Hay muchos tipos de sistemas de
bombas centrífugas y muchas variaciones en esto incluyendo los equipos que
pueden conectarse al sistema. El papel de la bomba es proporcionar suficiente
presión para mover el fluido a través del sistema al caudal deseado.
Presión, fricción y caudal son
tres características importantes de un sistema de tuberías. La presión es la
fuerza de impulsión responsable del movimiento del fluido. La fricción es la
fuerza que ralentiza las partículas del fluido. El caudal es la cantidad de volumen
que es desplazado por unidad de tiempo. Las unidades para medir el caudal son
gaón por minuto (gpm), litros por segundo (l/s) y metros cúbicos por hora (m3/h).
La presión a menudo se expresa en libras por pulgada cuadrada (psi) en el sistema imperial y en kilopascales (kPa) en el sistema métrico. En el sistema imperial de medición, se usa la unidad psig o libra por pulgada cuadrada, lo cual significa que la medida de presión es relativa a la presión atmosférica, de modo que 5 psig es 5 psi por encima de la presión atmosférica. La escala de unidades kPA está prevista para una escala de medición de la presión absoluta a la atmósfera local.
¿Qué es la fricción en un sistema de bombeo?
La fricción está siempre
presente, incluso en fluidos, es la fuerza que resiste el movimiento de
objetos.
En fluidos, la fricción ocurre
entre capas de fluidos que se desplazan a diferentes velocidades dentro de la
tubería. Hay una tendencia natural para que la velocidad del fluido sea más
alta en el centro de la tubería que cerca de la pared de la tubería. La
fricción siempre será alta para fluidos viscosos y fluidos con partículas
suspendidas.
Otra causa de fricción es la
interacción del fluido con la pared de la tubería, cuanto mayor es la
rugosidad, más elevada es la fricción.
La fricción depende de:
-
Velocidad promedio del fluido dentro de la
tubería.
-
Viscosidad.
-
Rugosidad de la superficie de la tubería.
Un incremento en cualquiera de
estos parámetros incrementará la fricción.
La cantidad de energía requerida
para superar la pérdida de fricción total dentro del sistema tiene que ser
suministrada por la bomba si deseamos alcanzar el caudal requerido. En sistemas
industriales, la fricción es normalmente una gran parte de la salida de energía
de la bomba. Para sistemas típicos, es alrededor del 25 % del total. Si llega a
ser mucho más alta examinaríamos el sistema si las tuberías son demasiado
pequeñas. Sin embargo todos los sistemas de bombeo son diferentes, en algunos
sistemas la energía de fricción puede representar un 100 % de la energía de la
bomba. En los sistemas domésticos, la fricción puede ser una mayor proporción
de la salida de energía de la bomba, quizás hasta un 50 % del total, esto es
debido a que las pequeñas tuberías producen una mayor fricción más alta que en
las tuberías más grandes para la misma velocidad del fluido promedio en la
tubería.
Otra causa de fricción son los
accesorios (codos, tees, Y, etc) requeridos para conseguir que el fluido vaya
de un punto A a B. Cada uno tiene un efecto particular en la línea de corriente
del fluido. Por ejemplo en el caso del codo, la línea de corriente que está más
próxima al radio interior cerrado del codo desde la superficie de la tubería
formando pequeños vórtices que consumen energía. Esta pérdida de energía es más
pequeña para un codo pero tiene varios codos y otros accesorios que pueden
llegar a ser significativos. Generalmente hablando ellos raramente representan
más del 30 % de la fricción total debido a la longitud total de la tubería.
Altura y energía en sistemas de bombeo
La energía y altura son dos
términos que a menudo se usan en sistemas de bombeo. Usamos energía para
describir el movimiento de líquidos en sistemas de bombeo debido a que es más
fácil que ningún otro método. Hay cuatro formas de energía en sistemas de
bombeo: presión, elevación, fricción y velocidad.
La presión se produce en el fondo
del depósito del líquido hasta que el líquido rellena el contenedor
completamente y su peso produce una fuerza que se distribuye sobre una
superficie como presión. Este tipo de presión es denominada presión estática.
La energía de presión es la energía que se acumula cuando las partículas de
líquido o gas se mueven cerca una de la otra. Un buen ejemplo es un extintor de
incendios, que trabaja cuando se introduce un líquido en el contenedor y se
presuriza. Una vez el contenedor está cerrado la energía de presión está
disponible para un uso posterior.
Siempre que se tenga un líquido
en un contenedor, incluso sin presurizar, tendrá la presión en el fondo debido
al peso del líquido, la presión estática.
La energía de elevación es la
energía que está disponible a los líquidos cuando están a una cierta altura. Si
permitimos descargarla podemos hacer algo útil como producir electricidad con
una turbina.
La energía de fricción es la
energía que se pierde en el medio ambiente debido al movimiento del líquido a
través de tuberías y accesorios en el sistema.
La energía de velocidad es la
energía que tiene el movimiento de objetos.
Cuando abrimos una válvula en el
fondo de un tanque el fluido deja el tanque con una cierta velocidad. En este
caso la energía de presión se convierte en energía de velocidad.
Las tres formas de energía:
elevación, presión y velocidad interactúan entre sí en los líquidos. Para
objetos sólidos no hay energía de presión debido a que no se extienden hacia
afuera como los líquidos rellenando todo el espacio disponible y por lo tanto
no están expuestos a los mismos tipos de cambios de presión.
La energía que la bomba debe
suministrar es la energía de fricción más la diferencia en peso que el líquido
debe ser elevado que es la energía de elevación.
Cuando el líquido entra al
sistema a alta velocidad entonces tendríamos que considerarlo pero no es una
situación típica.
Ver 2ª PARTE
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