Las bombas centrífugas con el impulsor cerrado

Los impulsores cerrados tienen los álabes colocados entre dos paredes laterales. Las tolerancias muy cerradas evitan fugas de retroceso entre la impulsión y la aspiración.

La principal ventaja de esta solución es que los aros de cierre se pueden reemplazar fácilmente, así evitando fugas mayores.

Para minimizar el desgaste, se pueden aplicar materiales especiales según las condiciones de trabajo.

Empuje axial en impulsor cerrado de bombas centrífugas

1. Presión de impulsión. 2. Presión de impulsión. 3. Fuerzas equilibradas. 4. Fuerzas desequilibradas. 5. Aros de cierre.

Los impulsores axiales, por su misma estructura, sólo pueden ser semiabiertos o cerrados, ya que sus álabes se pueden considerar como apoyados lateralmente en el eje de rotación.

Los impulsores de doble aspiración llevan aros de cierre en los dos oídos. Se pueden considerar como dos impulsores de aspiración simple, opuestos y en paralelo.

Sus ventajas son:

• Ausencia de empuje axial.
• Una menor NPSHr (su definición está al final de este artículo).
• Una mayor capacidad de aspiración.

Los impulsores de simple aspiración sólo tienen aros en ambos lados, lo que implica una desventaja para el equilibrio hidráulico.

Los impulsores cerrados pueden resistir mucho mejor cualquier flexión del eje, contracciones y dilataciones. Son más adecuados para servicios de altas temperaturas.

Tienen la desventaja de que sus canales son normalmente inaccesibles para cualquier tipo de mecanizado.

Hidráulicamente, el rozamiento de disco es doble al tener dos paredes en el impulsor, pero las pérdidas volumétricas son menores.

La posibilidad de obstrucción con líquidos sucios es mayor.

Definición del valor NPSHr o Presión Neta de Succión requerida

NPSH significa “Presión Neta de Succión” o Net Positive Suction Head en inglés. Es una característica propia de la bomba, se define como la energía necesaria para llenar la parte de aspiración y vencer las pérdidas por rozamiento y aumentar la velocidad. En definitiva es la energía del líquido que una bomba necesita para funcionar satisfactoriamente. Su valor puede determinarse tanto por prueba como por cálculo.

Para una bomba centrífuga el NPSH requerido es la cantidad de energía necesaria, expresada en metros columna de líquido para:

• Vencer las pérdidas de carga desde la abertura de admisión (entrada) a los álabes del impulsor.
• Crear la velocidad deseada de corriente a los álabes, ya que es necesaria una velocidad mínima.

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Usos y aplicaciones de las bombas centrífugas

Son equipos para bombear fluidos corrosivos y no corrosivos a una eficiencia hidráulica máxima.

Ventajas principales de las bombas centrífugas

Son más económicas que las bombas de émbolo equivalente. Las bombas centrífugas son muy versátiles en sus capacidades y presiones.

Algunas de sus ventajas son:

Campos de aplicaciones de las bombas centrifugas

Las bombas centrífugas son las bombas que más se aplican en diversas industrias, en las que destacan:

Industria alimenticia: Saborizantes, aceites, grasas, pasta de tomate, cremas, vegetales trozados, mermeladas, mayonesa, chocolate, levadura, etc.

Industria de cosméticos: Cremas y lociones, tintes y alcoholes, aceites, etc.

Industria farmacéutica: Pastas, jarabes, extractos, emulsiones. Bebidas: leche, cerveza, aguardientes, concentrados de fruta, jugos, etc.

Otros químicos: Solventes, combustibles y lubricantes, jabones, detergentes, pinturas, gases licuados, etc.

Principio del funcionamiento de las bombas centrífugas

Las bombas centrífugas mueven un cierto volumen de líquido entre dos niveles y transforman un trabajo mecánico en otro de tipo hidráulico.
La energía se comunica al líquido por medio de álabes en movimiento de rotación, a diferencia de las bombas de desplazamiento volumétrico o positivo, de las rotativas (de engranajes, tornillos, lóbulos, levas, etc.) y alternativas de pistón, de vapor de acción directa o mecánicas.

Los elementos que forman una instalación con una bomba centrífuga

• Una tubería de aspiración, que termina en la brida de aspiración.
• Dentro de una cámara hermética dotada de entrada y salida gira una rueda (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.
  El líquido penetra axialmente por la tubería de aspiración hasta la entrada del rodete y este (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).

1. Empaque. 2. Flecha. 3. Rodete. 4. Voluta. 5. Entrada. 6. Anillo de desgaste. 7. Difusor. 8. Salida.

• La voluta es una parte fija que está dispuesta en forma de caracol alrededor del rodete a su salida.

• Una tubería de descarga conectada con la bomba, el líquido se encanalará fácilmente, llegando fuera de la bomba.

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Altura hidráulica desarrollada por una bomba centrífuga

La altura (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 más 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 hidráulico de las bombas centrífugas

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.

Características del funcionamiento de las bombas centrífugas 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 más 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.

El efecto de la viscosidad en bombas centrífugas

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:

• Segundos Saybolt Universal, o SSU.
• Centistokes – que define la viscosidad cinemática.
• 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.

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