Diferencia entre bomba de flujo radial y axial

En el mundo de la dinámica de fluidos y la tecnología de bombas, se destacan dos tipos principales de bombas centrífugas: bombas de flujo radial y bombas de flujo axial. Estas bombas son esenciales en diversas industrias, desde el tratamiento de agua y la agricultura hasta la generación de energía y el procesamiento químico. Si bien ambos tipos sirven para mover fluidos, difieren significativamente en su diseño, funcionamiento y aplicaciones.

Principio de funcionamiento

La distinción fundamental entre las bombas de flujo radial y axial radica en sus principios de funcionamiento, que dictan cómo imparten energía al fluido que se bombea.

Las bombas de flujo radial, también conocidas como bombas centrífugas, funcionan según el principio de la fuerza centrífuga. A medida que el impulsor gira, imparte energía cinética al fluido, lo que hace que se mueva radialmente hacia afuera desde el centro del impulsor. Este movimiento radial crea un área de baja presión en el ojo del impulsor, lo que hace que ingrese más fluido a la bomba. El fluido gana velocidad y presión a medida que se mueve a través del impulsor y hacia la carcasa de la bomba.

En cambio, las bombas de flujo axial funcionan según el principio de sustentación, de forma similar a cómo genera sustentación el ala de un avión. Las palas del impulsor de una bomba de flujo axial están diseñadas para crear una diferencia de presión entre sus superficies superior e inferior a medida que giran. Esta diferencia de presión impulsa el fluido a lo largo del eje de la bomba, en paralelo al eje. El movimiento del fluido se produce principalmente en dirección axial, con un componente radial mínimo.

Los diferentes principios de funcionamiento de estas bombas las hacen adecuadas para diversas aplicaciones. Las bombas de flujo radial suelen utilizarse en situaciones que requieren alta presión y caudales moderados, mientras que las bombas de flujo axial son excelentes en aplicaciones que exigen caudales elevados a presiones más bajas.

Diseño del impulsor

El impulsor es el corazón de cualquier bomba centrífuga y su diseño juega un papel crucial a la hora de determinar las características de rendimiento de la bomba. Los diseños de impulsor de las bombas de flujo radial y axial difieren significativamente para adaptarse a sus respectivos principios de funcionamiento.

Las bombas de flujo radial suelen tener impulsores cerrados con álabes curvos. Estos impulsores tienen forma de disco con álabes que se extienden desde el centro hasta el borde exterior. Los álabes suelen estar encerrados entre dos discos: el cubo (o cubierta delantera) y la cubierta trasera. Este diseño cerrado ayuda a aumentar la eficiencia al reducir la recirculación del fluido. A medida que el impulsor gira, el fluido entra por el centro y es expulsado hacia afuera entre los álabes, ganando velocidad y presión.

Por otro lado, los impulsores de las bombas de flujo axial se parecen a las hélices o a las aspas de un ventilador. Consisten en varias aspas espirales montadas en un eje central, sin cubiertas. Las aspas están diseñadas con un paso y una curvatura específicos para mover el fluido de manera eficiente a lo largo del eje de la bomba. A medida que el impulsor gira, las aspas empujan el fluido axialmente a través de la bomba, de manera similar a cómo la hélice de un barco mueve el agua.

La diferencia en el diseño del impulsor refleja los distintos enfoques de las bombas para la transferencia de energía. Los impulsores de las bombas de flujo radial se centran en impartir fuerza centrífuga al fluido, mientras que los impulsores de las bombas de flujo axial están optimizados para crear empuje axial.

Dirección del flujo

La dirección del flujo dentro de la bomba es otro diferenciador clave entre las bombas de flujo radial y axial, que influye en su diseño general y características de rendimiento.

En una bomba de flujo radial, el fluido ingresa al impulsor cerca de su centro, generalmente paralelo al eje del eje. A medida que el impulsor gira, la fuerza centrífuga impulsa el fluido radialmente hacia afuera entre los álabes del impulsor. Al salir del impulsor, la dirección del fluido cambia abruptamente, girando 90 grados para fluir a lo largo de la carcasa de la bomba hacia la boquilla de descarga. Este cambio de dirección se facilita mediante la voluta o sección difusora de la carcasa de la bomba, que también ayuda a convertir parte de la velocidad del fluido en presión.

Las bombas de flujo axial mantienen una dirección de flujo constante durante todo el proceso de bombeo. El fluido ingresa a la bomba en paralelo al eje del eje y continúa fluyendo en esta dirección a medida que pasa a través del impulsor. Las paletas giratorias del impulsor imparten energía al fluido, impulsándolo axialmente a través de la carcasa de la bomba. Hay un cambio mínimo en la posición radial del fluido a medida que se mueve a través de la bomba. La carcasa de la bomba es típicamente cilíndrica, diseñada para guiar el fluido suavemente desde la entrada hasta la salida mientras mantiene su flujo axial.

Los diferentes patrones de flujo de estas bombas las hacen adecuadas para distintas aplicaciones. El patrón de flujo radial de las bombas centrífugas es adecuado para aplicaciones que requieren un aumento significativo de la presión, mientras que el flujo directo de las bombas axiales es ideal para mover grandes volúmenes de fluido con un aumento mínimo de la carga.

Características de altura y caudal

Las características de rendimiento de las bombas de flujo radial y axial difieren significativamente, particularmente en términos de la altura (presión) que pueden generar y los caudales que pueden manejar.

Las bombas de flujo radial generalmente se destacan por producir altas presiones de descarga, pero están limitadas en términos de caudal. La acción centrífuga de estas bombas les permite generar diferencias de presión sustanciales entre la entrada y la salida. A medida que el fluido se mueve radialmente hacia afuera a través del impulsor, gana velocidad y presión. El cambio posterior en la dirección del flujo en la voluta o difusor contribuye aún más al aumento de la presión. Esto hace que las bombas de flujo radial sean ideales para aplicaciones que requieren alta presión, como sistemas de suministro de agua de edificios de gran altura o procesos industriales que involucran fluidos viscosos.

Las bombas de flujo axial, por el contrario, están diseñadas para manejar caudales altos, pero normalmente producen presiones de descarga más bajas en comparación con las bombas de flujo radial. El diseño de flujo directo de las bombas axiales les permite mover grandes volúmenes de fluido de manera eficiente, pero el aumento de presión es relativamente modesto. La energía impartida al fluido se da principalmente en forma de velocidad en lugar de presión. Las bombas de flujo axial son adecuadas para aplicaciones que requieren el movimiento de grandes volúmenes de fluido contra cargas de descarga bajas a moderadas, como sistemas de irrigación, bombas de control de inundaciones o circulación de agua de enfriamiento en plantas de energía.

Cabe señalar que las bombas de flujo mixto, que combinan características de los diseños radial y axial, ofrecen un punto intermedio en términos de altura de elevación y características de caudal. Estas bombas pueden manejar caudales más altos que las bombas de flujo radial típicas y, al mismo tiempo, generar más altura de elevación que los diseños de flujo axial puro.

Fabricantes de bombas de flujo axial

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El compromiso de Tianjin Kairun con el desarrollo continuo y la satisfacción del cliente los convierte en una opción destacada para quienes buscan bombas en el mercado. Sus productos están diseñados para satisfacer las diversas necesidades de varias industrias y ofrecen soluciones que equilibran la eficiencia, la confiabilidad y el rendimiento.

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Referencias:

1. Gülich, J.F. Centrifugal Pumps. Springer Berlin Heidelberg.

2. Karassik, I.J., Messina, J.P., Cooper, P., & Heald, C.C. Pump Handbook. McGraw-Hill Education.

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5. Nelik, L., & Brennan, J. Progressing Cavity Pumps, Downhole Pumps and Mudmotors. Gulf Publishing Company.

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