Las bombas centrífugas son equipos omnipresentes en la vida
diaria, y conocer la ingeniería de su funcionamiento proporciona interesantes
oportunidades para la mejora de los procesos. En muchos artículos hemos
incluido recopilaciones diversas que ayudan a entender estas máquinas (Ver Calculadores
y utilidades de fluidos, Calculadores
gratuitos para diseños con bombas, Calculadores
gratuitos de eficiencia energética en bombas y Artículos
sobre transporte de fluidos).
En esta ocasión vamos a exponer en detalle pero de forma
sencilla aquellas ecuaciones de ingeniería que nos permiten calcular en detalle
los procesos en los que trabajamos con bombas centrífugas. Como siempre,
evitaremos exposiciones teóricas complejas y buscaremos la simplificación de
los cálculos que permiten determinar las variables del proceso con facilidad.
1) Punto de mejor eficiencia (BEP)
Una bomba no convierte completamente la energía cinética a
energía de presión. Alguna energía es siempre perdida interna y externamente en
la bomba.
Pérdidas
internas
- Pérdidas hidráulicas – Fricción del disco en el impulsor, pérdidas debidas al rápido cambio en dirección y velocidades a través de la bomba.
- Pérdidas volumétricas – recirculación interna en anillas y cojinetes desgastados.
Pérdidas
externas
- Pérdidas mecánicas – fricción en sellos y rodamientos.
La eficiencia de la bomba en el punto de diseño es normalmente
máxima y se llama el Punto de Mejor Eficiencia (Best Effciency Point – BEP).
Es posible operar la bomba a otros puntos distintos que el
BEP, pero la eficiencia de la bomba siempre será más baja que en BEP.
2) Cálculo de la potencia de una bomba
La potencia hidráulica ideal de una bomba hidráulica depende
del caudal, de la densidad del líquido y de la altura diferencial.
La elevación estática de una altura a otra, puede
calcularse:
Ph = q ρ
h / (3,6 106)
Donde:
- Ph = Potencia eléctrica (kW)
- q = Capacidad de caudal (m3/h)
- ρ = Densidad del fluido (kg/m3)
- g = Gravedad (9,81 m/s2)
- h = Altura diferencial (m)
Potencia de la
bomba en el eje
La potencia del eje requerida para ser transferida desde el
motor al eje de la bomba – depende de la eficiencia de la bomba y puede
calcularse como:
Ps = Ph /η
Donde:
- Ps = Potencia del eje (kW)
- η = Eficiencia de la bomba.
Calculador de
bomba online
El siguiente calculador
puede usarse para calcular la potencia hidráulica y la potencia del eje en una
bomba.
Los cálculos pueden realizarse con unidades del sistema
internacional o unidades imperiales. Se introduce la capacidad de caudal (m3/h),
densidad del fluido (kg/m3), gravedad (m/s2), altura
diferencial (m) y eficiencia de la bomba (η). Se obtiene la potencia hidráulica
en kw o la potencia en el eje (kW).
3) Energía ganada por un fluido
La potencia ganada por el fluido de una bomba o ventilador
puede ser expresado como:
P = m w
Donde:
- P = Potencia
- m = Caudal másico
- w = Trabajo específico
Trabajo
específico
El trabajo específico – w
– puede expresarse como:
w = g h
Donde:
- h = Altura
- g = Aceleración de la gravedad
Caudal másico
El caudal másico – m – puede expresarse:
m = ρ
Q
Donde:
- ρ = Densidad
- Q = Caudal volumétrico
La potencia ganada por el fluido de una bomba o ventilador
puede expresarse como:
γ = ρ g
Donde:
γ =
Peso específico
La ecuación de la potencia puede modificarse de forma que la
potencia ganada por el fluido de una bomba o ventilador puede expresarse como:
P = γ
Q h
Ya que la altura puede expresarse como:
h = (p2 – p1)
/ γ
En consecuencia,
P = Q (p2 –
p1)
Donde:
- P = Potencia
- m = Caudal másico
- w = Trabajo específico
4) Cálculos de par y velocidad en bombas centrífugas
La característica teórica de una bomba centrífuga es una
parábola que comienza en el origen y es proporcional al cuadrado de la
velocidad.
El par puede expresarse como:
T = k n2
Donde:
- T = Par (Nm, lbf ft)
- K = Constante
- n = Velocidad de la bomba (rpm)
- P = Potencia (kW)
5) Cálculo del trabajo específico de una bomba o ventilador
El trabajo específico de una bomba o ventilador trabajando
con un fluido incompresible puede expresarse de la siguiente forma:
w = (p1 – p2) / ρ
Donde:
- w = Trabajo específico (Nm/kg = J/kg = m2/s2)
- p = Presión (N/m2)
- ρ = Densidad (kg/m3)
de donde sacas la constante "k"?
ResponderEliminarLa puedes encontrar aquí.
ResponderEliminarhttp://www.engineeringtoolbox.com/