Bombas centrifugas

Bomba Centrfuga: Las bombas centrfugas mueven un cierto volumen de lquido entre dos niveles; son pues, mquinas hidrulicas que transforman un trabajo mecnico en otro de tipo hidrulico. Los elementos constructivos de que constan son: a) Una tubera de aspiracin, que concluye prcticamente en la brida de aspiracin. b) El impulsor o rodete, formado por una serie de labes de diversas formas que giran dentro de una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente al eje y es la parte mvil de la bomba. El lquido penetra axialmente por la tubera de aspiracin hasta el centro del rodete, que es accionado por un motor, experimentando un cambio de direccin ms o menos brusco, pasando a radial, (en las centrfugas), o permaneciendo axial, (en las axiales), adquiriendo una aceleracin y absorbiendo un trabajo. Los labes del rodete someten a las partculas de lquido a un movimiento de rotacin muy rpido, siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrfuga, de forma que abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando su presin en el impulsor segn la distancia al eje. La elevacin del lquido se produce por la reaccin entre ste y el rodete sometido al movimiento de rotacin; en la voluta se transforma parte de la energa dinmica adquirida en el rodete, en energa de presin, siendo lanzados los filetes lquidos contra las paredes del cuerpo de bomba y evacuados por la tubera de impulsin.

La carcasa, (voluta), est dispuesta en forma de caracol, de tal manera, que la separacin entre ella y el rodete es mnima en la parte superior; la separacin va aumentando hasta que las partculas lquidas se encuentran frente a la abertura de impulsin; en algunas bombas existe, a la salida del rodete, una directriz de labes que gua el lquido a la salida del impulsor antes de introducirlo en la voluta. c) Una tubera de impulsin. La finalidad de la voluta es la de recoger el lquido a gran velocidad, cambiar la direccin de su movimiento y encaminarle hacia la brida de impulsin de la bomba. La voluta es tambin un transformador de energa, ya que disminuye la velocidad (transforma parte de la energa dinmica creada en el rodete en energa de presin), aumentando la presin del lquido a medida que el espacio entre el rodete y la carcasa aumenta.Este es, en general, el funcionamiento de una bomba centrfuga aunque existen distintos tipos y variantes. La estructura de las bombas centrfugas es anloga a la de las turbinas hidrulicas, salvo que el proceso energtico es inverso; en las turbinas se aprovecha la altura de un salto hidrulico para generar una velocidad de rotacin en la rueda, mientras que en las bombas centrfugas la velocidad comunicada por el rodete al lquido se transforma, en parte, en presin, logrndose as su desplazamiento y posterior elevacin.

Nomenclatura recomendada para piezas de las bombas Centrifugas. Ref. Nombre de la pieza Ref. No. Nombre de la pieza No. 1 Carcasa 31 Cubierta de cojinete (interno) Carcasa (mitad 1A 32 Cua del impulsor inferior) Carcasa (mitad 1B 33 Cubierta de cojinete (externo) superior) 2 Impulsor 35 Tapa de cojinete (interno)

6 7 13 14 16 17 18 20 22 29

rbol de la bomba Anillo de la carcasa Empaquetadura Manguito del rbol Cojinete (interno) Collarn del estopero Cojinete (externo) Tuerca de manguito de rbol. Contratuerca del cojinete Anillo de cierre hidrulico

37 42 44 46 48 50 52 123 125 127

Tapa de cojinete (externo) Acoplamiento (mitad en el impulsor) Acoplamiento (mitad en la bomba) Cua del acoplamiento Buje del acoplamiento Contratuerca del acoplamiento Pasador del acoplamiento Tapa de extremo de cojinete Aceitera o grasera Tubo de sello

DESCRIPCIN DE ALGUNAS PIEZAS DE UNA BOMBA CENTRIFUGA.

Carcasa. La funcin de la carcasa en una bomba centrifuga es convertir la energa de velocidad impartida al lquido por el impulsor en energa de presin. Esto se lleva a cabo mediante reduccin de la velocidad por un aumento gradual del rea.

Tipos

Segn la manera de efectuar la conversin de energa.

Voluta

Simple Doble

De una pieza Segn la construccin Por un plano horizontal Por un plano vertical Simple Segn sus caractersticas de succin Doble Lateral Superior

Segn el nmero de pasos

De un paso De varios pasos

La carcasa tipo voluta, Es llamada as por su forma de espiral. Su rea es incrementada a lo largo de los 360 que rodean al impulsor hasta llegar a la garganta de la carcasa donde conecta con la descarga.

La carcasa tipo difusor, consiste en una serie de aspas fijas que adems de hacer el cambio de energa de velocidad a presin, guan el lquido de un impulsor a otro.

Impulsores El impulsor es el corazn de la bomba centrfuga. Recibe el lquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba. Los impulsores se clasifican segn:Simple Succin Doble Succin Aspas curvas radiales

Tipo de succin

Forma de las aspas

Aspas tipo Francis Aspas para flujo mixto Radial

Direccin del flujoMixto Abierto

Construccin mecnicaSemi-abiertos Baja

Velocidad EspecficaMedia

Los impulsores, adems de que se los clasifica con referencia al flujo de succin hacia ellos, al componente bsico del flujo y a sus caractersticas mecnicas, tambin se clasifican con referencia a su perfil y a sus caractersticas de capacidad de carga a una velocidad dada.

Muchos impulsores se disean para aplicaciones especficas. Para aguas negras, que suelen contener trapos y materiales fibrosos, se utilizan impulsores especiales que no se atascan, con aristas redondeadas y amplios conductos para agua. Los impulsores diseados para manejar paletas para pulpa de papel estn abiertos por completo, no se obstruyen y tienen paletas transportadoras de tornillo que penetran en la tobera de succin.

Impulsor axial

Impulsor de doble flujo

Impulsor tipo intascable

Impulsor mixto

Impulsores abiertos

Impulsores cerrados

Flechas

La flecha de una bomba centrfuga es el eje de todos los elementos que giran en ella, transmitiendo adems el movimiento que le imparte la flecha del motor. En el caso de una bomba centrfuga horizontal, la flecha es una sola pieza o lo largo de toda la bomba. En el caso de bombas de pozo profundo, existe una flecha de impulsores y despus una serie de flechas de transmisin unidas por un cople, que completan la longitud necesaria desde el cuerpo de tazones hasta el cabezal de descarga. Las flechas generalmente son de acero, modificndose nicamente el contenido de carbono, segn la resistencia que se necesite. En el caso de bombas de pozo profundo, las flechas de impulsores son de acero inoxidable con 13% de cromo, en tanto que las flechas de transmisin son de acero con 0.38 a 0.45 de carbono, rolado en fro y rectificado. La determinacin del dimetro de las flechas en centrfugas horizontales se hace tomando en cuenta la potencia mxima que va a transmitir la bomba, el peso de los elementos giratorios y el empuje radial que se pro duce en las bombas de voluta, que como se ha visto anteriormente, llega a ser una fuerza de magnitud apreciable.

Flecha

Camisas de flecha. Debido a que la flecha es una pieza bastante cara y en la seccin del empaque o de los apoyos hay desgaste, se necesita poner una camisa de flecha que tiene por objeto proteger la flecha y ser una pieza de cambio, sobre la cual trabajan los empaques. Las camisas son generalmente de latn o de acero inoxidable y existen diversas formas constructivas de ellas, dependiendo del tamao de la flecha y de la naturaleza del lquido manejado.

Camisa de Flecha Cojinetes El objeto de los cojinetes es soportar la flecha de todo el rotor en un alineamiento correcto en relacin con las partes estacionarias. Por medio de un correcto diseo soportan las cargas radiales y axiales existentes en la bomba. Los soportes pueden ser en forma de bujes de material suave, con aceite a presin que centra la flecha o bien los baleros comunes y corrientes, que pueden ser de bolas en sus variantes de una hilera, dos hileras, autoalineables, etc.; o bien pueden ser del tipo de rodillos.

Diferentes tipos de baleros o rodamientos. Las chumaceras de camisa se utilizan en las bombas gran des para trabajo pesado con dimetros de rbol de tal proporcin que los cojinetes antifriccin necesarios no suelen estar disponibles. Tambin se usan para bombas de etapas mltiples y alta presin que trabajan a velocidades de 3600 a 9000 r/min. Todava otra aplicacin es en las bombas verticales sumergidas, como las verticales de turbina, en donde los cojinetes estn en contacto con el agua. Casi todas las chumaceras de camisa se lubrican con aceite. Los cojinetes de empuje que se emplean en combinacin con las chumaceras de camisa, son Kingsburyo tipo Kingsbury.

Anillos de desgaste Los anillos desgastables proporcionan un sello contra fugas (que es fcil y rpido de sustituir), entre el impulsor y la carcasa. Un sello que no tiene piezas sustituibles se utiliza slo en bombas muy pequeas y poco costosas. El anillo estacionario se llama 1) anillo de carcasa si est montado en sta; 2) anillo de tapa de succin o anillo de cabeza de succin si est montado en la lapa o en la cabeza; y 3) anillo de tapa de prensaestopas (estopero), si est montado en esa tapa. Hay una pieza renovable, se llama anillo del impulsor, para la superficie de desgaste del impulsor Las bombas que tienen anillos estacionarios y rotatorios se lo llama de construccin de doble anillo. Hay diversos tipos de diseo de anillos de desgaste y la seleccin del ms adecuado depende del lquido que se mane je, la presin diferencial a travs del sello contra fugas, la velocidad de superficie y el diseo particular de bomba. En general, los diseadores de bombas centrfugas utilizan la construccin de anillo que han encontrado adecuado para servicio en cada bomba determinada.

Diferentes tipos de anillos de desgaste. rboles y manguitos de los rboles. Los dimetros de los rboles de las bombas suelen ser mayores de lo que se necesita para transmitir el par motor, debido a que su tamao se determina por la deflexin mxima permisible o deseable del rbol. Esta deflexin se selecciona para evitar un posible contacto en las superficies de desgaste a la vez que se mantienen holguras razonables que no afecten muy perjudicialmente la eficiencia de la bomba.

La primera velocidad crtica de un rbol est relacionada con su deflexin. Se sigue un diseo que permita por ejemplo una deflexin de 0.005 a 0.006 pulg. (0.13 a 0.15 mm), tendr una primera velocidad critica de 2400 a 2650 r/min. sta es la razn para emplear rboles rgidos (que trabajen a menos de su primera velocidad crtica) para bombas que operen a 1750 r/min o menos. Prensaestopas (estoperos) Los prensaestopas tienen la funcin principal de proteger la bomba contra fugas en el punto en que el rbol sale de la carcasa de la bomba. Si la bomba produce altura de aspiracin y la presin en el extremo de prensaestopas interior es menor que la atmosfrica, entonces la funcin del prensaestopas es evitar las filtraciones de aire a la bomba. Si esta presin es mayor que la atmosfrica, la funcin es evitar las fugas hacia afuera de la bomba. El prensaestopas tiene la forma de un rebajo cilndrico en el cual se coloca cierto nmero de anillos de empaquetadura alrededor del rbol o del manguito de ste. Si se desea sellar el prensaestopas, se emplea un anillo de cierre hidrulico o una jaula para sello para separar los anillos de la empaquetadura en secciones aproximadamente iguales. Se comprime la empaquetadura para darle el ajuste deseado sobre el rbol o camisa, mediante un collarn que se puede ajustar en direccin axial. Se debe contar con un suministro independiente de agua para los sellos, si existe alguna de las siguientes condiciones: 1) la altura de aspiracin sobrepasa los 15 pie (4.5 m); 2) la presin de descarga es menor de 10 lb/pulg2 (0.7 kg/cm2); 3) se maneja agua caliente sin enfriamiento adecuado (excepto en las bombas de alimentacin de calderas, en las cuales no se emplean las jaulas de sellos); 4) se maneja agua lodosa, o con arena o grnulos; 5) en todas las bombas para pozo caliente; 6) cuan do no se permite que el lquido bombeado se fugue a la atmsfera. Hay dos disposiciones bsicas de sellos: 1) montaje interno y 2) externo. Se pueden montar dos sellos mecnicos en un estopero para formar un montaje de doble sello. Acoplamientos Las bombas centrfugas estn conectadas a sus impulsores por medio de acoplamientos (coples) de diversos tipos, excepto en las bombas con acoplamiento cerrado, en las cuales el impulsor est montado en una extensin del rbol de la mquina motriz. Los acoplamientos utilizados con las bombas centrfugas pueden ser rgidos (del tipo de abrazadera o compresor) o flexibles (de pasador y tope, de engranes, de rejilla, o de disco flexible).

Bomba con acoplamiento compacto (montada en el motor).

Bombas rotodinmicas. En las que el principio de funcionamiento est basado en el intercambio de cantidad de movimiento entre la mquina y el fluido, aplicando la hidrodinmica. En este tipo de bombas hay uno o varios rodetes con labes que giran generando un campo de presiones en el fluido. En este tipo de mquinas el flujo del fluido es continuo. Estas turbomquinas hidrulicas generadoras pueden subdividirse en: Radiales o centrfugas, cuando el movimiento del fluido sigue una trayectoria perpendicular al eje del rodete impulsor. Axiales, cuando el fluido pasa por los canales de los labes siguiendo una trayectoria contenida en un cilindro. Diagonales o helicocentrfugas cuando la trayectoria del fluido se realiza en otra direccin entre las anteriores, es decir, en un cono coaxial con el eje del rodete.

Velocidad angular: nmero de radianes de un eje por unidad de tiempo = 2 n Velocidad de rotacin: nmero de rotaciones por unidad de tiempo Densidad: masa por unidad de volumen Presin: fuerza por unidad de rea

NOTA - En la presente norma todas las presiones son presiones manomtricas, es decir con respecto a la presin atmosfrica, excepto la presin atmosfrica y la presin de vapor que son presiones absolutas. Potencia: energa transferida por unidad de tiempo Nmero Reynolds:

Caudal: el caudal de salida tiene el valor siguiente:

Velocidad promedio: velocidad axial promedio del flujo, igual al caudal dividido por el rea de seccin transversal de la tubera

Altura total: en cualquier seccin, la altura total se expresa mediante:

En que: Z = altura del centro de la seccin transversal por encima del plano de referencia; y p = presin manomtrica relacionada con el centro de la seccin transversal. NOTA - La altura total absoluta en cualquier seccin se da mediante:

Altura total de entrada: altura total en la seccin de entrada de la bomba:

Altura total de salida: altura total en la seccin de salida de la bomba:

Entrada de potencia de la bomba: potencia transmitida a la bomba mediante su mquina motriz Salida de potencia de la bomba: potencia mecnica transferida al lquido durante su paso a travs de la bomba:

Eficiencia de la bomba: salida de potencia de la bomba dividida por la entrada de la potencia de la bomba

Eficiencia general: salida de potencia de la bomba dividida por la entrada de potencia de la mquina motriz

Bombas verticales tipo turbina

Cubeta de la bomba El conjunto de la cubeta es el corazn de la bomba de turbina vertical. El impulsor y la armadura de tipo difusor estn diseadas para proporcionar la

altura de elevacin y la capacidad que su sistema requiere, de la manera ms eficiente posible. El hecho que la bomba de turbina puede fabricarse en varias etapas permite una flexibilidad mxima en la seleccin inicial de la bomba y en el caso que las modificaciones futuras del sistema requieran un cambio en su clasificacin nominal. Los impulsores sumergidos permiten que la bomba arranque sin cebarla. Una variedad de opciones de materiales permiten la seleccin de la bomba mejor adaptada an para los servicios ms exigentes. Las muchas opciones disponibles del conjunto de la cubeta aseguran que la bomba de turbina vertical satisfaga las necesidades del usuario para una operacin eficiente, confiable y libre de mantenimiento. Caractersticas estndar del diseo 1. CAMPANA DE ASPIRACIN - Permite una entrada uniforme de lquido dentro del ojo del impulsor y minimiza la formacin de vrtex. 2. RODAMIENTO DE LA CAMPANA DE ASPIRACIN - Provisto para estabilidad del eje. 3. COLLAR DE ARENA - Previene que los slidos penetren al rodamiento de aspiracin. 4. IMPULSOR - Semiabierto o cerrado para un servicio apropiado. 5. SEGURO CNICO - Acero de aleacin para fijar los impulsores para tamaos de 17" y menores. 6. CHAVETEADO - Impulsor fijado al eje mediante un anillo partido chaveteado. 7. EJE DE LA BOMBA - De servicio pesado de 416SS estndar, disponible en 316SS, 17-4 PH, Monel y otras aleaciones para resistencia y resistencia a la corrosin. 8. CUBETA DE DIFUSIN - Disponible en una variedad de materiales forjados. Hierro forjado recubierto de vidrio estndar a travs de los tamaos de 18". 9. ETAPAS - Embridadas y empernadas para facilidad de mantenimiento. 10. RODAMIENTO DE TIPO CAMISA - Provista en cada etapa para asegurar una operacin estable fuera de la velocidad crtica. 11. CUBETAS EMBRIDADAS - Adaptadores registrados aseguran una alineacin positiva y facilidad de mantenimiento. Adems de las caractersticas estndar y opciones mostradas aqu hay otras caractersticas disponibles. A. Equilibrio hidrulico de los impulsores para reducir el empuje descendente axial y lograr una duracin mayor del rodamiento de empuje. B. Lavado independiente de los rodamientos de la cubeta y anillos de desgaste para servicios abrasivos. C. Superficie endurecida de los cojinetes del eje y rodamientos para proteger contra la abrasin e incrementar el intervalo entre los perodos de mantenimiento. D. Recubrimiento interior en las cubetas para una mayor eficiencia. E. Equilibrio dinmico de los impulsores. F. Tamices para impedir que objetos extraos penetren en la bomba.

TUVERIAS Para la seleccin de los materiales de las tuberas se deber tomar en cuenta los siguientes factores: - Resistencia a la corrosin y agresividad del suelo. - Resistencia a los esfuerzos mecnicos producidos por las cargas, tanto externas como internas. - Caractersticas de comportamiento hidrulico del proyecto (presiones de trabajo, golpe de ariete). - Condiciones de instalacin adecuadas al terreno. - Resistencia contra la tuberculizacin e incrustacin. - Vida til de acuerdo a la previsin del proyecto. Los materiales ms comunes son: - Policloruro de Vinilo (PCV) - Polietileno - Fierro Galvanizado - Fierro Fundido - Fierro Dctil - Acero Por otro lado, se pueden distinguir dos tipos de tuberas: las tuberas de unin flexible y las de unin rgida. _ Tuberas de unin rgida - A simple presin, con espiga y campana; las uniones son ensambladas con pegamento. - Roscadas, las uniones requieren de uniones simples para el empalme entre tuberas. _ Tuberas de unin flexible - A causa de las caractersticas especiales del anillo y campana de la unin flexible, se minimiza las operaciones de ensamble, esto facilita el centrado y conexin de los tubos, sin recurrir a mucha fuerza.

Los distintos tipos de tubera Dependiendo del tipo de material del que est constituido el conducto, sus caractersticas, ventajas y desventajas variarn en funcin de su utilidad, de la actividad del suelo, de la climatologa y del lugar en el que se coloque.

- Tuberas de hierro dctil: este material se produce al tratar el hierro fundido con una base de azufre bajo y agregndole magnesio en condiciones estrictamente controladas. El resultado es una tubera ms resistente a la tensin, los golpes, los cambios de temperatura y la corrosin.

- Tuberas de hierro: fue la primera solucin por la que se opt a la hora de sustituir los antiguos conductos de plomo. Este material ofrece una gran

resistencia, lo que convierte su manipulacin en una difcil tarea. Al contrario que el hierro dctil, ofrece una menor flexibilidad y resistencia.

- Tuberas de cobre: su proceso de fabricacin permite obtener tuberas con paredes lisas y tersas. Adems, para la conduccin de fluidos slo es necesario un mnimo de medidas de presin. ste es uno de los materiales ms utilizados por su gran resistencia ante la corrosin, su dureza y su gran flexibilidad.

- Tuberas de PVC: las hay de todos los tamaos y con muchos complementos y roscas. Estas ventajas unidas al reducido precio con respecto a los de las anteriores, las convierten en el perfecto recambio. El PVC puede adaptarse y colocarse fcilmente en cualquier toma de agua del hogar.

- Tuberas de polipropileno: es el producto de numerosas investigaciones para conseguir un elemento atxico y que otorgue las mejores cualidades: resistencia, flexibilidad, manejabilidad, etc.

Vlvulas de seguridad y discos de ruptura

Vlvula que trabaja como un regulador automtico de alivio de presin actuando por la presin esttica existente en la entrada vlvula.

De diferentes materiales: bronce, cromadas, acero de carbono, pulidas, fundicin nodular, fundicin gris perltica, acero inoxidable, latn, etc. Toda clase de conexiones: brida x brida, rosca hembra x rosca hembra, rosca macho x escape libre, rosca macho x rosca hembra, etc. Y todo tipo de cierres: metlicos, caucho de silicona, fluorelastmero (vitn), PTFE (tefln), etc. De conformidad con UNE 9-100-86 (vlvulas de seguridad) Vlvulas de cierre por membrana Vlvula compuesta de tres partes: cuerpo, membrana que separa el fluido de la mecnica de la vlvula y la cabeza manual o automtica. Es una vlvula que se caracteriza por su estanqueidad, diversidad de materiales y calidades de las membranas que permite cubrir una amplia gama de productos a vincular. Puede trabajar a presiones hasta 12 kgs/cm2 segn las caractersticas del lquido y la temperatura. Su empleo est indicado para clase de fluidos neutros o corrosivos, ligeros o viscosos. Tanto para utilizaciones mecnicas (carga de rotura, abrasin, flexin, elasticidad, etc) como para utilizaciones qumicas (cidos, bases, aceites, alcoholes, oxidantes, etc). Los principales materiales para los cuerpos son fundicin, fundicin ebonitada, fundicin recubierta de butilo o pentn, acero inoxidable, etc., y para las membranas: butilo, caucho natural, neopreno, vitn, perbunan,... Consltenos y le recomendaremos la mejor eleccin de los materiales del cuerpo y los elastmeros de las membranas.

Bibliografahttp://www.vigrm.com/tubo-accesorios/2-1-3-1.htm http://personales.ya.com/universal/TermoWeb/Bombas/PDFs/BOMBAS1.pdf http://personales.ya.com/universal/TermoWeb/Bombas/PDFs/BOMBAS2.pdf http://www.savinobarbera.com/espanol/teoria.html

Libros:

Viejo Zubicaray BOMBAS: Teora, diseo y aplicaciones. Editorial Limusa Mxico, 1997

Theodore Baumeister, Eugene A. Avallone, Theodore Baumeister III Marks Manual del Ingeniero Mecnico. Octava Edicin Editorial McGraw Hill Mxico, 1984