Información básica sobre bombas centrífugas

Si necesita organizar el suministro de agua o bombear diversos medios líquidos y coloides, la solución más común es utilizar una bomba centrífuga. Este dispositivo es conocido por su sencillez, fiabilidad y mecánica clara. Hoy en día existen muchos modelos diferentes en el mercado, lo que le permite encontrar uno que se adapte perfectamente a sus necesidades específicas.

Ámbito de aplicación

Las bombas centrífugas tienen una amplia gama de usos debido a su capacidad para manejar diferentes tipos de fluidos. Se emplean en el sector del petróleo y el gas, se instalan en redes residenciales de distribución de agua y se utilizan en gasolineras. La ausencia de bombas centrífugas eficientes y compactas dificultaría las labores de extinción de incendios, así como la extracción de agua de masas abiertas. Los cuerpos de bomberos de las ciudades confían en este tipo de equipos para desempeñar sus funciones. Las aplicaciones de las soplantes centrífugas son demasiado numerosas para enumerarlas.

Diseño de una bomba centrífuga

1. La función principal de la unidad de accionamiento es generar par. Pueden funcionar con diversas fuentes de energía, como un motor eléctrico (monofásico, trifásico de corriente alterna o continua) o un motor de combustión interna (gasolina o diesel).
2. Un árbol de transmisión se encarga de transmitir el par al implemento.
3. El principal componente de trabajo es la rueda de la turbina, que tiene álabes inclinados.
4. Una carcasa protectora sirve como elemento estructural que fija todas las piezas entre sí.

Además de estos componentes, la bomba centrífuga también incorpora cojinetes para una rotación suave, lo que reduce las pérdidas por fricción y aumenta la fiabilidad. También cuenta con varios dispositivos de sellado que se adaptan al tipo específico de líquido que la bomba está diseñada para manejar.

Además, se pueden incorporar sistemas de conversión de flujo secundario a las bombas centrífugas para estabilizar la presión de salida o garantizar que el líquido se eleve a la altura deseada.

Principio de funcionamiento

Las bombas centrífugas funcionan creando una caída de presión en la conexión de entrada, haciendo que el agua sea aspirada hacia la bomba, y expulsando después el líquido a mayor presión por la conexión de salida. La fuerza motriz de este proceso es la fuerza centrífuga, un fenómeno físico. Para comprender plenamente el funcionamiento de este mecanismo, es necesario examinar paso a paso el funcionamiento de la bomba y los procesos que lo acompañan.

1. Al arrancar, el componente de trabajo de la bomba, una rueda de turbina con álabes en ángulo, comienza a girar.
2. La tubería de entrada suministra agua a la región alrededor del eje de la turbina.
3. El líquido es captado por los álabes y comienza a moverse en una trayectoria circular con ellos.
4. El agua se redirige rápidamente hacia el borde de la zona de trabajo circular gracias al ángulo de los álabes. Este fenómeno es el resultado tanto de la fuerza centrífuga producida por la rotación como de la fuerza mecánica causada por el ángulo de las paletas.
5. A medida que el líquido se aleja del punto de extracción, se produce una disminución de la presión, lo que a su vez provoca la entrada natural de agua por la entrada.
6. Al llegar al borde de la zona circular de la rueda de turbina, el agua se desplaza a gran velocidad, acumula una presión importante y se descarga de forma natural por la salida.

La física que subyace a este fenómeno explica cómo la bomba centrífuga no sólo puede extraer agua de la superficie, sino también elevarla desde pozos subterráneos. Ajustando el tamaño, la velocidad y la potencia de la bomba, es posible generar fuertes fuerzas de succión que permiten elevar el líquido sin esfuerzo desde profundidades considerables.

Elementos de diseño adicionales

Si sólo hay un número limitado de nodos significativos en el esquema funcional anterior, la configuración real de la bomba centrífuga consta de componentes estructurales adicionales:

• Una tubería de transferencia, que transporta el líquido hasta el punto de extracción;
• Filtros gruesos para evitar la presencia de sólidos en suspensión mecánica en la cámara de la turbina;
• Sistemas de válvulas para bloquear el reflujo anormal del fluido;
• Un medidor de presión para controlar la presión dentro de la cámara de trabajo;
• Un manómetro para controlar el caudal de salida al sistema de suministro de agua.

Todas las bombas centrífugas, ya sean domésticas o industriales, están equipadas con una válvula de cierre. Esta válvula puede accionarse manualmente o automatizarse. La finalidad de esta válvula es crucial en cualquier sistema de suministro de líquidos, ya que no sólo protege a la bomba de situaciones inesperadas y de emergencia, sino que también permite controlar el caudal del líquido que se bombea. Para resaltar la importancia de las válvulas de cierre, podemos fijarnos en el ejemplo de las bombas dosificadoras. Estos tipos de bombas centrífugas funcionan siguiendo los siguientes pasos:

• El dispositivo de control envía una señal para poner en marcha la bomba.
• Un sensor situado en el tubo de salida controla el volumen del líquido bombeado.
• Cuando se alcanza un umbral específico, el sensor envía una señal a una compuerta de salida controlada electrónicamente, que cierra el flujo.
• Se utiliza un sensor para controlar el aumento de la presión de salida, y una vez que alcanza un umbral específico, el motor se para automáticamente.

La válvula ProFactor está diseñada para aplicaciones de cierre y control.

Clasificación de las bombas centrífugas

Antes de profundizar en las clasificaciones aceptadas que segmentan los dispositivos en el mercado de usuarios finales, es importante establecer la terminología. Los sistemas centrífugos, que pertenecen a la subclase de bombas, son máquinas dinámicas. Aplican tanto la fuerza mecánica primaria como procesos físicos secundarios a la sustancia transportada. Estos sistemas centrífugos difieren de los de membrana, vibración y otros tipos de instalaciones.

Las bombas disponibles en el mercado actual están categorizadas y subcategorizadas para mejorar e indicar el nivel de idoneidad funcional del dispositivo, así como su compatibilidad con condiciones de funcionamiento específicas.

Según el diseño de los nodos

Atendiendo a este criterio, las bombas pueden clasificarse en:

• bombas monoetapa y multietapa en función del número de impulsores;
• bombas en función del número de chorros de salida;
• Bombas con conexiones de entrada de uno o dos lados, cuyo diseño permite una conexión cómoda y una mayor entrada de agua sin necesidad de aumentar el diámetro de las mangueras de suministro;
• Bombas con distintos tipos de caudales de salida, como salida en espiral, direccional o circular formada por ruedas de paletas;
• bombas con ruedas de turbina abiertas o cerradas.

bombas centrífugas con impulsor expuesto

Por método de disposición

La clasificación de las bombas centrífugas se basa en su diseño. Las bombas de superficie están diseñadas para elevar agua desde un pozo profundo o una fuente abierta. Estas bombas suelen estar alojadas en una carcasa sin ningún tipo de sellado. Por otro lado, las bombas sumergibles no tienen una gran potencia de aspiración, pero están diseñadas para crear una alta presión de salida para bombear líquido a mayores alturas. Estas bombas están alojadas en una carcasa sellada.

La bomba centrífuga de superficie JPP1300F de Elpumps

Por tipo de medio bombeado

Existe una clasificación basada en el fluido que se bombea. Al usuario medio le resultan familiares las bombas centrífugas de agua con precauciones de seguridad mínimas, pero también hay unidades diseñadas para el transporte de líquidos inflamables, aceites, coloides y medios con impurezas mecánicas. Según esta clasificación, todos los tipos de bombas presentan variaciones en el diseño de la turbina, los sistemas de sellado, el aislamiento del entorno, la protección contra chispas y otras características diversas.

Otras variedades

La idoneidad de las bombas horizontales y verticales para soluciones con requisitos de rendimiento exigentes varía. Esta variación viene determinada por factores como el método de admisión del líquido y otras características operativas de la planta. En concreto, aunque las unidades centrífugas verticales pueden tener un rendimiento inferior al de las máquinas hidráulicas, pueden ser más compatibles con distintos tipos de estructuras.

Bomba centrífuga para instalación vertical

Otras categorías de bombas disponibles en el mercado destacan diversas soluciones de ingeniería que se han aplicado.

La bomba en voladizo está construida sobre una robusta base metálica, lo que impide cualquier movimiento entre los distintos componentes y minimiza o elimina cualquier carga axial sobre el motor y la turbina.

La bomba 2K-6, también conocida como bomba centrífuga en voladizo 2 K-6, está diseñada específicamente para bombear agua.

Bomba centrífuga monobloc SPERONI CXM 60/0.37

Además, existen otras divisiones de categorización, que resultan especialmente interesantes para los expertos que pretenden seleccionar el dispositivo óptimo para abordar el problema dentro de un conjunto estricto y preciso de circunstancias, especificaciones y limitaciones.

Recomendaciones para la instalación de bombas centrífugas

La instalación correcta de una bomba centrífuga es esencial para su funcionamiento fiable, su larga vida útil y el cumplimiento de los intervalos de mantenimiento especificados por el fabricante. Seguir las precauciones y normativas necesarias no sólo garantiza estas ventajas, sino que también ayuda a eliminar problemas como el ruido excesivo, las vibraciones y la degradación de las conexiones, además de evitar modos de funcionamiento anómalos y de emergencia.

Al instalar bombas centrífugas, deben seguirse las siguientes directrices para garantizar un ajuste y un funcionamiento correctos.

• El motor y la unidad de turbina deben orientarse horizontalmente, a menos que el fabricante indique lo contrario y no lo dicten las peculiaridades del diseño de la bomba.
• Para las instalaciones con conexión directa a la rotura de tubos, de hasta 1 kW, se permite montarlas en una pared, superficie del suelo u otra estructura de soporte.
• Las bombas con una potencia de hasta 10 kW deben montarse sobre un bastidor de soporte metálico fijado a la superficie del suelo, el piso o una estructura de soporte. Pueden instalarse juntas de goma amortiguadoras entre los puntos de apoyo y las zonas correspondientes de la estructura de la unidad centrífuga.
• Los aparatos de potencia superior a 10 kW deben montarse sobre un bastidor fijado a una base de hormigón. Las dimensiones de la cimentación deben ser 100 mm mayores que las dimensiones de la carcasa o consola de la bomba en todas las direcciones.
• La bomba debe instalarse a una distancia mínima de medio metro de cualquier pared o valla cercana.
• No está permitido aislar térmicamente la unidad de accionamiento o la unidad del motor a menos que se especifique en las instrucciones del fabricante para las condiciones de funcionamiento específicas.

Importante! Antes de conectar la bomba al sistema de tuberías, es importante realizar una comprobación manual del dispositivo desconectándolo de la alimentación eléctrica. Esto incluye girar el eje y la turbina sin la cubierta protectora, así como lavar todas las mangueras y tuberías de entrada y salida.

Hay ciertas directrices que deben seguirse al instalar y conectar la red de tuberías.

1. Es importante asegurarse de que las conexiones de entrada y salida encajan sin holgura en los respectivos puntos de conexión. Esto se hace para evitar que se ejerzan fuerzas externas sobre la estructura de la bomba una vez finalizada la instalación.
2. Al introducir los extremos de las tuberías, las bridas deben estar paralelas entre sí. No está permitido aplicar una fuerza excesiva para colocarlos. Además, deben instalarse juntas entre las superficies de contacto de los elementos de conexión. El tipo de junta utilizado depende del medio de trabajo.
3. El soplador centrífugo debe instalarse de forma que el líquido se bombee en la dirección deseada, como indica la flecha del cuerpo del aparato.
4. A la salida de la bomba debe instalarse un manómetro.
5. Se requiere un filtro mecánico en la entrada del sistema, a menos que su instalación sea incompatible con el uso de la bomba.
6. Las conexiones de entrada y salida tienen válvulas de cierre instaladas.
7. Para garantizar que el sistema se pueda drenar, se instala una válvula de cierre con salida de drenaje en el punto más bajo de la red de tuberías después de la conexión de salida.

Las estructuras complejas y los sistemas de tuberías con varias bombas instaladas tienen sus propias reglas. Una de las más sencillas consiste en instalar dos bombas en paralelo en el mismo punto para crear un fuerte flujo de líquido. En este caso, cada bomba tiene una válvula de retención en la tubería de salida.

Esquema de instalación de una bomba centrífuga

Para quienes adquieran una bomba centrífuga para uso doméstico, he aquí un par de consejos. Es fundamental seguir meticulosamente las instrucciones del fabricante durante el proceso de instalación. Si se recomienda instalar la bomba en una superficie plana horizontal, no se trata sólo de alinear los ejes; montarla en una pared podría perturbar el funcionamiento de los mecanismos de seguridad, provocar un mayor desgaste de los componentes y disminuir el rendimiento de la unidad.

Consejo: Es esencial no ignorar los límites de temperatura de funcionamiento recomendados. Una bomba centrífuga sólo debe funcionar cuando el termómetro marque más de cero. Durante el invierno, el aparato debe colocarse en el interior. Descuidar esta pauta provocará inevitablemente averías en el equipo.

Principales características de las bombas centrífugas

Para hacer la elección correcta de una bomba para el suministro de agua a una casa privada de un pozo o cualquier otro problema, es necesario tener en cuenta no sólo los números indicados en la documentación del dispositivo. Sin embargo, para conocer en general los parámetros útiles para ajustar correctamente la tarea, tiene sentido mencionar las características de los dispositivos de bombeo de líquidos.

1. Capacidad o suministro . Esta cifra representa la cantidad de líquido que la bomba expulsa por la tubería de salida cuando el motor alcanza su potencia nominal.
2. La altura es la diferencia de presión entre las conexiones de entrada y salida.
3. El gráfico ilustra la relación entre la capacidad de una bomba centrífuga y la altura, proporcionando un análisis práctico de la idoneidad del suministro de agua en diferentes plantas.
4. La profundidad de aspiración indica el nivel mínimo a partir del cual la bomba puede extraer agua eficazmente.
5. La capacidad de presión representa la presión máxima a la que una bomba puede funcionar de forma continua en un sistema de suministro de agua.

Para analizar y diseñar eficazmente una red de abastecimiento de agua, especialmente en edificios residenciales, se tienen en cuenta varios parámetros. Sin embargo, en la práctica se suelen emplear métodos simplificados. A continuación se ofrece una guía general para seleccionar una bomba adecuada.

1. Se realizan cálculos estadísticos medios para determinar el consumo. Esto implica analizar los dispositivos de extracción de agua existentes y sumar sus indicadores. En el caso de viviendas de dos o más plantas, se determina la cifra de consumo total y se asigna el volumen de agua necesario para el confort de cada planta.
2. Se evalúa la naturaleza de la zona de extracción de agua, teniendo en cuenta la profundidad de un pozo y analizando la ubicación de la bomba (altura desde la superficie del suelo).
3. Se registran los parámetros de altura de la red de suministro de agua. Se realiza para casas de dos o más plantas.

Los parámetros proporcionados permiten una selección razonablemente precisa de una bomba adecuada. Las características del lugar de entrada determinan la altura de aspiración necesaria para el dispositivo. En función del nivel del edificio (la altura de elevación del líquido), se pueden realizar cálculos y seleccionar el modelo de altura adecuado.

El análisis se centra en la característica presión-caudal, que es crucial para determinar si la bomba puede suministrar agua adecuadamente a los pisos superiores. El procedimiento implica:

• Cálculo de la caída de altura (elevación) para cada planta;
• Localizar el punto del gráfico que corresponde a la altura reducida;
• Determinar el volumen de suministro basándose en el gráfico.

Si el volumen resultante supera la cantidad necesaria para un piso concreto, la bomba es suficiente. En caso contrario, es necesario un dispositivo más eficiente o potente.

No obstante, a pesar de una evaluación diligente del punto de extracción de agua y de la red de distribución, pueden producirse errores. Estos errores se deben a que no se ha tenido en cuenta la resistencia hidráulica de la estructura de la tubería, la interrelación entre la extracción y la presión, y el análisis de las características de la bomba. Sin embargo, estos problemas suelen estar fuera del alcance de los usuarios medios en la fase de diseño.

Consejos: Para establecer un amortiguador tecnológico, es aconsejable seleccionar una bomba con un excedente del 20% en atributos críticos, especialmente la altura de elevación.

Averías comunes de las bombas centrífugas y cómo solucionarlas.

Una bomba centrífuga es un equipo relativamente sencillo. Algunas averías pueden requerir la asistencia de profesionales que realicen las reparaciones necesarias. Sin embargo, ciertas condiciones anormales de funcionamiento o averías pueden solucionarse por cuenta propia.

1. Si la altura de elevación disminuye, compruebe la tubería de entrada. Si hay filtros gruesos instalados, realice un mantenimiento preventivo. También sería beneficioso eliminar cualquier depósito en las paredes de la tubería del circuito de entrada.
2. La reducción de la altura puede resolverse en bombas equipadas con un regulador de velocidad del motor. El manómetro de control mide la presión del fluido en la salida. Si no coincide con el valor nominal, aumente la velocidad del accionamiento.
3. Si observa un aumento del ruido, de la excentricidad del eje o de las vibraciones en su sistema, es un claro indicador de que es necesario sustituir los prensaestopas o de que los cojinetes requieren mantenimiento. Además, puede indicar que las conexiones de la carcasa se han aflojado. Es importante apagar la unidad y dejar que el motor se enfríe antes de apretar las conexiones.
4. Si observa fugas o un flujo de líquido de los grifos a alta presión, sugiere que la bomba está superando las necesidades del sistema. Para subsanarlo, puede instalar una válvula reguladora en la entrada o un acumulador hidráulico con sensor en la salida para reducir el suministro.
5. El corte de agua suele producirse cuando entra aire en el sistema. Esto puede ocurrir por falta de líquido en la entrada o por sobrepasar el límite de altura de cavitación. En estos casos, es crucial inspeccionar a fondo el estado de la fuente de agua.
6. Cuando el equipo empieza a generar un calor excesivo, sirve como señal de que es necesario un mantenimiento preventivo. Para solucionarlo, es necesario inspeccionar los rodamientos, comprobar la estanqueidad de los prensaestopas, sustituir la grasa y limpiar los elementos de contacto y los terminales.

Es fundamental mencionar que si la instalación de las bombas centrífugas se realiza con cuidado, atención y respetando las normas generales y las recomendaciones del fabricante, rara vez se producen averías.

Sin embargo, las averías inesperadas pueden ocurrirle a cualquiera. Por lo tanto, es aconsejable realizar inspecciones periódicas y un mantenimiento preventivo del equipo.