Bomba vertical multietapa: principio de funcionamiento y aplicaciones

Una bomba vertical multietapa está diseñada para aplicaciones que necesitan una presión relativamente alta pero no tienen mucho espacio disponible. Se utiliza comúnmente en el suministro de agua de edificios, aumento de presión industrial, tratamiento de agua, alimentación de calderas, riego, sistemas de refrigeración y proyectos seleccionados de refrigeración líquida-de centros de datos.

La principal diferencia entre esta bomba y una bomba centrífuga de una sola-etapa es la cantidad de impulsores. Una bomba multietapa tiene varios impulsores dispuestos en serie. A medida que el líquido pasa de una etapa a la siguiente, su presión aumenta.

Esto hace que la bomba sea adecuada para tareas en las que una bomba-de una sola etapa no puede producir suficiente altura. Sin embargo, una presión más alta no significa automáticamente un mejor rendimiento. La bomba aún tiene que coincidir con el flujo real, la resistencia del sistema, las condiciones de entrada y las propiedades del líquido.

A bomba vertical multietapaes una bomba centrífuga no-auto-cebante con el motor, el eje y las etapas hidráulicas dispuestos verticalmente.

En una bomba CDL o CDLF típica, el motor impulsa el eje de la bomba a través de un acoplamiento. Los impulsores y difusores se instalan dentro de un cilindro de presión. Las conexiones de succión y descarga están ubicadas en la parte inferior de la bomba, generalmente en el mismo nivel horizontal. Esta disposición hace que la bomba sea relativamente fácil de conectar a una tubería existente.

El término bomba vertical multietapa es la descripción técnica estándar. Los compradores también pueden buscar bombas verticales de etapas múltiples o bombas de etapas verticales, aunque estas formas son menos comunes en la documentación técnica.

Como la bomba no es autocebante-, se debe llenar con líquido antes de arrancar. La entrada también debe permanecer inundada o bajo suficiente presión positiva. Hacer funcionar la bomba en seco puede dañar el sello mecánico en poco tiempo.

El líquido ingresa al centro del primer impulsor. Cuando el motor hace girar el eje, el impulsor transfiere energía al líquido y lo mueve hacia afuera mediante fuerza centrífuga.

Luego, el líquido pasa a través de un difusor. El difusor ralentiza y redirige el flujo, convirtiendo parte de su velocidad en presión antes de guiarlo hacia el siguiente impulsor.

El mismo proceso se repite en cada etapa. El flujo permanece prácticamente continuo, mientras que la altura generada por cada impulsor se suma a la altura total de la bomba. Después de la etapa final, el líquido presurizado ingresa a la cámara de descarga y fluye hacia el sistema.

Aumentar el número de etapas normalmente aumenta la altura disponible. No necesariamente aumenta el caudal nominal. Más etapas también afectan la potencia del motor, la altura de la bomba, la carga axial y la presión máxima de trabajo, por lo que la cantidad de impulsores debe seleccionarse desde el punto de trabajo requerido en lugar de tratarse como una medida general de la calidad de la bomba.

Construcción principal

Una bomba vertical multietapa CDL/CDLF normalmente consta de un motor, un acoplamiento, un eje de bomba, un sello mecánico, un cilindro de presión, impulsores, difusores, cojinetes y una cámara combinada de succión y descarga.

El catálogo especifica un motor bipolar-refrigerado por ventilador-totalmente cerrado, con protección IP55 y aislamiento Clase F. Las curvas de rendimiento estándar de 50 Hz se basan en velocidades de aproximadamente 2900 o 2950 rpm.

Para un proyecto de exportación, la frecuencia y el voltaje deben confirmarse antes de la selección. Una bomba seleccionada de una curva de 50 Hz no debe conectarse simplemente a un suministro de 60 Hz. El cambio de velocidad afectará el flujo, la altura, la potencia absorbida y el NPSH.

El cierre mecánico también merece atención. Para agua limpia normal, el sello estándar puede ser suficiente. El agua caliente, las mezclas de glicol, el agua salada, los productos químicos de limpieza y otros líquidos especiales pueden requerir un sello o elastómero diferente.

La principal diferencia entre las bombas CDL y CDLF es la construcción de la sección húmeda.

Los modelos CDL generalmente combinan impulsores, difusores y cilindros de presión de acero inoxidable con cámaras de succión, cámaras de descarga, cabezales o bases de bomba-de hierro fundido, según el tamaño de la bomba. Están destinados principalmente a líquidos limpios y no-corrosivos.

Los modelos CDLF utilizan más acero inoxidable en la sección húmeda y son más adecuados para limpiar líquidos con propiedades corrosivas suaves, siempre que los materiales se hayan comparado con el líquido real.

Los materiales comunes del catálogo incluyen acero inoxidable AISI 304 para los impulsores, difusores y cilindros de presión. Dependiendo del modelo, el eje puede ser AISI 304, AISI 316L u otro grado especificado.

Para aplicaciones más exigentes, se pueden ofrecer componentes húmedos en acero inoxidable dúplex SS304, SS316 o 2205. La elección correcta depende de la temperatura, el pH, el contenido de cloruro, la concentración química, la presión y el tiempo de funcionamiento.

En la práctica, las palabras "bomba de acero inoxidable" no nos dicen lo suficiente. Aún necesitamos conocer el material de la cámara de succión, la cámara de descarga, el eje, el sello mecánico y los elastómeros. Esto es particularmente importante para el agua salada de piscinas, el agua de mar y el agua tratada químicamente.

• Suministro de agua para edificios y aumento de presión

Las bombas verticales multietapa se utilizan ampliamente en edificios residenciales, hoteles, hospitales, edificios de oficinas y otras instalaciones donde la presión de la red disponible no es suficiente.

Se pueden instalar en conjuntos de refuerzo de presión-constante, sistemas de suministro de tanques de techo-y zonas de presión en edificios-de gran altura.

La altura requerida debe calcularse a partir de la altura estática, las pérdidas de la tubería, la resistencia del equipo y la presión requerida en la salida final. Seleccionar una bomba sólo entre el número de pisos a menudo resulta en demasiada o muy poca presión.

Si la demanda del sistema cambia considerablemente durante el día, dos o más bombas más pequeñas con control de velocidad-variable suelen ser una mejor opción que una bomba grande.

• Agua industrial y aumento de presión

Las tareas industriales típicas incluyen el suministro de agua de proceso-, el aumento de la línea de producción-, el lavado de equipos, la alimentación del sistema de filtración-y la limpieza de alta-presión.

Estos sistemas suelen tener más de una condición operativa. Una línea de limpieza, por ejemplo, puede requerir un flujo alto durante períodos cortos pero un flujo mucho menor durante la producción normal. En tales casos, se debe comprobar la bomba en el punto de funcionamiento normal así como en la demanda máxima.

Si el flujo requerido es alto pero la altura es relativamente baja, normalmente compararíamos la bomba multietapa con una bomba de succión de una sola-etapa en línea o-. Una bomba multietapa no es automáticamente la opción más eficiente para todos los sistemas de agua industriales.

• Sistemas de tratamiento de agua y membranas.

Las bombas verticales multietapa se utilizan comúnmente en filtración, ultrafiltración, equipos de{0}}agua pura, sistemas de-ósmosis inversa y otros procesos-de tratamiento de agua.

La bomba se puede utilizar para alimentar filtros, mantener la presión antes de una sección de membrana o hacer circular agua a través de parte del sistema de tratamiento.

Su función depende del caudal de tratamiento requerido y de la resistencia de los filtros, válvulas, módulos de membranas y tuberías.

La resistencia del filtro no permanece constante. A medida que un filtro acumula contaminación, su caída de presión aumenta. Por lo tanto, se debe revisar la bomba para ver si el filtro está limpio y sucio. El monitoreo de presión diferencial-es útil porque muestra cuándo se requiere limpieza o reemplazo.

Para la desalinización de agua de mar, se pueden considerar bombas CDL/CDLF para el suministro de pretratamiento, circulación auxiliar o alimentación de membrana cuando la presión y los materiales sean adecuados. No se debe suponer que un modelo estándar sea adecuado para la ósmosis inversa de agua de mar a alta-presión. La alta salinidad, la concentración de cloruro, la presión operativa y el servicio continuo requieren una revisión separada del material y la presión.

• Piscina Agua Salada y Agua Salina

Una bomba vertical multietapa puede manejar agua salada de piscina si los materiales, el sello mecánico y las condiciones de operación son adecuados.

La información que normalmente necesitamos incluye salinidad, concentración de cloruro, pH, temperatura del agua, desinfectantes y horas de funcionamiento. Se deben eliminar pelos, arena, fibras y otros residuos antes de que el agua llegue a la bomba.

Un filtro o membrana puede proteger la bomba de las partículas, pero no previene la corrosión por cloruro. El SS304 puede ser aceptable en algunas aplicaciones con bajo contenido de-cloruro, pero no es una opción universal para agua salada. Es posible que se requiera acero inoxidable dúplex SS316, 2205 u otro material según el análisis de agua real.

• Alimentación de calderas, agua caliente y condensado

La gama CDL/CDLF se puede utilizar para tareas seleccionadas de alimentación de caldera,{0}}agua caliente-y condensado.

El catálogo proporciona un rango de temperatura del líquido de -15 grados a 70 grados para las versiones estándar y -15 grados a 120 grados para las versiones de agua caliente. El límite exacto aún depende del modelo seleccionado, el sello, la presión y las condiciones de entrada.

El agua caliente necesita especial atención porque su presión de vapor es mayor. Una bomba puede alcanzar la presión de descarga requerida y aún así cavitar si la presión de entrada es demasiado baja. Para aplicaciones de condensado y alimentación de caldera-, siempre se deben verificar el NPSH y la presión mínima de entrada.

• HVAC y refrigeración industrial

Las bombas verticales multietapa se pueden utilizar en sistemas de-agua de refrigeración, circuitos de aire-acondicionado, circuitos de intercambiadores de calor-y otros sistemas con una resistencia relativamente alta.

En un circuito cerrado, la bomba supera principalmente la fricción y las pérdidas de presión del equipo. Por lo general, no es necesario elevar el agua a lo largo de toda la altura del edificio. Tratar la altura del edificio como el cabezal de una bomba en un circuito cerrado puede provocar un sobredimensionamiento grave.

Para un circuito de refrigeración de gran-flujo y baja-presión, una bomba de una sola-etapa puede ser la mejor opción. La curva del sistema debería decidir el tipo de bomba.

• Refrigeración líquida del centro de datos de IA

Algunos sistemas de refrigeración líquida-de centros de datos tienen suficiente pérdida de presión para justificar una bomba vertical de varias etapas. Las posibles tareas incluyen circulación de CDU, circuitos de intercambiador de calor-de placas, tramos largos de tuberías, aumento de presión de ramales-de cremallera y conjuntos de bombas de enfriamiento redundantes.

La bomba normalmente forma parte de un circuito más grande que contiene CDU, intercambiadores de calor, placas frías, filtros, válvulas de control, mangueras y conectores rápidos. La pérdida de presión a través de todos estos componentes debe incluirse en el cálculo. En ramales de cremalleras paralelas también es necesario comprobar el ramal más desfavorable desde el punto de vista hidráulico.

Las propiedades del refrigerante son tan importantes como el flujo y la altura. Las mezclas de agua-glicol tienen una viscosidad más alta que el agua, especialmente a baja temperatura. Esto aumenta la resistencia de la tubería y puede cambiar tanto el rendimiento de la bomba como la demanda de potencia del motor.

El agua desionizada y los refrigerantes dieléctricos plantean diferentes cuestiones sobre la corrosión, la conductividad, los sellos y los elastómeros. Por lo tanto, no se debe especificar una bomba de agua limpia-estándar para un proyecto de refrigeración líquida-sin revisar el refrigerante real.

La confiabilidad es otra consideración importante. Las instalaciones críticas pueden requerir redundancia N+1 o 2N, cambio automático de bomba, control de velocidad variable-, detección de fugas y comunicación con el sistema de gestión del edificio o del centro de datos.

• Riego y Servicio Industrial General

La gama también se puede utilizar para riego de tierras agrícolas, sistemas de aspersión, riego por goteo, suministro de agua para equipos y otras tareas con líquidos-limpios.

El agua que contiene arena, fibras o sólidos suspendidos significativos debe filtrarse antes de ingresar a la bomba. Las bombas CDL/CDLF estándar no son bombas de aguas residuales y no deben usarse con líquidos abrasivos o muy contaminados.

Según el catálogo CDL/CDLF, la bomba estándar está destinada a líquidos limpios, finos, no-inflamables y no-explosivos, sin partículas sólidas ni fibras.

Los límites generales son:

• Temperatura del líquido estándar: -15 grados a 70 grados;
• Versión de agua caliente-: -15 grados a 120 grados;
• Temperatura ambiente máxima: 40 grados;
• Altitud de instalación estándar: hasta 1.000 m.
• Por encima de los 40 grados de temperatura ambiente o a 1.000 m de elevación, la densidad del aire reducida afecta la refrigeración del motor. Es posible que sea necesario reducir la potencia del motor o reemplazarla por una unidad-de potencia superior.

Presión máxima de trabajo

No existe una clasificación de presión única para toda la gama CDL/CDLF.

Dependiendo del modelo y disposición de las conexiones, el catálogo indica presiones máximas de trabajo de 16, 20, 25 o 30 bar. Algunos valores más altos que se muestran entre paréntesis requieren una configuración especial.

Al verificar la presión del sistema, la presión de entrada y la presión generada{0}}por la bomba deben considerarse juntas. También se deben incluir el cierre-del cabezal y los aumentos repentinos de presión temporales.

Esto es importante en los sistemas de refrigeración líquida y de membrana-porque los filtros, las carcasas de membrana, las CDU, los intercambiadores de calor, las placas frías, las mangueras y los conectores rápidos pueden tener índices de presión más bajos que la propia bomba.

NPSH y condiciones de entrada

La cavitación ocurre cuando la presión en la entrada del impulsor es demasiado baja para la temperatura del líquido. Puede causar ruido, vibración, flujo inestable, altura reducida y daños al impulsor o al sello mecánico.

El riesgo es mayor cuando:

• El líquido está caliente;
• La bomba extrae de un tanque-de nivel bajo;
• El tubo de entrada es largo o demasiado pequeño;
• La bomba funciona cerca del extremo de alto-flujo de su curva;
• La instalación se encuentra a gran altura;
• Un filtro está bloqueado;
• El líquido tiene una viscosidad mayor que el agua.

Un tubo de entrada corto, de tamaño adecuado y con la menor cantidad de restricciones posible normalmente proporciona mejores condiciones de entrada. Se deben monitorear los filtros para detectar caídas de presión, de modo que el bloqueo progresivo no deje sin alimentación a la bomba.

Una selección confiable comienza con el flujo requerido y la altura total. Cuando la demanda cambia, es mejor proporcionar un flujo mínimo, normal y máximo en lugar de una cifra máxima.

Para un sistema abierto, la altura total normalmente incluye la elevación estática, la fricción de la tubería, las pérdidas de válvulas y accesorios, la resistencia del equipo y la presión de salida requerida. En un circuito cerrado, el cálculo se basa principalmente en la resistencia de la tubería y del equipo.

Evite agregar demasiada cabeza "por seguridad". Una bomba de gran tamaño a menudo funciona con una válvula estranguladora, consume más energía y opera fuera de su mejor-región de eficiencia.

A continuación, el líquido debe definirse adecuadamente. Además de su nombre, necesitamos temperatura, densidad, viscosidad, pH, concentración química y contenido de sólidos. Para el agua salada, la concentración de cloruro es esencial. Para refrigeración líquida, se debe proporcionar el tipo y la concentración de glicol u otro refrigerante.

Finalmente, el punto de trabajo propuesto debe verificarse en la curva real de la bomba. El flujo y la cabeza por sí solos no son suficientes. También se deben revisar la eficiencia, la potencia absorbida, el NPSH, el cabezal de cierre-y el rango operativo permitido.

Problemas comunes de selección

Varios errores aparecen repetidamente en las consultas sobre bombas:

• Seleccionar por potencia del motor en lugar de caudal y altura;
• Suponiendo que más etapas siempre significan una mejor bomba;
• Haciendo caso omiso de la presión de entrada y NPSH;
• Tratar todos los grados de acero inoxidable como equivalentes;
• Aplicar una curva de 50 Hz a un proyecto de 60 Hz;
• Suponiendo que un filtro resolverá un problema de corrosión;
• Ignorar el aumento de presión a través de un filtro sucio;
• Seleccionar sólo para los picos de demanda;
• Olvidar la presión producida en el-apagado;
• Usando una configuración de bomba de agua-estándar para un refrigerante desconocido.

La mayoría de estos problemas se pueden evitar si se proporcionan los datos sobre el funcionamiento del sistema y el líquido antes de elegir el modelo de bomba.

Información a incluir en una consulta

Para una aplicación de agua normal, proporcione:

• Caudal y altura requeridos;
• Temperatura del líquido y de funcionamiento;
• Presión de entrada o condiciones de succión;
• Presión máxima del sistema;
• Tensión y frecuencia;
• Materiales preferidos;
• Tamaño y estándar de conexión;
• Instalación interior o exterior;
• Operación continua o intermitente;
• Requisitos de velocidad-variable o de varias-bombas.

Para aplicaciones de refrigeración de agua salada, membrana, productos químicos o-líquido, proporcione también la composición del líquido, el contenido de cloruro, la viscosidad, la pérdida de presión del filtro, las horas de funcionamiento, los requisitos de control y la redundancia requerida.

A bomba vertical multietapagenera presión haciendo pasar el líquido a través de varios impulsores en serie. Su tamaño compacto y su alta capacidad-lo convierten en una opción práctica para el suministro de edificios, el impulso industrial, el tratamiento de agua, el servicio de agua caliente-, el riego, la refrigeración y proyectos seleccionados de desalinización o centros de datos.

Las bombas CDL generalmente están diseñadas para líquidos limpios y no-corrosivos. Las bombas CDLF utilizan más acero inoxidable en la sección húmeda y pueden manejar líquidos ligeramente corrosivos cuando se ha confirmado la compatibilidad del material. Dependiendo de la aplicación, se puede considerar acero inoxidable dúplex SS304, SS316 o 2205.

La decisión final debe basarse en el punto de servicio real y las condiciones de operación. El caudal, la altura, la temperatura, la presión de entrada, el NPSH, los materiales, los datos del motor y la presión máxima del sistema deben coincidir con la curva de la bomba seleccionada.

Este enfoque suele dar mejores resultados que elegir una bomba basándose únicamente en la potencia del motor, el tamaño de la tubería o el número de etapas.