Tutorial de bombas centrífugas (1ª PARTE)

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.

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