Clasificación y Funcionamiento de una Bomba Centrífuga

Universidad Fermín ToroVice-Rectorado Académico

Facultad de IngenieríaMáquinas Hidráulicas

CLASIFICACIÓN Y FUNCIONAMIENTO DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA

Elaborado por: Alvaro Cordero C.I.: 17.196.421

Bomba CentrífugaLas Bombas centrífugas también llamadas Rotodinámicas, son

siempre rotativas y son un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor . El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo conduce hacia las tuberías de salida o hacia el siguiente rodete se basa en la ecuación de Euler y su elemento transmisor de energía se denomina impulsor rotatorio llamado rodete en energía cinética y potencial requeridas y es este elemento el que comunica energía al fluido en forma de energía cinética.

Bomba Centrífuga

Clasificación de las Bombas Centrífugas

• Por la dirección del flujo en: Radial, Axial y Mixto.

• Por la posición del eje de rotación o flecha en: Horizontales, Verticales e Inclinados.

• Por el diseño de la coraza (forma) en: Voluta y las de Turbina.

• Por el diseño de la mecánico coraza en: Axialmente Bipartidas y las Radialmente Bipartidas.

• Por la forma de succión en: Sencilla y Doble.

Funcionamiento de las Bombas CentrífugasElementos que forman la instalación del sistema de bombeo

centrífugoa) Una tubería de aspiración, que concluye prácticamente en la brida de aspiración.

b) Un impulsor o rodete, formado por un conjunto de álabes que pueden adoptar diversas formas según la misión que vaya a desarrollar la bomba. Estos álabes giran dentro de una carcasa circular. El rodete es accionado por un motor, y va unido solidariamente al eje, siendo este la parte móvil de la bomba. El líquido penetra axialmente por la tubería de aspiración hasta la entrada del rodete, experimentando un cambio de dirección más o menos brusco, pasando a radial, en las bombas centrífugas, o permaneciendo axial en las axiales, acelerándose y absorbiendo un trabajo. Los álabes del rodete someten a las partículas de líquido a un movimiento de rotación muy rápido, siendo estas partículas proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrífuga, creando así una altura dinámica, de tal forma que las partículas abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando también 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.

Funcionamiento de las Bombas CentrífugasElementos que forman la instalación del sistema de bombeo

centrífugo

c) La voluta es una parte fija que está dispuesta en forma de caracol alrededor del rodete a su salida, de tal manera que la separación entre ella y el rodete es mínima en la parte superior, y va aumentando hasta que las partículas líquidas se encuentran frente a la abertura de impulsión. Su misión es la de recoger el líquido que abandona el rodete 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 frena la velocidad del líquido, transformando parte de la energía dinámica creada en el rodete en energía de presión, que crece a medida que el espacio entre el rodete y la carcasa aumenta, presión que se suma a la alcanzada por el líquido en el rodete. En algunas bombas existe, a la salida del rodete, una corona directriz de álabes que guía al líquido antes de introducirlo en la voluta.

d) Una tubería de impulsión, instalada a la salida de la voluta, por la que el líquido es evacuado a la presión y velocidad creadas en la bomba.

Funcionamiento de las Bombas CentrífugasPrincipio de funcionamiento

Las bombas centrífugas son máquinas denominadas "receptoras" o "generadoras" que se emplean para hacer circular un fluido en contra de un gradiente de presión. Para que un fluido fluya desde donde hay mayor presión hasta donde hay menos presión no se necesita ningún gasto de energía (Por ejemplo: un globo desinflándose, o un líquido desplazándose desde donde la energía potencial es mayor hasta donde es menor) pero, para realizar el movimiento inverso, es necesaria una bomba, la cual le comunica al fluido energía, sea de presión, potencial o ambas. Para esto, necesariamente se tiene que absorber energía de alguna máquina motriz, ya sea un motor eléctrico, uno de combustión interna, o una turbina de vapor o gas, etc.

No obstante, decir que una bomba "genera presión" es una idea errónea aunque ampliamente difundida. Las bombas están capacitadas para vencer la presión que el fluido encuentra en la descarga impuesta por el circuito. Piénsese en un compresor de llenado de botellones de aire comprimido para arranque de motores navales: El botellón en un principio está a presión atmosférica, y por ende la presión que debe vencer el compresor es sólo la representada por las caídas de presión en la línea, el filtro, los codos y las válvulas. No obstante, a medida que el botellón de aire comprimido se va llenando, es necesario también vencer la presión del aire que se fue acumulando en el mismo. Un ejemplo más cotidiano es el llenado de un globo o de un neumático.


Como anteriormente se ha mencionado, las bombas centrífugas están dotadas principalmente de un elemento móvil: el rotor, o rodete, o impulsor. Es el elemento que transfiere la energía que proporciona el motor de accionamiento al fluido. Esto sólo se puede lograr por un intercambio de energía mecánica y, en consecuencia, el fluido aumenta su energía cinética y por ende su velocidad. Además, por el hecho de ser un elemento centrífugo, aparece un aumento de presión por el centrifugado que se lleva a cabo al circular el fluido desde el centro hasta la periferia. Una partícula que ingresa y toma contacto con las paletas en 1 comenzará a desplazarse, idealmente, contorneando la paleta (En realidad, esto sería estrictamente cierto si hubiera un número muy alto de paletas, más adelante se detalla que sucede cuando hay pocas) Como al mismo tiempo que se va separando del eje el impulsor rota, la partícula a cada instante aumenta su radio y se mueve en el sentido de la rotación (Anti horario en el ejemplo), por lo que su trayectoria, vista desde el exterior, resultará una espiral como la ilustrada en punteado, y saldrá luego por 2.


Si se observase todo este proceso acompañando el movimiento de la paleta, se notaría que la partícula todo lo que hace es realizar un trayecto coincidente con el perfil de la paleta. Esto implica que para medir el movimiento del fluido se tendrá velocidades medidas desde el rotor, es decir, velocidades relativas, y aquellas medidas desde un punto fijo, es decir, velocidades absolutas. La relación entre ambas es la denominada "Velocidad de arrastre", que es la del móvil (También "periférica")

La notación más extendida es la siguiente:

Velocidad absoluta: C Velocidad relativa: w Velocidad de arrastre: u

Como se requieren referencias angulares, se estableció la siguiente convención:α: ángulo entre la velocidad absoluta C y la dirección de u β: ángulo entre la velocidad relativa w y la dirección de u

En lo que al funcionamiento respecto, el fluido ha ganado energía cinética en el rotor, absorbiendo energía del motor propulsor, y además ha ganado en energía de presión por el efecto de centrifugado.


El exceso de energía cinética a la salida del impulsor (algo de energía cinética se requiere para que el fluido salga de la máquina y circule) conviene convertirlo en energía de presión. Para esto se utiliza la zona fija que sigue a la móvil. En el estator, carcaza o cuerpo (de la bomba o del compresor)hay una parte diseñada para trabajar como difusor, es decir, convertir energía cinética en presión. Esto se logra diseñando un sector divergente. Por la presencia de esta porción de área creciente, la velocidad necesariamente debe disminuir para que se cumpla la ecuación de continuidad o de conservación del caudal. Y si se analiza con la ecuación de Bernoulli, como las variaciones de energía potencial son nulas o casi nulas, las disminución de energía cinética se transforma necesariamente en un aumento de presión.

En la mayoría de las bombas, la zona divergente se ubica antes de la boca de salida, y consiste en un tramo troncocónico divergente (a), lo cual constituye una solución económica y bastante eficiente. Cuando se requiere acentuar la reconversión de energía cinética en presión, puede haber una corona de paletas difusoras, como se muestra en (b). Esta solución se ve en los turbocompresores centrífugos, y también en algunas bombas.

Funcionamiento de las Bombas Centrífugas

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Clasificación y Funcionamiento de una Bomba Centrífuga