífugas de un solo salto o etapa: El término bombas para compuestos químicos se suele aplicar a las de un salto y de diseño simple. Estas bombas se construyen de modo que resulte fácil desmontarlas, que sean accesibles y con presaestopas especiales para manejar líquidos corrosivos.
Se emplean para servicios generales de abastecimiento y circulación de agua y para manipular compuestos químicos que no corroan el hierro ni el bronce.
- Bombas Acopladas directamente: Estas unidades, en las que el motor eléctrico, o a veces una turbina de vapor, está montado directamente sobre el mismo eje que el rodete, son sumamente compactas y apropiadas para una gran variedad de servicios cuando es posible emplear en su construcción hierro y bronce.
- Bombas de múltiples saltos o etapas: Estas bombas se usan en general para los servicios que exigen cargas (presiones) mayores que las que se consiguen con las bombas de un solo salto. Estos servicios incluyen las bombas de alta presión para abastecimientos de agua, las bombas para combatir los incendios, las de alimentación de calderas y las de carga para las refinerías. Las bombas de múltiples saltos, o varios rodetes, pueden ser de voluta o de difusor.
Bombas rotatorias
Las Bombas Rotatorias se diferencian de las centrífugas y las de émbolo porque rinden una cantidad positiva de líquido con condiciones variables de la carga o presión, Cuando se construyen con materiales apropiados, pueden manipular cualquier líquido que no contenga arena ni material abrasivo. Este tipo de bomba consiste en una envoltura fija en la que están situados uno o varios miembros rotativos. Cuando sólo tiene un miembro rotativo, o impulsor, se monta excéntricamente en el eje. El impulsor de este tipo de bomba suele ser de sección circular y lleva una o varias aletas de movimiento alternativo o un resalto horizontal.
Rendimiento
El rendimiento de una máquina centrífuga es la relación entre la potencia absorbida por el fluido y la potencia al freno (suministrada al eje de la bomba). El rendimiento se expresa como una relación adimensional, varía con la velocidad y el caudal.
Potencia (al freno) consumida por las bombas: La potencia necesaria para el movimiento de una bomba es la requerida para vencer todas las pérdidas y proporcionar al fluido la energía deseada. Potencia Absorbida: Por el fluido vendrá determinada por la energía del fluido al abandonar la bomba. La potencia al freno, en el eje de la bomba es la energía requerida por el aparato en la unidad de tiempo. El rendimiento de una bomba centrífuga generalmente se describe como resultado de sus características:
- Régimen de flujo o capacidad “Q” (unidades de volumen / unidad de tiempo, L3/T).
- Incremento de energía contenida en el fluido bombeado, carga o cabezal “H” (unidad de energía / unidad de masa o unidad de longitud L).
- Potencia de entrada o consumo “P” (unidad de trabajo / unidad de tiempo ML/T).
- Eficiencia “e” o razón entre el trabajo útil desarrollado y la potencia de energía.
- Velocidad de rotación “V” (r.p.m.).
El rendimiento hidráulico de una bomba puede tener grandes variaciones con relación a las especificaciones publicadas. Cuando ocurre, hay que poder encontrar la causa de la discrepancia. Casi siempre se trata de aspectos externos de la bomba, que saltarán a la vista. Quizá no haya suficiente NPSH, puede haber vapores atrapados en los tubos de succión porque un punto alto no tiene respiración hacia el espacio de vapores en el recipiente de suministro; el motor puede estar conectado para rotación inversa, los tubos de descarga o succión pueden estar obstruidos, la bomba puede no estar bien cebada, etc.
Carga, Cabezal o Incremento de Energía de una Bomba Centrífuga: Es la presión ejercida por una Columna de líquido en un tubo vertical, sobre la superficie horizontal en el fondo del mismo. Cabezal o Carga Estática de una Bomba: Es la distancia vertical en unidades de longitud, desde el nivel de suministro del fluido, hasta el eje central de la bomba. Cuando la bomba se encuentra arriba del nivel de suministro, se llama Cabezal Estático de Elevación, y cuando la bomba está por debajo de dicho nivel, se habla de Cabezal Estático de Succión.
Cabezal Estático de Descarga: Es la distancia vertical, en unidades de longitud, desde el eje central de la bomba, hasta el punto libre de entrega del fluido. Cabezal Estático Total: Es la suma de los Cabezales anteriores. Para definir el Cabezal o Carga Total de una Bomba, se hace uso de la ecuación de balance de energía mecánico o ecuación de Bernoulli entre el punto “1” o succión y el punto “2” o descarga:
Donde:
V1,V2 = Velocidad o energía cinética del fluido (L/T). Z1,Z2 = Altura de los puntos con respecto al eje central de la bomba (L). P1,P2 = Presión en los puntos (F/L2). ewp = Potencia suministrada al fluido (FL/M). hf = Pérdidas por fricción (FL/M). g = Aceleración de gravedad (L/T2). gc = Factor de conversión (ML/FT2). @ = Densidad del fluido (M/L3).
Cabezal Neto Positivo de Succión (NSPH): Es la presión absoluta a la entrada de la bomba, en unidades de longitud, mas la energía cinética o carga de velocidad, menos la presión de vapor del fluido a la temperatura de bombeo; representa la elevación máxima de succión permisible desde el tanque a condiciones atmosféricas.
NSPH = (V12)/2g+[(P1-Pv)/@](gc/g)
Donde: NSPH = Cabezal o Carga Neta de Succión Positivo (L). V1 = Velocidad Media en la Succión (L/T). P1 = Presión absoluta en la succión (F/L2). Pv = Presión de vapor del fluido (F/L2).
Cabezal Neto Positivo de Succión Disponible (NSPHD): Representa el nivel de energía del fluido sobre la presión de vapor a la entrada de la bomba, es una función del sistema, es decir, que depende de:
- La carga estática de succión o elevación.
- Las pérdidas por fricción.
- La presión de vapor del fluido.
Para expresar el NSPHD se realiza un balance de energía entre el nivel de líquido en el suministro de alimentación (1') y el punto de succión de la bomba:
(V12)/2g+Z1'+(P1'/@)(gc/g)-(V12)/2g+Z1+(P1/@)(gc/g)+hf
Tomando el punto 1 como nivel de referencia, sabiendo que V1'=0 y basándose en la ecuación de NSPH se tiene:
NSPHD = [(P1'-Pv)/@](gc/g)-hf+Z1)]
Donde: NSHPD = Cabezal Neto de Succión Positivo disponible (L) P1' = Presión absoluta en el nivel de suministro (F/L2) hf = Pérdidas por fricción entre el tramo 1'-1 (L) Z' = Altura del nivel de succión (L)
Condiciones de succión
Cuando se bombean líquidos, nunca se debe permitir que la presión en cualquier punto dentro de la bomba caiga a menos de la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo. Siempre se debe tener suficiente energía disponible en la succión de la bomba para hacer que el líquido llegue al impulsor y contrarreste las pérdidas entre la boquilla de succión y la entrada al impulsor de la bomba. En este lugar, los álabes del impulsor aplican mas energía al líquido.
Una característica adicional de la bomba es la (NPSH)R. Es la energía, en ft, de carga de líquido que se necesita en la succión de la bomba por arriba de la presión de vapor del líquido a fin de que la bomba entregue una capacidad dada a una velocidad dada. Los cambios en la (NPSH)A no alteran el rendimiento de la bomba siempre y cuando la (NPSH) A sea mayor que la (NPSH)B.
Cavitacion
La cavitación causa la destrucción rápida del metal constituyente de los rodetes de las bombas y turbinas, de los álabes, de los venturímetros y en ocasiones de las tuberías. Esto sucede cuando la presión del líquido se hace menor que su tensión de vapor.
Bombas en serie y bombas en paralelo
Dependiendo de los requerimientos de presión y caudal se pueden realizar arreglos en las instalaciones de las bombas, estos pueden ser en serie o en paralelo. Las Bombas en paralelo se emplean para manejar grandes caudales, en este arreglo el caudal total es la sumatoria del caudal aportado por cada bomba. Las bombas centrifugas se instalan en serie cuando se requiere incrementar la altura de bombeo que ellas desarrollan individualmente.
Una o más bombas en serie se pueden dañar por la pérdida de NPSH debida a la falla de una bomba de corriente arriba. En las bombas en serie puede seguir un flujo reducido aunque una de ellas no funcione. Este flujo por la bomba ociosa hará que el impulsor gire en sentido opuesto y que se aflojen las tuercas que sujetan el impulsor y las camisas en el eje. Cuando se vuelve a poner en marcha la bomba ociosa, las piezas flojas la dañarán en un corto tiempo.
El múltiple de succión para varias bombas debe recibir especial atención para su diseño y tamaño, porque la cavitación producida en la entrada a un tubo de succión se puede propagar a lo largo del múltiple hasta otros tubos de succión o bien, una bomba, puede privar a todas las otras de su presión de succión, lo cual reduce su (NPSH).
Cebado de una bomba
Cuando se pone por primera vez en servicio una bomba, las vías de agua están llenas de aire. Si el abastecimiento de succión está arriba de la presión atmosférica, el cebado se efectúa eliminando de la bomba el contenido de aire atrapado por medio de una válvula provista para este propósito. Si la bomba efectúa la succión de un suministro localizado debajo de ella, se debe evacuar el aire en la bomba con algún dispositivo productor de vacío, colocando en tal forma una válvula de pie en la línea de succión, que la bomba y la tubería de succión puedan llenarse de líquido o, dotando a la línea de succión de una cámara de cebado.
