Parte 2
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Bombas centrífugas
 Se pueden clasificar de diversas maneras
I
Según la dirección del flujo
II
Según la dirección del eje
III
Según el n° de etapas
IV
Según tipo de succión
V
Según el motor
VI
Según forma de la caja
VII Según su empleo
VIII Según el material de construcción
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Bombas centrífugas
 I Según la dirección del flujo
Flujo radial:
 el movimiento del fluido se efectúa desde el centro hacia
la periferia de la bomba.
 El fluido entra por el ojo de la bomba, gira 90° a
encontrarse con el rodete y sale por la periferia lanzado
por el rodete.
Flujo axial:
 Al entrar el líquido a la bomba, se encuentra con el
rodete el cual lo impulsa en la misma dirección.
Flujo mixto:
 El movimiento es en parte radial y en parte axial.
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Bombas centrífugas
 II
Según la dirección del eje
 Verticales
 Horizontales
 III Según el n° de etapas
 De una etapa
 Multietapas
 IV Según tipo de succión
 Succión simple
 Doble succión (en las dos caras del rodete)
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Bombas centrífugas
 V
Según el motor
 Eléctricas
 A turbina
 A motor
 VI
Según forma de la caja
 Voluta
 Con difusor
 VII Según su empleo
 De servicio general
 Bombas químicas
 VIII Según el material de construcción
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Bombas centrífugas
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BOMBAS CENTRÍFUGAS:
Consta de un rotor o impulsor
Que gira en el interior de una
carcaza por medio de un motor
eléctrico externo acoplado a su eje
El diseño del rotor puede variar
pero generalmente consta de unas
aspas rectas o curvadas hacia atrás
El líquido entra por la parte
central del rotor y es impulsado
hacia la periferia por la fuerza
centrífuga que se genera cuando el
rotor gira.
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Bombas centrífugas
 Partes principales:
a) Rodete:
Abiertos: para flujos pequeños, bajas alturas y
para fluidos con sólidos en suspensión
Semiabiertos: propósito general
Cerrados: altas presiones
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Bombas centrífugas
 El rodete se distinguirá por el tipo de aleta del que esté
provisto.
b) Tipos de aletas
1.- Aleta recta
2.- Aleta curvada hacia adelante
3.- Aleta curvada hacia atrás
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La bomba centrífuga
A medida que el impulsor gira, a través del ojo de la caja, se aspira aire que
fluye radialmente hacia afuera. Las aspas giratorias entregan energía al
fluido, y tanto la presión como la velocidad absoluta aumentan a medida que
el fluido circula del ojo hasta la periferia de las aspas.
La forma de la
carcasa está
diseñada para
reducir la velocidad
a medida que el
fluido sale del
impulsor, y esta
disminución de
energía cinética se
convierte en un
aumento de
presión.
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La bomba centrífuga
Los álabes directores del difusor desaceleran el flujo a medida
que el fluido es dirigido hacia la caja de la bomba.
Los impulsores pueden ser de dos tipos: abiertos y cerrado
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Características del rendimiento de la bomba
El aumento de carga real ganado por el fluido por medio de una
bomba se puede determinar a través del siguiente arreglo
experimental:
Usando la Ecuación General de Energía:
hA =
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p 2 - p1
γ
2
 z 2 - z1 +
2
v 2 - v1
2
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g
 hL
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Bombas centrífugas
 Características generales






Manejan flujos grandes, 90% son de este tipo
Tamaño, va desde ojo 1/4 “ hacia arriba
Capacidad desde 1 GPM
P de descarga hasta 2000 psi
Potencia desde 1/5 HP
Construcción en amplia variedad de materiales (incluyendo
de vidrio, caucho duro, plástico sólido o revestidas de
plástico)
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Bombas centrífugas
 Uso
 Como bombas de servicio general, agua, aceite, productos
químicos
 Líquidos calientes, abrasivos o con sólidos en suspensión
 Pulpas de madera y de fruta (rodetes abiertos)
 Alimentos o drogas
 Como bombas de pozo profundo o servicios sumergidos
 Ideales para servicios donde se desea controlar capacidad de
bomba estrangulando la descarga
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Bombas
centrífugas
 Ventajas












Construcción mecánica simple
Bajo costo comparadas con otras de igual capacidad
Poco espacio
Toleran corrosión
Son de operación suave y descarga continua
No requieren de válvulas
Pueden operar a altas velocidades
Pueden ir directamente acopladas al motor
Al bloquear descarga no se daña la bomba (t pequeños)
Se construyen en amplia gama de tamaños y materiales
Tienen (NPSH)r bajo
Características flexibles
 Capacidad se ajusta a cambio de altura de carga, permite controlar bien el flujo en
amplio rango, sin necesidad de variar velocidad del rotor.
 Tanto P como potencia, son limitadas, por lo tanto son seguras.
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Bombas centrífugas
 Desventajas
 Presión de descarga relativamente limitada
 En general no sirven para fluidos viscosos
 A bajas capacidades, a veces, tienen flujos
inestables
 Si no se pone válvula check en la línea, líquido
retorna a estanque de succión una vez que bomba
se detiene
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Bombas centrífugas
 Curvas características
 Cada bomba tiene su curva característica entregada por el
fabricante
 A falta de esta, el usuario puede construirla en forma
experimental
 Una bomba queda totalmente definida por sus curvas
características:
 Altura-Caudal (Q-H)
 Potencia-Caudal (Q-BHP)
 )
 Altura Neta Positiva de Succión-Caudal (Q-NPSH)
 Eficiencia-Caudal (Q-
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Selección de bombas centrífugas
Las bombas centrífugas pueden ser utilizadas para el manejo de
una gran variedad de líquidos, incluyendo suspensiones,
siempre y cuando la viscosidad no sea muy alta
Si se instala y opera una bomba centrífuga adecuadamente,
puede emplearse cuando es necesario un tratamiento suave del
producto
Las bombas de desplazamiento positivo deben emplearse
cuando el producto es extremadamente sensible
Las bombas centrífugas no son autocebantes y por ello la
succión y el rodete debe estar llenos de líquido al comenzar a
funcionar
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La energía transmitida por el motor a la bomba, a través del rotor
se transforma en energía cinética que adquiere el líquido.
Una parte se transforma en energía de presión dentro de la
carcaza de la bomba
Parte de esta energía se pierde
por fricción, calor y por
retroceso de fluido dentro de
la bomba
La parte de la energía que no se
convierte en presión se
manifiesta como velocidad y
por tanto el caudal a
transportar por las tuberías
Q=v*A
Q : caudal
V : velocidad
A : área de circulación
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LA CURVA Q-H ES LA MÁS IMPORTANTE PUESTO QUE NOS MUESTRA SI UNA
BOMBA PUEDE SER UTILIZADA EN UNA APLICACIÓN DETERMINADA.
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Curva de sistema:
La resistencia al paso de un
líquido en una línea de
proceso varía con el
cuadrado de su velocidad tal
como se aprecia en el
gráfico
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Si el líquido debe ser
bombeado a depósitos
que se encuentran a
niveles
más
altos
(presión estática), la
presión que suministra
la bomba debe ser
apropiada para lograr
dicho nivel.
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25
Añadiendo la curva Q v/s
H se obtiene un punto
que
representa
la
capacidad de descarga de
la bomba
Este es el
punto
operativo o de trabajo
de la bomba y entregará
líquido a esta presión y
caudal
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26
Las características que
entrega un fabricante
respecto de una bomba
se refiere normalmente al
agua.
Cuando se trata de
líquidos con viscosidades
mayores que el agua las
curvas q-h son diferentes.
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Una mayor viscosidad da
lugar a un aumento en
las pérdidas por fricción
y a las pérdidas de carga
en el circuito
Se necesitan presiones
mayores
cuando
se
desplazan líquidos de
viscosidad mayor que el
agua
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Potencia de la bomba
La potencia de la bomba está dada por:
PA =h A *  * Q
Dicha cantidad expresada en términos de caballos de potencia en general se
denomina fuerza o potencia hidráulica.
La eficiencia total de la bomba se expresa a través de la ecuación:
Potencia ganada por el fluido
η=
Potencia del eje que acciona la bomba
En tal ecuación, el denominador representa la potencia total aplicada a eje de
la bomba y a menudo se denomina potencia al freno:
PA
η=
Potencia al freno
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Curvas características de una bomba
Modificación del punto de trabajo:
(a) Modificando la curva de la bomba
– bombas geométricamente similares
– bombas en paralelo
– bombas en serie
(b) Modificando la curva del sistema
(c) Modificando la curva de la bomba y la curva del sistema
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Curvas características de una bomba
centrífuga
Bombas geométricamente similares
• Se puede conseguir con la misma bomba variando el
diámetro del impulsor o la velocidad de giro.
• Para bombas geométricamente similares, se cumple que:
Q1
N 1  D1
3
H 1
N D
2
1
2
1
P1
N 1  D1
3
5



Q2
N 2  D2
3
H 2
N 2  D2
2
2
P2
N 2  D2
3
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5
Q = flujo volumétrico
D = diámetro rodete
N = velocidad giro impulsor
P = potencia
H = carga
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Curvas características de una bomba centrífuga
La curva de la bomba se desplaza si la velocidad de giro se
aumenta desde N1 a N3
H
B1
B2
B3
N1
N2
N3
Q
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Curvas características de una bomba
centrífuga
Bombas centrífugas en paralelo
Se utiliza para aumentar el caudal del sistema
H
Curva del sistema
Bomba
Dos bombas
en paralelo
Q
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Curvas características de una bomba
centrífuga
Bombas centrífugas en serie
Se utiliza para aumentar la altura de servicio del sistema
H
Curva del sistema
Tres bombas en serie
Dos bombas en serie
Bomba
Q
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Curvas características de una bomba
centrífuga
Modificación de la curva del sistema
Modificando las pérdidas por fricción entre la
succión y la descarga
–cambiando diámetro de la tubería
–colocando otra tubería en paralelo con la primera
–colocando otro ramal en serie con la primera
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Curvas características de una bomba
centrífuga
Sistema de bombeo en paralelo
Se utiliza para aumentar el caudal del sistema
H
Sistema
en paralelo
Q1
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Q2
Q1+Q2
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Q
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Curvas características de una bomba centrífuga
Sistema de bombeo en serie
Se utiliza para aumentar la altura de servicio del sistema
H
Sistema
en serie
H1+ H2
H2
H1
Q
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CAVITACIÓN
Al bombear, el líquido es transportado de un lugar a otro de la bomba
creando un vacío parcial en la succión que provoca la entrada de nuevo
líquido.
El punto de ebullición de un líquido cambia con la presión, cuando menor
es la presión menor es la temperatura a la que se forma vapor
Si la presión en la entrada es muy baja, el líquido al entrar al rotor puede
vaporizarse parcialmente.
Este fenómeno se conoce como cavitación
La cavitación se detecta por un sonido crujiente de la bomba
Pequeñas burbujas de vapor formadas a la entrada son succionadas por la
bomba aumentando su presión hasta unos 100.000 bar por lo que se
condensa muy rápidamente
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La cavitación produce daño en el rotor y en el interior
de la carcaza de la bomba y reduce sustancialmente la
eficiencia.
La cavitación puede ser evitada aumentando la
presión en el lado de la succión de la bomba:
 Reduciendo las pérdidas de presión en la línea de
alimentación mediante:
• Tuberías de mayor diámetro
• Tuberías de longitudes mas cortas
• Menor número de válvulas, codos y accesorios
 Subir el nivel del depósito de alimentación por sobre el nivel
de succión de la bomba
 Reducir la temperatura del líquido en la succión
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Carga de Aspiración Neta Positiva (CANP) o
Net Positive Suction Head (NPSH)
En la zona de succión de una bomba pueden generarse sectores con baja
presión, lo que podría provocar cavitación.
La cavitación se produce cuando la presión del líquido en un punto dado
es menor que la presión de vapor del líquido. Si esto ocurre, se forman de
manera súbita burbujas de vapor , provocando reducciones en la eficiencia
y daño en la estructura interna de la bomba.
Para caracterizar el potencial de cavitación se usan la diferencia entre la
carga total sobre el lado de la succión (cerca de la entrada del impulsor de
la bomba : p succión/densidad + v2 succión/2gc), y la carga de presión de vapor
del líquido (pvapor/densidad).
La Carga de Aspiración Neta Positiva (NPSH) está dada por:
NPSH 
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pS

2

vS
2gc
-
p Vapor

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Carga de Aspiración Neta Positiva
Se denomina carga de aspiración neta positiva requerida (NPSHR) al valor
que es necesario mantener o exceder para que no ocurra cavitación.
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Carga de Aspiración Neta Positiva
Se denomina carga de aspiración neta positiva disponible (NPSHD) a la
carga que realmente ocurre para el sistema de flujo particular. Se puede
determinar experimentalmente, o calcular si se conocen los parámetros del
sistema.
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Carga de Aspiración Neta Positiva
La carga de aspiración neta positiva disponible (NPSHD) está
dada por la siguiente ecuación:
NPSH
NPSH
D
 Bs 
p1
D

Pvapor

 Z1 
h
s

p vapor

Donde,
p 1 : presión estática absoluta aplicada al fluido
Z1
: diferencia de elevación desde el nivel del fluido en el depósito hacia la
entrada de la bomba ( positiva si la bomba está por debajo del estanque o
negativa si la bomba está arriba del estanque)
hS : pérdidas por fricción en la línea de succión.
P vapor: presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo
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Ejercicios
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Ejercicio 1:
Se tiene un sistema como el de la figura por el cual circula agua a 20ºC. La tubería es
de acero comercial de 6 pulgadas de diámetro. En la succión, la longitud equivalente
es de 10 m y en la descarga de 340 m. Si la curva característica de la bomba a 1750 rpm
está representada por:
H

200 - 1585  Q 2
H  m ; Q  m 3 /s
A) cuál es el caudal que circula por el sistema?
B) si el NPSH es de 2,5 m (Pv = 0,016 atm), cuál es la altura crítica del nivel de la
bomba para cavitar?
C) si las revoluciones de la bomba cambian a 2000 rpm, cuál es el nuevo caudal?
30 m
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Ejercicio 2
A) Para el sistema de la figura, cual es el caudal que circula?
B) cuál es el porcentaje de aumento de caudal si se instala en el sistema una bomba
centrífuga con las siguientes características?
Q (L /m in )
H (m )
0
4000
8000
12000
16000
98
97
90
77
60
C) si las revoluciones bajan a 800 rpm, cuál es el nuevo caudal que circula por el
sistema?
D) para un caudal de 10000 (L/min), cuál es la máxima presión a la que puede estar
cerrado el tanque 2?
35 m
  150 mm
K = 0,9
K = 0,4
  0,09 mm
65 m
35 m
16 m
K=1
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Ejercicio 3:
Para el sistema mostrado en la figura, verifique la bomba instalada (rpm =
1500). Cuál deberá ser el diámetro de la tubería para transportar como
máximo 3000 l/s?.
  24"
Aire

Agua
 0,0001
3m
D
P v(abs)  3100 Pa
6,9 104 Pa
Válvula abierta
K=1
Q  2350 L/s
2,4 105 Pa
12 m
Aire
9m
Agua
152 m
K = 0,4
EIQ_303
152 m
Bomba
ANDREA FREDES
Nivel de referencia
K = 0,9
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Flujos y bombas