Bombas Centrfugas

Ao de la Diversificacin Productiva y Fortalecimiento de la Educacin

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOEscuela Profesional de Ingeniera Mecnica

INTRODUCCIN A LA INGENIERA MECNICA

Bombas CentrfugasFuncionamiento y Componentes

Profesor:GUERRERO ROLDN, Flix

Alumnos:HERNNDEZ SUCSO, Berinsson ScottOBANDO SOLORZANO, Jos SteveESCOBEDO PROLEON, Luis AntonioFecha de entrega: 4 de Julio

2015 ABellavista CallaoUniversidad Nacional del Callao Introduccin a la Ingeniera Mecnica

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Tabla de Contenido

Introduccin4Objetivos4Objetivo General9Objetivo Especfico 9Definicin Terica3Concepto de Bomba 9Bomba Centrfuga 9Tipos de Bombas 9Clasificacin de Bombas 9Principales Caractersticas de una Bomba 9Funcionamiento 8Componentes de la Bomba Centrfuga 9Cuerpo o carcaza 9Impulsor 9Conjunto de aros de roce 9Eje o flecha 9Camisa de eje 9Estopero, empaquetadura y sellos mecnicos 9Rodamientos 9Referencias 9

Este trabajo es dedicado a la comunidad estudiosa que da a da se esfuerzan en busca de sus sueos y a la facultad de ingeniera mecnica-UNAC

I. INTRODUCCIN

Puede decirse que la mayora de los procesos en la industria qumica incluyen el transporte de lquido de todos los tipos, y hacia cualquier sitio a travs de ciertos equipos y dispositivos empleados para suministrarle la energa mecnica necesaria para realizar un trabajo.

El medio ms comn de comunicar energa es mediante un mecanismo de desplazamiento positivo o de una accin centrifuga suministrada por fuerzas externas. En general se utilizan bombas para elevar la presin del fluido, subir el fluido desde un depsito a un destino que est a mayor altura, incrementar la carga de velocidad y suplir cualquier perdida de energa que se de en el sistema debido a la friccin y accesorios; es por esto que la clasificacin ms ajustada a sus condiciones de operacin dependen de la forma como transfieren el fluido en su interior desde la succin hasta la descarga.

Sin embargo de las diferentes clases de bombas, rotatorias, reciprocantes, y centrifugas esta ltima es la ms utilizada a nivel industrial por su sencillez, bajo costo y maneja ms cantidad de lquido.

Debido al enorme desarrollo de la tecnologa en la poca actual, el ingeniero mecnico necesita tener un conocimiento profundo y detallado del funcionamiento y los componentes de una bomba centrfuga, pues ya casi no hay industria que no use estos equipos de bombeo

Este tipo de bomba est compuesta por una cmara en forma de caracol que en su interior posee un disco central llamado rodete. Este a su vez posee pequeas aletas llamadas labes. Este mecanismo de impulsin permite que el lquido obtenga energa cintica y la transforme en energa de presin para as aumentar la velocidad de flujo. El lquido al chocar con las paredes de la cmara, disminuye su velocidad haciendo que se pierda energa.

II. OBJETIVOS

1. Objetivo General:

Estudiar de forma detallada las componentes y el funcionamiento de una bomba centrifuga, para poder entender su importancia y sus aplicaciones en la industria.

2. Objetivos Especficos:

Identificar los elementos que componen las bombas centrifugas. Conocer el funcionamiento de las bombas centrifugas.

III. DEFINICIN TERICA

1. Concepto de bomba:Las bombas son dispositivos que se encargan de transferir energa a la corriente del fluido impulsndolo, desde un estado de baja presin esttica a otro de mayor presin. Estn compuestas por un elemento rotatorio denominado impulsor, el cual se encuentra dentro de una carcasa llamada voluta. Inicialmente la energa es transmitida como energa mecnica a travs de un eje, para posteriormente convertirse en energa hidrulica. El fluido entra axialmente a travs del ojo del impulsor, pasando por los canales de ste y suministrndosele energa cintica mediante los labes que se encuentran en el impulsor para posteriormente descargar el fluido en la voluta, el cual se expande gradualmente, disminuyendo la energa cintica adquirida para convertirse en presin esttica.Figura 1: Esquema de una Bomba Centrifuga

2. Bomba centrfuga:Una bomba centrfuga es una mquina que consiste de un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o crter, o una cubierta o coraza. Se denominan as porque la cota de presin que crean es ampliamente atribuible a la accin centrfuga. Las paletas imparten energa al fluido por la fuerza de esta misma accin. As, despojada de todos los refinamientos, una bomba centrfuga tiene dos partes principales: (1) Un elemento giratorio, incluyendo un impulsor y una flecha, y (2) un elemento estacionario, compuesto por una cubierta, estoperas y chumaceras. .

Figura 2: Bomba Centrfuga de una planta industrial.

3. Tipos de bombas centrifugas:

3.3.1. BOMBAS CENTRFUGAS DE FLUJO RADIALES:Las bombas centrifugas de flujo radial se utilizan para cargas altas y caudales pequeos, sus impulsores son por lo general angostos. El movimiento del fluido se inicia en un plano paralelo al eje de giro del impulsor de la bomba y termina en un plano perpendicular a ste.

3.3.2. BOMBAS CENTRFUGAS DE FLUJO AXIALES:Estas bombas se utilizan para cargas pequeas y grandes caudales, tienen impulsores tipo propela, de flujo completamente axial. La corriente lquida se verifica en superficies cilndricas alrededor del eje de rotacin. La energa se cede al lquido por la impulsin ejercida por los labes sobre el mismo.

3.3.3. BOMBAS CENTRIFUGAS DIAGONALES:

Estas bombas se utilizan para cargas y caudales intermedios. La corriente lquida se verifica radial y axialmente, denominndose tambin de flujo mixto. La energa se cede al lquido mediante la accin de la fuerza centrfuga y la impulsin ejercida por los labes sobre el mismo.

4. Clasificacin de bombas centrifugas:

3.4.1. POR NMERO DE PASOS: Bombas de un solo paso. Son aquellas en las cuales la carga dinmica total es desarrollada por un solo impulsor.

Bombas de varios pasos. Son aquellas en las cuales la carga dinmica total es desarrollada por ms de un impulsor.

3.4.2. POR TIPO DE SUCCIN: Bombas de succin simple. Son aquellas provistas de uno o ms impulsores de succin simple.

Bombas de succin doble. Son aquellas provistas de uno o ms impulsores de succin doble.

3.4.3. POR POSICIN DE LA FLECHA: Bombas horizontales. Son aquellas cuya posicin de la flecha, normalmente es horizontal, las bombas centrfugas con el eje de giro horizontal tienen el motor a la misma altura. ste tipo de bombas se utiliza para el funcionamiento en seco. El lquido llega siempre a la bomba por medio de una tubera de aspiracin.

Figura 3. Esquema de una bomba centrifuga horizontal.

Bombas verticales: Son aquellas cuya posicin de la flecha, normalmente es vertical. Las bombas centrfugas con el eje de giro en posicin vertical tienen el motor a un nivel superior al de la bomba y trabajan siempre rodeadas por el lquido a bombear.

Figura 4. Esquema de una bomba centrifuga vertical.

3.4.4. POR TIPO DE IMPULSOR:

Las bombas pueden tener uno o dos impulsores abiertos, semiabiertos o cerrados.

3.4.5. POR TIPO DE CARCAZA:

Bombas con carcaza bipartida: La carcaza de la bomba puede estar bipartida horizontal o verticalmente sobre la lnea de centros de la bomba, o en cualquier otra direccin radial.

Bombas de voluta: Son aquellas cuya carcaza est construida en forma de espiral o de voluta.

Bombas de carcaza circular: Son aquellas cuya carcaza est construida de seccin transversal constante, concntrica con el impulsor.

Bombas de difusor. Son aquellas provistas de un difusor.

3.4.6. POR MATERIALES DE CONSTRUCCIN:

Las bombas centrfugas, pueden fabricarse de casi todos los metales comunes conocidos o de sus aleaciones, as como de porcelana, vidrio, cermica, materiales sintticos y otros.

5. Principales caractersticas de una bomba centrifuga:

En la gran variedad de las bombas centrfuga encontramos las siguientes caractersticas:

Elemento giratorio: Formados por un eje y uno o varios rodetes. Elemento estacionario (carcasa). Elementos de cierre. Aumenta la energa del fluido por la accin de la fuerza centrfuga. Se adapta a trabajos a velocidades altas. El lquido sale perpendicular al eje de rotacin del labe o rodete. En bombas de alta presin pueden emplearse varios rotores en serie. En las bombas de baja presin, el difusor es un canal en espiral. En el caso de flujos bajos y altas presiones, la accin del rotor es en gran medida radial. En flujos ms elevados y presiones de salida menores, la direccin de flujo en el interior de la bomba es ms paralela al eje del rotor. Flujo mixto es cuando la transicin de un tipo de condiciones a otro es gradual, y cuando las condiciones son intermedias. Las bombas centrfugas, al contrario que las de desplazamiento positivo, no son auto aspirantes y requieren de cebado previo al funcionamiento.

Figura 5. Esquema interna de una bomba centrifuga.IV. FUNCIONAMIENTO

Esta bomba depende de la fuerza centrfuga para cumplir su misin. Se denomina fuerza centrfuga a la fuerza que tiende a mover hacia fuera de su centro un cuerpo en rotacin. Si se pone a girar en crculos un balde con agua, la fuerza centrfuga mantiene el agua en el balde a pesar del movimiento; pero si abre un pequeo agujero en el balde y despus se gira rpidamente, el chorro de agua sera expulsado a cierta distancia, as se tendra una bomba centrfuga sencilla.

En una bomba centrfuga el lquido se remolina rpidamente generando fuerzas que empujan el agua hacia fuera a travs del orificio de salida localizado en el anillo exterior de la carcasa de la bomba.El flujo entra a la bomba a travs del centro u ojo del rodete y el fluido gana energa a medida que las paletas del rodete lo transportan hacia fuera en direccin radial.

Esta aceleracin produce un apreciable aumento de energa de presin y cintica, lo cual es debido a la forma de caracol de la voluta para generar un incremento gradual en el rea de flujo de tal manera que la energa cintica a la salida del rodete se convierte en cabeza de presin a la salida.

Figura 6. Principio de funcionamiento de una bomba centrifuga

V. COMPONENTES DE LA BOMBA CENTRFUGA

Generalmente una bomba centrfuga se compone de una carcasa tipo voluta, o sea, forma de caracol, con impulsor o rodete de labes radiales cerrado o abierto, el que recibe rotacin del eje horizontal. Segn el tipo de motor acoplado, se denomina al conjuntoelectrobombacuando el motor es elctrico, ymotobombacuando es a combustinLas partes constitutivas de una bomba centrfuga dependen de su construccin y tipo. Por esta razn existe una innumerable cantidad de piezas, las cuales fueron especificadas por el Instituto de Hidrulica de los Estados Unidos de Amrica.

De la lista que aparece en el libro del Instituto se han entresacado las partes ms usadas:

Figura 3: Extrada del manual de partes de Bombas Industriales DROTEC.

Dichos componentes agrupados en sistemas con una funcin en comn son de la siguiente manera:Tabla 1: Componentes agrupados segn una funcin en comn.

COMPONENTES DE BOMBAS CENTRFUGAS

Sistema EstructuralSistema de TransmisinSistema de SelladoSistema de BombeoSistema de Lubricacin

1Cuerpo o carcaza4Camisa de eje3aTapa de Prensa2Impulsor18Retn anterior

7Tapa de rod. anterior5O-ring / Junta3bTapa de Sellado15Tuerca de impulsor19Tapn de aceite

9Soporte6V-ring10aEmpaquetadura20Retn posterior

12Tapa de rod. posterior8Rodamiento anterior10bSello mecnico21Drenaje de crter

14Pie de soporte11Rodamiento posterior16Prensa estopa22Visor de nivel de aceite

17Conjunto aros de roce13Eje o flecha25Lubricacin Plan 1

23Venteo de bomba

24Drenaje de bomba

3. Cuerpo o carcaza.Su funcin en una bomba centrifuga es la de convertir la energa de velocidad impartida al lquido por el impulsor en energa de presin. Esto se lleva a cabo mediante la reduccin de velocidad por un aumento gradual del rea. Las carcazas se pueden clasificar de la siguiente manera: Segn la manera de efectuar la conversin de energa: Voluta (simple, doble), difusor Segn su construccin: De una pieza (por un plano horizontal, vertical o inclinado), partida Segn sus caractersticas de succin: Simple, doble, Succin por un extremo (lateral, superior o inferior). Segn el nmero de pasos: De un paso o de varios pasos.Carcaza tipo voluta: Es llamada as por su forma de espiral. Su rea es incrementada a lo largo de los 360 que rodean al impulsor hasta llegar a la garganta de la carcaza donde conecta con la descarga.

Debido a que la voluta no es simtrica, existe un desbalanceo de presiones, lo cual origina una fuerza radial muy apreciable sobre todo si la bomba se trabaja con gastos alejados y menores al gasto del punto de mxima eficiencia.

La magnitud de este empuje radial es una funcin de la carga, dimetro del impulsor, ancho del mismo y diseo de la misma carcaza.Carcaza tipo voluta.

Carcaza tipo difusor: Consiste en una serie de aspas fijas que adems de hacer el cambio de energa de velocidad a presin, guan el lquido de un impulsor a otro.

Su aplicacin ms importante es en las bombas de pozo profundo que son bombas de varios pasoso con impulsores en serie.

Carcaza tipo difusor.

4. Impulsor.El impulsor es el corazn de la bomba centrfuga. Recibe el lquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba. Los impulsores se pueden clasificar segn: Tipo de succin: Simple y doble. Forma de las aspas: Aspas curvas radiales, tipo Francis, para flujo mixto y tipo propela. Direccin de flujo: Radial, mixto y axial. Construccin mecnica: Abierto, semiabierto y cerrado. Velocidad especfica: Baja, media y alta.

El impulsor de simple succin es ms prctico y el ms usado, sin embargo para grandes gastos es preferible uno de doble succin, ya que para la misma carga maneja el doble de gasto.

Un impulsor abierto es aquel en el cual las aspas estn unidas al mameln central sin ningn plato en los extremos, si estos son grandes en dimetro resultan muy dbiles, una de sus ventajas de estos impulsores es que pueden manejar lquidos ligeramente sucios y su desventaja es que trabajan con claros muy reducidos.

En cambio los impulsores cerrados pueden trabajar con claros mayores y son los impulsores ms usados en bombas centrifugas de simple y doble succiona si como tambin en las multietpicas. Tipos de impulsores de bombas centrfugas: a) radial abierto; b) radial semiabierto; c) radial cerrado; d) axial; e) mixto

5. Conjunto de aros de roce.Su funcin es el de tener un elemento fcil y barato de remover en aquellas partes en donde, debido a las cerradas holguras que se producen entre el impulsor que gira y la carcaza fija, la presencia del desgaste es casi segura. En esta forma, en lugar de tener todo el impulsor o toda la carcaza, solamente se quitan los aros de roce, los cuales pueden estar montados a presin en la carcaza o en el impulsor, o en ambos.

Existen diversos tipos de aros de roce y deber escogerse el ms adecuado: Anillos planos. Anillos en forma de L. Anillos de laberinto.Generalmente en las bombas centrifugas estndar se usa bronce y en el caso de aceros inoxidables estos debern tener una diferencia mnima de dureza, de 50 Brinell.Diferentes tipos de anillos de desgaste.

6. Eje o flecha.Su funcin es transmitir el movimiento que le imparte la flecha del motor. Generalmente son de acero, modificndose nicamente el contenido de carbono, segn la resistencia que se necesite. En el caso de flechas de bombas de pozo profundo son de acero inoxidable con 13% de cromo, en tanto que las flechas de transmisin son de acero con 0.38 a 0.45 de carbono, rolado en frio y rectificado.

La determinacin del dimetro de las flechas se hace en funcin a la potencia mxima que se va transmitir, el peso de los elementos giratorios, el empuje radial que se produce en bombas de voluta y la velocidad critica. Tipos de carga que soporta el eje de una bomba centrifuga.

7. Camisa de eje.Debido a que el eje es una pieza bastante cara y en la seccin del empaque o de los apoyos hay desgaste, se necesita poner una camisa, el cual tiene por objeto proteger el eje y ser una pieza de cambio, sobre la cual trabajan los empaques.

Generalmente son de latn o de acero inoxidable y existen diversas formas constructivas de ellas, dependiendo del tamao de la flecha la naturaleza del lquido manejado.Posicin de la camisa de ejeCamisa de eje de latn

8. Estopero, empaquetadura y sellos mecnicos.La funcin de estos es evitar el flujo hacia afuera del lquido bombeado a travs del orifico por donde pasa la flecha de la bomba, y el flujo de aire hacia el interior de la bomba.

Estopero: Es una cavidad concntrica con la flecha donde van colocados los empaques; de estos existen diversos tipos. Prcticamente en todos los estoperos se tendr que ejercer cierta presin para contrarrestar o equilibrar la que ya existe en el interior de la bomba.

Empaquetadura: Los empaques deben de comportarse plsticamente para ajustar debidamente y resistir la presin de funcionamiento de la bomba. Debido a la misma presin, se origina en la flecha una friccin bastante considerable con el consabido aumento de temperatura, por lo cual deber procurarse un medio de lubricacin y enfriamiento, ello se logra mediante la introduccin de una pieza que no se deforma llamada jaula de sello, la cual tiene una forma acanalada y a la cual se le hace llegar desde la misma carcaza un lquido de enfriamiento.Tipos de empaquetaduras

La presin de los empaques se efecta por medio del prensaestopas, una pieza metlica que se mueve por medio de tornillo.

Los materiales usados como empaques pueden ser diversos, pero los ms usados son:

Empaque de asbesto: Es suave y recomendable para agua fra y a temperatura no muy elevada. Es el ms usado en forma de anillos cuadrados de asbesto grafitado. Empaques de fibras de plomo y asbesto plsticos con plomo, cobre o aluminio: Para presiones y temperaturas altas, se usan en procesos qumicos o de refinacin con lquidos diferentes del agua. Empaques de fibras sintticas (tefln): Para sustancias qumicas. Sellos mecnicos: Cuando se usa el empaque convencional debe dejarse un pequeo goteo, ya que de otra manera el calor y friccin lo daara rpidamente; sin embargo si se requiere que no haya ningn tipo de goteo o fuga, o bien el lquido ataca los empaques y se realiza cambios de empaques frecuentemente, se usa un sello mecnico.

Consiste en dos superficies muy bien pulidas que se encuentran en contacto una con otra. Una de ellas es estacionaria y se encuentra unida a la carcaza, mientras que la otra gira con la flecha.Sello mecnico

Los materiales de ambas superficies en forma de anillos son diferentes (generalmente una es de carbn y la otra de acero inoxidable). El apriete de una superficie con otra se regula por medio de un resorte.

Existe una gran cantidad de diseos pero hay dos tipos bsicos; el sello interior o sea dentro de la caja de empaques y el sello externo.

9. Rodamientos.El objeto de los rodamientos es soportar la flecha de todo el rotor en un alineamiento correcto en relacin con las partes estacionarias. Por medio de un correcto diseo soportan las cargas radiales y axiales existentes en la bomba.

Los rodamientos pueden ser de una hilera, dos hileras, autoalineantes, de rodillos, etc.Rodamiento de rodillos cnicosRodamiento de rodillos

Al usar grasa para lubricarlos se deber tener cuidado de no dejar los baleros sin ella, pero tambin de no sobre lubricarlos, ya que una cantidad excesiva impide que las bolas giren.

Cuando los rodamientos se lubrican con aceite, es necesario proveer un medio idneo para mantener los niveles adecuados en los alojamientos. El nivel de aceite debe de estar a la altura de centros de la bola inferior y debe tenerse un par de anillos que efecten una especie de bombeo de aceite a las paredes, para que resbale y caiga sobre los rodamientos. El nivel ser inspeccionado por medio de un indicador de nivel constante.

Las construcciones de los alojamientos para rodamientos lubricados con aceite son ms complicadas por tener que ponerse anillos lubricadores, anillos gua y sobre todo retenes. Alojamiento para rodamiento lubricados con aceite y grasa respectivamente.

1. REFERENCIAS

Manuel Viejo Zubicaray (2000). Bombas Teora, diseo y aplicaciones. Editorial Limusa - Mxico D.F.

Equipo Bomba centrfuga. Recuperado de: http://virtualplant.net/vptd/includes/equipo.php?id_equipo=P-0101#

Barsallo N. Tutorial de seleccin de bombas. Trabajo final E-Learning Universidad del Norte. Recuperado de: https://sites.google.com/site/selecciondebombas/home/caracteristicas-de-las-bombas-centrifugas