Tipos de Bombas Centrífugas: Clasificación Técnica y Criterios de Selección

¿Cuál es la diferencia entre bomba radial, de flujo mixto y axial?

La guía del DOE con el Hydraulic Institute clasifica las bombas por la forma de dar energía al fluido. Las de desplazamiento positivo comprimen el fluido directamente e incluyen, entre otros, los tipos de pistón, tornillo, paletas deslizantes y lóbulos rotativos; las centrífugas, también llamadas rotodinámicas, aceleran el fluido, convierten esa energía cinética en presión y se dividen en axiales, de flujo mixto y radiales (DOE, p. 3). Este artículo trata de las centrífugas.

Según las definiciones del Hydraulic Institute (HI), en la radial el líquido entra en el ojo del rotor en la dirección del eje y sale perpendicular a él; en la de flujo mixto, sale a unos 45° del eje; en la axial, entra y sale en la dirección del eje. Cuanto mayor el caudal respecto de la altura, mayores los pasajes y menor el diámetro del rotor, que pasa de radial a mixto y, en el extremo, a axial.

El rotor axial recuerda una hélice de barco. FBCN, FBOT y FBME son radiales. En el gráfico del HI, los tipos se suceden a lo largo de la velocidad específica, calculada en el punto de mejor eficiencia (BEP), con el rotor de diámetro máximo, a una rotación dada y con la altura por etapa: en unidades métricas, ns = n·Q^0,5/H^0,75, con n en rpm, Q en m³/s y H en m; en unidades estadounidenses, el valor es 51,6 veces mayor.

Parte de la literatura calcula la velocidad específica con el caudal por ojo del rotor, y no con el caudal total, y el HI advierte que se verifique la base del cálculo antes de comparar valores. Compare números solo dentro de la misma convención.

¿Cuándo usar bomba monoetapa o multietapa?

La monoetapa tiene un rotor y genera toda la altura en una única etapa; la multietapa tiene dos o más rotores en serie, cuyas alturas se suman para el mismo caudal. La FBCN es monoetapa: el manual MTEC-03/00 registra 54 modelos y altura de hasta 135 m. La decisión parte del punto de caudal y altura y del NPSH, no de un límite universal aislado.

Según el HI, presiones más altas pueden exigir una multietapa. Compare las alternativas por caudal, altura, rotación, condición de succión y límites mecánicos exigidos, con los planos, las curvas y el alcance de cada una; el número de rotores, por sí solo, no define costo ni facilidad de mantenimiento.

En FB Bombas, la serie multietapa es la FBME: horizontal, formada por un cuerpo de succión, uno de presión y cuerpos de etapa unidos por tirantes externos, con rotores radiales cerrados montados en difusores. El manual MTEC-08/01 indica hasta 400 m³/h y 300 m, límites generales no simultáneos, en los tamaños de 3″ a 6″; el número máximo de etapas baja con el tamaño y con la rotación. Confirme el punto y la curva del modelo.

¿Cuál es la diferencia entre bomba centrífuga horizontal y vertical?

Horizontal y vertical describen la orientación del eje, pero cada una reúne varios arreglos. En la nomenclatura del HI, las horizontales de rotor en voladizo pueden montarse sobre soporte de cojinetes, sobre patas o por la línea de centro; entre las verticales están la in-line y la verticalmente suspendida. FBCN, FBOT y FBME son horizontales.

En la FBCN, la construcción back-pull-out, en palabras del manual, permite retirar de la voluta la parte del soporte de cojinetes sin desconectar ni desalinear la tubería de bombeo, lo que facilita el montaje, el desmontaje y el mantenimiento. En el layout, prevea con el plano de la ejecución el espacio de retirada axial y el acceso al acoplamiento.

Entre las verticalmente suspendidas, el HI enumera arreglos sumergibles y con descarga por la columna. En esos casos, entra en la selección la sumergencia, la distancia vertical entre la superficie libre del líquido y la entrada de la bomba: suma al NPSH disponible, una sumergencia mínima evita vórtices fuertes con núcleo de aire, y puede tener que aumentar para atender el NPSH requerido.

La vertical in-line es otra máquina, con succión y descarga en línea. Por eso, la orientación del eje, por sí sola, no garantiza succión inundada, drenaje completo ni menor costo; compare los planos, el nivel mínimo, el acceso y los medios de izaje.

¿Qué cambia entre bomba end-suction, split-case e in-line?

End-suction es la bomba en que el líquido llega al ojo del rotor en línea recta, sin curvas, con el rotor en voladizo. Split-case es la de carcasa bipartida axialmente, con el rotor entre cojinetes. In-line es la de succión y descarga en línea. La FBCN es end-suction y back-pull-out y sigue la ASME B73.1 en la parte mecánica, lo que no demuestra intercambiabilidad dimensional con toda bomba de esa norma.

En la FBCN, la voluta se funde en una sola pieza, se apoya sobre patas propias y tiene anillo de desgaste del lado de succión. La FBOT también es end-suction y back-pull-out, con la misma retirada de la parte del soporte de cojinetes sin desconectar la tubería, según el manual MTEC-16/00; la voluta se funde sin patas, el soporte viene en los grupos 3 y 4, y el acoplamiento es flexible, con o sin espaciador.

En la split-case, la carcasa es bipartida axialmente, y las bocas de succión y descarga suelen venir fundidas en la mitad inferior: se suelta la mitad superior, y el conjunto giratorio sale entero, con eje, rotor, manguitos y cajas de cojinetes. En ese arreglo, el rotor típico tiene dos ojos, cada uno con la mitad del caudal, y el HI señala el rotor de dos entradas para caudales altos.

En incendio, según el HI, la NFPA 20 admite bombas centrífugas de voluta end-suction, vertical in-line y split-case. En la nomenclatura del HI, las circuladoras también son in-line, y horizontales. En cualquier carcasa, verifique en el plano de la ejecución las bocas, el sentido de retirada y el acceso al acoplamiento.

¿Qué rotor elegir: cerrado, semiabierto o abierto?

El HI describe tres configuraciones: el abierto no tiene tapa delantera ni trasera, el semiabierto solo tiene la trasera y el cerrado tiene las dos. FBCN, FBOT y FBME usan rotor cerrado: los manuales de la FBOT y de la FBME lo dicen en el texto, y el de la FBCN lo muestra en el plano en corte. Para sólidos, verifique paso, tamaño, concentración y abrasividad admisibles; el nombre del rotor, por sí solo, no resuelve la selección.

Según el HI, el rotor cerrado cuesta más de fabricar, es más difícil de limpiar y bombea menos tipos de fluido que el abierto, pero es más robusto y pierde mucha menos eficiencia durante la vida de la bomba. La fuga interna la controlan las holguras de trabajo. En la FBCN, el manual prevé anillo de desgaste en la carcasa, del lado de succión, y en el rotor, del lado de presión, excepto en los tamaños 25-150, 32-125 y 32-125.1.

En el abierto y el semiabierto, la holgura entre los álabes y la carcasa crece con el desgaste y deja que el líquido vuelva a la succión, y la eficiencia baja; por el mismo motivo, el HI observa que el cerrado no exige un ajuste axial tan preciso. El abierto aparece en bombas pequeñas, axiales y de manejo de sólidos, y el semiabierto reúne parte de las ventajas y desventajas de los dos.

Los manuales de la FBCN y de la FBME indican las series para líquidos limpios o turbios y piden consultar a FB para fluidos con sólidos en suspensión; el de la FBOT excluye partículas abrasivas. Compare el paso libre y la curva de cada alternativa, sin presumir que todo abierto acepta fibras.

¿Cómo se clasifican las series FBCN, FBOT y FBME?

La FBCN es radial, monoetapa, horizontal, end-suction, back-pull-out y de rotor cerrado; el manual MTEC-03/00 registra 54 modelos, DN 25 a DN 300, hasta 2.200 m³/h y 135 m. La FBOT tiene la misma clasificación y bombea aceites térmicos orgánicos hasta 350 °C. La FBME es radial, multietapa y horizontal, con rotores cerrados en difusores, hasta 400 m³/h y 300 m. Son límites generales de los manuales, no simultáneos ni una selección de modelo.

El sellado distingue las series: la FBOT tiene sellado doble, con empaquetaduras de grafito en la región en contacto con el aceite térmico y un sello mecánico dentro del soporte de cojinetes, sumergido en el aceite del soporte; la FBCN y la FBME aceptan empaquetadura o sello mecánico. FB tiene banco de pruebas conforme a ANSI/HI 14.6, pero qué ensayos, balanceo e informes acompañan cada bomba se define en la propuesta.

Quien busca una centrífuga horizontal con sello mecánico encuentra dos series FB. En la FBCN, la Tabla 3 del manual MTEC-03/00 (p. 7), de límite de presión por temperatura máxima, da 10 bar a 90 °C para la ejecución con sello mecánico. Con empaquetadura, los límites son 12 bar de −28 a 65 °C, 11 bar a 93 °C y 10 bar a 105 °C con bridas de 125 lbs, y 16 bar con bridas de 250 lbs.

En la FBME, la Figura 3 del manual MTEC-08/01 (p. 10) llama código S al sello mecánico de simple efecto, balanceado o no, para temperatura hasta cerca de 105 °C, según el fabricante del sello y sin refrigeración; en la selección del sello entra la presión de succión. La FBOT, como se describe arriba, usa sellado doble, y el artículo de sello mecánico compara los tipos de sello y la empaquetadura.

Para elegir entre FBCN, FBOT y FBME, envíe el fluido, la temperatura, el caudal, la altura, la condición de succión, los sólidos en suspensión y el sellado previsto. Con esos datos, la ingeniería de aplicación de FB Bombas indica la serie, el modelo y la curva para el punto de operación.