INTRODUCCION
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 las 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 más importantes que contribuyen al creciente uso de
bombas centrífugas ha sido el desarrollo universal de la fuerza eléctrica.
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).
DATOS DE FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS CENTRIFUGAS:
La característica principal de la bomba centrífuga es la de convertir la
energía de una fuente de movimiento (el motor) primero en velocidad (o energía
cinética) y después en energía de presión. El rol de una bomba es el aporte de
energía al líquido bombeado (energía transformada luego en caudal y altura de
elevación), según las características constructivas de la bomba misma y en
relación con las necesidades específicas de la instalación. El funcionamiento es
simple: dichas bombas usan el efecto centrífugo para mover el líquido y aumentar
su presión. Dentro de una cámara hermética dotada de entrada y salida (tornillo
sin fin o voluta) gira una rueda con paleta (rodete), el verdadero corazón de la
bomba. El rodete es el elemento rodante de la bomba que convierte la energía del
motor en energía cinética (la parte estática de la bomba, o sea la voluta, convierte,
en cambio, la energía cinética en energía de presión). El rodete está, a su vez,
fijado al eje bomba, ensamblado directamente al eje de trasmisión del motor o
acoplado a él por medio de acoplado rígido.
Cuando entra líquido dentro del cuerpo de la bomba, el rodete (alimentado
por el motor) proyecta el fluido a la zona externa del cuerpo-bomba debido a la
fuerza centrífuga producida por la velocidad del rodete: el líquido, de esta manera,
almacena una energía (potencial) que se transformará en caudal y altura de
elevación (o energía cinética). Este movimento centrífugo provoca, al mismo
tempo, una depresión capaz de aspirar el fluido que se debe bomberar.
Conectando después la bomba con la tubería de descarga, el líquido se
encanalará fácilmente, llegando fuera de la bomba. El rodete de una bomba
centrífuga se puede realizar según muchas variantes constructivas: rodetes
abiertos, rodetes cerrados, rodetes semi abiertos, rodetes mono-canal, rodetes
axiales, rodetes semi-axiales, rodetes desplazados, vórtice, a espiral, etc.
Se pueden suministrar bombas centrífugas monoestadio, o sea, dotadas de
un solo generador de caudal y presión (un rodete). Si hay varios rodetes (el primer
rodete descarga el líquido sobre el segundo y así sucesivamente) se pueden
suministrar, incluso, bombas centrífugas multiestadio, caracterizadas por la suma
de presiones emanadas de cada rodete. El funcionamiento de la bomba centrífuga
depende del momento inicial del cebado y del modo en el cual se asegura la
aspiración del mismo líquido: si la bomba se coloca a un nivel inferior al de la vena
de la que se extrae el líquido, éste entra espontáneamente en la bomba (de esta
manera se obtiene una instalación bajo nivel). Mientras que si la bomba se coloca
sobre el surgente de el cual se desea bombear, el líquido se aspirará: la bomba
(así como la tubería de aspiración) tendrá que cebarse preventivamente, o sea,
llena de líquido (se tratará de una bomba auto cebada).
El sistema centrífugo presenta infinidad de ventajas con respecto a los otros
tipos de bombeo: aseguran un tamaño reducido, un servicio relativamente
silencioso y un fácil accionamiento con todos los tipos de motores eléctricos que
se encuentran en plaza. Además presenta una fácil adaptación a todos los
problemas del tratamiento de líquidos ya que, por medio de adaptaciones a las
determinadas condiciones de uso, es capaz de responder a las exigencias de las
instalaciones destinadas.
TIPOS DE BOMBAS CENTRIFUGAS
BOMBA TIPO VOLUTA
La carcaza en este tipo de bombas es de voluta o espirar y no tienen paletas
Bombas con Carcaza Tipo Voluta
La voluta recibe el liquido que sale del impulsor y transforma la mayor parte
de la energía cinética en energía de presión. El área de la sección transversal de
la voluta aumenta progresivamente en el arco de 360º descrito en torno al
impulsor.
Debido a que la voluta no es simétrica existe un des-balance de presiones a
lo largo de la misma, lo cual origina una fuerza radial muy considerable en caso de
que la bomba trabajara fuera del punto de rendimiento optimo la magnitud de este
empuje radial puede compensarse con un aumento del diámetro del eje con un
sobre-dimensionamiento de los cojinetes, lo que encarece la bomba.
BOMBAS DE DIFUSOR O BOMBAS-TURBINA:
Este tipo de bomba se caracteriza por poseer, fijas a la carcaza, paletas
direccionadoras del flujo de agua que sale del impulsor, el que recorre el camino
establecido por las paletas fijas, a lo largo de las cuales ocurre la transformación
de energía cinética en energía de presión.
Hay que hacer notar que las bombas con difusor presentan el serio
inconveniente de proporcionar el choque entre las partículas de agua a la entrada
de difusor, cuando la bomba trabaja en un punto deferente al de diseño. Si existe
una alteración en el funcionamiento de la bomba, en relación a lo considerado en
el diseño, cambia el ángulo de salida de los diferentes líquidos, pero no se altera
el ángulo de los difusores, presentándose el choque entre partículas, con la
consecuente perdida de eficiencia de la máquina.
BOMBA VERTICAL Y HORIZONTAL
El eje de rotación de una bomba puede ser horizontal o vertical, (rara vez
inclinado). De esta disposición se derivan diferencias estructurales en la
construcción de la bomba que a veces son importantes, por lo que también las
aplicaciones de los dos tipos de construcción suelen ser, a menudo, distintas y
bien definidas.
BOMBAS DE TURBINA VERTICALES
Entre las bombas sumergidas, las más importantes son las llamadas de
pozo profundo, de sondeo o de turbina vertical, que fueron desarrolladas para la
explotación de pozos, perforaciones y sondeos de diámetro reducido. Esta
circunstancia limita forzosa-mente la altura por etapa, lo que conduce al concepto
de bombas multicelulares para reducir el espacio.
El impulsor de aspiración simple, puede ser radial o diagonal, según las
condiciones de servicio y su construcción cerrada o semiabierta. Los impulsores
semiabiertos, sin embargo, aparte de su mayor empuje axial, hasta el 50% mayor,
requieren un ajuste vertical más cuidadoso durante el montaje.
El conjunto de difusores del cuerpo de bomba y la tubería de impulsión,
cuelgan del cabezal sobre el que va montado el motor, constituyendo el codo de
desviación de la impulsión. A veces, los difusores se recubren interiormente de un
esmalte especial que disminuye la rugosidad de la fundición y las pérdidas
hidráulicas consiguientes, aumentando el rendimiento, dotando de una cierta
uniformidad a las distintas unidades, lográndose una mejor resistencia a la
corrosión y a la abrasión.
La construcción de estas bombas permite montar el número de etapas
deseado, que puede llegar a 20 o más, añadiendo simplemente difusores e
impulsores semejantes uno sobre otro, lo que dota de cierta elasticidad a las
aplicaciones, con las consiguientes ventajas de estandarización, disponibilidad de
repuestos, etc.; no obstante, estas bombas participan de las desventajas
mencionadas para las bombas verticales sumergidas, de ser caras y exigir unos
costes de mantenimiento elevados.
Las bombas verticales de turbina han llegado a un grado de perfección
notable con rendimientos altos y determinadas ventajas hidráulicas; aunque
empezaron siendo empleadas exclusivamente para riegos en pozos y
perforaciones, sus aplicaciones industriales aumentan cada vez más, siendo en la
actualidad más numerosas que las agrícolas, por lo que la denominación de
bombas de pozo profundo va desapareciendo para adaptarse a la de bombas de
turbina vertical. Dentro de este tipo se pueden distinguir las bombas provistas de
eje alargado y accionadas por motor sumergible dispuesto inmediatamente por
debajo de la bomba o bombas buzo.
BOMBAS DE TURBINA VERTICALES DE MOTOR NORMAL SUPERIOR.
En estas bombas, el eje va por el interior de la tubería de impulsión,
desnudo si la lubricación es por aceite, o dentro de un tubo protector si la
lubricación es por agua de una fuente externa.
El conjunto de impulsores y eje soportado por los cojinetes de empuje están
colocados en el mismo cabezal o en la parte superior del motor, si su eje y el de la
bomba están rígidamente acoplados (motores de eje hueco).
Con estas bombas se pueden alcanzar unos 200 m.c.a., pero los problemas
que ocasiona cualquier imperfección en la rectitud del eje, que influye en gran
manera en la vida de los cojinetes y en la vibración del funcionamiento, crecen
enormemente con la longitud del eje. Se puede considerar que la seguridad del eje
es proporcional a su rigidez o resistencia a la flexión viniendo da- da por el factor
D4 /L3 , siendo D el diámetro del eje y L su longitud.
BOMBA CON IMPULSOR DE FLUJO AXIAL, RADIAL Y MIXTO
Hemos considerado como bombas centrífugas al conjunto de las
propiamente centrífugas o radiales, en las que la energía se cede al líquido
esencialmente mediante la acción de la fuerza centrífuga, hasta las axiales, en las
que la energía se cede al líquido por la impulsión ejercida por los álabes sobre el
mismo.
En las bombas centrífugas radiales la corriente líquida se verifica en planos
radiales, en las axiales en superficies cilíndricas alrededor del eje de rotación y en
las diagonales se verifica radial y axialmente, denominándose también de flujo
mixto.
El tipo de una bomba, según esta primera clasificación, que atiende al
diseño hidráulico del rodete impulsor, viene indicado por su velocidad específica
en el punto de máximo rendimiento de la curva característica.
El número específico de revoluciones nq no varía para un impulsor
determinado, aunque lo haga su velocidad de giro n, ya que q y Hm se modifican
también al mismo tiempo.
BOMBAS DE IMPULSOR ABIERTO, SEMIABIERTO Y CERRADO
Teniendo en cuenta su diseño mecánico o estructural, se pueden distinguir tres
tipos de impulsores:
a) De álabes aislados (abiertos)
b) Con una pared o disco lateral de apoyo (semiabiertos)
c) Con ambas paredes laterales (cerrados).
Esta clasificación es independiente de la más general, que se refiere al tipo
de diseño hidráulico, por lo que en esta nueva clasificación puede haber
impulsores centrífugos y de flujo mixto, abiertos, semiabiertos o cerrados.
Cerrado De doble aspiración Semiabierto Abierto
Fig II.12.- Tipos de impulsores
DATOS DE RENDIMIENTO DE BOMBAS CENTRIFUGAS
El principal ideal al momento de seleccionar una bomba es obtener un
Rendimiento relativamente alto, Esto tiende a optimizar el rendimiento de la
bomba, minimizando el consumo de energía. Tamaño del impulsor (Pies)
Efecto de la velocidad (rpm) (velocidad de un motor estándar)
Potencia de una bomba (hp)
Eficiencia (%)
Carga de succión neta (NPSHR) Características para la selección de
bomba Tamaño del impulsor Bomba centrifuga de 2 x 3 - 10 Tamaño del impulsor
y Potencia Requerida Bomba centrifuga de 2 x 3 - 10 Tamaño del impulsor y
Eficiencia Bomba centrifuga de 2 x 3 - 10 Tamaño del impulsor y Carga de succión
neta Bomba centrifuga de 2 x 3 - 10 Grafica de rendimiento de una bomba
compuesta de 2x3-10 a 3500 rpm (Goulds Pumps Inc, Seneca Falls, NY.)
Simulación Selección de Bomba
Una bomba centrifuga debe entregar al menos 350 gal/min de agua, a una
carga total de 300 pies de agua. Especifique la bomba apropiada.
DATOS DEL FABRICANTE
Bomba SDB 2/3
Diámetro del rodete = 215mm
Brazo = 321.5mm
=0.92
RESULTADOS
Fórmulas
Fig. 3.1
Si se analiza el caso presentado en la figura 3.1, aplicando la ecuación Bernoulli
se obtiene:
Donde
C: velocidad del fluido.
p: presión (el subíndice e indica entrada y s salida).
Z: altura.
g: aceleración de gravedad.
: corresponde al producto entre g y la densidad del fluido ().
Como Ce » Cs y Ze » Zs, , así el termino para la energía entregada por la bomba
al fluido, expresada en altura es:
Esta bomba esta acoplada a un motor eléctrico monofásico, al cual se le
suministra una potencia, Nelec dada por:
Para calcular la potencia eje del motor eléctrico se dispone de un sistema
de freno, mediante el cual se registra la fuerza del motor a una distancia, b, del eje
de giro, de esta forma la calculamos mediante la expresión:
Conocidas estas dos potencias podemos calcular la eficiencia del motor
eléctrico:
Continuando, con las características de la bomba. Como el motor está
conectado con un sistema de transmisión por correa a la bomba, la potencia eje
de la bomba se ve afectada por el rendimiento mecánico de dicha transmisión,
, así tenemos:
Por último la potencia útil, es decir la potencia suministrada al fluido es:
Así la eficiencia d la bomba es:
PUNTO DE OPERACIÓN DE LAS BOMBAS CENTRIFUGAS
El punto de operación de una bomba centrifuga se define como el flujo
volumétrico de fluido que esta enviara cuando se instale en un sistema dado. La
curva del sistema queda definida por la carga estática total y las pérdidas de
presión en el sistema de bombeo (carga dinámica). CARGAS Carga Estática
Carga Dinámica total se determina conociendo la altura geométrica del nivel del
líquido entre los recipientes de succión y descarga y la línea de centros de la
bomba así como las presiones en esos mismos puntos. Ecuación para la Carga
Estática Total La carga dinámica total representa las pérdidas de presión, las
cuales se originan por la fricción del fluido en las tuberías, válvulas, accesorios y
otros componentes como pueden ser intercambiadores de calor u otros Se pueden
obtener calculando las pérdidas de carga en tuberías y accesorios mediante la
ecuación de Darcy-Weisbach Tan pronto como el fluido empieza a circular por por
los tubos y válvulas, se desarrolla mas carga, debido a que las perdidas de
energía son proporcionales a la carga de presión en los tubos. Curva Exponencial.
Al trazar una línea horizontal y otra vertical por ese punto se pueden obtener los
valores de carga, caudal, eficiencia y NPSH De esta gráfica podemos ver que la
bomba debe desarrollar una carga igual a la diferencia de carga de presión entre
los dos puntos de referencia, mas la diferencia de carga de elevación antes que se
envíe algún flujo Selección de Bombas
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.
VELOCIDAD ESPECÍFICA
Las bombas centrífugas son producidas en un amplio rango de diseños
hidráulicos. Para categorizar estos diseños se usan dos conceptos. El primero de
estos es la velocidad específica, designada como
NS.
Derivado a partir de condiciones similares, la velocidad específica es un
número que ampliamente define la geometría del impulsor y la operación de una
bomba centrífuga, independiente de su tamaño. La ecuación es
CONCLUSIÓN
Constituyen una opción económica, probada y confiable en el manejo de
fluidos en plantas industriales, instalaciones comerciales y en desarrollos
urbanos.
Las aplicaciones específicas de las bombas centrifugas abarcan los
sectores de abastecimiento de agua potable, aguas negras, líquidos y
químicos industriales, sistemas de riego, sistemas de extinción de incendios,
alimentación de calderas, fuentes ornamentales, etc.
BIBLIOGRAFÍA
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Continental, S.A., México. 1979.
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KARASSIK IGOR I. CARTER ROY. Bombas Centrífugas, Continental, S.A.
México. México 1978
MENAUGHTON KENNETCH. Bombas: Selección y Mantenimiento.
McGraw – Hill. Méxido 1890