Acoplamientos
Las bombas centrífugas están conectadas a sus impulsores por medio de acoplamientos de una u otra clase, excepto las unidades conectadas en forma compacta, en las que el impulsor está montado en una extensión de la flecha de la unidad motriz. Los acoplamientos pueden ser flexibles o rígidos. Un acoplamiento que no permite movimiento relativo axial o radial entre las flechas de la unidad motriz. Los acoplamientos pueden ser flexibles o rígidos. Un acoplamiento que no permite movimiento relativo axial o radial entre las flechas del impulsor y de la bomba se llama acoplamiento rígido. Conecta las dos flechas sólidamente y, en efecto, las convierte en una sola flecha. El uso de acoplamiento rígidos está principalmente restringidos a bombas verticales.
Un acoplamiento flexible, por otro lado, es un dispositivo que conecta dos flechas, pero es capaz de transmitir torque de la flecha del impulsor a la flecha impulsada pero tolerando un pequeño desalineamiento (angular, paralelo o una combinación de los dos). Contra las creencias populares -y a pesar del hecho de que los acoplamientos flexibles compensan ligeros errores en casos de emergencia- el desalineamiento es siempre indeseable y no deberá tolerarse permanentemente. Causa chicoteo de las flechas, aumenta el empuje en los cojinetes de la bomba y del impulsor y generalmente resulta en mantenimiento excesivo y falla potencial del equipo.
Un acoplamiento flexible debe permitir también algún desplazamiento lateral de las flechas para que sus dos extremos puedan acercarse o separse bajo la influencia de la expansión térmica, fluctuación hidráulica, o desplazamiento de los centros magnéticos de los motores eléctricos, y moverse así sin imponer empuje excesivo en los cojinetes. Este aspecto del diseño de los coples flexibles se tratará posteriormente con más detalle.
Acoplamientos rígidos
Acoplamiento de abrazadera
El acoplamiento de abrazadera es un acoplamiento rígido típico. Consiste básicamente de una manga dividida provista de tornillos de manera que pueda prensarse en los extremos adjuntos de las dos flechas y forman una conexión sólida. Generalmente, se incorporan cuñas axiales y 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.
Acoplamiento de compresión
Un acoplamiento de compresión es igualmente en esencia un acoplamiento rígido. La porción central del acoplamiento está formada de un manguito ranurado, taladrado para ajustarse a las dos flechas y cónico en su diámetro exterior del centro a ambos extremos. Las dos mitades del acoplamiento 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.
Acoplamientos flexibles
Acoplamientos de pasador y amortiguador
Un acoplamiento de pasador y amortiguador es un acoplamiento flexible con pasadores sujetos a una de sus mitades, los cuales atraviesan los amortiguadores que se montan en la otra mitad del acoplamiento en la otra flecha. Los amortiguadores están hechos de hule o de otro material compresible para dar la flexibilidad necesaria. Los pernos impulsores tienen un ajuste fácil de deslizamiento en los manguitos; las pequeñas variaciones longitudinales, por lo tanto, se contrarrestan mientras los ligeros errores de angularidad se compensan por la flexibilidad del hule.
El acoplamiento Lovejoy es en realidad una modificación del principio del acoplamiento de pasador y amortiguador. Consiste de dos cubos con bridas montados en las flechas impulsoras e impulsadas, respectivamente, con patas salientes o mordazas en las bridas. Estas mordazas encajan en un elemento central flexible en forma de araña (generalmente hecha de hule), que absorbe pequeños desalineamientos y vibraciones
Acoplamientos flexibles todos metálicos
Un acoplamiento totalmente metálico es aquel cuyas partes están hechas completamente de metal. Algunos de estos acoplamiento dependen de la flexibilidad de placas metálicas o de resortes, mientras que otros dependen del desplazamiento angular que es posible con dos estrías conectadas con una manga también estriada.
El tipo "Fast" de acoplamiento flexible, la cubierta exterior del acoplamiento, dentro de cada extremo, un anillo con engrane de dientes cortado en su interior encaja con los engranes de las mitades impulsora e impulsada del acoplamiento. El torque se transmite a través de los dientes de engrane, mientras que la acción de deslizamiento necesaria y la capacidad para ligeros ajuste de posición se deriva de cierta libertad de acción que existe entre los dos juegos de dientes. Para evitar cualquier tendencia a pegarse, debido a la fricción, los engranes trabajan constantemente en un baño de aceite que se retiene dentro de la cubierta exterior. Algunas aplicaciones de alta velocidad usan grasa delgada.
Otro tipo de acoplamiento todo metálico es el acoplamiento flexible Falk. Consiste de dos cubos de acero con bridas y un resorte especial de acero templado que forma una rejilla cilíndrica completa, y una cubierta de acero como tapa. Las periferias de los cubos están ranurados para recibir el resorte. Las ranuras se ensanchan interiormente unas hacia otras en forma de un arco que tiene una relación definida con el espesor de las barras de la parrilla de resorte. La curvatura es de tal forma que los puntos de apoyo se acercan uno a otro al aumentar la carga. De hecho, las ranuras están formadas de manera que el esfuerzo sobre el resorte permanece casi constante en todo el campo de acción elástica del acoplamiento. Durante la carga ligera, los resortes se acomodan en las ranuras exactamente en sus extremos exteriores. Por lo tanto, hay un largo tramo libre de resorte entre el punto de soporte y la fuerza se transmite casi a través de toda la longitud de los brazos flexibles del resorte. Durante la carga normal, la distancia entre los soportes en las ranuras se acorta automáticamente al aumentar la carga, endureciendo o reforzando el resorte contra el doblez. Durante una carga excesiva, la carga se vuelve tan grande de los resortes se apoyan en toda la longitud de la ranura, lo que hace posible la transmisión de severas sobrecargas. El acoplamiento flexible Falk está lubricado con grasa.
Si no se puede tolerar la interrupción de la operación para relubricar los acoplamientos con aceite, se usan acoplamientos con aceite, se usan acoplamientos lubricados constantemente, por ejemplo, en instalaciones de bombas de alimentación de calderas sin unidades de repuesto o en bombas de alimentación de calderas movidas directamente por la flecha del generador principal. Los arreglo típicos consisten de un recipiente hermético al aceite atornillado a un extremo de la porción estacionaria, sea de la parte del equipo impulsor o del impulsado. El otro extremo del recipiente tiene un ajuste de deslizamiento dentro de una cubierta que está atornillada a la otra parte del equipo. Se usa alguna forma de empaque para evitar la pérdida del aceite en la junta de deslizamiento. Se trae aceite a presión al interior del recipiente y choca contra los dientes de las ruedas engranadas del acoplamiento, colectándose el exceso en el fondo del recipiente y se regresa al depósito de aceite.
El acoplamiento Thomas es un acoplamiento flexible metálico no lubricado hecho de dos cubos, montados respectivamente en las flechas impulsora e impulsada, y de de una brida central conectada a las bridas de los dos cubos, por medio de una serie de discos flexibles. La fuerza se transmite en tensión por estos discos, que están atornillados alternativamente a la bridas los dos cubos, por medio de una serie de discos flexibles. La fuerza se transmite en tensión por estos discos, que están atornillados alternativamente a las bridas terminales y al miembro central. La flexión de los discos compensa el desalineamiento.
Existen otros numerosos tipos de acoplamientos todos metálicos, los anteriormente mencionados se dan sólo como ejemplos generales.
Desplazamiento limitado del juego en el extremo
Los motores eléctricos con cojinetes de manga horizontales generalmente no están equipados con cojinetes de empuje sino más bien con caras o bordes de babbit en los cojinetes lineales. El rotor del motor, al que se permite flotar, buscará el centro magnético, pero una fuerza muy pequeña puede causar que se salga de su centro. Este movimiento algunas veces puede ser suficiente para hacer que el collar de la flecha toque los bordes del cojinete, causando calentamiento y dificultades en los cojinetes.
Este efecto es especialmente notable en motores eléctricos grandes de 200 hp y más. Como todas las bombas centrífugas horizontales están equipadas con cojinetes de empuje, se ha adoptado la práctica de usar acoplamientos de "juego limitado en el extremo" entre las bombas y los motores, en esta capacidad de caballaje, para mantener el rotor del motor dentro de una posición restringida. Los motores están construidos de manera que el espacio libre total (holgura) entre los collares de la flecha y los bordes de los cojinetes no sea menos de 1.27 cm. Al mismo tiempo los acoplamientos flexibles están arreglados para restringir el juego lateral del rotor del motor a menos de 0.47 cm. Para mantener el intervalo abierto entre el collar de la flecha y los bordes, se debe seguir uno de los siguientes métodos:
1. Para acoplamientos con ruedas de engrane o rejillas -por un "botón" en el extremo de la flecha de la bomba o por una placa con dimensiones previas entre los dos extremos de las flechas.
2. Para acoplamiento de discos flexibles, como el acoplamiento Thomas - por la rigidez de los propios discos flexibles, que tienen caracterśiticas inherentes que restringen la fluctuación
El contacto entre los cubos y las cubiertas de los acoplamientos evitan un movimiento excesivo en la dirección opuesta en los acoplamientos de engranes o rejillas. la rigidez de los discos flexibles es la fuerza resistente en ambas direcciones en los acoplamientos Thomas.
Acoplamientos de flecha flotante
Los acoplamientos flexibles ordinarios están hechos para conectar las flechas impulsora e impulsada con los extremos relativamente cerca uno de otro y son adecuados para desalineamientos limitados. Algunas veces, sin embargo, se tienen que tomar medidas para un mayor desalineamiento, o cuando por razones especiales se tienen que separar los extremos de las flechas del impulsor y la bomba a una distancia considerable. Tal es el caso, por ejemplo, con los diseños de bombas de succión en el extremo en los que el conjunto de rotor y cojinete se desmonta retirándolo axialmente hacia el impulsor. Si no se puede retirar fácilmente ni la bomba ni el impulsor, es conveniente separar los extremos de las flechas del impulsor y de la bomba, lo suficiente para permitir que se pueda retirar el rotor de la bomba. para este objeto, es necesario un impulsor flexible fácilmente desmontable de suficiente longitud.
El acoplamiento de extensión o de manga separadora se usa comúnmente en las unidades de bombeo que manejan líquidos calientes y que, por lo tanto, están sujetas a expansión y a posible desalineamiento. Su propósito es evitar desalineación perjudicial con una separación mínima de los extremos de las flechas impulsora e impulsada. Generalmente consiste de dos elementos de engrane sencillo conectados por una manga.
El acoplamiento de flecha flotante consiste de dos elementos flexibles conectados por una flecha que debe estar soportada en cada extremo por los propios elementos flexibles. Cada fabricante usa diferentes soluciones según lo requieren sus diseños básicos de acoplamientos. Por ejemplo, cualquiera de los dos acoplamiento flexible y un medio acoplamiento rígido en cada extremo o pueden ser acoplamientos completamente flexibles construidos con alguna conducción o corredera guía.
En el campo de caballaje más pequeño (abajo de 25 hp por 100 r.p.m.), las "flechas de transmisión flexible" se obtienen en el comercio. Estas usan juntas universales en cada extremo con una flecha tubular fluctuante y una porción ranurada que compensa la variación de longitud.
Las flechas flotantes y las de transmisión flexible se usan frecuentemente en bombas verticales de foso seco, una aplicación que se estudia con ese tipo de bomba.
Acoplamiento de embrague
Los embragues comunes de disco usan raras veces para conectar una bomba centrífuga a su impulsor por dos razones principales. La primera es que la mayoría de los diseños de embragues imponen una alta carga de empuje adicional en el cojinete de empuje de la bomba; la segunda es que necesita un ajuste muy preciso entre las partes del embrague y este resulta difícil de mantener. El diseño de embrague de rotación libre se ha usado para conectar impulsores a bombas, especialmente en unidades de impulsor dual, y los más provechosos de estos diseños tienen un acoplamiento flexible incorporado dentro de la unidad de embrague. También se usa un acoplamiento de embrague con pesas careadas en la mitad del impulsor que se oprimirán contra la superficie de un tambor en la mitad impulsada por la fuerza centrífuga.
Acoplamiento para impulsor dual
En instalaciones de bombas con impulsor dual, generalmente es conveniente tener un impulsor inactivo para ahorrar energía o evitar desgaste. Las máquinas de combustión interna, sin embargo, no pueden dejarse en movimiento sin trabajar y deben desconectarse. El tipo ideal de acoplamiento para esas unidades es aquel que puede desconectarse y volverse a conectar fácilmente.
Si el tiempo es de extraordinaria importancia o si el arranque del impulsor de reserva se controla automáticamente, es necesario un dispositivo como el embrague de rueda libre. Un acoplamiento de embrague con zapatas retenidas con resortes en la mitad impulsada es muy apropiado para este servicio. La acción centŕifuga en estas zapatas puede controlarse a cualquier velocidad, el acoplamiento toma automáticamente la carga. La tensión de los resortes puede hacerse sólo la suficiente para vencer el peso de la zapata o para permitir a la bomba que la mueva un motor en un lado mientras una máquina de combustión interna está ociosa sin carga en el otro. Al darle la velocidad a la máquina se conecta el acoplamiento.
Protecciones o guardas para acoplamiento
Las guardas para acoplamiento son cubiertas estacionarias que rodean al cople con la función básica de proteger al operador del posible peligro de ser atrapado por sus revoluciones. Generalmente están hechas de malla o placa de acero y están sujetas a la base de la bomba o placa de cimiento cuando se tiene la base. Con frecuencia son convenientes y aun obligatorias en algunas localidades.
Embragues magnéticos, impulsores magnéticos y acoplamientos hidráulicos
Los embragues e impulsores magnéticos y los acoplamientos hidráulicos, no son verdaderos acoplamientos en el sentido estricto de la palabra, pues su función es variar la velocidad de la unidad impulsada más que proporcionar solamente un dispositivo de conexión entre la bomba y el impulsor.
Los embragues magnéticos raras veces se usan para conectar una bomba centrífuga a su impulsor porque requieren un alineamiento preciso y las pocas instalaciones que se han hecho no han tenido mucho éxito. El costo de su mantenimiento es también elevado. La única aplicación ventajosa de este dispositivo es en el servicio de bombeo de tanques acumuladores o similares en los que la demanda varía ampliamente. Actualmente la práctica consiste en arrancar o parar la unidad de bombeo completa o, si el ciclo es demasiado frecuente para eso, permitir que la bomba opere a capacidad reducida durante el periodo de demanda baja incorporando una línea de desvío para que la capacidad nunca sea menor del valor seguro para la operación correcta si la demanda se hace demasiado baja.
Tanto los acoplamientos hidráulicos como los impulsores magnéticos se usan en las bombas centrífugas si las variaciones de las condiciones de operación justifican el empleo de dispositivos de velocidad de salida variable. Aunque tienen aproximadamente la misma eficiencia total que los motores de anillos colectores con control de velocidad, tienen la ventaja de producir fácilmente cualquier velocidad de salida deseada mientras que el control común para motores de anillos colectores sólo permite ajuste de velocidad por pasos.
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