1. Qué es una bomba centrífuga
La bomba centrífuga es una turbomáquina hidráulica que convierte trabajo mecánico de eje (suministrado por un motor eléctrico o a diésel) en energía hidráulica útil para mover líquido contra la resistencia de la instalación. A diferencia de las bombas de desplazamiento positivo — como la engranaje externo Serie FBE — la bomba centrífuga no desplaza un volumen fijo por revolución; impone al fluido un campo centrífugo cuya intensidad depende de la rotación del rotor y del diámetro de salida.
Por eso, la bomba centrífuga es la tecnología dominante en aplicaciones industriales con líquidos de baja a media viscosidad, caudales altos y variación aceptable de altura manométrica según el punto de operación. En FB Bombas, la Serie FBCN está diseñada según ASME B73.1 (norma dimensional para bombas centrífugas horizontales de proceso químico) y API 610 12ª ed.
(norma para bombas centrífugas en refinería y petroquímica), ofreciendo construcción back pull-out — característica que permite desmontar el conjunto rotor + tapa de presión sin desconectar la tubería.
2. Principio físico — energía cinética a energía de presión
El funcionamiento ocurre en dos etapas físicas distintas dentro de la carcasa. En la primera etapa (rotor), el líquido entra axialmente por el ojo del rotor y es forzado por los álabes a seguir una trayectoria radial girando solidariamente con el eje. Los álabes transfieren trabajo al fluido, aumentando su velocidad absoluta — predominantemente la componente tangencial. En la salida del rotor, el líquido lleva alta energía cinética, pero presión estática aún moderada.
En la segunda etapa (voluta), el fluido entra en una carcasa en espiral cuya sección transversal aumenta progresivamente desde la lengua de la voluta hasta la boca de descarga. Por la ecuación de continuidad (Q = A × v), el aumento de área implica reducción de velocidad. Por la ecuación de Bernoulli aplicada a un fluido incompresible, la reducción de energía cinética se convierte en aumento de presión estática.
El resultado neto es la altura manométrica de la bomba: la cantidad de energía por unidad de peso que la bomba entrega al fluido, expresada en metros de columna del líquido bombeado.
3. Componentes principales — rotor, voluta, eje, cojinetes y sello
Cada componente de la bomba centrífuga tiene una función hidráulica o mecánica específica y el desempeño del conjunto depende de la integración entre ellos. FB Bombas diseña estos componentes según ASME B73.1 (FBCN/FBOT) y API 610 12ª ed. (FBCN), con balanceo dinámico ISO 21940 G2.5 y prueba hidrostática en banco según ANSI/HI 14.6.
- Rotor (impeller) — la pieza giratoria con álabes curvos; puede ser cerrado (con tapa anterior y posterior, alta eficiencia), semi-abierto (sin tapa anterior, mejor para sólidos en suspensión) o abierto (sin tapas, menor eficiencia pero tolera sólidos abrasivos).
- Voluta — la carcasa en espiral que recoge el líquido en la salida del rotor y convierte velocidad en presión. Puede ser simple (típica en FBCN/FBOT) o doble (en bombas de alta carga radial).
- Eje (shaft) — transmite el par del motor al rotor; debe tener rigidez suficiente para que la deflexión en la zona del sello mecánico esté por debajo del límite admisible del sello (típicamente 0,05 mm en API 610).
- Cojinetes (bearings) — soportan las cargas radiales y axiales del rotor; en FBCN típicamente son cojinetes de rodadura blindados, lubricados con grasa o aceite, con aisladores de cojinete para evitar contaminación.
- Sello mecánico — sella el paso del líquido entre el eje rotatorio y la carcasa estacionaria; en FBCN normalmente cartridge seal según API 682, con planes de sellado API Plan 11/52/53 según la aplicación.
4. Ecuación de Euler para turbomáquinas
La ecuación de Euler para bombas relaciona la altura manométrica teórica entregada al fluido (Hth, en metros) con las velocidades en la entrada y salida del rotor. En su forma simplificada, ignorando la pre-rotación en la entrada (caso típico de bombas centrífugas de proceso bien diseñadas), la altura teórica es directamente proporcional al producto de la velocidad tangencial del rotor (u₂) por la componente tangencial de la velocidad absoluta del fluido en la salida (cu₂).
Donde Hth es la altura teórica en metros, u₂ es la velocidad tangencial en la salida del rotor (m/s), cu₂ es la componente tangencial de la velocidad absoluta del fluido (m/s), g es la aceleración gravitatoria (9,81 m/s²), D₂ es el diámetro de salida del rotor (m) y n es la rotación en rpm.
La altura real entregada por la bomba es menor que la teórica debido a tres pérdidas: (1) pérdidas hidráulicas por fricción viscosa y turbulencia, (2) pérdidas volumétricas por recirculación interna entre alta y baja presión, y (3) pérdidas mecánicas en cojinetes y sello. La razón entre altura real y altura teórica es la eficiencia hidráulica de la bomba.
Hth = (u₂ · cu₂) / g onde u₂ = π · D₂ · n / 60 (m/s)Ecuación de Euler simplificada para bomba centrífuga (sin pre-rotación)
5. Centrífuga vs desplazamiento positivo — cuándo usar cada una
La bomba centrífuga es ventajosa cuando: (1) la viscosidad del fluido es baja a moderada (hasta ~200 cP en FBCN con corrección de curva); (2) el caudal es alto y relativamente estable; (3) la altura manométrica es compatible con el punto de operación seleccionado en la curva característica; (4) se desea construcción compacta y menor costo de adquisición; (5) se desea operación continua sin pulsación significativa.
Las bombas de desplazamiento positivo (engranaje externo FBE, engranaje interno FBEI) son ventajosas cuando: (1) la viscosidad es alta (por encima de 200 cP); (2) se necesita caudal proporcional a la rotación independientemente de la presión; (3) el caudal es bajo a moderado; (4) se requiere auto-cebado.
6. Serie FBCN — aplicación industrial real
La Serie FBCN es la línea de bombas centrífugas normalizadas de FB Bombas, con 53 modelos hidráulicos divididos en 43 bombas standard (DN25 a DN150) y 10 bombas de gran capacidad (DN200 a DN300). Caudal máximo de 2.400 m³/h, altura manométrica hasta 140 m y temperatura de operación hasta 260°C. Los modelos siguen ASME B73.1 (norma dimensional) y son conformes API 610 12ª edición.
La construcción back pull-out permite mantenimiento del conjunto rotativo sin desconectar la tubería de proceso — ventaja operativa significativa en refinerías, plantas químicas y usinas.
Aplicaciones típicas FBCN: agua industrial y de proceso, fluidos químicos diluidos, hidrocarburos ligeros, sistemas de circulación, alimentación de caldera, agua de enfriamiento. Para fluidos de alta temperatura (hasta 350°C), la Serie FBOT — también centrífuga, monobloque con cámara de sellado refrigerada — es dimensionalmente próxima y sigue la misma norma ASME B73.1.