Bombas Centrifugas

Un impulsor que se saca de la cubierta de una bomba deberá examinarse cuidadosamente en todas sus superficies para ver si hay desgaste indebido, como de abrasión, corrosión o cavitación. La mayoría de las bombas para servicios general usan impulsores de bronce, que tienen una vida razonablemente larga. Ocasionalmente esas bombas operan en elevaciones de succión altas o a capacidades parciales y ambas cosas afectan la vida del impulsor más adecuado para esas condiciones.

Las bombas que manejan agua que contiene arena pueden usar impulsores de bronce, hierro colado, ferroníquel fundido y aún de acero al cromo, dependiendo de la cantidad de arena, su grado de abrasión y el carácter del agua.

Generalmente, se deberán usar siempre los materiales para los impulsores que forman una cubierta o película protectora, que se adhiera firmemente a los metales subyacentes y no se deslave con la corriente de agua. Sin embargo, el material abrasivo naturalmente erosión esta película protectora en muchos metales, haciendo su uso indeseable.
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Las bombas centrifugas, ya sean verticales u horizontales, están conformadas por una serie de partes con funciones muy específicas. Algunas de las partes de las bombas centrifugas son fijas, otras partes de las bombas centrifugas son rotatorias. En este resumen haremos un estudio muy breve de las partes de una bomba centrifuga clasificándolas en dos grandes grupos: fijas y rotatorias

Partes Rotatorias

Flecha o eje:
La flecha es una pieza de forma tubular en la que se sujetan todas las partes rotatorias de la bomba centrifuga. Esta parte de la bomba debe ser totalmente recta, es decir,  sin desviaciones, ya que su principal función es mantener alineadas las partes giratorias de la bomba centrifuga y la de transmitir el torque de giro.

Impulsores:
El impulsor es la parte de la bomba centrifuga que constituye el elemento vital de la bomba en sí misma. Su función es la de recoger el líquido por la boca de la bomba y lanzarlo con fuerza hacia la salida de la bomba. Para hacer esto el impulsor dispone de una serie de pequeñas partes llamada álabes. Gracias a los álabes el impulsor es capaz de darle velocidad de salida al líquido.

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Una bomba centrífuga es un dispositivo constituido por un conjunto de paletas rotatorias perfectamente encajadas dentro de una cubierta de manera que son capaces de impulsar al líquido que esté contenido en la cubierta gracias a la fuerza centrífuga.

Los elementos principales de toda bomba centrífuga son:

1. Un elemento estático conformado por chumaceras, estopero y cubierta.
2. Un elemento dinámico-giratorio comformado por un impulsor y una flecha

Las bombas centrifugas suelen clasificarse en:

1. Bombas Verticales
2. Bombas Horizontales

Sin embargo, existen otras clasificaciones basadas en ciertos componentes de la bomba, como ocurre en el caso de los impulsores:

1. Bombas con impulsores de flujo radial
2. Bombas con impulsores de flujo axial
3. Bombas con impulsores de flujo mixto

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La cavitación es un fenómeno indeseable que puede ocurrir durante el funcionamiento de las bombas centrífugas. Es importante señalar que la cavitación se produce debido a algún error durante el diseño del sistema de bombeo.

Si la bomba centrífuga trata de expulsar más líquido del que puede absorber se producirá un efecto de vacío en el interior de la bomba. Esto, obviamente, reducirá la presión por lo que se producirán burbujas de vapor (dicho de otra forma, cuando se alcanza la presión de vapor, el fluido se vaporiza y forma pequeñas burbujas de vapor) que principalmente rozarán a los álabes de los impulsores de la bomba, sin dejar de afectar otros componentes.

La cavitación tiene un efecto realmente destructivo (llamado corrosión por cavitación) en la estructura de la bomba centrífuga. Entre las características de una bomba centrifuga que ha sufrido daños por cavitación puede destacarse la erosión de los impulsores de la bomba centrifuga, la cual se da a tal grado, que las paredes del mismo pueden llegar a alcanzar el espesor de un papel, e inclusive, presentar grandes perforaciones con bordes muy afilados.
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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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Principios básicos
Como el coeficiente de fricción de rodamiento es menor que el de fricción de deslizamiento, no se debe considerar un balero en la misma forma como un cojinete de manga. En el primero, la carga se lleva en un punto de contacto de la bola con la pista, pero el punto de contacto no roza o desliza sobre la pista no se genera calor apreciable. Además, el punto de contacto está cambiando constatemente al rodar las bolas en la pista y la operación es prácticamente sin fricción. En el cojinete de manga hay un rozamiento constante de una superficie sobre otra, y la fricción debe reducirse por medio de un lubricante.

Los baleros operados a una velocidad absolutamente constante, en teoría, no requieren lubricante. Sin embargo, ninguna velocidad puede llamarse absolutamente constante, porque las condiciones que afectan la velocidad siempre varían ligeramente. Por ejemplo, un motor con velocidad de plena carga clasificado a 3510 rpm, puede variar de velocidad en el curso de un minuto de 3505 a 3515 rpm. Cada variación de velocidad tiene el efecto de hacer que las bolas de un cojinete se retrasen o adelanten en la pista, debido a su inercia. Consecuentemente se verifica una ligera acción de deslizamiento, casi inapreciable, pero, sin embargo, existente. Otra condición limitante es que hasta el metal más duro sufre deformaciones pequeñas al recibir carga, perturbando el punto perfecto de contacto y agregando otra ligera acción de deslizamiento. Por esta razón debe darse alguna lubricación a los baleros.
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En la actualidad existen una gran cantidad de tipos de cojinetes resistentes a la fricción para bombas centrifugas, es por ello que prácticamente se puede escoger un cojinete de este tipo para cualquier diseño de sistema de bombeo ideado. Por supuesto, la abundancia de modelos de cojinetes podría hacer dudar a un diseñador dando como resultado una escogencia equivocada con consecuencias trágicas para la bomba centrifuga. Como consecuencia de esto, lo más prudente es dejar la selección del cojinete al fabricante de la bomba centrifuga. Obviamente, es el fabricante de la bomba centrifuga quien puede hacer la mejor selección del cojinete para una aplicación en particular.

Los baleros que más se utilizan en bombas centrifugas son (1) los que estan constituidos por una sola hilera y surco profundo, (2) los que disponen de doble hilera y surco profundo, (3) los baleros de doble hilera y oscilante, y (4) los baleros de contacto angular con una o dos hileras. Todos, excepto los cojinetes de doble hilera oscilantes, son capaces de admitir cargas de empuje, inicialmente se usó para resistir sólo el empuje (en combinación con cojinetes de manga con babit), sin embargo su uso ha disminuido gradualmente, hasta el punto de que ahora se usa muy poco en bombas centrifugas.
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Aunque el cojinete sencillo de chumacera cilíndrica o de manga, ha sido sustituido por los cojinetes antifricción en la mayoría de los diseños, todavía tiene un gran campo de aplicación en el caso de las bombas centrifugas. En uno de los extremos, se usa por razones de economía de construcción; por ejemplo, en algunas bombas centrifugas pequeñas que se usan solamente para bombear líquidos limpios. El cojinete de manga interior de estas bombas centrifugas depende principalmente del líquido bombeando para su lubricación (algunas veces se coloca centrando un sello de agua en el cojinete y se conecta a la descarga de la bomba por la que se introduce el líquido a presión).

En el otro extremo, se usan cojinetes de manga en bombas centrifugas grandes para trabajo pesado, con diámetro de flecha de tales proporciones, que no se consiguen fácilmente cojinetes antifricción. Otra aplicación típica es en bombas centrifugas de varios pasos de alta presión, como las bombas de alimentación de calderas para presiones de 105 kg/cm2 y más altas, que requieren cojinetes de manga debido a una combinación de diámetro de flecha bastante grande y altas velocidades (3600 a 9000 rpm). Otra aplicación más, es en bombas centrifugas de turbina verticales en las que los cojinetes están sujetos al contacto con el agua, una condición que prohibe el uso de cojinetes antifricción. Además, una preferencia personal por los cojinetes de manga, es algunas veces lo bastante marcada para hacer que un comprador de bombas centrifugas hasta pague sobreprecio por un diseño especial, con modificaciones de una bomba de línea normal, para sustituir la construcción con baleros por esos cojinetes.
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Se suelen usar distintos materiales para las mangas del cojinete, pero los cojinetes con babbitt son los que se prefieren cuando el servicio es de trabajo pesado. La manga del cojinete puede consistir de una camisa de babbitt (de 3.175 mm de espesor o más) que está anclada en la concha del cojinete de fierro fundido, por medio de ranuras de cola de pato. Como se requiere una adhesión perfecta, las conchas se estañan primero y se vacía el babbitt a la temperatura de fusión del estaño.

El cojinete automotriz debe ser un cojinete de “precisión”. Este tipo de cojinete ha sido utililizado mucho en bombas de alta velocidad. Este cojinete consiste de una concha delgada de acero dividida con un depósito de babbitt igualmente delgado. Una ventaja de este tipo de cojinetes es que se consigue en una gran variedad de tamaños lo que permite utilizarlos en una gran diversidad de bombas centrifugas.

Para aumentar la carga en los cojinetes, los cojinetes de las bombas centrifugas de alta velocidad se hacen más cortos que los de las bombas centrifugas convencionales convencionales. Además, pueden incluir una construcción llamada construcción “antibatidora de aceite”. (La construcción de cojinetes para alta velocidad tiene como ventaja que da como resultado pesos más livianos de rotor que tienden a inducir el batido de aceite si no se toman en cuenta: Se provee una bolsa en la mitad superior del cojinete, en el que se acumula un colchón de aceite a presión durante la operación. Esta presión produce una fuerza hacia abajo en la chumacera de la bomba centrifuga que la sostiene en la parte inferior del cojinete y mantiene la vibración al mínimo.
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Este tipo de cojinete fue desarrollado primero para satisfacer la necesidad de un cojinete de pivote para turbinas de eje vertical y se ha aplicado gradualmente a otros aparatos giratorios, como las bombas centrifugas. El principio de operación es sencillo. Un cojinete ordinario cilíndrico o de manga tiene un espacio libre móvil entre la concha y la chumacera. Debido a la relación entre las superficies curvas y la atracción capilar de las partículas de aceite, se efectúa una acción de “bombeo” que jala una película, excepto con cargas excesivas. Para proporcionar un amplio suministro positivo de aceite frío al cojinete, se usa generalmente un dispositivo sencillo de gravedad, aunque la operación a velocidades más altas que da por resultado una tendencia máxima al calentamiento, requiere alguna forma de lubricación de alimentación forzada. En un collar de empuje ordinario, sujeto a altas presiones y velocidades, las superficies paralelas tienden a expulsar, aparentando la película de aceite. El contacto de metal a metal que resulta hace que este tipo de cojinete sea inadecuado para cargas pesadas. Es por ello que es utilizado en ciertas bombas centrifugas.
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