INTRODUCCION

La bombas se emplean para bombear toda clase de líquidos, (agua, aceites

de lubricación, combustibles ácidos, líquidos alimenticios, cerveza, leche, etc.),

éste grupo constituyen el grupo importante de las bombas sanitaria. También se

emplean las bombas para bombear los líquidos espesos con sólidos en

suspensión, como pastas de papel, melazas, fangos, desperdicios, etc.

Un sistema de bombeo puede definirse como la adición de energía a un

fluido para moverse o trasladarse de un punto a otro.

Una bomba centrífuga es una máquina que consiste en un conjunto de

paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o cárter; o una cubierta o

carcasa. Las paletas imparten energía al fluido por la fuerza centrífuga.

Uno de los factores más importantes que contribuyen al creciente uso de

bombas centrífugas ha sido el desarrollo universal de la fuerza eléctrica.

BOMBA CENTRÍFUGA

es un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un

impulsor rotatorio llamado rodete en energía cinética y potencial requeridas. El

fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos álabes para conducir el

fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es

recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo

conduce hacia las tubuladuras de salida o hacia el siguiente rodete (siguiente

etapa).

Aunque la fuerza centrífuga producida depende tanto de la velocidad en la

periferia del impulsor como de la densidad del líquido, la energía que se aplica por

unidad de masa del líquido es independiente de la densidad del líquido. Por tanto,

en una bomba dada que funcione a cierta velocidad y que maneje un volumen

definido de líquido, la energía que se aplica y transfiere al líquido, (en pascales,

Pa, metros de columna de agua m.c.a. o o pie-lb/lb de líquido) es la misma para

cualquier líquido sin que importe su densidad. Tradicionalmente la presión

proporcionada por la bomba en metros de columna de agua o pie-lb/lb se expresa

en metros o en pies y por ello que se denomina genéricamente como "altura", y

aun más, porque las primeras bombas se dedicaban a subir agua de los pozos

desde una cierta profundidad (o altura).

DATOS DE FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS CENTRIFUGAS:

La característica principal de la bomba centrífuga es la de convertir la

energía de una fuente de movimiento (el motor) primero en velocidad (o energía

cinética) y después en energía de presión. El rol de una bomba es el aporte de

energía al líquido bombeado (energía transformada luego en caudal y altura de

elevación), según las características constructivas de la bomba misma y en

relación con las necesidades específicas de la instalación. El funcionamiento es

simple: dichas bombas usan el efecto centrífugo para mover el líquido y aumentar

su presión. Dentro de una cámara hermética dotada de entrada y salida (tornillo

sin fin o voluta) gira una rueda con paleta (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 (la parte estática de la bomba, o sea la voluta, convierte,

en cambio, la energía cinética en energía de presión). El rodete está, a su vez,

fijado al eje bomba, ensamblado directamente al eje de trasmisión del motor o

acoplado a él por medio de acoplado rígido.

Cuando entra líquido dentro del cuerpo de la bomba, el rodete (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). Este movimento centrífugo provoca, al mismo

tempo, una depresión capaz de aspirar el fluido que se debe bomberar.

Conectando después la bomba con la tubería de descarga, el líquido se

encanalará fácilmente, llegando fuera de la bomba. El rodete de una bomba

centrífuga se puede realizar según muchas variantes constructivas: rodetes

abiertos, rodetes cerrados, rodetes semi abiertos, rodetes mono-canal, rodetes

axiales, rodetes semi-axiales, rodetes desplazados, vórtice, a espiral, etc.

Se pueden suministrar bombas centrífugas monoestadio, o sea, dotadas de

un solo generador de caudal y presión (un rodete). Si hay varios rodetes (el primer

rodete descarga el líquido sobre el segundo y así sucesivamente) se pueden

suministrar, incluso, bombas centrífugas multiestadio, caracterizadas por la suma

de presiones emanadas de cada rodete. El funcionamiento de la bomba centrífuga

depende del momento inicial del cebado y del modo en el cual se asegura la

aspiración del mismo líquido: si la bomba se coloca a un nivel inferior al de la vena

de la que se extrae el líquido, éste entra espontáneamente en la bomba (de esta

manera se obtiene una instalación bajo nivel). Mientras que si la bomba se coloca

sobre el surgente de el cual se desea bombear, el líquido se aspirará: la bomba

(así como la tubería de aspiración) tendrá que cebarse preventivamente, o sea,

llena de líquido (se tratará de una bomba auto cebada).

El sistema centrífugo presenta infinidad de ventajas con respecto a los otros

tipos de bombeo: aseguran un tamaño reducido, un servicio relativamente

silencioso y un fácil accionamiento con todos los tipos de motores eléctricos que

se encuentran en plaza. Además presenta una fácil adaptación a todos los

problemas del tratamiento de líquidos ya que, por medio de adaptaciones a las

determinadas condiciones de uso, es capaz de responder a las exigencias de las

instalaciones destinadas.

TIPOS DE BOMBAS CENTRIFUGAS

BOMBA TIPO VOLUTA

La carcaza en este tipo de bombas es de voluta o espirar y no tienen paletas

Bombas con Carcaza Tipo Voluta

La voluta recibe el liquido que sale del impulsor y transforma la mayor parte

de la energía cinética en energía de presión. El área de la sección transversal de

la voluta aumenta progresivamente en el arco de 360º descrito en torno al

impulsor.

Debido a que la voluta no es simétrica existe un des-balance de presiones a

lo largo de la misma, lo cual origina una fuerza radial muy considerable en caso de

que la bomba trabajara fuera del punto de rendimiento optimo la magnitud de este

empuje radial puede compensarse con un aumento del diámetro del eje con un

sobre-dimensionamiento de los cojinetes, lo que encarece la bomba.

BOMBAS DE DIFUSOR O BOMBAS-TURBINA:

Este tipo de bomba se caracteriza por poseer, fijas a la carcaza, paletas

direccionadoras del flujo de agua que sale del impulsor, el que recorre el camino

establecido por las paletas fijas, a lo largo de las cuales ocurre la transformación

de energía cinética en energía de presión.

Hay que hacer notar que las bombas con difusor presentan el serio

inconveniente de proporcionar el choque entre las partículas de agua a la entrada

de difusor, cuando la bomba trabaja en un punto deferente al de diseño. Si existe

una alteración en el funcionamiento de la bomba, en relación a lo considerado en

el diseño, cambia el ángulo de salida de los diferentes líquidos, pero no se altera

el ángulo de los difusores, presentándose el choque entre partículas, con la

consecuente perdida de eficiencia de la máquina.

BOMBA VERTICAL Y HORIZONTAL

El eje de rotación de una bomba puede ser horizontal o vertical, (rara vez

inclinado). De esta disposición se derivan diferencias estructurales en la

construcción de la bomba que a veces son importantes, por lo que también las

aplicaciones de los dos tipos de construcción suelen ser, a menudo, distintas y

bien definidas.

BOMBAS DE TURBINA VERTICALES

Entre las bombas sumergidas, las más importantes son las llamadas de

pozo profundo, de sondeo o de turbina vertical, que fueron desarrolladas para la

explotación de pozos, perforaciones y sondeos de diámetro reducido. Esta

circunstancia limita forzosa-mente la altura por etapa, lo que conduce al concepto

de bombas multicelulares para reducir el espacio.

El impulsor de aspiración simple, puede ser radial o diagonal, según las

condiciones de servicio y su construcción cerrada o semiabierta. Los impulsores

semiabiertos, sin embargo, aparte de su mayor empuje axial, hasta el 50% mayor,

requieren un ajuste vertical más cuidadoso durante el montaje.

El conjunto de difusores del cuerpo de bomba y la tubería de impulsión,

cuelgan del cabezal sobre el que va montado el motor, constituyendo el codo de

desviación de la impulsión. A veces, los difusores se recubren interiormente de un

esmalte especial que disminuye la rugosidad de la fundición y las pérdidas

hidráulicas consiguientes, aumentando el rendimiento, dotando de una cierta

uniformidad a las distintas unidades, lográndose una mejor resistencia a la

corrosión y a la abrasión.

La construcción de estas bombas permite montar el número de etapas

deseado, que puede llegar a 20 o más, añadiendo simplemente difusores e

impulsores semejantes uno sobre otro, lo que dota de cierta elasticidad a las

aplicaciones, con las consiguientes ventajas de estandarización, disponibilidad de

repuestos, etc.; no obstante, estas bombas participan de las desventajas

mencionadas para las bombas verticales sumergidas, de ser caras y exigir unos

costes de mantenimiento elevados.

Las bombas verticales de turbina han llegado a un grado de perfección

notable con rendimientos altos y determinadas ventajas hidráulicas; aunque

empezaron siendo empleadas exclusivamente para riegos en pozos y

perforaciones, sus aplicaciones industriales aumentan cada vez más, siendo en la

actualidad más numerosas que las agrícolas, por lo que la denominación de

bombas de pozo profundo va desapareciendo para adaptarse a la de bombas de

turbina vertical. Dentro de este tipo se pueden distinguir las bombas provistas de

eje alargado y accionadas por motor sumergible dispuesto inmediatamente por

debajo de la bomba o bombas buzo.

BOMBAS DE TURBINA VERTICALES DE MOTOR NORMAL SUPERIOR.

En estas bombas, el eje va por el interior de la tubería de impulsión,

desnudo si la lubricación es por aceite, o dentro de un tubo protector si la

lubricación es por agua de una fuente externa.

El conjunto de impulsores y eje soportado por los cojinetes de empuje están

colocados en el mismo cabezal o en la parte superior del motor, si su eje y el de la

bomba están rígidamente acoplados (motores de eje hueco).

Con estas bombas se pueden alcanzar unos 200 m.c.a., pero los problemas

que ocasiona cualquier imperfección en la rectitud del eje, que influye en gran

manera en la vida de los cojinetes y en la vibración del funcionamiento, crecen

enormemente con la longitud del eje. Se puede considerar que la seguridad del eje

es proporcional a su rigidez o resistencia a la flexión viniendo da- da por el factor

D4 /L3 , siendo D el diámetro del eje y L su longitud.

BOMBA CON IMPULSOR DE FLUJO AXIAL, RADIAL Y MIXTO

Hemos considerado como bombas centrífugas al conjunto de las

propiamente centrífugas o radiales, en las que la energía se cede al líquido

esencialmente mediante la acción de la fuerza centrífuga, hasta las axiales, en las

que la energía se cede al líquido por la impulsión ejercida por los álabes sobre el

mismo.

En las bombas centrífugas radiales la corriente líquida se verifica en planos

radiales, en las axiales en superficies cilíndricas alrededor del eje de rotación y en

las diagonales se verifica radial y axialmente, denominándose también de flujo

mixto.

El tipo de una bomba, según esta primera clasificación, que atiende al

diseño hidráulico del rodete impulsor, viene indicado por su velocidad específica

en el punto de máximo rendimiento de la curva característica.

El número específico de revoluciones nq no varía para un impulsor

determinado, aunque lo haga su velocidad de giro n, ya que q y Hm se modifican

también al mismo tiempo.

BOMBAS DE IMPULSOR ABIERTO, SEMIABIERTO Y CERRADO

Teniendo en cuenta su diseño mecánico o estructural, se pueden distinguir tres

tipos de impulsores:

a) De álabes aislados (abiertos)

b) Con una pared o disco lateral de apoyo (semiabiertos)

c) Con ambas paredes laterales (cerrados).

Esta clasificación es independiente de la más general, que se refiere al tipo

de diseño hidráulico, por lo que en esta nueva clasificación puede haber

impulsores centrífugos y de flujo mixto, abiertos, semiabiertos o cerrados.

Cerrado De doble aspiración Semiabierto Abierto

Fig II.12.- Tipos de impulsores

DATOS DE RENDIMIENTO DE BOMBAS CENTRIFUGAS

El principal ideal al momento de seleccionar una bomba es obtener un

Rendimiento relativamente alto, Esto tiende a optimizar el rendimiento de la

bomba, minimizando el consumo de energía. Tamaño del impulsor (Pies)

Efecto de la velocidad (rpm) (velocidad de un motor estándar)

Potencia de una bomba (hp)

Eficiencia (%)

Carga de succión neta (NPSHR) Características para la selección de

bomba Tamaño del impulsor Bomba centrifuga de 2 x 3 - 10 Tamaño del impulsor

y Potencia Requerida Bomba centrifuga de 2 x 3 - 10 Tamaño del impulsor y

Eficiencia Bomba centrifuga de 2 x 3 - 10 Tamaño del impulsor y Carga de succión

neta Bomba centrifuga de 2 x 3 - 10 Grafica de rendimiento de una bomba

compuesta de 2x3-10 a 3500 rpm (Goulds Pumps Inc, Seneca Falls, NY.)

Simulación Selección de Bomba

Una bomba centrifuga debe entregar al menos 350 gal/min de agua, a una

carga total de 300 pies de agua. Especifique la bomba apropiada.

DATOS DEL FABRICANTE

Bomba SDB 2/3

Diámetro del rodete = 215mm

Brazo = 321.5mm

=0.92

RESULTADOS

Fórmulas

Fig. 3.1

Si se analiza el caso presentado en la figura 3.1, aplicando la ecuación Bernoulli

se obtiene:

 Donde

C: velocidad del fluido.

p: presión (el subíndice e indica entrada y s salida).

Z: altura.

g: aceleración de gravedad.

: corresponde al producto entre g y la densidad del fluido ().

Como Ce » Cs y Ze » Zs, , así el termino para la energía entregada por la bomba

al fluido, expresada en altura es:

Esta bomba esta acoplada a un motor eléctrico monofásico, al cual se le

suministra una potencia, Nelec dada por:

Para calcular la potencia eje del motor eléctrico se dispone de un sistema

de freno, mediante el cual se registra la fuerza del motor a una distancia, b, del eje

de giro, de esta forma la calculamos mediante la expresión:

Conocidas estas dos potencias podemos calcular la eficiencia del motor

eléctrico:

Continuando, con las características de la bomba. Como el motor está

conectado con un sistema de transmisión por correa a la bomba, la potencia eje

de la bomba se ve afectada por el rendimiento mecánico de dicha transmisión,

, así tenemos:

Por último la potencia útil, es decir la potencia suministrada al fluido es:

Así la eficiencia d la bomba es:

PUNTO DE OPERACIÓN DE LAS BOMBAS CENTRIFUGAS

El punto de operación de una bomba centrifuga se define como el flujo

volumétrico de fluido que esta enviara cuando se instale en un sistema dado. La

curva del sistema queda definida por la carga estática total y las pérdidas de

presión en el sistema de bombeo (carga dinámica). CARGAS Carga Estática

Carga Dinámica total se determina conociendo la altura geométrica del nivel del

líquido entre los recipientes de succión y descarga y la línea de centros de la

bomba así como las presiones en esos mismos puntos. Ecuación para la Carga

Estática Total La carga dinámica total representa las pérdidas de presión, las

cuales se originan por la fricción del fluido en las tuberías, válvulas, accesorios y

otros componentes como pueden ser intercambiadores de calor u otros Se pueden

obtener calculando las pérdidas de carga en tuberías y accesorios mediante la

ecuación de Darcy-Weisbach Tan pronto como el fluido empieza a circular por por

los tubos y válvulas, se desarrolla mas carga, debido a que las perdidas de

energía son proporcionales a la carga de presión en los tubos. Curva Exponencial.

Al trazar una línea horizontal y otra vertical por ese punto se pueden obtener los

valores de carga, caudal, eficiencia y NPSH De esta gráfica podemos ver que la

bomba debe desarrollar una carga igual a la diferencia de carga de presión entre

los dos puntos de referencia, mas la diferencia de carga de elevación antes que se

envíe algún flujo Selección de Bombas

Carga neta de succión positiva (NPSH).

Es la presión disponible o requerida para forzar un gasto determinado, en

litros por segundo, a través de la tubería de succión, al ojo del impulsor, cilindro o

carcasa de una bomba. En el bombeo de líquidos la presión en cualquier punto en

la línea de succión nunca deberá reducirse a la  presión de vapor del líquido.

VELOCIDAD ESPECÍFICA

Las bombas centrífugas son producidas en un amplio rango de diseños

hidráulicos. Para categorizar estos diseños se usan dos conceptos. El primero de

estos es la velocidad específica, designada como

NS.

Derivado a partir de condiciones similares, la velocidad específica es un

número que ampliamente define la geometría del impulsor y la operación de una

bomba centrífuga, independiente de su tamaño. La ecuación es

CONCLUSIÓN

Constituyen una opción económica, probada y confiable en el manejo de

fluidos en plantas industriales, instalaciones comerciales y en desarrollos

urbanos.

Las aplicaciones específicas de las bombas centrifugas abarcan los

sectores de abastecimiento de agua potable, aguas negras, líquidos y

químicos industriales, sistemas de riego, sistemas de extinción de incendios,

alimentación de calderas, fuentes ornamentales, etc.

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