Ver 1ª PARTE
Energía y altura en los sistemas de bombeo
La energía y la altura son dos términos que a menudo se usan
en sistemas de bombeo. Usamos energía para describir el movimiento de los
líquidos en sistemas de bombeo porque es más fácil que otros métodos. Hay
cuatro formas de energía en los sistemas de bombeo: Presión, elevación,
fricción y velocidad.
La presión se produce en el fondeo del depósito debido a que
el líquido rellena el contenedor completamente y su peso produce una fuerza que
se distribuye sobre una superficie que está presurizada. Este tipo de presión
se llama presión estática. La energía de presión es la energía que se acumula
cuando las partículas de líquido o gas se mueven entre sí. Un buen ejemplo es
un extintor, que contiene líquido y luego es presurizado. Una vez el contenedor
se cierra la energía de presión está disponible para su uso posterior.
La energía de fricción es la energía que se pierde al medio
ambiente debido al movimiento del líquido a través de tuberías y accesorios en
el sistema.
La energía de velocidad es la energía que tienen los objetos
en movimiento. Cuando el agua sale de una manguera, tiene energía de velocidad.
Si tenemos un depósito estaremos produciendo presión en el fondo y en el tubo
de salida. Cuando abrimos la válvula en el fondo del depósito el fluido deja el
depósito con una cierta velocidad, en este caso la energía de presión se
convierte a energía de velocidad. Lo mismo ocurre con el tubo.
Las tres formas de energía: elevación, presión y velocidad
interactúan entre sí. Para objetos sólidos no hay energía de presión porque no
se extiende hacia afuera cuando el líquido rellena todo el espacio disponible y
por lo tanto no está sujeto al mismo tipo de cambio de presión.
La energía que la bomba debe suministrar es la energía de
fricción más la energía de elevación.
La energía de elevación EE es el peso del objeto W por la distancia.
La energía de elevación EE es el peso del objeto W por la distancia.
Si fijamos un tubo al lado de descarga de
una bomba, el líquido se elevará en el tubo a una altura que exactamente
equilibre la presión en la descarga de la bomba. Parte de la altura del líquido
en el tubo es debida a la altura de elevación que exactamente equilibra la
presión en la descarga de la bomba. Parte de la altura del líquido en el tubo
es debida a la altura de elevación requerida (altura de elevación) y la otra es
la altura de fricción.
Altura estática
La altura es un cuerpo de agua mantenido
en reserva a una altura.
La altura se expresa en pies en el Sistema Imperial y en metros en el sistema métrico. Debido a su altura y peso el fluido produce presión en el punto más bajo. Cuanto más alto es el depósito, más alta es la presión.
La cantidad de presión en el fondo del
depósito es independiente de su forma, por el mismo nivel de líquido, la
presión en el fondo será la misma. Esto es importante ya que en sistemas de
tuberías complejos siempre será posible conocer la presión en el fondo si
conocemos la altura.
Cuando una bomba se usa para desplazar un
líquido a un nivel superior usualmente se localiza en el punto más bajo o
próximo a él. La altura del depósito que está a la altura estática producirá
presión en la bomba que tendrá que ser superada una vez la bomba ha arrancado.
Para distinguir entre la energía de
presión producida por el tanque de descarga y el tanque de succión, la altura
del lado de descarga se llama altura estática y en el lado de succión la altura
estática de succión.
Usualmente el líquido es desplazado desde
un tanque de succión a un tanque de descarga. El fluido del tanque de succión
proporciona energía de presión a la succión de la bomba que ayuda a la bomba.
Deseamos conocer cuanta energía de presión de la bomba en si misma debe
suministrarse así que por lo tanto sustraemos la energía de presión
proporcionada por la altura de succión. La altura estética es luego la
diferencia en altura de la superficie del fluido del tanque de descarga menos
la superficie de fluido del tanque de succión. La altura estática se llama a
veces altura estática total para indicar que la energía de presión disponible
en ambos lados de la bomba se ha considerado.
Ya que hay una diferencia en altura entre
las bridas de succión y descarga o conexiones de una bomba por convención se
acuerda que la altura estática debe ser medida con respecto a la elevación de
la brida de succión.
Si el extremo de la tubería de descarga
está abierto a la atmósfera entonces la altura estática se mide con respecto al
extremo de la tubería.
A veces la tubería de descarga queda
sumergida, luego la altura estática será la diferencia en el elevación entre la
superficie del fluido del tanque de descarga y la superficie del fluido del
tanque de succión. Ya que el fluido en el sistema es un medio continuo y todas
las partículas del fluido están conectadas vía presión, las partículas del
fluido que se localizan en la superficie del tanque de descarga contribuirán a
la acumulación de presión en la descarga de la bomba.
Por lo tanto la elevación de la
superficie de descarga es la altura que debe considerarse por la altura
estática. Eludir el error de usar el extremo de la tubería de descarga para el cálculo de la
altura estática.
Si el extremo de la tubería de descarga
está sumergido, entonces se requiere una válvula de control en la descarga de
la bomba para evitar el contraflujo cuando se para la bomba.
La altura estática puede cambiarse
elevando la superficie del tanque de descarga (asumiendo que el extremo de la
tubería está sumergido) o el tanque de succión o ambos. Todos estos cambios influirán en el caudal.
Para determinar correctamente la altura
estática determinaremos las partículas del líquido desde el comienzo hasta el
final, el arranque es casi siempre en la superficie del líquido del tanque de
succión. El extremo ocurrirá donde encontremos un ambiente con una presión fija
tal como la atmósfera abierta, este punto es el extremo de elevación de
descarga o elevación de salida. La diferencia entre las dos elevaciones es la
altura estática. La altura estática puede ser negativa debido a que la
elevación de salida puede ser más baja que la elevación de entrada.
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