bombas centrÍfugas - por: alvaro cordero

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BOMBAS CENTRÍFUGAS

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Las Bombas centrífugas también llamadas Rotodinámicas, sonsiempre rotativas y son un tipo de bomba hidráulica que transforma laenergía mecánica de un impulsor . El fluido entra por el centro delrodete, que dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por efectode la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde esrecogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno suforma lo conduce hacia las tuberías de salida o hacia el siguiente rodetese basa en la ecuación de Euler y su elemento transmisor de energía sedenomina impulsor rotatorio llamado rodete en energíacinética y potencial requeridas y es este elemento el que comunicaenergía al fluido en forma de energía cinética.

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• Por la dirección del flujo en: Radial, Axial y Mixto.

• Por la posición del eje de rotación o flecha en: Horizontales,

Verticales e Inclinados.

• Por el diseño de la coraza (forma) en: Voluta y las de Turbina.

• Por el diseño de la mecánico coraza en: Axialmente

Bipartidas y las Radialmente Bipartidas.

• Por la forma de succión en: Sencilla y Doble.

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a) Una tubería de aspiración, que concluye prácticamente en la brida de aspiración.

b) Un impulsor o rodete, formado por un conjunto de álabes que pueden adoptardiversas formas según la misión que vaya a desarrollar la bomba. Estos álabes girandentro de una carcasa circular. El rodete es accionado por un motor, y va unidosolidariamente al eje, siendo este la parte móvil de la bomba. El líquido penetraaxialmente por la tubería de aspiración hasta la entrada del rodete, experimentandoun cambio de dirección más o menos brusco, pasando a radial, en las bombascentrífugas, o permaneciendo axial en las axiales, acelerándose y absorbiendo untrabajo. Los álabes del rodete someten a las partículas de líquido a un movimiento derotación muy rápido, siendo estas partículas proyectadas hacia el exterior por la fuerzacentrífuga, creando así una altura dinámica, de tal forma que las partículas abandonanel rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando también su presión en elimpulsor según la distancia al eje. La elevación del líquido se produce por la reacciónentre éste y el rodete sometido al movimiento de rotación.

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c) La voluta es una parte fija que está dispuesta en forma de caracol alrededor delrodete a su salida, de tal manera que la separación entre ella y el rodete es mínima enla parte superior, y va aumentando hasta que las partículas líquidas se encuentranfrente a la abertura de impulsión. Su misión es la de recoger el líquido que abandonael rodete a gran velocidad, cambiar la dirección de su movimiento y encaminarle haciala brida de impulsión de la bomba. La voluta es también un transformador de energía,ya que frena la velocidad del líquido, transformando parte de la energía dinámicacreada en el rodete en energía de presión, que crece a medida que el espacio entre elrodete y la carcasa aumenta, presión que se suma a la alcanzada por el líquido en elrodete. En algunas bombas existe, a la salida del rodete, una corona directriz de álabesque guía al líquido antes de introducirlo en la voluta.

d) Una tubería de impulsión, instalada a la salida de la voluta, por la que el líquido es evacuado a la presión y velocidad creadas en la bomba.

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Las bombas centrífugas son máquinas denominadas "receptoras" o "generadoras" quese emplean para hacer circular un fluido en contra de un gradiente de presión. Para que unfluido fluya desde donde hay mayor presión hasta donde hay menos presión no se necesitaningún gasto de energía (Por ejemplo: un globo desinflándose, o un líquido desplazándosedesde donde la energía potencial es mayor hasta donde es menor) pero, para realizar elmovimiento inverso, es necesaria una bomba, la cual le comunica al fluido energía, sea depresión, potencial o ambas. Para esto, necesariamente se tiene que absorber energía de algunamáquina motriz, ya sea un motor eléctrico, uno de combustión interna, o una turbina de vapor

o gas, etc.

No obstante, decir que una bomba "genera presión" es una idea errónea aunqueampliamente difundida. Las bombas están capacitadas para vencer la presión que el fluidoencuentra en la descarga impuesta por el circuito. Piénsese en un compresor de llenado debotellones de aire comprimido para arranque de motores navales: El botellón en un principioestá a presión atmosférica, y por ende la presión que debe vencer el compresor es sólo larepresentada por las caídas de presión en la línea, el filtro, los codos y las válvulas. No obstante,a medida que el botellón de aire comprimido se va llenando, es necesario también vencer lapresión del aire que se fue acumulando en el mismo. Un ejemplo más cotidiano es el llenado deun globo o de un neumático.

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Como anteriormente se ha mencionado, las bombas centrífugas están dotadasprincipalmente de un elemento móvil: el rotor, o rodete, o impulsor. Es el elemento quetransfiere la energía que proporciona el motor de accionamiento al fluido. Esto sólo se puedelograr por un intercambio de energía mecánica y, en consecuencia, el fluido aumenta su energíacinética y por ende su velocidad. Además, por el hecho de ser un elemento centrífugo, apareceun aumento de presión por el centrifugado que se lleva a cabo al circular el fluido desde elcentro hasta la periferia. Una partícula que ingresa y toma contacto con las paletas en 1comenzará a desplazarse, idealmente, contorneando la paleta (En realidad, esto seríaestrictamente cierto si hubiera un número muy alto de paletas, más adelante se detalla quesucede cuando hay pocas) Como al mismo tiempo que se va separando del eje el impulsor rota,la partícula a cada instante aumenta su radio y se mueve en el sentido de la rotación (Antihorario en el ejemplo), por lo que su trayectoria, vista desde el exterior, resultará una espiralcomo la ilustrada en punteado, y saldrá luego por 2.

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Si se observase todo este proceso acompañando el movimiento de la paleta, senotaría que la partícula todo lo que hace es realizar un trayecto coincidente con el perfil de lapaleta. Esto implica que para medir el movimiento del fluido se tendrá velocidades medidasdesde el rotor, es decir, velocidades relativas, y aquellas medidas desde un punto fijo, es decir,velocidades absolutas. La relación entre ambas es la denominada "Velocidad de arrastre", quees la del móvil (También "periférica")

La notación más extendida es la siguiente:

Velocidad absoluta: C Velocidad relativa: w Velocidad de arrastre: u

Como se requieren referencias angulares, se estableció la siguiente convención:α: ángulo entre la velocidad absoluta C y la dirección de u β: ángulo entre la velocidad relativa wy la dirección de u

En lo que al funcionamiento respecto, el fluido ha ganado energía cinética en el rotor,absorbiendo energía del motor propulsor, y además ha ganado en energía de presión por elefecto de centrifugado.

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El exceso de energía cinética a la salida del impulsor (algo de energía cinética serequiere para que el fluido salga de la máquina y circule) conviene convertirlo en energía depresión. Para esto se utiliza la zona fija que sigue a la móvil. En el estator, carcaza o cuerpo (de labomba o del compresor)hay una parte diseñada para trabajar como difusor, es decir, convertirenergía cinética en presión. Esto se logra diseñando un sector divergente. Por la presencia deesta porción de área creciente, la velocidad necesariamente debe disminuir para que se cumplala ecuación de continuidad o de conservación del caudal. Y si se analiza con la ecuación deBernoulli, como las variaciones de energía potencial son nulas o casi nulas, las disminución deenergía cinética se transforma necesariamente en un aumento de presión.

En la mayoría de las bombas, la zona divergente se ubica antes de la boca de salida, yconsiste en un tramo troncocónico divergente (a), lo cual constituye una solución económica ybastante eficiente. Cuando se requiere acentuar la reconversión de energía cinética en presión,puede haber una corona de paletas difusoras, como se muestra en (b). Esta solución se ve en losturbocompresores centrífugos, y también en algunas bombas.

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