Bomba centrífuga
Bomba centrífuga
Una bomba es un dispositivo mecánico que ayuda a trasvasar líquido de un punto a otro. Se utilizan en todo el mundo para usos domésticos e industriales. En la actualidad, los fabricantes de bombas ofrecen varios tipos de bombas en el mercado y una de ellas es la bomba centrífuga. Este artículo trata de la bomba centrífuga, su principio de funcionamiento y los distintos tipos disponibles en el mercado actual.
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¿Qué es una bomba centrífuga?
Las bombas centrífugas son dispositivos mecánicos que convierten la energía mecánica de un impulsor en energía de presión de un fluido. Normalmente, se acopla un motor eléctrico al eje de la bomba para proporcionar la energía mecánica necesaria. Estas bombas pertenecen a la categoría de bombas dinámicas, que aumentan la energía cinética del fluido al incrementar su velocidad de flujo. Como resultado, las bombas centrífugas generan flujo y presión de fluido de forma dinámica impartiendo velocidad y presión al fluido a través del impulsor.
La primera bomba centrífuga se inventó en los años 17th siglo XIX. Posteriormente, la bomba experimentó una serie de mejoras en cuanto a la configuración de los álabes que llevaron a Denis Papin a introducir una bomba centrífuga con álabes rectos. A finales de siglo, hacia 1851, un célebre descubridor británico, John Appold, inventó una bomba centrífuga con álabes curvos.
Partes de una bomba centrífuga
Una bomba centrífuga consta de las siguientes piezas principales: impulsor, voluta o carcasa, eje, tubería de aspiración, tubería de impulsión y cojinetes.
Figura 1: Los distintos componentes de una bomba centrífuga
Rodete
El impulsor es un rotor que cumple la función de aumentar la energía cinética y la presión del fluido. Está provisto de una serie de álabes curvados hacia atrás. Suele ir montado en el eje de la bomba y alojado en una carcasa estanca.
Eje
El eje es un componente mecánico rotativo apoyado sobre cojinetes. Su función principal es transportar el impulsor. Suele estar acoplado al motor principal.
Voluta (carcasa)
La carcasa es un estrecho conducto de aire que rodea el impulsor. La carcasa actúa como recipiente de contención de la presión y dispone de puertos de succión y descarga. Contiene el líquido y dirige el flujo hacia la bomba a través de la tubería de aspiración y hacia el exterior a través de la tubería de impulsión.
Tubo de aspiración
El tubo de aspiración tiene dos extremos: uno está conectado a la entrada de la bomba y el otro se sumerge en el agua. El extremo inferior de la tubería de aspiración está equipado con una válvula de pie para evitar el reflujo del agua y un filtro para impedir la entrada de cuerpos extraños en la tubería.
Tubería de suministro
Al igual que la tubería de aspiración, la tubería de impulsión también tiene dos extremos: uno de ellos está conectado a la salida de la bomba y el otro impulsa el agua a una altura determinada. El objetivo principal de la tubería de aspiración es elevar el fluido hasta la zona deseada.
Rodamientos
El objetivo principal de los cojinetes es soportar el eje o el rotor y alinearlos correctamente con los extremos fijos bajo la acción de fuerzas radiales y axiales. También ayuda a contener el movimiento relativo del rotor y a minimizar la fricción entre el eje giratorio y el estator.
Principio de funcionamiento de una bomba centrífuga
En esta sección se describe el principio de funcionamiento de una bomba centrífuga. El funcionamiento de una bomba centrífuga se rige por el principio del vórtice forzado, que establece que cuando una masa de fluido gira debido a una fuerza aplicada, la altura de presión del fluido aumenta. El aumento resultante de la altura de presión conduce a la transferencia del fluido de un punto a otro. El aumento de la altura de presión es directamente proporcional a la velocidad del fluido. Por lo tanto, la altura de presión será mayor a la salida de la bomba, por lo que el fluido se descargará a mayor presión. La fuerza centrífuga, que es igual al cambio en el momento angular del rotor, hace que el fluido fluya dentro de la carcasa de la bomba convirtiendo la velocidad cinética del fluido en presión. El funcionamiento de la bomba centrífuga sigue las siguientes etapas:
- En primer lugar, el rotor se acciona mecánicamente mediante un motor eléctrico. El impulsor está directamente acoplado al motor eléctrico a través de un eje y gira a las mismas RPM que el motor.
- Cuando el impulsor empieza a girar, se crea un vacío dentro del ojo del impulsor y hace que el agua entre axialmente en el impulsor.
- Una vez que el agua golpea los álabes del impulsor, la fuerza centrífuga que actúa sobre los álabes hace girar el agua radial y axialmente hacia el exterior hasta que atraviesa todos sus componentes y es empujada contra la carcasa de la bomba.
- En la voluta de la bomba, el agua gira a la misma velocidad que la del impulsor y la energía cinética del agua se convierte en una altura de presión antes de que el agua abandone la carcasa y entre en la tubería de impulsión.
Tipos de bombas centrífugas
bomba centrífuga monocelular
Se trata de un tipo de bomba centrífuga que consta de un impulsor en su carcasa. Debido a su diseño sencillo, una bomba centrífuga de una etapa es muy fácil de mantener. Es la bomba más adecuada para aplicaciones en las que la presión del fluido es baja y el caudal grande.
Bomba centrífuga multietapa
Este tipo de bomba centrífuga tiene tres o más impulsores. En esta bomba, el fluido pasa a través de múltiples cámaras de líquido conectadas en serie. La presión del fluido aumenta con cada etapa de la bomba. Al entrar en la primera cámara, el fluido está a la presión de aspiración y está a una presión mucho mayor al salir de la cámara. Esta presión del fluido se eleva aún más cuando el fluido entra en la segunda cámara y así sucesivamente. Este tipo de bombas son muy adecuadas para caudales elevados.
Bomba centrífuga horizontal
Una bomba centrífuga horizontal se caracteriza por un eje y un impulsor orientados horizontalmente, normalmente entre los cojinetes de la bomba. Esta bomba puede acoplarse fácilmente a un motor primario (turbina, motores eléctricos o motor). También es más fácil de instalar y mantener. Sin embargo, tiene un NPSH (altura neta positiva de aspiración) limitado y una temperatura y presión de trabajo bajas. Debido a su baja altura, las bombas centrífugas horizontales se aplican mejor en aplicaciones de interior, donde el espacio vertical es limitado.
Bomba centrífuga vertical
Una bomba centrífuga vertical consta de un eje orientado verticalmente, dividido radialmente y en voladizo. Tiene un NPSH variable, por lo que es adecuada para una amplia gama de aplicaciones. Sin embargo, las bombas centrífugas verticales son difíciles de instalar y mantener porque requieren mucha altura libre. El eje en voladizo también plantea problemas cuando la presión de aspiración es alta, ya que resulta difícil equilibrar el empuje axial.
Bomba centrífuga criogénica
Se trata de un tipo de bomba centrífuga que se utiliza para mover refrigerantes y gases industriales licuados, es decir, argón líquido, oxígeno líquido, nitrógeno líquido. Constituyen un componente importante para los procesos en los que intervienen gases industriales puros y mezclados. El diseño de una bomba centrífuga criogénica también incluye un tipo de bomba de una sola etapa que consta de un solo impulsor y un tipo de bomba de varias etapas que consta de varios impulsores. Están diseñadas para condiciones de funcionamiento a temperaturas extremadamente bajas. Por lo tanto, se caracterizan por tener cierres herméticos para reducir las fugas de calor del motor. Esto también ayuda a evitar la contaminación del fluido criogénico por el fluido de proceso. Se utilizan en aplicaciones como la refrigeración de cables o imanes superconductores de alta temperatura.
Bomba centrífuga monobloc
Este tipo de bomba centrífuga cuenta con un motor eléctrico y una bomba centrífuga en un único bloque de constricción, de ahí el nombre de bomba centrífuga Monoblock. Esta bomba puede funcionar en aspiración negativa, es decir, la bomba se mantiene por encima del nivel del agua, o en aspiración positiva, es decir, la bomba se mantiene por debajo del nivel del agua pero no sumergida. Sin embargo, la aplicación de la bomba centrífuga monobloc en aspiración negativa está limitada por la altura de aspiración, un gradiente de presión negativa que existe entre el nivel de la superficie del agua y el centro hidráulico de la bomba.
Bomba centrífuga de acero inoxidable
Este tipo de bombas centrífugas están fabricadas con componentes de acero inoxidable. Se utilizan ampliamente en los sectores agrícola, doméstico e industrial para aumentar la presión del agua, filtrarla y airear estanques y fuentes. Como todos los componentes de la bomba están fabricados en acero inoxidable (por ejemplo, SS 304 o 316), las bombas tienen una gran resistencia a la corrosión, por lo que son aptas para su uso con agua limpia, procesamiento de productos lácteos y producción de alimentos y bebidas. Además, estas bombas también pueden soportar situaciones que podrían dañar las bombas convencionales, por ejemplo, productos químicos y entornos agresivos. Por tanto, pueden utilizarse para trasvasar productos químicos y resistir los daños causados por los ácidos.
Ventajas de una bomba centrífuga
Las bombas centrífugas ofrecen un sinfín de ventajas en sus aplicaciones industriales. Estas ventajas incluyen
- Diseño sencillo y fácil de controlar
- Adecuado para grandes descargas y cabezas pequeñas
- Requieren un mantenimiento mínimo
- Adecuado para grandes cantidades de agua y grandes caudales
- proporciona una producción constante y consistente
- Puede funcionar en una amplia gama de caudales
- No experimentan problemas de fugas. Esto se debe a que no contienen juntas de transmisión.
- No hay posibilidad de transferencia de calor, por lo tanto no hay problema de transferencia de calor.
- Son adecuados para fluidos peligrosos
- Están libres de presión externa. La presencia de acoplamiento magnético ayuda a prevenir la aparición de presión externa.
- Tienen una excelente eficacia operativa
Desventajas de una bomba centrífuga
Una bomba centrífuga no está exenta de inconvenientes y a continuación se destacan algunas de las desventajas de utilizar una bomba centrífuga
- La bomba puede sobrecalentarse
- Puede sufrir pérdida de energía debido al acoplamiento magnético
- Una carga intensa puede averiar la bomba
- La bomba es propensa a oxidarse, lo que puede causar daños.
Aplicaciones de la bomba centrífuga
Las bombas centrífugas son las preferidas para la mayoría de las actividades de transferencia de fluidos en diversas industrias. Algunas de las industrias en las que más se aplican las bombas centrífugas son la agricultura, la minería, las plantas municipales de aguas residuales, las industrias petrolera, química y petroquímica, energética y petrolera, y muchas más. Los usos más comunes de las bombas centrífugas son los siguientes:
- Bombeo de agua
- apoyo a los equipos de protección contra incendios industriales
- Regulación del agua caliente
- Suministro de agua residencial e industrial
- aumento de presión
- Fabricación de alimentos y bebidas
- Eliminación de aguas residuales y purines
- fabricación de productos químicos
Solución de problemas de bombas centrífugas
A veces, los fallos en el sistema de bombeo pueden hacer que una bomba centrífuga no funcione correctamente. A continuación se presentan algunas guías del fabricante sobre cómo localizar y corregir problemas mecánicos comunes en una bomba centrífuga.
Poca o ninguna descarga
- El impulsor puede estar dañado (sustitúyalo si está dañado)
- El impulsor está obstruido (limpiar el impulsor).
- El encamisado no se llena de agua al principio. La solución es llenar la carcasa. Este proceso también se conoce como cebar la bomba.
- La altura total es demasiado alta. La acción correctiva es reducir la succión
- Fuga en la junta de la carcasa. La solución es sustituir la junta
- El caudal de la bomba es superior a la capacidad del pozo.
- Fuga de aire en la línea de aspiración (Sustituya o repare el sistema de tuberías utilizando compuesto sellador de tuberías).
- la presión de entrada es insuficiente (añada más agua para aumentar la presión de entrada)
- La válvula de aspiración o de descarga está cerrada (asegúrese de que las válvulas están abiertas).
La bomba vibra y produce un ruido excesivo
- La altura de aspiración es demasiado elevada (reducir la altura de aspiración)
- el impulsor está dañado o desgastado (sustituir el impulsor)
- Los cojinetes del motor están desgastados (sustituir los cojinetes)
- presencia de materias extrañas en la bomba (desmontar la bomba y limpiarla)
- La placa de montaje y los cimientos carecen de suficiente rigidez (refuerce los cimientos, monte la bomba firmemente).
La bomba no arranca o no funciona
- Deficiencias en el cableado de la bomba, es decir, conexiones sueltas o cables rotos (repare cualquier conexión suelta, sustituya el cable roto y asegúrese de que el cableado de la bomba cumple el diagrama de cableado del motor).
- El disyuntor está abierto o el fusible está fundido (restablezca el disyuntor, sustituya el fusible).
- el motor está arreglado
- Presencia de un circuito abierto en la sobrecarga térmica (deje enfriar la bomba, compruebe el motivo de la sobrecarga y vuelva a ponerla en marcha).
La bomba no desarrolla presión
- No hay agua de cebado en la carcasa (llenar la carcasa de la bomba)
- fugas en los cierres mecánicos (sustituir los cierres)
- El conducto de descarga está cerrado y el aire de cebado no encuentra la salida (abra el conducto de descarga).
- fuga en la válvula de pie o en la válvula antirretorno (sustituir las válvulas)
Fuga de la bomba en el eje
- Los cierres mecánicos están desgastados (sustituir los cierres)
El motor se sobrecalienta y se apaga
- desajuste entre la tensión del motor y la tensión de alimentación de la red (compruebe la tensión de alimentación del motor comparándola con la especificada en la placa de características)
- Colisión entre el impulsor y la carcasa de la bomba o el impulsor no gira libremente (desmonte la bomba, alinee el impulsor o sustitúyalo).
- Utilización de un calibre de cable inadecuado (consulte los códigos eléctricos nacionales para obtener una guía precisa sobre calibres de cable y dispositivos de protección de circuitos).
Pérdida de succión
- Tubo de cebado defectuoso
- Altura de aspiración demasiado elevada (reducir la altura de aspiración)
- El filtro, el pie y las válvulas de retención están obstruidos (desatascar)
- La altura de aspiración o la presión de entrada son insuficientes (aumente la contrapresión o la presión de entrada añadiendo más agua al depósito).
- válvula de pie o válvula de retención desgastada
Resumen
Una bomba centrífuga es un tipo común de bomba para el trasvase de fluidos. Convierte la energía mecánica de un impulsor en energía de presión del fluido. Las bombas centrífugas se clasifican dentro de los tipos de bombas dinámicas. Se trata de bombas en las que la energía cinética de un fluido se incrementa al aumentar la velocidad del caudal. Existen muchos tipos de bombas centrífugas, como las bombas centrífugas monoetapa, multietapa, horizontales y verticales, y muchas más. Las partes principales de una bomba centrífuga son el impulsor, la carcasa, la tubería de aspiración y las tuberías de impulsión. Las bombas centrífugas funcionan basándose en el principio del vórtice forzado, en el que un aumento de la energía cinética del fluido debido a las fuerzas aplicadas se incrementa a partir de la altura de presión del fluido. Una bomba centrífuga es el tipo de bomba más considerado tanto para viviendas residenciales como para usos industriales. Las aplicaciones más comunes de las bombas centrífugas incluyen el bombeo de agua, el apoyo a los equipos de protección contra incendios industriales, la regulación del agua caliente, el aumento de presión, la eliminación de aguas residuales / lodos, la fabricación de alimentos y bebidas, la fabricación de productos químicos.
Las bombas centrífugas ofrecen muchas ventajas en sus usos domésticos e industriales, como un diseño sencillo y compacto, mínima necesidad de mantenimiento, rendimiento constante y consistente, capacidad para funcionar en una amplia gama de caudales, gran descarga con una altura de elevación menor y excelente eficacia operativa. Sin embargo, también presentan varios inconvenientes, como el sobrecalentamiento, la pérdida de energía debido al acoplamiento magnético y la aparición de averías debido a la carga intensa. Para el funcionamiento rutinario de las bombas centrífugas, se requieren ciertos conocimientos sobre la localización de averías en las bombas. Este documento ha orientado sobre cómo identificar y resolver varios problemas de funcionamiento de las bombas, entre los que se incluyen que la bomba emita poca descarga, que la bomba vibre y produzca un ruido excesivo, que el motor de la bomba se sobrecaliente y se apague, etc.