Cuál es la diferencia entre una bomba centrífuga y una bomba de flujo axial vertical?

En el mundo de la manipulación de fluidos, las bombas desempeñan un papel fundamental en el traslado de líquidos de un punto a otro. Dos tipos comunes de bombas que se utilizan en diversas industrias son las bombas centrífugas y las bombas de flujo axial vertical. Si bien ambas sirven para la transferencia de fluidos, difieren significativamente en su diseño, funcionamiento y aplicación.

Dirección del flujo

Una de las diferencias más fundamentales entre las bombas centrífugas y las bombas de flujo axial vertical radica en la dirección del flujo de fluido a través de la bomba. Esta distinción no es simplemente una cuestión de diseño, sino que influye significativamente en las características de rendimiento de la bomba y su idoneidad para diversas aplicaciones.

Las bombas centrífugas, como sugiere su nombre, utilizan la fuerza centrífuga para mover el fluido. En estas bombas, el fluido entra en la bomba en el centro de un impulsor giratorio. A medida que el impulsor gira, imparte energía cinética al fluido, arrojándolo hacia afuera en una dirección radial. Este movimiento radial del fluido se convierte luego en presión cuando el fluido sale del impulsor y entra en la carcasa de la bomba. La carcasa generalmente está diseñada en forma de espiral, conocida como voluta, que ayuda a aumentar aún más la presión y guiar el fluido hacia la salida de descarga.

En contraste, las bombas de flujo axial vertical mueven el fluido en una dirección axial, paralela al eje de la bomba. En estas bombas, el impulsor está diseñado más como una hélice, con aspas que empujan el fluido a lo largo del eje de rotación. A medida que el impulsor gira, crea un área de baja presión delante de él, que atrae el fluido, y un área de alta presión detrás de él, que lo empuja hacia afuera.

La dirección del flujo axial en estas bombas es particularmente ventajosa para mover grandes volúmenes de fluido contra presiones de descarga relativamente bajas. Esto hace que las bombas de flujo axial sean ideales para aplicaciones como control de inundaciones, sistemas de irrigación y circulación de agua de enfriamiento en plantas de energía, donde el requisito principal es mover una gran cantidad de fluido en lugar de generar altas presiones.

Cabeza

El concepto de "altura" en los sistemas de bombeo se refiere a la altura equivalente total a la que se bombea un fluido, teniendo en cuenta factores como la presión, la velocidad y la elevación. Es un parámetro crucial en la selección de bombas y el diseño del sistema, ya que se relaciona directamente con la cantidad de energía necesaria para mover el fluido. Las bombas centrífugas y las bombas de flujo axial vertical difieren significativamente en su capacidad para generar altura, lo que influye en su idoneidad para diferentes aplicaciones.

Las bombas centrífugas son conocidas por su capacidad para generar alturas elevadas. Esta capacidad se debe a su diseño, que convierte de manera eficiente la energía cinética impartida por el impulsor giratorio en energía de presión. A medida que el impulsor arroja el fluido hacia afuera, gana velocidad. Esta velocidad luego se convierte en presión a medida que el fluido desacelera en la carcasa de la bomba. La forma espiral de la carcasa (voluta) ayuda aún más en esta conversión de presión.

Las bombas de flujo axial vertical, por otro lado, generalmente están diseñadas para aplicaciones de alturas inferiores. El diseño de flujo axial es más eficiente para mover grandes volúmenes de fluido, pero menos efectivo para generar altas presiones. En estas bombas, el fluido se mueve en paralelo al eje de la bomba y la presión se genera principalmente a través de la aceleración del fluido en lugar de a través de la acción centrífuga.

La altura de elevación generada por las bombas de flujo axial vertical es generalmente menor que la de las bombas centrífugas, y suele oscilar entre unos pocos metros y unos 20 metros en los diseños de una sola etapa. Si bien esto puede parecer limitante, es importante tener en cuenta que muchas aplicaciones requieren el movimiento de grandes volúmenes de fluido con alturas de elevación relativamente bajas y, en estos escenarios, las bombas de flujo axial vertical se destacan.

Por ejemplo, en aplicaciones de control de inundaciones, el requisito principal es mover un gran volumen de agua rápidamente, a menudo con solo una pequeña diferencia de elevación. De manera similar, en los sistemas de enfriamiento para plantas de energía, el enfoque está en hacer circular grandes cantidades de agua en lugar de generar altas presiones. En estos casos, la capacidad de altura de elevación más baja de las bombas de flujo axial vertical no es una limitación, sino más bien una característica que permite un funcionamiento eficiente.

Caudal

El caudal, que se refiere al volumen de fluido que una bomba puede mover en un período de tiempo determinado, es otro factor crucial que distingue a las bombas centrífugas de las bombas de flujo axial vertical. Esta característica influye significativamente en la idoneidad de la bomba para diferentes aplicaciones y desempeña un papel clave en el diseño del sistema y la selección de la bomba.

Las bombas de flujo axial vertical suelen estar diseñadas para manejar caudales más altos en comparación con las bombas centrífugas de tamaño similar. Esta capacidad se deriva de su diseño de flujo axial, que permite un camino más directo y menos restringido para el fluido a través de la bomba. En una bomba de flujo axial vertical, las paletas del impulsor están diseñadas para mover un gran volumen de fluido a lo largo del eje del eje de la bomba. Este diseño minimiza los cambios en la dirección del flujo y reduce la turbulencia, lo que permite un movimiento eficiente de grandes cantidades de fluido.

La alta capacidad de caudal de las bombas de flujo axial vertical las hace ideales para aplicaciones en las que mover grandes volúmenes de fluido es el requisito principal. Por ejemplo, en los sistemas de control de inundaciones, estas bombas pueden mover rápidamente grandes cantidades de agua para evitar inundaciones. En los sistemas de riego, pueden distribuir agua de manera eficiente en grandes áreas. En los sistemas de refrigeración de las centrales eléctricas, las bombas de flujo axial vertical se utilizan a menudo para hacer circular grandes volúmenes de agua de refrigeración.

No es raro que las grandes bombas de flujo axial vertical gestionen caudales de decenas de miles de galones por minuto o incluso más. Esta capacidad de gran volumen es particularmente valiosa en situaciones en las que la transferencia rápida de fluidos es fundamental, como en situaciones de control de inundaciones de emergencia o en procesos industriales que requieren una circulación continua de fluidos de gran volumen.

Las bombas centrífugas, si bien pueden gestionar una amplia gama de caudales, generalmente están diseñadas para caudales más bajos en comparación con las bombas de flujo axial vertical de tamaño similar. El diseño de flujo radial de las bombas centrífugas, si bien es eficiente para generar presión, puede introducir más resistencia al flujo en comparación con el diseño axial. Esto se debe a que el fluido debe cambiar de dirección a medida que ingresa a la bomba axialmente y luego sale radialmente.

NPSH

La altura de succión positiva neta (NPSH) es un concepto crucial en el funcionamiento de las bombas, relacionado con la presión mínima requerida en la entrada de la bomba para evitar la cavitación. La cavitación es un fenómeno en el que se forman burbujas de vapor en el líquido debido a la baja presión y luego colapsan, lo que puede causar daños a la bomba. Comprender los requisitos de NPSH de los diferentes tipos de bombas es esencial para garantizar un funcionamiento confiable y eficiente de la bomba.

Las bombas de flujo axial vertical suelen tener requisitos de NPSH más bajos en comparación con las bombas centrífugas. Esta característica es una de las ventajas clave de las bombas de flujo axial vertical en ciertas aplicaciones.

El menor requisito de NPSH de las bombas de flujo axial vertical se debe principalmente a su diseño. En estas bombas, el impulsor a menudo se coloca cerca o debajo de la superficie del agua, lo que naturalmente proporciona una altura de succión positiva. Esta disposición minimiza el riesgo de cavitación al garantizar que siempre haya suficiente presión en la entrada de la bomba.

El diseño de flujo axial también contribuye a menores requisitos de NPSH. El fluido ingresa a la bomba paralelo al eje y mantiene esta dirección a través del impulsor. Esta trayectoria de flujo recta produce una menor caída de presión en la entrada en comparación con la trayectoria de flujo más compleja de las bombas centrífugas, donde el fluido debe cambiar de dirección de axial a radial.

Los requisitos de NPSH más bajos de las bombas de flujo axial vertical las hacen particularmente adecuadas para aplicaciones donde la altura de succión disponible es limitada. Por ejemplo, en sistemas de control de inundaciones o de irrigación donde la bomba necesita operar con una inmersión mínima, las bombas de flujo axial vertical pueden funcionar de manera efectiva sin el riesgo de cavitación.

Las bombas centrífugas, por otro lado, generalmente tienen requisitos de NPSH más altos. Esto se debe a varios factores relacionados con su diseño y funcionamiento. En una bomba centrífuga, el fluido ingresa axialmente en el centro del impulsor y luego se acelera radialmente hacia afuera. Este cambio de dirección y las altas velocidades involucradas pueden generar áreas localizadas de baja presión, lo que aumenta el riesgo de cavitación.

Fabricantes de bombas de flujo axial vertical

A la hora de seleccionar una bomba de flujo axial vertical, es fundamental elegir un fabricante de confianza para garantizar la fiabilidad, la eficiencia y el rendimiento a largo plazo. Uno de esos fabricantes que se ha ganado una sólida reputación en la industria es Tianjin Kairun.

Para quienes estén interesados en bombas de flujo axial vertical, Tianjin Kairun recibe consultas y está dispuesto a ayudar a seleccionar la bomba adecuada para aplicaciones específicas. Puede ponerse en contacto con ellos en catherine@kairunpump.com para obtener más información sobre sus productos y servicios.

Referencias:

1. Karassik, I. J., Messina, J. P., Cooper, P., & Heald, C. C. (2008). Pump Handbook (4th ed.). McGraw-Hill Education.

2. Gülich, J. F. (2020). Centrifugal Pumps (3rd ed.). Springer.

3. Tuzson, J. (2000). Centrifugal Pump Design. John Wiley & Sons.

4. Lobanoff, V. S., & Ross, R. R. (2013). Centrifugal Pumps: Design and Application (2nd ed.). Elsevier.