Diferencias entre una bomba de turbina regenerativa y una bomba centrífuga

¿Qué es una bomba de turbina regenerativa?

Para la manipulación de líquidos, las bombas de turbina regenerativas satisfacen una necesidad entre los diseños centrífugos y de desplazamiento positivo. Combinan una alta presión de descarga de tipos de desplazamiento con el funcionamiento flexible de las centrífugas. Son del tipo de cabezal alto y baja capacidad que se utilizan en cabezales de hasta 5400 pies (1645 m) y en capacidades de hasta 150 gpm (34 m3/h). Las bombas de turbina regenerativas se conocen con varios nombres, como vortex, periféricas y regenerativas. Ninguno de estos proporciona una descripción real de la bomba, pero la turbina regenerativa es la más cercana. Varios tipos de bombas rotativas han sido denominadas “turbinas”. Entre ellos se encuentran el tipo difusor de eje horizontal y el centrífugo de pozo profundo de eje vertical. Aquí se analiza el funcionamiento de la bomba pequeña con cabezal grande, la bomba de turbina regenerativa.

Diseño de bomba de turbina regenerativa

Muestra secciones transversales a través de una bomba de turbina regenerativa. Muestra que la construcción general se parece bastante a muchos diseños centrífugos pequeños. Su eje, a menudo de acero inoxidable, está sostenido por dos rodamientos de bolas. El impulsor está en voladizo, una construcción común en las bombas centrífugas. La bomba generalmente se suministra de serie con un sello mecánico. La principal diferencia entre las bombas de turbina centrífugas y regenerativas está en el impulsor. En la bomba de turbina regenerativa se corta una doble fila de paletas en el borde del impulsor. Estas paletas giran en un canal. El líquido fluye por la succión y es recogido por las paletas del impulsor. Después de realizar casi una revolución en el canal anular, el fluido tiene una alta velocidad que lo envía hacia la descarga. El líquido que ingresa al impulsor de una bomba centrífuga puede pasar entre sus paletas solo una vez. Se le agrega energía solo mientras va desde el ojo del impulsor hasta su borde. En una bomba de turbina regenerativa, el líquido recircula entre las paletas del impulsor. Debido a esta acción, el fluido fluye en una trayectoria similar a la de una rosca (helicoidal) a medida que avanza. En consecuencia, las paletas del impulsor añaden energía al fluido en un movimiento regenerativo a medida que viaja desde la succión hasta la descarga. Esta acción regenerativa tiene el mismo efecto que la acción multietapa en una bomba centrífuga. En una centrífuga multietapa, la presión del fluido es el resultado de la energía agregada en las diferentes etapas. De la misma manera, en una bomba de turbina regenerativa, la presión en su descarga es el resultado de la energía agregada al fluido por una serie de paletas del impulsor.

¿Cómo funciona una bomba de turbina regenerativa?

La principal diferencia entre una bomba de turbina centrífuga y una regenerativa es que el fluido solo viaja a través de un impulsor centrífugo una vez, mientras que en una turbina, realiza muchos viajes a través de las paletas. Con referencia al diagrama de sección transversal, las paletas del impulsor se mueven dentro del área de flujo del pasaje del canal de agua. Una vez que el líquido ingresa a la bomba, se dirige hacia las paletas, que empujan el fluido hacia adelante e imparten una fuerza centrífuga hacia la periferia del impulsor. Por lo tanto, la paleta del impulsor impone un flujo circulatorio ordenado, lo que crea la velocidad del fluido. La velocidad del fluido (o energía cinética) está entonces disponible para su conversión en flujo y presión dependiendo de la resistencia al flujo del sistema externo, como se diagrama en una curva del sistema.

Es útil señalar en este punto que para evitar la pérdida interna de la capacidad de generación de presión de una turbina regenerativa MTH, se requieren espacios libres internos estrechos. En muchos casos, dependiendo del tamaño de la bomba, la holgura entre el impulsor y la carcasa puede ser tan pequeña como una milésima de pulgada en cada lado. Por lo tanto, estas bombas son adecuadas para su uso únicamente en aplicaciones con fluidos y sistemas limpios. En algunos casos, se puede utilizar con éxito un filtro de succión para proteger la bomba.

Luego, a medida que el flujo circulatorio se impone sobre el fluido y llega a la periferia del canal de fluido, es redirigido por los canales de fluido de forma especial, alrededor del costado del impulsor y de regreso al diámetro interior de las paletas del impulsor de la turbina, donde el el proceso comienza de nuevo. Este ciclo ocurre muchas veces a medida que el fluido pasa a través de la bomba. Cada viaje a través de las paletas genera más velocidad del fluido, que luego puede convertirse en más presión. Los múltiples ciclos a través de las paletas de la turbina se denominan regeneración, de ahí el nombre de turbina regenerativa. El resultado general de este proceso es una bomba con una capacidad de generación de presión diez o más veces mayor que la de una bomba centrífuga con el mismo diámetro de impulsor y velocidad.

En algunos diseños competitivos, encontrará que sólo se utiliza un impulsor de un solo lado. Ese diseño sufre una carga de empuje en la dirección del motor que debe ser soportada por los cojinetes del motor. Las turbinas MTH utilizan un diseño de impulsor flotante de dos lados que genera presión por igual en ambos lados. Esto tiene la ventaja de permitir que la presión de la bomba autocentre hidráulicamente el impulsor en la cavidad del impulsor con espacio reducido, sin sobrecargar los cojinetes del motor con cargas de empuje excesivas.

Construcción de bombas regenerativas

La bomba tiene una caja dividida vertical. Quitando los pernos B, se pueden quitar la cubierta C y el revestimiento L1 para inspeccionar o quitar el impulsor. Para mantener pequeño el flujo de líquido desde las áreas de alta a baja presión de la bomba, el impulsor tiene un espacio reducido entre los revestimientos L1 y L2.

Presión sobre el impulsor

Alrededor de la mitad de la presión de descarga existe alrededor del cubo del impulsor, que es la presión sobre el sello mecánico. Los orificios H a través del impulsor evitan presiones desequilibradas sobre él y extremos de empuje sobre los cojinetes. También se produce un pequeño flujo de derivación a través de las superficies de sellado entre la descarga y la succión. El desgaste de estas superficies de sellado aumenta las holguras y el flujo de derivación. Lo mismo ocurre con las juntas tóricas de las bombas centrífugas. Este desgaste reduce en gran medida la capacidad de la bomba cuando se opera a una altura alta. La mayoría de las fallas de las bombas de turbina regenerativas se deben a este desgaste en las superficies de sellado. Un estudio de las causas del desgaste pertenece a un artículo aparte, donde se puede discutir en profundidad. Sin embargo, para evitar un desgaste grave, no permita que el impulsor toque los revestimientos L1 y L2 y asegúrese de que el líquido bombeado esté libre de material abrasivo. Las bombas de turbina regenerativas Roth con impulsores autocentrantes patentados reducen en gran medida el problema del desgaste.

VENTAJAS DEL DISEÑO DE BOMBA REGENERATIVA

Desarrollar presiones más altas
Puede funcionar a velocidades de motor más bajas
Eliminar la cavitación
Operar con NPSHr más bajo
Entregar capacidad especificada con variaciones de presión de entrada
Logre el rendimiento con menos etapas
tamaño más pequeño

¿Qué es una bomba centrífuga?

Las bombas centrífugas son el tipo más común de bomba utilizada en la industria, la agricultura, las municipales (plantas de agua y aguas residuales), las plantas de generación de energía, el petróleo y muchas otras industrias. Son el tipo de bomba principal en la clase de bombas llamadas bombas "cinéticas" y son claramente diferentes a las bombas de "desplazamiento positivo".

¿Cómo funciona una bomba centrífuga?

Las bombas centrífugas son máquinas accionadas hidráulicamente que se caracterizan por su capacidad de transmitir energía a fluidos (en particular a líquidos) mediante el trabajo de un campo de fuerzas centrífugas. Su objetivo principal es transferir fluidos mediante un aumento de presión. Las bombas centrífugas pueden tener diferentes estructuras, pero su principio de funcionamiento y características fluidodinámicas son siempre las mismas. Esquemáticamente, las bombas centrífugas están formadas por un impulsor que gira dentro de la carcasa. El impulsor comprende una serie de palas, preferiblemente de diseño radial, que transmiten energía cinética al fluido que se bombea. La carcasa está equipada con boquillas de aspiración y descarga del fluido bombeado. La boquilla de succión tiene un eje que corresponde con el eje de rotación del impulsor, mientras que la boquilla de descarga tiene un eje normal al eje del impulsor, pero aún se encuentra en el plano que pasa por el propio eje.

Principio de funcionamiento de las bombas centrífugas

El fluido que se bombea ingresa continuamente a través de la boquilla de succión de la bomba en el centro del impulsor. Desde aquí se acelera en dirección radial hasta el borde del rodete, donde desemboca en la carcasa. La corriente de fluido se acelera por el empuje que las palas del impulsor, gracias a su curvatura, transmiten a la propia corriente. De esta forma el fluido adquiere energía, principalmente en forma de aumento de su velocidad media (energía cinética). Dentro de la carcasa, el líquido se frena adecuadamente gracias a la sección que crece gradualmente en la dirección del movimiento.

Ventajas de las bombas centrífugas

No hay juntas de accionamiento, por lo que el riesgo de fugas queda completamente erradicado. Esto significa que se pueden bombear líquidos peligrosos sin derrames. La eliminación de los sellos de transmisión elimina las fugas, la pérdida por fricción, el desgaste y el ruido y proporciona una separación completa del fluido de la transmisión de la bomba. Esto garantiza que casi 100% de la potencia del motor se convierta en potencia de bombeo.
No hay transferencia de calor desde el motor: la cámara de la bomba está separada del motor por un espacio de aire; proporcionando una barrera térmica.
La separación completa del medio de proceso significa que el líquido no puede filtrarse al motor desde la bomba.
Fricción reducida.
El acoplamiento magnético puede romperse si la carga de la bomba es demasiado grande. Que el acoplamiento magnético se "rompa" significa que la bomba no se sobrecarga ni se daña.

Diferencias entre una bomba de turbina regenerativa y una bomba centrífuga

La bomba de turbina regenerativa tiene paletas de doble fila cortadas en el borde. El impulsor gira dentro de dos revestimientos en los que se han fresado canales anulares. El líquido fluye por la succión y es recogido por las paletas del impulsor. Al completar casi una revolución en el canal anular, el fluido desarrolla una alta velocidad y la presión aumenta dramáticamente antes de ser enviado a la descarga. El líquido recircula entre las paletas del impulsor y la cámara anular. Debido a esta acción, el fluido fluye siguiendo una trayectoria similar a la de un resorte helicoidal colocado en cada una de las ranuras anulares a medida que el fluido avanza. Se agrega energía al fluido mediante una serie de impulsos de vórtice en las paletas del impulsor, a medida que viaja desde la succión hasta la descarga.

Estos impulsos tienen el mismo efecto que las etapas múltiples en una bomba centrífuga. En una bomba centrífuga multietapa, la presión es el resultado de la energía agregada en cada etapa. En una bomba de turbina, se agrega presión a la corriente de fluido al hacerla circular muchas veces a través de las paletas de un solo impulsor.

Una de las características más destacables de la bomba de turbina regenerativa son sus características de rendimiento al bombear líquidos altamente volátiles. La manera en que el impulsor de la turbina imparte velocidad/energía al fluido, como se describió anteriormente, es bastante diferente de los diseños centrífugos o de desplazamiento positivo convencionales. La acumulación continua y progresiva de presión en una bomba de turbina regenerativa elimina esencialmente el colapso repentino de las burbujas que es la cavitación destructiva.

Una bomba de turbina puede desarrollar aproximadamente diez veces la presión de descarga de una bomba centrífuga con el mismo diámetro y velocidad del impulsor. La presión aumenta casi uniformemente alrededor del borde del impulsor. En el cubo del impulsor, la presión es aproximadamente la mitad de la presión de descarga. Esta presión más baja, más la presión de succión, es la que se ve en el prensaestopas. Los orificios a través del impulsor mantienen el impulsor centrado para reducir el desgaste, evitar presiones desequilibradas en el impulsor y reducir el empuje final sobre los cojinetes.

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