Características técnicas e hidráulicas de las bombas centrífugas

Altura hidráulica desarrollada por una bomba centrífuga

La altura (h) desarrollada por una bomba se determina midiendo la presión en la aspiración y en la salida de la bomba, calculando las velocidades mediante la división del caudal de salida entre las respectivas áreas de las secciones transversales y teniendo en cuenta la diferencia de altura entre la aspiración y la descarga. La altura neta h suministrada por la bomba al fluido es donde los subíndices d y as se refieren a la descarga y aspiración de la bomba. Si las tuberías de descarga y aspiración son del mismo tamaño, las componentes de la altura correspondiente a la velocidad se cancelan, sin embargo en general la tubería de entrada es mayor que la de salida.

La normativa de ensayo indica que la altura desarrollada por una bomba es la diferencia entre la carga en la entrada y en la salida. Sin embargo, las condiciones del flujo en la brida de salida son normalmente demasiado irregulares para tomar medidas de presión precisas, y es más seguro medir la presión alejándose de la bomba diez o más veces el diámetro del tubo y añadir una estimación de la pérdida por fricción para esa longitud del tubo.

En la entrada algunas veces existe prerotación en la zona del tubo cercana a la bomba y esto puede hacer que las lecturas depresión obtenidas con un instrumento de medida sean diferentes a la presión media real en dicha sección.

Rendimiento hidráulico de las bombas centrífugas

Cuando un líquido fluye a través de una bomba, sólo parte de la energía comunicada por el eje del impulsor es transferida el fluido. Existe fricción en los cojinetes y juntas, no todo el líquido que atraviesa la bomba recibe de forma efectiva la acción del impulsor, y existe una perdida de energía importante debido a la fricción del fluido. Ésta pérdida tiene varias componentes, incluyendo las pérdidas por choque a la entrada del impulsor, la fricción por el paso del fluido a través del espacio existente entre las palas o álabes y las pérdidas de alturas al salir el fluido del impulsor. El rendimiento de una bomba es bastante sensible a las condiciones bajo las cuales esté operando.

Características del funcionamiento de las bombas centrífugas a velocidad constante

El rendimiento de una bomba varía considerablemente dependiendo de las condiciones bajo las cuales esté operando. Por tanto, cuando se selecciona una bomba para una situación dada, es importante que la persona encargada de realizar dicha selección tenga información relativa el funcionamiento de las distintas bombas entre las que vaya a realizarse la elección. El fabricante de bombas suele tener información de este tipo, basada en ensayos de laboratorio, sobre su catálogo de bombas estándar. Sin embargo, algunas veces las bombas de gran capacidad se fabrican a medida. A menudo se fabrica y se ensaya un modelo de tal bomba entes de realizar el diseño final del prototipo de la bomba. Aun cuando algunas bombas centrífugas son accionadas por motores de velocidad variable, la forma más frecuente de operación de las bombas es a velocidad constante.

La forma de los impulsores y de los álabes y su relación con la envolvente de la bomba dan lugar a variaciones en la intensidad de las pérdidas por choque, la fricción del fluido y la turbulencia. Dichos parámetros varía con la altura y el caudal, siendo responsables de las grandes modificaciones en las características de las bombas. La altura en vacío es la que desarrolla la bomba cuando no hay flujo. En el caso de las bombas centrífugas de flujo mixto, la altura en vacío es alrededor de un 10 por 100 mayor que la altura normal, que es la que corresponde al punto de máximo rendimiento, mientras que en el caso de las bombas de flujo axial la altura en vacío puede ser hasta tres veces la altura normal.

La elección de una bomba para condiciones determinadas dependerá de la velocidad de giro del motor que la acciona. Si la curva característica de una bomba para una velocidad de giro dada es conocida, la relación entre la altura y el caudal para velocidades de giro distintas puede deducirse a partir de ecuaciones.

El efecto de la viscosidad en bombas centrífugas

Las bombas centrífugas también se utilizan para bombear líquidos con viscosidades diferentes a las del agua. Al aumentar la viscosidad, la curva altura caudal se hace mas vertical y que la potencia requerida aumenta. La línea discontinua indica los puntos de máximos rendimiento para cada curva. Se observa que tanto la altura como el caudal disminuyen en el punto de máximo rendimiento.

Dos de las principales pérdidas en una bomba centrífuga son por fricción con el fluido y fricción con el disco. Estas perdidas varían con la viscosidad del líquido de manera que la carga – capacidad de salida, así como de la toma mecánica difiere de los valores que se obtienen cuando se maneja agua.

Es necesario, sin embargo, conocer las tres unidades diferentes que pueden encontrarse para describir la viscosidad de un líquido en especial:

• Segundos Saybolt Universal, o SSU.
• Centistokes – que define la viscosidad cinemática.
• Centiposes – que definen la viscosidad absoluta.

Se han hecho muchas pruebas experimentales para determinar el efecto de la viscosidad del líquido en el funcionamiento de diversas bombas centrífugas. Aun con datos muy extensos sobre el efecto de la viscosidad.

Es difícil predecir con precisión el funcionamiento de una bomba cuando maneje un fluido viscoso de su comportamiento cuando emplea agua fría.

Cuando se aplican bombas ordinarias de agua fría para usarse en el bombeo de líquidos viscosos, se debe tener cuidado para asegurarse de que el diseño de la flecha es lo bastante fuerte para la potencia necesaria, que puede ser un considerable esfuerzo en los caballos de fuerza al freno para agua fría, aunque pueda ser el peso específico del líquido menor que el del agua.

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Las bombas verticales de turbina sumergidas

La cavitación en las bombas centrífugas

Para quienes hemos dedicado nuestra vida profesional al campo de los análisis químicos, ha sido fascinante, y al mismo tiempo sorprendente, el observar la evolución de las últimas décadas en la Química Analítica. El aspecto fascinante de estos cambios ha sido el incremento en complejidad, capacidad y refinamiento de las técnicas y su instrumentación. Lo sorprendente es la velocidad de los cambios, y la abundancia y calidad de resultados obtenibles. Todo este progreso y cambios han transformado nuestra vida profesional y han permitido logros casi milagrosos en muchos campos científicos y en el desarrollo de procesos industriales.

La evolución de las técnicas analíticas ha sido catalizada en gran parte por las demandas sociales por medios de vida mejores, recursos más abundantes, productos libres de riesgos y más accesibles a una mayor proporción de consumidores. Otro aspecto de estas demandas ha sido la preocupación por la preservación del medio ambiente, y los deseos de expectativas de vidas más largas y saludables. Por otro lado es también claro, que la competencia en mercados globales ha sido tal que las empresas químicas se han visto en la necesidad de incrementar sus recursos y capacidades en el campo analítico para mantener su presencia competitiva en los mercados.

Una lista y descripción breve de los cambios evolutivos más notables en el área de análisis químicos en épocas recientes, es la siguiente:

• El desplazamiento de los métodos químicos tradicionales por técnicas instrumentales. Entendemos por métodos tradicionales aquellos donde se emplea una reacción química para obtener los resultados. Una vez que esto se ha establecido, es fácil reconocer que técnicas como son la Volumetría y la Gravimetría, han sido en alto grado eliminadas en los laboratorios modernos. Recuerdo ahora la anécdota de hace varios años cuando un colega de trabajo quería titular una solución y le fue muy difícil localizar una bureta para ello. Las únicas existentes estaban en las vitrinas de la exhibición histórica del laboratorio y otras estaban en posesión de un químico ya jubilado desde la década de los sesentas quien aun las emplea y rehúsa usar otros métodos. Por cierto, esta persona es un caso muy raro de devoción a la química, actualmente tiene 94 años de edad y aun trabaja medio tiempo en el laboratorio.
  
  
• El desarrollo casi "Explosivo" de las Técnicas de Separación como medios de análisis. Hoy día es casi inconcebible el imaginar un laboratorio moderno sin alguna de estas técnicas. Al mismo tiempo es difícil recordar los tiempos cuando eran solamente una curiosidad académica. Este campo, que incluye primordialmente la cromatografía (en un numero muy grande de formas), y la electroforesis, ha resultado ser uno de los más populares y versátiles, y sus aplicaciones se extienden a muchos campos científicos. No es exageración el afirmar que su desarrollo ha sido fascinante y su uso ha permitido realizar estudios y avances casi milagrosos en la industria química. En artículos futuros hablaremos mas de la importancia y uso de estas tecnologías.

• El incremento y disminución en la popularidad y uso de la de las Espectroscopias Ópticas. Los instrumentos modernos de Ultravioleta, Visible, Infrarrojo, Fluorometría, etc., aun son parte integral de todo laboratorio de análisis e investigación. Pero a pesar del grado de avance de estos instrumentos, las técnicas a que pertenecen hoy día se consideran "maduras"y han recibido pocas innovaciones en épocas recientes. Estas tecnologías alcanzaron su cenit en la década de los 50s y 60s y su uso disminuyo mucho con la introducción de las técnicas de separación, transformándose en gran parte como accesorios de las técnicas cromatográficas. En forma similar, las técnicas electroquímicas (Polarografía, Potenciometría, Amperometría, etc.) también han sufrido los mismos cambios y ya no son tan comunes en la actualidad. En forma humorística hay quien afirma que lo único que previene la extinción final de la electroquímica es el hecho de que hay un detector de ese tipo empleado en cromatografía de líquidos.

• El alcance de la madurez en la Espectroscometría de Masas, la Resonancia Magnética Nuclear, la Absorción Atómica y la Espectroscopia basada en plasmas. La certeza en la identificación de compuestos o elementos, y su determinación a niveles muy bajos o en muestras muy complejas, no es posible sin el uso de estas técnicas ya establecidas y ampliamente utilizadas. Una de las pocas limitantes de esta instrumentación es la "barrera del costo" ya que requieren una inversión elevada para su adquisición y un grado de entrenamiento y experiencia considerable para ser empleadas.

• La Introducción de Microprocesadores y Computadoras para el control de instrumentos y procesamiento de datos. Estos dos avances muy notables son quizás los más revolucionarios y más generales de todos. Ambos han permitido incrementar la productividad en términos de resultados generados, y al mismo tiempo refinar el funcionamiento de los instrumentos. Asimismo han requerido mas dedicación del profesional para dominar los cambios que han introducido, no solamente en la forma de operación de los instrumentos, sino también en la filosofía de trabajo en los laboratorios. Hace algún tiempo, cuando asistí a un congreso multinacional de química, me sorprendió escuchar una presentación donde se describía una encuesta en la que se encontró que muchos químicos de generaciones recientes consideran a las computadoras como instrumentos de análisis químico. Este hecho nos habla de la transformación que los avances tecnológicos han introducido en la mentalidad de nuestro trabajo.

• Los Avances en Automatización. Uno de los lemas frecuentes en la industria química es el de "Hacer más con Menos". Esto es algo que ha sido en mucho posible gracias al alto grado de automatización en los instrumentos. Cuando empezaba mi carrera en el campo de la cromatografía, tuve oportunidad de probar algunos instrumentos supuestamente automáticos (auto inyectores, recolectores, etc.) En mi experiencia esos equipos nunca funcionaron apropiadamente. También, y con cierto grado de entretenimiento, fui testigo de demostraciones llevadas a cabo por técnicos de las casas fabricantes de dichos instrumentos, en ninguno de los casos que observé hubo una demostración exitosa. Hoy día en contraste, los equipos son muy confiables y son indispensables en el laboratorio. Para mi y muchos colegas, las épocas heroicas de operaciones tediosas de tipo manual, ya han pasado a la historia.

• El desarrollo y la aceptación de Técnicas Conjuntas. Quizás este desarrollo de técnicas aunadas fue un hecho de "evolución natural" y casi obvia en el desarrollo de las técnicas analíticas. Si a un momento dado se contaba con técnicas de separación excelentes (cromatografía por ejemplo) y con medios de identificación muy confiables (como espectrometría de masas o resonancia magnética nuclear), el paso obvio a las técnicas conjuntas no se hizo esperar. Es indudable que la combinación cromatografía de gases (o líquidos) -espectrometría de masas ha alcanzado un nivel de madurez tal que permite su uso casi rutinario. Hoy día no es raro encontrar esta instrumentación aun en laboratorios de medios económicos modestos dado que el costo se ha reducido a niveles "razonables'. Desgraciadamente otras combinaciones (cromatografía liquida-resonancia magnética, ionización por plasmas-espectrometría de masas, etc.) han evolucionado mas lentamente debido a su complejidad.

Si bien los cambios que hemos observado en las ultimas décadas del siglo XX han sido muy notables y revolucionarios, es claro que no se ven límites en el horizonte que prevengan cambios aun más sorprendentes. ¿Que tipo de sorpresas e innovaciones nos traerá el futuro?, Creo que ello es una interrogante tan amplia que merece una discusión adecuada en artículos futuros.

Este artículo es el primero de una serie de cinco que se presentan en el portal. En esta columna de artículos sobre Química Analítica el Dr. Esquivel discute muchos tópicos y problemas asociados a su especialidad. Si tiene algún comentario, sugerencia o preguntas específicas sobre algún problema, si desea contactar al autor o le interesa que se aborde algún tema en particular, favor de dejarnos sus comentarios o datos haciendo clic aquí.

Información sobre el Autor. - El Dr. J. Benjamín Esquivel H. ha trabajado como investigador durante 21 años en laboratorios industriales de análisis químicos. Así mismo ha ocupado posiciones académicas y con empresas fabricantes de instrumentación. Su especialidad profesional es el campo de las separaciones cromatográficas y la espectroscopia. Es conferencista frecuente en congresos internacionales donde imparte cursos de cromatografía y charlas de sesiones plenarias.

Ante la obesidad infantil... educación gastronómica

Todo cambio en la sociedad repercute en la familia (ambos padres trabajan; el ritmo de vida se acelera; disminuyen los costos de la comida elaborada, etc.) y esto, a su vez, impacta en la alimentación de los niños. Las comidas caseras son, poco a poco, sustituidas por otras con sabores y aromas artificiales. Esta nueva dieta, si bien logra saciar el apetito, no siempre cubre adecuadamente los requerimientos del crecimiento y sobre todo aumenta las posibilidades de padecer obesidad.

Todos queremos complacer a nuestros hijos. Como el trabajo nos obliga a pasar mucho tiempo fuera de casa, sentimos la necesidad de acceder a sus demandas. Pero cuidado!! Satisfacer sus antojos en materia de comidas puede ser un arma de doble filo: les pondrá contentos, pero afectará su salud en el largo plazo. La alimentación de los primeros años afecta la vida adulta. No cuidar la cantidad (y calidad) de la comida que ingieren los niños, aumenta el riesgo de enfermedades futuras, como la obesidad, la diabetes y los trastornos cardiovasculares.

A la hora de transmitir buenos hábitos, enseñar a comer es una de las tareas más complejas de los padres. Pero no hay que ser un “gourmet” para hacerlo. Los siguientes consejos prácticos, le serán más que suficientes:

Cuidar la alimentación de los niños es fundamental. Entonces... ¿por qué creemos que es muy complicado? Si lo pensamos, la comida casera también puede ser “rápida”: la mayoría de las comidas son muy simples y se preparan en menos de media hora. ¿No es acaso el tiempo que demora el servicio de entregas a domicilio?

El aprendizaje de los hábitos alimenticios se produce mayormente en la infancia y por imitación de los adultos: los niños aprenden a comer de aquello que ven en sus padres. Hacer de la educación gastronómica nuestra responsabilidad permitirá que, desde muy pequeños, nuestros hijos aprendan a elegir sus alimentos. Recuerde: en el futuro, deberán hacerlo por sí mismos...

Artículo del Club de Efectividad
Artículo publicado en SEGURIIAR, revista electrónica, mensual y gratuita del Instituto Internacional de Administración de Riesgos, S.A. de C.V. (IIAR).

Instituto Internacional de Administración de Riesgos, S.A. de C.V. (IIAR), es una empresa que tiene como soporte en su estructura organizacional a un grupo de expertos con más de 20 años de experiencia en seguridad industrial, salud ocupacional, higiene industrial, ergonomía, manejo de emergencias, medicina laboral, protección industrial, protección al ambiente, etc.

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