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Instituto Universitario de Tecnología “Dr. Federico Rivero Palacio” Departamento de Procesos Químicos Segundo año
Mecánica de los fluidos BOMBAS CENTRIFUGAS
Septiembre 2008
IUT RC/ PQ/CCF
INDICE
TEMA 5 BOMBAS CENTRIFUGAS
5.1. Bombas de desplazamiento positivo. 50
5.1.1. Bombas rotativas. 51
Bombas de engranaje. 51
Bomba de lóbulo. 51
Bomba de tornillo. 52
5.1.2. Bomba reciprocante. 52
Bomba de pistón émbolo. 52
Bomba de diafragma. 53
5.2. Bomba cinética. 53
5.2.1. Bomba centrifuga de flujo radial. 54
5.2.2. Bomba centrifuga de flujo mixto. 55
5.2.3. Bomba centrifuga de flujo axial. 56
5.3. Velocidad específica. 56
5.4. Términos y conceptos fundamentales. 56
5.5. Carga de una bomba centrifuga. 57
5.6. Rendimiento de una bomba. 58
5.7. Leyes de semejanza. 58
5.8. Curva característica de una bomba centrifuga con velocidad de
rotación constante.
59
5.8.1. Curva característica de una bomba centrifuga con diferentes
diámetros de impulsor.
60
5.8.2. Curva característica de una bomba centrifuga con diferente
velocidad de rotación.
61
44 Bombas centrifugas
IUT RC/ PQ/CCF
5.8.3. Gráficas de curvas compuestas. 61
5.9. Curva de demanda del sistema. 63
5.10. Punto de operación. 64
5.11. Cavitación. 66
5.12. Carga Neta de Succión positiva. 66
5.12.1. NPSH disponible 67
5.12.2. NPSH requerido 67
5.13. Operación de bombas en serie o paralelo. 69
TEMA 5
BOMBAS CENTRIFUGAS
IUT RC/ PQ/CCF
Para el transporte de líquidos desde un recipiente a otro a través de una red de tuberías se utiliza
generalmente algún tipo de bomba mecánica. La energía consumida por una bomba es una función; de la
altura a través de la cual se eleva el fluido, de la presión que se requiere en la descarga del fluido, de las
características de la tubería (longitud, diámetro y rugosidad relativa), de la velocidad del flujo, así como
de las propiedades físicas del fluido, como son la densidad y la viscosidad.
Entre las aplicaciones de bombeo de líquidos en la industria de la ingeniería química, se pueden
mencionar, el transporte de diferentes líquidos como por ejemplo: agua, ácidos o productos derivados del
petróleo, como benceno o nafta, desde los tanques de almacenamiento hasta las unidades procesos. El
fluido a transportar puede ser un líquido de baja viscosidad o muy viscoso. Puede ser un líquido limpio o
contener partículas en suspensión o ser muy corrosivo. Todos estos factores influyen en la elección de
una bomba. Debido a la amplia variedad de necesidades, se encuentran en la actualidad diferentes tipos
de bombas entre las cuales se distinguen:
5.1. Bombas de desplazamiento positivo
En las bombas de desplazamiento positivo el fluido que se desplaza esta contenido entre el elemento
impulsor que puede ser un émbolo, un diente de engranaje, una paleta, etc., y la carcaza o el cilindro. Se
dividen en 2 grupos; las bombas rotatorias y las bombas reciprocantes.
Bombas centrifugas 51
IUT RC/ PQ/CCF
5.1.1. Bombas rotatorias
Las bombas rotarias atrapan el líquido y lo empujan contra la carcaza manteniendo un flujo constante.
Se pueden utilizar en la dosificación de efluentes, en el bombeo de residuos viscosos, así como para la
introducción de reactantes y catalizadores en un reactor.
Este tipo de bombas pueden manejar líquidos de diferentes viscosidades, así como líquidos que
contengan aire o vapor. No tienen válvulas de succión y descarga. No pueden trabajar con líquidos
abrasivos ya que estos pueden ocasionar un desgaste prematuro en las piezas internas, entre las
bombas rotativas tenemos.
Bomba de engranaje
La bomba de engranaje es la más empleada entre las bombas rotativas.
Su funcionamiento consiste en dos ruedas dentadas que operan dentro de
una carcasa, ver figura 1.El líquido es transportado en el espacio
comprendido entre dos dientes consecutivos y la carcasa y es desplazado
hacia la zona de descarga. Su rango de aplicación es para caudales
menores de 6 m3/min y con un ∆p< 150 atm., y no están diseñadas para
transportar sólidos.
Figura 1. Bomba de engranajes exteriores
Bomba de lóbulo
La bomba de lóbulo opera de forma similar a la bomba de engranajes.
Presenta unos rotores que giran en el sentido de las agujas del reloj y
pueden tener dos, tres o más lóbulos. El fluido es conducido a los
alrededores por la cavidad que se forma entre lóbulos sucesivos, ver
figura 2.
Estas bombas tienen la particularidad de ser reversibles y son muy
utilizadas en las transmisiones hidráulicas.
Figura 2. Bomba de dos y tres lóbulos
52 Bombas centrifugas
IUT RC/ PQ/CCF
Bomba de tornillo
Estas bombas pueden ser de uno o varios tornillos. La figura 3 muestra una bomba de un tornillo y
otra de dos tornillos en la cual el rotor central se une fuertemente con los rotores libres creando una
cavidad dentro de la estructura que se mueve en forma axial desde la succión hasta la descarga
proporcionando un flujo uniforme y continuo.
Figura 3. Bomba de tornillo simple y doble
En las bombas de un solo tornillo se logran presiones de 10-25 atm y caudales de hasta 7 m3/h, en las
bombas de varios tornillos, se manejan caudales de hasta 300 m3/h.
5.1.2. Bomba reciprocante
Las bombas reciprocantes o alternativas son bombas de desplazamiento positivo que descargan una
cantidad definida de líquido durante el movimiento del pistón o émbolo a través de la distancia de la
carrera. Este tipo de bombas se usan para transportar líquidos con caudales pequeños menores de 40
lts/min y ∆p entre 50 -350 atm. En general se suelen utilizar en el transporte de líquidos viscosos, con los
cuales las bombas centrifugas no son muy eficaces. Su desventaja es que el flujo no es continuo, entre
las bombas reciprocantes tenemos.
Bomba de pistón o de émbolo
En estas bombas existen válvulas de succión y descarga que regulan el movimiento del líquido a
través de la cámara de trabajo, ver figura 4.
Mientras el émbolo se está llenando de líquido, la válvula de succión permanece abierta y la válvula
de descarga cerrada, invirtiéndose la posición de las válvulas durante el desalojo del líquido.
Bombas centrifugas 53
IUT RC/ PQ/CCF
Figura 4. Bomba de pistón
Bomba de diafragma
El movimiento del fluido es transmitido por medio de un diafragma flexible al líquido que se bombea,
ver el esquema de su funcionamiento en la figura 5. Las únicas partes móviles de la bomba que están en
contacto con el líquido son las válvulas y pueden diseñarse de forma especial para tratar el material.
Figura 5. Bomba de diafragma; (1) diafragma, (2) cabezal, (3) carcaza, (4) excéntrica, (5) biela, (6) válvulas.
La bomba de diafragma se utiliza para tratar líquidos corrosivos o que contengan suspensiones de
sólidos abrasivos. Su principal ventaja radica en la ausencia total de fugas en la bomba.
5.2. Bomba cinética
Las bombas cinéticas, como las centrifugas, son aquellas en que se aplica energía al fluido que se
bombea con un impulsor que gira en un eje, ver figura 6. La energía cinética aplicada al fluido por el
impulsor se convierte en energía de presión cuando el líquido sale del impulsor y avanza a lo largo de la
voluta o carcaza.
54 Bombas centrifugas
IUT RC/ PQ/CCF
El elemento rotativo de una bomba centrifuga se
denomina rodete o impulsor. La forma del impulsor puede
forzar al fluido a salir en un plano perpendicular a su eje y
recibe el nombre de bomba centrifuga de flujo radial, puede
dar al fluido una velocidad con componentes tanto axial
como radial y se conoce como de flujo mixto o puede inducir
al flujo en espiral según la dirección del eje, bomba
centrifuga de flujo axial.
Figura 6. Elementos que conforman una bomba centrifuga.
Existen bombas centrifugas de una y varias etapas. En las bombas de una etapa se pueden alcanzar
presiones de hasta 5 atm, en las de varias etapas se pueden alcanzar hasta 25 atm de presión,
dependiendo del número de etapas.
Las bombas centrifugas sirven para el transporte de líquidos que contengan sólidos en suspensión,
pero poco viscosos. Su caudal es constante y elevado, tienen bajo mantenimiento. Este tipo de bombas
presentan un rendimiento elevado para un intervalo pequeño de caudal pero su rendimiento es bajo
cuando transportan líquidos viscosos.
Este tipo de bombas son las usadas en la industria química, siempre que no se manejen fluidos muy
viscosos. Dependiendo del tipo de impulsor, las bombas centrifugas se clasifican en:
5.2.1. Bombas centrifugas de flujo radial
Las bombas centrifugas de flujo radial se utilizan para cargas altas y caudales pequeños, sus
impulsores son por lo general angostos. El flujo es radial y la presión desarrollada es debida
principalmente a la fuerza centrifuga.
En la figura 7 se muestran los 3 tipos de
impulsores que se presentan en una bomba
centrifuga radial. Estos impulsores son de baja
velocidad específica, concepto que se
desarrollará mas adelante, y manejan líquidos
limpios, sin sólidos en suspensión.
Figura 7. Impulsor de flujo radial
Bombas centrifugas 55
IUT RC/ PQ/CCF
5.2.2. Bombas centrifugas de flujo mixto
Estas bombas se utilizan para cargas y caudales intermedios.
El impulsor es más ancho que los de flujo radial y los alabes
adquieren una doble curvatura, torciéndose en el extremo de la succión,
tal como se muestra en la figura 8.
La velocidad específica en este tipo de impulsores va aumentando y
manejan líquidos con sólidos en suspensión.
Figura 8. Impulsor de flujo mixto
5.2.3. Bombas centrifugas de flujo axial
Estas bombas se utilizan para cargas pequeñas y grandes caudales,
tienen impulsores tipo propela, de flujo completamente axial. Estos
impulsores son los de mayor velocidad específica y este tipo de bombas
es especialmente adecuado para drenaje en ciudades.
Figura 9. Impulsor de flujo axial
5.3. Velocidad específica
Existe un indicador, llamado velocidad específica, el cual se calcula con la finalidad de tener una idea
general del tipo de bomba que se debe seleccionar en un sistema de bombeo.
La velocidad específica es un número adimensional el cual es función del caudal, la velocidad de
rotación o rpm del motor y la carga o altura de bombeo. La velocidad específica NS de una bomba se
expresa en el sistema inglés, como:
en (rpm), Q (gpm), H (ft)
( ) 4/3HQn
Ns e=
56 Bombas centrifugas
IUT RC/ PQ/CCF
En la figura 10 se muestran unos impulsores típicos de bombas centrifugas y sus correspondientes
velocidades específicas.
Figura 10. Gráfica que muestra el tipo de impulsor según la velocidad específica.
Cuando el caudal se expresa en gpm, la velocidad de rotación en rpm y la carga en pies, las bombas
centrifugas tienen velocidades específicas que van desde 500 hasta más de 10000 según sea el tipo de
impulsor. Las bombas rotatorias y reciprocantes tienen valores más bajos.
Las bombas centrifugas representan aproximadamente un 80% del mercado en la industria de
procesos químicos, debido a que es la más adecuada para manejar más cantidad de líquido que la
bomba de desplazamiento positivo. Por esta razón, en este curso nos limitaremos al estudio de las
bombas centrifugas con la finalidad de que se logre un mejor conocimiento de ellas y de los factores
hidráulicos que intervienen en un sistema de bombeo.
5.4. Términos y conceptos fundamentales
A continuación se expondrán algunos de los términos más usados en la elección de bombas.
■ Caudal o capacidad de la bomba: es el volumen de líquido impulsado por una bomba en una
unidad de tiempo [Q]=L3t-1.
■ Carga estática de succión: Es la distancia vertical desde el nivel de líquido de succión hasta la
línea central de la bomba, ver figura 11.
■ Carga estática de descarga: Es la distancia vertical desde el nivel de líquido de descarga y la
línea central de la bomba.
■ Carga estática total: Es la distancia vertical entre los niveles del líquido en los puntos de succión
y descarga, ver figura 11.
Bombas centrifugas 57
IUT RC/ PQ/CCF
■ Carga de fricción: Es la carga, expresada en
unidades de longitud, necesaria para vencer la resistencia
de las tuberías de succión, descarga y los accesorios que
contenga el sistema.
■ Presión de succión: Se refiere a la altura desde la
cual el fluido puede ser succionado por la bomba, pudiendo
ser presión de succión positiva o negativa, dependiendo de
la posición relativa de la bomba con el nivel el fluido.
■ Presión de descarga: Se refiere a la altura a la cual
puede ser bombeado un fluido.
■ Carga de la bomba o altura de bombeo:
Caracteriza a la energía específica cedida por la bomba al
líquido.
Figura11. Elementos que conforman un sistema de bombeo.
5.5. Carga de una bomba centrifuga
Para explicar la carga que desarrolla una bomba, se tomará como ejemplo la instalación que se
muestra en la figura 11, en el que se tiene una sola tubería y una bomba que transporta el fluido entre
dos depósitos. El líquido entra a la bomba por una toma de succión en el punto 1 y sale en la tubería de
descarga por el punto 2, entregándole al fluido un trabajo. Aplicando la ecuación de Bernoulli entre los
puntos 1 y 2, se tiene
21
22
22
21
11
22 −∆+++=+++ hg
uZ
gp
Hg
uZ
gp
αρ
αρ
, despejando H, se tiene:
12
21
22
1212
22 −∆+−+−+−= hg
ug
uZZ
gp
gp
H ααρρ
H: Es el trabajo que la bomba le entrega al fluido en unidades de longitud y se le conoce como carga de
la bomba.
Entre los puntos 1 y 2, la única fricción que existe es la que se produce en el interior de la bomba y
ésta se incluye en el rendimiento de la misma, por lo tanto, se puede despreciar el término ∆h1-2=0. La
diferencia de altura entre la entrada y salida de la bomba,Z2-Z1, suele ser muy pequeña o igual a cero y
Car
ga e
stát
ica
tota
l
Car
ga e
stát
ica
de d
esca
rga
C. e
stát
ica
de s
ucci
ón
58 Bombas centrifugas
IUT RC/ PQ/CCF
puede ser eliminada de la ecuación ∆Z=0. Si las tuberías de succión y descarga son del mismo tamaño,
las cargas correspondientes a la velocidad se cancelan, sin embargo en general la tubería de succión es
mayor que la de descarga, en este caso se verá que el término es muy pequeño. La ecuación se escribe
entonces:
( )21
22
12
2uu
ggpp
H −+−
=α
ρ
5.6. Rendimiento de una bomba centrifuga
Cuando un líquido fluye a través de una bomba, sólo parte de la energía comunicada por el eje del
impulsor es transferida al fluido. Esta pérdida de energía es debido al choque que produce el líquido a la
entrada del impulsor, a la fricción que se genera por el paso del fluido a través del espacio existente entre
los alabes y las pérdidas de altura al salir el fluido del impulsor.
El trabajo que la bomba le entrega al fluido, viene dado por la ecuación mgHW =
La potencia que la bomba le suministra al fluido es: gQHdtdmgH
dtdWP ρ===
El rendimiento η de una bomba viene dado por la ecuación:
NgQHρ
η ==freno)(alejeelenpotencia
fluidoaldasuministrapotencia
Para una bomba, el rendimiento es 80%, pero generalmente varía entre 50 y 85%.
5.7. Leyes de semejanza
Las leyes de semejanza son unas ecuaciones que permiten predecir el comportamiento de una bomba
dada, bajo condiciones de operación distintas.
Cuando se conocen las características de caudal, carga de la bomba y potencia (Q1, H1, N1) a una
cierta velocidad de rotación n1, se puede estimar el funcionamiento (Q2, H2, N2) a otra velocidad de
rotación n2, utilizando las siguientes ecuaciones.
Bombas centrifugas 59
IUT RC/ PQ/CCF
2
1
2
1
nn
= 1
212 n
nQQ =
2
2
1
2
1⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
nn
HH
2
1
212 ⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
nn
HH
3
2
1
2
1⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
nn
NN
3
1
212 ⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
nn
NN
Estas leyes se aplican cuando la diferencia entre las velocidades de rotación no es muy grande.
5.8. Curvas de una bomba centrifuga con velocidad de rotación constante
Las curvas características de una bomba centrifuga se presentan, representando gráficamente, la
carga de la bomba, H, la potencia requerida o potencia al freno, N, y el rendimiento, η, con respecto al
caudal, Q, a una velocidad de rotación constante. Estas curvas características se determinan,
normalmente por los fabricantes, mediante ensayos de laboratorio.
Las condiciones óptimas de operación de una
bomba, se pueden obtener trabajando cerca del
Punto de Máximo Rendimiento, PMR, es decir,
donde la ordenada que pasa por el PMR, corta a la
curva de carga de la bomba, tal como se muestra
en la figura 12.
Figura 12. Curvas características de una bomba centrifuga de flujo radial
Las gráficas que se muestran en las figuras 13 y 14 representan las curvas características de un
bomba centrifuga de flujo mixto y de flujo axial respectivamente. En dichas gráficas se muestran el Punto
de Máximo Rendimiento y el punto de operación en la que la bomba trabajará en condiciones óptimas.
60 Bombas centrifugas
IUT RC/ PQ/CCF
Figura 13. Bomba centrifuga de flujo mixto Figura 14. Bomba centrifuga de flujo axial
En las curvas características mostradas, se puede observar que el rendimiento de las bombas
centrifugas cae con rapidez, cuando el caudal excede el PMR.
En las bombas de flujo axial, figura 14, se puede observar que la curva de la carga de la bomba, cae
bruscamente y que para el PMR, se tiene poca altura de bombeo y un caudal de trabajo alto.
5.8.1. Curvas características de una bomba centrifuga con diferentes diámetros de impulsores
En la figura 15 se muestra, las curvas de funcionamiento de una bomba centrifuga, con una velocidad
de rotación constante, n= 1450 rpm.
Por lo general, los fabricantes de bombas centrifugas,
proporcionan en una misma gráfica, más de un diámetro
de impulsor; en la gráfica, por ejemplo, se muestran
cuatro diámetros de impulsores diferentes.
Además de las curvas de carga para diferentes
diámetros de impulsor, también se incluyen las curvas de
igual rendimientos o eficiencia.
Figura 15. Curva característica de una bomba centrifuga con curvas de igual rendimiento y con impulsores de
diferentes diámetros.
Bombas centrifugas 61
IUT RC/ PQ/CCF
Q
H
5.8.2. Curvas de una bomba centrifuga con velocidades de rotación diferentes
La elección de una bomba centrifuga para condiciones determinadas depende de la velocidad de
rotación del motor que la acciona. Los fabricantes de bombas proporcionan curvas en donde se muestran
la carga de la bomba para distintas velocidades de rotación, un ejemplo de estas curvas se muestra en la
figura 16.
Esta gráfica permite encontrar la velocidad de rotación requerida y la eficiencia para cualquiera
condición de carga de la bomba o caudal, dentro de los límites de la grafica. Las curvas características,
para el caso de bombas con velocidad de rotación diferentes, pueden desarrollarse de manera
aproximada mediante las leyes de semejanza vistas anteriormente.
Figura 16. Curva característica de una bomba centrifuga a varias velocidades de rotación con líneas de igual
rendimiento.
5.8.3. Gráficas de curvas características compuestas.
Como ya hemos visto, las bombas centrifugas pueden utilizar diferentes diámetros de impulsor y
pueden trabajar a distintas velocidades de rotación. Es por ello que los fabricantes suministran al
comprador un diagrama denominado gráfica de curvas características compuestas, en donde pueden
cubrir una amplia variedad de requerimientos de caudal y carga con algunos tamaños básicos de
bombas.
En la figura 17, se presenta un ejemplo que muestra el alcance de funcionamiento de una línea de
bombas centrifugas con distintos diámetros de impulsor y a dos velocidades de rotación diferentes.
62 Bombas centrifugas
IUT RC/ PQ/CCF
Figura 17. Funcionamiento para una línea de bombas centrifugas (fuente: Goulds pumps)
En la figura 17 se muestra las curvas para una línea de bombas que permiten una determinación
rápida del tamaño de la bomba. Por consiguiente, para cada tamaño de bomba especificada en este
gráfico existe una gráfica de funcionamiento más detallada, como la que se muestra en la figura 18.
Figura 18. Curvas características para una bomba centrifuga de 2x2-5 y 3450RPM (fuente: Goulds pumps)
Bombas centrifugas 63
IUT RC/ PQ/CCF
Forma en que se designa una bomba:
5.9. Curva de demanda del sistema
La curva de demanda del sistema, es una gráfica de H=f (Q), que toma en cuenta el caudal, la carga
estática total, la carga de fricción, la carga dinámica de todo el sistema y la presión deseada expresada
en unidades de longitud. Esta curva es la forma más fácil y exacta de decidir cual es la bomba que mejor
se adapta a una aplicación.
Para realizar la deducción consideremos un sistema como el que se muestra en la figura 19, en el que
se tiene una tubería de un solo diámetro y una bomba para transportar un fluido entre dos depósitos.
La curva de demanda del sistema para esta configuración o
sistema de bombeo, se obtiene al aplicar la ecuación de
Bernoulli desde E hasta S.
SES
SSE
EE h
gu
Zg
pH
guZ
gp
−∆+++=+++22
22
αρ
αρ
Figura 19. Sistema de bombeo.
Al realizar las simplificaciones y colocar la ecuación anterior en función del caudal se obtienen las
siguientes ecuaciones dependiendo del método empleado.
( ) 2
2
2gAQK
DLfZZH ES ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ ++−= ∑ Método de coeficiente de resistencia
Diámetro en la succión en pulgadas
Diámetro del impulsor en pulgadas
2 X 2 x 5
Diámetro en la descarga en pulgadas
64 Bombas centrifugas
IUT RC/ PQ/CCF
( )2
2
2gAQ
DL
fZZH TES +−= Método de longitudes equivalentes
A la ecuación obtenida se la que se denomina curva de demanda del sistema y su representación
gráfica se muestra en la figura 20.
El primer término de la ecuación (ZS-ZE), es la carga
estática total y no depende del caudal. El segundo
término es la carga de fricción, debida a las pérdidas
de carga del sistema y es función del caudal.
Dependiendo del sistema en estudio, se pueden
tener dos términos más: el debido a las cargas
dinámicas o y el de la carga estática.
Figura 20. Curva del sistema de bombeo.
5.10. Punto de operación de una bomba
La forma en la que una bomba trabaja no depende solamente de las características de funcionamiento
de la bomba, sino también de las características del sistema en el cual va a trabajar. Para obtener el
punto de operación se debe graficar en un mismo papel, la curva característica de la bomba, con la curva
de demanda del sistema.
En la figura 21, se muestra la superposición
de la curva característica de la bomba y de la
curva de demanda del sistema en estudio.
La distancia ∆Z, representa la diferencia de
nivel entre los dos depósitos, cuando esta
diferencia es nula la curva parte de cero.
Figura 21. Punto de funcionamiento de una bomba centrifuga.
η
Bombas centrifugas 65
IUT RC/ PQ/CCF
El punto de intersección de las curvas determina los valores de la altura de bombeo, Hbombeo y el
caudal de operación, Qoper. Este punto puede ser, o no, el punto de máximo rendimiento para la bomba.
Si el punto de operación no esta cerca del Punto de Máximo Rendimiento, significa que la bomba no es la
adecuada para las condiciones que se requieren y habrá que elegir otra bomba.
Una bomba dada, en un sistema dado, sólo entregará el caudal correspondiente a la intersección de
las curvas. Si el caudal de operación obtenido no es el que se requiere se tendrá que variar una de las
curvas, es decir la curva característica de la bomba o la curva de demanda del sistema.
Por ejemplo si tenemos una bomba que desarrolla una revolución n1, y al superponerla con la curva
del sistema, nos da un caudal de operación, Q1, tal como se muestra en la figura 22. Se puede dar el
caso que el caudal obtenido por dicha intersección, Q1, sea mayor al caudal que se requiere en el
sistema. Es este caso se puede disminuir las revoluciones del motor, si éste así lo permite, para obtener
el caudal deseado, se obtendría de este modo unas revoluciones del motor n2, como se aprecia en la
figura 22.
Figura 22.Variación de la velocidad de revolución.
Otra opción, y en algunos casos mas viable, es variar la curva del sistema. Para lograr cambiar la
curva del sistema, se debe generar mayor pérdida de carga, con una válvula de estrangulación, y la
η
66 Bombas centrifugas
IUT RC/ PQ/CCF
nueva curva del sistema se desplazará hacia la izquierda, tal como se muestra en la figura 23, hasta
obtener el caudal deseado.
Figura 23.Variación de la curva del sistema.
5.11. Cavitación
La cavitación es la evaporación de un líquido en una tubería cuando su presión disminuye por debajo
de la presión de vapor. La cavitación es un factor importante que se debe evitar para el funcionamiento
satisfactorio de una bomba.
Cuando el líquido pasa por el impulsor de una bomba, se produce un cambio de presión. Si la presión
absoluta del líquido cae por debajo de su presión de vapor, se producirá cavitación en el interior de la
bomba. Las zonas de vaporización obstruyen el flujo limitando la capacidad de las bombas y su implosión
puede producir el picado del impulsor. La cavitación se traduce por ruidos, vibraciones, disminución de la
carga que suministra la bomba y de su rendimiento, y con el tiempo por una erosión del impulsor.
5.12. Carga neta de succión positiva (NPSH Net Positive Suction Head)
Para evitar la cavitación es necesario que la presión absoluta de succión de la bomba sea mayor que
la presión de vapor del líquido a la temperatura de trabajo. La diferencia entre estas dos presiones, en
unidades de longitud, es lo que se define como la carga neta de succión positiva o NPSH.
Bombas centrifugas 67
IUT RC/ PQ/CCF
gpp
NPSH s
ρ
o−=
La presión que ejerce un líquido sobre lo que lo rodea depende de su temperatura. Esa presión
llamada presión de vapor, es una característica propia de cada fluido y aumenta con la temperatura.
Se definen dos cargas de succión positiva, NPSH, la que depende del sistema, y se le denomina
NPSH disponible y la que suministra el fabricante, NPSH requerida.
5.12.1. N.P.S.H disponible
La carga neta de succión positiva disponible NPSHD es función del sistema en el que trabaja la bomba
y depende de la carga estática de succión, la carga de fricción de la succión y la presión de vapor del
líquido a la temperatura de bombeo. Si se varía cualquiera de estas cargas la disponible puede alterarse.
Para obtener la expresión de la NPSH disponible, se aplica la
ecuación de Bernoulli entre 1 y s
ss
ss h
guZ
gp
guZ
gp
−∆+++=++ 1
221
11
22α
ρα
ρ
Se resta g
pρ
o
a ambos lados de la ecuación, para obtener una expresión similar a la NPSH, y se reagrupa
los términos, para obtener así la expresión de NPSHD
( ) ( ) ( ) sd hZZsg
ppNPSH −∆−−−
−= 11
º1
ρ
5.12.2. N.P.S.H requerida
La carga neta de succión positiva requerida NPSHR, depende sólo del diseño de la bomba y es una
característica que el fabricante proporciona junto con las otras curvas características vistas
anteriormente. La NPSHR contempla una serie de variables como son: forma, ángulo de ataque del
impulsor, dimensiones en las zonas de succión, de modo de mantener la presión en la entrada en el
rodete de la bomba por encima de la presión de vapor del líquido.
68 Bombas centrifugas
IUT RC/ PQ/CCF
Tanto la carga neta de succión positiva requerida y disponible varían en función del caudal tal como se
muestra en la figura 24.
Si ⇒⟩ rd NPSHNPSH No hay cavitación.
Si ⇒= rd NPSHNPSH comienza la cavitación.
Se debe trabajar en el lado izquierdo del punto de
intersección de ambas curvas, para evitar la
cavitación de la bomba.
Figura 24. Curvas del NPSH disponible y NPSH requerido.
La NPSHD se reduce cuando el caudal va aumentando, esto es debido, a las pérdidas por fricción en
la tubería de succión. Mientras que la NPSHR, que es función de la velocidad en la tubería de succión
aumenta con el cuadrado de su capacidad.
Cuando un sistema tiene un NPSHD< NPSHR, existe cavitación y la bomba no operará en forma
óptima, por lo cual se debe resolver ese problema. Se pueden encontrar medios para aumentar la NPSH
disponible, o bien reducir la NPSH requerido, o ambas cosas.
Para aumentar la NPHS disponible se pueden seguir las siguientes sugerencias, cabe destacar
que éstas van a depender del sistema que se este trabajando.
Elevar el nivel de líquido
Bajar la bomba.
Reducir los accesorios y la longitud de la tubería de succión.
Aumentar el diámetro en la succión.
Si el líquido está caliente, se puede enfriar intercalando un intercambiador de calor, con lo que la
presión de vapor del líquido disminuye.
Para aumentar la NPHS requerido se recomienda
Velocidades de rotación de la bomba más baja.
Impulsor de doble succión.
Ojo del impulsor más grande.
Varias bombas pequeñas en paralelo.
Bombas centrifugas 69
IUT RC/ PQ/CCF
5.13. Operación de bombas en serie o en paralelo
En algunos casos, las instalaciones de bombeo podrían tener una amplia gama de necesidades de
carga o descarga y una sola bomba tal vez no podría satisfacerlas. En estas situaciones, las bombas
pueden disponerse ya sea en serie o en paralelo para ofrecer una operación más eficiente.
Bombas en serie. Con esta configuración se puede lograr una mayor altura de elevación,
manteniendo constante el caudal. La característica fundamental de esta configuración, se encuentra
en que el caudal que descarga la primera bomba es captado por la segunda y el que ésta descarga
es impulsado por la siguiente, con el propósito de aumentar la altura de elevación.
No es necesario que las bombas
conectadas en serie sean iguales.
Figura 25. Curvas características de bombas que operan en serie.
En la figura 25 se muestra una configuración en serie, en donde la curva de demanda del sistema es
tal, que la bomba A sola, no puede suministrar líquido, porque su carga al cierre es menor que la carga
estática total del sistema. En la curva mostrada, se pueden observar dos puntos de operación, cuando la
bomba B trabaja sola y cuando las bombas A y B trabajan en serie.
El rendimiento de las bombas conectadas en serie se obtiene mediante la ecuación
∑+
=Pm
HHgQ BA )(ρη
70 Bombas centrifugas
IUT RC/ PQ/CCF
Bombas en Paralelo. Con esta configuración se logra aumentar el caudal de entrega. Consiste
básicamente en colocar 2 o más bombas a aspirar desde un mismo lugar, con el propósito de
aumentar el caudal elevado.
Figura 26. Curvas características de bombas que operan en paralelo.
Cuando se tiene una configuración o arreglo en paralelo, se genera la curva característica combinada,
en donde se tiene que la carga a través de cada bomba es igual y que la descarga del sistema es la
suma de los caudales. En la curva combinada que se muestra en la figura 26, se pueden observar 3
puntos de operación, cuando la bomba A y la bomba B, trabajan individualmente, o cuando trabajan en
paralelo.
El rendimiento de las bombas conectadas en paralelo se obtiene mediante la ecuación.
∑+
=Pm
QQgH BA )(ρη
![16 - Viscosidades de Lubricantes[1] Caterpillar](https://img.pdfslide.tips/doc/110x75/5571fe5049795991699b1d41/16-viscosidades-de-lubricantes1-caterpillar-55a36962adf37.jpg)
![Viscosidades de Lubricantes - SSBU6250[1]](https://img.pdfslide.tips/doc/110x75/5571ff1449795991699c9a78/viscosidades-de-lubricantes-ssbu62501.jpg)
