Bomba centrífuga

Corte esquemático de una bomba centrífuga. 1a carcasa, 1bcuerpo de bomba, 2 soporte de cojinetes, 3 tapa de depresion,4 apertura del eje, 5 cierre del eje, 6 eje.

Partes de una bomba Centrífuga.

La bomba centrífuga, también denominada bomba ro-todinámica, es actualmente la máquina mas utilizada pa-ra bombear líquidos en general. Las bombas centrífugasson siempre rotativas y son un tipo de bomba hidráulicaque transforma la energía mecánica de un impulsor . Elfluido entra por el centro del rodete, que dispone de unosálabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerzacentrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es reco-gido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el con-torno su forma lo conduce hacia las tuberías de salida ohacia el siguiente rodete se basa en la ecuación de Euler ysu elemento transmisor de energía se denomina impulsorrotatorio llamado rodete en energía cinética y potencial

Bomba centrífuga Warman en una planta de procesado decarbón.

Nomograma característico de una bomba centrífuga.

requeridas y es este elemento el que comunica energía alfluido en forma de energía cinética.Las Bombas Centrífugas se pueden clasificar de diferen-tes maneras:• Por la dirección del flujo en: Radial, Axial y Mixto.• Por la posición del eje de rotación o flecha en: Horizon-tales, Verticales e Inclinados.• Por el diseño de la coraza (forma) en: Voluta y las de-Turbina.• Por el diseño de la mecánico coraza en: Axialmente Bi-partidas y las Radialmente Bipartidas.

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2 1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

• Por la forma de succión en: Sencilla y Doble.Aunque la fuerza centrífuga producida depende tantode la velocidad en la periferia del impulsor como de ladensidad del líquido, la energía que se aplica por uni-dad de masa del líquido es independiente de la densidaddel líquido. Por tanto, en una bomba dada que funcio-ne a cierta velocidad y que maneje un volumen definidode líquido, la energía que se aplica y transfiere al líqui-do, (en pascales, Pa, metros de columna de agua m.c.a.o o pie-lb/lb de líquido) es la misma para cualquier lí-quido sin que importe su densidad. Tradicionalmente lapresión proporcionada por la bomba en metros de colum-na de agua o pie-lb/lb se expresa en metros o en pies ypor ello que se denomina genéricamente como “altura”,y aun más, porque las primeras bombas se dedicaban asubir agua de los pozos desde una cierta profundidad (oaltura).Las bombas centrífugas tienen un uso muy extendido enla industria ya que son adecuadas casi para cualquier uso.Las más comunes son las que están construidas bajo nor-mativa DIN 24255 (en formas e hidráulica) con un úni-co rodete, que abarcan capacidades hasta los 500 m³/hy alturas manométricas hasta los 100 metros con moto-res eléctricos de velocidad normalizada. Estas bombas sesuelen montar horizontales, pero también pueden estarverticales y para alcanzar mayores alturas se fabrican dis-poniendo varios rodetes sucesivos en un mismo cuerpo debomba. De esta forma se acumulan las presiones parcia-les que ofrecen cada uno de ellos. En este caso se hablade bomba multifásica o multietapa, pudiéndose lograr deeste modo alturas del orden de los 1200 metros para sis-temas de alimentación de calderas.Constituyen no menos del 80% de la producción mundialde bombas, porque es la más adecuada para mover máscantidad de líquido que la bomba de desplazamiento po-sitivo.No hay válvulas en las bombas de tipo centrífugo; el flujoes uniforme y libre de impulsos de baja frecuencia.Los impulsores convencionales de bombas centrífugas selimitan a velocidades en el orden de 60 m/s (200 pie/s).

1 Principio de Funcionamiento

Las bombas centrífugas son máquinas denominadas “re-ceptoras” o “generadoras” que se emplean para hacer cir-cular un fluido en contra de un gradiente de presión. Paraque un fluido fluya desde donde hay mayor presión has-ta donde hay menos presión no se necesita ningún gastode energía (Por ejemplo: un globo desinflándose, o un lí-quido desplazándose desde donde la energía potencial esmayor hasta donde es menor) pero, para realizar el movi-miento inverso, es necesaria una bomba, la cual le comu-nica al fluido energía, sea de presión, potencial o ambas.Para esto, necesariamente se tiene que absorber energíade alguna máquina motriz, ya sea un motor eléctrico, uno

Bomba centrífuga con rotor de tipo abierto.

de combustión interna, o una turbina de vapor o gas, etc.No obstante, decir que una bomba “genera presión” esuna idea errónea aunque ampliamente difundida. Lasbombas están capacitadas para vencer la presión que elfluido encuentra en la descarga impuesta por el circuito.Piénsese en un compresor de llenado de botellones de ai-re comprimido para arranque de motores navales: El bo-tellón en un principio está a presión atmosférica, y porende la presión que debe vencer el compresor es sólo larepresentada por las caídas de presión en la línea, el fil-tro, los codos y las válvulas. No obstante, a medida que elbotellón de aire comprimido se va llenando, es necesariotambién vencer la presión del aire que se fue acumulandoen el mismo. Un ejemplo más cotidiano es el llenado deun globo o de un neumático.Como anteriormente se ha mencionado, las bombas cen-trífugas están dotadas principalmente de un elementomóvil: el rotor, o rodete, o impulsor. Es el elemento quetransfiere la energía que proporciona el motor de accio-namiento al fluido. Esto sólo se puede lograr por un inter-cambio de energía mecánica y, en consecuencia, el fluidoaumenta su energía cinética y por ende su velocidad. Ade-más, por el hecho de ser un elemento centrífugo, apareceun aumento de presión por el centrifugado que se lleva acabo al circular el fluido desde el centro hasta la periferia.Una partícula que ingresa y toma contacto con las paletasen 1 comenzará a desplazarse, idealmente, contornean-do la paleta (En realidad, esto sería estrictamente ciertosi hubiera un número muy alto de paletas, más adelantese detalla que sucede cuando hay pocas) Como al mismotiempo que se va separando del eje el impulsor rota, lapartícula a cada instante aumenta su radio y se mueve enel sentido de la rotación (Anti horario en el ejemplo), porlo que su trayectoria, vista desde el exterior, resultará unaespiral como la ilustrada en punteado, y saldrá luego por2.Si se observase todo este proceso acompañando el mo-vimiento de la paleta, se notaría que la partícula todo loque hace es realizar un trayecto coincidente con el perfilde la paleta. Esto implica que para medir el movimiento

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Desplazamiento de una partícula al ingresar por el centro delrodete de una bomba centrífuga

del fluido se tendrá velocidades medidas desde el rotor,es decir, velocidades relativas, y aquellas medidas desdeun punto fijo, es decir, velocidades absolutas. La relaciónentre ambas es la denominada “Velocidad de arrastre”,que es la del móvil (También “periférica”)La notación más extendida es la siguiente:Velocidad absoluta: C Velocidad relativa: w Velocidad dearrastre: uComo se requieren referencias angulares, se estableció lasiguiente convención:α: ángulo entre la velocidad absoluta C y la dirección deu β: ángulo entre la velocidad relativa w y la dirección deuEn lo que al funcionamiento respecto, el fluido ha ganadoenergía cinética en el rotor, absorbiendo energía delmotorpropulsor, y además ha ganado en energía de presión porel efecto de centrifugado.El exceso de energía cinética a la salida del impulsor (al-go de energía cinética se requiere para que el fluido salgade la máquina y circule) conviene convertirlo en energíade presión. Para esto se utiliza la zona fija que sigue a lamóvil. En el estator, carcaza o cuerpo (de la bomba o delcompresor)hay una parte diseñada para trabajar como di-fusor, es decir, convertir energía cinética en presión. Estose logra diseñando un sector divergente. Por la presenciade esta porción de área creciente, la velocidad necesaria-mente debe disminuir para que se cumpla la ecuación decontinuidad o de conservación del caudal. Y si se anali-za con la ecuación de Bernoulli, como las variaciones deenergía potencial son nulas o casi nulas, las disminuciónde energía cinética se transforma necesariamente en unaumento de presión.

En la mayoría de las bombas, la zona divergente se ubicaantes de la boca de salida, y consiste en un tramo tron-cocónico divergente (a), lo cual constituye una solucióneconómica y bastante eficiente. Cuando se requiere acen-tuar la reconversión de energía cinética en presión, puedehaber una corona de paletas difusoras, como se muestraen (b). Esta solución se ve en los turbocompresores cen-trífugos, y también en algunas bombas.

2 Circulación del fluido (A la entra-da y a la salida)

Dado que el fluido ingresa de forma sensiblemente para-lela al eje del rotor, necesariamente choca contra el platoque soporta las paletas, para circular en un plano normalal eje. El comportamiento es similar al de un chorro deagua proyectado contra una pared, tiende a desparramar-se en dirección aproximadamente radial. En consecuen-cia, la componente de velocidad absoluta a la entrada ten-drá dirección radial.

Componente vectorial de las fuerzas que rigen una partícula alsalir del rodete de una bomba centrífuga

Como el impulsor está rotando, hay una componente develocidad de arrastre “u” (u = w.r) y en consecuencia lapartícula de fluido ingresa al rodete con una cierta incli-nación β, y una velocidad relativa w, tal que se cumpla w+ u = C con lo cual la configuración es como la ilustrada.Para evitar choques entre las paletas y el flujo, que gene-rarían remolinos y pérdida de rendimiento, es deseableque el ángulo β de las paletas coincida con el ángulo βdel flujo, y esto explica que las paletas invariablementeen las máquinas de buena calidad estén siempre inclina-das hacia atrás en la entrada.La cuestión de cómo conviene que estén orientadas a lasalida del rodete las paletas, tiene una solución al inter-pretar las fuerzas resultantes que se notan al compararlos diagramas de velocidad respectivos de dos casos ex-tremos: Paletas inclinadas hacia atrás (β < 90º) y haciaadelante (β > 90º)Se demuestra, entonces, que en el caso del rodete cuyaspaletas están inclinadas hacia atrás los vectores “u” y “w”

4 4 ENLACES EXTERNOS

Resultante vectorial C de dos fuerzas actuantes en la periferia deun rodete de bomba centrífuga (En el caso (β < 90º)

Fuerza C resultante de un diagrama de fuerzas actuantes a lasalida de un rodete cuyas paletas están inclinadas hacia adelante(β > 90º)

poseen un ángulo obtuso entre ellos, por lo cual el vectorresultante C resulta menor que en el otro caso. Esto sig-nifica que si se quiere convertir un excedente de energíacinética en presión, en el caso del rodete cuyas paletas es-tán inclinadas hacia adelante (β > 90º) el difusor deberáser más complejo y por ende más costoso, dado que sedebe controlar y “frenar” el fluido mucho más que en elotro caso.

3 Véase también

• Bomba hidráulica

• Voluta

• Leyes de afinidad

4 Enlaces externos

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Bomba industrial

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5 Text and image sources, contributors, and licenses

5.1 Text• Bomba centrífuga Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_centrífuga?oldid=76761663 Colaboradores:Robbot, Tano4595, Troodon,

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