Los motores centrífugos son una parte fundamental en diversas industrias, desempeñando un papel crucial en el transporte de fluidos. Su funcionamiento se basa en la conversión de energía rotacional en energía cinética, impulsando el fluido a través del motor. Estos motores se caracterizan por su eficiencia, confiabilidad y adaptabilidad a una amplia gama de aplicaciones, desde el suministro de agua hasta el tratamiento de aguas residuales y los procesos químicos.
¿Qué es un Motor Centrífugo?
Un motor centrífugo es el diseño de bomba más común utilizado en aplicaciones de bombeo. Empleado en más de dos tercios de las aplicaciones de bombeo, consiste en un cabezal de bomba que contiene los elementos de trabajo principales que giran para producir flujo y presión cuando son impulsados por un motor.
¿Cómo funciona un motor centrífugo?
El cabezal de la bomba se compone de varias partes, y en su forma más simple, consta de un cabezal de bomba, un eje y un impulsor. Un motor acoplado al cabezal de la bomba hace girar el eje del cabezal de la bomba, que a su vez hace girar el impulsor. Esto crea un vacío dentro del cabezal de la bomba, atrayendo fluido hacia la carcasa. La fuerza centrífuga del impulsor giratorio hace que el fluido sea lanzado hacia el exterior de la carcasa, lo que lleva a que sea expulsado de la carcasa de la bomba, generalmente a través de una salida ubicada en la parte superior de la carcasa de la bomba.
Ventajas de un Motor Centrífugo
Los motores centrífugos ofrecen una serie de ventajas que los convierten en una elección popular en la industria:
- Flujo suave : El flujo centrífugo es laminar y no pulsante, lo que permite su uso con caudalímetros de forma sencilla.
- Bajo mantenimiento y fácil de mantener : Debido a su diseño simple y sin complicaciones, a menudo se mantienen sin herramientas o equipos especiales.
- Eficiente : Como los elementos internos pueden girar libremente, son muy eficientes al manejar fluidos de baja viscosidad.
- Versátil : Se pueden diseñar para manejar una multitud de líquidos y sólidos cambiando los materiales de ciertas partes o el diseño del impulsor.
- Bajo costo : Debido a su simplicidad de diseño y amplia disponibilidad, tienen uno de los costos iniciales más bajos de las bombas. Si se especifican correctamente, también pueden proporcionar el costo de vida útil más bajo para una aplicación.
- Bajos costos de infraestructura : Como los motores centrífugos pueden funcionar contra una válvula cerrada por períodos cortos sin daños, no se requieren accesorios adicionales como válvulas de alivio de presión u otros dispositivos.
Desventajas de un Motor Centrífugo
Aunque los motores centrífugos tienen muchas ventajas, también presentan algunas desventajas que se deben considerar:
- Flujo inexacto : Como el flujo varía en función del deber y la contrapresión, el flujo puede variar significativamente si se experimenta más contrapresión. Como no hay un desplazamiento fijo por revolución como en los diseños de desplazamiento positivo, la cantidad bombeada es variable.
- Manejo limitado de viscosidad : Están diseñados para líquidos de baja viscosidad, y si se bombea un líquido donde la viscosidad cambia con la temperatura, se debe tener cuidado para garantizar que a las temperaturas más bajas y cuando un líquido está en su viscosidad más alta, la bomba pueda funcionar como se esperaba.
- Manejo limitado de sólidos y abrasivos : Si bien los motores centrífugos pueden manejar sólidos en suspensión, debido a su alta velocidad de operación, no siempre son la mejor solución y la más rentable. Algunas bombas requieren revestimiento de goma para sólidos abrasivos, y si el fluido tiene una alta densidad, otras tecnologías de bombeo pueden funcionar de manera más confiable, a velocidades más bajas con menos mantenimiento.
- Corte : Los motores centrífugos operan a altas velocidades, por lo que no son adecuados para líquidos sensibles al cizallamiento, como la cerveza, la leche, la crema u otros líquidos cuyo estado puede cambiar si se agitan.
Aplicaciones de un Motor Centrífugo
Como los motores centrífugos están limitados por la viscosidad del fluido que pueden manejar, las aplicaciones para las que son más efectivos generalmente son para el manejo de líquidos por debajo de 600 cSt, que pueden ser limpios o contener sólidos.
Esto puede abarcar una gama de aplicaciones, desde el vaciado o descarga de contenedores, la transferencia y la circulación de fluidos de baja viscosidad similares al agua, hasta aceites ligeros, glicol, combustibles, productos químicos o lodos de baja viscosidad.
Tipos de Motores Centrífugos
Hay varios tipos de motores centrífugos disponibles, según el líquido que se bombea, la aplicación, el flujo y la presión requeridos, con cada diseño configurado específicamente para el fluido y los requisitos de una aplicación.
Monofásico
En una bomba monofásica, un solo impulsor gira con el eje de la bomba, produciendo flujo. En este diseño, las presiones están limitadas a 150 m de altura, con caudales de hasta aproximadamente 600 m³/h. Se pueden especificar para aplicaciones de manejo de líquidos limpios o sólidos.
Las bombas centrífugas monofásicas se pueden configurar como acopladas en caliente o en frío o verticalmente, según los requisitos de servicio e instalación.
Acoplado en caliente
Los diseños de bombas acopladas en caliente tienen motores que están acoplados directamente al cabezal de la bomba, utilizando un eje de motor extendido para montar el impulsor, o el eje del motor y el eje de la bomba conectados a través de un conjunto de tornillos de tope.
Acoplado en frío
Los diseños acoplados en frío tienen la bomba montada y perfectamente alineada en una placa base, con el eje del motor y el eje de la bomba conectados a través de un acoplamiento flexible o rígido. Este diseño es más adecuado para aplicaciones de servicio pesado donde la bomba puede funcionar durante períodos prolongados sin detenerse, o a altos caudales o presiones.
Multifásico
En una bomba multifásica, múltiples impulsores giran dentro de secciones anulares conocidas como etapas, con cada impulsor agregando presión al flujo recibido del impulsor anterior. Cada impulsor produce una presión cada vez más alta (típicamente hasta 1000 m) con caudales moderados (hasta 1000 m³/h). Son más adecuados para fluidos limpios, sin sólidos, a menos que estén suficientemente sobredimensionados para acomodar cualquier partícula.
Canal lateral
Las bombas de canal lateral son un diseño híbrido de bomba en el sentido de que son como una bomba multifásica que tiene múltiples impulsores, pero son autocebantes y pueden manejar gas arrastrado, lo que las hace adecuadas para combustibles líquidos y en aplicaciones donde hay presiones de entrada muy bajas (NPSHa) y bajas temperaturas. Se utilizan para altas presiones (hasta 400 m) y bajos caudales (<42 m³/h) y son adecuadas únicamente para fluidos limpios o con gas arrastrado, que no contengan sólidos o partículas abrasivas.
Autocebante
Las bombas centrífugas no pueden autocebantes, es decir, levantar agua de un tanque ubicado debajo de la entrada de la bomba, sin un dispositivo adicional como una válvula de retención en la tubería de entrada.
Las bombas autocebantes pueden extraer agua de tanques o cuerpos de agua ubicados debajo de la entrada, sin válvulas adicionales, así como manejar aire arrastrado. Una vez que la carcasa se llena de agua en el primer uso, comienza a cebar utilizando el fluido contenido en el cabezal de la bomba para crear un vacío, expulsando cualquier aire contenido en la tubería de entrada, hasta que el fluido ingresa al cabezal de la bomba. En este punto, la bomba comienza a funcionar como una bomba centrífuga normal. Por lo general, son menos eficientes que las bombas centrífugas o multifásicas, pero pueden manejar sólidos sin problemas. El caudal máximo es de alrededor de 700 m³/h, y la altura es de 150 m.
Impulsión magnética
Las bombas de impulsión magnética tienen un diseño de cabezal de bomba diferente al de las bombas tradicionales. Normalmente, el eje de la bomba sale del cabezal de la bomba a través de un puerto trasero sellado por un sello mecánico. Las bombas de impulsión magnética aseguran que el cabezal de la bomba esté completamente sellado, con la bomba rotada por un conjunto de imanes dentro del cabezal de la bomba (imán de accionamiento) y accionada externamente por un motor (imán accionado), lo que significa que cualquier fluido está contenido dentro del cabezal de la bomba ya que no hay un sello presente para que el fluido gotee desde la parte posterior de la carcasa. Sin embargo, hay una junta tórica de carcasa, ya que esta parte no está en contacto con las partes giratorias, se dice que la bomba no tiene sello.
Carcasa dividida
La carcasa dividida, también conocida como bombas de doble aspiración, tiene un impulsor que está diseñado para producir caudales de alto volumen. Esto se debe a que el impulsor es de diseño de espalda con espalda, donde su diseño actúa como dos impulsores fijos juntos, montados dentro de una doble voluta. Están construidas para entregar caudales de hasta 6000 m³/h y alturas de menos de 200 m de líquidos de baja viscosidad.
Sumergible / Pozo
Los diseños sumergibles son aptos para sumergirlos en un fluido que se utiliza para enfriar el motor, con diseños de pozo construidos para instalarse dentro de pozos estrechos perforados para extraer agua del subsuelo. También se pueden utilizar en grandes masas de agua y, si se instala una camisa de enfriamiento, se pueden instalar horizontalmente. Producen caudales moderados (hasta 350 m³/h) a altas presiones de hasta 650 m y son adecuados para fluidos limpios y cargados de sólidos, siendo su aplicación más común la transferencia de aguas residuales.
Inmersión vertical / Inmersa
Las bombas inmersas, de inmersión vertical o voladizo son diseños en los que el cabezal de la bomba se sumerge en el fluido, con el motor sobresaliendo del fluido. El cabezal de la bomba puede contener un solo impulsor y ser de un solo paso, o contener múltiples impulsores y ser de diseño multifásico. Este diseño es más robusto que el de las bombas sumergibles, ya que el motor está ubicado fuera del fluido y, por lo tanto, no está sujeto a ataques del fluido y puede ser más fácil de mantener. Como el cabezal de la bomba se puede configurar con un solo impulsor o múltiples impulsores, pueden alcanzar altos caudales de hasta 8000 m³/h y presiones de 220 m.
Bomba como turbina - Rotación inversa
La bomba como turbina (PAT) es un avance en la tecnología de las bombas que permite que una bomba se utilice como turbina para generar energía, operándola en modo inverso. Está impulsada por fuentes de exceso de flujo y presión, que pueden provenir de la presión excesiva en las tuberías donde normalmente se puede utilizar una válvula reductora de presión para reducir las altas presiones, ya sea del proceso o debido a cambios en la altitud de la tubería en áreas montañosas.
Partes de un Motor Centrífugo
Un cabezal de bomba contiene 4 partes principales, pero depende de hasta 30 partes diferentes para su correcto funcionamiento, movimiento de trabajo y longevidad.
Estas partes y su función incluyen:
- Cojinetes : Estos reducen la fricción entre las partes móviles y garantizan que la rotación permanezca según el movimiento requerido.
- Casquillo o manga de espaciador : Los casquillos o mangas actúan como una parte sacrificial dentro de las bombas, absorbiendo la abrasión y los golpes del empuje.
- Anillo de retención, anillo de resorte, anillos de retención o Seeger : Un sujetador con extremos abiertos que contiene 2 orificios que pueden ser internos o externos. Se colocan en una ranura mecanizada para permitir la rotación pero evitar el movimiento axial. Se pueden utilizar en un eje para mantener elementos en su lugar, como una cuchilla de ventilador de motor, un cojinete o un sello.
- Acoplamiento : Un acoplamiento se utiliza para conectar tanto el eje del motor como el eje de la bomba, asegurando que ambos ejes giren a la misma velocidad y en el mismo plano, y es responsable de transferir tanto el par como la velocidad entre las dos partes. El acoplamiento puede ser rígido o flexible.
- Tapón de drenaje : Los tapones de drenaje están situados en el punto más bajo y más alto de las carcasas de la bomba y se utilizan para llenar la bomba con fluido antes del arranque o para drenar la carcasa del fluido antes de desconectar la tubería y el mantenimiento.
- Difusor : Un difusor contiene una serie de álabes que rodean el impulsor que actúan para reducir la velocidad del fluido, lo que resulta en un aumento de la presión.
- Brida : Se utiliza para conectar la tubería a la bomba.
- Junta / Junta de papel : La junta de sellado de papel se utiliza entre las juntas de las secciones anulares de las bombas multifásicas y de canal lateral, ya que cuando las secciones se presionan entre sí, no crean un sello sin otro material. Se adaptan a las imperfecciones entre las superficies de acoplamiento.
- Boquilla de engrase : Las boquillas de engrase se utilizan para permitir un engrase fácil de los cojinetes. La grasa se bombea a través de la boquilla para alimentar el cojinete sin tener que desmontar la bomba.
- Impulsor : El impulsor gira a la misma velocidad que el eje de la bomba y es responsable de producir el flujo y la presión en la bomba.
- Tuerca del impulsor : El extremo del eje donde el impulsor se coloca en el eje suele estar roscado con una tuerca del impulsor atornillada para mantener el impulsor sujeto al eje.
- Sello de labios : Estos se utilizan para sellar alrededor del eje o los cojinetes y están limitados a bajas presiones. Son más adecuados para líquidos delgados y no lubricantes, utilizados en bombas más pequeñas, y mantenidos en su lugar con una cubierta.
- Sello mecánico / Glándula empaquetada : Un cabezal de bomba está sellado mediante el uso de un sello mecánico o una glándula empaquetada. Un sello mecánico sella alrededor del eje y la carcasa de la bomba. Este sello consta de dos caras y un resorte que presionan entre sí formando un sello y son enfriados por el fluido bombeado.
- Glándulas empaquetadas : Son un conjunto de anillos segmentados que se enrollan alrededor del eje, lo que requiere que el líquido bombeado lubrique el empaque y lo mantenga frío. Si no hay suficiente enfriamiento, el empaque se quemará y depende de la fuga de líquido del cabezal de la bomba para su correcto funcionamiento.
- Motor y tablero; Eléctrico, hidráulico o motor : El motor se utiliza para transferir potencia al cabezal de la bomba al convertir la energía eléctrica, hidráulica o mecánica en energía mecánica rotacional, que se utiliza para hacer girar el motor o el eje de salida, que a su vez hace girar el acoplamiento y el eje de la bomba. Esto a su vez hace girar el impulsor, produciendo flujo y presión.
- Tapón de llenado de aceite : Se utiliza para llenar los cojinetes con aceite sin desmontar la bomba.
- Mirilla de aceite : Se utiliza para ver la cantidad de aceite contenido dentro de una cámara, como una caja de alojamiento de cojinete lubricado con aceite o una caja de cambios.
- Juntas tóricas : Las juntas tóricas se utilizan para sellar alrededor de las partes metálicas, como dentro de la carcasa de la bomba o alrededor de los puertos de drenaje, ya que el metal no puede crear un sello sin un elastómero, silicona o plástico que actúe como barrera. Por lo general, se colocan en ranuras donde se comprimen entre las superficies de acoplamiento, sellando la trayectoria de fuga. Durante la fabricación y fabricación de metales, existen tolerancias de diseño y fluctuaciones con juntas tóricas que se utilizan para tener en cuenta y acomodar las diferencias en las superficies de acoplamiento.
- Eje : El eje está conectado al motor de accionamiento y garantiza que el movimiento de rotación se lleve al cabezal de la bomba, haciendo girar el impulsor a la misma velocidad que el eje del motor.
- Chaveta del eje : Un impulsor se mantiene en el eje mediante el uso de una chaveta, una pequeña barra rectangular de metal hecha del mismo material que el eje, que se coloca en una ranura en el eje y en una muesca en el impulsor.
- Tornillo de fijación : Un sujetador roscado externamente con una apariencia similar a un tornillo hexagonal sin cabeza. Se pueden utilizar en bridas o como pernos de unión.
- Caja de empaquetadura : Donde se coloca el empaque de la glándula para garantizar el sellado del cabezal de la bomba.
- Etapa de succión y descarga de la carcasa : En una bomba multifásica y de canal lateral, múltiples impulsores se alojan con carcasas de etapa que constan de una carcasa de succión y descarga. Están diseñados para ajustarse alrededor del impulsor en una orientación específica y contienen un puerto de entrada, orificios de ecualización, puerto de salida y, en una bomba de canal lateral, un canal para manejar tanto líquidos como gas arrastrado.
- Pernos de unión : Los pernos de unión se utilizan en bombas multifásicas y de canal lateral para mantener las secciones anulares de la bomba firmemente conectadas.
- Lanzador : Un anillo elevado ubicado en un eje para lanzar o dispersar aceite.
- Voluta : La voluta es una pieza de metal que forma parte de la carcasa que rodea el impulsor. Es responsable de garantizar la eficiencia de la bomba y controla la cantidad de presión generada por el impulsor.
- Arandela : Las arandelas se utilizan alrededor de los pernos para garantizar que cualquier par de apriete se distribuya uniformemente alrededor del sujetador.
- Anillos de desgaste : Los anillos de desgaste se montan a ambos lados del impulsor y ayudan a mantener la eficiencia de la bomba, así como a proteger la carcasa principal de la bomba del desgaste. El requisito de altura de aspiración positiva neta (NPSHR) de una bomba puede aumentar en un 50% debido a una duplicación de las holguras del anillo de desgaste.
Ley de afinidad centrífuga
Las leyes de afinidad de la bomba son un conjunto de fórmulas que se utilizan para determinar el rendimiento de una bomba cuando se realiza un cambio, como la velocidad o el diámetro del impulsor, para predecir el flujo y la presión producidos con alta precisión.
Hay 3 leyes de afinidad:
- El flujo es proporcional a la velocidad del eje o al diámetro del impulsor : A medida que se altera la velocidad del eje o el diámetro del impulsor, el flujo cambiará en la misma cantidad. Si la velocidad de una bomba se reduce en un 20%, el flujo a la misma altura también disminuirá en un 20%.
- La presión producida es proporcional al cuadrado de la velocidad del eje o al diámetro del impulsor : Cuando se altera el diámetro del impulsor o se cambia la velocidad del eje, la presión cambia proporcionalmente al cuadrado del cambio en la velocidad del eje o el diámetro del impulsor. Si la velocidad de un eje aumenta en un 10%, entonces la presión al mismo flujo aumentará en un 21%.
- La potencia es proporcional al cubo de la velocidad del eje o al diámetro del impulsor : Si la velocidad del eje aumenta en un 10%, entonces, debido a que la potencia es proporcional al cubo de la velocidad del eje, la presión aumentará en un 33,3%.
Flujo continuo seguro mínimo
El flujo continuo seguro mínimo es la cantidad mínima de flujo que una bomba centrífuga puede realizar sin experimentar problemas como la cavitación o el desgaste excesivo. A menudo es una cifra que se utiliza para diseñar velocidades de operación y la configuración de válvulas de control de derivación en procesos donde las bombas pueden estar funcionando continuamente, como aplicaciones de alimentación de calderas, enfriamiento o en aplicaciones de lubricación.
Símbolo P&ID
Las bombas centrífugas se pueden conocer por una serie de símbolos P&ID diferentes, que se enumeran a continuación.
Solución de problemas
Si tiene dificultades con su bomba, consulte nuestra tutorial de solución de problemas centrífuga.
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