¿Cómo funcionan las bombas centrífugas?

Las bombas centrífugas en México son el tipo más común de bombas utilizadas en la industria, la agricultura, las plantas municipales (de agua y aguas residuales), las plantas de generación de energía, el petróleo y muchas otras industrias.

Las bombas centrífugas son el tipo de bomba principal en la clase de bombas denominadas bombas «cinéticas» y son claramente diferentes a las bombas de «desplazamiento positivo». Todas las bombas centrífugas incluyen un impulsor accionado por eje que gira (generalmente a 1750 o 3500 RPM) dentro de una carcasa. El líquido fluye hacia el puerto de succión (entrada) de la carcasa y se lanza al exterior de la carcasa y luego sale por el puerto de descarga. La velocidad impartida al líquido por el impulsor se convierte en energía de presión o «cabeza».

Las bombas centrífugas son únicas porque pueden proporcionar caudales altos o muy altos (mucho más altos que la mayoría de las bombas de desplazamiento positivo) y porque su caudal varía considerablemente con los cambios en el Cabezal Dinámico Total (TDH) del sistema de tuberías en particular. Esto permite que el caudal se «acelere» considerablemente con una válvula simple colocada en la tubería de descarga, sin causar una acumulación excesiva de presión en la tubería o que requiera una válvula de alivio de presión. Por lo tanto, las bombas centrífugas pueden cubrir una amplia gama de aplicaciones de bombeo de líquidos.

Flujos de aceleramiento

Como se describió anteriormente, una ventaja clave de las bombas centrífugas es la capacidad de «acelerar» sus caudales en un amplio rango. Las bombas centrífugas de estrangulamiento con una válvula de descarga no son tan eficientes energéticamente como usar un variador de frecuencia variable (VFD) para reducir la velocidad de la bomba/motor, pero su instalación es mucho menos costosa. Por supuesto, la aceleración de la velocidad de flujo de una bomba centrífuga tiene ciertos límites.

No deben acelerarse por debajo del «caudal de flujo mínimo seguro» indicado por el fabricante de la bomba por más de un minuto; de lo contrario, puede ocurrir una recirculación excesiva dentro de la carcasa de la bomba, lo que puede causar una acumulación excesiva de calor del líquido. Además, demasiada «aceleración» causará una desviación excesiva del eje, lo que aumentará el desgaste de los rodamientos y sellos dentro de la bomba.

Por lo tanto, el caudal ideal para una bomba centrífuga está cerca de su «Punto de mejor eficiencia» (BEP). El BEP se puede encontrar en muchas curvas de caudal de cabeza de la bomba que tienen curvas de eficiencia que se muestran en el mismo dibujo. El BEP para un modelo dado, la velocidad y el diámetro del impulsor es el punto donde la eficiencia es más alta; esto maximiza la eficiencia energética, así como la vida útil de los sellos y rodamientos dentro de la bomba.

Otro punto importante es que el funcionamiento de las bombas centrífugas a velocidades de motor de 1750 RPM en lugar de las velocidades de motor de 3500 RPM reducirá el desgaste de los sellos y rodamientos casi 4 veces y la bomba también tendrá menos probabilidades de cavitar cuando las condiciones de succión sean menos favorables tuberías de succión largas, Los «elevadores» altos de estanques o pozos, los niveles bajos del tanque de suministro o los líquidos con altas presiones de vapor, como agua caliente, gasolina, etc., están involucrados. Sin embargo, las bombas centrífugas que funcionan a 1750 RPM requieren carcasas e impulsores mucho más grandes que los que funcionan a 3500 RPM y, por lo tanto, cuestan considerablemente más dinero.

Cabeza – Curvas de flujo

La mayoría de los fabricantes de bombas centrífugas publican curvas de «Flujo de cabeza» para cada modelo, diámetro del impulsor y velocidad nominal (RPM) para las bombas centrífugas que fabrican. Un punto clave con respecto a estas curvas de flujo de cabeza es que todas las bombas centrífugas siempre funcionarán a lo largo de su curva de flujo de cabeza y el caudal resultante siempre estará en la intersección de la curva de flujo de cabeza de la bomba y la curva de «sistema», que es única para Cada sistema de tubería, fluido y aplicación.

Las curvas del sistema se pueden desarrollar con bastante facilidad utilizando el software de modelado hidráulico y comparándolas con varias curvas de flujo de cabeza de bomba para seleccionar adecuadamente las bombas centrífugas que cumplen con los requisitos únicos de sistema y caudal de cada usuario.

Por ejemplo, bombasumergible.com.mx cuenta con ingenieros en el personal para ayudar a los usuarios a seleccionar las bombas correctas para sus requisitos de sistema y caudal. Con el catalogo de bombas centrífugas puede seleccionar la que más necesite.

Otro punto importante es que las bombas centrífugas requerirán su potencia máxima, para un diámetro de impulsor y RPM dados, a la velocidad de flujo máxima en su curva de flujo de cabeza. A medida que aumenta la presión de la bomba centrífuga (o la presión de descarga) (es decir, se cierra la válvula de regulación, el llenado del tanque, la obstrucción del filtro, tuberías de diámetro más largo o más pequeño, etc.), el caudal disminuirá y la potencia también disminuirá.

Viscosidad

Las bombas centrífugas están diseñadas para líquidos con viscosidad relativamente baja que se vierten como el agua o como un aceite muy liviano. Se pueden usar con líquidos un poco más viscosos, como 10 o 20% en peso. aceites a 68-70 grados F (temperatura ambiente), pero se deben agregar más caballos de fuerza porque las bombas centrífugas se vuelven menos ineficientes con incluso leves incrementos en la viscosidad y requieren más caballos de fuerza.

Cuando la viscosidad de los líquidos excede la del aceite de 30% en peso a temperaturas ambiente (aproximadamente 440 centistokes o 2,000 SSU), las bombas centrífugas se vuelven muy ineficientes y requieren mucha más potencia. En esos casos, la mayoría de los fabricantes de bombas comienzan a recomendar bombas de desplazamiento positivo (como bombas de engranajes, bombas de cavidad progresiva) en lugar de bombas centrífugas para mantener bajos los requisitos de potencia y el consumo de energía.

Caballo de fuerza

Las bombas centrífugas también requieren un aumento en la potencia al bombear líquidos no viscosos que son más densos que el agua, como los fertilizantes y muchos productos químicos utilizados en la industria. El agua tiene una densidad de 8.34 lbs/galón. La gravedad específica de cualquier líquido es la densidad en libras/galón de ese líquido dividida por 8.34. El aumento requerido en caballos de fuerza para una bomba centrífuga utilizada para un líquido más denso que el agua es directamente proporcional al aumento en la gravedad específica del líquido.

Por ejemplo, si un fertilizante en particular tiene una gravedad específica de 1.40 (es decir, 1.4 veces la densidad del agua o 11.68 lbs/galón), entonces el aumento de la potencia para la bomba sería 1.4 veces la potencia requerida cuando se bombea agua con la misma bomba. Por lo tanto, en este ejemplo, si se requiriera un motor de 20HP para bombear agua, entonces se requeriría un motor de 30HP para bombear el fertilizante (en realidad, se requeriría 28HP, que es de 1.4 x 20 HP, pero el siguiente motor más grande comúnmente disponible es 30HP, ya que 25HP no sería suficiente.

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