Bombas turbina verticales: diseño de cámaras (bowls), eje pasante y columna describe una bomba centrífuga multietapa que cuelga verticalmente en un pozo, sumidero, tanque o fosa, con los impulsores sumergidos y el accionamiento montado en superficie.
A diferencia de una bomba centrífuga horizontal, que aspira el líquido a través de una tubería de succión, una bomba turbina vertical se baja directamente dentro del líquido, eliminando el problema de la elevación de succión.
Es la opción estándar para un pozo profundo, un sumidero por debajo del nivel del terreno o una gran fosa abierta.
El extremo húmedo es el conjunto de cámaras: cámaras fundidas, cada una alojando un impulsor y paletas de difusor, atornilladas en una columna de etapas.
Cada etapa añade altura de la misma manera que en cualquier máquina centrífuga multietapa, por lo que un gran abatimiento puede compensarse añadiendo cámaras en lugar de cambiar el diámetro del impulsor. Los impulsores son cerrados o semicerrados, acoplados mediante chaveta a un eje común.
Una campana de succión o un colador en la parte inferior protege el impulsor de la primera etapa de los desechos. Dado que las cámaras están por debajo de la superficie del líquido, la bomba siempre tiene succión inundada a presión positiva, razón por la cual domina en servicio de pozos profundos y sumideros.
Dos disposiciones de transmisión de potencia comparten el mismo diseño de cámaras:
Las unidades con eje son adecuadas para instalaciones accesibles de gran caudal, como casetas de bombas de agua contra incendios y agua de refrigeración. Las unidades sumergibles predominan en pozos profundos o desviados.
La tubería de la columna transporta el líquido hasta la superficie y, en diseños con eje pasante, el árbol y los alojamientos de los rodamientos, en longitudes acordes con la profundidad de instalación. La cabeza de descarga en la parte superior redirige el flujo hacia el sistema de tuberías y aloja el accionamiento.
Una diferencia crítica con las bombas horizontales es dónde se absorbe el empuje axial. El empuje hidráulico hacia abajo de todas las etapas, más el peso del conjunto giratorio, es soportado por un único rodamiento de empuje en el accionamiento (unidades con eje) o en el motor (unidades sumergibles).
Está dimensionado para la carga total de empuje, suele ser el componente que limita la vida útil y su carga se supervisa estrechamente en el monitoreo de condición.
| Servicio | Ubicación típica | Configuración | Factor clave de diseño |
|---|---|---|---|
| Abastecimiento de agua de pozo profundo | Revestimiento del pozo | Motor sumergible, cámaras pequeñas | Diámetro del pozo, abatimiento, arena |
| Sumidero / aguas pluviales | Sumidero por debajo del nivel del terreno | Con eje pasante, lubricado por el producto | Manejo de sólidos, nivel variable |
| Agua contra incendios | Depósito o tanque | Con eje pasante, lubricado con aceite | Fiabilidad, cumplimiento de NFPA 20 |
| Agua de refrigeración | Estructura de toma | Con eje pasante, gran caudal | Alto caudal a una altura (carga) moderada |
Debido a que el impulsor de primera etapa está sumergido, la altura neta positiva de succión disponible (ver NPSH: altura neta positiva de succión ) viene determinada por la profundidad de líquido por encima del ojo del impulsor, no por un cálculo de elevación de succión.
El fabricante especifica una inmersión mínima para mantener el NPSH disponible por encima del NPSH requerido y evitar la formación de vórtices, que aspiran aire hacia la campana y provocan ruido, vibración y erosión tipo cavitación.
La profundidad de instalación equilibra la inmersión mínima, el abatimiento previsto y un margen sobre el fondo para evitar sedimentos. En pozos, la bomba se instala por debajo del nivel dinámico del agua en el abatimiento máximo, despejada de la pantalla del pozo.
Las bombas turbina vertical y las bombas centrífugas horizontales (ver centrífuga vs bomba de desplazamiento positivo ) ambas usan etapas rotodinámicas pero resuelven la succión de forma diferente. Una bomba horizontal necesita succión inundada o una elevación de succión dentro de su margen de NPSH, a ras del terreno junto a la fuente.
Una bomba turbina vertical evita la elevación de succión al sumergir la primera etapa, a costa de un conjunto más alto y un acceso menos conveniente para el alineamiento del eje (ver alineamiento de acoplamientos ).
Para un pozo profundo o un embalse con grandes variaciones de nivel, la turbina vertical suele ser la única opción práctica.
Las bombas turbina vertical fallan de forma distinta a las máquinas horizontales: desgaste de los cojinetes del eje, sobrecarga del rodamiento de empuje, desgaste de las cámaras por arena o partículas y, en unidades sumergibles, degradación del aislamiento del cable.
Dado que el conjunto giratorio está oculto bajo tierra, las lecturas de vibración, la temperatura del rodamiento de empuje y la corriente del motor tienen mayor peso diagnóstico que en una bomba accesible.
Registrar el historial de extracción e inspección en un CMMS mantiene las holguras de los anillos de desgaste y los reemplazos del rodamiento de empuje en un calendario documentado en lugar de en eventos reactivos.
Fabrico vincula los registros de activos de la bomba, el accionamiento y el conjunto de la columna con el historial de inspecciones y órdenes de trabajo en un solo lugar. Reserve una demostración de Fabrico para ver cómo encaja en una flota de bombas turbina verticales.
Una bomba con eje pasante tiene un accionamiento por encima de la superficie conectado al conjunto de cámaras sumergidas mediante un eje a través de la tubería de la columna, lubricado con aceite o por el producto bombeado. Una bomba sumergible tiene un motor sellado montado junto a las cámaras, con solo un cable de alimentación hasta la superficie.
El fabricante especifica una profundidad mínima de inmersión por encima de la campana de succión, derivada del NPSH requerido a caudal de diseño y de los requisitos para suprimir vórtices. La profundidad de instalación debe mantener el nivel del líquido por encima de este mínimo incluso en el abatimiento máximo.
El empuje hidráulico hacia abajo de cada etapa, más el peso del eje y los impulsores, actúa hacia abajo sobre el conjunto giratorio. Un único rodamiento de empuje, en el accionamiento o en el motor sumergible, soporta esta carga y suele ser el componente más vigilado.
Si el nivel cae por debajo de la inmersión mínima, primero se produce la entrada de aire y la formación de vórtices, y la operación continuada causa daños tipo cavitación y puede disparar la protección por bajo nivel antes de que se alcance una condición de funcionamiento realmente en seco.
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