Bombas centrífugas y bombas de desplazamiento positivo: una guía completa sobre tipos, rendimiento, selección y más

Las bombas son los caballos de batalla de innumerables operaciones industriales, pero seleccionar el tipo correcto puede ser un desafío. La elección entre bombas centrífugas y de desplazamiento positivo afecta significativamente el rendimiento. Estos dos tipos de bombas difieren enormemente en su funcionamiento, capacidades y aplicaciones.

En este artículo se explorarán las complejidades de cada una de ellas, se analizarán sus mecanismos, características de rendimiento y usos típicos y se brindará orientación para la selección óptima de la bomba. Se cubrirán aspectos importantes como los principios de funcionamiento, los caudales, el manejo de la viscosidad y las consideraciones de mantenimiento para ayudar a los profesionales del sector a tomar decisiones informadas.

¿Qué es una bomba centrífuga?

Una bomba centrífuga es un tipo de bomba rotodinámica que utiliza un impulsor giratorio para transmitir energía cinética al fluido, aumentando su velocidad y presión. Esta energía cinética se convierte luego en energía de presión cuando el fluido sale de la bomba.

Bombas centrífugas Se caracterizan por su capacidad de mover grandes volúmenes de fluido a presiones relativamente bajas, lo que los hace adecuados para una amplia gama de aplicaciones que involucran fluidos de baja viscosidad. Se utilizan ampliamente en diversas industrias, entornos domésticos y agricultura debido a su diseño simple, facilidad de operación y rentabilidad.

Principios de funcionamiento de las bombas centrífugas

Las bombas centrífugas funcionan según el principio de convertir la energía mecánica de un motor en energía cinética dentro del fluido. El proceso comienza cuando el motor eléctrico hace girar el eje de la bomba, que está conectado al impulsor. El impulsor, equipado con una serie de álabes o paletas, gira a alta velocidad, que normalmente oscila entre 500 y 5000 rpm. Esta rotación crea una fuerza centrífuga que atrae el fluido hacia el centro de la bomba, cerca del ojo del impulsor. A medida que el fluido se mueve a través del impulsor, gana velocidad y es empujado hacia los bordes exteriores de la carcasa.

La carcasa de la bomba está diseñada para recoger el fluido descargado por el impulsor y dirigirlo hacia la salida de la bomba. La forma de la carcasa convierte la energía cinética del fluido en energía de presión, lo que permite impulsar el fluido a través de la tubería de descarga. La clave aquí es que la bomba produce flujo al crear presión.

¿Qué es una bomba de desplazamiento positivo?

Una bomba de desplazamiento positivo es un tipo de bomba que mueve un fluido atrapando una cantidad fija de fluido en una cavidad y luego forzando o desplazando ese volumen hacia la tubería de descarga. A diferencia de las bombas centrífugas, que imparten energía cinética al fluido, las bombas de desplazamiento positivo crean un flujo constante al encerrar y transferir repetidamente volúmenes fijos de fluido.

Este mecanismo permite que las bombas de desplazamiento positivo manejen fluidos viscosos y generen altas presiones, lo que las hace ideales para aplicaciones que requieren dosificación precisa, alta presión y el manejo de fluidos desafiantes.

Principios de funcionamiento de las bombas de desplazamiento positivo

Las bombas de desplazamiento positivo funcionan atrapando mecánicamente un volumen fijo de fluido y moviéndolo desde el lado de succión hasta el lado de descarga de la bomba. Estas bombas utilizan una cavidad en expansión en el lado de succión y una cavidad decreciente en el lado de descarga. A medida que la cavidad en el lado de succión se expande, el fluido es aspirado hacia la bomba. A medida que la cavidad colapsa, el fluido es expulsado a través de la línea de descarga. Este proceso crea un flujo constante, proporcional a la velocidad de operación, independientemente de la presión. Las bombas de desplazamiento positivo se clasifican en dos tipos principales: reciprocantes y rotativas.

• Las bombas alternativas, como las bombas de pistón, de émbolo y de diafragma, utilizan un movimiento de ida y vuelta para crear la acción de bombeo.
• Las bombas rotativas, como las bombas de engranajes, de lóbulos, de tornillo y de paletas, utilizan elementos rotativos para mover el fluido.

La presión que generan estas bombas está determinada por la resistencia del sistema y pueden alcanzar presiones elevadas sin una caída significativa del caudal. Es importante tener en cuenta que una bomba de desplazamiento positivo seguirá produciendo caudal incluso con una descarga cerrada, lo que provoca un rápido aumento de la presión, lo que hace necesarias las válvulas de seguridad o de alivio de presión.

Comparación de bombas centrífugas y de desplazamiento positivo

Mecanismo de funcionamiento

Las bombas centrífugas funcionan mediante un impulsor que transmite energía cinética al fluido, lo que aumenta la velocidad y, posteriormente, la presión, moviéndolo a través de la bomba. No atrapan volúmenes fijos de fluido, sino que crean presión para mover el fluido.

Por otro lado, las bombas de desplazamiento positivo funcionan atrapando un volumen fijo de fluido dentro de una cámara y obligándolo a salir hacia la línea de descarga mediante una acción mecánica. Este mecanismo de desplazamiento directo les permite mantener un caudal constante independientemente de los cambios de presión.

Características del caudal

Las bombas centrífugas presentan un caudal variable que cambia con la presión del sistema. A medida que aumenta la presión, el caudal disminuye y viceversa.

Las bombas de desplazamiento positivo ofrecen un caudal casi constante, independientemente de los cambios de presión. El caudal es proporcional a la velocidad de funcionamiento de la bomba, lo que las hace ideales para aplicaciones que necesitan un caudal predecible y constante.

Manejo de la viscosidad

Las bombas centrífugas son las más adecuadas para fluidos de baja viscosidad, como agua, solventes y aceites livianos. Su rendimiento disminuye significativamente con fluidos de mayor viscosidad debido al aumento de las pérdidas por fricción dentro de la bomba. El caudal disminuye rápidamente a medida que aumenta la viscosidad.

Las bombas de desplazamiento positivo son excelentes para manipular fluidos de alta viscosidad, como aceites espesos, jarabes y lodos. El caudal puede aumentar con el aumento de la viscosidad. Están diseñadas con holguras internas que se adaptan a fluidos espesos, lo que garantiza un flujo constante independientemente de la viscosidad.

Capacidades de elevación por succión

Las bombas centrífugas estándar no son autocebantes y no pueden crear una elevación de succión, lo que significa que no pueden extraer fluido hacia la bomba.

Las bombas de desplazamiento positivo, debido a su diseño, pueden crear un vacío en el lado de entrada, lo que les permite extraer fluidos desde debajo del nivel de la bomba, proporcionando capacidades de elevación de succión.

Consideraciones sobre el corte

Las bombas centrífugas, con sus impulsores de alta velocidad, pueden provocar cizallamiento de los fluidos, lo que puede ser un problema para los materiales sensibles al cizallamiento. El motor de alta velocidad puede degradar el fluido a medida que pasa por la bomba.

Las bombas de desplazamiento positivo producen menos cizallamiento, lo que las convierte en una mejor opción para fluidos sensibles a la tensión mecánica o que contienen sólidos frágiles. A menudo se utilizan para manipular con cuidado fluidos sensibles al cizallamiento y que contienen sólidos frágiles.

Demandas de mantenimiento

Las bombas centrífugas generalmente requieren menos mantenimiento debido a su diseño simple y a la menor cantidad de piezas móviles. Esto las hace adecuadas para un funcionamiento continuo. Sin embargo, problemas como la cavitación, el desgaste del impulsor y las fugas en los sellos pueden requerir atención.

Las bombas de desplazamiento positivo suelen tener mecanismos más complejos con múltiples partes móviles, lo que genera mayores requisitos de mantenimiento.

Diferencias de costos típicas

Las bombas centrífugas suelen ser más rentables debido a su diseño más sencillo y a su amplia disponibilidad. Además, suelen tener costes de mantenimiento más bajos.

Las bombas de desplazamiento positivo tienen costos iniciales más altos, especialmente para los tipos especializados, debido a sus diseños más complejos. También tienen costos de mantenimiento más altos debido a los componentes internos más complejos y las piezas más propensas al desgaste. Sin embargo, pueden ser más eficientes energéticamente cuando se trabaja con fluidos de alta viscosidad.

Aplicaciones Típicas

Las bombas centrífugas se utilizan habitualmente en aplicaciones que implican fluidos de baja viscosidad y caudales elevados, como el suministro y la circulación de agua, el riego, el tratamiento de aguas residuales, el procesamiento químico, la producción de petróleo y gas, los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) y la generación de energía. También se utilizan para transferir y procesar grandes cantidades de líquido durante los procesos de cocción, envasado o limpieza en el procesamiento de alimentos.

Las bombas de desplazamiento positivo son las preferidas para aplicaciones que requieren una dosificación precisa, alta presión y el manejo de fluidos viscosos o sensibles al cizallamiento. Los usos típicos incluyen el bombeo de aceites espesos, la medición de productos químicos, la transferencia de ingredientes, jarabes y productos terminados en el procesamiento de alimentos, el manejo de fluidos corrosivos, abrasivos y de alta viscosidad en el procesamiento químico y la dosificación precisa en productos farmacéuticos.

Cómo seleccionar la bomba adecuada para su aplicación

Definición de los requisitos del sistema

El primer paso es definir claramente los requisitos de su sistema. Esto incluye comprender el fluido que se va a bombear, el caudal requerido, la presión necesaria y las condiciones operativas específicas. Determine el volumen de fluido que se debe mover en un período de tiempo determinado. El caudal se mide normalmente en galones por minuto (GPM) o litros por minuto (LPM).

Evalúe la presión o altura total que debe superar la bomba. Esto incluye la altura estática (la distancia vertical que debe elevarse el fluido) y las pérdidas por fricción dentro del sistema de tuberías.

Propiedades de los fluidos

Las propiedades del fluido que se bombea son un factor clave para seleccionar la bomba adecuada. La viscosidad, que se refiere al espesor del fluido o la resistencia al flujo, afecta el rendimiento de ambos tipos de bombas. Las bombas centrífugas son adecuadas para fluidos de baja viscosidad, mientras que las bombas de desplazamiento positivo son mejores para fluidos de alta viscosidad. También se deben considerar otras propiedades del fluido, como la densidad, la corrosividad y la presencia de sólidos.

Requisitos de caudal

El caudal requerido es un parámetro crítico. Si la aplicación requiere un caudal alto y constante a presiones más bajas, una bomba centrífuga puede ser adecuada para aplicaciones de baja viscosidad. Sin embargo, si la aplicación requiere un caudal constante incluso bajo presiones variables, una bomba de desplazamiento positivo es una mejor opción, especialmente si la viscosidad es alta. Si hay fluctuaciones en la demanda, una bomba centrífuga puede adaptarse mejor.

Necesidades de presión (cabeza)

Los requisitos de presión o altura del sistema también son importantes. Si la aplicación requiere alta presión, generalmente es más adecuada una bomba de desplazamiento positivo, ya que puede proporcionar un caudal constante sin una caída significativa de la presión. Las bombas centrífugas son más efectivas para aplicaciones de menor presión y pueden tener caudales que caen considerablemente cuando aumenta la presión.

Requisitos de potencia

El requerimiento de potencia de la bomba influirá en los costos operativos. Las bombas centrífugas son energéticamente eficientes en condiciones óptimas. Las bombas de desplazamiento positivo son más eficientes al manipular fluidos altamente viscosos y pueden mantener la eficiencia en un rango de presiones.

Además, tenga en cuenta la velocidad de funcionamiento de cada tipo de bomba, ya que las bombas centrífugas tienden a funcionar a velocidades más altas, mientras que las bombas de desplazamiento positivo funcionan a velocidades más bajas. Estas diferencias en las velocidades de funcionamiento pueden afectar la vida útil del sello y pueden influir en el proceso de selección.