Bomba de turbina vertical
¿Qué es una bomba de turbina vertical?
Una bomba de turbina vertical es una bomba dinámica de rotor formada por impulsores de flujo radial modificados en orientación vertical. Está pensada para bombear agua de pozos subterráneos y depósitos profundos. La bomba se conecta a un motor a nivel del suelo a través de un eje vertical longitudinal, de ahí el término bomba de turbina vertical. Los fabricantes de bombas de turbina verticales suelen desarrollar la unidad en una configuración multietapa que comprende varios niveles de impulsores encerrados en un conjunto de cubeta. Cada impulsor adicional aumenta la altura de presión que puede generar la bomba mientras el caudal permanece constante. Los fabricantes de bombas de turbina verticales pueden diseñar la bomba para tanta altura de elevación utilizando tantas etapas como pueda acomodar el conjunto de cubeta. Las bombas de turbina verticales pueden instalarse en un barril de aspiración o por debajo del nivel del suelo para proporcionar una altura de presión de aspiración adicional al impulsor de la primera etapa. En general, las bombas verticales de turbina se dividen en dos grandes categorías: bombas verticales de turbina para pozos profundos y bombas verticales de turbina para pozos cortos.
Figura: Bomba de turbina vertical
Componentes de una bomba de turbina vertical
Motor
El motor proporciona la potencia mecánica para el funcionamiento de la bomba. Puede ser un motor de CA o CC y puede contener variadores de velocidad fijos o variables.
Montaje de la cubeta
El conjunto de la cuba de la bomba de turbina vertical comprende la caja de aspiración, los impulsores y la carcasa de estilo difusor. Cada difusor contiene un impulsor, y juntos constituyen una etapa de la bomba.
Figura: Configuración de un conjunto de cubeta.
Carcasa de la bomba
La bomba de turbina vertical emplea una carcasa de tipo difusor. La carcasa de la bomba es un fino conducto de aire que rodea el impulsor. Sirve como recipiente de contención de la presión y dirige el flujo y la salida de la bomba. Los fabricantes de bombas de turbina verticales crean la carcasa de la bomba utilizando hierro fundido, acero al carbono o acero inoxidable para mejorar la solidez, la durabilidad frente a la corrosión y la resistencia a la abrasión.
Rodete
El impulsor es un ventilador de rotación rápida formado por álabes que ayudan a mover el fluido desde la entrada de la bomba hasta la salida aumentando la energía cinética y la presión. En una bomba de turbina vertical, el impulsor se bloquea positivamente en el eje de la bomba mediante cierres cónicos mecanizados con precisión. El impulsor puede ser de tipo abierto, semiabierto o cerrado. Los fabricantes de bombas de turbina verticales desarrollan el impulsor con una amplia gama de cobertura hidráulica para obtener el máximo rendimiento.
Eje
El eje de la bomba de turbina vertical es una larga pieza cilíndrica de metal situada en el centro de la bomba y apoyada sobre cojinetes. Lleva los impulsores y conecta el motor a la cabeza de la bomba mediante un acoplamiento flexible. El eje de la bomba suele estar diseñado para ofrecer la máxima solidez y una excelente resistencia a la corrosión utilizando materiales de alta gama como acero inoxidable, acero aleado, acero al carbono, etc. También está rectificado y pulido para proporcionar una superficie de apoyo lisa.
Acoplamiento
Las bombas de turbina verticales utilizan un acoplamiento flexible que facilita el mantenimiento de los cojinetes de empuje y los cierres mecánicos. El acoplamiento conecta el eje de la bomba al eje del motor facilitando la transferencia de par y la rotación de los impulsores. El acoplamiento está mecanizado y equilibrado con precisión para una alineación y transmisión de potencia perfectas.
Entrada de aspiración
La salida de aspiración de una bomba de turbina vertical presenta un diseño hidrodinámico que ayuda a garantizar un flujo de entrada suave. También contiene un colador de entrada sobredimensionado que impide la entrada de sólidos en el conjunto hidráulico. El agua entra en las bombas a través de la entrada de aspiración.
Salida de descarga
El agua sale de la bomba por la salida de descarga. La salida de descarga de la bomba de turbina vertical presenta un diseño fabricado o totalmente fundido de alta resistencia y bajas pérdidas.
¿Cómo funciona una bomba de turbina vertical?
Una bomba de turbina vertical funciona convirtiendo la energía mecánica de un impulsor en energía cinética y de presión del líquido bombeado. Cuando el motor arranca, el impulsor gira, creando un vacío en el interior de la carcasa de la bomba. Como resultado, el agua entra en la primera cámara debido a la presión atmosférica que actúa sobre la superficie del agua. Una vez que el agua golpea el impulsor de la primera etapa, la acción mecánica imparte una gran energía cinética al líquido. A continuación, el impulsor lanza el agua a la voluta, donde la presión del fluido aumenta debido a la reducción de su velocidad, y el agua entra en la segunda etapa, donde la presión del fluido aumenta aún más. Este proceso continúa hasta la última etapa de la bomba, donde el fluido alcanza la altura de presión requerida y se bombea al lugar deseado a través de la salida de descarga y la tubería de impulsión.
Figura: Funcionamiento de una bomba de turbina vertical
Tipos de bombas verticales de turbina
Bomba vertical de turbina para pozos profundos
Una bomba vertical de turbina para pozos profundos suele instalarse en un pozo perforado, con la primera etapa situada por debajo del nivel del agua. Los fabricantes de bombas de turbina verticales crean los dispositivos con un conjunto multietapa, capacidad de autocebado y principalmente para el transporte de agua. La bomba vertical de turbina para pozos profundos se utiliza principalmente en el transporte de agua desde el pozo profundo hasta los depósitos de almacenamiento o las instalaciones de tratamiento en la superficie.
Figura: muestra de una bomba de turbina vertical para pozos profundos.
Bomba de turbina vertical de carrera corta
Las bombas de turbina verticales de eje corto suelen tener una longitud inferior a 50 pulgadas. Son comunes en todas las industrias y aplicaciones de manipulación de agua, pero se encuentran principalmente en pozos de agua. En aplicaciones de agua relativamente limpia, el cojinete de esta bomba puede lubricarse utilizando el agua bombeada. Por el contrario, en aplicaciones en las que el líquido bombeado no puede lubricar los cojinetes, se utiliza una fuente externa de agua, grasa o aceite.
Figura: muestra de una bomba de turbina vertical de eje corto.
Bomba de turbina vertical de acero inoxidable
Las bombas verticales de turbina de acero inoxidable están fabricadas íntegramente en acero inoxidable y pueden ser semisumergibles o totalmente sumergibles en agua. Funciona de forma excelente en entornos difíciles en los que las bombas de turbina verticales convencionales de hierro fundido o acero no pueden. Esta bomba puede utilizarse como bomba de pozo profundo, bomba de foso húmedo o bomba sumergible de aumento de presión. Son muy apreciadas por su versatilidad y durabilidad.
Figura: muestra de una bomba de turbina vertical de acero inoxidable.
Bomba de turbina vertical de dos etapas
Una bomba de turbina vertical de dos etapas consta de dos impulsores alojados en cámaras de bombeo difusoras separadas, pero montados en un único eje de cubeta que pasa por el centro de los difusores. Esta bomba ofrece la funcionalidad de dos bombas conectadas en serie.
Figura: muestra de una bomba de turbina vertical de dos etapas.
Bomba vertical multietapa de turbina
Una bomba de turbina vertical multietapa consta de más de dos impulsores alojados en diferentes cámaras de bombeo montadas en serie. El agua entra en la primera cámara a presión de aspiración y sale de la última cámara a presión elevada. Esta bomba puede gestionar mayores alturas de bombeo y caudales que su homóloga de dos etapas y puede funcionar con un motor más pequeño.
Aplicaciones de una bomba de turbina vertical
Los fabricantes de bombas de turbina verticales desarrollan la bomba para que funcione de forma excelente en aplicaciones con una baja altura de aspiración positiva neta (NPSH). Se utilizan en centrales eléctricas, sistemas de riego y plantas de tratamiento de agua.
- Se utilizan turbinas hidráulicas para generar energía porque pueden funcionar a la inversa. Cuando se emplea la bomba de turbina vertical para esta aplicación, la tobera de aspiración actúa como salida de la turbina, mientras que la tobera de descarga actúa como entrada de la turbina. Esta alteración no influye en el rendimiento del dispositivo; el rendimiento del dispositivo como turbina es igual al rendimiento cuando se utiliza como bomba.
- Se utilizan como bombas de refuerzo en sistemas de bombeo municipales.
- Se utilizan para suministrar caudal a la torre de refrigeración de las centrales eléctricas.
- Se utilizan para transportar agua en las plantas de tratamiento.
- Se utilizan para bombear agua bruta a los aspersores de las explotaciones de regadío.
- Se utilizan para transportar el agua a los grifos de las viviendas.
- Se utilizan para suministrar aguas subterráneas a los municipios que no pueden depender de las aguas superficiales.
- También suministran agua de reposición y agua contra incendios para plantas industriales.
Ventajas de una bomba de turbina vertical
- Las bombas de turbina verticales tienen un alto rendimiento hidráulico.
- Tienen una alta eficiencia energética gracias a su capacidad para trabajar con motores más pequeños.
- Son perfectas para aplicaciones de gran altura y bajo caudal.
- Tienen una pérdida por fuga mínima porque la cabeza por etapa es menor.
- Tienen una construcción compacta con impulsores pequeños porque la altura de elevación por etapa es menor.
- Proporcionan un rendimiento estable.
- Tienen un ciclo de vida bajo debido a sus mínimos requisitos de mantenimiento.
- Proporcionan una forma fácil y eficaz de impulsar el agua desde pozos subterráneos profundos hasta la superficie.
- Son muy versátiles en sus aplicaciones, ya que sirven para el riego agrícola, el abastecimiento municipal de agua, las centrales eléctricas, etc.
- Son autocebantes porque el impulsor de la primera etapa se encuentra por debajo del nivel del agua.
- Son muy fiables.
Desventajas de una bomba de turbina vertical
- Requieren una gran altura libre para su instalación.
- No es fácil equilibrar el empuje hidráulico en las bombas de turbina verticales debido a su eje en voladizo, sobre todo en aplicaciones con gran aspiración y alta presión.
- Pueden manipular fluidos con gases arrastrados o disueltos porque el gas se acumula en la cámara sellada, donde el venteo es complicado.
- El coste inicial de adquisición e instalación de la bomba es relativamente alto.
Resolución de problemas de una bomba de turbina vertical
La bomba no arranca
- Hay un fusible fundido o un disyuntor activado. Inspeccione la bomba de turbina vertical en busca de un fusible fundido y sustitúyalo si es necesario.
- La tensión es irregular debido a suciedad o corrosión en el presostato. Inspeccione el presostato y límpielo de cualquier resto de suciedad o contaminación.
- Los receptáculos de fusibles están sucios o corroídos. Inspeccione y limpie los receptáculos de fusibles si es necesario.
- La alimentación del panel es insuficiente. Asegúrese de que el motor recibe la tensión y la corriente adecuadas.
No circula suficiente agua por el sistema de bombeo
- La bomba tiene aire. Asegúrese de que el sistema de bombeo está libre de aire.
- La válvula de retención ha fallado o está mal instalada. Inspeccione la válvula de retención, instálela correctamente o sustitúyala.
- Impulsor obstruido. Inspeccione el impulsor y elimine cualquier material.
- La bomba funciona en sentido inverso. Compruebe que el sentido de giro del motor coincide con el indicado por los fabricantes de la bomba de turbina vertical en la placa de características. Asegúrese de invertir las polaridades del motor.
Hay una vibración excesiva de la bomba
- Hay elementos desequilibrados en la bomba de turbina vertical. Inspeccione y vuelva a equilibrar los elementos.
- Los impulsores están muy desgastados o defectuosos. Inspeccione los impulsores y sustituya cualquier impulsor desgastado por otro del fabricante de la bomba si es necesario.
- Eje oblicuo o desequilibrado. Inspeccione el eje de la bomba y reequilibre según sea necesario.
- El conjunto de la bomba está flojo. Apriete los componentes de la bomba al nivel de par recomendado por los fabricantes de la turbina vertical.
El motor se sobrecalienta
- El motor está defectuoso. Inspeccione y sustituya el motor principal si es necesario.
- El motor está mal instalado. Asegúrese de que la bomba está instalada según las normas del fabricante de la bomba de turbina vertical.
- La bomba de turbina vertical trabaja con cavitación. Compruebe que la bomba funciona dentro del intervalo de velocidad correcto y utiliza el tipo de impulsor adecuado.
- Mala alineación del acoplamiento. Asegúrese de realinear la bomba y el acoplamiento. Compruebe también el desgaste de la goma del acoplamiento.
- La grasa de la bomba es excesiva o está contaminada. Drene el exceso de aceite o los cojinetes y la carcasa.
- Hay una cámara de aire en la bomba. Afloje el tapón de ventilación para purgar el aire.
Resumen
Una bomba de turbina vertical es una bomba dinámica de rotor diseñada con múltiples impulsores de flujo radial modificados en orientación vertical. La bomba de turbina vertical presenta una configuración multietapa con varios niveles de impulsores encerrados en un conjunto de cubeta. Está pensada para bombear agua desde pozos subterráneos y depósitos profundos hasta tanques de almacenamiento en la superficie. La bomba se conecta a un motor subterráneo a través de un eje vertical longitudinal, de ahí el nombre de bomba de turbina vertical. Los fabricantes de bombas de turbina vertical desarrollan la bomba para que funcione perfectamente en aplicaciones de baja altura neta positiva de aspiración (NPSH). Dado que la bomba de turbina vertical puede generar alta presión mientras el caudal permanece invariable, también es perfecta para aplicaciones de gran altura y bajo caudal. Las bombas de turbina verticales no tienen problemas de cebado y son eficientes desde el punto de vista energético e hidráulico. Se suelen utilizar en centrales eléctricas, sistemas de riego y plantas de tratamiento de agua. Sin embargo, no es fácil equilibrar el empuje vertical de las bombas de turbina verticales, y además son bastante caras de adquirir.