CAPITULO 5

BOMBAS CENTRIFUGAS

Una bomba centrfuga es uno de los tipos ms simples de equipo en cualquier planta del proceso. Su propsito es convertir energa de un primer elemento (un motor elctrico o turbina) primero en velocidad o energa cintica y luego en energa de presin de un fluido que est bombendose. Los cambios de energa ocurren en virtud de dos partes principales de la bomba, el impulsor y el en espiral o difusor. El impulsor es la parte que esta girando y convierte la energa de la mquina en energa cintica. El en espiral o el difusor es la parte estacionaria que convierte la energa cintica en energa de presin.

Algo que siempre debe recordarse es que una bomba no crea presin, esta solamente proporciona flujo. La presin es solamente una indicacin de la resistencia al flujo.

5.1. CONFIGURACIN BSICA

El tipo ms simple de bomba centrifuga es la maquina de simple etapa, la cual consiste fundamentalmente de un elemento rotatorio, denominado impulsor, y un casco. El liquido es llevado al centro del impulsor y puesto en rotacin por las aspas del impulsor. Debido a la fuerza centrifuga el liquido es lanzado del borde o periferia del impulsor con una considerable velocidad y presin. El casco, el cual encierra al impulsor, tiene una voluta formando un pasaje cuya rea de seccin transversal va aumentando y la cual recoge al liquido que sale del impulsor y convierte una porcin de su energa de

velocidad en energa de presin. Este pasaje del casco conduce a la conexin de descarga de la bomba a la tubera que forma el sistema

Fig. 5.1a Bomba Centrifuga

Fig. 5.1b Bomba centrifuga de voluta

La Fig. 5.1b muestra algunas partes bsicas de una bomba centrifuga, las cuales son:

Casco .- gua al liquido hacia el impulsor; recoge al liquido del impulsor y reduce su velocidad transformando parte de ella en presin o columna. Los cascos son de dos tipos: de voluta y circular.

Casco de Voluta.- Los cascos de voluta proporcionan ms alta columna. La voluta es un tnel circular que aumenta su rea hacia la parte de la descarga. como se muestra en la Fig. 5.1c. Como el rea de seccin transversal aumenta, la voluta disminuye la velocidad del liquido y aumenta la presin.

Fig 5.1c Seccion de una Bomba centrifuga de Voluta

Casco circular.- Se usan para bajas columnas y altas capacidades. Los cascos circulares tienen paletas estacionarias alrededor de la periferia del impulsor que convierten la energa de velocidad a energa de presin. convencionalmente, los difusores son aplicados a bombas de mltiples etapas.

En muchos casos se acondiciona un difusor a la salida de la bomba para ayudar a aumentar la presin

Fig. 5.1d Bomba Centrifuga de Difusor

Impulsor.- imparte energa al lquido por la accin de sus aspas; es el nico componente de la bomba que suministra energa al lquido. Los impulsores son clasificados de diferentes maneras:

Basndose en la principal direccin de flujo con referencia al eje de rotacin:

Flujo Radial

Flujo Axial

Flujo mixto

Basado en el tipo de succin

Simple succin: el liquido entra por un solo lado

Doble succin: El liquido entra al impulsor simtricamente por los dos lados

Basado en la construccin mecnica (Fig. 5.1e)

Cerrado: Placas que encierran las paletas

Abierto

Semiabierto (tipo "vortex")

Fig. 5.1e: Impulsores Cerrado y Abierto (ver fotos de impulsores)

Difusor.- porcin de tubera que recoge al liquido que sale del impulsor, el mismo que an conserva alta velocidad y puede dar alta friccin, pero debido al aumento en el dimetro de esta porcin de tubera (difusor) se reduce la velocidad del liquido (y la friccin).

Inductor.- (opcional), elevador de columna, proporciona la CSPN requerida por el impulsor.

Espacio libre.- disminuye la fuga de liquido de alta energa a la entrada del impulsor.

Cubierta.- cubre al casco; sostiene a los cojinetes.

Empaquetaduras.- evitan las fugas de liquido.

Eje.- mueve y sostiene al impulsor.

Cojinetes.- soportan al rotor (adems del impulsor y eje).

5.2. CARACTERSTICAS DE OPERACIN

Sin duda, la parte ms importante de nuestra discusin sobre bombas centrfugas es el uso de las curvas de operacin. Una tpica caracterstica de operacin de bombas centrfugas se muestra en la Fig. 5.2. la columna total (energa suministrada), potencia absorbida (para una SG particular) y la CSPNR (energa neta requerida a la entrada) son ploteadas en funcin del flujo.

http://plantasquimicas.iespana.es/Bombas/fotos.htm

Fig. 5.2 Caractersticas tpicas de operacin de bombas centrfugas

Estas son las caractersticas de trabajo de la bomba. Eficiencia de la bomba (derivada del flujo, la columna total y la potencia), tambin se grafica como funcin del flujo el punto de mxima eficiencia (BEP) e indicar el rango de operacin ms efectivo de la bomba.

5.2.1 Columna Capacidad

Toda bomba centrfuga tiene, para una velocidad particular y un dimetro particular de impulsor cuando manipula un liquido de variacin de viscosidad despreciable, una curva de operacin, la cual indica la relacin entre la columna (o presin) desarrollada por la bomba, y el flujo a travs de la bomba. La curva que se muestra en la Fig. 5.2, es un ejemplo tpico. Como podemos ver, a medida que la capacidad aumente, la columna total que es capaz de desarrollar la bomba se reduce. En general la columna ms alta que es capaz de desarrollar una bomba centrfuga es a un punto donde no hay flujo a travs de la bomba; esto es cuando la vlvula de descarga est completamente cerrada. Recordar que estas curvas de operacin estn basadas e una velocidad, dimetro de impulsor y viscosidad particulares. En general, la viscosidad a la cual se dan las curvas caractersticas es la viscosidad del agua a 25 oC.

5.2.2 BHP (Potencia suministrada) Capacidad

Para operar a la capacidad deseada, encontramos que debemos suministrar cierta energa a la bomba (potencia suministrada o BHP). Entonces, podemos graficar una curva representando la relacin entre la capacidad y la potencia suministrada, nuevamente basada en los factores constantes previamente definidos. Para bombas centrfugas generalmente la potencia suministrada incrementa con un incremento en la capacidad.

5.2.3 Eficiencia debe ser calculada

Las dos caractersticas que han sido graficadas hasta este punto son determinadas examinando una bomba actual. Ahora veremos lo concerniente a la eficiencia a la cual opera la bomba. La eficiencia no podemos medirla directamente, sino que debemos

calcularla de la informacin que hemos obtenido. La eficiencia se evala a partir de la Ec. 3.30.

A partir de esta Ec., puede determinarse la eficiencia a la cual est operando la bomba para una determinada capacidad y puede graficarse.

Para hacer estimados puede determinarse la eficiencia como funcin de la velocidad especfica, como se ver mas adelante.

5.2.4 CSPN Capacidad

Esta es otra caracterstica de una bomba centrfuga, la cual es muy importante y siempre se da con las curvas de operacin de la bomba, relacionndola con la capacidad. Esta informacin nos da el valor de la CSPNR o de la bomba el cual puede tomarse como referencia para determinar la CSPNA o del sistema para una operacin adecuada.

Cuando se discute sobre bombas centrifugas, los dos trminos ms importantes son CSPNR (NPSHR) y CSPNA (NPSHA )

Columna de Succin Positiva Neta Requerida CSPNR

CSPN, es uno de los trminos asociados con las bombas, ms extensamente usados y menos entendidos. El entendimiento del significado de la CSPN es mucho mas importante durante la instalacin que durante la operacin de la bomba.

Las bombas pueden bombear solamente liquidios, vapores no

La operacin satisfactoria de una bomba requiere que la evaporacin del liquido que se esta bombeando no ocurra a ninguna condicin. Esto se desea porque cuando un liquido se vaporiza, su volumen aumenta extremadamente, por ejemplo 1 pie3 de agua a temperatura ambiente da 1700 pie3 de vapor a la misma temperatura. Esto hace claro que si deseamos bombear un fluido efectivamente debemos mantenerlo siempre como liquido.

Aumento en la temperatura i disminucin en la presin aumenta la vaporizacin

La vaporizacin comienza cuando la presin de vapor del lquido a la temperatura de operacin iguala a la presin exterior del sistema que, en un sistema abierto siempre es igual a la presin atmosfrica. Cualquier disminucin en la presin externa o aumento en la temperatura de operacin puede inducir la vaporizacin y la bomba deja de bombear. As, la bomba siempre necesita tener una cantidad suficiente columna de succin el presente para prevenir esta vaporizacin al punto de presin ms bajo en la bomba.

CSPN como una manera de prevenir la vaporizacin

El fabricante normalmente prueba la bomba con agua a diferentes capacidades, creadas en el lado de la succin. Cuando las primeras seales de vaporizacin se presentan, indican que ocurre cavitacin, la presin de la succin es anotada (el trmino

cavitation se discute en detalle despus). Esta presin se convierte en la columna. Este nmero de columna se publica en la curva de la bomba y se define como la columna de succin positiva neta requerida CSPNR (NPSHr) o a veces para abreviada como la CSPN (NPSH). As la Columna de Succin Positiva Neta (NPSH) es la columna total a la entrada de la succin de la bomba menos la presin de vapor convertida a altura de la columna del lquido.

CSPNR (NPSHr) Es una funcin del diseo de la bomba

La CSPN requerida es