Explicación completa de nuestros técnicos sobre cómo funciona una bomba centrífuga

En el vasto universo de la ingeniería de fluidos, pocos equipos son tan omnipresentes y cruciales como la bomba centrífuga. Desde la recirculación de agua en sistemas de refrigeración hasta el trasiego de productos químicos agresivos o la vehiculación de alimentos líquidos, estas máquinas constituyen el corazón latente de innumerables procesos industriales.

Sin embargo, su aparente simplicidad mecánica a menudo esconde una física compleja que, si no se comprende adecuadamente, puede derivar en selecciones ineficientes, consumos energéticos elevados y paradas de planta costosas.

En InoxMIM, con más de 25 años de trayectoria en el desarrollo y fabricación de maquinaria industrial, entendemos que una bomba es mucho más que un motor y un cuerpo hidráulico.

Nuestra experiencia global, atendiendo a mercados tan diversos como el europeo, latinoamericano y asiático, nos ha enseñado que la clave del éxito operativo reside en la correcta adecuación del equipo a las especificaciones únicas de cada fluido y proceso.

Esta guía técnica tiene como objetivo desglosar, desde una perspectiva de ingeniería aplicada, el principio de funcionamiento de la bomba centrífuga, sus componentes críticos y las dinámicas que rigen su operación, para que usted pueda tomar decisiones informadas sobre la selección y el mantenimiento de estos activos vitales.

Tabla de contenidos

Anatomía de una bomba centrífuga: Desglose de componentes críticos

Para comprender realmente el principio de funcionamiento y, sobre todo, para realizar una selección adecuada o un mantenimiento eficaz, es indispensable «despiezar» la bomba. Aunque el mercado ofrece infinitas variantes, en InoxMIM estandarizamos nuestros equipos bajo criterios de máxima robustez e higiene.

A continuación, analizamos los cuatro componentes que definen el rendimiento de la bomba:

El impulsor (Rodete): El corazón del sistema

Es el elemento rotativo responsable de impartir la energía al fluido. Su diseño determina no solo el caudal y la altura manométrica, sino también la capacidad de la bomba para manejar sólidos o productos delicados.

Tipos de diseño

  • Rodete semiabierto: Utilizado en modelos como la FL20C o la FL50CI. Este diseño es versátil y eficiente, permitiendo el paso de fluidos limpios o con pequeñas partículas, facilitando además la limpieza en procesos CIP.

  • Rodete helicoidal: Presente en la bomba FL–CH. Su geometría especial en forma de tornillo está diseñada específicamente para el trasiego delicado de sólidos en suspensión (como uvas o aceitunas en la industria alimentaria), minimizando el daño al producto.

  • Rodete de alto rendimiento: En la gama higiénica FLUID, utilizamos impulsores optimizados mediante diseño computacional para reducir el NPSH requerido y maximizar la eficiencia hidráulica hasta los 100 m³/hora.

Equilibrado

Todos los impulsores deben estar equilibrados dinámicamente para evitar vibraciones que destruirían los rodamientos del motor y el cierre mecánico a altas revoluciones (2900 rpm).

 La voluta (Carcasa): Donde la velocidad se convierte en presión

La carcasa no es solo el contenedor del líquido; es un componente hidrodinámico activo. Su diseño en espiral (voluta) incrementa progresivamente el área de flujo hacia la salida, lo que desacelera el fluido de forma controlada para transformar la energía cinética en presión.

  • Materiales: En aplicaciones industriales y sanitarias, la resistencia a la corrosión es vital. Por ello, nuestros cuerpos de bomba se fabrican en Acero Inoxidable AISI 316, garantizando durabilidad frente a agentes químicos y alimentarios.

  • Acabado superficial: En bombas sanitarias como la FL50CI o FLUID, el diseño de la carcasa evita zonas muertas y ofrece acabados pulidos que cumplen con normativas higiénicas como EHEDG, permitiendo una limpieza y esterilización completas sin desmontaje.

  • Conexiones: Dependiendo del sector, la carcasa integra conexiones industriales tipo GAS o Brida (modelos FL30CI), o conexiones sanitarias DIN 11851 y CLAMP (modelos FL50CI/FLUID) para un desmontaje rápido.

El eje y el sistema de transmisión

El eje transmite el par motor al impulsor. Al ser el elemento que soporta las cargas radiales y axiales, su rigidez es fundamental para mantener la alineación.

En cuato a los materiales, fabricamos los ejes en acero inoxidable AISI 316 para asegurar que la parte en contacto con el fluido no sufra corrosión ni desgaste prematuro, incluso en condiciones de trabajo exigentes.

El sistema de sellado: cierre mecánico

Es el componente más crítico y, a menudo, el más incomprendido. Su función es sellar el paso del eje a través de la carcasa, evitando fugas del fluido al exterior. En la industria moderna, el cierre mecánico ha sustituido casi totalmente a la antigua empaquetadura por su fiabilidad y estanqueidad.

  • Composición: Consta de una parte fija y una rotativa, cuyas caras de roce se mantienen unidas por la presión de muelles y del propio fluido.

  • Materiales de las caras de roce: La selección depende de la abrasividad del producto. Utilizamos combinaciones de grafito, carburo de tungsteno y carburo de silicio.

  • Juntas secundarias: Para asegurar la compatibilidad química y térmica, los cierres se equipan con juntas de NBR (Nitrilo), Vitón o EPDM.

  • Configuraciones especiales: Para aplicaciones críticas, como fluidos pegajosos o de alta temperatura, disponemos de cierres mecánicos dobles refrigerados mediante termosifón que crean una barrera de fluido limpio y fresco para proteger las caras de roce.

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Cómo funciona realmente? El proceso paso a paso

Aunque la operación de una bomba centrífuga parece continua y sencilla, desde el punto de vista de la física de fluidos, es un proceso secuencial de transformación energética. Entender qué ocurre exactamente dentro de la voluta es la clave para diagnosticar problemas y optimizar el rendimiento.

El ciclo de bombeo se puede descomponer en tres fases críticas que ocurren en milésimas de segundo:

Todo comienza en la brida de aspiración. Para que el fluido entre en la bomba, la presión en el ojo del rodete (el centro geométrico del impulsor) debe ser menor que la presión en el tanque de origen o la tubería de entrada. Al girar, los álabes del rodete expulsan el líquido que ya estaba dentro hacia la periferia. Este desplazamiento crea una zona de baja presión (vacío parcial) en el centro.

  • El flujo natural: Gracias a esta diferencia de presión, el fluido «nuevo» es empujado (ya sea por la presión atmosférica o la presión de un tanque elevado) hacia el ojo del rodete para llenar el vacío generado.
  • Nota técnica: Si la presión en este punto desciende por debajo de la presión de vapor del líquido, se producirá cavitación, un fenómeno destructivo que abordaremos más adelante.

Una vez el fluido entra en contacto con los álabes del rodete en rotación, es atrapado y obligado a girar con ellos. Aquí se produce la transferencia de energía mecánica (del motor) al fluido. La fuerza centrífuga proyecta las partículas de líquido radialmente hacia el exterior a gran velocidad.

  • En este trayecto desde el centro hasta el borde exterior del impulsor, el fluido gana una enorme energía cinética (velocidad).
  • La velocidad del fluido en la punta del álabe puede alcanzar magnitudes muy elevadas (por ejemplo, en un motor de 2900 rpm), lo que representa la máxima energía cinética del ciclo.

El fluido sale despedido del impulsor a alta velocidad y entra en la voluta o cuerpo de la bomba. Aquí es donde ocurre la transformación final que hace útil a la bomba. La voluta tiene una forma espiral que se ensancha progresivamente hacia la boca de impulsión. Al aumentar el área de sección transversal por donde circula el líquido, su velocidad disminuye obligatoriamente.

  • Según el Teorema de Bernoulli, en un flujo de fluido ideal, la energía total se conserva. Por tanto, si la velocidad (energía cinética) disminuye, la presión (energía potencial) debe aumentar para compensar.
  • La voluta actúa, pues, como un «freno hidrodinámico» inteligente, convirtiendo esa velocidad desenfrenada en la presión necesaria para elevar el líquido o vencer las resistencias de la tubería de descarga.

Uno de los errores más comunes al seleccionar una bomba es confundir estos dos términos o pensar que son independientes. En una bomba centrífuga, están inversamente relacionados según su Curva Característica:

  • Caudal (Q): Es el volumen de líquido movido por unidad de tiempo (m³/h o l/min).
  • Altura Manométrica (H): Es la energía por unidad de peso que la bomba entrega al fluido, expresada habitualmente en metros de columna de líquido (m.c.a.). Representa la presión máxima que la bomba puede generar.

¿Cómo interactúan? Una bomba centrífuga no entrega un caudal fijo. Se adapta al sistema:

  • Si la contrapresión del sistema es baja (válvula abierta, poca altura), la bomba entregará su máximo caudal.
  • Si la contrapresión aumenta (válvula cerrada, tubería larga o estrecha), la bomba generará más presión para vencer esa resistencia, pero el caudal disminuirá.

El punto de mejor eficiencia (BEP): Toda bomba tiene un punto óptimo en su curva donde la conversión de energía es máxima y el desgaste (vibraciones, carga en rodamientos) es mínimo. Operar la bomba demasiado lejos de este punto (ya sea a caudales muy bajos o muy altos) acorta drásticamente su vida útil.

Catálogo de InoxMIM

Criterios técnicos de selección: ¿Qué debo tener en cuenta antes de elegir?

Seleccionar una bomba centrífuga basándose únicamente en el caudal máximo o la potencia del motor es un error habitual que suele derivar en ineficiencias energéticas o fallos mecánicos prematuros. Para garantizar la operatividad del proceso, la selección debe basarse en cuatro pilares técnicos fundamentales:

1. La viscosidad y densidad del fluido

La bomba centrífuga es la reina de los fluidos de baja viscosidad (agua, leche, vino, disolventes). Sin embargo, su hidrodinámica tiene límites físicos claros.

  • Viscosidad: A medida que la viscosidad aumenta (por encima de los 150-300 cP), la eficiencia del impulsor cae drásticamente debido a la fricción interna. Para productos viscosos (como cremas densas, jarabes concentrados o pastas), la centrífuga pierde efectividad y se debe optar por tecnologías de desplazamiento positivo (lobulares o de cavidad progresiva).

  • Densidad: La potencia absorbida por el motor es directamente proporcional a la densidad del fluido. Una bomba dimensionada para agua (densidad 1) se sobrecargará si bombea un fertilizante líquido o un jarabe denso (densidad > 1,2) si no se ajusta la potencia del motor.

 2. El punto de trabajo y la curva Q-H

Nunca se debe seleccionar una bomba para que trabaje en los extremos de su curva. El objetivo es que el punto de trabajo requerido (Caudal y Presión de la instalación) coincida lo más posible con el Punto de Mejor Eficiencia (BEP) de la bomba.

  • Operar muy a la izquierda de la curva (caudal mínimo) provoca recirculación interna, calentamiento y vibraciones.

  • Operar muy a la derecha (máximo caudal, poca presión) puede causar cavitación y sobrecarga del motor.

3. NPSH y condiciones de aspiración

Es el cálculo hidráulico más crítico. Se debe verificar que el NPSH disponible (la presión absoluta en la entrada de la bomba menos la presión de vapor del líquido) sea siempre superior al NPSH requerido por el fabricante.

  • Temperatura: Si bombea líquidos calientes (como en procesos CIP o cocción), la presión de vapor aumenta, reduciendo el margen de seguridad y elevando el riesgo de cavitación.

  • Diseño: En aplicaciones críticas con bajo NPSH disponible, se requieren bombas con diseños de impulsor específicos (como los inductores) o bombas autoaspirantes si hay riesgo de entrada de aire.

 4. Compatibilidad de materiales y sellado

La resistencia química y térmica determina la vida útil del equipo.

  • Metalurgia: Para la mayoría de aplicaciones industriales y sanitarias, el Acero Inoxidable AISI 316L es el estándar por su resistencia a la corrosión y porosidad nula.

  • Cierre Mecánico: La elección de las caras de roce es vital.

    • Carburo de Silicio/Tungsteno: Para fluidos abrasivos o que pueden cristalizar.
    • Grafito: Para fluidos limpios y lubricantes.
    • Elastómeros: Juntas de EPDM para aplicaciones sanitarias estándar, o Vitón (FKM) para aceites y altas temperaturas.

Tabla comparativa: Tipos de bombas centrífugas según aplicación

Aunque el principio físico es el mismo, la construcción de la bomba varía radicalmente según su propósito. Esta tabla resume las diferencias técnicas entre las tipologías más comunes en la industria:

Tipo de Bomba Aplicación Principal Manejo de Sólidos Higiene y Limpieza Viscosidad Máx. Recomendada
Centrífuga Industrial Trasvase de aguas, químicos, glicoles y procesos auxiliares. Bajo. Requiere fluidos relativamente limpios. Estándar. Diseño funcional, no apto para procesos estériles críticos. Baja (< 150 cP)
Centrífuga Sanitaria Industria alimentaria (leche, zumos), cosmética y farmacéutica. Medio. Admite pequeñas partículas en suspensión. Muy Alta. Diseño drenable, apto para limpieza CIP/SIP y normativas EHEDG. Baja / Media (< 300 cP)
Autoaspirante Descarga de cisternas, líneas con aire o gas ocluido (retorno CIP). Bajo/Medio. Capaz de evacuar aire de la línea. Alta. Disponible en acabados sanitarios para evitar contaminación. Baja
Turbina Helicoidal Procesos delicados (ej. remontado de vino, aceites con sólidos). Alto. Diseño específico para no dañar sólidos en suspensión. Alta. Diseño abierto para facilitar el paso de sólidos sin obstrucción. Media (< 500 cP)

Preguntas frecuentes sobre el funcionamiento de bombas centrífugas

Es la duda más común. La bomba centrífuga genera energía de presión (Altura Manométrica). El caudal es la consecuencia de cómo esa presión interactúa con la resistencia de su tubería. Si cierra una válvula (aumenta la resistencia), la bomba mantiene su presión máxima, pero el caudal baja a cero. A diferencia de las bombas positivas, aquí presión y caudal son inversamente proporcionales según la curva de rendimiento.

El funcionamiento en seco es destructivo porque el cierre mecánico (el componente que sella el eje) depende del propio fluido bombeado para su lubricación y refrigeración. Sin líquido, la fricción eleva la temperatura de las caras de roce instantáneamente, provocando su rotura y fugas inmediatas.

El NPSH (Altura Neta Positiva de Aspiración) es la presión mínima necesaria en la entrada de la bomba para evitar que el fluido hierva. Si el NPSH disponible en su instalación es menor que el requerido por la bomba, se forman burbujas de vapor que implosionan violentamente (cavitación), erosionando el rodete y causando vibraciones severas.

Las bombas centrífugas están optimizadas para fluidos de baja viscosidad como agua, vino o disolventes. A partir de 150-300 cP, su eficiencia cae en picado y el consumo eléctrico se dispara. Para productos viscosos como cremas, geles o melazas, es necesario cambiar de tecnología y utilizar bombas de desplazamiento positivo, como las lobulares o de cavidad progresiva.

Debe elegir una bomba autoaspirante (como los modelos de la serie FL–CAI) cuando la bomba se instala por encima del nivel del líquido (aspiración negativa) o cuando la tubería de aspiración puede contener aire o gas. Una centrífuga estándar no puede purgar ese aire y dejaría de bombear, mientras que la autoaspirante sí puede evacuarlo y cebarse sola.

El cierre mecánico es la pieza de desgaste por excelencia. Su mantenimiento es principalmente preventivo: verificar periódicamente que no existan goteos, asegurar que no trabaje en seco y, en el caso de cierres dobles refrigerados (utilizados en aplicaciones exigentes), comprobar el nivel y circulación del líquido refrigerante en el termosifón.

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Comprender la física detrás de su bomba es el primer paso para una operación eficiente y sin paradas imprevistas. Seleccionar el equipo con la curva, el rodete y el sellado adecuados es la mejor inversión para su planta.

¿Tiene dudas sobre qué bomba se adapta mejor a su proceso? Rellene el siguiente formulario y nuestro equipo de ingeniería analizará sus requerimientos de caudal, presión y producto para ofrecerle la solución técnica más rentable y duradera.

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