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Bombas Centrifugas - Teoría, Operación y funcionamiento de las Bombas Centrifugas

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Teoría, Operación y
Funcionamiento de las Bombas
Centrifugas Sanitarias

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Únicamente por:
Internet
Tipo de Formato: Recopilación


Teoría, Operación y funcionamiento de las Bombas Centrifugas

Carcaza
La función de la carcaza en una bomba centrifuga es convertir
la energía de velocidad impartida al líquido por el impulsor en
energía de presión. Esto se lleva a cabo mediante reducción
de la velocidad por un aumento gradual del area
La carcaza tipo voluta. Es llamada así por su forma de
espiral.
Su area es incrementada a lo largo de los 360º que
rodean al impulsor hasta llegar a la garganta de la carcasa


donde conecta con la descarga
Debido a que la carcaza no es simétrica, existe un des
balanceo de presión, lo cual origina una fuerza radial muy
apreciable sobre todo si la bomba se trabaja con gastos
alejados y menores al gasto del punto de maxima eficiencia.
La magnitud de este empuje radial es una función de la carga, diametro del impulsor, ancho del mismo y diseño de la misma carcasa.
Impulsor
El impulsor es el corazón de la bomba centrifuga.
Recibe el líquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba.
Un impulsor Abierto es aquel en el cual las aspas estan unidas
al mamelón central sin ningún plato en los extremos. Si estos
impulsores son grandes en diametro, resultan muy débiles, por
lo cual aunque en realidad sonsemi abiertos, lo que se conoce
como impulsores abiertos, llevan un plato en la parte
posterior (tapa Posterior) que les da resistencia.
Estos impulsores abiertos tienen la ventaja de que pueden
manejar líquidos ligeramente sucios, ya que la inspección
visual es mucho mas simple y posible.
Tienen la desventaja de
tener que trabajar muy reducidos.


La función de éstos es evitar el flujo hacia afuera, del líquido bombeado a través del orificio por donde pasa la flecha de la bomba, y el flujo del aire hacia el interior de la



bomba.


Teoría, Operación y funcionamiento de las Bombas Centrifugas

Sello Mecanico

El sello mecanico: en aquellos casos en que se usa el empaque convencional y debe dejarse un pequeño goteo,
ya que de otra manera el calor y la fricción generado sobre la flecha es muy grande, dañandola y haciendo que el
motor tome mas potencia.
Sin embargo hay ocasiones en que se desea que no se produzca
ninguna fuga, o bien el liquido ataca a los empaques haciendo que su
cambio sea frecuente.
En estos casos se usa un sello mecanico que consiste en dos
superficies perfectas bien pulidas que se encuentran en contacto una
con otra. Una de ellas es estacionaria y se encuentra unida a la
carcaza, mientras que la otra gira con la flecha

Los materiales de ambas superficies en forma de anillo son diferentes
(generalmente una es de carbón y la otra en acero inoxid able). El
aprietede una superficie contra otra se regula por medio de un
resorte.
En los demas puntos por donde podría existir una fuga, se ponen
anillos y juntas de materiales adecuados, con lo cual se logra que el
flujo que se escapa sea reducido practicamente a nada.
Existen una gran cantidad de diseños de diferentes fabricantes y dos tipos basicos son:
El sello interior o sea dentro de la caja de empaques y el externo. Existe ademas el sello mecanico des
balanceados y el balanceado, entendiéndos e por ello que la presión que ejerce el liquido sobre ambas caras debe
ser mínima.


Teoría, Operación y funcionamiento de las Bombas Centrifugas

Selección de Bombas Centrifugas Sanitarias

La selección correcta de equipo asegura una buena operación que, indudablemente, se traduce en economía y duración del sistema.
Independientemente que la bomba sea centrifugas, rotatoria o reciprocante, los elementos de instalación
tales como la carga, capacidad, líquidos a manejar, tuberías y sus accesorios y motores, tienen
practicamente los mismos problemas de operación y mantenimiento. Por lo tanto, las condiciones de
succión, descarga y demas aspectos comunes, se examinan en forma general, sin especi ficar el tipo de
bomba hasta que ello sea necesario.
Se han designado tres tipos de presión: la absoluta, que es la presión arriba del cero absoluto; la
barométrica, que es la presión atmosférica de una localidaddeterminada, y la de carga, que es la presión
arriba de la presión atmosférica de la localidad en que se mide. La presión absoluta puede encontrarse
arriba o debajo de la presión atmosférica. Un vacio debera considerarse como una presión de carga
negativa
Carga estatica. Es la altura, expresada en metros de líquido, de la columna de flujo que actúa sobre la
succión (entrada) o de descarga (salida) de una bomba

Elevación estatica de succión y carga estatica de succión.
Si la bomba se encuentra arriba del nivel libre
de bombeo, la distancia entre el nivel del liquido a bombear y el eje central de la bomba se llama elevación
estatica de succión. Si la bomba se encuentra abajo del nivel del liquido de bombeo , entonces la distancia
entre el nivel del líquido y el eje central de la bomba se denomina carga estatica de succión. No se
consideran las perdidas por fricción en la tubería y sus accesorios.
Carga estatica de descarga. Es la distancia vertical entre el eje central y el punto de entrega libre del


líquido.
Carga estatica Total. Es la distancia vertical entre los niveles de succión y descarga
Carga de Fricción.
Es la columna, en metros, del líquido que se maneja, equivalent e y necesaria para
vencer la resistencia de las tuberías de succión y de descarga y de sus accesorios. Varías de acuerdo con la
velocidad del líquido, tamaño, tipo y condiciones interiores de las tuberías y naturaleza dellíquido que se
maneja.


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Carga de Velocidad.
Un líquido que se mueve a cualquier velocidad dentro de un tubo, tiene energía
cinética debida a su movimiento. La carga de velocidad es la distancia de caída necesaria para que un
líquido adquiera una velocidad dada y se determinada.
Elevación de succión. Es la suma de la elevación estatica de succión, de la carga de fricción de succión
total y de las pérdidas de admisión (la elevación de succión es una carga de succión negativa).
Carga de Succión: es la carga estatica de succión menos la carga de fricción total y las pérdidas de
admisión, mas cualquier presión que se encuentra en la línea de succión. Es una presión negativa (hay
vacio) y se suma algebraicamente a la carga estatica de succión del sistema.
Carga de Descarga: es la suma de la carga de descarga estatica, de la carga de fricción de descarga y de
la carga de velocidad de descarga.
Carga total. Es la suma de las cargas de elevación de succión y descarga. Cuando hay una columna de
succión, la columna total de la bomba es la diferencia entre las cargas de succión y descarga.
Por lo que respecta al líquido, se tomara en cuenta la influencia de su temperatura sobre la succión.

Presión de Vapor. Si un líquido se encuentra a una temperatura arriba de su punto de congelación, sufre evaporación en su superficie libre. En el seno dellí quido se
origina una presión que se llama presión de vapor y que esta en función directa con la temperatura del
líquido.
Presión de bombeo. Destinemos una bomba cualquiera para un líquido. Al funcionar la bomba, tiende a
formar un vacio en el seno del liquido; este succionar se conoce como presión de bombeo
Supongamos que en un momento dado la temperatura determinada, la presión de b ombeo es mas baja
que la presión de vapor del líquido a bombear. Como la presión de vapor es mas alta, éste se libera por la
acción de la bomba que ya no succionara líquido sino vapor. LA bomba se encuentra en “fase vapor”,
como se ha dado en llamar a esta operación.
Por tanto es muy importante tener siempre en cuenta la temperatura del agua que se bombea, pues ésta
puede hacer que la bomba trabaje con pérdidas en su caudal.
Si por cambio s imprevistos el equipo seleccionado llega a tener una operación con este defecto, en
algunos casos la situación puede remediarse, dotando a la bomba de una carga de succión lo
suficientemente alta para que siempre haya en la succión una presión de bombeo mayor que la presión de
vapor del líquido a determinada temperatura.´


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Carga neta positiva de Succión (CNPS): Es la presión disponible o requerida para forzar un gasto
determinado, en litros por segundo, a través de la tubería de succión, al ojo del impulsor,cilindro o carcaza
de una bomba. Se da en presión en Kg/cm2 requeridos para forzar el líquido a la bomba.
CNPS Disponible: Esta depende de la carga de succión o elevación, l a carga de fricción, y la presión de
vapor del líquido manejado a la temperatura de bombeo. Si se varía cualquiera de estos puntos, CNPS
puede alterarse.

CNPS Requerido: Esta depende sólo del diseño de la bomba y se obtiene del fabricante para cada bomba
en particular, según su tipo, modelo, capacidad y velocidad.
Conviene notar que conforme disminuye la CNPS para una bomba dada, su capacidad se abate.
Elevación estatica teórica de succión. Esta depende de varios factores.

1.0
2.0
3.0
4.0
5.0

La altura sobre el nivel del mar del lugar donde se ha instalado la bomba, esto es, a la presión barométrica de la localidad de bombeo.
La presión de vapor del liquido bombeado, corresponde a la temperatura de bombeo.
Las pérdidas de succión en la tubería y accesorios de succión de la bomba, ósea las perdidas por fricción.
La carga neta positiva de succión disponible (CNPS), que en algunos casos se puede modificar.
La Carga neta positivas de succión requerida, que esta dada por el fabricante de la bomba.

Cualquier Variación en uno de los factores anteriores en un sistema de bombeo dado, provocara una variación en la operación de succión de la bomba. Todas estas
condiciones de succión deben considerarse, pues cualquiera deellas puede ocasionar pérdidas económicas y hasta el caso en que una bomba cese de suc cionar. Por
ejemplo, si el equipo es reinstalado en una localidad donde la presión barométrica es muy diferente, las nuevas condiciones pueden ser impropias para tal equipo
Curva de fricción: Una grafica carga-capacidad, se denomina curva de fricción del sistema, La curva pasa siempre por el origen de la grafica, pu esto que si no hay
carga desarrollada por la bomba, es lógico que no exista flujo en el sistema de tuberías.
Las pérdidas de carga por fricción es un sistema de bombeo son una función del tamaño del tubo, longitud, número y tipo de los accesorios que lo integran, veloc idad
del flujo el líquido y, desde luego, su naturaleza.


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Para un sistema dado, las pérdidas que se tienen en la carga (considerando la succión y descarga) por
fricción, varía aproximadamente con el cuadrado de la velocidad del líquido del sistema.
El analisis grafico de un sistema se adapta igualmente a bombas centrifugas, rotatorias o reciprocantes.
Este analisis es necesario para conocer el punto en el cual trabaja una bomba y debe hacerse antes de
investigar si las deficiencias del funcionamiento de un equipo se deben a los defectos mecanicos o de
instalación.
Operación de una bomba que tiene principalmente una carga estatica y poca fricción. Aquí, la curva
decarga del sistema empieza precisamente en el punto de la carga estatica total.

Operación de una bomba que tiene carga estatica y de fricción apreciables. Este es el sistema usual;
se deben tener en cuenta ambas cargas para que el sistema trabaje correctamente.
Operación de una bomba con carga de gravedad. La bomba se necesita sólo para aumentar el gasto a
un valor mayor que el que se obtiene por gravedad. Así, la bomba sirve únicamente para vencer la fricción en la tubería entre tanques.
Desgaste de la bomba. Cuando una bomba se desgasta por el uso, se tienen pérdidas de gasto y eficiencia. Sin embargo, estas pérdidas dependen much o de la
forma de la curva de carga del sistema. Si en un sistema se tiene una curva de carga muy aplanada, las perdidas depende mucho de la forma de la curva del sistema
que tenga la curva de carga inclinada.
Operación de bombas en Serie o en Paralelo.
Hay casos en que las necesidades de un sistema exigen que varíe la carga o el gasto. En tal caso se usan bombas en serie o en paralelo.
Para bombas en serie, el rendimiento requerido se obtiene agregando las cargas a la misma capacidad, Si las bombas operan en paralelo, se agregan las capacidades
para la misma carga.

Al suponer la curva de carga del sistema sobre la del funcionamiento de la bomba se aprecian claramente los gastos que se pue den obtener y las cargas a que trabajara
cada bomba.
Cavitación. Cualquiertipo de bomba, ya sea centrifuga, rotatoria o reciprocante, puede sufrir cavitación. Este es un fenómeno que ocurre en algunos casos de bom beo
y que ocasiona vibración y ruidos así como picaduras en los impulsores de la bomba. La cavitación puede producir una reducció n en la eficiencia de la bomba y su
desgaste moderado si aquella es leve, pero también puede dañar la bomba severamente si es muy marcada.
Se sabe que una bomba tiene cavitación cuando tiene ruido excesivo y vibración muy fuerte, aún cuando se haya comprobado su perfecta nivelación. Estos síntomas
son indicios de cavitación peligrosa y en tal caso no se debe poner en servicio a ninguna bomba.


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Si una bomba trabaja con una elevación de succión excesiva o con una CNPS insuficiente, se produce se
produce una presión de succión.
El flujo del liquido en la bomba se interrumpe (esto se conoce como
punto de corte porque es el momento que la bomba ah alcanzado su limite de bombeo a esa presión de
entrada). La bomba trabaja ahora en un punto en que se puede dañar.
Cuando la `presión de entrada esta a punto de igualarse con el punto de vaporización del líquido, las
bolsas de vapor forman burbujas en el lado posterior del alabe del impulsor, cerca de su base.
Las
burbujas se mueven del area de baja presión, existe en la admisión, hacia el de alta presión, la burbuja es
comprimidapor la alta presión, desapareciendo en forma tan rapida que el liquido golpea el alabe con tal
fuerza que a veces se desprenden pequeñas partículas del impulsor.
El desperfecto resultante se llama picadura y el ruido que se oye en una bomba, lo causa el colapso de
las burbujas de vapor.

Para que no haya cavitación por ejemplo, en las bombas centrifugas, se recomienda que se evite lo
siguiente:
1.
2.
3.
4.
5.

Cargas mucho mas bajas que la carga de maxima eficiencia de la bomba
Capacidad mucho mayor que la capacidad de maxima eficiencia de la bomba
Elevación de succión mayor o carga positiva menor que la recomendada por el fabricante.
Temperaturas de líquido mayores a las de diseño u originales del sistema.
Velocidades mas altas que las recomendadas por el fabricante.

Si la bomba es del tipo deben evitar:
1. Cargas mucho mayores que las de maxima eficiencia de la bomba.
2. Capacidad mucho menor que la capacidad de maxima eficiencia de la bomba, y los puntos 3, 4 y 5 que se recomiendan para las bombas centrifugas comunes.
Cebado. Cebar una bomba significa remplazar en aire, gas o vapor que se encuentre en la bomba y sus tuberías, por el líquido a bombear. Las bombas se pueden
cebar, automatica o manualmente.

Normalmente, la bomba de de desplazamiento positivo tipo rotatorio o reciprocante son autocebantes; si su diseño incluye un b uen sellado, podran extraer aire del lado
desucción sin dificultad, puesto que dichas bombas manejan muy bien tanto el aire como el líquido.
Con las bombas centrifugas no pasa lo mismo; una bomba centrífuga bombea aire a la misma altura, en metros, que lo puede hacer con un liquido; sin embargo, y
debido a que el peso del aire es muy bajo cuando se lo bombea, trabajando a su velocidad normal, desarrolla una carga de 60m cuando ma neja agua; la misma
desarrollara una carga de 60m del aire equivale a un vacío de cerca de 8m de agua, que es insuficiente para producir el cebado de la bomba. Por lo tanto es necesario
cebar una bomba centrifuga antes de ponerla en marcha.


Teoría, Operación y funcionamiento de las Bombas Centrifugas

Se presentan dos casos generales en el problema de cebado de una bomba: cuando se t iene una carga de succión positiva, es decir, el nivel del líquido a bombear esta
arriba del eje central de la bomba y cuando el nivel se encuentra abajo de dicho eje.
E n el primer caso, cuando la bomba se pone por primera vez en servicio, o después de él, la tubería de la Bomba y esta misma puede estar llena de aire. A menos que
la presión de succión sea lo suficientemente alta para desalojar el aire del interior de la bomba, ésta no estara cebada. Por lo tanto, es necesari o proveer medios
adecuados.
Como valvulas de purga, para expulsar el aire atrapado en el sistema.
Si el nivel de succión se encuentra abajo del eje central de labomba (caso mas común) el aire debe ser substituido por el líquido a bombear mediant e el sistema de
cebado que sea el mas adecuado para cada instalación.
Se han desarrollado algunos sistemas de cebado controlados automaticamente. El equipo provisto de uno de estos se llama “bomb a automaticamente cebada
(autocebante).
Existen varios sistemas de cebado auxiliar,.
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Una succión sumergida de compuerta de succión permite que el líquido de entrada empuje el aire fuera de la carcaza.
El paso lateral que puentea la valvula check de descarga, usa el mismo líquido de la línea de descarga para cebar la bomba.
El uso de la valvula de pie. Esta cierra cuando se deja de bombear e impide que se descargue la succión. Se puede usar una fuente de líquido auxiliar.
Una bomba auxiliar extrae el aire de la carcaza de la bomba principal para efectuar el cavado de la misma.
Un eyector extrae el aire de la carcaza para cebar la bomba principal.
Un tanque de cebado que contenga una cantidad suficiente del líquido para establecer el flujo a través de la bomba en el momento del arranque.

En algunos caso de cebado automatico la bomba debe marchar “en seco” puesto que ella misma
colabora en su cebado, pero debe procurarse que no se exceda el tiempo de marcha en seco por mas de
dos minutos a menos de que le fabricante de especificaciones espe ciales.
Arranque y Parada
Antes de arrancar unabomba se deberan verificar las condiciones de succión, ver si la bomba esta
provista de un colador o pichancha y asegurar que no esta obstruida. Estas precauciones se toman sólo
cuando la bomba trabaja por primera vez.

Es necesario cebar las bombas centrifugas que se van a arrancada por primera vez. En el caso de las
ultimas, es necesario llenar la parte inferior de la carcaza con el liquido a bombear para que queden
cebadas.

Una vez que se hayan inspeccionado el equipo auxiliar de la bomba, efectuado el cebado correcto si lo
necesita y verificado sus condiciones normales de succión, se puede arrancar la bomba.



Teoría, Operación y funcionamiento de las Bombas Centrifugas

Una bomba centrifuga se puede poner en marcha con la valvula de descarga abierta o cerrada.
Si la valvula esta cerrada, el agua
dentro de la carcaza de la bomba circulara en circuito cerrado; no así en las de desplazamiento positivo tales como rotatoria s o
reciprocantes, que cuando tienen una obstrucción en la descarga sufren fuertes daños, pues desarrollan una gran presión que
requiere alta potencia.
La mayoría de las bombas son propulsadas por motores eléctricos ya sea del tipo síncrono o asíncrono. Si el voltaje aplicado, el
número de fases, ciclaje, alimentación y medio de arranque han sido bien seleccionados y el motor es del tamaño correcto para los
Caballos de Potencia requeridos, el arranque del motor no presentaraproblemas. Actualmente los arrancadores para motores
eléctricos se construyen en tal forma que la operación de arranque. Parada es sumamente sencilla. Sin embargo, deben tenerse
en cuenta algunas consideraciones para efectuar arranques correctamente.
Los motores pueden arrancarse directamente sobre la línea (tensión plena) o a voltaje reducido a través de resistencias, reactores,
auto transformaciones o por devanado partido. Desde luego, el voltaje pleno, es el método mas sencillo y económico para el
arranque de los motores eléctricos; ademas, los motores modernos estan diseñ ados no sólo para soportar arranque a voltaje
pleno, sino también la alta corriente de arranque. Generalmente la capacidad de la fuente de suministro es la que limita el u so del
arranque a voltaje pleno a través de la línea.

Los sistemas mas usuales en b ombeo para arranque a voltaje reducido son por resistencia y por autotransformador de transmisión cerrada. El primer tipo emp lea una
resistencia en serie con la línea; la caída de voltaje a través de la resistencia produce un voltaje reducido en el motor. La corriente de arranque se reduce en proporción
directa a la reducción del voltaje.
En los arrancadores a tensión reducida tipo autotransformador se tiene la ventaja de que el motor,
durante el arranque, toma menos corriente de la línea para una reducción de voltaje dada.
Paro de Bombas. El paro de una bomba puedeexaminarse en dos casos generales: paro controlado y
paro imprevisto.
En el paro controlado, y según sea los diversos tipos de instalación, se debe procurar primero que, por
medio de las valvulas de compuerta o de otro tipo que se encuentren en la descarga, se eviten las
presiones por regreso del líquido (golpe de ariete) qu e se pueden producir al parar la bomba. Esto se
evita cerrando las valvulas de compuerta antes de parar la bomba.
En las instalaciones donde se tiene una carga en la descarga de la bomba, se usa una valvula check
para detener el regreso del líquido por la tubería de descarga, ya sea debido a elevación o por la acción
de otras unidades que estén operando sobre un múltiple de descarga. Estas valvulas check pueden ser
de cierre rapido o cierre lento, y deben de mantenerse siempre en buen estado.


Teoría, Operación y funcionamiento de las Bombas Centrifugas

El verdadero problema se presenta cuando una bomba sufre un paro imprevisto. Si esta conectada a un
sistema de tubería cerrada, cuando el líquido sufre el cambio brusco de velocidad se presente el golpe de
ariete que, debido a la elevación rapida de presión, puede ocasionar graves desperfectos.
Para evitar los efectos destructores del golpe de ariete:
El suponer que el pico de presión que se produce se corresponde con la fórmula de Jucowski implica
suponer que el acontecimiento es rapido (tiempo de maniobra





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