14 febrero 2013

Tutorial de bombas centrífugas (4ª PARTE)

Ver 3ª PARTE

La tabla anterior nos da el caudal y pérdidas de altura de fricción para agua moviéndose a través de tuberías de diferentes diámetros a una velocidad de 10 ft/s. Se ha elegido 10 ft/s debido a que es un valor típico de velocidad en tuberías, no es demasiado grande para crear bastante fricción ni demasiado pequeña. La velocidad depende del caudal y del diámetro de la tubería.

Cálculo de velocidad promedio de la tubería

La velocidad promedio en una tubería puede calcularse basándonos en la siguiente fórmula donde la velocidad es en ft/seg, D el diámetro interno en pulgadas y q el caudal en USgalones por minuto.


En el sistema métrico:


Por ejemplo una tubería 2 ½” Schedule 40 tiene un diámetro interno de 2,469, La velocidad de la tubería promedio para un caudal de 105 gpm sería:


Si la velocidad que estamos usando es menor que 10 ft/s entonces las pérdidas de fricción serán menores y si la velocidad es mayor la pérdida será más grande. Una velocidad de 10 ft/ es una práctica normal para el dimensionado de tuberías en el lado de descarga de la bomba. Para el lado de succión de la bomba, es deseable ser más conservador y dimensionar tuberías para una velocidad más baja, por ejemplo entre 4 y 7 ft/seg. Esto es debido a que normalmente veremos un tamaño de tubería más grande en el lado de succión de la bomba que en la descarga. Un criterio habitual es hacer la tubería de succión del mismo tamaño o más grande que la conexión de succión de la bomba.

¿Por qué molestarse con la velocidad, no da el caudal bastante información para describir el movimiento del fluido a través del sistema. Esto depende de lo complicado que sea el sistema, si la tubería de descarga tiene un diámetro constante entonces la velocidad de salida será la misma. Entonces si conocemos el caudal, basándonos en las tablas de pérdida de fricción, podemos calcular la pérdida de fricción solamente con el caudal. Si cambia el diámetro de la tubería de descarga entonces la velocidad cambiará para el mismo caudal y una velocidad más alta o más baja significa una mayor o menor pérdida de fricción en esa porción del sistema. Tendremos que usar la velocidad para calcular la pérdida de altura de fricción en esta parte de la tubería. En el siguiente enlace encontramos un calculador de velocidad.

La curva característica o de rendimiento de la bomba

La figura con la que abrimos el artículo muestra una curva característica de caudal respecto a altura total. Este es el tipo de curva que todos los fabricantes para cada modelo de bomba para una velocidad de operación dada.

Cómo seleccionar una bomba centrífuga

El caudal obtenido por una bomba depende de las características físicas de cada sistema tales como la fricción que dependen de la longitud y tamaño de las tuberías y diferencia de elevación que depende del edificio y la localización. El fabricante de la bomba no tiene medios de conocer estas restricciones. Es por ello que comprar una bomba centrífuga es más complicado que comprar una bomba de desplazamiento positivo la cual proporcionará su caudal nominal independientemente del sistema donde se instale.

Los factores principales que afectan el caudal de una bomba centrífuga son:

  • Fricción, que depende de la longitud de la tubería y el diámetro.
  • Altura estática, que depende de la diferencia de la tubería y altura de descarga vs. la altura de la superficie del fluido del tanque de succión.
  • Viscosidad del fluido, si el fluido es diferente al agua.

Los pasos que debemos seguir para seleccionar una bomba centrífuga son:
  1. Determinar el caudal. Para dimensionar y seleccionar una bomba centrífuga, primero determinaremos el caudal en función de las necesidades de agua del proceso.
  2. Determinar la altura estática. Es la diferencia de altura entre la superficie del fluido del tanque de succión y la altura de la tubería de descarga o la elevación de la superficie del fluido del tanque de descarga.
  3. Determinación de la altura de fricción. La altura de fricción depende del caudal, del tamaño de la tubería y de la longitud de la tubería. Esto se calcula a partir de tablas como la que vimos en párrafos anteriores.
  4. Cálculo de la altura total. La altura total es la suma de la altura estática (recordemos que la altura estática puede ser positiva o negativa) y la altura de fricción.
  5. Selección de la bomba. Seleccionaremos la bomba basándonos en la información de catálogo del fabricante usando la altura total y el caudal requerido para la aplicación.

¿Cuál es la capacidad de una bomba?

El fabricante clasificará la bomba en su altura y caudal totales óptimos, este punto es también conocido como el punto de mejor eficiencia o B.E.P. En este caudal, la bomba está en su mayor eficiencia y tendría una cantidad mínima de vibración y ruido. Por supuesto, la bomba puede operar a otros caudales pero la vida útil de la bomba sufrirá. Como criterio general elegiremos una variación de +/- 15 % de la altura total.

Bibliografía

  • Tutorial centrifugal pump systems. Jacques Chaurette p. eng. 2005

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