Bombas Verticales I

Vea también BOMBAS VERTICALES II

Los temas precedentes sobre bombas centrífugas con construcción de flecha horizontal no deberán desvanecer el hecho de que muchas bombas centrífugas usan flechas verticales. Las bombas de flecha vertical caen dentro de dos clasificaciones distintas: (1) Las de foso seco y (2) las de foso lleno. Las primeras operan rodeadas de aire, mientras que las últimas están total o parcialmente sumergidas en el líquido manejado.

 

Bombas verticales de Foso Seco

Las bombas de foso seco con cojinetes exteriores incluyen la mayoría de las bombas verticales de agua de albañal pequeñas, medianas y grandes; la mayoría de las bombas medianas y grandes de drenaje e irrigación para altura de elevación mediana y alta; muchas bombas grandes de circulación a condensadores y de suministro de agua; y muchas bombas marinas. Algunas veces se prefiere el diseño vertical (especialmente para bombas marinas) porque ocupa menos lugar en el piso. Otras veces es conveniente montar una bomba 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 vertical se usa normalmente para aplicaciones de capacidad muy grande porque es más económica que la de tipo horizontal ya considerados todos los factores.

Muchas bombas verticales de foso seco básicamente diseños horizontales con pequeñas modificaciones (generalmente en los cojinetes) para adaptarlas al impulsor de flecha vertical. Lo contrario es cierto en bombas pequeñas y de tamaño mediano para servicio de aguas de albañal; un diseño puramente vertical es el más popular para ese servicio. La mayoría de estas bombas 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. El codo de succión por lo general contiene un agujero para mano con tapa removible para proporcionar un acceso fácil al impulsor.

Para desarmar una de estas bombas, se debe desatornillar la cabeza del estopero de la cubierta después de que la flecha intermedia o el motor y el soporte del motor se han quitado. El conjunto del rotor se saca hacia arriba, completo con la cabeza del estopero, la caja del cojinete y todo lo demás. este conjunto de rotor se puede entonces desarmar completamente en un lugar apropiado.

Las instalaciones de flecha vertical de bombas de admisión sencilla con un codo de succión suministran comúnmente con una base de pedestal de codo. Estas pueden atornillarse a zapatas de cimiento y aun empotrarse en cemento. El arreglo de empotramiento no es muy conveniente a menos que se tenga la completa seguridad de que el pedestal o el codo nunca serán movidos o de que el espacio lechadeado es bastante regular y que la lechada se separará de la bomba sin dificultad excesiva.

Las bombas verticales de admisión sencilla con succión en el fondo se usan comúnmente en aplicaciones grandes de aguas de albañal, suministro de agua o circulación a condensadores. Esas bombas están provistas con patas de aletas que se atornillan en zapatas empotradas en pedestales de concreto o pilares. Algunas veces las patas de aletas pueden empotrarse directamente en los pedestales. Estos deben estar arreglados convenientemente para proporcionar acceso adecuado a cualquier registro para mano en la bomba y para permitir holgura para la boquilla de succión de codo si se usan éstos.

Si se aplica una bomba vertical a servicio de condensado o algún otro para el cual el ojo del impulsor deba ventilarse para evitar restricción por vapor, una bomba con un impulsor de admisión sencilla en el fondo no es conveniente porque no permite la ventilación efectiva. Tampoco lo es una bomba 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 vertical de foso seco puede localizarse inmediatamente arriba de la bomba, con frecuencia está soportada por la bomba misma. Las flechas de la bomba 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 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.

Aunque los motores impulsores están montados frecuente y precisamente arriba de la cubierta de la bomba, una razón importante para el uso del diseño de la flecha vertical es la posibilidad de localizar los motores a una elevación suficiente arriba de las bombas para evitar su inundación accidental. La bomba y su impulsor pueden estar separados por una transmisión de longitud apreciable que puede requerir cojinetes fijos entre las dos unidades. Es sumamente importante que estos cojinetes fijos estén rígidamente soportados y mantenerse en estricto alineamiento. El soporte por lo general se proporciona con vigas de acero estructural horizontales conectadas a la estructura de la pared, aunque ocasionalmente se usa un soporte vertical similar. Para operación correcta de la transmisión vertical similar. Para operación correcta de la transmisión vertical, la desviación de los cojinetes de guía verticales en cualquier condición de operación debe mantenerse dentro de los límites establecidos por el diseños de los ejes y la velocidad de operación. En unidades pequeñas una canal colocada entre las paredes de la estación da soporte adecuado en todas direcciones. Las unidades más grandes con cargas de reacción mayores en los cojinetes de guía pueden requerir dos canales o vigas con listones de celosía. Algunas instalaciones incluyen vigas de concreto reforzado en la estructura. Naturalmente, si el diseño del edificio requiere la construcción de un piso intermedio, este piso puede usarse para soportar los cojinetes de guía.

La transmisión más común que conecta una bomba centrífuga de tamaño pequeño o mediano con su impulsor utiliza la unión universal y el tubo ranurado. La sección más baja tiene una unión universal en ambos extremos mientras que la sección superior (si se usa más de una) tiene un cojinete de guía que soporta el extremo inferior y una unión universal en el extremo superior. Esa transmisión compensa el desalineamiento angular y como la sección inferior incluye una unión acanalada, también compensa cualquier discrepancia pequeña de longitud. Si la velocidad lo permite se pueden obtener secciones de flecha hasta de 3.04 m de longitud o más. Las secciones más largas de 3 m se tuercen fácilmente y deben manejarse cuidadosamente. Como este sistema de ejes no transmite el empuje, tanto la bomba como el impulsor deben tener un cojinete de empuje.

Aunque un motor eléctrico se puede montar directamente en zapatas empotradas en el suelo, algunas veces es necesaria una plataforma separada para que pueda levantarse el motor para dar acceso al acoplamiento. Ocasionalmente, se colocan vigas removibles directamente a través de una abertura grande en el suelo para servir como montadura del motor. Este método permite fácil acceso a las bombas para darles servicio y simplifica el bajarlas a su lugar durante la instalación inicial.

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 unidades 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.

Las transmisión intermedia para bombas grandes que requiere flechas grandes es, generalmente, de construcción sólida con acoplamientos sólidos de bridas que con frecuencia están forjadas en las secciones de la flecha.

El tamaño de la transmisión usada para una instalación puede finalmente determinarse por torque que se va a transmitir. Sin embargo, si se desea una determinada distancia entre cojinetes debido a que ya existen los soportes (pisos o vigas), puede ser necesaria una flecha más grande que la requerida por el torque para que la velocidad de operación sea suficientemente menor que la velocidad crítica. Por ello es práctica general tener la primera velocidad crítica más alta que cualquier velocidad de operación o de desbocamiento de la bomba. La velocidad critica de una flecha sólida vertical es una función directa del diámetro e inversa del cuadrado de la separación entre los cojinetes. Así si una flecha va a correr al doble de velocidad de otra, deberá ser de doble tamaño en diámetro para la misma distancia entre cojinetes, o su separación permisible entre ellos se reducirá a 70% de la permitida con la velocidad más baja.

Los cojinetes para bombas verticales de foso seco y para usos de guías intermedias son generalmente cojinetes antifricción que están lubricados con grasa para simplificar el problema de retener un lubricante en la caja con una flecha atravesándola verticalmente. Las unidades más grandes para las que no se tienen cojinetes antifricción no son utilizable o convenientes, usan cojinetes con babbitt autolubricables o cojinetes con babbitt aceitados con alimentación forzada con un sistema de lubricación separada.

Los soportes para cojinetes de guía de las transmisiones verticales que conectan una bomba centrífuga 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 o algún valor arriba de la posible velocidad de desbocamiento para compensar el paso en sentido inverso de la bomba. 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 pequeñas con separaciones cortas generalmente requieren una sola canal (a la cual se fijan con suma facilidad los cojinetes montados verticalmente). Las unidades 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.

Las bombas centrífugas verticales de foso seco son estructuralmente similares a las bombas de flechas horizontales. Se debe hacer notar, sin embargo, que muchas de las bombas de voluta de un solo paso de admisión sencilla (generalmente de fondo) que se prefieren para bombeo de agua de grandes tormentas, drenaje, irrigación, aguas de albañal, y plantas de suministro de agua no tienen un equivalente comparable entre las unidades de flechas horizontal. La cubierta básica de sección en U de estas bombas, que es estructuralmente débil, con frecuencia requiere el uso de costillares fuertes para darles suficiente rigidez. En la práctica comparable de turbinas de agua, un juego de álabes (llamado rueda directriz) se usa entre la cubierta y el rotor para actuar como un puntal. Aunque la rueda directriz no afecta adversamente la operación de una turbina hidráulica, funcionaría básicamente como un difusor en una bomba por las limitaciones hidráulicas inherentes de esa construcción. Algunas bombas de altura grande de elevación de este tipo se han hecho con el diseño de doble voluta. La pared que separa las dos voluta. La pared que separa las dos volutas trabaja como una costilla de refuerzo de la cubierta haciendo así más fácil el diseño de una cubierta bastante fuerte para la presión implicada.

Las bombas verticales equipadas con impulsores de admisión sencilla de fondo tienen una junta de escurrimiento entre el anillo de desgaste del cubo del impulsor y la cabeza de succión. Cuando las bombas de este tipo manejan agua arenosa, la arenisca se asienta durante los periodos de parada y concentra en esta junta o cerca de ella. Tan pronto como la bomba arranca de nuevo, esta concentración de arena se arrastra a través de la junta de escurrimiento causando desgaste. Las bombas más grandes pueden recurrir a una construcción de anillo, en la que el anillo estacionario se extiende sobre la cabeza de succión para formar una bolsa para que la arena se deposite en ella y de la que se puede lavar con chorro periódicamente. Este y otros refinamientos son posibles en las bombas grandes pero no en las pequeñas.