13 febrero 2013

Tutorial de bombas centrífugas (3ª PARTE)



Ver 2ª PARTE

Cuánto más pequeña es la tubería, menor es el caudal. ¿Cómo se ajusta la bomba en sí misma al diámetro? La bomba instalada está diseñada para producir un cierto caudal promedio para sistemas que tienen sus tuberías dimensionadas convenientemente. El tamaño del impulsor y su velocidad predisponen a la bomba a suministrar el líquido a un cierto caudal. Si intentamos empujar el mismo caudal a través de una tubería pequeña la presión de descarga se incrementará y el caudal decrecerá. Similarmente si intentamos vaciar un tanque con un tubo pequeño, tardaremos un largo tiempo en drenarlo.


Cuando la tubería de descarga es larga, la fricción será alta y el caudal bajo y si la tubería es corta la fricción será baja y el caudal alto.

¿Cómo produce presión una bomba centrífuga?

Las partículas del fluido entran en la bomba en la brida o conexión de succión. Luego giran 90 ºC en el plano del impulsor y rellenan el volumen entre cada rodete del impulsor.

Una bomba centrífuga es un dispositivo cuyo propósito es producir presión acelerando las partículas del fluido a una velocidad alta proporcionándoles energía de velocidad. ¿Cuál es la energía de velocidad? Es una forma de expresar cómo la velocidad de objetos puede afectar a otros objetos.

Todas las bombas centrífugas tienen una curva de rendimiento o característica que parece similar a la mostrada en la siguiente figura. Asumiendo que el nivel en el tanque de succión queda constante, la curva muestra cómo la presión de descarga varía con el caudal en la bomba.

A 200 gpm, esta bomba produce una presión de descarga de 20 psig, y cuando el caudal cae la presión se incrementa, y será 40 psig a caudal cero.

Nótese que esto se aplica a bombas centrífugas, pero muchos propietarios tienen bombas de desplazamiento positivo, a menudo bombas de pistón. Estas bombas producen caudal constante y no hay forma de hacer ningún cambio en el sistema. Esto se debe a que las bombas tienen una válvula de alivio que abre la presión de alivio para proteger la bomba de presión excesiva causada por ejemplo por el cierre de una toma de agua. También típicamente, la bomba tiene un conmutador de presión que cierra el motor cuando la presión es demasiado alta.

¿Qué es la altura total?

La altura y caudales totales son los criterios principales que se usan para comparar una bomba con otra o seleccionar una bomba para una aplicación. La altura total está relacionada con la presión de descarga de la bomba. ¿Por qué no podemos usar la presión de descarga? Los fabricantes de bombas no usan presión de descarga como criterio para selección de bombas. Uno de los motivos es que ellos no conocen cómo se usará la bomba No conocen qué caudal se requiere y el caudal de una bomba centrífuga no es fijo como en una bomba de desplazamiento positivo. La presión de descarga depende de la presión disponible en el lado de succión de la bomba, para el mismo caudal conseguiremos una presión de descarga diferente. Por lo tanto para eliminar este problema, es preferible usar la diferencia de presión entre la entrada y la salida de la bomba.

Los fabricantes de bombas han ido un paso más allá, la cantidad de presión que una bomba puede producir dependerá de la densidad del fluido, para una solución de agua salada que es más densa que el agua pura, la presión será más alta para el mismo caudal. Asimismo, el fabricante no conoce el tipo de fluido en el sistema, así que un criterio que no dependa de la densidad es muy útil. Tal criterio se llama altura total, y se define como la diferencia en altura entre la entrada y la salida de la bomba.

¿Cuál es la relación entre la altura y la altura total?

La altura total es la altura que el líquido es elevado en el lado de descarga de la bomba menos la altura que el líquido es elevado en el lado de succión. ¿Por qué es menor la altura en el lado de succión? Debido a que deseamos contribuir a la bomba sólo en la energía que se suministra.

¿Cuál es la unidad de altura?

Si usamos energía para describir cuanto trabajo necesita la bomba para desplazar un volumen de líquido, necesitaremos conocer el peso. Si usamos la, sólo necesitamos conocer la distancia vertical del movimiento. Esto es muy útil para los fluidos debido a que el bombeo es un proceso continuo.

El otro aspecto útil de usar la altura es que la diferencia de elevación o altura estática puede ser usada directamente como una parte del valor de la altura total.

¿Cómo determinar la altura de fricción?

La altura de fricción es la cantidad de pérdida de energía debida a la fricción causada por movimiento de fluido a través de tuberías y accesorios. Emplea una fuerza para mover el fluido contra fricción, de la misma forma que se requiere que una fuerza para elevar un peso. La fuerza es ejercida en la misma dirección que el líquido en movimiento y energía gastada. De la misma forma que la altura fue calculada para elevar un cierto peso, la altura de fricción se calcula con la fuerza requerida para superar la fricción por el desplazamiento (longitud de tubería) dividida por el peso de un fluido desplazado.

Estos cálculos se hacen y podemos encontrar los valores de pérdidas de altura de fricción para diferentes tamaños de tuberías y caudales.

Caudal y pérdida de altura de fricción para tamaños de tubos y tuberías (imperial) (basado en velocidad de 10 ft/s)
Diámetro nominal (in)
Diámetro interior (in)
Caudal (gpm)
Pérdida de altura de fricción (ft de altura por ft de tubería
¼
0,311
2,4
2,15
½
0,527
6,8
1,08
¾
0,745
13,5
0,69
1
0,995
24
0,48
1 ½
1,6
63
0,26
2
2,067
105
0,19
2 ½
2,469
149
0,15
3
3,068
230
0,117
4
4,026
400
0,084
6
6,065
900
0,051
8
8,125
1615
0,036
10
10,25
2570
0,027
12
12,25
3675
0,022
14
13,5
4460
0,0194

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