Este documento describe las partes y el funcionamiento de una bomba centrífuga. Explica que las bombas centrífugas transfieren energía al fluido mediante un elemento rotativo llamado impulsor o rodete, aumentando su velocidad y presión. Luego, una zona de difusión convierte la energía cinética en presión adicional. Finalmente, enumera algunos tipos comunes de bombas centrífugas y sus aplicaciones.
Clasificación y funcionamiento de una bomba centrifuga rodny moros
1. Clasificación
y Funcionamiento de
una Bomba Centrifuga.
Participarte:
Rodny Moros
CI. 24165640
Universidad Fermin Toro
Asignatura Máquinas Hidráulicas.
2. Las bombas son las máquinas hidráulicas que nos permiten
suministrar energía a un fluido hidráulico. Es decir, son turbo
máquinas generadoras para líquidos.
La clasificación de las bombas se puede realizar atendiendo a varios criterios:
según el tipo de carcaza, de impulsor, tipo de aplicación, de material
Para evitar complicarnos con tan larga serie de clasificaciones, en este curso lo
haremos según el principio que rige la acción del elemento
impulsor, de esta manera:
Desplazamiento Positivo.
Rotodinámica o Cinética.
3. Las bombas centrífugas se componen de los siguientes elementos
Rodete o Impulsor: Gira solidario con el eje de la máquina. Se compone de un sinnúmero de álabes
que transfieren energía al fluido en forma de energía cinética y de presión.
Corona Directriz: Se conoce como corona de álabes fijos. Recoge el líquido que proviene del rodete y
transforma la energía cinética comunicada por el rodete, en energía de presión, ya que la sección de paso
aumenta en la dirección del flujo. Es de hacer notar que no se encuentra en la mayoría de las bombas.
Caja Espiral: Recoge el fluido que procede del rodete con pérdidas mínimas, transformando en su
paso energía dinámica en energía de presión, conduciendo el fluido hasta la tubería de salida o tubería
impulsión.
Tubo DifusorTronco Cónico: Este elemento es en sí un difusor y se encarga de realizar una tercera
etapa de difusión, continuando en su paso transformándo energía cinética en energía de presión, que es
en sí la función que realiza la bomba.
Partes de Una Bomba Centrífuga
5. Las bombas centrífugas son máquinas denominadas "receptoras" o "generadoras" que se
emplean para hacer circular un fluido en contra de un gradiente de presión. Para que un fluido
fluya desde donde hay mayor presión hasta donde hay menos presión no se necesita ningún
gasto de energía (Por ejemplo: un globo desinflándose, o un líquido desplazándose desde
donde la energía potencial es mayor hasta donde es menor) pero, para realizar el movimiento
inverso, es necesaria una bomba, la cual le comunica al fluido energía, sea de presión,
potencial o ambas. Para esto, necesariamente se tiene que absorber energía de alguna
máquina motriz, ya sea un motor eléctrico, uno de combustión interna, o una turbina de vapor
o gas. No obstante, decir que una bomba "genera presión" es una idea errónea aunque
ampliamente difundida. Las bombas están capacitadas para vencer la presión que el fluido
encuentra en la descarga impuesta por el circuito. Piénsese en un compresor de llenado de
botellones de aire comprimido para arranque de motores navales: El botellón en un principio
está a presión atmosférica, y por ende la presión que debe vencer el compresor es sólo la
representada por las caídas de presión en la línea, el filtro, los codos y las válvulas. No
obstante, a medida que el botellón de aire comprimido se va llenando, es necesario también
vencer la presión del aire que se fue acumulando en el mismo. Un ejemplo más cotidiano es el
llenado de un globo o de un neumático.
Principio de Funcionamiento
6. Como anteriormente se ha mencionado, las bombas centrífugas están dotadas
principalmente de un elemento móvil: el rotor, rodete, o impulsor. Es el elemento que
transfiere la energía que proporciona el motor de accionamiento al fluido. Esto sólo se puede
lograr por un intercambio de energía mecánica y, en consecuencia, el fluido aumenta su
energía cinética y por ende su velocidad. Además, por el hecho de ser un elemento centrífugo,
aparece un aumento de presión por el centrifugado que se lleva a cabo al circular el fluido
desde el centro hasta la periferia. Una partícula que ingresa y toma contacto con las paletas en
1 comenzará a desplazarse, idealmente, contorneando la paleta (En realidad, esto sería
estrictamente cierto si hubiera un número muy alto de paletas, más adelante se detalla que
sucede cuando hay pocas) Como al mismo tiempo que se va separando del eje el impulsor
rota, la partícula a cada instante aumenta su radio y se mueve en el sentido de la rotación
(Anti horario en el ejemplo), por lo que su trayectoria, vista desde el exterior, resultará una
espiral como la ilustrada en punteado, y saldrá luego por 2.
Si se observase todo este proceso acompañando el movimiento de la paleta, se notaría que la
partícula todo lo que hace es realizar un trayecto coincidente con el perfil de la paleta. Esto
implica que para medir el movimiento del fluido se tendrá velocidades medidas desde el rotor,
es decir, velocidades relativas, y aquellas medidas desde un punto fijo, es decir, velocidades
absolutas. La relación entre ambas es la denominada "Velocidad de arrastre", que es la del
móvil (También "periférica")
7. La notación más extendida es la siguiente:
Velocidad absoluta: C Velocidad relativa: w Velocidad de arrastre: u
Como se requieren referencias angulares, se estableció la siguiente convención:
α: ángulo entre la velocidad absoluta C y la dirección de u β: ángulo entre la velocidad relativa
w y la dirección de u. En lo que al funcionamiento respecto, el fluido ha ganado energía
cinética en el rotor, absorbiendo energía del motor propulsor, y además ha ganado en energía
de presión por el efecto de centrifugado. El exceso de energía cinética a la salida del impulsor
(algo de energía cinética se requiere para que el fluido salga de la máquina y circule) conviene
convertirlo en energía de presión. Para esto se utiliza la zona fija que sigue a la móvil. En el
estátor, carcasa o cuerpo (de la bomba o del compresor)hay una parte diseñada para trabajar
como difusor, es decir, convertir energía cinética en presión. Esto se logra diseñando un sector
divergente. Por la presencia de esta porción de área creciente, la velocidad necesariamente
debe disminuir para que se cumpla la ecuación de continuidad o de conservación del caudal. Y
si se analiza con la ecuación de Bernoulli, como las variaciones de energía potencial son nulas
o casi nulas, las disminución de energía cinética se transforma necesariamente en un aumento
de presión. En la mayoría de las bombas, la zona divergente se ubica antes de la boca de
salida, y consiste en un tramo troncocónico divergente (a), lo cual constituye una solución
económica y bastante eficiente. Cuando se requiere acentuar la reconversión de energía
cinética en presión, puede haber una corona de paletas difusoras, como se muestra en (b).
Esta solución se ve en los turbocompresores centrífugos, y también en algunas bombas.
8. VENTAJAS DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS
Ø Su construcción es simple, su precio es bajo.
Ø El fluido es entregado a presión uniforme, sin variaciones bruscas ni pulsaciones. Son muy
versátiles, con capacidades desde 5gpm con presión diferencial de 2 a 5 lb/pulg2 con presión
diferencial de 2 a 5 lb/pulg2 hasta bombas múltiples con 3000gpm y 3000 lb/pulg2.
Ø La línea de descarga puede interrumpirse, o reducirse completamente, sin dañar la
bomba.
Ø Puede utilizarse con líquidos que contienen grandes cantidades de sólidos en suspensión,
volátiles y fluidos hasta de 850°F.
Ø Sin tolerancias muy ajustadas.
Ø Poco espacio ocupado.
Ø Económicas y fáciles de mantener.
Ø No alcanzan presiones excesivas aún con la válvula de descarga cerrada.
Ø Máxima profundidad de succión es 15 pulgadas.
Ø Flujo suave no pulsante.
Ø Impulsor y eje son las únicas partes en movimiento.
Ø No tiene válvulas ni elementos reciprocantes.
Ø Operación a alta velocidad para correa motriz.
Ø Se adaptan a servicios comunes, suministro de agua, hidrocarburos, disposición de agua
de desechos, cargue y descargue de carro tanques, transferencia de productos en oleoductos.
9. Especificación y Selección de Bombas
Analizando las etapas por las que pasa la adquisición de una bomba desde su gestación hasta
que se encuentra en servicio en la planta, se puede observar que unas corresponden al
fabricante exclusivamente y otras al usuario; a partir de un punto existirá un paralelismo o
correspondencia entre ellos.
En el gráfico se ha reseñado a grandes rasgos, las etapas e indicando la correspondencia.
FABRICANTE USUARIO
Diseño de la máquina Proceso
Calculo de los elementos Normas Diseño del sistema
Modelo Cálculo del sistema
Ensayos Hoja de datos
Especificaciones
Ensayos ( Para obtener características) Petición de oferta
Comercialización Selección
Oferta Activación
Fabricación Inspecciones
Pruebas Pruebas
Envío Autorización de Envío
Instalación
Servicio Técnico Puesta en servicio
Mantenimiento
10. Algunos tipos de bombas comerciales
LA SERIE CN : QUÍMICA NORMALIZADA ISO 2858/ISO 5199 PN16
DE IMPULSOR CERRADO.
Construcción :
•Construcción según ISO 5199 y dimensiones
según ISO 2858.
•Diseño PROCESS : desmonte sin desacoplar
las tuberías o el motor.
•Prevista para los servicios severos y continuos.
•Bridas estándares DIN/NFE PN16.
•Bastidor de 3 rodamientos lubrificados por
el aceite del engrasador de nivel constante.
•Impulsor cerrado, con anillo de usura sobre cuerpo.Anillo de usura sobre impulsor en opción
según tamaño
•Eje totalmente protegido del líquido bombeado.
•Estanquidad por trenzas o sello mecánico normalizado simple, doble o tándem.
•Control de la presión en la caja de guarnición
por las alabes dorsales del impulsor.
•Cámara de refrigeración en estándar.
•Intercambiabilidad máxima de las piezas constitutivas de la serie.
•Excelente rendimiento.
•NPSH requerido el más bajo.
•Modelos corrientes en stock.
11. Cualidades técnicas :
•Caudal : de 2 a 5 000 m3/h o de 10 a 22 000 U.S GPM.
•Altura manométrica total : hasta 165 m o 540 pies .
•Presión máxima de servicio : hasta 20 bar.
•Temperatura de servicio admisible :
de –40 hasta 180 °C.
•Velocidad máxima : 3 000 rpm a 50 Hz o
•3 600 rpm a 60 Hz.
13. Bomba Centrífuga autocebante horizontal
Aplicaciones
•Para líquidos sucios, barrosos, con pequeños sólidos en suspensión.
•Desagote de piletas de natación, sótanos, excavaciones, minas, y canteras.
•Avenamiento de napas para fundaciones en obras hidráulicas, tendido de
cañerías o conductores subterráneos.
•Trasvases de líquidos limpios o sucios en industrias frigoríficas, vitivinícolas,
textiles, alimenticias, petroquímicas, etc.
Cualidades
Rotor: Semiabierto, de fundición gris de grano fino, hidráulica y mecánicamente
balanceado. Posee paletas compensadoras del empuje axial.
Disco de desgaste: Recambiable, de fundición gris, permite recuperar los ajustes
necesarios para el óptimo funcionamiento del rotor.
Eje: de acero S.M SAE 1045. Correctamente dimensionado elimina flechas
perjudiciales y asegura un giro sin vibraciones.
Rodamientos: a bolillas, calculados para servicio pesado y continuo en las
condiciones de trabajo más desfavorables.
Cierre mecánico: asegura absoluta hermeticidad, tanto para evitar la salida de
líquido como para impedir la entrada de aire, condición de fundamental
importancia en las bombas autocebantes.
Sentido de giro: es el indicado en la bomba por una flecha. No debe hacerse girar
en seco pues se dañaría el cierre mecánico.
Lubricación: la bomba sale de fábrica con grasa en los cojines para un servicio de
3 meses. Cuando se ponga lubricante no se emplee en exceso; debe usarse grasa
adecuada en los rodamientos y grasa insoluble en el cierre mecánico.
14. Aplicaciones
•Riego en general.
•Sistemas de incendio.
•Aire acondicionado.
•Uso industrial en general.
•Abastecimiento de agua potable.
Cualidades
Cuerpo de bomba: del tipo de cámara espiral, de fundición de amplios espesores, partido
verticalmente. La boca de impulsión, a bridas, puede ocupar cuatro posiciones distintas
giradas de 90º, excepto en los modelos RS 88 y RS 1212 que llevan el pedestal de apoyo
integralmente fundido con el cuerpo. En la ejecución normal, la boca de impulsión va hacia
arriba. La tapa de succión, también de hierro fundido, va abollonada al cuerpo.
Rotor: de fundición, cerrado, aspiración simple, hidráulica y mecánicamente balanceado.
Eje de acero, de amplia resistencia y rigidez para reducir al mínimo las deformaciones y
vibraciones.
Anillo de desgaste: del tipo renovable, de bronce, con el juego adecuado como para disminuir
al mínimo las pérdidas por retorno.
Manguito protector del eje: de bronce, renovable.Abarca toda la extensión de la caja prensa-
estopa.
Caja de prensa-estopa: profunda. De dimensiones adecuadas para el uso de empaquetadura
cuadrada y de fácil acceso para recambio. En la ejecución normal se provee el anillo de cierre
hidráulico, de bronce, alimentado desde la cámara espiral por un tubo de cobre.
Cojinetes: dos cojinetes del tipo de bolillas, ampliamente dimensionados para asegurar un
rodamiento satisfactorio y larga vida. Lubricados con grasa y debidamente protegidos del
polvo y la humedad.
Cierre mecánico: con un costo adicional, todas las bombas pueden suministrarse con cierre
mecánico en reemplazo de la caja de prensa-estopa y empaquetadura. Para el caso es
necesario conocer la temperatura y características del líquido a bombear
Caballete de soporte: es el elemento de apoyo de la bomba, salvo en los modelos RS 88 y RS
1212. Contiene el alojamiento de los cojinetes. Es del tipo reforzado, ejecutado en hierro
fundido.
Rotación: a la derecha, mirando desde la toma de fuerza.
Bomba centrífuga horizontal
