Bomba centrífuga

Bomba centrifuga

¿Busca una bomba centrífuga, de agua o una bomba de pistones axiales? Lea nuestros artículos y aprenda a elegir la bomba centrífuga adecuada para su proyecto o empresa industrial.

Existen dos grandes tipos de sistemas de bombeo industriales que se diferencian según el uso que se les quiera dar, que vendrá determinado por los procesos del fluido. Si se quiere aumentar la presión de un fluido, habrá que recurrir a las bombas de desplazamiento positivo, cuyo caudal resulta de la variación de la capacidad ocupada por el líquido. Si se quiere aumentar el caudal, se utilizan bombas centrífugas. En este caso, el movimiento del líquido resulta del aumento de energía que le imparte la fuerza centrífuga.

¿Qué es una Bomba centrífuga?

Es el tipo de bomba industrial más común. La bomba centrífuga es una máquina giratoria que, mediante un rotor de paletas, aumenta la energía cinética y, con la ayuda de la fuerza centrífuga, lanza el líquido en la periferia hacia la voluta. Una gran parte de la energía cinética se convierte en presión de impulsión en la salida mediante una boquilla divergente.

Cómo funciona una bomba centrífuga

El proceso tiene lugar en dos etapas: succión y aceleración. Debido a la rotación del impulsor, el fluido bombeado es primero aspirado axialmente en la bomba y luego acelerado radialmente.

El líquido se introduce en el centro del rotor a través de una abertura llamada “distribuidor”. Su función es conducir el fluido desde la línea de aspiración hasta la entrada del rotor. A continuación se ceba la bomba, una vez que está llena de líquido. La velocidad del fluido que entra en el impulsor aumenta; en consecuencia, la presión disminuye y así se genera una succión y se mantiene el cebado.

El rotor transformará esta energía mecánica aplicada al eje en energía cinética. A la salida del rotor, el fluido se proyecta hacia la voluta, cuya finalidad es recoger el fluido y devolverlo a la sección de salida. A medida que la sección transversal ofrecida al fluido es cada vez mayor, su energía cinética se transforma en energía de presión.

Ventajas y desventajas de este tipo de bombas centrífugas

La ventaja de estas máquinas es que requieren poco mantenimiento. Su sencilla construcción requiere poco mantenimiento. Al mismo tiempo, tienen un precio moderado. Estas bombas son compactas, ahorran espacio y son eficientes. En caso de un mal funcionamiento del sistema de suministro, la bomba no sufrirá daños. Sin embargo, la bomba centrífuga no se pone en marcha automáticamente. Primero hay que expulsar el aire contenido en la bomba. Se puede utilizar un depósito auxiliar colocado en la parte superior de la bomba para cebarla por gravedad. Es incompatible con fluidos demasiado viscosos, así como con líquidos “sensibles”, es decir, líquidos que no soportan una fuerte agitación en la bomba, como los líquidos alimentarios (vino, leche, etc.). Por último, requiere un disco de equilibrio.

Bombas de desplazamiento positivo

La bomba de desplazamiento positivo, o bomba de capacidad variable, es una bomba en la que el flujo de fluido resulta de la variación de una capacidad ocupada por el fluido. Su funcionamiento se basa en el principio del movimiento cíclico.

Existen dos tipos de bombas de desplazamiento positivo: las bombas de pistón o recíprocas y las bombas rotativas.

Los diferentes tipos de bombas de desplazamiento positivo

La bomba de pistón, una de las más extendidas, utiliza las variaciones de volumen provocadas por el movimiento de un pistón en un cilindro. Estas máquinas funcionan de forma alternativa y requieren un conjunto de válvulas o válvulas antirretorno para conseguir tanto la aspiración como la descarga del cilindro. La bomba de membrana es una variante de la bomba de pistón, ya que en este caso el fluido no entra en contacto con el pistón, sino que está separado por una membrana flexible o un diafragma.

Bomba peristáltica, bomba de engranajes, bomba de lóbulos, bomba de tornillo… todas son bombas rotativas que funcionan gracias a la velocidad de rotación. Al evitar la fricción, las hélices mueven los fluidos. Estas bombas constan de una pieza móvil que gira alrededor de un eje, que gira en el cuerpo de la bomba y crea el movimiento del líquido bombeado desplazando un volumen desde la aspiración hasta la descarga.

Ventajas y desventajas de las bombas rotativas

Estas robustas máquinas proporcionan una excelente eficiencia. El cebado es automático. Por último, la gran ventaja de estas bombas es que pueden manejar cualquier tipo de fluido, incluso los líquidos altamente viscosos de la industria química o petroquímica, por ejemplo.

Son robustos pero voluminosos, pesados y más caros. Los costes de mantenimiento también son más elevados, ya que, como cualquier tubería industrial compleja o equipo a presión, el mantenimiento será más oneroso. Si bien la eficiencia es alta, es imposible lograr altos caudales a baja presión. Por último, hay que añadir dispositivos adicionales en determinados casos: el flujo pulsado requiere la instalación de dispositivos especiales para evitar el “golpe de ariete”, y los sistemas de seguridad como el bypass o la válvula de seguridad son indispensables por el peligro de sobrepresión en el circuito de descarga.

Optimización de los sistemas de bombeo: consejos y trucos

Varias oficinas de ingeniería y fabricantes han realizado análisis de los sistemas de bombeo. Han demostrado que se puede ahorrar hasta un 70% del consumo energético de las bombas si se realizan determinadas mejoras.

Mientras que algunos de los ajustes proporcionan un rápido retorno de la inversión, otros sólo son útiles cuando es absolutamente necesario sustituir las bombas o renovar el sistema. A continuación hemos resumido una serie de consejos y puntos importantes para el ahorro de energía.

Si el punto de trabajo está muy a la izquierda o a la derecha en la curva de la bomba (curva del sistema B en la figura), significa que la bomba está funcionando fuera de su rango de funcionamiento. Esto da lugar a un bajo rendimiento de la bomba, que tiene que soportar cargas inadecuadas y, por tanto, tiene una vida útil reducida.

Por esta razón, determinar las características del sistema es un paso importante en el proceso de selección de la bomba. Los estudios han demostrado que, en muchos casos, el punto de funcionamiento está muy alejado del rango de funcionamiento óptimo de la bomba. Además de un mayor consumo de energía, esto también hace que la bomba se desgaste más rápidamente, reduciendo su vida útil.

El motor eléctrico
Las bombas son accionadas por un motor eléctrico. Además de la clase de eficiencia, es importante saber que la eficiencia de un motor eléctrico puede caer significativamente, especialmente durante el funcionamiento a carga parcial. La eficiencia de los motores viene indicada por su clase IE. Por lo tanto, cuando hay que sustituir una bomba, es aconsejable (y rentable) sustituir el motor eléctrico por uno de la clase IE más alta posible.

Eficiencia de las bombas
Al igual que el motor eléctrico, la bomba también tiene un cierto rendimiento. Seleccionando bien la bomba (carcasa de la bomba adaptada al diámetro del impulsor) se puede conseguir un importante ahorro de energía. Además, la carga se transfiere a la bomba de forma óptima, lo que se traduce en una mayor vida útil.

Ajuste
Un sistema de bombeo puede ajustarse de diferentes maneras. La selección del ajuste correcto permitirá ahorrar energía, al igual que el ajuste óptimo de los sensores.

Control de velocidad
Muchos sistemas tienen válvulas de control para influir en el flujo de agua. Estas válvulas de control ofrecen resistencia, lo que las convierte en devoradoras de energía. Al equipar el sistema con un convertidor de frecuencia, es posible influir en la capacidad de la bomba para conseguir el mismo resultado con menos pérdida de energía.

Al controlar la velocidad de la bomba, es posible cambiar la curva de la bomba y, por tanto, desplazar el punto de funcionamiento en la curva del sistema. Esto permite ajustar la capacidad de la bomba cuando se cambia el sistema. La figura siguiente ilustra este punto.

Al controlar la velocidad, es importante asegurarse de que la curva del sistema y la curva de la bomba coincidan, tanto a plena carga como a carga parcial.

El punto de ajuste
Muchas bombas con control de velocidad se ajustan en función de una presión o diferencia de presión fija. La forma más fácil de ahorrar dinero es bajar el punto de consigna siempre que sea posible. Como alternativa, el sistema puede estar equipado con un dispositivo de control de la presión dinámica, que ajustará el punto de ajuste de la presión en función del caudal requerido. Esto puede hacerse equipando un sistema SCADA.

Un acuerdo maestro/esclavo
Muchos sistemas tienen varias bombas conectadas en paralelo con control de encendido/apagado o de velocidad. Si se identifican cuidadosamente las características de las bombas cuando funcionan de forma independiente o simultánea, se puede desarrollar una estrategia de disparo sólida que garantice que la combinación bomba/velocidad más eficiente esté siempre disponible.

El sistema
Cada sistema es único, y un sistema correctamente diseñado puede proporcionar un importante ahorro de energía. Para ello, es importante tener en cuenta ciertos puntos a la hora de diseñar el sistema:

Diámetro de la tubería – El diámetro de la tubería seleccionada afectará al caudal y a la resistencia (caída de presión) del sistema y, por tanto, a la energía necesaria para hacer funcionar la bomba. A menudo se instalan tuberías de tamaño insuficiente para mantener bajos los costes de instalación.

Desgraciadamente, esto se traduce en un mayor consumo de energía a lo largo de la vida útil del sistema. Por el contrario, si se eligen tubos ligeramente más grandes, se puede conseguir un ahorro de energía a lo largo de la vida útil de la instalación. Así, los mayores costes de instalación se amortizarán con creces en poco tiempo.

Desbordamiento – Muchos sistemas tienen válvulas de puesta en marcha o de control de la presión que mantienen un caudal mínimo en el sistema cuando no hay una caída de nivel. Un desbordamiento excesivo provoca un bombeo continuo e innecesario de agua, lo que supone un mayor consumo de energía. Por lo tanto, es importante asegurarse de que estas válvulas están correctamente ajustadas.

Accesorios antes y después de la bomba – Los accesorios de aspiración y descarga instalados en una bomba suelen ser más pequeños que el tamaño de tubería requerido. Por lo tanto, es necesario añadir un reductor. Un error común es montar la válvula entre el reductor y la bomba.

La válvula cuesta menos debido a su pequeño diámetro, pero el rápido flujo de líquido a través de la válvula provoca una mayor pérdida de presión (bajo valor de kV). Esta pérdida de presión adicional aumenta el consumo de energía de la bomba. La figura siguiente ilustra este punto.

El montaje de la válvula en la sección de la tubería con el mayor diámetro aumenta la inversión inicial para la válvula, pero este coste se recuperará rápidamente a través de los ahorros de energía posteriores.