Teniendo en cuenta el servicio que debe prestar la bomba centrifuga, ya sea una bomba vertical o una bomba centrifuga horizontal, las bombas centrifugas de foso lleno, podrían responder a la siguiente clasificación:

a)bombas centrifugas de turbina.
b)bombas centrifugas de hélice o hélice modificada.
c)bombas centrifugas para agua de albañal.
d)bombas centrifugas de voluta.
e)bombas centrifugas de colector.

Existen una gran cantidad de catálogos con la información técnica pertinente. Estos catálogos permiten conocer los diferentes parámetros de la bomba centrifuga para un cálculo acertado del funcionamiento de la misma.

bombas centrifugas Verticales de turbina
El propósito original de las bombas centrifugas verticales de turbina fue el de bombear agua de pozos por lo que se les había denominado en algunos casos “bombas centrifugas de pozo profundo” y en otros casos “bombas centrifugas de agujero”.

Sin embargo, este tipo de bombas centrifugas ha resultado ser sumamente versátil, ya que tiene diversas aplicaciones en una gran cantidad de campos, por lo que los fabricantes decidieron diseñarlas como “bombas centrifugas de turbina”.

Entre los campos de aplicación para las bombas centrifugas verticales de turbina podemos citar el bombeo en pozos para irrigación y otras aplicaciones del tipo agrícola. Otros campos de aplicación para este tipo de bombas centrifugas son el de abastecimiento municipal de agua y el abastecimiento industrial de agua. Tembién se ha verificado la eficacia de este tipo de bomba centrifuga en el procesamiento, circulación, refrigeración y acondicionamiento de aire.

Por si acaso lo anterior fuera poco, las bombas centrifugas verticales de turbina han demostrado efectividad en el bombeo de salmuera, desaguado de minas, represión de campos petroleros y otras aplicaciones.

El rango de capacidad para las bombas centrifugas verticales de turbina se ubica en su banda más baja desde 38 hasta 52 lt/min y en su banda más alta desde 94625 lt/min hasta valores muy superiores. Las alturas de elevación pueden alcanzar hasta los 305mts.

Por supuesto, en la mayoría de los casos las aplicaciones no llegan a exigir estos valores extremos de capacidad. Obviamente,la capacidad de las bombas centrifugas de turbina se encuentra limitada por el tamaño físico del pozo y también influye la velocidad con la que se puede sacar el fluido sin que su nivel llegue a estar por debajo del nivel de sumersión necesario para que la bomba centrifuga de turbina trabaje apropiadamente.

El cálculo del diseño de las bombas centrifugas verticales de turbina debe tener en cuenta que sea sencillo la colocación y el cambio de la flecha. Por otro lado, es necesario que la flecha pueda subirse o bajarse desde arriba con facilidad con el fin de que el impulsor se ajuste con facilidad en el tazón.

En cuanto a los cojinetes, deben ser cojinetes de empuje apropiados, con el fin de que puedan soportar la transmisión vertical, el impulsor y el empuje hidráulico que se produce al momento de funcionar la bomba centrifuga.

Al momento de efectuar el cálculo del cojinete de empuje que soportará la flecha vertical, se debe proveer un cojinete con el tamaño apropiado de forma que también sea capaz de sostener las diferentes partes pertenecientes al mecanismo rotatorio e impulsor de la bomba centrifuga.

El motor que se utiliza para impulsar a las bombas centrifugas verticales de turbina suele ser un motor con flecha hueca. En el caso de las bombas centrifugas de turbina con doble impulsor se acostumbra a utilizar un engrane de ángulo con un motor eléctrico colocado en su parte superior.

Se puede apreciar como el cálculo del diseño de las bombas centrifugas verticales ilustra como una bomba centrifuga puede especializarce para desempeñar una función específica.

El conjunto o sección del tazón de la bomba centrifuga consiste de la caja de succión, el impulsor o los impulsores, el tazón de descarga, el tazón o los tazones intermedios (si se trata de más de un paso), la caja de descarga, los distintos cojinetes, la flecha, y diversas partes como cuñas, dispositivos fijadores de los impulsores y otras similares.

El conjunto de columna de tubería de la bomba centrifuga consiste de la propia columna de tubo, la transmisión arriba del conjunto del tazón los cojinetes de la flecha y la cubierta de tubería o retener de los cojinetes. La bomba está suspendida de la cabeza impulsora, que consiste del codo de descarga (cuando la descarga se encuentra arriba del nivel del suelo), el motor o soporte del impulsor, y ya sea el estopero (en construcción de flecha abierta) o el conjunto para suministrar tensión a la cubierta de tubería e introducir lubricante a ella. La descarga a nivel subterráneo se toma de una “te” en la columna de tubo y la cabeza impulsora trabaja principalmente como un soporte para el impulsor y para la columna de tubería.

El líquido se guía al impulsor de la bomba centrifuga vertical de turbina por la caja o cabeza de succión. Esta parte puede ser una sección cónica para fijarse a una coladera o tubería de succión cónica o puede ser una boca acampanada.

Los impulsores de las bombas centrifugas de turbina se utilizan indiferentemente semiabiertos o encerrados. Para obtener la mejor eficiencia en el caso de los impulsores semiabiertos se requiere de mucho cuidado al armar en la flecha del impulsor y un ajuste muy preciso en el campo de la posición vertical de la flecha con objeto de obtener la mejor eficiencia. Es interesante hacer notar que el empuje producido por los impulsores semiabiertos puede ser hasta un 150% mayor que el producido por impulsores encerrados.

Sin embargo, en muchos casos, se podrían preferir los impulsores encerrados a los semiabiertos porque el desgaste en ellos reduce la capacidad, que no puede restaurarse a menos que se instalen nuevos impulsores. El desgaste normal en los impulsores encerrados no afecta los alabes del impulsor y los espacios desgastados pueden restaurarse reponiendo los anillos de desgaste.

Ocasionalmente en las plantas de fuerza el nivel hidráulico máximo que se puede tener en el pozo caliente del condensador, no dará un adecuado NPSH [net positive suction head (altura neta de succión positiva)] para una bomba horizontal de condensado convencional montada en el piso del sótano, especialmente si la unidad se ha instalado en una planta existente en un espacio original asignado a una bomba de menor tamaño.

Construir un foso para una bomba centrifuga horizontal de condensado convencional o de una bomba centrifuga vertical de foso seco que proporcione suficiente sumersión, implica un gasto considerable.

La bomba centrifuga vertical de turbina de “bote” para servicio condensado es básicamente una bomba centrifuga vertical de turbina montada en un tanque (con frecuencia llamado bote) que se entierra en el suelo. La longitud de la bomba tiene que ser tal que se cuente con suficiente NPSH para el diseño del impulsor del primer paso, y el diámetro y la longitud del tanque tiene que permitir el flujo correcto por el espacio entre la bomba y el tanque y además para un giro y flujo dentro de la boca acampanada.

La instalación de este diseño en una planta existente es naturalmente mucho menos cara que hacer un foso, porque el tamaño del agujero necesario para instalar el tanque es mucho más pequeño. El mismo diseño básico se ha aplicado también a bombas centrifugas que manejan líquidos volátiles que están montados en el piso de operación y que no están provistas con suficiente NPSH.

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Bombas verticales de foso lleno
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Las cabezas de operación que exceden la capacidad de un impulsor de un solo paso de flujo axial podrían necesitar una bombas centrifugas de dos o más pasos o una bomba de un solo paso con una velocidad específica más baja y un impulsor de flujo mixto.

En el caso de las alturas de elevación bastante altas se requerirá de una bombas centrifugas con impulsores de flujo mixto y dos o más etapas. Aunque no responde exactamente a esta denominación. a falta de un nombre más apropiado, esos diseños de altura donde la elevación es grande se les ha dado una clasificación que cae también dentro del tipo de bombas centrifugas de helice.

Es un hecho que las bombas centrifugas verticales de hélice y las bombas centrifugas verticales de turbina son prácticamente iguales desde el punto de vista mecánico (pudiendo tener hasta la misma velocidad específica). sin embargo, desde el punto de vista hidráulico, el cálculo del diseño arroja que si la bomba centrifuga tiene un gran número de pasos la bomba que se debe utilizar es una bomba centífuga de turbina.

Por otro lado, cuando el cálculo del diseño arroja que para la bomba centrifuga debe utilizarce un máximo de dos o tres pasos lo más indicado es utilizar una bomba centrifuga de helice modificada.

La bomba centrifuga convencional de hélice o de hélice modificada suele ser utilizada en las instalaciones de irrigación de poca altura, en la mayoría de las instalaciones de drenaje de foso lleno y en las instalaciones de agua de lluvia. Ocasionalmente también se utilizan para el servicio de circulación de fluído condensado, sin embargo, ya existen diseños especializados para esta última función.

En ciertos casos las bombas centrifugas deben hacer mucho trabajo por lo que sus partes se recalientan. Es por ello que se utiliza parte del fluido bombeado para refrigerar las columnas y las partes rotatorias de la bomba centrifuga. Con frecuencia debe utilizarce agua que se encuentra muy contaminada como medio para enfriar. El alto grado de contaminación del agua suele dañar el acero, sin embargo, se ha logrado una mayor resistencia con metales como el hierro fundido, bronce y algunos otros metales fundidos.

Otro problema que suele enfrentarse es el gran peso del conjuto de la bomba. Así que, para no tener que levantar todo el peso del conjunto de la bomba centrifuga cuando se hace necesario el mantenimiento de las partes giratorias de la bomba centrifuga, es prudente que cuando se haga el cálculo del diseño de la bomba, se prevea que tanto el impulsor, como el difusor y el conjunto de flecha se puedan extraer sin que se tenga que afectar el conjunto de la columna de la bomba centrifuga.

Las bombas centrifugas de hélice pueden presentarse con dos tipos de líneas de transmisión: abiertas y encerradas. La bomba centrifuga de hélice con transmisión encerrada suele ser la que se usa con más frecuencia.

Otra característica interesante, es que la bomba centrifuga de hélice tienen sus propelas abiertas, en el caso de las bombas centrifugas de hélice modificada con impulsores de flujo mixto se fabrican tanto con impulsores abiertos como cerrados.

bombas centrifugas de agua de albañal
Las bombas verticales de agua de albañal de foso lleno se diseñan de forma que tengan una voluta de admisión de fondo con impulsores que puedan manejar sin que se atasquen inclusive materiales sólidos y fibrosos.

La bomba centrifuga de albañal de foso lleno suele estar colocada en un nivel alto, colgada de una tubería. Las bombas centrifugas de albañal utilizan transmisiones encerradas o cubiertas. Las bombas centrifugas de foso lleno en lo que se refiere a su hidráulica y a su mecánica se asemeja mucho a su equivalente de foso seco.

Construcciones básicas para bombas centrifugas de albañal de foso lleno
1.-Este primer tipo de construcción de bombas centrifugas utiliza impulsores que no tienen anillos traseros, los cojinetes son lubricados con agua o grasa con un sello en su extremo más bajo lubricado arriba del impulsor. El extremo superior se conecta de forma que pueda descargar al foso de succión a fin de evitar cualquier presión hidráulica apreciable en el sello del extremo inferior de la cubierta de tubería de la flecha; de otra forma, entraría el agua a la cubierta de tubería. El sello en el extremo inferior del cojinete del impulsor debe ser especialmente efectivo con altas descargas de la bomba centrifuga; de otra manera escurrirá una grandes cantidades de agua por el cojinete, con algo de corte si hay areniscas.

2.-La segunda construcción de bomba centrifuga se parece a la anterior, pero utiliza álabes de vaciado o juntas de anillos de desgaste en la parte posterior del impulsor con la intención de que el cojinete solo esté sujeto a la presión de succión.

3.-En el tercer tipo de bomba centrifuga tiene una construcción en la que están presentes impulsores sin anillos posteriores o álabes de vaciado. También disponen de un estopero, con cojinetes en su parte superior, separados de la caja.

Aunque los sellos de las flechas y la empaquetadura usada para sellar el extremo inferior de la cubierta de tubo o el cojinete del fondo están destinadas a excluir tanta agua como sea posible, es de esperarse algún escurrimiento con niveles altos de agua de succión aun cuando el sello sea nuevo. Como algunos de los cojinetes de la flecha pueden tener que operar en agua o mezcla de agua y aceite, el cojinete puede desgastarse relativamente más aprisa que uno lubricado positivamente con aceite o grasa. las bombas centrifugas de aguas de albañal de foso lleno generalmente estarán limitadas a servicios que requieran operarse durante un periodo muy limitado del día.

bombas centrifugas de voluta
Además de las bombas centrifugas de agua de albañal de foso lleno más comunes, algunos diseños de admisión sencilla con succión, ya sea en el fondo o por la parte superior y los diseños de doble succión que están soportadas en el piso del pozo, se usan algunas veces en este servicio. Excepto en algunas instalaciones de diques secos flotantes, esas bombas centrifugas tienen muy pocas aplicaciones en la actualidad.

bombas centrifugas de colector
El término “bombas centrifugas de colector” ordinariamente da la idea de una bombas centrifugas vertical de foso lleno que está suspendida de una placa del piso o de una tapa del colector o soportada por una pata en el fondo de un pozo, que está movida por un motor y controlada automáticamente por un interruptor de flotador, y que se usa para disponer de drenajes a cumulados en un colector. El término no indica una construcción específica porque se usan tanto diseños de voluta como de difusor; éstos pueden ser de uno o varios pasos y tener impulsores abiertos o cerrados de una gran amplitud de velocidad específica.

Para capacidades muy pequeñas servidas por motores de fracciones de hp, se pueden obtener “achicadores de sótanos”. Estos son unas bombas centrifugas pequeñas y por lo general de voluta y un solo paso con impulsores de admisión sencilla (con succión de fondo o por la parte superior) soportadas por una pata en la cubierta; el motor está soportado bien arriba del impulsor por alguna forma de columna que encierra la flecha. Estos achicadores se hacen como unidades completas, incluyendo el flotador, interruptor de flotador, motor, y coladeras.

Las bombas centrifugas de colector de mayor capacidad pueden ser verticales de hélice o de turbina (de uno o varios pasos) o de aguas de albañal verticales de foso lleno o de voluta. Si pueden arrastrarse al foso materiales sólidos u otros desperdicios, se prefiere la bomba centrifuga vertical de foso lleno para aguas de albañal con un impulsor inatascable. Las bombas centrifugas de colector más grandes son generalmente normalizadas pero pueden obtenerse en cualquier longitud, con tapas de varios tamaños (en las que se puede montar un interruptor de flotador), y otros similares. Las unidades dúplex, es decir dos bombas centrifugas en una tapa común de colector (algunas veces con pozo de visita de acceso al colector) se emplean con frecuencia. Esas unidades pueden operar sus bombas centrifugas en un orden fijo, o se puede usar un alternador mecánico o eléctrico para igualar su operación.

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Bombas verticales de foso lleno
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Consideremos el caso ideal de una estación de varias unidades con bombas centrifugas verticales de voluta de foso seco longitudinales. Como habíamos dicho, siendo este el caso ideal, las bombas centrifugas deben estar situadas a todo lo largo de la entrada de succión. De esta forma, se proporciona un flujo sin limitaciones en el lado de la succión de todas las bombas centrifugas. Las estaciones que usan esta configuración para un grupo de bombas centrifugas verticales de voluta con frecuencia tienen las bocas acampanadas y codos de succión formados precisamente en la subestructura de concreto. cuando se instalan bombas centrifugas de foso lleno con bocas de campana verticales, es necesario proporcionar un espacio libre adecuado en la pared posterior y entre las bombas centrifugas. La estación de varias unidades con bombas centrifugas verticales de voluta de foso lleno al extremo del conducto es un caso frecuente en la que la succión se encuentra situada al extremo de un conducto con un ancho que es menor que la longitud del pozo de succión. Sin una sección floreada con paredes divisorias para guiar la distribución del agua que entra a las distintas unidades, el flujo podría alterarse demasiado y resultaría afectada negativamente la operación de las bombas centrifugas.

Un sistema de bomba centrifuga vertical de hélice que es con frecuencia molesto (los arreglos de las bombas centrifugas verticales de voluta con bocas acampanadas de succión), suele presentar varias unidades de bombas centrifugas verticales de helice con su abastecimiento de succión situado en un extremo del pozo. A menos que el ancho del pozo de succión posea la suficiente área y a a menos que la ubicación de las bocas acampanadas permitan buen flujo, la demanda de las primeras bombas centrifugas de la línea alterará el flujo para las bombas centrifugas más alejadas. Con mucha frecuencia las instalaciones de este arreglo generalmente necesitan paredes de tabiques de desviación a fin de poder corregir la distribución. Algunas estaciones se hacen con paredes que forman pozos individuales para cada bomba centrifuga y un canal que sirve para alimentar esos pozos que corre a lo largo de la estación.

Con los años se han desarrollado, a partir de ciertos cálculos, a lo largo de la estación, las dimensiones de los canales de entrada y accesos. Si se puede colocar una entrada dará muy buenos resultados. Las dimensiones que debe tener el ancho del canal y las distancias deben darse en términos del diámetro de las bocas acampanadas de succión.

Otro ejemplo de buen diseño de canal y pozo para bombas centrifugas verticales de turbina, que también debe indicar los espacios libres entre las bocas acampanadas de succión y el fondo del pozo entre la bomba, la pared posterior del pozo y las paredes divisorias.

Si se están considerando líneas largas de descarga, se necesitan válvulas en la tubería. Normalmente, se debe usar tanto una válvula de compuerta como una de retención. La válvula de retención acciona para evitar el flujo inverso, mientras que la válvula de compuerta funciona cuando la bomba centrifuga está fuera de servicio durante un largo periodo de tiempo. En ciertas instalaciones, no se coloca la válvula de compuerta y por ello se colocan tablones de cierre o válvulas de esclusas. Una válvula de cono que trabaja simultáneamente tanto como una valvula de retención, como una compuerta aparece en otras instalaciones. El elevado costo este tipo de válvula, sin embargo, generalmente limita su uso a instalaciones que necesitan un flujo que se inicia y suspende gradualmente para evitar el golpe de ariete. Son pocas las instalaciones con líneas largas de descarga para bombas centrifugas aisladas, no tienen más válvulas que una de charnela en el extremo de descarga. Si la bomba centrifuga está parada, el agua en la línea de descarga fluye de regreso a través de la bomba centrifuga hasta que la tubería queda vacía.

Si el diseño de una instalación o la falla de una válvula de retención o de charnela que no cierren permite el flujo inverso de agua a través de la bomba, la bomba centrifuga actúa como una turbina hidráulica. El torque desarrollado por la bomba centrifuga como turbina causará la rotación inversa de los impulsores de rotación libre como de los motores eléctricos. Por lo general no es suficiente para provocar la rotación insuficiente en máquinas de combustión interna. En los motores la velocidad inversa que se alcanzará dependerá tanto de la carga neta como de la velocidad de descontrol de la bomba centrifuga menor que la carga estática debido a las pérdidas por fricción. La velocidad de fuga depende de la velocidad de fuga más altas (medidas como porcentaje de la velocidad normal). La velocidad inversa que se obtiene en una instalación real es frecuentemente inferior a la velocidad segura de operación de sus partes componentes y no se necesita usar un diseño especial.

Si se utiliza una descarga de sifón se elimina la necesidad de colocar válvulas en la línea de descarga. El punto más alto del sifón debe estar colocado por encima del nivel más alto del agua en la descarga con el fin de romper el sifón y no permitir el flujo inverso del agua cuando una bomba centrifuga que opera con una descarga de sifón se arranca, el procedimiento usual es dejar escapar el aire del sistema con algún dispositivo cebador hasta que la bomba centrifuga queda cebada. Entonces puede arrancarse la bomba centrifuga para ayudar a llenar el sifón. La conexión al punto alto del sifón también está provista con una abertura que tienen válvula para que se pueda admitir aire y romper el sifón cuando se desea parar la unidad. También es posible controlar la admisión de aire automáticamente, de modo que la válvula funciona si se para la unidad por alguna razón.

Aunque los sifones de ramas cortas son relativamente sencillos y libres de molestias tanto de diseño como de operación, se debe tener más cuidado si tienen ramas largas.
Algunos sifones operan correctamente con ramas que exceden 8mts, pero éstos están principalmente limitados a sistemas de circulación en instalaciones de plantas eléctricas. El uso de una descarga de sifón es conveniente en instalaciones de drenaje para bombear sobre un dique porque proporciona menor carga de la que se tendría si el agua se descarga arriba del dique.

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Bombas verticales de foso lleno
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