Bombas Centrifugas

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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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 de hélices
En un principio el término “bomba centrifuga vertical de hélice” se aplicó a las bombas centrifugas verticales de difusor de pozo lleno o de turbina con impulsores de flujo axial o con una hélice. El uso más frecuente de este tipo de bombas centrifugas consistía en ser ubicada en un colector abierto con una colocación relativamente breve.

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.
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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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Aplicación de las bombas centrifugas verticales de foso lleno
Como todas las bombas centrifugas, las bombas centrifugas verticales de foso lleno tienen ventajas y desventajas, las ventajas de las bombas centrifugas verticales son en su mayor parte hidráulicas y las desventajas de las bombas centrifugas verticales son principalmente mecánicas. Si el impulsor (el del primer paso en bombas centrifugas de varias etapas) se encuentra sumergido no habrá problemas de cebado, y la bomba centrifuga podrá controlarse automáticamente sin temor de que la bomba centrifuga llegue a trabajar en algún momento en seco. Por otro lado, la NPSH disponible es mayor (excepto en tanques cerrados) y en ocasiones permite una velocidad giratoria más alta para las mismas condiciones de servicio de la bomba. La única ventaja mecánica es de que el motor o impulsor de la bomba centrifuga puede ser colocada a cualquier altura que se desee arriba de cualquier nivel de inundación. Las desventajas mecánicas son las siguientes: (1) Posibilidad de pegarse cuando la bomba centrifuga está inactiva, (2) posibilidad de dañarse con objetos flotantes si la bomba centrifuga está instalada en una zanja abierta o una instalación similar, (3) problemas para sacar y desarmar la bomba centrifuga para inspección y reparacion, no importa que tan pequeñas sean y (4) el tiempo de vida relativamente corto de los cojinetes de la bomba centrifuga a no ser que el agua y el diseño de los cojinetes sea el ideal para la bomba centrifuga. La bomba centrifuga vertical de foso lleno es la mejor bomba centrifuga disponible para ciertas aplicaciones, no es la bomba centrifuga ideal pero si es la más económica para otras instalaciones, una mala selección para otras instalaciones e, inclusive, hasta indeseable para otras instalaciones.
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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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El impulsor es el corazón de la bomba centrifuga. Hace girar la masa de líquido con la velocidad periférica de las extremidades de los álabes, determinando así la altura de elevación producida o la presión de trabajo de la bomba. Basándonos en el diseño de la entrada de agua, las impulsores se clasifican en:

a) impulsores de admisión simple.
En un impulsor de admisión simple, el líquido entra al ojo de succión de la bomba por un solo lado.

b) impulsores de doble admisión.
Un impulsor de doble admisión es un par de impulsores de admisión simple arreglados uno contra otro en una sola fundición, por lo que el líquido entra al impulsor simultáneamente por ambos lados. En este tipo de impulsores, los dos conductos de succión de la cubierta están normalmente conectados a un conducto común de succión y a una sola boquilla de succión.

Comparativa entre Impulsores de Doble Admisión y de Admisión Simple:

Impulsores de admisión doble
a)Están, teóricamente, balanceados hidráulicamente en el eje.
b)Tienen mayor área de succión, por lo que la bomba opera con menos carga positiva de succión neta para una misma capacidad.
c)Permiten el uso de cojinetes de empuje de poco tamaño.
d)Suelen ser los mejores para cubiertas divididas axialmente de un solo paso (servicio general).
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Los impulsores también pueden ser clasificados por su diseño mecánico. Bajo este esquema, los impulsores se clasifican en:

a)Impulsores completamente abiertos
b)Impulsores semiabiertos
c)Impulsores cerrados.

Impulsores abiertos
Los impulsores abiertos se encuentran conformados solamente por álabes. Estos se hallan soldados a un cubo central para que puedan ser montados en la flecha sin forma alguna de pared lateral o cubierta.

La desventaja principal de este tipo de impulsor es su debilidad estructural. Si los álabes son largos, deben reforzarse con costillas o una cubierta parcial. Generalmente los impulsores abiertos se usan en bombas que manejan líquidos abrasivos (en las que el impulsor gira ente dos placas laterales, entre las paredes de la cubierta de la voluta, o entre la tapa del estopero y la de succión). El espacio libre entre los álabes del impulsor y las paredes laterales permite cierto deslizamiento de agua (similar a la pérdida de una bomba recíprocante): Este deslizamiento aumenta al aumentar el desgaste. Para restaurar la eficiencia original se deben reponer tanto el impulsor como las placas laterales. Esto, incidentalmente, requiere un gasto mayor del que se incurría en bombas de impulsor cerrado en las que la junta de escurrimiento la forman simples anillos.
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Es posible utilizar como un criterio para clasificar a las bombas centrifugas el diseño que posee para la entrada del agua.

Si tomamos en cuenta este criterio, entonces, los impulsores se clasifican en:

a) Impulsores de admisión simple para bombas centrifugas
En un impulsor de admisión simple, el líquido entra al ojo de succión de la bomba por un solo lado.

b)Impulsores de doble admisión para bombas centrifugas
los impulsores con admisión doble para bombas centrifugas consiste de un par de impulsores de admisión simple colocados uno frente al  otro en una sola fundición, de esta manera, el líquido entra al impulsor al mismo tiempo por ambos lados. En este tipo de impulsores, los dos conductos de succión de la cubierta están normalmente conectados a un conducto común de succión y a una sola boquilla de succión.

Comparación entre Impulsores de Doble Admisión y de Admisión Simple:

Impulsores de admisión doble para bombas centrifugas
a)Están, teóricamente, balanceados hidráulicamente en el eje.
b)Tienen mayor área de succión, por lo que la bomba opera con menos carga positiva de succión neta para una misma capacidad.
c)Permiten el uso de cojinetes de empuje de poco tamaño.
d)Suelen ser los mejores para cubiertas divididas axialmente de un solo paso (servicio general).

Impulsores de admisión simple para bombas centrifugas
a)Puede fabricarse con relativa facilidad.
b)No requiere una extensión de la flecha dentro de su ojo de succión.
c)Suelen ser las mejores para unidades de bombeo pequeñas.
d)Se prefieren para las bombas centrifugas que manejan materias en suspensión como las aguas servidas.
e)Son los de mayor uso en bombas centrifugas de varios pasos (por facilidad de diseño, menor costo inicial y menor mantenimiento).

Vea también:

Cojinetes para bombas
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Existe cierto sistema que permite clasificar a los impulsores. Este sistema utiliza como esquema de clasificación la forma y el modelado de los álabes de los impulsores:

a)Impulsores de álabes derechos o de álabes de curvatura simple para bombas centrifugas
En el caso de este tipo de impulsores, su principal característica se basa en que  las superficies de los álabes de los impulsores de la bomba  están generadas por líneas que son rectas paralelas con respecto al eje de rotación.
b)Impulsores de álabes Francis o de álabes de tornillo para bombas centrifugas
Para el caso de los impulsores de álabes Francis, es notable el hecho de que presentan en su superficie  una doble curvatura que los distingue del resto de los tipos de impulsores.
c)Impulsores de flujo mixto para bombas centrifugas
Este tipo de impulsores presenta como principal característica el hecho de que posee componentes de flujo axial y radial simultáneamente.
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