Introducción: Para que un fluido fluya de un punto a otro en un ducto cerrado o en una tubería, es

necesario contar con una fuerza impulsora. Algunas veces, esta fuerza es la gravedad cuando hay diferencias de nivel. Por lo general, el dispositivo mecánico como una bomba o un ventilador, suministra la energía o la fuerza impulsora que incrementa la energía mecánica del fluido. Esta energía se puede usarse para aumentar la velocidad, la presión o elevación del fluido, de acuerdo a la ecuación de Bernoulli que relaciona velocidad con presión, densidad y trabajo. En general, una bomba es una máquina o dispositivo que se usa para mover un líquido incomprensible, por medio de la adición de energía al mismo. Bombas Centrífuga Una bomba es una máquina capaz de transformar energía mecánica en hidráulica. Un tipo de bombas son las centrífugas que se caracterizan por llevar a cabo dicha transformación de energía por medio de un elemento móvil denominado impulsor, rodete o turbina, que gira dentro de otro elemento estático denominado cuerpo o carcasa de la bomba. Ambos disponen de un orificio anular para la entrada del líquido. Cuando el impulsor gira, comunica al líquido una velocidad y una presión que se añade a la que tenía a la entrada. Propiedades de una Bomba Centrífuga: Dentro del campo normal de aplicación, las propiedades de una bomba centrífuga son: a.- Caudal uniforme, sin pulsaciones. b.- La presión o altura de elevación disminuye a medida que aumenta el caudal. En general, a partir del punto de funcionamiento, cuando se cierra la válvula de regulación de la tubería de impulsión aumenta la presión y se reduce la potencia. Sin embargo, las bombas de alta velocidad específica (impulsor semi-axial o hélice) no cumplen esta norma general. c.- La altura, medida en metros de columna de líquido, a la que eleva una bomba es independiente de la naturaleza del líquido y, por tanto, la altura a la que impele una bomba es la misma, prescindiendo de la influencia que ejerce la viscosidad. d.- La potencia absorbida por la bomba es proporcional al peso específico del líquido elevado. e.- El par requerido para el arranque de una bomba centrífuga es pequeño y la potencia absorbida durante su funcionamiento de régimen es continua y libre de sobrecargas, cuando la altura no varía y no hay perturbaciones ajenas a la bomba en la aspiración. Funcionamiento de las Bombas Centrífugas Las bombas centrífugas mueven un cierto volumen de líquido entre dos niveles; son pues, máquinas hidráulicas que transforman un trabajo mecánico en otro de tipo hidráulico. Los elementos constructivos de que constan son: a) Una tubería de aspiración, que concluye prácticamente en la brida de aspiración. b) El impulsor o rodete, formado por una serie de álabes de diversas formas que giran dentro de una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente al eje y es la parte móvil de la bomba. El líquido penetra axialmente por la tubería de aspiración hasta el centro del rodete, que es accionado por un motor, experimentando un cambio de dirección más o menos brusco, pasando a radial, (en las centrífugas), o permaneciendo axial, (en las axiales), adquiriendo una aceleración y absorbiendo un trabajo. Los álabes del rodete someten a las partículas de líquido a un movimiento de rotación muy rápido, siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrífuga, de forma que abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando su presión en el impulsor según la distancia al eje. La elevación del líquido se produce por la reacción entre éste y el rodete sometido al movimiento de rotación; en la voluta se transforma parte de la energía dinámica adquirida en el rodete, en energía de presión, siendo lanzados los filetes líquidos contra las paredes del cuerpo de bomba y evacuados por la tubería de impulsión.

La carcasa, (voluta), está dispuesta en forma de caracol, de tal manera, que la separación entre ella y el rodete es mínima en la parte superior; la separación va aumentando hasta que las partículas líquidas se encuentran frente a la abertura de impulsión; en algunas bombas existe, a la salida del rodete, una directriz de álabes que guía el líquido a la salida del impulsor antes de introducirlo en la voluta. c) Una tubería de impulsión.- La finalidad de la voluta es la de recoger el líquido a gran velocidad, cambiar la dirección de su movimiento y encaminarle hacia la brida de impulsión de la bomba. La voluta es también un transformador de energía, ya que disminuye la velocidad (transforma parte de la energía dinámica creada en el rodete en energía de presión), aumentando la presión del líquido a medida que el espacio entre el rodete y la carcasa aumenta.

Fig I.1.- Bomba centrífuga, disposición, esquema y perspectiva Este es, en general, el funcionamiento de una bomba centrífuga aunque existen distintos tipos y variantes. La estructura de las bombas centrífugas es análoga a la de las turbinas hidráulicas, salvo que el proceso energético es inverso; en las turbinas se aprovecha la altura de un salto hidráulico para generar una velocidad de rotación en la rueda, mientras que en las bombas centrífugas la velocidad comunicada por el rodete al líquido se transforma, en parte, en presión, lográndose así su desplazamiento y posterior elevación. CLASIFICACIÓN GENERAL DE LAS BOMBAS: En la actualidad se encuentran en uso dos tipos de bombas : a) Desplazamiento Positivo : i) Reciprocantes : ii) Rotatorias b) Rotodinámicas (Rotatorias): Centrífugas

Las bombas reciprocantes de desplazamiento positivo, presentan una frontera móvil (pistón) que fuerza al fluido a través de cambios de volumen. Se abre una cavidad (cilindro) y el líquido es entonces "comprimido" saliendo de la cavidad por medio de una válvula de salida. Todas las bombas de desplazamiento positivo producen un flujo pulsátil o periódico. Su mayor ventaja es que pueden manejar cualquier líquido independientemente de su viscosidad. CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS En las bombas centrífugas la energía se comunica al líquido por medio de álabes en movimiento de rotación, a diferencia de las de desplazamiento volumétrico o positivo, rotativas (de engranajes, tornillos, lóbulos, levas, etc. y alternativas de pistón, de vapor de acción directa o mecánicas. Las ventajas principales de las bombas centrífugas son: Caudal constante, presión uniforme, sencillez de construcción, tamaño reducido, bajo mantenimiento y flexibilidad de regulación. Uno de sus pocos inconvenientes es la necesidad de cebado previo al funcionamiento, ya que las bombas centrífugas, al contrario que las de desplazamiento positivo, no son autoaspirantes. Consideraremos los siguientes tipos de bombas centrífugas: a) Radiales, axiales y diagonales. b) De impulsor abierto, semiabierto y cerrado c) Horizontales y verticales. De cada uno se tratarán brevemente sus características constructivas, exigencias a las que responden, ventajas, desventajas y aplicaciones específicas. Factores de selección de las bombas.- En la selección de bombas hay que tener en cuenta los siguientes factores: Las propiedades físicas del líquido, como el peso específico, tensión de vapor, viscosidad, temperatura, sólidos en suspensión, etc; El NPSHd, presión de aspiración e impulsión de la máquina Disponibilidades de la planta (agua limpia a temperatura ambiente, agua caliente, vapor a baja presión, inyección de fuente externa, metanol, etc.) Tipo y dimensiones de la bomba, velocidad, diámetro del eje y/o camisa del eje, diámetro interior de la cámara del cierre, longitud de la cámara del cierre, distancia entre la cámara del cierre y el primer apoyo, cliente final, lugar de instalación de la planta, etc. - BOMBAS RADIALES, AXIALES Y DIAGONALES Hemos considerado como bombas centrífugas al conjunto de las propiamente centrífugas o radiales, en las que la energía se cede al líquido esencialmente mediante la acción de la fuerza centrífuga, hasta las axiales, en las que la energía se cede al líquido por la impulsión ejercida por los álabes sobre el mismo. En las bombas centrífugas radiales la corriente líquida se verifica en planos radiales, en las axiales en superficies cilíndricas alrededor del eje de rotación y en las diagonales se verifica radial y axialmente, denominándose también de flujo mixto. El tipo de una bomba, según esta primera clasificación, que atiende al diseño hidráulico del rodete impulsor, viene indicado por su velocidad específica en el punto de máximo rendimiento de la curva característica. El número específico de revoluciones nq no varía para un impulsor determinado, aunque lo haga su velocidad de giro n, ya que q y Hm se modifican también al mismo tiempo. Cada impulsor tiene una velocidad específica determinada, si bien ésta depende también del sistema difusor. El valor de nq tampoco cambia al alterar las dimensiones absolutas de un impulsor; todos los impulsores de rendimiento aceptable que tienen una misma velocidad específica son geométricamente semejantes, aunque pueden tener ligeras variaciones en el ángulo de salida, forma del álabe, etc.

La velocidad específica del impulsor es un índice de su geometría y proporciona una idea de sus dimensiones principales, Fig II.10. La relación entre los diámetros de entrada y salida d1 /d2 , es (dentro de ciertos límites) directamente proporcional a nq y era uno de los índices utilizados antes de que se impusiera el concepto de velocidad específica. La forma de los álabes en los impulsores de flujo radial es, en general, curvada hacia atrás con respecto al sentido de giro, b2 < 90º, y con superficies de simple curvatura, siendo la generatriz paralela al eje de rotación; en los impulsores helicoidales, los álabes son de doble curvatura y en los axiales tienen, además, un determinado perfil aerodinámico.

Fig II.10.- Campos de aplicación de los tres tipos de bombas centrífugas Rendimiento-velocidad específica.- En el extremo de las nq bajas, las pérdidas por rozamiento son grandes, de la forma: a) Pérdidas de carga debidas al más largo recorrido interno b) Pérdidas por rozamiento de las paredes del rodete impulsor de gran diámetro al girar en el líquido, (rozamiento del disco). Las pérdidas por fugas son también grandes. Al crecer la velocidad específica nq el rendimiento mejora hasta un cierto valor de la misma, por encima del cual, pérdidas superiores de difusión y deficiencia en el guiado del líquido le hacen disminuir de nuevo, aunque de manera más suave. Los rendimientos óptimos se calculan para una velocidad específica nq del orden de 50, Fig II.11, en la que la combinación de las pérdidas descritas, unas decrecientes y otras crecientes con nq , tiene un efecto mínimo. El que bombas de igual velocidad específica puedan tener rendimientos diferentes, menores para caudales más bajos, se debe a que las leyes de semejanza hidráulica no se cumplen exactamente con tener sólo en cuenta la semejanza geométrica existente. En la actualidad, las curvas (rendimiento-velocidad específica) se van desplazando paulatinamente en sentido ascendente al ir consiguiendo la técnica bombas cada vez más perfeccionadas.

Fig II.11.- Relación entre el rendimiento de diversas bombas centrífugas y su velocidad específica - BOMBAS DE IMPULSOR ABIERTO, SEMIABIERTO Y CERRADO Teniendo en cuenta su diseño mecánico o estructural, se pueden distinguir tres tipos de impulsores: a) De álabes aislados (abiertos) b) Con una pared o disco lateral de apoyo (semiabiertos) c) Con ambas paredes laterales (cerrados). Esta clasificación es independiente de la más general, que se refiere al tipo de diseño hidráulico, por lo que en esta nueva clasificación puede haber impulsores centrífugos y de flujo mixto, abiertos, semiabiertos o cerrados.

Cerrado De doble aspiración Semiabierto Abierto Fig II.12.- Tipos de impulsores

Fig II.13.- Rodete de bomba diagonal abierta y rodete de bomba cerrado tipo Francis Los impulsores axiales, por su misma estructura, sólo pueden ser semiabiertos o cerrados, ya que sus álabes se pueden considerar como apoyados lateralmente en el eje de rotación, que hace las veces de cubo del impulsor, como si fuese la pared posterior de los radiales y diagonales. Impulsores abiertos.- En un impulsor abierto, los álabes desnudos van unidos únicamente al eje de giro y se mueven entre dos paredes laterales fijas pertenecientes a la carcasa de la bomba, con tolerancias laterales lo más estrechas posibles para evitar fugas. Esta construcción es mecánicamente débil, por el largo voladizo en que trabajan los álabes, por lo que estos impulsores disponen siempre de una fracción de pared posterior para dar a los álabes la rigidez necesaria, Fig II.14.En la práctica no se hace distinción entre impulsores abiertos y semiabiertos, designando a ambos como abiertos, en oposición a los cerrados. Los impulsores abiertos se utilizan en algunas bombas radiales pequeñas y para el bombeo de líquidos abrasivos.

Fig II.14.- Empuje axial en impulsor abierto con álabes posteriores

Impulsores semiabiertos.- Los impulsores con una sola pared lateral, que siempre es la posterior, se emplean con cierta frecuencia, destacando las bombas de flujo mixto y todas las axiales. Al igual que en los abiertos, su buen rendimiento está basado en una tolerancia lateral muy estrecha, del orden de 0,3 mm, que evita fugas de la periferia al centro y en los canales del impulsor entre sí. Estas fugas son tanto mayores cuanto menos viscoso es el líquido por lo que con líquidos algo viscosos el caudal y la altura pueden aumentar, a pesar de las mayores pérdidas por rozamiento, lo que les hace más apropiados que los abiertos para trabajar con líquidos a altas temperaturas. Cuando el juego lateral se hace grande por el desgaste, hay que cambiar el impulsor. El desgaste del impulsor es proporcional a la velocidad relativa del líquido y no es radialmente uniforme, sino algo mayor en la periferia. Para el servicio con líquidos abrasivos algunas veces se disponen placas laterales de desgaste de fácil intercambio, construidas con materiales especiales como el acero inoxidable que tiene mayor dureza, que no resulta costoso, ya que el cuerpo de la bomba sigue siendo de fundición. La escasa tolerancia lateral del impulsor hace que una posible desviación del eje pueda tener graves consecuencias, al igual que las dilataciones o contracciones anormales, que en esta situación tienen mucha mayor importancia que en los impulsores cerrados. El empuje axial en los impulsores abiertos es mayor que en los cerrados, pues la parte anterior está sometida a una presión media menor; para paliar este defecto se les provee de álabes posteriores Fig II.15, que disminuyen en gran manera la presión media en la cara posterior. También sirven para evitar que el líquido quede estancado cerca del eje y empaquetaduras, ya que si aquel fuese abrasivo podría resultar muy perjudicial. El flujo a través de los agujeros de equilibrio en los impulsores abiertos provistos de álabes posteriores es, a menudo, de sentido contrario al normal en los cerrados, es decir, el líquido entra en ellos del lado de la aspiración. Las ventajas del impulsor abierto sobre el cerrado son: a) La menor tendencia a obstruirse que le hace adecuado para líquidos sucios b) El menor roce hidráulico del disco, al tener sólo una pared girando, de lo que se deduce un buen rendimiento c) Una mayor accesibilidad de los álabes para el mecanizado, lo que permite conseguir mejores acabados d) Una mayor facilidad de construcción, con modelos más sencillos, por lo que se puede utilizar una mayor variedad de materiales constructivos con un coste menor de fabricación. Aunque al principio los impulsores se hacían abiertos, de doble aspiración, hoy en día han caído en desuso por dificultades de ajuste y sólo se fabrican los de aspiración simple. Impulsores cerrados.- Los impulsores cerrados tienen los álabes colocados entre dos paredes laterales, anterior o de aspiración y posterior, Fig II.16. El estrecho margen de tolerancias.

Fig II.15.- Impulsor de una bomba de torbellino con álabes radiales a ambos lados del disco El estrecho margen de tolerancias existente para evitar fugas de retroceso entre la impulsión y la aspiración suele ser axial y está constituida por unas superficies anulares muy próximas, situadas

alrededor del orificio de aspiración (oído del impulsor) y formadas por los aros de cierre, uno estacionario montado en el cuerpo y el otro que gira montado en el impulsor. La principal ventaja de esta solución es que los aros de cierre se pueden cambiar fácilmente cuando se desgastan, recuperando la tolerancia primitiva, evitando así fugas mayores. Respecto al desgaste, se pueden hacer de materiales especiales para condiciones de funcionamiento y servicio particularmente duras.

Fig II.16.- Empuje axial en impulsor cerrado A menudo, en vez de estos aros dobles se utiliza sólo un aro montado en el cuerpo, de forma que la superficie rozante móvil pertenece al propio impulsor; en estos casos, en el impulsor se deja material suficiente para poder rectificar su superficie desgastada, si procede, cambiando el aro del cuerpo por uno nuevo de diámetro ligeramente diferente, de forma que deje el juego conveniente con el impulsor. Los impulsores de doble aspiración llevan aros de cierre en los dos oídos; sus ventajas son, ausencia de empuje axial, una menor NPSHr y una mayor capacidad de aspiración. Se pueden considerar como dos impulsores de aspiración simple, opuestos y en paralelo. Los impulsores de aspiración simple, cuando están provistos en la parte posterior de cámara de equilibrado del empuje hidráulico axial en comunicación con la aspiración a través de los agujeros de equilibrio, sólo tienen aros a ambos lados, lo que implica una desventaja para el equilibrado que, hidráulicamente, es bastante eficaz. Los impulsores cerrados pueden resistir mucho mejor cualquier flexión del eje, o contracciones y dilataciones mayores de las previstas, por lo que son más adecuados para servicios de altas temperaturas. Tienen la desventaja de que sus canales son normalmente inaccesibles para cualquier tipo de mecanizado, lo que exige métodos constructivos especiales, más difíciles, con modelos más complicados que en los abiertos. Hidráulicamente, el rozamiento de disco al tener el impulsor dos paredes, es doble que en los abiertos, pero las pérdidas por fugas son menores. La posibilidad de obstrucción con líquidos sucios es mayor y para ello se diseñan impulsores especiales con oído de gran área, canales lo más amplios posibles, pequeño número de álabes, 2 ó 3, y éstos con los bordes de entrada redondeados.BOMBAS HORIZONTALES Y VERTICALES El eje de rotación de una bomba puede ser horizontal o vertical, (rara vez inclinado). De esta disposición se derivan diferencias estructurales en la construcción de la bomba que a veces son importantes, por lo que también las aplicaciones de los dos tipos de construcción suelen ser, a menudo, distintas y bien definidas. Bombas horizontales.- La disposición del eje de giro horizontal presupone que la bomba y el motor se hallan a la misma altura; éste tipo de bombas se utiliza para funcionamiento en seco, exterior al líquido bombeado que llega a la bomba por medio de una tubería de aspiración. Las bombas centrífugas, sin embargo, no deben rodar en seco, ya que necesitan del líquido bombeado como lubricante entre aros rozantes e impulsor, y entre empaquetadura y eje. Como no son autoaspirantes requieren, antes de su puesta en marcha, el estar cebadas; esto no es fácil de conseguir si la bomba no trabaja en carga, estando por encima del nivel del líquido, que

es el caso más corriente con bombas horizontales, siendo a menudo necesarias las válvulas de pie, (aspiración), y los distintos sistemas de cebado. Como ventajas específicas se puede decir que las bombas horizontales, (excepto para grandes tamaños), son de construcción más barata que las verticales y, especialmente, su mantenimiento y conservación es mucho más sencillo y económico; el desmontaje de la bomba se suele hacer sin necesidad de mover el motor y al igual que en las de cámara partida, sin tocar siquiera las conexiones de aspiración e impulsión. Bombas verticales Las bombas con eje de giro en posición vertical tienen, casi siempre, el motor a un nivel superior al de la bomba, por lo que es posible, al contrario que en las horizontales, que la bomba trabaje rodeada por el líquido a bombear, estando, sin embargo, el motor por encima de éste. Bombas verticales de funcionamiento en seco.- En las bombas verticales no sumergidas, el motor puede estar inmediatamente sobre la bomba, o muy por encima de ésta. El elevarlo responde a la necesidad de protegerlo de una posible inundación o para hacerlo más accesible si, por ejemplo, la bomba trabaja en un pozo. El eje alargado puede ser rígido o flexible por medio de juntas universales, lo que simplifica el siempre difícil problema del alineamiento. Se emplean muy a menudo las mismas bombas horizontales modificadas únicamente en sus cojinetes. La aspiración es lateral, (horizontal); en las bombas grandes, frecuentemente, es por abajo, aunque a veces se transforma en lateral mediante un simple codo. La ventaja de las bombas verticales, es que requieren muy poco espacio horizontal que las hace insustituibles en barcos, pozos, etc; sin embargo se necesita un espacio vertical superior suficiente para permitir su cómodo montaje y desmontaje. Para bombas de gran caudal, la construcción vertical resulta en general más barata que la horizontal. Las bombas verticales se emplean normalmente en aplicaciones marinas, para aguas sucias, drenajes, irrigación, circulación de condensadores, etc. Bombas verticales sumergidas.- El funcionamiento sumergido de las bombas centrífugas elimina el inconveniente del cebado, por lo que el impulsor se halla continuamente, aún parado, rodeado por el líquido a impulsar y, por lo tanto, la bomba está en disposición de funcionar en cualquier momento. El control de la unidad requiere únicamente la puesta en marcha del motor de accionamiento, sin necesidad de dispositivos adicionales de cebado previo. La aspiración, que es siempre por abajo, Fig II.17, se hace a una cierta profundidad con respecto al nivel libre del líquido. Si esta profundidad es menor de lo debido, 2 ó 3 veces el diámetro del orificio de aspiración, se pueden crear en la superficie vórtices o remolinos por cuyo centro se introduce aire en la bomba, con la consiguiente pérdida de caudal y deficiente funcionamiento. El eje del que van provistas estas bombas, va guiado normalmente por cojinetes de fricción separados a intervalos regulares (de 1,5 a 3 metros) y lubricados por aceite, grasa, o el mismo líquido bombeado; en este último caso, el eje se suele disponer en el interior de la tubería de impulsión vertical, cerca del motor, en que ésta se desvía horizontalmente mediante un codo adecuado. En los casos de lubricación por grasa o aceite, el eje va dentro de un tubo portador de los cojinetes, siendo este conjunto, a su vez, exterior o interior a la tubería de impulsión. La otra solución tiene la ventaja de requerir un menor espacio, siendo en ambos casos innecesaria la empaquetadura, lo que constituye también una circunstancia muy favorable, dados los inconvenientes que ésta lleva a veces consigo.

Las bombas sumergidas tienen la ventaja de ocupar un espacio horizontal mínimo, sólo el necesario para acomodar el motor vertical y la impulsión, siendo incluso ésta a veces subterránea. Las ventajas hidráulicas son evidentes al desaparecer todos los problemas de aspiración que constituyen el principal inconveniente en el funcionamiento de las bombas centrífugas. Desde un punto de vista mecánico, esta disposición presenta grandes inconvenientes con respecto a la horizontal. Las bombas son inicialmente más caras y su mantenimiento mucho más elevado, ya que cualquier reparación exige el desmontaje de la bomba para izarla a la superficie. El eje alargado, somete a los cojinetes a un trabajo duro que sobre todo, si están lubricados por agua o líquidos sin grandes propiedades lubricantes, hace que su vida sea corta e imprevisible. Los tipos más importantes de bombas verticales sumergidas son, las bombas de turbina verticales o de pozo profundo, las bombas de hélice y las bombas de voluta sumergidas. Bombas de turbina verticales.- Entre las bombas sumergidas, las más importantes son las llamadas de pozo profundo, de sondeo o de turbina vertical, que fueron desarrolladas para la explotación de pozos, perforaciones y sondeos de diámetro reducido. Esta circunstancia limita forzosa-mente la altura por etapa, lo que conduce al concepto de bombas multicelulares para reducir el espacio. El impulsor de aspiración simple, puede ser radial o diagonal, según las condiciones de servicio y su construcción cerrada o semiabierta. Los impulsores semiabiertos, sin embargo, aparte de su mayor empuje axial, hasta el 50% mayor, requieren un ajuste vertical más cuidadoso durante el montaje. El conjunto de difusores del cuerpo de bomba y la tubería de impulsión, cuelgan del cabezal sobre el que va montado el motor, constituyendo el codo de desviación de la impulsión. A veces, los difusores se recubren interiormente de un esmalte especial que disminuye la rugosidad de la fundición y las pérdidas hidráulicas consiguientes, aumentando el rendimiento, dotando de una cierta uniformidad a las distintas unidades, lográndose una mejor resistencia a la corrosión y a la abrasión. La construcción de estas bombas permite montar el número de etapas deseado, que puede llegar a 20 o más, añadiendo simplemente difusores e impulsores semejantes uno sobre otro, lo que dota de cierta elasticidad a las aplicaciones, con las consiguientes ventajas de estandarización, disponibilidad de repuestos, etc.; no obstante, estas bombas participan de las desventajas mencionadas para las bombas verticales sumergidas, de ser caras y exigir unos costes de mantenimiento elevados. Las bombas verticales de turbina han llegado a un grado de perfección notable con rendimientos altos y determinadas ventajas hidráulicas; aunque empezaron siendo empleadas exclusivamente para riegos en pozos y perforaciones, sus aplicaciones industriales aumentan cada vez más, siendo en la actualidad más numerosas que las agrícolas, por lo que la denominación de bombas de pozo profundo va desapareciendo para adaptarse a la de bombas de turbina vertical. Dentro de este tipo se pueden distinguir las bombas provistas de eje alargado y accionadas por motor sumergible dispuesto inmediatamente por debajo de la bomba o bombas buzo. Bombas de turbina verticales de motor normal superior.- En estas bombas, el eje va por el interior de la tubería de impulsión, desnudo si la lubricación es por aceite, o dentro de un tubo protector si la lubricación es por agua de una fuente externa. El conjunto de impulsores y eje soportado por los cojinetes de empuje están colocados en el mismo cabezal o en la parte superior del motor, si su eje y el de la bomba están rígidamente acoplados (motores de eje hueco). Con estas bombas se pueden alcanzar unos 200 m.c.a., pero los problemas que ocasiona cualquier imperfección en la rectitud del eje, que influye en gran manera en la vida de los cojinetes y en la vibración del funcionamiento, crecen enormemente con la longitud del eje. Se puede considerar que la seguridad del eje es proporcional a su rigidez o resistencia a la flexión viniendo da- da por el factor D4 /L3 , siendo D el diámetro del eje y L su longitud.

Bombas de turbina verticales de motor sumergido.- Con objeto de evitar las desventajas que se derivan de la excesiva longitud del eje, en las bombas sumergidas se han desarrollado motores eléctricos capaces de funcionar a su vez rodeados de líquido y de dimensiones tales que les permite ir montados en el interior del pozo. De esta forma, colocando los motores inmediatamente por debajo de la bomba, desaparece la necesidad del eje, cojinetes y tubo protector, por lo que la columna puede ser de menor diámetro para pérdidas de carga semejantes. Los motores pueden ser de funcionamiento en seco con cierre hermético, o inundados, en cuyo caso los aislamientos han de tener características muy especiales. Las ventajas del motor sumergido se hacen apreciables, sobre todo, en pozos muy profundos de más de 30 m, o bien inclinados o curvados. El espacio requerido en la superficie es, evidentemente mínimo e incluso nulo con descarga subterránea. Las desventajas son un menor rendimiento y menor vida del motor y la necesidad ineludible del desmontaje total para cualquier revisión o reparación de la bomba o del motor. Bombas verticales de hélice.- Para manejar grandes caudales con pequeñas alturas se usan, a menudo, bombas hélice en posición vertical y funcionamiento sumergido. La simplicidad de estas bombas llega algunas veces a ser máxima, consistiendo sólo en el impulsor axial abierto provisto de un eje vertical, que gira dentro de la columna o tubería de impulsión. A veces pueden llevar un difusor o algunos álabes directores; a la entrada se pueden disponer también álabes directores, en alguna de estas bombas, con objeto de evitar o aminorar una pre-rotación excesiva de la vena líquida en la aspiración, que puede dar lugar a remolinos o vórtices en la superficie del líquido. El eje puede estar lubricado por aceite, en cuyo caso va dispuesto dentro del correspondiente tubo protector con los cojinetes de apoyo. El impulsor puede ir en voladizo o bien tener cojinete inferior, que aunque constituye un pequeño estorbo para la aspiración, tiene un papel importante dada la estrecha tolerancia radial entre el impulsor y la tubería que le rodea. En ciertas bombas de este tipo es posible desmontar desde arriba el eje y el impulsor, sin necesidad de retirar la columna, facilitándose algo la accesibilidad y el mantenimiento, lo que es posiblemente el más grave inconveniente de las bombas sumergidas.Conceptos Importantes en el manejo de las Bombas: - Carga: Es la conversión equivalente de presión (en Pa o psi) en columnas de agua (mts) a una gravedad específica igual a 1.00. - Carga Total: La carga total de un sistema contra la cual debe operar una bomba está compuesta de los siguientes componentes: Carga estática: Se refiere a la diferencia de elevación. Hay tres tipos de carga estática: - Carga estática total, que es la diferencia entre el nivel del líquido de descarga y el nivel del líquido de succión. - Carga estática de succión, que es la diferencia entre la línea del centro de la bomba y el nivel del líquido de succión. - Carga estática de descarga, que es la diferencia entre el nivel del líquido de descarga y la línea del centro de la bomba. Diferencia de presiones que existen en el líquido: como la presión de vapor. Carga de fricción: Es la carga equivalente en metro de líquido bombeado, que es necesaria para vencer las pérdidas de fricción causadas por el flujo del líquido a través de la tubería incluyendo todos los accesorios. Varía con: - La cantidad de flujo - El tamaño, tipo y condición de la tubería y accesorios - El carácter del líquido bombeado

Pérdidas de entrada y salida: La mayor parte de veces, el líquido bombeado viene de un tanque de alguna forma; el punto de conexión de la tubería de succión a la pared, se llama entrada de la tubería de succión, la pérdida por fricción en ese punto se llama “pérdida de entrada”. Del mismo modo existe una “pérdida de salida” en el punto salida de la tubería de descarga. Elevación correspondiente a la velocidad: Es la energía cinética de un líquido en cualquier punto (kg-m /kg líquido), si un líquido se está moviendo a cierta velocidad, la elevación correspondiente a la velocidad es equivalente a la distancia que la masa de agua tendría que caer para adquirir esa velocidad. - Carga total de succión y elevación de succión: (hs) Se define como la carga estática en la línea de succión de la bomba arriba de la línea del centro de la bomba menos todas las pérdidas de carga por fricción para la capacidad que se considera, más cualquier presión que exista en el abastecimiento de la succión. La elevación de succión es la carga total de succión negativa medida abajo de la presión atmosférica. - NPSH (carga neta positiva de succión): Es la carga disponible, medida en la abertura de succión de la bomba. Es la carga total de succión menos la presión de vapor del líquido. Una bomba operando con elevación de succión manejará un acierta capacidad máxima de agua fría sin cavitación. La NPSH o cantidad de energía disponible en la boquilla de succión de esa bomba es la presión atmosférica menos la suma de la elevación de succión y la presión de vapor del agua. Para manejar esta la misma cantidad se debe disponer de la misma cantidad de energía Existe dos tipos de NPSH: Requerida: Es una función del diseño de la bomba, representa un margen mínimo requerido entre la carga de succión y la presión de vapor a una capacidad determinada. Disponible: Es una característica del sistema en el que trabaja una bomba centrífuga, representa la diferencia entre la carga de succión absoluta existente y la presión de vapor a la temperatura dominante. - Carga de descarga: Es la altura de elevación medida en la boquilla de la descarga. Es la suma algebraica de la descarga estática, las pérdidas por fricción a la capacidad que se esta considerando, la pérdida de la salida en el extremo de la línea de descarga y la carga ternita o presión. - Carga Total: Es la energía impartida al líquido por la bomba, es decir, la diferencia entre la carga de descarga y la elevación de succión. - Potencia al Freno: Es la potencia requerida para mover la bomba generalmente se determina en caballos de fuerza y se llama potencia al frenoCurvas Características de las Bombas: Una curva de bombeo es la representación gráfica de una característica específica del rendimiento de una bomba. Interpretar estas gráficas puede ser útil, tanto para especificar las bombas para una aplicación, como para determinar si una bomba que ya ha sido instalada está rindiendo al nivel de su capacidad. Para las aplicaciones de bombeo de agua, las varias curvas que se ilustran son muy similares, simplemente ofreciendo información adicional.

Las primeras gráficas (figura A y B) muestran más o menos la misma bomba con motores que tienen distinto número de caballos de fuerza. Para seleccionar una bomba, calcule la presión dinámica requerida y el flujo necesario. Trace una línea desde el punto en el eje vertical Y que muestra la presión requerida paralela al eje horizontal X;

luego seleccione el flujo necesario y trace una línea desde ese punto, paralelo al eje vertical—es decir, el eje Y. La bomba requerida es aquella cuya línea está por encima del punto de intersección de esas dos líneas en la gráfica. En algunos casos, se añade más información a la gráfica. Los fabricantes de bombas a menudo añaden una gráfica de eficiencia a la tabla, que satisface los requisitos mínimos, se puede observar dónde queda, en términos de eficiencia (ver Figura D). Observando las eficiencias, al igual que los flujos de la bomba y las presiones hidrostáticas se puede maximizar el rendimiento de bombeo. En el caso de las bombas de superficie, o bombas de refuerzo, se añade otra línea a la gráfica. Esta línea aparece marcada en la gráfica de la Figura C con una flecha y se conoce como el campo NPSH* o de “presión neta positiva de succión”. Para que una bomba rinda adecuadamente, debe mantenerse un flujo de agua en el ojo de la bomba. Esto se logra, ya sea sumergiendo la bomba en el agua, o asegurándose de que el agua fluya hacia la bomba en todo momento. El flujo de agua es causado por dos fuerzas: la presión atmosférica sobre el agua, y la elevación del agua en sí. Si ésta alcanza un nivel mínimo, la bomba sufre por falta de agua, y el agua que entra al ojo de la bomba se vaporiza haciendo que la bomba cavite. Cavitación—el desgaste de una superficie de metal como resultado de un vacío parcial en el líquido—destruirá el impulsor y el armazón de una bomba. La vaporización es un producto de la presión reducida y temperatura elevada y es diferente a distintas elevaciones. Temperaturas más elevadas pueden ocurrir por el movimiento de la bomba o por una temperatura ambiental más alta, por lo que estos factores deben también considerarse al especificar una bomba. Relaciones de las características de la bombas Centrífugas: Existen ciertas relaciones que permiten que el funcionamiento de una bomba centrífuga se pueda predecir para una velocidad que no sea aquella para la cual se conoce la característica de la bomba, las cuales son:

donde:

n: la velocidad en r.p.m. Q: la capacidad en litro por minuto a la velocidad n H: la carga en metros a la velocidad deseada n par a la capacidad Q P: la potencia al freno en caballos de fuerza al velocidad deseada n con H y Q.

Cebado: Una bomba centrífuga se ceba cuando los conductos de la bomba se llenan con el líquido que se va a bombear. El líquido reemplaza al aire, gas o vapor en los conductos. La expulsión del aire, gas o vapor puede hacerse manualmente o automáticamente, dependiendo del tipo de equipo y controles usados. Alguien familiarizado con las bombas de desplazamiento positivo de los tipos reciprocantes y rotatorios, parecerá raro que una bomba centrífuga no pueda cebarse por sí sola. Las bombas de desplazamiento positivo, bombean aire como cualquier líquido y, por ello, expulsaran cualquier cantidad de aire que haya en la línea de succión. La bomba centrífuga también puede bombear aire, pero debido a la baja densidad del aire, la presión real desarrollada cuando se bombea, es muy pequeña. El vacío es insuficiente para el cebado normal.

Con una carga de succión positiva en la bomba, el cebado se logra escapando el aire atrapado al exterior de la bomba por una válvula provista para ese objeto. Si la bomba toma succión de un abastecimiento localizado debajo de la misma, el aire de la bomba debe evacuarse, ya sea con algún dispositivo que produzca vacío o instalando una válvula de zapata en la línea de succión, de modo que la bomba y su tubería de succión puedan llenarse con agua, o teniendo una cámara de cebado en la línea de succión.Cavitación Cuando un líquido en movimiento roza una superficie se produce una caída de presión local, y puede ocurrir que se alcance la presión de vaporización del líquido, a la temperatura que se encuentra dicho líquido. En ese instante se forman burbujas de vapor. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan. Este fenómeno recibe el nombre de cavitación. La implosión causa ondas de presión que viajan en el líquido y las mismas pueden disiparse en la corriente del líquido o pueden chocar con una superficie. Si la zona donde chocan las ondas de presión es la misma, el material tiende a debilitarse metalúrgicamente y se inicia una erosión que además de dañar la superficie provoca que ésta se convierta en una zona de mayor pérdida de presión y por ende de mayor foco de formación de burbujas de vapor. En el caso de las turbomáquinas, tanto en bombas como en turbinas se puede presentar dicho fenómeno, y la zona que resulta más susceptible de formación de cavitación en el caso de rodetes radiales y semiaxiales es la superficie adyacente al diámetro interior del rotor. - Altura de colocación de una Bomba y Altura Neta Positiva de Succión Como la cavitación es un fenómeno no deseado determinaremos el límite crítico de la distancia de colocación de una bomba para que ocurra dicho fenómeno. La caída de presión del líquido desde la brida de entrada hasta la entrada de éste al rodete sería:

donde es la presión del líquido en la brida y en la entrada al rodete.

Sabemos que la caída de presión del líquido desde la brida de entrada hasta la entrada del líquido al rodete es función de a) la caída de energía cinética desde la brida a la entrada al rodete

b) de las pérdidas hidráulicas que ocurran en ese trayecto las cuales

representaremos por

c) por las pérdidas al inicio de la trayectoria en el canal de entrada de los álabes, las

cuales representaremos por

Luego

Si llamamos resulta

en esta expresión llamaremos

Ahora bien, el momento crítico ocurre cuando a la entrada del rodete se alcanza la presión de vaporización del líquido a la temperatura que éste se encuentre, es decir:

La presión de entrada a la brida puede obtenerse a partir de la ecuación de Bernoulli donde:

donde por lo que se desprecia

Para el momento crítico de iniciación de la cavitación

Observemos que para una instalación puede ocurrir: en este caso la bomba cavitará la bomba operará libre de cavitación

En la práctica suele usarse otra expresión que resultan de las mismas ecuaciones anteriores sólo que se basan en la comparación del valor del NPSH, llamando NPSH requerido al entregado por el fabricante con la curva característica y NPSH disponible al valor calculado de la siguiente expresión:

Si éste valor resulta menor o igual al valor del NPSH requerido, indicará que está ocurriendo la cavitación. Es de mencionar que en muchos casos el valor de es el valor de la presión atmosférica siendo para este valor el caso usualmente más desfavorable.

Muy importante es llamar la atención sobre el término éste representa la altura geodésica a la cual se coloca una bomba por encima del nivel o superficie del líquido en un tanque ( o recipiente del líquido) desde donde succiona la bomba. Si la bomba está situada por debajo del nivel del líquido succionado el término será negativo y la ecuación anterior resultará

es decir

INTRODUCCIÓN Las bombas son de gran importancia en el trasiego de fluidos, debido a su capacidad de producir vacío, con lo cual se puede empujar el fluido hacia donde se desee transportar. Existe una infinidad de bombas las cuales tienen distintas funciones, todo depende del tipo de fluido de la temperatura a la cual se va a transportar y la presión que se soportará. Así surgen las bombas centrífugas que fundamentalmente son máquinas de gran velocidad en comparación con las de movimiento alternativo, rotativas o de desplazamiento. Funciona a altas velocidades, acopladas directamente al motor de accionamiento, con lo que consigue que las pérdidas por transmisión sean mínimas. Una bomba o una máquina soplante centrífuga consta esencialmente de uno o más rodetes provistos de álabes, montados sobre un árbol giratorio y cerrados en el interior de una cámara de presión denominada cubierta. BOMBAS Principio y Funcionamiento: Un equipo de bombeo es un transformador de energía, mecánica que puede proceder de un motor eléctrico, térmico, etc. Y la convierte en energía, que un fluido adquiere en forma de presión, de posición y de velocidad.

Así se tendrán bombas que funcionen para cambiar la posición de un cierto fluido. Por ejemplo la bomba de pozo profundo, que adiciona energía para que el agua del sub-suelo se eleve a la superficie. Un ejemplo de bombas que adicionan energía de presión sería una bomba en un oleoducto, en donde las cotas de altura así como los diámetros de tuberías y consecuentemente las velocidades fuesen iguales, en tanto que la presión fuesen iguales, en tanto que la presión fuese incrementada para poder vencer las perdidas de fricción que se tuviesen en la conducción. Existen bombas que trabajan con presiones y alturas iguales que únicamente adicionan energía de velocidad. Sin embargo a este respecto hay muchas confusiones en los términos presión y velocidad por la acepción que llevan implícita de las expresiones fuerza-tiempo. En la mayoría de las aplicaciones de energía conferida por la bomba es una mezcla de las tres. Las cuales se comportan de acuerdo con las ecuaciones fundamentales de la mecánica de fluidos.

Lo inverso a lo que sucede en una bomba se tiene en una máquina llamada comúnmente turbina, la cual transforma la energía de un fluido> en sus diferentes componentes citadas en energía mecánica.

Para una mayor claridad, buscando una analogía con las máquinas eléctricas, y para el caso específico del agua, una bomba sería un generador hidráulico, en tanto que una turbina sería un motor hidráulico.

Normalmente un generador hidráulico (bomba) es accionado por un motor eléctrico, térmico, etc. mientras que un motor hidráulico (turbina) acciona un generador eléctrico.

Tratándose de fluidos compresibles el generador suele llamarse compresor y el motor puede ser una turbina de aire, gas o simplemente un motor térmico. Antes de conocer los fundamentos de operación de las bombas es necesario distinguir las diferentes clases de bombas que existen, y para esto la clasificación dada por el “Hidraulic Institute” de E.U.A. (1984) parece ser la más adecuada. Existe una diversidad de clasificación de bombas que ocasionalmente puede causar confusión al intentar ubicarlas dentro de un cierto tipo, clave u otra distinción, sin embargo la más adecuada para propósitos de este trabajo es la proporcionada por el instituto de Hidráulica de los E.E.U.U.

Esta clasificación toma en cuenta la forma cómo el fluido se desplaza dentro de los elementos de la

bomba, así para aquellos en los que el fluido se desplaza a presión dentro de una carcaza cerrada, como resultados del movimiento suavizada de un pistón o embolo, se le denomina “bombas de desplazamiento positivo”, mientras que las bombas en las cuales el fluido es desplazado por el movimiento circular de uno o varios impulsores provistos de alabe, se les denomina “Bombas Centrifugas” y es en el presente trabajo a estas últimas a las que se hará referencia. La clasificación anterior parece ser la más adecuada sin embargo, puede ser útil conocer dentro de esta clasificación algunas características o situaciones que ayudara a seleccionar la bomba más adecuada. Si por ejemplo estás pueden ser clasificadas de la siguiente manera;

según el sistema donde funcionarán o la forma física de ella. Para la primera clasificación que es conocer el sistema donde la bomba tendrá su funcionamiento.

Consiste en saber si la bomba succionara del recipiente y con alturas variables o si la bomba se instalará en un sumidero o en una fosa. Así mismo en necesario el liquido que la bomba manejará : si con volátiles, viscosos, calientes o pastas aguadas, que así se manejará el concepto de densidad y partículas que la bomba pueda impulsar.

Respecto a la forma física de la bomba se debe tener en cuenta que existen bombas de eje horizontal o vertical, ambas de empujes centros o de desplazamiento positivo, baja o alta velocidad , también la especificación de los materiales deben ser compatibles con los líquidos que se bombearán.

Una practica común es definir la capacidad de una bomba con el número adimensional llamado velocidad específca, que se describe posteriormente que es función del número de revoluciones a las que giren sus participantes rotatorias, de la siguiente forma se puede ser de alta o baja velocidad. BOMBAS DE ROTOR MÚLTIPLE: Dentro de esta clase de bombas se encuentran las siguientes: Tornillo Lóbulo Bloque de Vaivén

Muchos tipos de éstas bombas tendrán funcionamiento adecuado durante mucho tiempo cuando bombean una mezcla de liquido y gas; la descarga neta de liquido se reducirá mucho si una parte del caudal, dentro de la bomba, es una mezcla de gas y liquido o de aire y liquido. Por ello siempre es necesario asegurar una presión o carga adecuada de succión para que la bomba se llene por completo con liquido y funciones sin cavitación.

TIPOS DE BOMBAS RECIPROCANTES: Existen básicamente de dos tipos: de acción directa, movidas por vapor y las bombas de

potencia. Existen muchas modificaciones de los diseños básicos, construidas para servicios específicos en diferentes campos algunas se clasifican como bombas rotatorias por los fabricantes, aunque en realidad utilizan el movimiento recíprocamente de pistones o émbolos para asegurar la acción de bombeo.

La clasificación de estas es: Pistón Embolo Diafragma

BOMBA CENTRIFUGA HORIZONTALES CLASES, TIPOS Y COMPONENTES PRINCIPALES: Las bombas centrifugas se fabrican en dos tipos: el horizontal y el vertical . la bomba primera tiene un propulsor vertical conectado a un eje horizontal. La bomba de tipo vertical consta de un propulsor horizontal conectado a un eje vertical.

La bomba centrifuga funciona bajo el principio de la centrifugación, en estas bombas el motor o cualquier otro medio que las accione hace girar una hélice con las arpas sumergidas en agua y encerradas en un estuche. El agua penetra en la caja e inmediatamente en el flujo del centro de dicho impulsor hacia los bordes del mismo o a las cajas parte exterior de la caja donde se eleva con rapidez la presión de la carga.

Para aligerar esta presión, el agua escapa por el tubo de salida. La bomba centrifuga no funciona hasta que la caja queda totalmete llena de agua o cebada.

Tanto las verticales como las horizontales succionan agua dentro de sus propulsores, por lo que deben ser instaladas a solo unos cuatro metros sobre la superficie del agua.

En estas condiciones el tipo vertical tiene mayor ventaja, porque puede bajarse a la profundidad que separa el bombeo y el eje vertical es lanzado a la superficie donde está el motor. la bomba centrifuga se limita al bombeo en los depósitos de agua, lagos o pozos poco profundos, donde la succión no es mayor de 6 metros.

La bomba centrifuga horizontal es la más usada, cuesta menos, es fácil de instalar y es más accesible para su inspección y mantenimiento, sin embargo, requiere mayor espacio que la bomba de tipo vertical. En la siguiente figura se muestra una bomba horizontal típica.

Figura 1. SECCIÓN TRANSVERSAL DE UNA BOMBA CENTRIFUGA HORIZONTAL MODERNA

Existen varias formas de clasificar las bombas centrifugas y entre ellas se tienen las siguientes:

CLASIFICACIÓN SEGÚN EL TIPO DE IMPULSOR:

IMPULSOR ABIERTO: En esta clase de impulsor las paletas están unidas directamente al núcleo del impulsor sin ningún plato en los extremos. Su uso está limitado a bombas muy pequeñas, pero se puede manejar cualquier liquido y además inspeccionarlo es muy sencillo. El impulsor se visualiza en la siguiente figura:

Figura 2. Impulsor abierto

IMPULSOR SEMI-ABIERTO: Su construcción varia en que está colocado un plato en el lado opuesto de la entrada del liquido y por ende esta más reforzada que el impulsor abierto como las paletas a estar unidas tienen la función de disminuir la presión en la parte posterior del impulsor y la entrada de materiales extraños se alojan en la parte posterior del mismo.

Figura 3. IMPULSOR SEMI-ABIERTO

IMPULSORES CERRADOS: Este impulsor se caracteriza porque además del plato posterior lo rodea una corona circular en la parte anterior del impulsor. Esta corona es unida también a las paletas y posee una abertura por donde el liquido ingresa al impulsor. Este es el impulsor mas utilizado en las bombas centrifugas por su rendimiento que es superior a las dos anteriores. Hay que hacer notar que debe ser utilizado en líquidos que no tienen sólidos en suspensión.

Figura 4. IMPULSOR CERRADO

CLASIFICACIÓN SEGÚN EL TIPO DE SUCCIÓN: Los cuales pueden ser: Simple succión Doble succión Las bombas de simple succión admiten agua solo por un lado del impulsor, mientras que las de doble succión lo hacen por ambos lados.

Hay que hacer notar que las bombas de doble succión lo hacen por ambos lados. Hay que hacer notar que las bombas de doble succión funcionan como si existieran doble (dos) impulsores, uno en contra posición del otro y esto elimina el problema de empuje axial. Otra

ventaja es la seguridad con la que trabajan frente a la cavitación, ya que el área de admisión del agua es superior a las de las bombas de simple succión.

CLASIFICACIÓN SEGÚN DEL NUMERO DE IMPULSORES EMPLEADOS: Bombas de una fase Bombas de múltiples fases Las bombas de una sola fase es la que la carga o altura manométrica total es proporcional por un único impulsor. Ahora la bomba de múltiples fases alcanza su altura manométrica o carga con dos o más impulsores, actuando en serie en una misma carcaza y un único eje, es por esto que las bombas de múltiples fases es utilizada en cargas manométricas muy altas.

CLASIFICACIÓN SEGÚN LA TRAYECTORIA DEL LÍQUIDO EN EL IMPULSOR: Bombas de flujo Radial En este tipo de bomba el liquido penetra al impulsor en dirección paralela al eje de la bomba y sale en dirección perpendicular al eje del impulsor. Las cargas manométricas a manejar son las altas. Bombas de flujo Axial Aquí el liquido penetra axialmente en el impulsor y su salida es en la misma dirección, es utilizada para cargas manométricas bajas. Bombas de flujo Mixto El flujo penetra axialmente en el impulsor y sale en una dirección intermedia entre radial y axial, las cargas manométricas manejadas son medias.

CLASIFICACIÓN SEGÚN LA CARCAZA: Bombas con Carcaza Tipo Voluta. La carcaza en este tipo de bombas es de voluta o espirar y no tienen paletas difusoras como se ve en la figura que sigue:

Figura 7. Bombas con Carcaza Tipo Voluta

La voluta recibe el liquido que sale del impulsor y transforma la mayor parte de la energía cinética en energía de presión. El área de la sección transversal de la voluta aumenta progresivamente en el arco de 360º descrito en torno al impulsor.

Debido a que la voluta no es simétrica existe un des-balance de presiones a lo largo de la misma, lo cual origina una fuerza radial muy considerable en caso de que la bomba trabajara fuera del punto de rendimiento optimo la magnitud de este empuje radial puede compensarse con un aumento del diámetro del eje con un sobre-dimensionamiento de los cojinetes, lo que encarece la bomba.

Bombas de difusor o Bombas-turbina: Este tipo de bomba se caracteriza por poseer, fijas a la carcaza, paletas direccionadoras

del flujo de agua que sale del impulsor, el que recorre el camino establecido por las paletas fijas, a lo largo de las cuales ocurre la transformación de energía cinética en energía de presión.

Hay que hacer notar que las bombas con difusor presentan el serio inconveniente de proporcionar el choque entre las partículas de agua a la entrada de difusor, cuando la bomba trabaja en un punto deferente al de diseño. Si existe una alteración en el funcionamiento de la bomba, en relación a lo considerado en el diseño, cambia el ángulo de salida de los diferentes líquidos, pero no se altera el ángulo de los difusores, presentándose el choque entre partículas, con la consecuente perdida de eficiencia de la máquina.

Las bombas con difusores fueron muy utilizadas al inicio del desarrollo de las bombas centrifugas pero fueron perdiendo importancia al perfeccionarse las técnicas para construir carcazas.

BOMBAS CENTRÍFUGAS: Principio de Operación La energía que se transmite del rodete del impulsor al agua será analizada de la siguiente

forma. La masa fundamental será: P da dr y la componente normal de aceleración vale U 2/r, la

fuerza centrípeta que se manifiesta tiene la expresión: Fc = P da dr U2/r

La resultante de las fuerzas de presión en dirección del centro de curvatura es dp da y en consecuencia tiene: Dp da=Pda dr U2/r Por consiguiente:

[1]Se supone que el fluido rota totalmente como un solo cuerpo, la velocidad y a cualquier distancia desde el eje de rotación es:

[2] Siendo la velocidad angular de rotación (que es constante), reemplazando [2] en [1] TEORÍA DEL IMPULSOR Esta teoría comprende el estudio de las componentes de la velocidad del flujo, el cual puede mejorarse recurriendo a un procedimiento gráfico en el que se usen vectores. La forma de tal diagrama vectorial es triangular y se conoce como triángulo de velocidades. Estos triángulos se pueden trazar para cualquier punto de la trayectoria dcl flujo a través del impulsor pero usualmente sólo se hacen para la entrada y salida del mismo. Los tres lados vectores del triángulo son: u: velocidad periférica del impulsor; w: velocidad relativa del flujo; c: velocidad absoluta del flujo. La velocidad relativa se considera con respecto al impulsor y la absoluta, con respecto a la carcaza; esta última es siempre igual a la suma vectorial de la relativa y la circunferencial. Las velocidades citadas llevan subíndices 1 6 2 según sean a la entrada o a la salida. Pueden llevar también los subíndices 0 y 3 que corresponden a un punto anterior a la entrada del impulsor y a uno posterior a la salida, respectivamente. Las componentes de la velocidad absoluta normales, a la velocidad periférica, son designadas como cm1 y cm. Para los diagramas de entrada y salida. Esta componente es radial o axial, según sea el impulsor. En general, se lo llamará meridional y llevará un subíndice m.

A menos que se especifique otra cosa todas las velocidades se considerarán como velocidades promedio para las secciones normales a la dirección del flujo. Esta es una de las aproximaciones hechas en los estudios teóricos y diseños prácticos, que no es exactamente verdadera en la realidad. La velocidad periférica u se podrá calcular con la siguiente ecuación:

3.1416D D x r.p.m. u =12 — x r.p.s. = 229 (pies/seg)

En la cual D es el diámetro del círculo en pulgadas.

CARGA TEÓRICA DE UNA BOMBA CENTRIFUGA La expresión para la carga teórica de una bomba centrífuga se obtiene aplicando el principio del momento angular a la masa de líquido que circula a través del impulsor. Este principio establece que el cambio del momento angular de un cuerpo con respecto al eje de rotación, es igual al par de fuerzas resultantes sobre el cuerpo, con respecto al mismo eje. Momento hidráulico de una vena es el que se origina por el impulso del agua de esta vena con respecto al eje de rotación. Consideremos una masa líquida que llene completamente el espacio entre dos aspas del im-pulsor. En el instante (t = O) su posición es abcd y después de un intervalo de tiempo dt su posición ha cambiado a eJgh, al salir una capa de espesor diferencial abef. Esta es igual a la masa líquida que entra en un intervalo de tiempo dt y está representada por cdgh La parte abgh del liquido contensdo entre las aspas. no cambia su momento hidráulico. Por lo tanto, el cambio de momento hidráulico del contenido total del canal está dado por el cambio de momento de la masa dm que entra al impulsor y la masa dm que sale. Este cambio del momento hidráulico es igual al ¡n~ mento de todas las fuerzas externas aplicadas al líquido contenido entre las dos aspas. Ahora bien, las fuerzas externas aplicadas al líquido Contenido entre las aspas son: La diferencia de presiones sobre los dos lados de cada vena (Pf Y Pb). Las presiones Pd y p. sobre las caras ab y cd son fuerzas radiales, por lo cual no tienen momento alrededor del eje de rotación. Las fuerzas de fricción hidráulicas que se oponen al flujo relativo y producen un par, además, del que ejercen las aspas del impulsor. Estas fuerzas se desprecian aún en el flujo idealizado.

Principios técnicos de operación de las bombas centrifugas Generalmente las bombas centrifugas se seleccionan para una capacidad y carga total determinadas cuando operen a su velocidad especificada. Estas características se conocen como condiciones especificadas de servicio y, con pocas excepciones, representan las condiciones en las que la bomba operará la mayor parte del tiempo. La eficiencia de la bomba deberá ser la

máxima para estas condiciones de servicio, y así se seleccionan las bombas siempre que es posible. Con frecuencia, sin embargo, se requiere que las bombas operen capacidades y cargas que difieren considerablemente de las condiciones especificadas. Son un ejemplo las aplicaciones para servicios de centrales de fuerza a vapor, en las que las bombas de alimentación de la caldera, de condensado y drenaje de calentadores pueden sujetarse a descargar a la caldera un flujo que puede variar de la capacidad total a cero, dependiendo de la carga que tiene en el momento el turbogenerador. Las bombas de circulación de condensado están sujetas a variaciones algo menores, pero, sin embargo, estas bombas pueden operar contra cargas totales muy variables y, por lo tanto, a distintas capacidades. Las bombas de servicio general en una gran variedad de aplicaciones también pueden sujetarse a operaciones con flujos muy variables. Es muy importante, por lo tanto, que el usuario de bombas centrifugas se familiarice con los efectos de operar las bombas a capacidades y cargas distintas a las especificadas y con las limitaciones impuestas sobre esa operación por consideraciones hidráulicas, mecánicas o termodinámicas. Operación de bombas centrífugas con flujos reducidos El tema de empuje radial en las bombas de voluta se ha hablado de él anteriormente. Como se describió, aun las bombas de doble voluta no siempre son apropiadas para operar con todos los flujos hasta cero. Por lo tanto, es imperativo adherirse a las limitaciones de los mínimos recomendados de flujo para operación continua dados por el fabricante. Otro problema se presenta por la operación de una bomba centrifuga con flujos extraordinariamente reducidos el problema termodinámico causado por el calentamiento del líquido manejado por la bomba. La diferencia entre los caballos de fuerza al freno consumidos y los caballos de fuerza hidráulicos desarrollados representa las pérdidas de energía dentro de la propia bomba, excepto una pequeña cantidad que se pierde en los cojinetes de la bomba. Estas pérdidas de energía se convierten en calor y transmiten al líquido que pasa por la bomba. Si la bomba está operando contra una válvula completamente cerrada, las pérdidas de energía son iguales a los caballos de fuerza al freno con descarga cerrada y, como no se origina ningún flujo por la bomba, toda esta fuerza se gasta en calentar la pequeña cantidad de líquido contenido en el cuerpo de la bomba. Al ocurrir este proceso, la misma cubierta de la bomba se calienta y cierta cantidad de calor se disipa por radiación y convección a la atmósfera circundante. Si la cantidad de calor agregado al liquido es pequeña, se puede transmitir por la cubierta con un diferencial bajo de temperatura entre el líquido de la cubierta y el aire exterior. Si la pérdida de energía es muy alta, sin embargo, la temperatura del liquido tendría que alcanzar un valor excesivamente alto, muy en exceso de la temperatura de ebullición a la presión de succión, antes de que la cantidad de calor disipada iguale a la generada por la bomba propiamente dicha. La operación de la bomba en esas condiciones tendría efectos desastrosos. El incremento de temperatura aumenta muy rápidamente con una reducción de flujo. Esto es causado por el hecho de que las pérdidas a bajas descargas son mayores cuando el flujo de líquido que debe absorber el calor generado en la bomba es bajo. Si la bomba está equipada con un dispositivo balanceador, una determinada porción de la capacidad de succión se regresa sea a la succión de la bomba o a la vasija que suministra la succión. Entonces, la capacidad de descarga no representa el verdadero flujo por la bomba. La formula para la elevación de temperatura y pueden todavía usarse, siempre que se haga una corrección para compensar el aumento de flujo de la bomba que representa el escurrimiento por el dipositivo balanceador. Al variar la elevación de temperatura con la capacidad de la bomba, la capacidad mínima permitida desde el punto de vista termodinámico depender de la elevación de temperatura máxima permisible, que varía en un amplio margen, dependiendo del tipo de instalación. Con bombas de

agua caliente, por ejemplo, las que están en servicio de alimentación a calderas, la elevación de temperatura generalmente se deberá limitar a 8.25°C. Por lo general, el flujo mínimo permisible requerido para sostener la elevación de temperatura en bombas de alimentacióna para calderas a 8.250C, es de 113.55 Lt/min por cada 100 lb. Si se requiere que la bomba opere con la válvula de descarga cerrada o con flujos extremadamente bajos, se deben proveer medios para evitar la operación con flujos menores que los permisibles, aunque la válvula de descarga o de retención este cerrada. Esto se logra insta-lando una línea de desvío en la descarga de la bomba localizada en el lado de la bomba de las válvulas de compuerta o retención y que vaya a algún punto de presión mas baja en la instalación en donde pueda disiparse el exceso de calor absorbido por la operación a bajo flujo. Bajo ninguna circunstancia deberá llevarse esta línea directamente a la succión de la bomba porque no habría medios para disipar el exceso de calor y se desvirtuaría totalmente el propósito de la colocación de la línea de desvío. En instalaciones de alimentación a calderas en las que las bombas toman succión de un calentador de aereador, el lugar lógico para regresar el flujo de recirculación es el calentador mismo. Puesto que el agua de la línea de desvío esta a una presión igual a la de la descarga de la bomba, se debe localizar un orificio en esta línea para limitar el flujo por esa línea al valor deseado. Cuan-do la presión diferencial abatida por el orificio es baja, se puede usar un orificio sencillo taladrado en una varilla de acero inoxidable de 7.5 a 15 cm de largo. La muestra flujos a través de ori ficios de distintos diámetros y con varias cargas diferenciales.

No se deberán colocar codos muy cerca de un orificio para evitar que se dañe la tubería. Si se tiene que doblar la tubería, el orificio deberá estar antes unos 30 a 45 cm de longitud de tubería recta y la junta en T que regresa al calentador. El extremo libre de la T deberá entonces tener otro tramo recto de tubería y terminar en un cople. El extremo del cople deberá equiparse con un tapón de acero inoxidable que resistir el embate de la corriente de alta velocidad que pasa por el orificio. Es mas sencillo y barato reponer el tapón, si es necesario, que un codo de la tubería. Cuando se tienen presiones mas altas que las indicadas o cuando el ruido debido al abatimiento de la presión de descarga por un solo orificio tenga que reducirse, se pueden conseguir e instalar orificios múltiples especiales para reducir la presión. Cualquiera que sea la instalación de una bomba centrifuga, no deberá operar al cierre durante un periodo lo bastante largo para causar una elevación de temperatura peligrosa. CEBADO Las bombas centrifugas casi nunca deben arrancarse sino hasta que están bien cebadas, es decir, hasta que se han Llenado con el liquido bombeado y se ha escapado todo el aire. Las excepciones son las bombas autocebantes y algunas instalaciones especiales de gran capacidad y baja carga y baja velocidad en las que no es práctico cebar antes de arrancar y el cebado es casi simultáneo con la arrancada. CALENTAMIENTO Las bombas que manejan líquidos calientes deberán mantenerse aproximadamente a la temperatura de operación cuando están inactivas. Un pequeño flujo constante a través de la bomba será suficiente para lograrlo. Hay muchas disposiciones disponibles para este procedi-miento de calentamiento. En algunos casos, el flujo va de la succión abierta, por la bomba, y sale por una válvula de calen -tamiento en el lado de la bomba de la válvula de descarga. Los drenajes de la válvula se regresan al ciclo de bombeo en un punto de presión mas baja que la de succión de la bomba.

En otros casos, el flujo va a través de la línea de brinco a través de la válvula de retención de la descarga, por la bomba y al cabezal común de succión. El arreglo exacto que se debe usar deberá recomendarlo el fabricante de la bomba. Algunos diseños de bombas son capaces de arrancar frías en una emergencia, mientras que otras nunca deberán exponerse a este choque repentino; se deberá consultar al fabricante de la bomba en cada caso particular. Algunas consideraciones generales son las siguientes:

Montaje de impulsores Si los impulsores de la bomba están montados con un ligero ajuste de encogimiento, el arrancar la bomba en frío no tendrá efectos nocivos. Sin embargo, si los impulsores estén montados con un ajuste sin interferencia en la flecha, el material de la cual se expansiona mas rápidamente que el material del impulsor, el ajuste por encogimiento se verifica cuando la bomba llega a su temperatura de operación. Una arrancada en frío en ese caso puede conducir a la operación con los impulsores ligeramente flojos. Bombas de doble cubierta En las bombas de doble cubierta como las que se usan para servicio de alimentación de calderas a alta presión, la posición relativa del conjunto interior y de la cubierta exterior deben examinarse cuidadosamente para ver si el arranque en frío puede causar dificultades o no. Cuando se admite repentinamente agua caliente a una bomba de doble cubierta fría, la expansión relativa del barril exterior de la cubierta y del elemento interior pasa por dos fases separadas y distintas. Al principio, el elemento interior, que es mucho mas ligero que el barril y que este en contacto más intimo con el agua caliente, se expansiona a velocidad considerablemente mayor que la propia cubierta exterior. Para simplificar el análisis, se puede suponer que el elemento interior alcanza su temperatura final antes de que haya un cambio de temperatura apreciable en la cubierta. Entonces, al continuar la operación de la bomba, la cubierta exterior se calienta y alcanza su propia temperatura final después de cierto tiempo. Si el barril de la cubierta no está aislado, la temperatura en su cara exterior puede ser algo más baja que la temperatura interna, pero esto es despreciable. Si cuando la bomba está parada o en servicio de repuesto, se permite que la temperatura del metal baje a 48.90 °C, la admisión repentina de agua a 160°C hará que el elemento interior se expansione 0.1397 cm con respecto al barril de la cubierta cuando alcance la temperatura final. Posteriormente, la cubierta exterior también llegará a su temperatura y se expansionará en una cantidad igual, nulificando la expansión inicial del elemento interior. El efecto de esta expansión relativa inicial, seguida por el regreso a la posición relativa inicial del elemento interior y la cubierta exterior, tendrá resultados diferentes en distintos dise–os, dependiendo de si la construcción de la bomba de doble cubierta permite o no el movimiento libre del elemento interior dentro del barril. Si lo permite, los eventos que se desarrollan tendrán muy poco efecto en la unidad. Sin embargo, si el elemento interior este confinado dentro de ciertos limites, se hace necesario imponer un empaque compresible de alguna manera entre el elemento interior y el barril o la cabeza de descarga. (Algunas veces estas empaquetaduras se colocan en ambos puntos). Estas juntas deben absorber la diferencia de expansión que se acaba de calcular. La efectividad y la vida de esas juntas compresibles determina si la unidad puede o no arrancarse en frío. Se debe tomar en cuenta también el efecto del método de calentamiento seleccionado. Es cierto que, en algunos casos, la bomba estará sujeta a cierta cantidad de distorsión porque el calor puede distribuirse desigualmente a varias partes de la bomba.

Cuando se ha terminado el calentamiento apropiado, sin embargo, esta distorsión deberá desaparecer. La distorsión no deberá haber afectado la bomba mientras estaba parada. Es nece-sario un cuidadoso análisis para verificar que una bomba que se arranca fría no sufre esta clase de distorsión durante su calentamiento, porque una interferencia en las juntas de operación o un desalineamiento en los cojinetes puede ser una causa posible de dificultades. Aunque algunas bombas se pueden arrancar frías, mientras que otras no, todas las bombas que manejan líquidos calientes se beneficiaran si se arrancan calientes si la operación de calentamiento asegura una distribución completa y uniforme del calor a todas las partes de la bomba. Verificaciones finales antes del arranque Después de que una bomba centrifuga se ha instalado correctamente y se han tomado todas las precauciones necesarias para alinearía con su impulsor, queda lista para servicio en su arranque inicial. Se recomiendan unas cuantas verificaciones de ultima hora. Los cojinetes y el sistema de lubricación deben estar limpios. Antes de poner la bomba en servicio se deben quitar las tapas de los cojinetes y lavar éstos con kerosina y limpiarlos completamente. No se debe emplear estopa para limpiar cojinetes porque puede caer pelusa en el lubricante; los trapos limpios son superiores para este objeto. Toda la grasa y el aceite que se usen en el sistema de lubricación deben estar libres de agua, mugre u otros contaminantes. Los cojinetes deben llenarse con lubricante limpio de acuerdo con las recomendaciones del fabricante. Con el acoplamiento desconectado, se deberá probar nuevamente la rotación correcta del impulsor. Generalmente hay una flecha marcada en la bomba para señalar la rotación correcta. Todas las partes deben inspeccionarse finalmente antes de arrancar. Debe ser posible dar vuelta al rotor de la bomba con la mano, y en caso de una bomba que maneje líquidos calientes, el rotor debe poder girar libremente con la bomba fría o calentada. Si el rotor está pegado o si se arrastra ligeramente, no debe operarse la bomba hasta que se localiza la causa de la dificultad y se corrige. Procedimientos de arranque y parada Los pasos necesarios para arrancar una bomba centrifuga dependerán de su tipo y del servicio en el que está instalada. Muchas instalaciones requieren pasos que son innecesarios en otras. Por ejemplo, las bombas de emergencia con frecuencia se conservan listas para arranque inmediato, especialmente las bombas centrifugas de alimentación a calderas. Las válvulas de compuerta de succión y descarga se tienen abiertas y se evita el flujo inverso por la bomba con una válvula de retención en la línea de descarga. Los métodos usados para arrancar bombas están influidos en gran parte por las características de funcionamiento de la bomba en cuestión, es decir, por la forma de su curva de fuerza-capacidad. Las curvas de cargas alta y mediana (velocidades especificas bajas y medianas) de la bomba suben de la condición de cierre a la condición de capacidad normal de operación; por lo tanto, estas bombas deben arrancarse contra la válvula de descarga cerrada a fin de disminuir la carga inicial en el impulsor. El uso de una válvula de retención en la línea de descarga es equivalente, para este objeto, a una válvula cerrada siempre que otra bomba está ya en la línea. La válvula de retención no se levantará hasta que la bomba que se esta arrancando ha llegado a una velocidad suficiente para generar una carga suficientemente alta para levantar la válvula de retención de su asiento. En ciertos casos, se deben tomar medidas precautorias contra sobrecalentamiento de la bomba por operar al cierre instalando una línea de desvío de recirculación.

La curva de consumo de fuerza de bombas de baja carga (velocidad especifica alta) del tipo de flujo mixto y de hélice tiene la característica opuesta, subiendo rápidamente con una reducción de capacidad. Esas bombas por lo tanto, se deberán arrancar con la válvula de descarga totalmente abierta, contra una válvula de retención si se requiere para evitar el flujo en sentido inverso. Suponiendo que la bomba considerada está movida a motor, que su potencia en caballos de fuerza no excede a la potencia segura del motor, y que se va a arrancar contra una válvula de compuerta cerrada, el procedimiento de arranque es el siguiente: 1.Cebe la bomba, abriendo la válvula de succión y cerrando las purgas para preparar la bomba para operación. 2.Abra la válvula de suministro de agua de enfriamiento a los cojinetes. 3.Abra la válvula de suministro de agua a los estoperos si son enfriados con agua. 4.Abra la válvula de suministro de liquido de sello si la bomba tiene ese equipo. 5.Abra la válvula de calentamiento de una bomba que maneja líquidos calientes si la bomba normalmente no se conserva a la temperatura de operación. Cuando la bomba se ha calentado, cierre la válvula. 6.Abra la válvula de la línea de recirculación si la bomba no debe operarse contra una descarga totalmente cerrada. 7.Arranque el motor. 8.Abra la válvula de descarga lentamente. 9.Observe el escurrimiento de los estoperos y ajuste la válvula de liquido de sello para tener un flujo apropiado de lubricación de la empaquetadura. Si la empaquetadura es nueva, no apriete el prensaestopas inmediatamente, sino déjese asentar el empaque antes de reducir el escurrimiento por los estoperos. 10.Verifique la operación general mecánica de la bomba y del motor. 11.Cierre la válvula de la línea de recirculación cuando ya haya suficiente flujo por la bomba para evitar sobrecalentamiento. Si la unidad se va a arrancar contra una válvula de retención cerrada con la válvula de compuerta de la descarga abierta, los pasos serían los mismos, excepto que la válvula de descarga de compuerta se deberá abrir un poco antes de arrancar el motor. En algunos casos, el agua de enfriamiento de los cojinetes y el agua de sello a los faroles del sello es suministrada por la misma bomba. Esto elimina la necesidad de los pasos (2) a (4) en el proce-dimiento de arranque. El procedimiento para parar una bomba también depende del tipo y del servicio de la bomba. Generalmente, el procedimiento para parar una bomba que puede operar contra una válvula de compuerta cerrada es el siguiente: 1. Abra la válvula en el sistema de recirculación. 2. Cierre la válvula de compuerta. 3. Pare el motor. 4. Abra la válvula de calentamiento si la bomba se va a conservar a la temperatura de operación. 5. Cierre la válvula del suministro de agua de enfriamiento a los cojinetes y a los estoperos si son enfriados con agua. 6. Si no se requiere el suministro de liquido de sello cuando la bomba este activa, cierre la válvula en esta línea de abastecimiento. 7. Cierre la válvula de succión y abra las válvulas de drenaje, según lo requiera cada instalación en particular, o si se va a abrir la bomba para inspección. Si la bomba no puede operar contra una válvula cerrada, se invierten los pasos (2) y (3). Muchas instalaciones permiten parar el motor antes de cerrar la válvula de compuerta de la descarga. Generalmente, el arranque y parada de bombas movidas con turbina de vapor requieren los mismos pasos y la misma secuencia que las bombas movidas por motor. Como regla general, las

turbinas de vapor requieren calentamiento previo al arranque y tienen purgas y sellos que deben abrirse y cerrarse antes y después de la operación. Por lo tanto, el operador deberá seguir concienzudamente todos los pasos se–alados por el fabricante para arrancar y parar la turbina. Esto también se aplica en el caso de las máquinas de combustión cuando se usan para mover bombas. Servicios auxiliares en bombas de repuesto Las bombas de repuesto se arrancan con frecuencia desde un lugar remoto y se cuenta con muchos métodos de operación para los servicios auxiliares, como el suministro de agua de enfriamiento a los cojinetes o a los estoperos. La selección entre estos métodos debe ser por las circunstancias específicas que rodean cada caso. Los métodos más lógicos son los siguientes: 1. Se puede mantener un flujo constante por las chaquetas de los cojinetes o los enfriadores de aceite y por los anillos faroles de los estoperos, ya sea que la bomba este operando o parada en servicio de repuesto. 2. Las conexiones de servicio pueden abrirse automáticamente siempre que se vaya a arrancar la bomba. 3. Las conexiones de servicio pueden conservarse cerradas mientras la bomba esta inactiva y dar instrucciones al operador para que las abra dentro de un corto intervalo después de que la bomba entre a la línea automáticamente. El método (1) desperdicia el agua de enfriamiento y puede ser perjudicial. La necesidad de regular la cantidad de agua de enfriamiento a los cojinetes de la bomba frecuentemente no se toma en cuenta y, por lo general, el error es enfriar demasiado y no el suministrar agua de enfriamiento insuficiente. Muchas fallas de baleros se deben a que el cojinete esta casi refrigerado de modo que resulta una condensación en las paredes frías interiores de las cajas de baleros que se mezcla con el aceite lubricante o grasa. La oxidación y las picaduras de las bolas conducen a dificultades obvias. La temperatura del agua de enfriamiento que sale no debe ser mucho menor de 40.60 a 46.1°C. El agua de enfriamiento con frecuencia se tiene a temperaturas bajas hasta de 15.60 a 21.1°C, y si se permite que fluya por la caja de baleros de una bomba inactiva instalada en una atmósfera tibia o húmeda, puede causar dificultades en los baleros. Mientras la bomba no esta trabajando, no se genera calor en los cojinetes y las cajas de los baleros se conservarán exactamente a la temperatura del agua de enfriamiento. Algunas veces el agua de enfriamiento o sello a los estoperos de la bomba tiene que conservarse si la bomba esta o no operando. Son ejemplos las bombas que manejan líquidos corrosivos para la empaquetadura o líquidos que pueden cristalizarse y depositarse en las mangas de las flechas. Si los estoperos están equipados con chaquetas enfriadas por agua, el dejar las conexiones abiertas todo el tiempo puede ser un desperdicio pero no representa un peligro especial. En el método (2) las líneas individuales de suministro de agua pueden equiparse con válvulas de control de presión de resorte. El lado de presión del diafragma esta conectado a la descarga de la bomba por medio de una línea piloto, de manera que las válvulas se abran tan pronto como la bomba arranque y levante presión. Si la bomba de repuesto esta movida a motor, se pueden usar válvulas de control operadas con solenoides en las líneas de suministro de agua de enfriamiento. Las válvulas permanecen cerradas por la acción del resorte mientras el solenoide no tiene corriente y se abren tan pronto como se conecta el motor a la línea, activando el solenoide. Las válvulas ya sea controladas por presión o por solenoide, deben tener dispositivos para seguro. Los operadores pueden fijarlas en posición abierta, cuando tienen tiempo para atender una bomba que se ha arrancado automáticamente.

Si se dispone de operadores cerca del lugar donde este colocada la bomba y si ésta es de un diseño y esta en un servicio que permitan que se opere durante unos minutos sin suministro de agua de enfriamiento o sello, el método (3) puede ser el más apropiado. Reglas generales para la operación de bombas Correr una bomba en seco Solo una bomba centrifuga con espacios libres excesivos entre las partes estacionarias y las giratorias podría trabajar en seco por tiempo indefinido. La mayoría de las bombas centrifugas tie-nen ajustes precisos en las juntas de escurrimiento y no pueden operar en seco de ninguna manera, o en algunos casos por más de unos segundos, sin dañarse seriamente. La única excepción a esta regla es un dise–o especial de bombas grandes de baja carga y cebado automático. La bomba se arranca en seco al arrancar la bomba de vacío y corre en seco por no más de dos minutos, tiempo al cual ya es completo el cebado y la bomba entra en operación normal. Para asegurar una operación provechosa en estas condiciones, los espacios libres en los anillos de desgaste se hacen ligeramente más grandes que en el diseño normal. Estrangulación de la succión de la bomba Si se estrangula la succión de una bomba centrifuga se origina una reducción de la presión absoluta en la entrada del impulsor. Esto puede hacerse para que resulte una reducción en capacidad forzando la bomba a operar '<en vacío" y reduciendo la capacidad de descarga por la alteración de la forma de la curva de carga-capacidad. Esa operación es da–ina para la bomba, a menos que, como en el caso de una bomba de condensado, está específicamente diseñada para ella. La eficiencia de la bomba se reduce cuando se opera aL vacío", pero, lo más importante es que se causa erosión y destrucción prematura por la cavitación provocada al estrangular la succión. La capacidad de la bomba puede reducirse simple y seguramente estrangulando la descarga. De esta manera, las perdidas artificiales por fricción se introducen estrangulando, y se obtiene una nueva curva del sistema que cruza la curva de carga-capacidad en el flujo deseado. Solo se permite estrangular la succión cuando la presión de succión excede en amplio margen los requerimientos mínimos, como en el caso de la segunda bomba de una unidad en serie. El efecto, sin embargo, no es reducir la capacidad por operación al vacío, sino más bien por la reducción de la carga total neta generada por la unidad en serie. Esto hace que las curvas de características de carga-capacidad y carga del sistema se crucen en un caudal menor. Operación de las bombas centrifugas y reciprocantes en paralelo Mientras que con frecuencia las bombas centrifugas se pueden operar en paralelo con bombas reciprocantes, el funcionamiento general de la bomba centrifuga se afectará tanto mecánica como hidráulicamente por las pulsaciones de la bomba reciprocante. Una bomba triplex tendría menos efecto en la operación de la unidad centrifuga, mientras que se tendrán dificultades de veras si se pone en paralelo una unidad centrifuga con una bomba de un cilindro de acción sencilla. Es importante no usar una línea de succión común para una bomba centrifuga y una reciprocante, especialmente si operan con elevación de succión alta. Una gran cantidad de los problemas que se encuentran en la operación de las bombas centrifugas no se pueden estudiar aquí’. Se debe consultar al fabricante de bombas si se tienen dificultades o si parece difícil la selección entre dos soluciones diferentes de un problema de operación.

EFICIENCIAS En una bomba centrífuga cl impulsor genera toda la carga. El resto de las partes no ayudan a aumentarla, sino que producen 3 pérdidas inevitables, tanto hidráulicas como mecánicas.

Todas las pérdidas que se originan entre los puntos donde se mide la presión de succión y descarga, constituyen las pérdidas hidráulicas. Estas incluyen pérdidas por fricción a lo largo de la trayectoria del líquido desde la bridas de succión hasta la de descargas; pérdidas debidas a cambio brusco, tanto en área como en dirección de flujo; y todas las pérdidas debidas a remolinos, cualquiera que sea su causa. La eficiencia hidráulica se define como la razón de la carga dinámica total disponible a la carga de entrada:

eh = H = Hi — pérdidas hidráulicas Hi Hi La eficiencia vena = Hi (carga dc entrada)

He (carga <le Euler)

Las pérdidas mecánicas incluyen pérdidas de potencia en chumaceras y estoperos y la fricción en el disco. La última pérdida es de tipo hidráulico, pero se agrupa con las pérdidas mecánicas puesto que se produce fuera del flujo a través de la bomba y no ocasionas una pérdida de carga.

La eficiencia mecánica es el cociente de la potencia realmente absorbida por el impulsor y convertida en cargas, y la potencia aplicada a la flecha de la bomba:

em = Potencia al freno—pérdidas mecánicas Potencia al freno

E total = ev*eh*em, ENTRADA AL IMPULSOR Y PRE-ROTACIÓN Al estudiar el efecto del canal de entrada al impulsor sobre el funcionamiento de éste, es mejor tomar en consideración parte del tubo de succión, ya que la reacción del impulsor sobre el flujo puede extenderse a una considerable distancia detrás del impulsor. El flujo a través del impulsor y después de él es causado por la caída del gradiente de energía abajo del nivel que existe con flujo nulo. Siguiendo el gradiente de energía, el líquido fluye por la trayectoria de mínima resistencia. El líquido adquiere una pre-rotación al entrar a los canales del ínpulsor, y su dirección depende del ángulo de entrada del aspas fa,, la capacidad a manejar y la velocidad periférica, factores que determinan el triángulo de velocidades a la entrada. Es evidente que la resistencia a fluir es mínima si el líquido entra al impulsor en un ángulo cercano al ángulo del aspas P’.Sin embargo, para una velocidad dada del impulsor sólo hay un gasto que prosigue al líquido entrar meridionalntente al impulsor sin pre-rotación. Con un gasto mayor que el normal, se necesita una pro-rotación en la dirección opuestas, es necesaria para que el líquido pueda satisfacer la condición de mínima resistencia. Stewart estableció con un instrumento especial llamado “rotómetro” la pre-rotación en un tubo de succión de 6”, midiéndola 18” atrás del impulsor. En capacidad cero, el rotómetro marcó una velocidad de 233 r.p.m. (la del impulsor eras de 1,135 r.p.m.), la cual decreció gradualmente a cero a medida que la capacidad se aproximaba a la normal. Entonces, el rotómetro incrementaba de nuevo su velocidad hasta 40 r.p.m. En estas pruebas no se podía observar el cambio en la dirección, cosa que acontece en la realidad; ya que el sentido, antes de la capacidad normal, es contrario al que existo después de este punto. La carga de succión medida en la boquilla fue más alta que el nivel estático del lugar donde se succionó, indicando la presencia del paraboloide de presiones, causado por el movimiento “vortex”.

El gradiente de energía es mayor en medio que cerca de las paredes. Por lo tanto, se producirán velocidades más altas en el ojo del impulsor, y dicha diferencia llega a ser bastante pronunciada con capacidades bajas. Es imposible estimar con certeza la dirección del flujo en las cercanías del impulsor, pero rara vez es meridional, o sea, sin pre-rotación. En bombas modernas de alta velocidad los ángulos de entrada de las aspas son grandes, debido a que los ángulos pequeños producen Una eficiencia más baja. La pre-rotación está dadas por el término substrativo de la ecuación de Euler, o sea, disminuye la carga teórica por lo que deberá tratarse de reducirla al mínimo, cuando se diseñan la carcaza y cabeza de succión.

VELOCIDAD ESPECIFICA

La velocidad específica n, se define como aquella velocidad en revoluciones por minuto, a la cual un impulsor geométricamente similar al impulsor en cuestión, pero pequeño, desarrollaría una carga unitaria a una capacidad unitaria.

La siguiente información acerca de la velocidad específica es Importante para el estudio y diseño de bombas centrífugas: a) El número se usa simplemente como una característica tipo, para impulsores geométricamente similares, pero carece de significado físico para el proyectista. b) La velocidad específica se usa como un número tipo, para diseñar las características de operación, solamente, para el punto de máxima eficiencia. c)Para cualquier impulsor, la velocidad específica varía de 0 a e en diversos puntos de la curva capacidad-carga, siendo cero cuando la capacidad es cero, e infinita cuando la cárga es nula. d) Para el mismo impulsor, la velocidad específica no cambia con la velocidad del mismo. Esto se puede comprobar expresando los nuevos valores de la carga y capacidad en término de los viejos, y substituyéndolos en la expresión de la velocidad específica. e) Para impulsores similares, la velocidad específica es constante en diferentes velocidades y tamaños f) Los incisos d) y e) presuponen la misma eficiencia hidráulica, y se aplican a todos los puntos de la curva H.Q. Los puntos de igual velocidad específica de varias curvas H.Q., para diferentes velocidades del mismo impulsor o para diversos tamaños de impulsores similares, son referidos a sus correspondientes puntos, o puntos de la misma eficiencia hidráulica. g) El estudio de la fórmula de la velocidad específica muestra que ésta aumenta con la velocidad y decrece al aumentar la carga. Un impulsor de alta velocidad específica se caracteri7.a por tener bastante ancho, en comparación con el diámetro del impulsor; una gran relación entre diámetro D,/D5 y un pequeño número de aspas. Si diferentes tipos de bombas proporcionan la misma carga y gasto, las bombas de alta velocidad específica girarán a una mayor velocidad y serán de menor tamaño; por consiguiente, serán más baratas y requerirán motores chicos de alta velocidad.h)En general, cualquier requisito de una condición carga—gasto se puede satisfacer con muchos tipos de impulsores de diferentes tamaños, operando a diferentes velocidades.

Como un ejemplo, supongamos que un impulsor de 15 pulgadas de diámetro a 1,800 r.p.m., desarrolla 200 pies dc carga y 2,500 g.p.m., de capacidad. ¿ Cuál será la velocidad y tamaño de un impulsor similar para dar 10,000 g.p.m., a 15 pies? La velocidad específica es n, = 1,700. o sea, que necesitaría un impulsor de 15 X 3.8 : 57 pulgadas de diámetro. La misma condición de servicio se puede proporcionar con un impulsor de aproximadamente 17 pulgadas a 870 r.p.m.

Uno de los mayores problemas de ingeniería en bombas centrífugas, es la selección del mejor tipo de bomba o la velocidad específica para cierta condición de servicío. Este problema nos presenta los siguientes puntos a considerar. 1. Las altas velocidades específicas corresponden a bombas más pequeñas. 2. Cada velocidad específica tiene su limitación dependiendo de las características de cavitación. 3. La selección de la velocidad de operación tiene sus limitaciones, sobre todo por lo que respecta a los motores eléctricos. 4. La eficiencia óptima de la bomba depende de la velocidad específica. 5. La velocidad específica se puede variar cambiando el número de paso o dividiendo la capacidad entre varías bombas. 6. Se puede mejorar la eficiencia del punto de operación, colocando el punto de operación en otro distinto al de cresta y usando un tipo más eficiente. La unidad de velocidad n, = n/ ‘VH y la unidad de capacidad q1 = Q/ ‘./H no cambian con la ve-locidad, para el mismo impulsor, y en los puntos de mejor eficiencia o puntos correspondientes. La unidad de velocidad y unidad de capacidad varían con el tamaño en impulsores similares, como se ve a continuación.

k) Al recortar el diámetro del impulsor, la velocidad específica incrementa inversamente a la relación de diámetros.

MÉTODOS PARA REDUCIR EL EMPUJE AXIAL Para evitar que el empuje axial nos cause problemas, la manera correcta y única es usar

un balero que acepte estas cargas y que llamaremos balero axial. Sin embargo, existen otros métodos para reducir este empuje. Para nuestra bomba

usaremos el siguiente: Se hará una especie dc cámara en la parte posterior del impulsor, a la cual se

hará llegar la presión de succión por medio de cinco taladros de 5/16 que comuniquen las partes anterior y posterior del impulsor.

Existe otro procedimiento que consiste en agregar unas aspas pequeñas en la parte posterior. Estas aspas reducen el claro existente entre el impulsor y la carcaza. con lo cual reducen la presión existente en la parte posterior. Esta reducción se debe a que el líquido gira a una velocidad casi igual a la del impulsor en vez de girar 5 la mitad de esta velocidad.

El primer método reduce el empuje axial a un valor del 10 al 25% del empuje original, dependiendo dcl tamaño de los taladros. Sin embargo, presenta el inconveniente de que aumentan las fugas y que estas fugas están dirigidas en sentido contrario al que tiene el líquido en el ojo del impulsor. CAVITACION El fenómeno de la cavitación

Al diseñar una bomba, para carga y gasto determinados, debe escogerse la velocidad específica más alta, Ya que ello redunda en una reducción en tamaño, en Peso y en costo. Sin

embargo. como es lógico suponer, existe un límite inferior para el tamaño de la bomba; en este caso, el factor que se debe tener en cuenta es el incremento de la velocidad del líquido.

Ya que los líquidos son fluidos que se vaporizan, se Presenta el fenómeno de la cavitación, el cual fija dichos límites.

La cavitación se define como la vaporización local de un líquido debido a las reducciones locales de presión, por la acción dinámica del fluido. Este fenómeno está caracterizado por la formación de burbujas de vapor en el interior o en las proximidades de una vena fluida. La condición física más general para que ocurra la Z cavilación es cuando la presión en ese punto baja al va300 br de la presión de vaporización. Recordaremos que la presión de vaporización de uso y líquido para cierta temperatura, es la presión a la cual un líquido se convierte en vapor cuando se le agrega calor. Para los líquidos homogéneos, tales como el agua, la presión de vaporización tiene un valor definido para una cierta temperatura y tablas tales como las de vapor de Keenan dan estos valores. Sin embargo, ciertas mezclas de líquidos, están formadas por varios componentes, cada uno de los cuales tiene su propia presión de vaporización y pueden llegar a ocurrir vaporizaciones parciales a diferentes presiones y temperaturas. Para dar algún dato diremos que la presión de vaporización del agua a 100º C (212º F es de 14.7 lb/plg2 (presión barométrica estándar al nivel del mar). cuyo equivalente son 33.9 pies de agua a 62º F, o bien 35.4 pies de agua a 212º F (lOOo C). Esta diferencia se debe a que el agua tiene una densidad de 0.959 comparada con 1.0 a 62º F.

La reducción de la presión absoluta a la de vaporización puede ser general para todo el sistema o únicamente local; pudiendo existir esta última sin un cambio de la presión promedio.

Una disminución general de la presión se produce debido a cualquiera de las siguientes condiciones: Un incremento a la altura de succión estática. Una disminución en la presión atmosférica, debido a un aumento de altitud sobre el nivel del mar. Una disminución en la presión absoluta del sistema, tal como la que se presenta cuando se bombea de recipientes donde existe vacío. Un incremento en la temperatura del líquido bombeado, el cual tiene el mismo efecto que una disminución en la presión absoluta del sistema, ya que. al aumentar la temperatura. la presión de vaporización es más alta y, por tanto, menor la diferencia entre la presión del sistema y ésta.

Por lo que respecta a una disminución dc presión local, ésta se produce debido a las condiciones dinámicas siguientes: 1. Un incremento en la velocidad. 2. Como resultado de separaciones y contracciones del flujo, fenómeno que se presenta al bombear líquidos viscosos. 3. Una desviación del flujo de su trayectoria normal, tal como la que tiene lugar en una vuelta o una ampliación o reducción, todas ellas bruscas.

La cavitación se manifiesta de diversas maneras, de las cuales las más importantes son: a) Ruidos y vibración.

b) Una caída de las curvas de capacidad-carga y la de eficiencia. c) Desgaste de las aspas del impulsor. Esta se produce cuando hay un flujo de un fluido y en este existen algunos puntos en los cuales la presión es inferior a la tensión de vapor del fluido considerando y se producen vaporizaciones

parciales. Las burbujas así formadas, forman la parte inicial del fenómeno dela cavitación. Cuando esas burbujas llegan a alcanzar zonas de presión se condensan nuevamente. Para los líquidos homogéneos, tales como el agua, la vaporización tiene un valor definido para una cierta temperatura y existen tablas que dan estos valores. Cada uno de los cuales tiene su propia presión de vaporización y puede llegar a ocurrir vaporizaciones parciales a diferentes presiones y temperatura.

CONCLUSIONES La creación de vacío es la función primordial de una bomba. En una bomba siempre hay pérdidas, por lo cual afecta a su eficiencia, siendo una de las más eficientes la bomba centrífuga. La energía o cabeza que se le aplica al líquido por medio de una bomba centrífuga es por medio de fuerza centrífuga. La principal aplicación de las bombas centrífugas es para el trasiego de líquidos poco viscosos y líquidos que contengan sólidos en suspensión. Las bombas más utilizadas son las centrífugas, por sus altas velocidades que puede alcanzar.

BOMBAS ROTATORIASBombas Positivas Rotatorias.—Estas bombas, como ya antes se dijo» no tienen válvulas ni partes reciprocantes; el movimiento del líquido es efectuado por la acción combinada de dos elementos giratorios semejantes a las ruedas dentadas. En la bomba Stone-Paramor, el elemento giratorio que es acoplado directamente a la flecha motora, es un piñón de cuatro dientes que engrana con una corona dentada de seis dientes.Esta corona gira dentro de la armadura de la bomba a 2/3 de la velocidad con que gira la flecha motora. Una lengüeta fija de forma creciente y saliente de la armadura, impide el de descarga a la de succión. La forma en la cual el líquido es llevado de la entrada de la succión a la descarga se ve claramente en la figura 112, donde los puntos son usados para indicar las posiciones sucesivas del líquido en el hueco dejado entre el piñón y la corona, después de que la flecha ha girado 1/8 de revolución. Cuando se bombea aceite lubricante contra una presión de unos 7 kg/cm2 a esta máquina tiene una eficiencia mecánica de más de 70% y una eficiencia, volumétrica de 95%. No debe intentarse el emplearla para el bombeo de líquidos delgados. Debido a su gasto de descarga casi uniforme, las bombas positivas rotatorias pueden trabajar a grandes velocidades sin el peligro de que se presenten presiones de inercia ni aún en el caso de no ser empleadas Cámaras de aire. Las bombas Stone-Paramor, por ejemplo, con una capacidad de 720 litros por minuto pueden trabajar a 300 r.p.m.

Ventaja de las Bombas Positivas.—Las bombas positivas tienen la ventaja de que para poder trabajar no necesitan "cebarse”, es decir, no es necesario llenar previamente el tubo de succión y el cuerpo de la bomba para que ésta pueda iniciar su funcionamiento, tal como acontece en las bombas centrífugas. En las bombas positivas, a medida que la bomba por sí misma va llenándose de líquido, éste va desalojando el aire contenida en la tubería de succión, iniciándose el escurrimiento a través del sistema cuando ha acabado de ser desalojado el aire.

Para completar lo antes dicho relativo a las bombas positivas o de presión mecánica ya sea reciprocante o rotatoria y por lo que respecta a la altura de succión más conveniente en ellas, al final se da el diagrama 8 en el cual puede encontrarse la altura práctica de succión a que conviene instalar una bomba de éstas, con el fin de obtener de ellas su mejor funcionamiento.Queda entendido que la altura práctica de succión aquí indicada, es igual a la distancia vertical a la que puede ser elevada el agua en la succión, menos las pérdidas de carga por fricción y otras si las hay; en el concepto de que la temperatura del agua por manejar, considerada al construir la gráfica contenida en el diagrama 8, fue de 25ºC.En el diagrama 8 también se muestra la presión barométrica correspondiente a cada altitud; expresada tanto en mm de mercurio como en metros de columna de agua.Bombas rotatoriasTipos, terminología y definiciones Hay muchas variedades de bombas rotatorias para aplicaciones normales o especiales. En Hydraulic Institute Standard se describe la bomba rotatoria como... “una bomba de desplazamiento positivo, consistente en una cámara en donde están ccolocados engranes, excéntricos, tornillos, aspas (alabes), émbolos o elementos similares accionados por la rotación relativa del eje (árbol) de propulsión y la can asa v que no tiene válvulas separadas para admisión y descarga”. Las ilustraciones en estas dos páginas, adaptadas de las graficas de los Standards muestran la mayor parte de los tipos básicos de posible aplicación en la IPQ.Algunos términos requieren definición para aplicación a las bombas rotatorias de desplazamiento positivo, al contrario de otros tipos de bombas.La pérdida llamada a veces flujo inverso, es un factor importante porque influye directamente en la descarga neta de la bomba y varía según el tipo de liquido que se maneje. Se puede definir como la diferencia entre el desplazamiento teórico de una bomba dada (en volumen por revolución o por unidad de tiempo) y la descarga real neta, Q, y se expresa con:

DondeQ es la capacidad real: g.p.m.;D es el desplazamiento: r.p.m.,S es la pérdida.Los elementos rotatorios se llaman rotores, engranes, tornillos o lóbulos; no se los denomina impulsores como en las bombas centrifugas. Otros tipos de bombas rotatorias tienen movimiento con placas oscilantes, con excéntrica y pistón, pistón circunferencial, rotor con alabes deslizables con tubo flexible o camisa flexible como elementos rotatorios v se denominaran con esos términos específicos.La holgura importante en las bombas rotatorias. Indica las holguras entre los elementos rotatorios v la carcasa o entre los elementos en sí. Se expresa como axial y diametral. En la Figura 1 se ilustra una bomba de engranes v los lugares en donde se determinan las holguras. Por lo general, el usuario no especifica las holguras en una bomba rotatoria; es labor del ingeniero de diseño de bombas.A menudo el usuario deseara conocer estas holguras corno ayuda para evaluar diferentes bombas o como indicador de desgaste para darles mantenimiento. Desde luego, la perdida esta en relación directa con las holguras dentro de la bomba y la capacidad de cualquier bomba rotatoria se reducirá conforme se agranden las holguras por el desgaste.