La bomba de circulación es el elemento que mantiene en funcionamiento un sistema de calefacción por aceite térmico. Impulsa el aceite caliente a través del circuito, desde la fuente de calor hasta los equipos de proceso y viceversa. Si la bomba se detiene, el aceite deja de circular, se interrumpe el suministro de calor y la temperatura del proceso desciende.
En este artículo se explica cómo funciona una bomba de circulación de aceite térmico en un sistema de calefacción, dónde debe instalarse, cómo determinar el caudal y la altura de elevación adecuados para su sistema, qué ocurre durante un arranque en frío y cuáles son los errores de dimensionamiento más habituales que observamos en la práctica. Si está diseñando un nuevo sistema de aceite térmico o sustituyendo una bomba de circulación en uno ya existente, esta guía le proporciona los fundamentos prácticos para hacerlo correctamente.
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¿Qué función desempeña una bomba de circulación en un sistema de calefacción por aceite térmico?
Una bomba de circulación de aceite térmico proporciona el caudal y la presión necesarios para hacer circular el aceite de transferencia de calor a través de un sistema de calefacción de circuito cerrado. La bomba en sí no calienta el aceite. Su función es mantener el aceite en movimiento a un ritmo constante, de modo que el calor se transporte desde la fuente hasta donde se necesite y, a continuación, se devuelva para volver a calentarlo.
En la práctica, la bomba de circulación determina si el sistema suministra la cantidad adecuada de calor a cada equipo del proceso. Si el caudal de la bomba es demasiado bajo, el equipo no alcanza la temperatura deseada. Si la altura manométrica es insuficiente, el aceite no puede superar la resistencia de las tuberías y el caudal disminuye. La bomba marca el ritmo de todo el circuito térmico.
Por eso, la selección de una bomba para un sistema de aceite térmico no consiste simplemente en elegir un modelo de un catálogo. Requiere conocer la configuración del sistema, la carga térmica total, la resistencia de las tuberías y las propiedades del aceite a diferentes temperaturas.
Cómo funciona un sistema de circulación de aceite térmico
El circuito de circulación: paso a paso
Un sistema de calefacción por aceite térmico es un circuito cerrado. El aceite circula continuamente por el mismo recorrido:
La fuente de calor —una caldera de aceite térmico, un calentador eléctrico o un calentador de combustión— eleva la temperatura del aceite hasta el punto de consigna. A continuación, la bomba de circulación impulsa el aceite calentado hacia el colector de suministro. Desde allí, el aceite se distribuye a las distintas cargas del proceso: controladores de temperatura de moldes, camisas de reactores, intercambiadores de calor, rodillos de secado o prensas en caliente. En cada carga, el aceite transfiere calor al proceso y su temperatura desciende. El aceite enfriado se acumula en el colector de retorno y fluye de vuelta a través de la tubería de retorno. Antes de llegar a la entrada de la bomba, el aceite suele pasar por un depósito de expansión (que compensa la expansión térmica y elimina el gas disuelto) y un filtro (que retiene las partículas antes de que entren en la bomba). La bomba aspira este aceite de retorno y lo envía de vuelta al calentador. El ciclo se repite continuamente.
En la mayoría de los sistemas, la temperatura del aceite en el lado de impulsión puede oscilar entre 280 y 320 °C, mientras que en el lado de retorno es entre 20 y 50 °C más baja. La bomba funciona en el lado de retorno, donde el aceite está más frío.
Componentes clave del sistema en torno a la bomba
Hay varios componentes que influyen directamente en el funcionamiento de la bomba de circulación:
Depósito de expansión — Se encuentra en el punto más alto del sistema. Absorbe el aumento de volumen que se produce cuando el aceite se calienta y se expande, y permite que el aire o el gas disueltos se separen del aceite. De este modo, se evita que la bomba aspire vapor.
Filtro / colador — Se instala en el lado de aspiración o en la tubería de retorno, antes de la bomba. Retiene los residuos de carbón, las partículas metálicas y los residuos que, de otro modo, podrían dañar el impulsor, los cojinetes o el sello mecánico.
Válvula de seguridad — Protege el sistema contra el exceso de presión. Normalmente se instala en el lado de la entrada, cerca del calentador.
Sensores de temperatura y presión — Se instala en la entrada y la salida de la bomba, así como en el calentador, para supervisar el estado del sistema y activar alarmas si los valores se salen de los límites establecidos.
Dónde instalar la bomba de circulación
En la mayoría de los sistemas de aceite térmico, la bomba de circulación se instala en la línea de retorno, después del depósito de expansión y el filtro, y antes de la entrada del calentador. Este es el lado de baja temperatura del circuito.
Hay buenas razones para esta disposición. El aceite que regresa de los equipos de proceso está más frío que el aceite de alimentación, normalmente entre 20 y 50 °C. Una temperatura más baja del aceite supone una menor carga térmica sobre las juntas, los cojinetes y las juntas de estanqueidad de la bomba. Además, el aceite es más denso y presenta un mayor margen de presión de vapor, lo que reduce el riesgo de cavitación en la aspiración de la bomba.
El depósito de expansión, situado encima de la bomba, proporciona una altura estática positiva en la entrada de la bomba. Esto ayuda a garantizar que la bomba disponga siempre de aceite en la succión, un requisito básico para un funcionamiento estable y para prevenir la cavitación.
Al instalar la bomba, tenga en cuenta lo siguiente:
- El tubo de aspiración debe ser lo más corto y recto posible. Los tramos de aspiración largos con muchas curvas aumentan las pérdidas por fricción y reducen el NPSH (altura de aspiración positiva neta) disponible en la bomba.
- Evite los puntos altos en la tubería de aspiración que puedan provocar la formación de bolsas de aire. El aire en la tubería de aspiración provoca pérdidas de caudal intermitentes y cavitación.
- La base de la bomba debe ser rígida y estar nivelada. Las bombas de aceite térmico funcionan de forma continua, y cualquier desalineación entre la bomba y el motor aumenta las vibraciones y acorta la vida útil de los cojinetes.
- Deje suficiente espacio libre alrededor de la bomba para facilitar el acceso con fines de inspección y mantenimiento, especialmente para la sustitución del sello mecánico en modelos centrífugos como el Bomba centrífuga de aceite caliente acoplada WRY-H.
Condiciones de arranque en frío: qué ocurre cuando el aceite está frío
Esto es algo que muchos ingenieros pasan por alto a la hora de seleccionar una bomba, y que provoca problemas reales en la obra.
La viscosidad del aceite térmico varía considerablemente con la temperatura. A temperatura de trabajo —por ejemplo, 280 °C— un aceite de transferencia de calor típico tiene una viscosidad muy baja, de entre 0,5 y 1,0 cSt. Sin embargo, a temperatura ambiente —20 °C o 30 °C— ese mismo aceite puede alcanzar una viscosidad de entre 20 y 50 cSt o más, dependiendo del tipo. Algunos aceites superan los 100 cSt cuando están fríos.
Esto significa que, durante un arranque en frío, la bomba tiene que bombear un aceite que es decenas de veces más espeso que el que maneja durante el funcionamiento normal. Las consecuencias son evidentes:
- Mayor resistencia a la succión — El aceite frío y viscoso no fluye con facilidad hacia la bomba. El NPSH disponible en la entrada de la bomba disminuye, lo que aumenta el riesgo de cavitación.
- Mayor carga del motor — La bomba necesita más par para bombear aceite espeso. Si el motor está dimensionado únicamente para condiciones de aceite caliente, puede dispararse por sobrecarga durante un arranque en frío.
- Flujo reducido — Cuando la viscosidad es elevada, el rendimiento de la bomba disminuye. Tanto el caudal real como la altura de elevación son inferiores a los valores indicados en el catálogo (que se basan en agua o fluidos de baja viscosidad a 20 °C).
Cómo actuar en este caso:
- Utilice un variador de frecuencia (VFD) para poner en marcha la bomba a baja velocidad. Haga circular el aceite frío lentamente hasta que el calentador eleve la temperatura del aceite lo suficiente como para reducir su viscosidad. A continuación, aumente la velocidad hasta alcanzar la máxima.
- Al dimensionar el motor, hay que tener en cuenta los requisitos de par de arranque en frío, y no solo el punto de funcionamiento en régimen estable.
- Consulte los datos de viscosidad en función de la temperatura del fabricante del aceite y compruebe que el NPSH sea adecuado a la temperatura prevista para el arranque en frío.
Si su sistema funciona con ciclos frecuentes de arranque y parada en lugar de funcionar de forma continua, el rendimiento en arranque en frío cobra aún más importancia a la hora de elegir la bomba.
Cómo dimensionar una bomba de circulación de aceite térmico
Determinación del caudal necesario
El caudal de una bomba de circulación de aceite térmico viene determinado por la carga térmica total del sistema y la diferencia de temperatura entre el aceite de ida y el de retorno. La fórmula básica es:
Q = P / (ρ × Cp × ΔT)
Dónde:
- Q = caudal volumétrico (m³/h)
- P = potencia térmica total / carga térmica (kW)
- ρ = densidad del aceite térmico a temperatura de funcionamiento (kg/m³)
- Cp = capacidad calorífica específica del aceite (kJ/kg·°C)
- ΔT = diferencia de temperatura entre la salida y el retorno (°C)
Por ejemplo: si tu sistema genera 200 kW de calor, la densidad del aceite a temperatura de funcionamiento es de 780 kg/m³, el calor específico es de 2,5 kJ/kg·°C y la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida es de 30 °C, entonces:
Q = 200 / (780 × 2,5 × 30 / 3600) ≈ 12,3 m³/h
Esto te da el caudal mínimo de circulación. En la práctica, se añade un pequeño margen (10-15 %) para tener en cuenta las pérdidas de calor en las tuberías y las variaciones que se producen en la realidad.
Cálculo de la altura de elevación necesaria
La altura manométrica es la presión que debe generar la bomba para impulsar el aceite a lo largo de todo el circuito. Equivale a la resistencia total del sistema, que incluye:
- Pérdida por fricción en un tubo recto — Depende del diámetro y la longitud de la tubería, la viscosidad del aceite y la velocidad del flujo. Cuanto más largas sean las tuberías y menor sea su diámetro, mayor será la fricción.
- Accesorios y válvulas — Cada codo, te, válvula y reductor añade resistencia local. Estas resistencias suelen expresarse en términos de longitudes equivalentes de tubería.
- Caída de presión en intercambiadores de calor y equipos — Cada equipo de proceso tiene su propia resistencia interna. Estos datos los facilita el fabricante del equipo.
- Desnivel — Si el aceite debe llegar a equipos situados a mayor altura, hay que tener en cuenta la altura de elevación.
Si sumas todos estos valores, obtendrás la altura manométrica total necesaria para el sistema. Una nota importante: dado que la viscosidad del aceite térmico es diferente a la del agua, los coeficientes de fricción también son distintos. Para el cálculo, utiliza el valor de viscosidad correspondiente a tu temperatura de funcionamiento, y no los valores estimados para el agua.
Comprobación del punto de funcionamiento en la curva de la bomba
Cada bomba tiene una curva de rendimiento que muestra la relación entre el caudal y la altura de elevación. Su sistema también tiene una curva de resistencia que aumenta a medida que aumenta el caudal. El punto en el que se cruzan estas dos curvas es el punto de funcionamiento real de la bomba.
Es conveniente que este punto de funcionamiento se sitúe cerca del punto de máxima eficiencia (BEP) de la bomba. Si el punto de funcionamiento se encuentra muy a la izquierda del BEP (caudal bajo, altura de elevación alta), la bomba funciona de forma ineficiente, genera más calor y aumentan las cargas radiales sobre los cojinetes. Si se encuentra muy a la derecha (caudal alto, altura de elevación baja), aumenta el riesgo de cavitación y el motor puede sobrecargarse.
Para consultar las curvas de rendimiento y los parámetros específicos de las bombas, visite las páginas de productos en nuestra bomba de aceite caliente página.
Errores habituales a la hora de elegir la talla y cómo evitarlos
Vemos que se repiten una y otra vez los mismos errores cuando los clientes eligen el tamaño de las bombas de circulación de aceite térmico. La mayoría de ellos se pueden evitar fácilmente si se sabe en qué hay que fijarse.
Sobredimensionamiento con un margen de seguridad excesivo. Añadir un 30-50 % tanto al caudal como a la altura de elevación «por si acaso» aleja a la bomba de su punto de máxima eficiencia. El resultado: mayor consumo energético, más ruido, más vibraciones, menor vida útil de los cojinetes y las juntas, y la necesidad de una válvula reguladora para reducir el caudal —lo que supone un desperdicio de la energía para la que se ha sobredimensionado la bomba—. Un margen del 10-15 % en el caudal es razonable. En cuanto a la altura manométrica, calcule con cuidado y añada un margen moderado basado en la incertidumbre real, no en la costumbre.
Centrarse en el caudal, pero ignorar la altura de caída. Algunos compradores eligen una bomba basándose únicamente en el caudal, sin comprobar que la altura de bombeo se ajuste a la resistencia del sistema. La bomba puede suministrar aceite físicamente, pero si la altura de bombeo es insuficiente, no podrá impulsar el aceite a través de todas las tuberías y equipos al ritmo necesario. El sistema se queda sin suministro y las temperaturas no alcanzan los niveles requeridos.
Sin tener en cuenta la viscosidad en arranque en frío. Como se ha mencionado anteriormente, basar la selección únicamente en las condiciones de aceite caliente y pasar por alto la situación de arranque en frío puede provocar una sobrecarga del motor o cavitación durante el arranque. Compruebe siempre la viscosidad del aceite a la temperatura de arranque más baja prevista.
No tener en cuenta el NPSH. Si el NPSH disponible en la aspiración de la bomba es inferior al NPSH requerido por la bomba, se produce cavitación. Esto daña el impulsor, genera ruido y reduce el rendimiento con el tiempo. Asegúrese de que la configuración de su sistema —especialmente la altura del depósito de expansión por encima de la bomba y el diseño de la tubería de aspiración— ofrezca un margen de NPSH adecuado.
No se ha previsto ninguna ampliación futura. Si tiene previsto añadir más equipos de proceso al circuito más adelante, es posible que la bomba no tenga capacidad suficiente para soportar las cargas adicionales. Vale la pena tenerlo en cuenta durante la selección inicial. Un variador de frecuencia puede ayudar a gestionar las cargas variables sin desperdiciar energía.
Accionamiento centrífugo frente a accionamiento magnético para la circulación
En las aplicaciones de circulación de aceite térmico, la mayoría de los sistemas utilizan bombas centrífugas con sellos mecánicos. El Serie WRY-H es un buen ejemplo: una bomba centrífuga de cuerpo dividido con cojinetes refrigerados por aire, capaz de bombear aceite térmico a temperaturas de hasta 350 °C. Abarca un amplio rango de caudales y alturas de elevación y es fácil de mantener. Para salas de calderas estándar y sistemas de calefacción industrial, esta es la opción más práctica y habitual.
En sistemas en los que no se puede tolerar ninguna fuga de aceite térmico —circuitos de procesamiento químico, circulación en unidades de control de temperatura (TCU) para semiconductores, calentamiento de la camisa de reactores en zonas adyacentes a salas blancas—, las bombas de accionamiento magnético ofrecen un funcionamiento sin fugas al eliminar por completo el sello mecánico. Las bombas de Aulank Bomba de vórtice con accionamiento magnético MDH soporta fluidos térmicos de hasta 400 °C y se utiliza en estas aplicaciones de circulación en las que la seguridad es fundamental.
La elección depende de tu tolerancia a las fugas, de los requisitos de caudal del sistema y de tu enfoque en materia de mantenimiento. Para una comparación más detallada que incluya opciones de bombas de engranajes, consulta nuestro próximo artículo: Bomba centrífuga de aceite caliente frente a bomba de engranajes: ¿qué tipo es el adecuado?
Cuéntenos cuáles son sus necesidades en materia de bombas de circulación
Si está montando un sistema de calefacción por aceite térmico —o solucionando problemas en uno ya existente—, facilítenos los parámetros de su sistema: carga térmica, temperatura de funcionamiento, trazado de las tuberías y cualquier requisito especial. Le ayudaremos a identificar el modelo y la configuración adecuados para la bomba de circulación.
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