29 noviembre 2013

Ecuaciones para el cálculo de procesos con bombas centrífugas (2ª PARTE)

Ver 1ª PARTE

Altura de Succión Positiva Neta

La Altura de Succión Positiva Neta  - NPSH – puede expresarse como la diferencia entre la altura de succión y la altura de vapor de líquidos y se expresa como:

NPSH = hs – hv

O, combinando las ecuaciones anteriores:

NPSH = ps / γ + vs2 / 2 g - pv / γ

NPSH disponible – NPSHa o NPSHA

La altura de succión positiva neta disponible se suele denominar NPSHa. La NPSHa puede ser determinada durante el diseño y construcción, o determinado experimentalmente desde el sistema físico actual.

La NPSHa disponible puede calcularse a partir de la ecuación de la energía. Para aplicaciones comunes – donde la bomba eleva un fluido de un tanque abierto de un nivel a otro, la energía o altura en la superficie del tanque es la misma que la energía o altura antes que la altura del impulsor y puede expresarse como:

ho = hs + hl

Donde:

ho = Altura a la superficie.
hs = Altura entes del impulsor.
hl = Pérdida de altura desde la superficie del impulsor – pérdida mayor y menor en la tubería de succión.
En un tanque abierto la altura en la superficie puede expresarse como:

hs = ps / γ + vs2 / 2 g + he

Donde:

He= Elevación desde la superficie a la bomba – positiva si la bomba está por encima del tanque, negativa si la bomba está debajo del tanque.

h0 = p0 / γ = patm / γ

Para un tanque presurizado cerrado debe usarse la presión estática en el interior del tanque.

La altura antes del impulsor puede expresarse como:

hs = ps / γ + vs2 / 2 g + he

Donde:

he = Elevación desde la superficie a la bomba – positive si la bomba está encima del tanque, negativa si la bomba está debajo.

patm / γ = ps / γ + vs2 / 2 g + he + hl

La altura disponible antes del impulsor puede expresarse como:

ps / γ + vs2 / 2 g = patm / γ - he - hl   

o como la NPSHa:

NPSHa = patm / γ - he - hl - pv / γ 

NPSHa disponible – la bomba está encima del tanque

Si la bomba se posiciona encima del tanque, la elevación – he – es positiva y el PSHa decrece cuando la elevación de la bomba se incrementa.

En algún nivel el NPSHa se reduce a cero y el fluido comienza a evaporarse.

NPSHa disponible – la bomba está debajo del tanque

Si la bomba se posiciona debajo del tanque, la elevación – he – es negativa y el NPSHa se incrementa cuando la elevación de la bomba decrece (bajando la bomba).

Siempre es posible incrementar el NPSHa bajando la bomba (siempre que la pérdida de altura mayor y menor debido a una tubería más larga no se incremente más).

NPSH – NPSHr o NPSHR requeridos

El NPSHr, llamada altura de succión neta requerida por la bomba en orden de prevenir cavitación para una operación de la bomba.

La NPSHr requerida para una bomba particular se determina experimentalmente por el fabricante de la bomba y es parte de la documentación de la bomba.

El NPSHa disponible del sistema siempre excederá el NPSHr requerido por la bomba para evitar la vaporización y cavitación del ojo del impulsor. El NPSHa disponible será significativamente más alto que el NPSHr requerido para evitar la pérdida de altura en la tubería de succión y en la envolvente de la bomba, las aceleraciones de velocidad local y presión decrecen, comenzando la ebullición del fluido en la superficie del impulsor.

Nótese que la NPSHr requerida se incrementa con la capacidad al cuadrado.

Las bombas con impulsores de doble succión tienen un NPSHr inferior que las bombas con impulsores de succión simple. Una bomba con un impulsor de doble succión se considera hidráulicamente equilibrada pero es susceptible a un flujo desequilibrado a ambos lados con trabajo de tubería inapropiado.

4.      Flujo laminar, flujo turbulento y transitorio

El flujo laminar generalmente ocurre cuando trabajamos con tuberías pequeñas y velocidad de caudal bajo. 

El flujo laminar puede entenderse como una serie de cilindros de líquidos en el interior de una tubería, donde las partes interiores fluyen más rápido, y el cilindro tocando la tubería no se mueve en absoluto.

En los vórtices de flujo turbulento, el caudal es impredecible. El flujo turbulento ocurre generalmente en caudales mayores y tuberías largas.

El esfuerzo cortante del flujo turbulento es una función de la densidad.

El flujo transitorio es una mezcla del laminar y turbulento, con turbulencias en el centro de la tubería, y laminar cerca de los bordes.

El flujo laminar o turbulento viene determinado por el número de Reynolds. 

5.      Elevación de la altura actual de una bomba o ventilador


Usando la ecuación de la energía la elevación de altura a través de una bomba o ventilador puede expresarse como:



Donde:
  •  ha = Elevación de altura actual
  • p = Presión
  • h = altura de elevación.
  • γ = ρg = Peso específico.
  • v = velocidad.
  • g = aceleración de la gravedad

La altura actual puede expresarse como:


heje = Trabajo del eje en la bomba o ventilador.
hpérdida = Pérdida de altura a través de la bomba o ventilador.

La pérdida de altura – hpérdida – a través de una bomba o ventilador está relacionado con

  • La fricción en el paso de las aspas es proporcional con el caudal volumétrico – q2.
  • Separación de caudal.
  • Flujo entre la carcasa y las aspas del impulsor.
  • Otros tres efectos de caudal dimensional.
Ver 3ª PARTE
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