Una bomba rotodinámica es una máquina cinética en la que se imparte energía continuamente al fluido bombeado mediante un impulsor , hélice o rotor giratorio , a diferencia de una bomba de desplazamiento positivo, en la que un fluido se mueve atrapando una cantidad fija de fluido y forzando el volumen atrapado hacia la descarga de la bomba. [ 1 ] Ejemplos de bombas rotodinámicas incluyen la adición de energía cinética a un fluido, como por ejemplo mediante el uso de una bomba centrífuga para aumentar la velocidad o la presión del fluido. [ 2 ] [ 3 ]
Introducción
Una bomba es un dispositivo mecánico que se utiliza generalmente para elevar un líquido desde un nivel inferior a uno superior. Esto se logra creando una baja presión en la entrada y una alta presión en la salida de la bomba. Debido a la baja presión de entrada, el líquido asciende desde el lugar donde se almacenará o suministrará. Sin embargo, un motor primario debe realizar trabajo para transmitir energía mecánica al líquido, la cual finalmente se convierte en energía de presión. [ 4 ]
Considerando el principio básico de funcionamiento, las bombas se pueden clasificar en dos categorías:
- Bombas de desplazamiento positivo.
- Bombas de desplazamiento no positivo.
Clasificación de las bombas
Las bombas se clasifican de la siguiente manera: [ 5 ]
Bombas de desplazamiento positivo
Una bomba de desplazamiento positivo funciona forzando un volumen fijo de fluido desde la sección de presión de entrada de la bomba hacia la zona de descarga de la misma. Se puede clasificar en dos tipos:
- Bombas rotativas de desplazamiento positivo:
- Bombas de engranajes internos
- Bombas de tornillo
- Bombas de desplazamiento positivo de tipo alternativo:
- Bombas de pistón
- Bombas de diafragma
Bombas rotativas de desplazamiento positivo
Las bombas rotativas de desplazamiento positivo mueven el fluido mediante un mecanismo giratorio que crea un vacío que captura y aspira el líquido. Las bombas rotativas de desplazamiento positivo se pueden clasificar en dos tipos principales:
- bombas de engranajes
- Bombas de paletas rotativas
Bomba de desplazamiento positivo alternativo
Las bombas de pistón mueven el fluido mediante uno o más pistones, émbolos o membranas oscilantes, mientras que las válvulas limitan el movimiento del fluido a la dirección deseada.
Las bombas de esta categoría son sencillas, con uno o más cilindros. Pueden ser de simple efecto, con aspiración en un sentido del movimiento del pistón y descarga en el otro, o de doble efecto, con aspiración y descarga en ambos sentidos.
Bombas de desplazamiento no positivo
Con este tipo de bomba, el volumen de líquido suministrado en cada ciclo depende de la resistencia que ofrece al flujo. Una bomba ejerce una fuerza sobre el líquido que es constante para cada velocidad de funcionamiento. La resistencia en la línea de descarga produce una fuerza en sentido contrario. Cuando estas fuerzas se igualan, el líquido se encuentra en equilibrio y no fluye. Si la salida de una bomba de desplazamiento negativo está completamente cerrada, la presión de descarga alcanzará su valor máximo cuando la bomba funcione a su velocidad máxima.
Bombas centrífugas
Las bombas centrífugas emplean la fuerza centrífuga para elevar líquidos desde un nivel inferior a uno superior mediante la generación de presión. El tipo más simple de bomba consta de un impulsor montado sobre un eje que gira dentro de una carcasa en voluta. El líquido se introduce en el centro del impulsor (conocido como el "ojo" del impulsor), donde es captado por las paletas y acelerado a alta velocidad. La fuerza centrífuga lo descarga dentro de la carcasa y luego a través del tubo de descarga. Al alejarse el líquido del centro, se crea un vacío y una mayor cantidad de líquido recibe energía de las paletas, ganando energía de presión y energía cinética. Dado que no se desea una gran cantidad de energía cinética a la salida del impulsor, se incluye un sistema en el diseño para convertir la energía cinética del líquido en energía de presión antes de que este entre en el tubo de descarga. [ 6 ]
Tipos de bombas rotodinámicas
Las bombas rotodinámicas se pueden clasificar según varios factores como el diseño, la construcción, las aplicaciones, el servicio, etc. [ 7 ] [ 8 ]
- Por número de etapas:
- Bombas de una sola etapa:
- También conocidas como bombas de impulsor único.
- Sencillo y de bajo mantenimiento
- Ideal para caudales elevados e instalaciones de baja presión.
- Bombas de dos etapas:
- Dos impulsores en serie
- Para aplicaciones de uso medio
- Bombas multietapa:
- Tres o más impulsores en serie
- Para aplicaciones de alta presión
- Bombas de una sola etapa:
- Por tipo de división de casos:
- División axial:
- En este tipo de bombas, la carcasa de la voluta está dividida axialmente y la línea de división en la que se separa la carcasa de la bomba se encuentra en el eje central.
- Suelen montarse horizontalmente para facilitar su instalación y mantenimiento.
- División radial:
- La carcasa de la bomba está dividida radialmente, mientras que la división de la carcasa de la voluta es perpendicular al eje central.
- División axial:
- Por diseño del impulsor
- Bombas de aspiración simple:
- Dispone de un impulsor de succión simple que permite que el fluido entre en las palas únicamente a través de una única abertura.
- Tiene un diseño sencillo, pero el impulsor presenta un mayor desequilibrio de empuje axial debido al flujo que proviene de un lado del impulsor.
- Bombas de doble succión:
- El impulsor de doble succión permite que el fluido entre por ambos lados de las palas.
- Estos son los tipos de bombas más comunes.
- Bombas de aspiración simple:
- Por número de volutas:
- Bombas de voluta simple:
- Generalmente se utiliza para bombas de baja capacidad debido al pequeño tamaño de la voluta.
- La fundición de volutas pequeñas es difícil, pero da como resultado piezas de buena calidad.
- Tienen cargas radiales más altas
- Bombas de doble voluta:
- Coloca dos volutas separadas 180 grados.
- Buena capacidad para equilibrar cargas radiales.
- El diseño más utilizado
- Bombas de voluta simple:
- Según la orientación del eje:
- Bombas centrífugas horizontales:
- Disponible de inmediato
- Fácil de instalar, inspeccionar, mantener y reparar.
- Adecuado para baja presión
- Bombas centrífugas verticales:
- Requiere un amplio espacio libre para la instalación, el servicio y el mantenimiento.
- Soporta cargas de presión más elevadas.
- Más caras que las bombas horizontales
- Bombas centrífugas horizontales:
Funcionamiento de una bomba rotodinámica
La bomba centrífuga es el dispositivo de bombeo más común en el mundo de la hidráulica . En ella, el agua proviene del tanque situado en el centro del impulsor y sale por la parte superior de la bomba. El impulsor se considera el corazón del sistema. Existen tres tipos: 1. Impulsor abierto , 2. Impulsor semiabierto , 3. Impulsor cerrado . El impulsor cerrado ofrece la mejor eficiencia. Los impulsores cerrados tienen una serie de álabes curvados hacia atrás instalados entre dos placas. Siempre permanecen sumergidos en el agua. Cuando el impulsor comienza a girar, el fluido en el que se encuentra también gira. Al girar el fluido, se induce una fuerza centrífuga en las partículas del fluido. Debido a la fuerza centrífuga, tanto la presión como la energía cinética del fluido aumentan. A medida que la fuerza centrífuga actúa sobre las partículas del fluido, la presión en la boquilla de entrada (en el lado de succión) disminuye. La presión será comparativamente menor que la presión atmosférica . Esta baja presión facilita la succión del fluido desde el depósito. Pero si la boquilla de entrada (en la succión) está vacía o llena de aire, dañará el impulsor. La diferencia entre la presión creada en la boquilla de entrada (en la succión) y la presión atmosférica será muy pequeña para aspirar el fluido del tanque. El impulsor está instalado dentro de la carcasa. Por lo tanto, el fluido debe estar dentro de la carcasa. La carcasa se diseñará de manera que proporcione la máxima presión en la salida. En la carcasa, el diámetro o espacio máximo se encuentra en la salida (boquilla de descarga) y, a medida que avanzamos hacia el interior, el diámetro disminuye gradualmente. Debido a esto, el volumen de fluido es mayor en la boquilla de descarga, por lo que la velocidad disminuirá, y como la velocidad y la presión son inversamente proporcionales, la presión aumentará. Y el aumento de presión es necesario para superar la resistencia del sistema de bombeo. [ 9 ]
Si la presión en la boquilla de entrada (en la succión) cae por debajo de la presión de vapor del fluido, se crean burbujas de aire dentro de la carcasa. Esta situación es muy peligrosa para la bomba porque el fluido comienza a hervir y a formar burbujas. Dichas burbujas golpearán el impulsor y dañarán su material. Esta situación se conoce como cavitación . Para aumentar la presión en la boquilla de entrada (succión) debemos disminuir la altura de la sección. [ 9 ] [ 10 ]
Estos tres tipos de impulsores tienen diferentes usos. Si el fluido es más viscoso, se utiliza un impulsor semiabierto o abierto. Sin embargo, la eficiencia disminuye en consecuencia. Además, el diseño mecánico de la bomba es complejo. El eje se utiliza para conectar el impulsor y el motor, que transmite el movimiento rotatorio al impulsor. La presión del fluido dentro de la carcasa es muy alta, por lo que se requiere un sistema de sellado adecuado. [ 9 ] [ 11 ]
Aplicaciones
Las principales industrias donde se utilizan bombas rotodinámicas incluyen: [ 4 ]
- Servicios generales: Agua de refrigeración, agua de servicio, extinción de incendios, drenaje.
- Agricultura: Riego, pozos, drenaje de tierras
- Química/Petroquímica: Transferencia
- Servicios de construcción/edificación: Aumento de presión, drenaje, circulación de agua caliente, aire acondicionado , alimentación de calderas.
- Lácteos/Cervecería: Transferencia, 'mosto', 'lavado' a la fermentación
- Doméstico: Agua caliente
- Fabricación de metales: cascarilla de laminación , frotamiento con gases de horno, desincrustación.
- Minería/extracción de canteras: lavado de carbón, lavado de mineral, transporte de sólidos, deshidratación , chorro de agua.
- Producción de petróleo/gas: Oleoducto principal, carga de buques cisterna, inyección de agua, elevación de agua de mar.
- Refinación de petróleo y gas: Transferencia de hidrocarburos, suministro de crudo, carga de buques cisterna, oleoducto de productos, carga del reactor.
- Papel/pulpa: pasta de consistencia media/baja, astillas de madera, licores/condensados, pasta a la caja de entrada.
- Generación de energía: Gran cantidad de agua de refrigeración, manejo de cenizas, proceso de desulfuración de gases de combustión , extracción de condensado, alimentación de calderas.
- Fabricación de azúcar: Leche de cal/jarabe, residuos de remolacha, zumos, remolachas enteras
- Aguas residuales: Aguas residuales sin tratar y decantadas, flujos con sedimentos, aguas pluviales.
- Suministro de agua: Extracción de agua cruda , suministro, distribución, bombeo
Véase también
Referencias
- ↑ Definición de bomba rotodinámica del Instituto Hidráulico: http://www.pumps.org/content_detail_pumps.aspx?id=1768
- ↑ "Diseño de bombas rotodinámicas - Cambridge University Press" .
- ↑ Sahu, GK (2000). Bombas: Tipos rotodinámicos y de desplazamiento positivo : Teoría, diseño y aplicaciones . ISBN 978-8122412246.
- 1 2 "Publicaciones" . www.europump.net . Consultado el 4 de septiembre de 2024 .
- ↑ "Clasificaciones de bombas" . www.engineeringtoolbox.com . Consultado el 16 de abril de 2018 .
- ↑ "¿Qué es una bomba centrífuga? | Introducción a las bombas" . Introducción a las bombas . Consultado el 16 de abril de 2018 .
- ↑ "Soluciones de equipos personalizados" . powerzone.com . Consultado el 16 de abril de 2018 .
- ↑ Bombas, Global. "Global Pumps Australia | Bombas industriales y equipos de bombeo" . globalpumps.com.au . Consultado el 16 de abril de 2018 .
- 1 2 3 "Funcionamiento de las bombas centrífugas" . www.learnengineering.org . Archivado del original el 2 de febrero de 2014. Consultado el 16 de abril de 2018 .
- ↑ Parkhurst, Brad. "¿Qué es la cavitación de la bomba?" . Consultado el 16 de abril de 2018 .
- ↑ "Impulsor - Tipos de impulsores" . www.nuclear-power.net . Consultado el 16 de abril de 2018 .
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