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Bombas centrífugas o de flujo radial

La Figura muestra el esquema de una bomba centrífuga convencional, en sus dos vistas principales (corte transversal al eje, y corte paralelo). El fluido entra al rodete de la bomba procedente desde la dirección axial, succionado por los álabes del rodete, los cuales le fuerzan a tomar un movimiento tangencial y radial hacia el exterior del mismo. A lasalida del rodete, el fluido es recogido por la voluta, que no es sino la carcasa de la bomba en forma de conducto de sección creciente alrededor del rodete. La voluta termina en un tramo difusor (es decir, de sección creciente), donde el fluido aumenta un poco más su presión a la par que pierde energía cinética.

Normalmente los álabes de las bombas centrífugas están curvados hacia atrás como en laFigura, es decir, en la salida están orientados en sentido contrario al sentido de rotación, pues de esa forma se favorece la circulación del fluido y es suficiente un número pequeño de álabes. En ventiladores, en cambio, es habitual el uso de álabes curvados hacia adelante, pues así se necesita un menor tamaño para conseguir una cierta presión de salida, aunque con peor rendimiento.Básicamente, las bombas aumentan la energía mecánica o carga del fluido entre los puntos 1, en el ojo de entrada, y 2, en la salida. El cambio en la carga del fluido se acostumbra a expresar mediante o altura de elevación H, que es igual a la energía por unidad de peso de fluido circulante (se mide en J/N, es decir, en metros), y viene dada por la expresión:

H=P2ρg+V222g+Z2-P1ρg+V122g+Z1=P2-P1ρg+QA22-QA122g+∆Z=hs-hf (1)


El término hs representa la energía cedida por la bomba al fluido, y hf es la pérdida de carga interna asociada a las tensiones viscosas.
Cuando los diámetros de las tuberías de entrada y salida de la bomba son iguales, la altura de elevación queda reducida a:

H=((P2-P1)/ρg)+∆Z=(∆P/ρg)+∆Z (2)

La potencia suministrada por la bomba al fluido es igual al producto delpeso específico por el caudal y por la altura manométrica:

P útil = P u = ρ gQH (3)

Ésta es la potencial útil. La potencia necesaria para mover la bomba, es decir, la potencia consumida por la bomba, viene dada por:

P consumida = PB =ωT (4)
donde ω es la velocidad angular de giro y T es el par en el eje. Si no hubiese pérdidas, la potencia útil y la potencia consumida serían iguales, perola potencia útil siempre es menor, definiéndose el rendimiento η de la bomba como:

η=PuPB=ρgQHωT (5)

El rendimiento es básicamente el resultado de tres factores: volumétrico, hidráulico y mecánico. El rendimiento volumétrico se define como:

ηV=QQ-Qf (6)

donde Qf es el caudal perdido debido a las fugas entre las holguras de la carcasa y el rotor. El rendimiento hidráulico vienedado por:

ηh=1-hfhs=H/hs (7)

en cuyo valor intervienen tres tipos de pérdidas: pérdidas por desprendimiento a la entrada debido a un acoplamiento imperfecto entre el flujo de entrada y el borde de ataque de los álabes, pérdidas por fricción en los canales entre los álabes, y pérdidas por recirculación del fluido a causa de un mal acoplamiento entre la corriente y la dirección de salida delos álabes. Finalmente, el rendimiento mecánico viene dado por:

ηm=1-PfPB (8)

donde Pf es la potencia perdida a causa de la fricción mecánica en los cojinetes y otros puntos de contacto de la máquina. Por definición, el rendimiento total es simplemente el producto de estos tres rendimientos:
η =ηv ηh ηm (9)

Desde el punto de vista del flujo interior de la bomba, la altura de elevaciónproporcionada se puede expresar en función de las condiciones del flujo a través del rodete, que es el elemento que realmente hace efectiva la transferencia de energía. Sin duda el flujo en el interior de una bomba es sumamente complejo: es tridimensional, no estacionario, con gradiente de presión adverso en los canales del rodete (lo que implica rápido crecimiento de la capa límite), con...