1)
Cálculo de los costes de bombeo de agua
Los costes del bombeo de agua podemos estimarlos usando la
siguiente expresión:
Donde:
- C = Coste por hora
- Q = Caudal (gpm)
- h = Altura (ft)
- c = Coste por kWh
2)
Cálculos de los costes por fricción
La energía consumida para superar la altura estática en un
sistema de bombeo varía linealmente con el caudal y poco puede hacerse para
reducir el componente estático del sistema. Sin embargo, varias oportunidades
de ahorro existen si trabajamos sobre el componente de fricción del sistema de
bombeo.
La energía por fricción es dependiente del caudal, tamaño de
tubería (diámetro), longitud de la tubería, características de la tubería
(rugosidad de la superficie, material, etc.) y propiedades de los líquidos
bombeados.
Donde el Factor de Fricción, se basa en la rugosidad de la
tubería, diámetro de la tubería, y el número de Reynolds. Para la mayoría de
las aplicaciones, el valor de este factor de fricción estará entre 0,015 y
0,0225.
3)
Adaptación de las capacidades de la bomba a la
demanda del proceso
A menudo es necesario adaptar la capacidad de la bomba a un
cambio permanente en la demanda del proceso. La capacidad de una bomba
centrífuga puede recularse a:
- Velocidad constante, o
- Velocidad variable
Regulación de
la capacidad por velocidad variable
La regulación de velocidad es eficiente energéticamente ya
que la energía en el bombeo se reduce cuando decrece la velocidad.
La velocidad de la bomba puede variar con:
- Transmisión hidráulica/hidrostática – El
acoplamiento hidráulico entre el eje de entrada y salida – ratio de velocidad 5
a 1 es controlado ajustando el volumen de aceite en el acoplamiento.
- Transmisión mecánica – Transmisión de correa y
polea.
- Embrague/transmisión de corrientes de Eddy – El
acoplamiento magnético transfiere el par de carga entre el eje de entrada y
salida.
- Variadores de velocidad variable – inversores –
variadores AC – variadores de frecuencia ajustable – operan variando la frecuencia
y el voltaje del motor eléctrico.
Los cambios en los consumos pueden estimarse usando las
leyes de afinidad.
Regulación de
la capacidad por velocidad variable
La capacidad puede regularse a velocidad constante por:
- Estrangulación.
- Bypass del caudal.
- Cambiando el diámetro del impulsor.
- Modificando el impulsor.
Estrangulación
La estrangulación puede llevarse a cabo abriendo y cerrando
una válvula de descarga.
La estrangulación es ineficiente en energía ya que la
energía no se reduce al bombear. La energía es derrochada incrementando la
pérdida dinámica.
Bypass en el
caudal
La capacidad de descarga puede regularse llevando una parte
del caudal de descarga a la bomba del lado de succión.
Cambiando el
diámetro del impulsor
Reduciendo el diámetro de los impulsores es un cambio
permanente y el método puede usarse donde el cambio en la demanda del proceso
no es temporal. El método puede ser eficiente en energía si el motor cambia y
el consumo de energía se reduce.
El cambio en el consumo de energía, altura y caudal pueden
estimarse mediante las leyes de afinidad.
Modificando el
impulsor
El caudal y la altura pueden modularse cambiando el paso de
los álabes. Complicado y raramente usado.
4)
Uso de bombas centrífugas con fluidos viscosos
La viscosidad de un fluido es una propiedad importante en el
comportamiento de un líquido. La viscosidad es la resistencia a fluir y es
causada por la fricción intermolecular ejercida cuando las capas de los fluidos
intentan deslizarse entre sí.
Cuando un fluido viscoso es manejado por una bomba
centrífuga:
- Se incrementan los requerimientos de potencia de
frenado.
- La altura generada se reduce.
- La capacidad se reduce.
- La eficiencia de la bomba se reduce y el punto
de mejor eficiencia BEP se mueve.
La altura, caudal a otras viscosidades que las usadas en la
documentación original pueden ser modificadas por coeficientes.
Caudal
qv = cq
q
Donde:
- qv = caudal compensado por viscosidad
(m3/h, gpm)
- cq = Coeficiente de caudal de
viscosidad
- q = Caudal original de acuerdo con la curva de
la bomba (m3/h, gpm).
Altura
hv = ch
h
Donde:
- hv
= Altura compensada por viscosidad (m, ft)
- ch
= Coeficiente de altura por viscosidad
- h = Altura
original de acuerdo con la curva de la
bomba (m, ft).
Eficiencia
Potencia
corregida por viscosidad
- Pv = Potencia compensada por
viscosidad (kW)
- ρv
= Densidad de fluido viscoso (kg/m3)
- g = Aceleración de la gravedad (9,8 m/s2)
Bibliografía:
- ANSI/API
610-1995 - Centrifugal Pumps for General Refinery Service - Covers the minimum
requirements for centrifugal pumps, including pumps running in reverse as
hydraulic power recovery turbines, for use in petroleum, heavy duty chemicals,
and gas industry services. The pump types covered by this standard can be
broadly classified as overhung, between bearings, and vertically suspended.
- ASME
B73.1-2001 - Specification for Horizontal End Suction Centrifugal Pumps for
Chemical Process - This standard covers centrifugal pumps of horizontal, end
suction single stage, centerline discharge design. This Standard includes
dimensional interchangeability requirements and certain design features to
facilitate installation and maintenance. It is the intent of this Standard that
pumps of the same standard dimension designation from all sources of supply
shall be interchangeable with respect to mounting dimensions, size and location
of suction and discharge nozzles, input shafts, baseplates, and foundation bolt
holes
- ASME
B73.2-2003 - Specifications for Vertical In-Line Centrifugal Pumps for Chemical
Process
- BS
5257:1975 - Specification for horizontal end-suction centrifugal pumps (16 bar)
- Principal dimensions and nominal duty point. Dimensions for seal cavities and
base plate installations.
- DIN
EN ISO 5199 - Technical specifications for centrifugal pumps
- Reduce
Pumping Costs through Optimum Pipe Sizing. Energy Tips. Office of Industrial
Technologies Energy Efficiency and Renewable Energy. U.S. Department of Energy
- The
engineering ToolBox.
Palabras clave: Estimating Frictional Pumping Costs,
efficiency as a function of specific
speed (Ns) and capacity (GPM)
