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May 14, 2024

22 datos básicos sobre bombas que debes saber

Llevo más de tres años escribiendo “Errores comunes de bombeo” para Pumps & Systems. Normalmente, la parte más difícil del trabajo es la selección del tema para que sea novedoso, educativo e interesante.

Llevo más de tres años escribiendo “Errores comunes de bombeo” para Pumps & Systems. Normalmente, la parte más difícil del trabajo es la selección del tema para que sea novedoso, educativo e interesante. Este mes, escribiré sobre una colección de temas más breves y los reuniré en un solo artículo. En lugar de comida, tomaremos entremeses. Ojalá satisfaga tu apetito. Si ha estado leyendo mi columna, muchas de estas cositas serán una reseña. Estos comentarios se basan en bombas centrífugas en voladizo de una sola etapa que mueven agua limpia a temperatura ambiente, excepto cuando se indique lo contrario.

Las bombas en realidad están diseñadas para funcionar en un solo punto. Esa condición hidráulica de un punto de altura y flujo es el punto de mejor eficiencia (BEP), también conocido como el mejor punto de operación. Cualquier otro lugar en el conjunto de curvas publicado es simplemente un compromiso comercial. Sería demasiado costoso para la mayoría de los usuarios finales tener una bomba diseñada y construida para su conjunto único de condiciones hidráulicas.

Preste atención a las curvas de bombas publicadas. Las curvas de rendimiento de las bombas de los fabricantes se basan en agua limpia a aproximadamente 65 F, a menos que se indique lo contrario. No se corregirán según la viscosidad del fluido. Los caballos de fuerza indicados pueden o no corregirse según la gravedad específica o la viscosidad.

Cuando la curva de bomba publicada por los fabricantes se detiene en algún punto de flujo y altura, es por una buena razón. No opere la bomba al final de la curva; Si se pudiera generar más rendimiento a partir de la curva más allá de ese punto, el fabricante habría extendido la curva. Operar en el final de la curva o cerca de él estará plagado de problemas de rendimiento.

Las bombas son estúpidas. Una bomba centrífuga es simplemente una máquina, donde para un conjunto determinado de propiedades del fluido, geometría del impulsor y velocidad de funcionamiento reaccionará al sistema en el que está instalada. La bomba funcionará (caudal y altura) donde su curva de rendimiento se cruza con la curva del sistema. La curva del sistema dicta dónde funcionará la bomba.

Comprender la curva del sistema. La curva del sistema representa toda la carga de fricción, estática y presión incorporada al sistema. El cabezal de velocidad también está presente, pero normalmente es un componente demasiado pequeño como para preocuparse.

Las bombas no aspiran líquidos. Este es un malentendido común, pero tenga en cuenta que alguna fuente de energía distinta de la bomba debe suministrar la energía necesaria para que el fluido llegue a la bomba. Normalmente se trata de la gravedad y/o la presión atmosférica. Por último, los fluidos no tienen resistencia a la tracción. En consecuencia, la bomba no puede alcanzar y aspirar fluido hacia la succión.

La elevación de succión máxima realista es de aproximadamente 26 pies. Consulte la sección anterior donde las bombas no succionan. Si se encuentra al nivel del mar, la presión atmosférica será de 14,7 libras por pulgada cuadrada absoluta (psia), lo que se traduce (multiplicado por 2,31) en aproximadamente 33,9 pies de altura absoluta. Entonces, en un mundo perfecto, si no hubiera fricción del fluido o presión de vapor contra el sistema, podrías levantar agua fría 33 pies.

En realidad, la fricción de los fluidos y las consecuencias negativas de la presión de vapor actuarán en su contra e impedirán elevaciones de fluidos de mucho más de 26 pies. Siempre calcule la altura de succión positiva neta disponible (NPSHa) y compárela con el valor de la altura de succión positiva neta requerida (NPSHr) de la bomba. Cuanto mayor sea el margen, mejor.

Una bomba que funciona al revés no invierte la dirección del flujo. El flujo seguirá entrando por la succión y saliendo por la boquilla de descarga. Dependiendo de la velocidad específica (Ns) de la bomba (piense en la geometría del impulsor), el flujo y la altura se reducirán en una cantidad significativa porque la bomba es mucho menos eficiente. Para bombas de velocidad específica más baja, el flujo será aproximadamente el 50 por ciento del valor nominal y la altura será el 60 por ciento del valor nominal. Una bomba del Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI) que funciona al revés hará que el impulsor se desenrosque del eje y se aloje en la carcasa.

No se puede ventilar aire desde el ojo del impulsor de una bomba en funcionamiento. Una bomba es en muchos sentidos como una centrífuga, por lo que el agua más pesada se expulsa al diámetro exterior y el aire más ligero permanece en el medio o centro. La bomba debe estar en reposo para que se ventile adecuadamente. Las bombas con descargas centrales son esencialmente autoventiladas.

Las bombas industriales no vienen de fábrica listas para “conectar y usar”. Hay excepciones a este comentario, pero nunca asumas. La bomba requerirá que se agregue aceite a las carcasas de los cojinetes. Se debe determinar y ajustar la holgura del impulsor para el fluido (temperatura) que se va a bombear. El controlador deberá estar alineado con la bomba. Sí, es posible que la alineación se haya realizado en fábrica, pero en el momento en que se movió la unidad para su transporte, la alineación se perdió.

Deberá verificar la alineación nuevamente después de instalar la tubería y nuevamente cuando se le aplique la lechada a la base. La dirección de rotación debe determinarse y coincidir con la rotación de fase en el controlador del motor.

Será necesario configurar el sello mecánico después de completar estos otros pasos. La mayoría de los fabricantes no instalan el acoplamiento en fábrica porque simplemente será necesario retirarlo por todas las razones antes mencionadas.

Casi todos los problemas de la bomba ocurren en el lado de succión. Existe un malentendido común y generalizado sobre cómo funcionan las bombas. Consulte lo anterior como referencia. Piense en cualquier sistema de bomba como tres sistemas separados cuando solucione problemas en el campo. El sistema de succión, la propia bomba y el sistema aguas abajo de la bomba. En mis años trabajando en bombas y resolviendo problemas, el 85 por ciento de los problemas con las bombas ocurren en el lado de succión. En caso de duda, es un excelente lugar para comenzar a buscar la solución.

Siempre, siempre, siempre calcula el NPSHa. Este es probablemente el error más común y más costoso que presencio en el campo. La gente pensará erróneamente que por tener mucha presión de succión o una succión inundada no hay razón para hacer estos cálculos. Unos pocos pies de fricción o pérdidas adicionales debido a la presión de vapor pueden acabar con el margen de NPSH que creía tener. Una cantidad insuficiente de NPSHa provocará cavitación en el impulsor de la bomba.

NPSHr no tiene nada que ver con el sistema y lo determina el fabricante de la bomba. NPSHa no tiene nada que ver con la bomba y debe ser determinado o calculado por el propietario del sistema o el usuario final. Hace poco escuché una frase que dice que "la bomba se pone de mal humor y de mal humor" cuando hay un margen de NPSH insuficiente.

Entender la cavitación. La cavitación es la formación de burbujas de vapor en la corriente de fluido debido a una caída por debajo de la presión de vapor del fluido. La formación de burbujas normalmente ocurre justo en frente del ojo del impulsor, ya que esta suele ser la presión más baja del sistema. Posteriormente, las burbujas colapsan aguas abajo cuando entran en una región de mayor presión. El colapso de la burbuja es lo que causa el daño al impulsor de la bomba.

La cavitación causa daños. Si las burbujas colapsan en medio de la corriente de fluido, casi no hay daño. Pero cuando las burbujas colapsan cerca o en la superficie del metal, lo hacen de forma asimétrica y provocan un pequeño microchorro. Este colapso ocurre a nanoescala (1,0 x 10-9 o milmillonésima). Las fuerzas de presión locales involucradas pueden ser superiores a 10,000 libras por pulgada cuadrada (psig) (689 bar) o más, además se genera calor. Este fenómeno puede ocurrir en frecuencias de hasta 300 veces por segundo y a velocidades cercanas a la velocidad del sonido. Tenga en cuenta que la velocidad del sonido en el aire es de aproximadamente 768 millas por hora (mph) (1236 kilómetros por hora [k/h]) y varía algo según los niveles de humedad. La velocidad del sonido en el agua es 4,4 veces más rápida, aproximadamente 3.350 mph (5.391 k/h o 1.490 metros por segundo [m/s]). Como comencé mi carrera en el mundo submarino, debo señalar que la velocidad del sonido es aún más rápida en agua salada.

Los daños por cavitación pueden ocurrir en diferentes lugares del impulsor. El daño por cavitación “clásico” ocurrirá aproximadamente a un tercio de la distancia aguas abajo del ojo en la parte inferior (lado de baja presión o lado cóncavo) de la paleta del impulsor. “Clásico” porque se debe a una insuficiencia de NPSHr. El daño por cavitación puede manifestarse en otras ubicaciones del impulsor, pero esos casos generalmente se deben a problemas de recirculación causados ​​por operar la bomba fuera de su diseño o BEP.

La cavitación se escucha en los rangos más bajos. Si escucha el ruido de cavitación (suena como bombear grava), es probable que esté cavitando. El hecho de que no escuche el ruido no significa nada, ya que la mayor parte del rango de ruido está fuera del alcance del oído humano. ¿Quizás deberíamos entrenar perros para que nos ayuden a detectar la cavitación? El agua fría suele ser el peor fluido para los daños resultantes de la cavitación.

Los hidrocarburos tienen un efecto mínimo desde el punto de vista del daño. Los factores de corrección de hidrocarburos existen y se basan en datos empíricos. Las reglas para los factores de corrección se tratan en el libro Cameron Hydraulic Data.

NPSHr es NPSH3. Cuando un fabricante indica que la bomba requiere una cierta cantidad de NPSHr en un punto determinado, tenga en cuenta que la bomba ya está cavitando en ese punto con una caída de carga del 3 por ciento porque así es como se mide el NPSHr. Razón de más para asegurarse de tener un margen adecuado.

La inmersión crítica es necesaria para evitar la formación de vórtices. La distancia vertical desde la superficie del fluido hasta la entrada de la bomba es el nivel de inmersión. La distancia requerida para impedir la ingestión de aire debido a los vórtices es el nivel de inmersión crítico.

Para evitar la entrada de aire, no opere la bomba cuando el nivel del líquido esté por debajo del nivel crítico de inmersión. El fenómeno de vórtice es una función directa de la velocidad del fluido. Puede evitar el vórtice mediante el uso de deflectores y/o diámetros de tubería más grandes, como entradas con bridas de campana. Existen numerosas tablas de referencia sobre inmersión que se pueden utilizar al observar el diseño del lado de succión. El mejor sería el del Instituto Hidráulico. Una regla general conservadora es tener un pie de inmersión por cada pie de velocidad del fluido.

Las bombas no pueden mover eficientemente fluidos mezclados con aire si el porcentaje es superior al 4 o 5 por ciento. La mayoría de las bombas comienzan a perder rendimiento entre un 2 y un 3 por ciento de aire incorporado. Casi todos los diseños de bombas dejarán de funcionar con un arrastre de alrededor del 14 por ciento. Las excepciones pueden ser las bombas de disco, los autocebadores y algunas bombas de tipo vórtice o de impulsor empotrado.

El cojinete de mi bomba se siente caliente. Este es un comentario común, pero es subjetivo, no objetivo. Es difícil para una persona típica sostener su mano sobre una carcasa de rodamiento que está a más de 120 F.

Es perfectamente normal que un rodamiento funcione entre 160 y 180 F. Utilice un termómetro o un dispositivo infrarrojo para medir la temperatura y analizar los datos.

La viscosidad es la kriptonita de las bombas centrífugas. La mayoría de las bombas centrífugas se vuelven demasiado ineficientes o exceden sus límites de potencia (hp) en un rango de viscosidad entre 400 y 700 centipoise que depende del tamaño de la bomba. Siempre consulte con el fabricante cuando bombee fluidos viscosos para conocer las curvas corregidas y los límites de potencia para el marco, los cojinetes y el eje.

Los requisitos de potencia que avanzan a lo largo de la curva de la bomba cambian para diferentes geometrías de impulsor. Las bombas de velocidad específica baja y media requieren más caballos de fuerza cuanto más lejos se encuentre en la curva, lo cual es un razonamiento bastante intuitivo. Para bombas de alta velocidad específica (flujo axial), los hp más altos requeridos serán para los flujos más bajos. Por eso también es común poner en marcha este tipo de bombas con la válvula de descarga abierta para no sobrecargar el motor.

Hay una forma sencilla de pensar en la velocidad específica. La velocidad específica (Ns) es una herramienta utilizada por los diseñadores para observar el rendimiento y la geometría de un impulsor hipotético. ¿No quieres quedar atrapado en las matemáticas involucradas? En un impulsor de velocidad específica baja, el flujo entrará paralelo a la línea central del eje y saldrá del impulsor a 90 grados con respecto a la línea central. Un impulsor de velocidad específica media entrará paralelo al eje y saldrá del impulsor a 45 grados con respecto a la línea central.

Un impulsor de alta velocidad específica funcionará con el flujo entrando paralelo a la línea central del eje y saliendo paralelo a la línea central.

¡Buen provecho!

Jim Elsey es un ingeniero mecánico que se ha centrado en el diseño y aplicaciones de equipos rotativos para el ejército y varios grandes fabricantes de equipos originales durante 47 años en la mayoría de los mercados industriales de todo el mundo. Elsey es miembro activo de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos, la Asociación Nacional de Ingenieros de Corrosión y la Sociedad Estadounidense de Metales. Es el gerente general de Summit Pump Inc. y el director de MaDDog Pump Consultants LLC. Puede comunicarse con Elsey en [email protected].