¿Qué son las bombas centrífugas?

¿Qué son las bombas centrífugas?

Las bombas centrífugas son un tipo común de bomba que utiliza la transferencia de energía rotacional de un impulsor para aumentar la presión y el caudal de un fluido. Estas bombas se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, que incluyen el suministro de agua, el procesamiento químico y los mercados industriales. El componente clave de una bomba centrífuga es el impulsor, que es un disco giratorio con álabes curvos que crean una zona de baja presión en la entrada de la bomba y una zona de alta presión en la salida.

Las bombas centrífugas son conocidas por su diseño simple, que consiste en una carcasa de voluta que alberga el impulsor y dirige el flujo de fluido desde el puerto de succión hasta el puerto de descarga. El impulsor está montado sobre un eje que es impulsado por un motor eléctrico u otra fuente de energía. A medida que el impulsor gira, imparte energía cinética al fluido, que luego se convierte en energía de presión a medida que el fluido fluye a través de la carcasa de voluta y sale por el puerto de descarga.

¿Cómo funcionan las bombas centrífugas?

Las bombas centrífugas funcionan convirtiendo la energía mecánica de un impulsor giratorio en energía cinética, que luego se utiliza para bombear fluidos. El impulsor, un componente clave de la bomba, consta de álabes curvos que giran rápidamente dentro de la carcasa de la bomba. A medida que el impulsor gira, crea una zona de baja presión en el centro, que atrae el fluido hacia la bomba a través del puerto de succión.

El fluido entra por el ojo del impulsor y es capturado por los álabes giratorios. A medida que el fluido se mueve hacia afuera a lo largo de los álabes, gana velocidad y presión. La fuerza centrífuga generada por el impulsor giratorio empuja el fluido a través de la carcasa de la bomba y hacia el puerto de descarga, donde sale de la bomba a una presión más alta que cuando entró.

Diseño de bombas centrífugas

El diseño de las bombas centrífugas varía según la aplicación específica y el tipo de fluido que se bombea. Sin embargo, la mayoría de las bombas centrífugas constan de dos componentes principales:

Voluta

La voluta es una carcasa en forma de espiral que rodea el impulsor. Su función principal es recoger el fluido descargado desde el impulsor y guiarlo hacia el puerto de descarga. La voluta está diseñada para aumentar gradualmente su área de sección transversal, lo que ayuda a convertir la velocidad del fluido en presión.

Difusor

En algunos diseños de bombas centrífugas, se utiliza un difusor en lugar de una voluta. El difusor es un conjunto de álabes fijos que rodean el impulsor. A medida que el fluido se mueve a través del difusor, los álabes guían el flujo y ayudan a convertir la velocidad del fluido en presión. Los difusores se utilizan comúnmente en bombas centrífugas multietapa.

Partes de bombas centrífugas

Las bombas centrífugas constan de varios componentes clave que trabajan juntos para garantizar un funcionamiento eficiente y confiable:

Impulso

El impulsor es el componente giratorio de la bomba que genera la fuerza centrífuga necesaria para mover el fluido. Está formado por un conjunto de álabes curvos que están diseñados para atraer el fluido hacia adentro y acelerarlo hacia afuera. Los impulsores pueden estar hechos de diversos materiales, como hierro fundido, acero inoxidable o materiales compuestos, según la aplicación y el tipo de fluido que se bombee.

Difusor o caja de voluta

El difusor o carcasa de voluta es el componente estacionario que rodea al impulsor. Su función principal es recoger el fluido descargado desde el impulsor y guiarlo hacia el puerto de descarga. La carcasa también ayuda a convertir la velocidad del fluido en presión.

Eje y manguitos de eje

El eje es el componente giratorio que conecta el impulsor al motor. Está sostenido por cojinetes y sellado para evitar fugas. Los manguitos de eje se utilizan a menudo para proteger el eje del desgaste y la corrosión, especialmente al bombear fluidos abrasivos o corrosivos.

Aspectos

Los cojinetes se utilizan para sostener el eje y garantizar una rotación suave. Pueden ser cojinetes de bolas o cojinetes de deslizamiento, según la aplicación y los requisitos de carga.

Sellos mecánicos

Los sellos mecánicos se utilizan para evitar fugas a lo largo del eje. Consisten en dos superficies de contacto, una fija y otra giratoria, que se mantienen unidas mediante la presión de un resorte. Los sellos mecánicos se utilizan ampliamente en bombas centrífugas debido a su confiabilidad y capacidad para manejar una amplia gama de fluidos y presiones.

Tipos de bomba

Existen dos tipos principales de bombas: bombas de desplazamiento positivo y bombas centrífugas. Las bombas de desplazamiento positivo funcionan moviendo físicamente una cantidad fija de fluido con cada ciclo, mientras que las bombas centrífugas utilizan la energía cinética de un impulsor giratorio para impulsar el fluido a través de la bomba.

Bomba de desplazamiento positivo

Las bombas de desplazamiento positivo son un tipo de bomba que mueve fluido encerrando repetidamente un volumen fijo y moviéndolo mecánicamente a través del sistema. Se utilizan normalmente para aplicaciones de alta presión y bajo caudal y pueden manipular líquidos viscosos. Entre los ejemplos de bombas de desplazamiento positivo se incluyen las bombas de cavidad progresiva, las bombas de diafragma y las bombas con motor neumático.

Bomba centrífuga

• Bombas centrífugas monoetapa:Estas bombas tienen un solo impulsor y son las más adecuadas para aplicaciones de presión baja a moderada. Se utilizan comúnmente en el suministro de agua, el riego y los mercados industriales.
• Bombas centrífugas multietapa:Estas bombas cuentan con múltiples impulsores en serie, y cada etapa aumenta la presión del fluido. Las bombas multietapa se utilizan cuando se requieren presiones más altas, como en el suministro de agua de calderas y en aplicaciones de limpieza a alta presión.
• Bombas centrífugas de flujo axial:También conocidas como bombas de hélice, estas bombas tienen un diseño axial en el que el impulsor empuja el fluido a lo largo del eje del eje. Se utilizan comúnmente en aplicaciones con altos caudales y requisitos de baja altura, como el control de inundaciones y el riego.
• Bombas centrífugas de flujo radial:En estas bombas, el fluido ingresa al impulsor axialmente y se descarga radialmente, perpendicular al eje. Las bombas de flujo radial son adecuadas para aplicaciones de alta presión y pueden manejar una amplia gama de fluidos, incluidos líquidos limpios, productos químicos y agua caliente.

Ventajas de las bombas centrífugas

1. Diseño simpleLas bombas centrífugas tienen menos partes móviles en comparación con las bombas de desplazamiento positivo, lo que las hace más fáciles de fabricar, operar y mantener.
2. Alta eficiencia:Las bombas centrífugas pueden alcanzar altas eficiencias, especialmente cuando operan en su punto de máxima eficiencia (BEP).
3. Amplia gama de aplicaciones:Las bombas centrífugas pueden manejar una amplia variedad de líquidos, incluido agua, productos químicos e incluso algunos fluidos viscosos.
4. Bajo costo:Debido a su diseño simple y altos volúmenes de producción, las bombas centrífugas son generalmente menos costosas que otros tipos de bombas.
5. Flujo suave:Las bombas centrífugas proporcionan un flujo constante y no pulsante, lo cual es esencial para muchas aplicaciones.

Desventajas de las bombas centrífugas

1. Elevación de succión limitada:Las bombas centrífugas tienen una capacidad de elevación de succión limitada, lo que significa que deben ubicarse cerca de la fuente de fluido o requieren cebado.
2. Baja eficiencia en condiciones fuera de diseño:Las bombas centrífugas son más eficientes cuando funcionan en su punto de máxima eficiencia (BEP). La eficiencia disminuye significativamente cuando funcionan a caudales o presiones que se alejan del BEP.
3. No apto para fluidos de alta viscosidad.:Las bombas centrífugas no son adecuadas para bombear fluidos de alta viscosidad, ya que la mayor resistencia del fluido puede reducir significativamente la eficiencia y el rendimiento de la bomba.
4. Riesgo de cavitación:Las bombas centrífugas son susceptibles a la cavitación, que ocurre cuando la presión del fluido cae por debajo de su presión de vapor, lo que lleva a la formación de burbujas de vapor que pueden dañar la bomba.

Bombas centrífugas y bombas de desplazamiento positivo

Factor	Bombas centrífugas	Bombas de desplazamiento positivo
Principio de operación	Utiliza energía cinética para mover fluidos acelerándolos radialmente hacia afuera.	Mueve fluidos desplazándolos físicamente con un mecanismo alternativo o rotatorio.
Caudal	Proporciona un flujo continuo y estable; el caudal varía con la presión de descarga.	Proporciona un caudal constante independientemente de la presión de descarga.
Eficiencia	Alta eficiencia para fluidos de baja viscosidad; la eficiencia disminuye al aumentar la viscosidad.	Mantiene una alta eficiencia tanto para fluidos de baja como de alta viscosidad.
Presión	Genera alta presión; adecuado para aplicaciones de gran altura.	Genera alta presión; ideal para aplicaciones de alta presión.
Manipulación de fluidos	Maneja fluidos limpios, de baja viscosidad y con pocos sólidos; no apto para fluidos sensibles al cizallamiento.	Maneja una amplia gama de fluidos, incluidos fluidos viscosos, sensibles al cizallamiento y abrasivos.
Mantenimiento	Bajos requisitos de mantenimiento debido al diseño simple y menos piezas móviles	Mayores requisitos de mantenimiento debido a un diseño más complejo y piezas móviles
Costo	Menor costo inicial y menor consumo de energía para aplicaciones de baja viscosidad.	Coste inicial más elevado pero mayor eficiencia energética para aplicaciones de alta viscosidad
Aplicaciones comunes	Abastecimiento de agua, riego, sistemas de refrigeración, alimentación de calderas y aplicaciones industriales en general.	Procesamiento químico, petróleo y gas, alimentos y bebidas, productos farmacéuticos y aplicaciones de medición.

Bombas ANSI vs. API

Factor	Bombas ANSI	Bombas API
Solicitud	Industria general, procesamiento químico, tratamiento de agua.	Petróleo y gas, petroquímica, refinerías
Diseño	Dimensiones estandarizadas y piezas intercambiables	Personalizado para aplicaciones específicas
Condiciones de operación	Temperaturas y presiones moderadas	Altas temperaturas, presiones y caudales.
Materiales	Hierro fundido, acero inoxidable, hierro dúctil.	Acero al carbono, acero inoxidable, dúplex, aleación 20
Cámara de sellado	Espacio más pequeño y limitado para sellos y planos de descarga.	Más grande, admite varios sellos y planes de descarga.
Eficiencia	Eficiencia moderada debido al diseño estandarizado	Mayor eficiencia gracias al diseño personalizado
Mantenimiento	Mantenimiento más sencillo gracias a piezas intercambiables	Mantenimiento más complejo gracias a piezas personalizadas
Costo	Menor costo inicial y costo de piezas de repuesto.	Mayor costo inicial y costo de las piezas de repuesto

Bomba centrífuga vs bomba centrípeta

Factor	Bomba centrífuga	Bomba centrípeta
Transferencia de energía	Convierte la energía rotacional en energía cinética del fluido.	Convierte la energía cinética del fluido en energía de presión.
Diseño del impulsor	Paletas curvas que empujan el fluido hacia afuera desde el centro.	Paletas rectas que guían el fluido hacia el centro.
Flujo de fluidos	Flujo radial desde el centro hacia el borde exterior del impulsor.	Flujo axial desde el borde exterior hacia el centro del impulsor.
Generación de presión	Genera presión al aumentar la velocidad del fluido y luego convertirla en presión en la carcasa de la voluta o el difusor.	Genera presión convirtiendo directamente la velocidad del fluido en presión.
Aplicaciones	Amplia gama de aplicaciones, incluido el suministro de agua, el procesamiento químico y los mercados industriales.	Aplicaciones limitadas, principalmente en campos especializados como el aeroespacial y ciertos procesos industriales.
Eficiencia	Generalmente mayor eficiencia debido a la conversión efectiva de energía rotacional en energía cinética del fluido.	Menor eficiencia en comparación con las bombas centrífugas debido a la conversión directa de energía cinética en presión.
Mantenimiento	Diseño relativamente simple, más fácil de mantener y reparar.	Diseño más complejo, que requiere mantenimiento y reparación especializados.
Costo	Generalmente más rentables debido a su uso generalizado y diseño más simple.	Costos más elevados asociados a su naturaleza especializada y diseño complejo

Aplicaciones de las bombas centrífugas

1. Abastecimiento y tratamiento de agua:Las bombas centrífugas se utilizan comúnmente para bombear agua en sistemas de suministro de agua municipales, riego y plantas de tratamiento de agua.
2. Sistemas HVAC:Las bombas centrífugas se utilizan en sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado para hacer circular agua u otros fluidos de transferencia de calor.
3. Procesamiento químicoLas bombas centrífugas se utilizan para transferir productos químicos en diversas industrias de procesamiento, como la petroquímica, la farmacéutica y la de procesamiento de alimentos.
4. Industria de petróleo y gasLas bombas centrífugas se utilizan para diversas aplicaciones en la industria del petróleo y el gas, como la transferencia de petróleo crudo, la impulsión de oleoductos y los sistemas de inyección.
5. Generación de energía:Las bombas centrífugas se utilizan en centrales eléctricas para sistemas de alimentación de agua, circulación de agua de refrigeración y transferencia de condensado.

Factores operativos de las bombas centrífugas

Caudales de regulación

La regulación es un método común que se utiliza para controlar el caudal en los sistemas de bombas centrífugas. Al ajustar la válvula de descarga, se puede reducir el caudal manteniendo una velocidad de bomba constante. Esto permite una mayor flexibilidad para satisfacer los diferentes requisitos de demanda. Sin embargo, la regulación también puede provocar un mayor consumo de energía y una menor eficiencia de la bomba, especialmente cuando funciona lejos del punto de máxima eficiencia (BEP) de la bomba.

Curvas de flujo de la cabeza

La curva de carga-caudal es una representación gráfica del rendimiento de una bomba centrífuga que ilustra la relación entre la carga total (presión) y el caudal. La forma de la curva de carga-caudal varía según el tipo de bomba, el diseño del impulsor y otros factores. Hacer funcionar una bomba demasiado lejos de su BEP puede reducir la eficiencia, aumentar el desgaste y provocar posibles daños en los componentes de la bomba.

Viscosidad

La viscosidad del fluido que se bombea es otro factor crítico en el funcionamiento de la bomba centrífuga. A medida que aumenta la viscosidad del fluido, el rendimiento de la bomba disminuye debido al aumento de las pérdidas por fricción y la reducción de la velocidad del flujo. Las bombas centrífugas generalmente son las más adecuadas para fluidos de viscosidad baja a media, como agua, aceites y algunos productos químicos.

Caballo de fuerza

Los requisitos de potencia de una bomba centrífuga dependen de factores como el caudal, la altura de elevación, la densidad del fluido y la eficiencia de la bomba. Seleccionar una bomba con la potencia adecuada es crucial para garantizar un funcionamiento eficiente y evitar la sobrecarga del motor. Es posible que se necesiten más caballos de fuerza cuando se bombean fluidos de alta viscosidad o cuando se opera a caudales y presiones elevados. El dimensionamiento y la selección adecuados de la bomba y el motor pueden ayudar a optimizar el uso de energía y reducir los costos de mantenimiento durante la vida útil del sistema.

Preguntas frecuentes

¿Por qué las bombas centrífugas no pueden manejar aire?

Las bombas centrífugas están diseñadas para bombear líquidos, no gases. Cuando entra aire en una bomba centrífuga, puede provocar que la bomba pierda la carga y deje de bombear. Esto se debe a que el aire interrumpe el flujo continuo de líquido a través de la bomba, lo que reduce su eficiencia y rendimiento.

¿Una bomba centrífuga es de CA o CC?

Las bombas centrífugas pueden funcionar con motores de CA (corriente alterna) o de CC (corriente continua). La elección entre CA y CC depende de la aplicación específica, la disponibilidad de la fuente de energía y los requisitos de control. Los motores de CA se utilizan con más frecuencia debido a su simplicidad, confiabilidad y menor costo, mientras que los motores de CC ofrecen un mejor control de velocidad y son adecuados para aplicaciones alimentadas por batería.