TEMA 4. BOMBES CENTRÍFUGUES
1. Classificació dels diferents tipus de bombes

Una bomba és una màquina dissenyada per a la impulsió de fluids. La seva funció és augmentar l'energia
hidràulica del fluid, per tal que aquest pugui circular pels conductes a la velocitat i la pressió requerides, i pugui
elevar-se fins les cotes on s'hagi de transportar.

L'anàlisi de les bombes es pot aplicar també, en molts dels seus aspectes, a les turbines, màquines que extreuen
energia hidràulica d'un flux i la transformen en energia mecànica (que, al seu torn, posteriorment pot ser
transformada en energia elèctrica o d'altres tipus).

1.1.TIPUS DE BOMBES

a)S'anomenen màquines hidràuliques aquelles que en la seva acció sobre el fluid no li produeixen un canvi
important en la seva densitat ( =const), de manera que el flux a través d'elles es pot analitzar assumint que el
fluid es comporta com a incompressible.

Són màquines hidràuliques:
-Els ventiladors, aparells dissenyats per a moure l'aire (o altres gasos) amb baixos increments de pressió (entre 0
i 15 kPa, tot i que el seu rang habitual d'operació 36 se situa en 0-1500 Pa).
-Els bufadors, que mouen també gasos, i amb en el rang 15-70 kPa
-Les bombes (i turbines) per a líquids, que treballen en qualsevol rang de pressions, atesa la seva baixa
compressibilitat.

b)S'anomenen màquines tèrmiques aquelles que canvien de manera substancial la densitat del gas, amb canvis
importants a la seva energia interna en el procés de compressió o descompressió. La variació de pressió que
produeixen se situa per damunt dels 70 kPa. Entren dins d'aquesta categoria els compressors i les turbines de
gas.



W

Q



DH
Figura 122: Representació esquemàtica de la funció d'una bomba




36 Els límits de pressió indicats són orientatius. Per exemple, Agüera Soriano fixa els límits per als bufadors en 7-300 kPa.

J.Illa-E.Fons Curs de mecànica de fluids EPS-UdL Pàg. 81 de 97
1.2.CLASSIFICACIÓ DE LES MÀQUINES HIDRÀULIQUES

Segons el seu mode de funcionament, les màquines hidràuliques poden ser turbomàquines o màquines de
desplaçament positiu.

a)Turbomàquines

Són aquelles que impulsen el fluid augmentant la seva energia, basant-se en una transferència de quantitat de
moviment entre la màquina i el fluid. També s'anomenen bombes rotodinàmiques.

El seu disseny es basa en l'equació d'Euler de la força centrífuga. Cap dels seus elements impedeix el pas del
fluid a través seu en qualsevol sentit, de manera que quan s'atura el gir el líquid pot fluir enrere i la bomba es pot
buidar. Per aquest motiu, si es tracta de bombes de líquids que els succionen d'una posició més baixa s'ha de
posar una vàlvula de peu (o de retenció) que eviti que la bomba es buidi; altrament en arrencar de nou no es faria
el buit parcial suficient per a fer pujar de nou el líquid (bomba desencebada).

De forma general, consten d'un rodet que conté un conjunt d'àleps que, situats en disposició de simetria radial, en
girar impulsen el fluid augmentant la seva energia. El desplaçament del fluid crea una depressió al punt
d'admissió i una zona d'alta pressió a la descàrrega; la seva diferència és l'alçària hidràulica que proporciona
la bomba.

Segons la direcció del flux en relació a l'eix de gir, les turbomàquines es classifiquen en:

a.1)Axials: quan la direcció del flux és paral·lela a l'eix de gir.

Dintre de les turbomàquines axials s'hi troben molts dels ventiladors domèstics i industrials, les hèlixs de vaixells
i avions, o les bombes helicoïdals que s'utilitzen en drenatges. També utilitzen aquest principi els aerogeneradors,
no per impulsar sinó per extreure energia mecànica del corrent de vent. En tots els casos es caracteritzen per
moure cabals grans de fluid sense proporcionar una alçària hidràulica H B (és a dir, ) gaire gran.

El rodet solidari a l'eix de gir és de petit diàmetre, i d'ell surten les aspes que mouen el fluid (o són mogudes per
ell).




Figura 123: Dispositius impulsors de flux axial




J.Illa-E.Fons Curs de mecànica de fluids EPS-UdL Pàg. 82 de 97
a.2)Radials o centrífugues: quan el fluid és impulsat en direcció radial (perpendicular a l'eix de gir).

Dintre d'aquesta categoria s'hi troben la majoria de bufadors d'ús domèstic (en assecadors, aspiradores, etc) i
industrial, així com les bombes centrífugues.

En aquestes darreres, segons la seva posició respecte als àleps, el rodet pot ser tancat (quan els àleps estan
limitats per dos discos paral·lels) o semi-obert (quan estan units a un únic disc, solament per un costat). I segons
el fluid entri per un o dos costats del rodet, seran d'aspiració simple o doble.

A més a més, quan en una mateixa bomba es col·loquen diversos rodets en sèrie, on un rodet descarrega a
l'aspiració del següent, la bomba centrífuga s'anomena d'etapes múltiples.




Figura 124: Bomba centrífuga




T

Figura 126: Bomba centrífuga de 5 etapes
Figura 125: Tall esquemàtic d'una bomba centrífuga
1a carcassa, 1b cos de bomba, 2 rodet, 3 tapa d'impulsió, 4
tancament de l'eix, 5 suport de coixinets, 6 eix motriu.




b)Màquines de desplaçament positiu

Són aquelles que impulsen el fluid capturant un volum de líquid a l'admissió, separant-lo del flux mitjançant
vàlvules o altres sistemes que l'aïllen, i desplaçant-lo a la descàrrega. Com en el cas de les anteriors, aquest
desplaçament de fluid causa un increment de pressió entre l'admissió i la descàrrega. Aquestes bombes no
permeten el retrocés del fluid, o reflux, quan s'atura el seu moviment.

Aquestes màquines es classifiquen en tres grups:


b.1.)Alternatives o de vaivé. Són aquelles en què el fluid omple i buida successivament un compartiment fix, de
volum variable, que creix i decreix per un moviment alternant. A les bombes de pistó o d'èmbol, aquest es
desplaça per l'interior d'un cilindre alternant una fase d'admissió i una de descàrrega, amb vàlvules que asseguren
el flux en un sol sentit. La necessitat de lubricar l'espai entre el pistó i el cilindre fa que el líquid pugui barrejar-se

J.Illa-E.Fons Curs de mecànica de fluids EPS-UdL Pàg. 83 de 97
amb el lubricant. Aquest problema s'evita en les bombes de membrana, on una membrana elàstica moguda per
una biela crea els augments i reduccions de volum que permeten la impulsió.




Figura 127: Bomba de pistó.
Figura 128: Bomba de membrana
A vàlvules de bola B cambra de bombatge C membranes D col·lector
d'aspiració E col·lector de descàrrega F motor pneumàtic


b.2)Volumètriques rotatives o rotoestàtiques: en aquestes bombes, la rotació d'elements dintre d'una carcassa
estanca arrossega porcions de fluid des d'una zona de baixa pressió fins una zona d'alta. Segons el mecanisme
rotatiu que provoca el moviment del fluid, hi ha les bombes de paletes, les d'engranatges, les de lòbuls o
sinusoidals, les de planetaris, les peristàltiques (en les quals una rodeta situada a l'extrem del radi d'un element
rotatori pessiga un tub de goma fent avançar el fluid, de manera que aquest queda confinat a l'interior del tub
sense barrejar-se amb l'exterior, cosa que les fa especialment adequades per a usos alimentaris, farmacèutics o en
equips de laboratori) i les helicoïdals o de caragol.

Si es treballa amb elevades diferències de pressió entre l'admissió i la descàrrega, es pot provocar el desgast dels
coixinets dels eixos de rotació. Per a evitar-ho, es poden connectar, mitjançant canonades on el líquid quedarà
estàtic, punts pròxims a la sortida amb punts propers a l'entrada, equilibrant les pressions i les forces que rep l'eix
de rotació des d'ambdós costats.




Figura 129: Bomba d'engranatges. Figura 130: Bomba de lòbuls. Figura 131: Bomba de paletes.




Figura 132: Bomba de caragol Figura 133: Bomba peristàltica




J.Illa-E.Fons Curs de mecànica de fluids EPS-UdL Pàg. 84 de 97
b.3)Màquines gravimètriques. Històricament s'han utilitzat màquines que, sovint impulsades pel propi corrent
d'un riu o canal, permeten dur l'aigua a un nivell elevat, a fi de facilitar la seva distribució per gravetat fins els
punts de consum. S'inclouen dintre d'aquesta categoria la sínia o roda hidràulica, i els elevadors de cadena de
catúfols.




Figura 134: Sínia Figura 135: Extrem superior d'un
elevador de catúfols




J.Illa-E.Fons Curs de mecànica de fluids EPS-UdL Pàg. 85 de 97
 2. Bombes centrífugues: pèrdues, potencies i rendiments




Figura 136: Bomba centrífuga




J.Illa-E.Fons Curs de mecànica de fluids EPS-UdL Pàg. 86 de 97
En una instal·lació d'impulsió de líquids, l'alçària hidràulica que proporciona la bomba centrífuga es pot mesurar
per ...