Flechas de bombas centrifugas

La flecha de una bomba centrifuga tiene como función transmitir el torque que recibe del motor impulsor durante la operación de bombeo, a la vez sujeta al impulsor y a las otras partes giratorias. La elaboración de una flecha de una bomba centrifuga debe contar con mucha precisión debido a que el espacio que existe entre las partes giratorias de la bomba y las partes fijas es casi cero. Cualquier desviación en la flecha de una bomba centrifuga, por insignificante que pudiera parecer, podría dar como resultado serios daños en el mecanismo.

Es necesario que al hacer el diseño de la flecha de una bomba centrifuga los cálculos se hagan bajo el supuesto de que la flecha de una bomba centrifuga está trabajando bajo condiciones extremas. Si analizamos el funcionamiento de una flecha notaremos que tiene que resistir el esfuerzo que debe recibir al arrancar la bomba, la cual va a pasar desde velocidad cero rpm a 2000rpm en cuestión de un segundo, arrastrando simultaneamente todo el peso del líquido que está tratando de impulsar a la línea de bombeo. Otro aspecto que debe considerarse es la temperatura del líquido que se impulsa que también afectará la flexibilidad de la flecha de una bomba centrifuga.
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Introducción a las bombas centrífugas

Una bomba centrifuga es un dispositivo constituido por un conjunto de paletas rotatorias perfectamente encajadas dentro de una cubierta metálica, de manera que son capaces de impulsar al líquido que esté contenido dentro de la cubierta, gracias a la fuerza centrifuga que se genera cuando giran las paletas.

Los elementos principales de toda bomba centrifuga son:
1) Un elemento estático conformado por chumaceras, estopero y cubierta.
2) Un elemento dinámico-giratorio comformado por un impulsor y una flecha.

En los últimos años, gracias a las facilidades que se han venido dando en el suministro de la energía elétrica, el uso de la bombas se ha extendido de gran manera.

Dado que la mayoría de las bombas son impulsadas con motores eléctricos, esta mejora en el flujo de la eléctricidadha permitido que los diseñadores y fabricantes de motores eléctricos puedan proveer motores poderosos y confiables.
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Bombas centrifugas verticales de foso seco (1)

Las bombas centrifugas de foso seco con cojinetes exteriores incluyen la mayoría de las bombas centrifugas verticales de agua de albañal pequeñas, medianas y grandes; la mayoría de las bombas centrifugas medianas y grandes de drenaje e irrigación para altura de elevación mediana y alta; muchas bombas centrifugas grandes de circulación a condensadores y de suministro de agua; y muchas bombas centrifugas marinas. Algunas veces se prefiere el diseño vertical (especialmente para bombas centrifugas marinas) ya que ocupa menos lugar en el piso. En otros casos es conveniente montar una bomba centrifuga a una elevación baja debido a las condiciones de succión y entonces también es preferible o necesario tener su impulsor a una elevación más alta. La bomba centrifuga vertical se usa generalmente para aplicaciones de gran capacidad porque es más económica que la de tipo horizontal ya considerados todos los factores.

La mayoria de las bombas centrifugas verticales de foso seco básicamente son diseños horizontales con pequeñas modificaciones (generalmente en los cojinetes) para adaptarlas al impulsor de flecha vertical. Lo contrario es cierto en bombas centrifugas pequeñas y de tamaño mediano para servicio de aguas de albañal; un diseño que sea puramente vertical es el más popular para ese servicio. En su mayor parte estas bombas centrifugas de alcantarillado tienen boquillas de succión de codo porque su abastecimiento de succión generalmente se toma de un pozo lleno adyacente al foso en el que está instalada la bomba centrifuga. El codo de succión por lo general contiene un agujero para mano con tapa removible que permite un acceso fácil al impulsor.
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Bombas centrífugas verticales de foso seco (2)

Si se aplica una bomba centrifuga vertical a servicio de condensado o algún otro para el cual el ojo del impulsor deba ventilarse para evitar restricción por vapor, una bomba centrifuga con un impulsor de admisión sencilla en el fondo no es conveniente porque no permite la ventilación efectiva. Tampoco lo es una bomba centrifuga vertical que emplee un impulsor de doble admisión. El diseño más apropiado para esas aplicaciones consiste de un impulsor con admisión sencilla superior.

Si el impulsor de una bomba centrifuga vertical de foso seco puede localizarse inmediatamente arriba de la bomba centrifuga, con frecuencia está soportada por la bomba centrifuga misma. Las flechas de la bomba centrifuga y del impulsor pueden conectarse con un acoplamiento flexible que requiere que cada uno tenga su cojinete de empuje propio. Si la flecha de la bomba centrifuga está acoplada rígidamente a la flecha del impulsor o es una extensión de ella, se usa un cojinete de empuje común, normalmente en el impulsor.
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Bombas centrifugas verticales de foso seco (3)

Un impulsor soportado en una plataforma arriba del suelo deja acceso a la conexión de bridas y a la unión universal superior con objeto de atornillarla y relubricarla. Si el impulsor usa transmisión de flecha hueca en vez de una de construcción sólida, debe proveerse con una cabeza de flecha guiada por un cojinete inferior para actuar en la misma capacidad. El peso de esta transmisión (excluyendo el de la unión universal más baja) lo resiste el motor; siempre que no sea extremadamente larga, el peso total implicado es relativamente pequeño y se puede usar un motor con empuje normal. En realidad las transmisiones huecas son mucho más caras que las sólidas. Pero la unión universal básica se usa tanto en automóviles y camiones que es un producto casi de fabricación en serie, y el aumento de costo que representa sobre la transmisión sólida es muy razonable.

Las bombas centrifugas que requieren más torque en su transmisión intermedia del que pueden resistir los tamaños disponibles de transmisión con uniones universales usan transmisión con uniones universales sólida, ya sea con acoplamiento sólidos o flexibles. Si se usan acoplamientos sólidos o rígidos, sólo se necesita un cojinete de empuje (generalmente en el impulsor) y todos los demás son sólo cojinetes de guía. esta transmisión tiene la desventaja de requerir un alineamiento muy preciso de todos los cojinetes, una proeza difícil para transmisiones abiertas que emplean más de tres cojinetes.
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Bombas centrifugas verticales de foso seco (4)

Los soportes para cojinetes de guía de las transmisiones verticales para bombas centrifugas de foso seco que conectan una bomba centrifuga con su impulsor deben ser suficientemente rígidos. La carga radical generalmente se supone que es la misma que si la unidad estuviera en posición horizontal. Con esta carga, la desviación de los soportes en cualquier dirección no deberá exceder de delta en la siguiente ecuación:

Delta = (300/nc)2

En la cual:

Delta = La desviación en centímetros
nc = velocidad crítica de la transmisión en r.p.m.

Esta velocidad critica es por lo general 125% de la velocidad giratoria de la bomba centrifuga de foso seco o algún valor arriba de la posible velocidad de desbocamiento para compensar el paso en sentido inverso de la bomba centrifuga. Si son vigas o canales las que soportan los cojinetes, el diseño de estos últimos naturalmente depende de la separaciones entre ellos, la fuerza radial, y la desviación permitida. Las instalaciones de bombas centrifugas de foso seco pequeñas con separaciones cortas generalmente requieren una sola canal (a la cual se fijan con suma facilidad los cojinetes montados verticalmente). Las bombas centrifugas más grandes con separación grande, con frecuencia requieren canales bastante separadas o vigas con refuerzo reticular (para las cuales es más conveniente un cojinete montado horizontalmente que descansa directamente en las vigas o en una placa de puente). Estas consideraciones tienden a hacer preferibles los cojinetes montados verticalmente para unidades pequeñas y cojinetes montados horizontalmente para unidades grandes.
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Tipos de cojinetes para bombas centrífugas

La función de los cojinetes en las bombas centrifugas es mantener la flecha o rotor en correcto alineamiento con las partes estacionarias bajo la acción de cargas radiales y transversales. Aquéllos que le dan la colocación radial al rotor se conocen como cojinetes de alineación, mientras que aquéllos que sitúan el rotor axialmente se llaman cojinetes de empuje. En la mayoría de las aplicaciones los cojinetes de empuje en realidad sirven como cojinetes de empuje y de alineación.

Tipos de cojinetes que se usan
Se han usado todos los tipos de cojinetes en las bombas centrifugas. Aun el mismo diseño básico de bomba se hace con dos o más cojinetes diferentes, requeridos ya sea por las condiciones variables de servicio o por la preferencia del comprador.

Generalmente, se usan dos cojinetes exteriores para la bomba de uso general de doble admisión y un solo paso, uno a cada lado de la cubierta. Estos eran originalmente del tipo de babbit con lubricación de aceite, pero en años más recientes la mayoría de los fabricantes han cambiando a cojinetes resistentes a la fricción que usan lubricación de grasa o aceite.
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Acoplamientos para bombas centrifugas

Las bombas centrifugas deben ser conectadas a sus impulsores con ayuda de acoplamientos de diferentes tipos. Existe la excepción de las bombas centrifugas conectadas en forma compacta, en este tipo de bombas el impulsor se encuentra ubicado en una extensión de la flecha de la unidad motriz.

Existen dos tipos de acoplamientos para bombas centrifugas: los acoplamientos flexibles y los acoplamientos rígidos. La función de los acoplamientos es impedir cualquier tipo de movimiento relativo entre las flechas del conjunto en movimiento, ya sea axial o radial, que pudiera dificultar su buen funcionamiento.

Loa acoplamientos rígidos no permite ninguna clase de movimiento relativo axial o radial entre las flechas del impulsor y de la bomba centrifuga. Este tipo de acoplamiento conecta las dos flechas sólidamente de forma que virtualmente las convierte en una sola flecha. En las bombas verticales es muy recomendable utilizar acoplamientos rígidos.
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Acoplamientos rígidos para bombas centrífugas

Acoplamiento de abrazadera para bombas centrifugas
El “acoplamiento de abrazadera para bombas centrifugas” es un tipo de acoplamiento rígido que se emplea con mucha frecuencia. Su diseño consiste básicamente de una manga que se encuentra dividida. Esta manga dispone de una serie de tornillos con ayuda de los cuales es posible prensar en los extremos adjuntos de las dos flechas y de esa manera la conexión se vuelve muy sólida. A fin de afirmar aún más la conexión, resulta conveniente incorporar cuñas, tanto axiales como circulares, en el acoplamiento de abrazadera para que la transmisión del torque y del empuje no se haga solamente dependiendo de la fricción de la sujección. Estas consideraciones son muy importantes en el caso de las bombas centrifugas.

Acoplamiento de compresión para bombas centrifugas
Un acoplamiento de compresión para bombas centrifugas, en principio, suele ser igual a los acoplamientos rígidos. La parte central del acoplamiento está formada por un manguito ranurado, el cual se taladra para ajustarse a las dos flechas y es cónico en su diámetro exterior del centro a ambos extremos. Las dos mitades del acoplamiento para bomba centrifuga en sí están acabadas con perforaciones para adaptarse a esa conicidad. Cuando se aprietan una a la otra con tornillos, el manguito se comprime contra las dos flechas y la sujeción por fricción transmite el torque sin el uso de cuñas.
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Introducción al tema de las bombas centrifugas

Dentro del contenido que se presenta a cotinuación se trata con cierta profundidad le tema de las bomas horizontales. El caso de las bombas verticales se toca de una manera un tanto más superficial y de manera algo más somera se dicute acerca de las bombas autocebantes y de las bombas auto regenerativas.

Algunos quizá esperen que se traten solo los aspectos teóricos para el diseño de las bombas, pero no este mi propósito ya que aunque existen usuarios que tienen interés en diseñar bombas, estos son relativamente pocos. Al contrario, la gente interesada en el tema de las bombas centrifugas suelen ser técnicos o ingenieros que solo necesitan seleccionar o utilizar la bomba en sí, y éstos, generalmente, constituyen la gran mayoría.

He podido observar que otro punto de gran interés reside en el diseño del sistema en el que funcionará la bomba, ya que es motivo de mucha preocupación lograr que el entero sistema funcione de manera que el rendimiento sea máximo, y que, por el contrario, los gastos o pérdidas sean mínimas. Otro factor que la mayoría considera de importancia, es la determinación del número de paradas que deba realizar el sistema ya sea para labores de mantenimiento programado, es decir mantenimiento preventivo, o por motivo del caso en el que haya que aplicar un inesperado mantenimiento correctivo.

Aunque se trata de dirigir la información hacia la parte práctica, también se hacen breves descripciones relativas a las partes que constituyen una bomba centrífuga a fin de poder identificarlas con propiedad al momento de tener que comprar una refracción. En algunos casos, hasta se podría exponer como reparar ciertas piezas, para aquellas personas que puedan disponer de las herramientas necesarias.

A pesar de que se trata de tocar ampliamente todos los temas de aplicación de las bombas centrifugas, es un hecho que es imposible abarcarlos todos. Como sabemos, las bombas centrífugas encuentran usos en el suministro de agua potable, desecho de aguas servidas, en procesos diversos de fabricación, etc, por lo que no sería de extrañar que algunos queden por fuera del material que se presenta inicialmente, por lo que espero ir ampliando la información a medida que el tiempo me lo permita.