Cómo funcionan una bomba centrífuga sumergible y un impulsor

Una bomba centrífuga sumergible combina un motor eléctrico y etapas hidráulicas centrífugas en una unidad diseñada para operar por debajo del nivel del líquido. Esta configuración elimina muchas limitaciones de succión y permite que la bomba impulse agua hacia arriba desde pozos, tanques, sumideros, depósitos y sistemas de proceso.

El impulsor es fundamental para el rendimiento. Su diámetro, forma de las paletas, ancho del paso, velocidad de rotación y relación con la carcasa determinan cómo se transfiere la energía al líquido. Comprender estos conceptos básicos ayuda a los compradores a comparar una bomba de impulsor sumergible, una bomba centrífuga para pozos y otros diseños de bombas de agua sumergibles.

El agua entra cerca del centro, o ojo, del impulsor giratorio. Las paletas aceleran el agua hacia afuera. El difusor o voluta circundante convierte parte de esta velocidad en presión. En una bomba de una sola etapa, esto ocurre una vez. En una bomba multietapa, el agua pasa a través de una serie de impulsores y difusores, agregando carga en cada etapa.

El motor suministra potencia al eje, mientras que el conjunto hidráulico determina el caudal, la carga y la eficiencia. Las pérdidas ocurren en el motor, los cojinetes, los sellos, las vías de fuga internas y los pasos hidráulicos. La eficiencia general refleja el resultado combinado.

Una bomba de superficie debe crear succión y mantener una línea de succión cebada. Una bomba centrífuga sumergida comienza con agua ya rodeando su entrada. Esto reduce los problemas de cebado y disminuye el riesgo de cavitación causada por una succión excesiva.

La operación sumergida no elimina todos los riesgos de entrada. Una submersión insuficiente puede crear vórtices y aspirar aire. Una entrada restringida, una temperatura excesiva o una geometría deficiente del sumidero aún pueden reducir la presión disponible y causar una operación inestable.

Los impulsores cerrados tienen cubiertas delantera y trasera alrededor de las paletas. Son comunes en bombas de agua limpia y pueden proporcionar buena eficiencia. Sus estrechas holguras internas los hacen menos tolerantes a sólidos grandes.

Los impulsores semiabiertos tienen una cubierta y pueden manejar algo de material en suspensión, permitiendo el ajuste de la holgura en ciertos diseños. Los impulsores abiertos proporcionan un acceso más amplio a las paletas y pueden ser adecuados para líquidos que contienen más sólidos, aunque la eficiencia y el comportamiento del desgaste dependen de la geometría específica.

Los impulsores de vórtice crean un campo de flujo giratorio al tiempo que limitan el contacto directo entre sólidos grandes y el impulsor. Los impulsores de canal sin obstrucción utilizan pasos anchos para aguas residuales. Los impulsores de flujo mixto y flujo axial se utilizan cuando se requiere un caudal muy alto a una carga baja o moderada.

El diseño correcto depende del líquido. Un impulsor de agua limpia de alta eficiencia puede fallar rápidamente en una lechada abrasiva, mientras que un impulsor de aguas residuales de paso ancho puede consumir más energía de la necesaria en una tarea de agua limpia.

Una bomba de agua centrífuga sumergible de una sola etapa se utiliza a menudo para drenaje, circulación, transferencia o aplicaciones de carga moderada. Una bomba centrífuga para pozos utiliza comúnmente múltiples etapas porque los pozos profundos requieren una carga sustancial en un diámetro estrecho.

Agregar etapas aumenta la carga, pero también aumenta la longitud, el número de componentes y la sensibilidad al desgaste abrasivo. Para la selección de pozos profundos, el número de etapas debe determinarse a partir de la tarea requerida en lugar de elegirse solo por la profundidad nominal del pozo.

La curva de carga-caudal muestra cómo disminuye la carga a medida que aumenta el caudal. La curva de eficiencia identifica el punto de máxima eficiencia y el rango alrededor de él. La curva de potencia muestra la potencia absorbida, mientras que una curva de NPSH puede proporcionarse para diseños relevantes.

Seleccione la bomba en la carga dinámica total real. Esto incluye la elevación vertical, la presión de salida y las pérdidas por fricción. Un punto de trabajo demasiado cercano al cierre puede causar recirculación interna, calor, fuerzas radiales y vibración. Operar demasiado a la derecha puede sobrecargar el motor o crear condiciones de entrada desfavorables.

Nunca combine el caudal máximo y la carga máxima como si fueran un único punto de operación. Son puntos finales separados. Solicite la curva para el impulsor exacto, el número de etapas, la velocidad y la frecuencia ofrecidas.

Para la misma geometría de bomba, el caudal cambia aproximadamente en proporción a la velocidad, la carga cambia aproximadamente con el cuadrado de la velocidad y la potencia cambia aproximadamente con el cubo de la velocidad. Estas relaciones explican por qué una reducción modesta de la velocidad puede ahorrar energía en un sistema de caudal variable.

Los sistemas reales y las eficiencias de las bombas complican el resultado, por lo que se debe aplicar un variador de frecuencia utilizando los límites del fabricante. Se deben considerar la refrigeración mínima del motor, el comportamiento de los cojinetes, la resonancia, los efectos del cable y la región de operación admisible.

El hierro fundido ofrece resistencia y valor para muchas aplicaciones de agua limpia e industriales. El acero inoxidable mejora la resistencia a la corrosión en líquidos adecuados. El bronce, el acero inoxidable dúplex, los polímeros de ingeniería y las aleaciones endurecidas sirven para condiciones más especializadas.

La eficiencia depende en parte de las holguras estrechas entre las partes giratorias y estacionarias. Las partículas abrasivas agrandan estas holguras y aumentan la fuga interna. Una bomba puede seguir funcionando mientras entrega progresivamente menos carga y caudal. Los anillos de desgaste o las placas de desgaste reemplazables pueden restaurar el rendimiento sin reemplazar la carcasa completa.

Muchos motores sumergibles transfieren calor al agua circundante. Los motores de pozos profundos pueden requerir una velocidad de flujo mínima a lo largo de la superficie del motor. En un pozo de gran diámetro, tanque o depósito abierto, una camisa de flujo puede dirigir el agua más allá del motor para mantener la refrigeración.

Los sensores térmicos, los relés de sobrecarga, la protección contra pérdida de fase, la protección contra funcionamiento en seco y los sensores de humedad ayudan a prevenir daños. El esquema de control debe coincidir con el tamaño del motor, la criticidad de la operación y las consecuencias de la falla.

La cavitación ocurre cuando la presión local cae lo suficiente como para que se formen y colapsen burbujas de vapor. Los síntomas pueden incluir ruido, vibración, rendimiento reducido y daño al impulsor. La captación de aire puede producir una inestabilidad similar.

Mantenga una submersión de entrada adecuada, elimine las restricciones, evite el flujo de aproximación brusco y asegúrese de que la bomba esté instalada vertical u horizontalmente solo según lo permitido. Las instalaciones de pozos profundos deben considerar el descenso, los niveles de agua estacionales, el rendimiento del pozo y la posición de la bomba por encima del fondo del pozo.

Utilice una bomba centrífuga multietapa para pozos profundos y elevación de agua limpia a alta carga. Utilice una bomba centrífuga sumergible tipo drenaje para sumideros, agua de construcción y transferencia general. Elija hidráulicas para aguas residuales donde haya sólidos grandes o fibrosos. Considere bombas de flujo mixto o flujo axial para caudales grandes y cargas bajas.

En todos los casos, haga coincidir el caudal, la carga, el líquido, la temperatura, las dimensiones de instalación, la fuente de alimentación y el programa de operación. El término sumergible describe el entorno de instalación; no define un diseño hidráulico universal.

Proporcione caudal, carga dinámica total, composición del líquido, sólidos, temperatura, dimensiones del pozo o sumidero, niveles de agua mínimos y máximos, tamaño y longitud de la tubería de descarga, número de accesorios, fuente de alimentación, orientación de instalación, horas de funcionamiento esperadas, longitud del cable y requisitos de control.

Para pozos, agregue el diámetro del revestimiento, la profundidad total, el nivel estático del agua, el nivel del agua de bombeo, el rendimiento del pozo, la posición del filtro, el contenido de arena y la profundidad de ajuste requerida de la bomba.

Una bomba de impulsor sumergible funciona convirtiendo la potencia del motor en velocidad del líquido y luego en presión. La selección confiable depende de más que los kilovatios del motor o el diámetro de salida. Al hacer coincidir el tipo de impulsor, el número de etapas, la curva de rendimiento, el material, la disposición de refrigeración y el rango de operación con el sistema real, los compradores pueden lograr un caudal estable, un menor consumo de energía y una vida útil más prolongada.

La reducción del caudal no siempre significa que el motor esté defectuoso. Las causas posibles incluyen una caída en el nivel del agua, rotación inversa en un motor trifásico, holguras desgastadas, una entrada obstruida, una válvula parcialmente cerrada, incrustaciones en la tubería, captación de aire o un cambio en la carga del sistema. Compare las mediciones de operación actuales con los datos de puesta en marcha antes de desmontar la bomba.

Un impulsor puede dañarse por cavitación, corrosión, abrasión o impacto de escombros. El daño desigual crea desequilibrio hidráulico y vibración. Restaurar solo el motor dejando las partes hidráulicas desgastadas sin cambios puede devolver la bomba al servicio sin restaurar su capacidad.