En 1689 el físico Denis Papin inventó la bomba centrífuga y hoy en día este tipo de bomba es la más utilizada en todo el mundo. La bomba centrífuga se construye según un principio simple: el líquido se conduce al cubo del impulsor y, mediante la fuerza centrífuga, se lanza hacia la periferia de los impulsores. La construcción es bastante económica, robusta y sencilla y su alta velocidad permite conectar la bomba directamente a un motor asíncrono.
La bomba centrífuga
La bomba centrífuga proporciona un flujo de líquido constante y se puede estrangular fácilmente sin causar ningún daño a la bomba. Ahora echemos un vistazo a Figura 1, que muestra el flujo del líquido a través de la bomba. La entrada de la bomba conduce el líquido al centro del impulsor giratorio desde donde es lanzado hacia la periferia. Esta construcción proporciona una alta eficiencia y es adecuada para manipular líquidos puros. Las bombas que deben manejar líquidos impuros, como las bombas de aguas residuales, están equipadas con un impulsor construido especialmente para evitar que se acumulen objetos dentro de la bomba.
Si se produce una diferencia de presión en el sistema mientras la bomba centrífuga no está funcionando, aún puede pasar líquido a través de ella debido a su diseño abierto. Como puedes ver por Figura 2, las bombas centrífugas se pueden clasificar en diferentes grupos: bombas de flujo radial, bombas de flujo mixto y bombas de flujo axial. Las bombas de flujo radial y las bombas de flujo mixto son los tipos más utilizados. Por lo tanto, sólo nos concentraremos en este tipo de bombas.
Diferentes tipos de bombas centrífugas
Las diferentes demandas sobre el rendimiento de la bomba centrífuga, especialmente en lo que respecta a la altura, el flujo y la instalación, junto con las demandas de funcionamiento económico, son sólo algunas de las razones por las que existen tantos tipos de bombas. figura 3 muestra los diferentes tipos de bombas en cuanto a caudal y presión.
Curvas de bomba
Antes de profundizar más en el mundo de la construcción y los tipos de bombas, presentaremos las características básicas de las curvas de rendimiento de las bombas. El rendimiento de una bomba centrífuga se muestra mediante un conjunto de curvas de rendimiento. Las curvas de rendimiento de una bomba centrífuga se muestran en Figura 4. La altura, el consumo de energía, la eficiencia y el NPSH se muestran en función del flujo.
Normalmente, las curvas de las bombas en los folletos técnicos solo cubren la parte de la bomba. Por lo tanto, el consumo de energía, el P2 – el valor, que también figura en los folletos de datos, solo cubre la potencia que ingresa a la bomba; consulte Figura 4. Lo mismo ocurre con el valor de eficiencia, que sólo cubre la parte de la bomba (η = ηPAG ).
En algunos tipos de bombas con motor integrado y posiblemente convertidor de frecuencia integrado, por ejemplo, bombas con motor encapsulado, la curva de consumo de energía y la curva η cubren tanto el motor como la bomba. En este caso es la P1 -Valor que hay que tener en cuenta. En general, las curvas de las bombas se diseñan según la norma ISO 9906 Anexo A, que especifica las tolerancias de las curvas.
Cabeza, la curva QH
La curva QH muestra la altura que la bomba es capaz de alcanzar con un caudal determinado. La altura se mide en una columna de líquido de un metro [mLC]; normalmente se aplica la unidad metro [m]. La ventaja de utilizar la unidad [m] como unidad de medida para la altura de una bomba es que la curva QH no se ve afectada por el tipo de líquido que la bomba debe manejar.
Eficiencia, la curva η
La eficiencia es la relación entre la potencia suministrada y la cantidad de potencia utilizada. En el mundo de las bombas, la eficiencia ηPAG es la relación entre la potencia que la bomba entrega al agua (PH) y la entrada de potencia al eje (P2 ):
`eta _(P)=(P_(H))/(P_(2))=(rho*g*Q*H)/(P_(2))`
dónde:
- ρ es la densidad del líquido en kg/m3 ,
- g es la aceleración de la gravedad en m/s2 ,
- Q es el caudal en m3 /s y H es la cabeza en m.
Para agua a 20oC y con Q medido en m3/h y H en m, la potencia hidráulica se puede calcular como:
`P_(H)=2.72*Q*H[W]`
Como se desprende de la curva de eficiencia, la eficiencia depende del punto de funcionamiento de la bomba. Por lo tanto, es importante seleccionar una bomba que se ajuste a los requisitos de flujo y garantice que la bomba esté funcionando en el área de flujo más eficiente.
Consumo de energía, el P2-curva
La relación entre el consumo de energía de la bomba y el flujo se muestra en figura 8. la p2La curva de la mayoría de las bombas centrífugas es similar a la de figura 8 donde la P2 El valor aumenta cuando aumenta el flujo.
El valor NPSH de una bomba es la presión absoluta mínima que debe estar presente en el lado de succión de la bomba para evitar la cavitación. El valor NPSH se mide en [m] y depende del caudal; cuando el flujo aumenta, el valor NPSH también aumenta; figura 9.
FREQUENTLY ASKED QUESTIONS
The impeller design is a critical component of a centrifugal pump, as it directly affects the pump’s performance and efficiency. The shape and size of the impeller blades, as well as the number of blades, influence the pump’s flow rate, pressure head, and power consumption. A well-designed impeller can optimize the pump’s performance by minimizing energy losses and maximizing the transfer of energy from the motor to the fluid. Factors such as blade angle, curvature, and tip clearance all play a role in determining the impeller’s efficiency and overall pump performance.
Centrifugal pumps are typically constructed from a variety of materials, depending on the application and operating conditions. Cast iron, stainless steel, and bronze are common materials used for the pump casing, impeller, and other components. These materials offer a balance of strength, corrosion resistance, and cost-effectiveness. In more specialized applications, such as high-temperature or high-pressure services, exotic materials like titanium or specialized alloys may be used. The selection of materials is critical to ensuring the pump’s reliability, durability, and performance over its lifespan.
The speed of a centrifugal pump has a significant impact on its performance and efficiency. As the pump speed increases, the flow rate and pressure head also increase, but so does the power consumption. Operating the pump at its design speed is critical to achieving optimal efficiency and performance. Deviations from the design speed can result in reduced efficiency, increased energy consumption, and potentially even damage to the pump or motor. In some cases, variable speed drives may be used to optimize pump performance and efficiency across a range of operating conditions.
Centrifugal pumps are widely used in HVAC systems for a variety of applications, including chilled water circulation, condenser water circulation, and hot water distribution. They are often used in conjunction with air handlers, chillers, and boilers to distribute fluids throughout the system. Centrifugal pumps are particularly well-suited for these applications due to their ability to handle large flow rates, high pressures, and varying system demands. Their reliability, efficiency, and low maintenance requirements make them a popular choice for HVAC system designers and operators.
When selecting a centrifugal pump for an HVAC application, several key factors must be considered. These include the required flow rate, pressure head, and power consumption, as well as the fluid properties, such as temperature, viscosity, and density. The pump’s materials of construction, seal type, and bearing design must also be suitable for the application. Additionally, factors such as noise level, vibration, and maintenance requirements should be considered. A thorough understanding of the system’s requirements and the pump’s performance characteristics is essential to selecting the right centrifugal pump for the job.
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