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Bombas Centrifugas

Todas las bombas están diseñadas para unas determinadas presión de succión y Presión de impulsión para un caudal determinado, o sea que las mismas tienen su mejor rendimiento, su menos gasto energético y su mayor durabilidad mecánica, cuando trabaja en los rangos a los que fue diseñada. Como estamos hablando de bombas pequeñas, muy difícil que haya curvas de rendimiento, de presiones y de potencia entregadas por el fabricante.
Por eso vamos a tener que seguir los usos y costumbres sobre como trabajar con bombas centrífugas esperando que se aplique a las pequeñas bombas de lavarropas, y creo que no hay problemas, la teoría de las bombas centrífugas es para todas.
Empecemos por lo básico. Todo líquido que circula por una cañería recibe una perdida de presión; a que me refiero con esto, que si tenemos una cañería de una longitud conocida, al entrar el líquido a la cañería lleva una presión determinada y al salir la presión del mismo bajó, o sea que en el camino hubo lo que se llama una pérdida de carga o pérdida de presión, esto se debe al roce que existe entre el fluido y las paredes del tubo por donde circula el mismo (Para el que quiera investigar, vea Fluodinámica). No tiene sentido a este nivel escribir tantas ecuaciones que explican como se calcula, para eso hay miles de libro pero lo que si es importante tener en cuenta es que, esa pérdida de carga, va a depender de un montón de factores que nombro a continuación y como afecta en la perdida de carga cada uno de estos factores para un mismo caudal:

PC = 0,051 x f x   L   x V2
                   D

  • PC = Pérdida de Carga
  • L = Longitud de la cañéria (a mayor long. Mayor pérdida de carga. Dentro de la longitud de cañería también se tienen que tener en cuenta los accesorios que usemos como válvulas, codos, te, restricciones de distintas índoles, etc, estos accesorios afectan al fluído y hacen que haya también en ellos una perdida de carga, esta pérdida de carga es conocida y depende del tipo de accesorio, y su diámetro. Se calcula por ecuaciones o gráficos, pero lo recomendable es poner lo menos posible. Generalmente mediante los gráficos y ecuaciones lo que se hace es expresar la longitud equivalente de accesorio, en definitiva se compara la perdida de carga que sufriría ese accesorio y se lo lleva a lo que sufriría una cañería recta de determinada longitud) Por lo tanto L = Lcaño + Lequivalente de accesorios
  • V = Velocidad del Fluido (Un aumento en la velocidad del fluido trae aparejado un aumento en la pérdida de carga, dicha velocidad se ve afectada por dos variables importantes, el diámetro del tubo y el caudal de fluido. Un aumento de caudal con diámetro fijo, significa un aumento en la velocidad del fluido)
  • D = Diámetro de la misma (a menor diámetro mayor es la pérdida de carga, esto es debido a que para un mismo caudal, si reducimos el diámetro aumenta la velocidad (V), lo que trae aparejado un aumento en la pérdida de carga)
  • f = Factor de fricción de la cañería (este factor depende del material que esta hecho la cañería, o sea que mientras mas rugoso sea, mas pérdida de carga sufriremos por la misma)
  • También influyen la viscosidad y densidad del fluido, en donde dichas variables sirven para poder calcular mediante gráficos o ecuaciones el factor de fricción.

Ahora se preguntarán para que toda esta introducción, la misma se debe a que nosotros tenemos en las bombas lo que se llama Presión de Aspiración y Presión de Impulsión, veremos la primera:

Presión de Aspiración Para hablar de la importancia de la presión en la aspiración de la bomba debemos hablar de que es la cavitación.

Cavitación de la bomba: es la vaporización, más o menos brusca, del líquido bombeado, cuando la presión desciende a la presión de vaporización correspondiente a la temperatura de bombeo.
La cavitación tiene dos efectos muy importantes para la vida y la eficiencia de la bomba:
1 – Las burbujas de vapor que se originen, reducen la performance, es decir, que la bomba no podrá conseguir las condiciones de Altura-Caudal, deseadas y se producirá una brusca caída en la eficiencia.
2 – El colapso de las burbujas al producir tensiones alternativas de alto valor, produce el deterioro de las bombas.
Por lo mencionado anteriormente, debemos disponer de una energía por unidad de pesos de líquido que haga pasar el mismo a través de los conductos de aspiración sin que se produzcan cavitación, esta energía recibe el nombre de NPSH disponible y es una característica del sistema de trabajo de la bomba o sea de la instalación.

NPSH disponible (Net Positive Suction Head Available): Es la diferencia entre la pérdida de carga en la succión (se saca con la ecuación antes vista) y la presión de vapor del líquido a temperatura de bombeo.
Como las presiones y las velocidades varían sensiblemente dentro de la bomba centrífuga, el líquido que entra al impulsor de la bomba y que posteriormente es enviado hacia la salida produce una caída de presión en el ojo del impulsor, esta caída de presión produce una reducción en la Presión de succión.
Por lo tanto en el diseño de la bomba el fabricante entrega el NPSH requerido de la bomba, que es función del diseño de la misma y representa el margen mínimo permisible entre la Perdida de carga en la succión y la presión de vapor, a la temperatura de bombeo, y a un caudal determinado.
Se debe verificar que la relación siempre que no se produzca cavitación en el rango normal de funcionamiento es la siguiente:
NPSH disponible (depende de las instalaciones que nosotros pongamos en la succión) deber ser mayor que el NPSH requerido (son curvas entregadas por el fabricante a distintos caudales)
Como vemos la presión de aspiración es muy importante ya que depende de las instalaciones que nosotros pongamos antes del a succión de la bomba, como ser longitud de la cañería, accesorios, diámetro de la cañería, etc.
También hay que tener en cuenta la altura del líquido que nosotros estamos succionando, o sea que podemos tener dos alturas de succión, una negativa que es si el líquido esta por debajo de la línea de succión de la bomba, y otra es positiva cuando el líquido esta por arriba de la línea de succión de la bomba. Lo recomendable es que siempre la altura sea positiva ya que ayuda a a vencer la pérdida de carga en la succión, en cambio una altura negativa, hace que la perdida de carga en la succión sea mayor, y lleva a que la bomba cavite.
Lo que debemos tener siempre en cuenta es que la presión de vapor del líquido deber ser siempre menor que la presión de succión, ya que una inversión en esta relación lleva aparejado que la bomba no tire, o sea que cavite.
Para no estar haciendo cálculos que son innecesarios para una pequeña bombita y que lo único que estamos buscando y nos sirve es que la bomba tire, nos rinda y su vida útil se estire, lo recomendable sería tener en cuenta los siguientes puntos:

  • Que el líquido este por encima del ojo de succión de la bomba, mientras más alto mejor. Pero esto con que mantengan la bomba en la succión inundada esta bien, por lo menos para las bombas pequeñas a la que nos referimos, si ya estamos hablando de instalaciones mas grande, hay que hacer un estudio mas minucioso, como para no sobre especificar ni sub especificar la bomba, lo primero nos lleva a comprar una bomba mas cara que lo que realmente necesitamos y lo segundo a comprar una bomba que después no nos sirva.
  • Debemos evitar lo mas que se puede las restricciones en la cañería de succión, o sea colocar los menos accesorios posibles, y las válvulas tenerlas totalmente abiertas.
  • La cañera que sea lo mas corta posible, o mejor dicho no tener metros de cañería innecesarios.

Presión de impulsión


Esta presión es importante ya que es la que nos va a dar la bomba y es la que nosotros vamos a necesitar para llegar con el fluido a destino. O sea que la presión de impulsión deber ser mayor a la perdida de carga o perdida de presión que tenemos en la impulsión de la bomba, por que sino la bomba no tirará y no veremos salir fluido por el otro extremo de la cañería.
Dicha presión esta dada por el fabricante mediante curvas y que depende del caudal del fluido.
Entonces debemos en la impulsión calcular la perdida de carga desde que el fluido sale de la bomba hasta que llega a destino, teniendo en cuenta toda la longitud de la cañería, los accesorios, y la altura a la cual se quiere elevar el fluido. Si la perdida de carga es menor que la presión que nos da la bomba podemos trabajar tranquilos, que la bomba tirará sin problemas, pero ojo para instalaciones que vayan mas allá de una bombita de lavarropas yo recomendaría hacer un estudio mas minucioso, de manera de no sobre especificar o sub especificar la bomba.
La altura a la que nosotros queremos elevar el líquido, se representa todo como si fuera presión negativa, o sea que es una presión más a vencer por nuestra presión de impulsión a parte de la pérdida de carga a lo largo de la cañería.
Para no seguir complicando la existencia de los lectores, si la bomba de lavarropa no tira pero se escucha que esta funcionando se puede tomar los siguientes puntos como válidos a tener en cuenta y en el siguiente orden:

  • La impulsión tiene demasiada perdida de carga en los accesorios colocados, como puede ser una válvula bastante cerrada para restringir caudal. Para darse cuenta de esto lo podemos comprobar en la práctica, si la válvula esta totalmente cerrada no pasará líquido pero si vamos abriendo lentamente veremos como el líquido va venciendo la perdida de carga dada por la cañería, los accesorios y la altura a la que queremos llegar, y habrá una apertura en la cual la bomba venza sin problemas todos estos obstáculos y descargue sin problemas.
  • Puede que la altura a la que se quiere elevar el líquido es muy alto y nos genera una presión negativa que nuestra bomba no puede vencer. Por lo tanto, podemos poner una bomba más grande, también se puede bajar el tacho o subir la bomba (ojo al subir la bomba, y dejar la succión fija, por que ahí volvemos al principio que es correr riesgo de no tener presión de succión, con el consiguiente problema que la bomba cavite).
  • La longitud de la cañería es muy extensa, esto es poco probable ya que las bombitas tiran bien y necesitaría una cañería con mucha rugosidad como para que sufra una gran pérdida de carga.
  • Ojo también con los diámetros de cañería, que a menor diámetro mayor pérdida de carga.
  • Otra cosa a tener en cuenta si tenemos filtros en la impulsión, ya que el filtro también genera pérdida de carga.

Teniendo todas estas variables en cuenta, y modificando de a una, para ver cual es la que mas influye en el funcionar de nuestra bomba podremos llegar a un funcionamiento óptimo. Aclaro que cuando hablamos de instalaciones mas grandes ya los cálculos si se tienen que hacer a conciencia ya que podemos caer en hacer inversiones en plata que no nos convenga, y tener una bomba sobre dimensionada o sub dimensionada. También en este tipo de instalaciones grandes se recomienda en la impulsión tener velocidades que vayan entre 1 m3/seg y 3 m3/seg, velocidades menores nos dirán que tenemos una cañería de impulsión de diámetro muy grande y velocidades mayores nos dirá que tenemos diámetros de cañerías muy chicos por consiguiente una gran perdida de carga, mas de lo aconsejable, y por consiguiente un aumento en la potencia de la bomba lo que lleva a un aumento en el consumo eléctrico lo que lleva a un gasto de operación mas grande en plata.

By Pass


Generalmente una instalación muy común de ver para regular el caudal de succión e impulsión sin que la bomba sufra demasiado es realizar un by pass en el sistema de la siguiente forma:

Lo Normal es dejar la V1 abierta totalmente de manera que la succión no sufra pérdida de carga, y solo se cierra cuando ya queremos dejar aislado el macerador.

Teniendo V3 y V2 abiertas totalmente, es muy probable que el caudal en su mayoría vaya por el by pass, debido a que el fluido trata de ir por el lugar que menos resistencia tiene a su circulación.

Entonces a partir de ahí se va cerrando V3 de forma de regular el caudal que nosotros queramos recircular o bombear.

Este sistema se hace para que la bomba siempre trabaje en su punto óptimo de succión retroalimentando la succión con su propio fluido y haciendo que la cama del grano no se compacte por una gran presión de succión. Y si vemos que no encontramos el punto optimo de caudal que buscamos también podemos cerrar la V2 de a poco hasta tener la salida que nosotros buscamos.

Cebado de Bombas

Para poner en marcha la bomba por primera vez, es necesario llenarla de agua y quitar el aire de su interior. Esta operación se llama el 'cebado' de la bomba, y se realiza antes de la puesta en marcha. Como el aire tiende a embolsarse en la parte superior de la carcasa, es en ese punto donde se ubica un grifo -grifo de purga-, o llave de paso, que se cierra en el momento en que termina de salir el aire y comienza a salir el agua, la que se está introduciendo por propia gravedad por la entrada de succión de la bomba. Si esto último no ocurre, se puede cebar la bomba desde el mismo grifo de purga. 

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