-
BOMBAS CENTRFUGASCURSO DE CAPACITACIN - MDULO 2
TEMAS A DESARROLLAR EN ESTE MODULO
Altura de una bomba (Head).
John Crane Argentina
Ing. Hugo Ricardo Cifuente
Altura de una bomba (Head).Altura de succin (Suction
head).Altura de descarga (Discharge head).Altura total (Total
head).Altura Neta Positiva de Aspiracin - ANPA (NPSH).
-
PARMETROS IMPORTANTES
Hasta ahora hemos hablado de la altura a secas de una bomba, sin
hacer algunas consideraciones importantes, que son :
- ALTURA DE SUCCIN hs.
Altura de una bomba
- ALTURA DE DESCARGA hd.
- ALTURA TOTAL H (llamada altura diferencial).
- ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCIN ANPA (NPSH).
- ANPA DISPONIBLE (NPSH available).
- ANPA REQUERIDO (NPSH required).
-
ALTURA DE SUCCIN hs
La altura de succin de una instalacin est dada por la
expresin:
hs = - S - hfs - hi - Ps+ +
Altura de una bomba
hs = - S - hfs - hi - Ps
S: altura esttica de succin (+) o (-) segn corresponda.
hfs: prdidas totales por friccin entre puntos A y B.hi: prdidas
en la entradaPs: presin diferente de la atmosfrica, (+) o (-) segn
corresponda.
-
ALTURA DE SUCCIN hsHs = S - hfs - hi + Ps = -9 m
S = - 6 mhfs = 2 mHi = 1 mPs = 0 m
S
Altura de una bomba
Hs = S - hfs - hi + Ps = 7 m
S = 10 mhfs = 2 mHi = 1 mPs = 0 m
Hs = S - hfs - hi + Ps = 57 m
S = 10 mhfs = 2 mHi = 1 mPs = 50 m
S
S
P
-
ALTURA DE SUCCIN hsMEDICIN EN INSTALACIN EXISTENTE
ZS
hgS
VShs = hgs + hvs + Zs
Altura de una bomba
hgs = altura manomtrica de succin (+) si es superior a la
atmosfrica
hvs = altura de velocidad = siempre se suma
Zs = altura del manmetro respecto de la bomba. (+) si est
arriba
La altura de succin hs puede resultar (+) (-) Cuando es positiva
se la llama altura de succinCuando es negativa se la llama elevacin
de succin
Vs2g
2
-
ALTURA DE DESCARGA hd
La altura de descarga de una instalacin est dada por la
expresin:
hd = - D + hfd + he - Pd+ +
Altura de una bomba
D: altura esttica de descarga (+) o (-) segn corresponda.
hfd: prdidas totales por friccin en la descargahe: prdidas en la
salidaPd: presin diferente de la atmosfrica, (+) o (-) segn
corresponda.
-
ALTURA DE DESCARGA hd
D
D
Pd (+) o (-) D (+)
Pd = 0 D (+)
Pd
Altura de una bomba
D
D
D
D
Pd = 0 D (+)
Pd = 0 D (+)
Pd = 0 D (+)
Pd = 0 D (-)
-
ALTURA DE DESCARGA hd MEDICIN EN INSTALACIN EXISTENTE
hd = hgd + hvd +/- Zd
Vd
hgdZd
Altura de una bomba
hgd = altura manomtrica de descarga (+) si es superior a la
atmosfrica
hvd = altura de velocidad = siempre se suma
Zd = altura del manmetro respecto de la bomba. (+) si est
arriba
La altura de descarga hd puede resultar (+) (-)
Vd2g
2
-
ALTURA TOTAL HH = hd - hs
H = ( _ D + hfd + he _ Pd) - ( _ S - hfs - hi _ Ps)
H = ( _ D) - ( _ S) + hfd + hfs + he+hi + ( _ Pd) - ( _ Ps)
+ + + +
+ + + +
Altura de una bomba
S
(D-S) DPs
Pd
ALTURA ESTTICATOTAL
PRDIDAS TOTALESPOR FRICCIN
PRDIDASTOTALES POR
ENTRADA Y SALIDA
ALTURA DE PRESIN
-
ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCINANPA
Este es uno de los temas ms conflictivos y menos comprendidospor
quienes deben operar y mantener bombas centrfugas. Por estemotivo
lo trataremos del modo ms sencillo posible.
REPASEMOS ALGUNOS CONCEPTOS.
Altura de una bomba
REPASEMOS ALGUNOS CONCEPTOS.
A medida que la velocidad de un lquido aumenta, la presin
delmismo disminuye; y si la velocidad del lquido disminuye, su
presinaumentar.
La presin de vapor de un lquido, a una temperatura
determinada,es aquella a la cul comienza a vaporizarse.
Si en una caera la presin absoluta baja lo suficiente como
paraigualar a la presin de vapor del lquido, habr vaporizacin.
-
ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCINANPA
QUE SUCEDE EN LA SUCCIN DE UNA BOMBA?
Altura de una bomba
D es el punto crtico, donde la presin absoluta debe superar la
presin de vapor del lquido
-
ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCINANPA
El ANPA es la Altura Neta Positiva de Succin (Net Positive
Suction Head). Esto es la energadisponible o necesaria, por encima
de la presin de vapor, para hacer que el lquido entre
alimpulsor.
El ANPA disponible en la instalacin, llamado ANPA-D, es la
altura neta positiva de succin quedisponemos. (NPSH available)
Altura de una bomba
El ANPA requerido por la bomba, llamado ANPA-R, es la altura
neta positiva de succin quenecesita la bomba para que el lquido
entre al impulsor sin vaporizarse. (NPSH required)
ANPA-D = hs + Pa -hvp
ANPA-D = _ S - hfs - hi _ Ps + Pa -hvp
hs. Altura de succinPa: Presin atmosfrica en el sitio en que se
halla la bomba.Hpv: Presin o tensin de vapor del lquido, a la
temperatura de bombeo.
+ +
-
ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCINANPA
Para que una bomba funcione correctamente en una instalacindada,
debe verificarse que el ANPA-D (NSPH-a) sea mayor que elANPA-R
(NPSH-r), para el caudal al que deber trabajar.
ANPA-D > ANPA-R
Altura de una bomba
ANPA-D > ANPA-R
Cunto mayor?Depender de la confianza que podamos tener el los
valorescalculados de ANPA-D y en el ANPA-R indicado por el
fabricante.
Una regla de pipipipi x ojo al cuadrado dice que tomemos 1,2
m.Otra dice que tomemos la altura equivalente a la presin de
vapor.
-
ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCINANPA
ANPA-R VS. ANPA-D
- ( hfs + hi )ANPA-D
Altura de una bomba
CAUDAL (m3/h)
A
L
T
U
R
A
(
m
)
S
Ps + Pa - hvp
ANPA-R
ZONA CAVITACIN
CAUDAL LMITE
-
ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCINANPA
Y SI NO ME VERIFICA...QU HAGO?
Aumentar en ANPA-D:Elevar el tanque.Colocar la bomba en un
pozo.Reducir las prdidas por friccin, que ocurren por los
siguientes motivos:-El sistema fue incorrectamente diseado Hay
demasiados accesorios o la caera es muy pequea en dimetro.-La caera
de succin colaps por haber sido aplastada por un vehculo
pesado.-Disminucin de dimetro interior por acumulacin de
slidos.
Altura de una bomba
-Disminucin de dimetro interior por acumulacin de
slidos.-Obstruccin en la caera de succin.-Asegrese de que la
ventilacin del tanque de succin no est bloqueada. En invierno
suelen congelarse.-La parte interna de la caera o un accesorio se
ha corrodo.-Se instal una bomba mas grande y el sistema existente
tiene demasiadas prdidas para el nuevo caudal.-Una vlvula cerrada o
parcialmente abierta.-Se increment la velocidad de la bomba,
aumentando caudal y prdidas por friccin.Instalar una bomba
sobrealimentadora o presurizar el tanque.Bajar la temperatura del
lquidoInyectar un pequeo caudal de lquido refrigerante en la
succinProteger la caera de succin de los rayos solares.Tenga
cuidado con las caeras de recirculacin, pueden incrementar la
temperatura en la succin.
Reducir el ANPA-R :Use una bomba de doble succin. Esto puede
reducir hasta en un 27% sus requerimientos de ANPA.Use una bomba de
menor velocidad.Use una bomba con un ojo de impulsor ms grandeSi es
posible, instale un inductor, sus requerimientos de ANPA pueden
bajar hasta un 50%.Use varias bombas ms chicas.
-
ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCINCAVITACIN
Cavitacin significa que se forman cavidades en el lquido que se
est bombeando. Cuando estas cavidadesse producen en la succin,
varias cosas indeseables suceden:
Experimentamos prdida de caudal.No podemos mantener la altura de
impulsin.Cae la eficiencia
Altura de una bomba
Cae la eficienciaLas cavidades o burbujas colapsan cuando
evolucionan a travs de las zonas de mayores presiones
causando ruido, vibraciones y daos a varios de los
componentes.
Las cavidades o burbujas se forman por cinco razones bsicas, y
generalmente se las asocia al nombre decavitacin. Esto es un error
y es necesario saber identificarlas para asumir las acciones
debidas paracorregirlas:
Vaporizacin Ingestin de aire.Recirculacin interna.Turbulencias
en el flujo.Sndrome de los alabes pasando.
-
ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCINCAVITACIN
Vaporizacin .Un fluido se vaporiza cuando su presin baja
demasiado, o sube mucho su temperatura. Toda bombacentrfuga tiene
una presin o energa mnima requerida en la succin para evitar la
vaporizacin. Esta alturanos la indica el fabricante del equipo y
est calculada para agua limpia a 20C. Este dato es la Altura
NetaPositiva de Aspiracin Requerida (ANPA-R). Desde el momento que
tenemos prdidas por friccin en laaspiracin es necesario calcular la
altura despus de esas prdidas. Por otra parte, si el lquido no es
agua a20C, es necesario descontar la presin de vapor del mismo a la
temperatura de bombeo. De esta manera seobtiene la Altura Neta
Positiva de Aspiracin Disponible (ANPA-D). Se recomienda que el
ANPA D sea por lo
Altura de una bomba
obtiene la Altura Neta Positiva de Aspiracin Disponible
(ANPA-D). Se recomienda que el ANPA D sea por lomenos 1.5 m mayor
que el ANPA-RPara solucionar problemas de vaporizacin, podemos
incrementar la altura de aspiracin, bajar la temperaturadel fluido,
o bajar el ANPA-R. Debemos evaluar cada alternativa.Incrementar la
altura de succin:
Aumentar el nivel del tanque.Elevar el tanque.Colocar la bomba
en un pozo.Reducir las prdidas por friccin, que ocurren por los
siguientes motivos:
El sistema fue incorrectamente diseado Hay demasiados accesorios
o la caera es muy pequea endimetro.
La caera de succin colaps por haber sido aplastada por un
vehculo pesado.Disminucin de dimetro interior por acumulacin de
slidos.Obstruccin en la caera de succin.Asegrese de que la
ventilacin del tanque de succin no est bloqueada. En invierno
suelen
congelarse.La parte interna de la caera o un accesorio se ha
corrodo.
-
ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCINCAVITACIN
Vaporizacin .
Se instal una bomba mas grande y el sistema existente tiene
demasiadas prdidas para el nuevo caudal.Una vlvula cerrada o
parcialmente abierta.Se increment la velocidad de la bomba,
aumentando caudal y prdidas por friccin. Instalar una bomba
sobrealimentadora.Presurizar el tanque.
Bajar la temperatura del lquido
Altura de una bomba
Bajar la temperatura del lquido Inyectar un pequeo caudal de
lquido refrigerante en la succinProteger la caera de succin de los
rayos solares.Tenga cuidado con las caeras de recirculacin, pueden
incrementar la temperatura en la succin.
Reducir el ANPA-R (requerido).Use una bomba de doble succin.
Esto puede reducir hasta en un 27% sus requerimientos de ANPA.
Asimismo, las bombas de doble succin pueden incrementar hasta un
40% la velocidad con casi igualANPA-R.
Use una bomba de menor velocidad.Use una bomba con un ojo de
impulsor ms grandeSi es posible, instale un inductor, sus
requerimientos de ANPA pueden bajar hasta un 50%.Use varias bombas
ms chicas. Tres bombas pueden ser ms baratas que una grande con su
compaera.
La instalacin ser mas flexible a las variaciones de cargaHay una
regla de x ojo al cuadrado que dice generalmente el agua caliente y
los hidrocarburos libres de gasespueden usar hasta el 50% del ANPA
dado para agua fra.
-
ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCINCAVITACIN
Ingestin de aire Una bomba centrfuga puede manejar hasta un 0,5
% de aire en volumen. Si fuera un 6 % de aire el resultadopuede ser
desastroso. El aire puede ingresar al sistema por varios
caminos:
A travs de la caja de empaquetaduras. Esto sucede en toda bomba
con empaquetadura que trabajacon una presin menor que la atmosfrica
en la succin.
Altura de una bomba
con una presin menor que la atmosfrica en la succin.Vlvulas por
debajo de la lnea de agua.A travs de bridas que pierden.Flujos con
turbulencias.Una lnea de by-pass instalada demasiado cerca de la
succinLa caera de succin no tiene lquido. Esto puede suceder cuando
el nivel baja demasiado o hay una
falsa lectura del flotante.Tanto la vaporizacin como la ingesta
de aire tienen efectos negativos sobre la bomba. Las
burbujascolapsan a medida que avanzan hacia zonas de mayor presin
en el impulsor. La ingesta de aire rara vezcausa daos en el
impulsor o voluta, pero la vaporizacin si lo hace. Ambos fenmenos
deben analizarse porseparado, ya que sus soluciones son distintas.
La ingesta de aire en general solamente produce una prdidade
caudal.
-
ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCINCAVITACIN
Recirculacin InternaEsta condicin es visible en la parte
delantera del borde del impulsor. Tambin es posible encontrarla en
el ojodel impulsor.Como en nombre lo indica, el lquido recircula
aumentando su velocidad hasta que comienza a vaporizarse,para luego
colapsar al encontrar una zona de mayor presin. Esto es un problema
an ms grave cuando setrata de bombas con bajo ANPA, por este motivo
se introdujo el concepto de Velocidad Especfica de Succin,que nos
indica si estamos trabajando cerca del BEP o no.Cuanto ms alto sea
el nmero, menos nos podemos apartar del BEP. Para bombas de agua
este nmero debe
Altura de una bomba
Cuanto ms alto sea el nmero, menos nos podemos apartar del BEP.
Para bombas de agua este nmero debeestar entre 3000 y 10000.
Para bombas con impulsor de doble succin se divide por dos desde
el momento que hay dos ojos deimpulsor .
Trate de comprar bombas con menos de 8500.(5200 mtrico) no
considere aquellas que tengan ms de12000 (8000 mtrico), excepto
circunstancias extremas.
Para hidrocarburos y agua caliente 9000 a 12000 (5500 a 7300
mtrico) pueda operar satisfactoriamente.Una alta velocidad
especfica indica que el ojo del impulsor es ms grande que lo normal
y
probablemente la eficiencia haya sido relegada para obtener un
bajo ANPA-R.Valores altos de velocidad especfica pueden requerir un
diseo especial y posiblemente operen con
algo de cavitacin.Normalmente, una bomba operando un 50% abajo
del BEP no es muy confiable.
Con una bomba de impulsor abierto se puede corregir el problema
ajustando la luz entre voluta e impulsor, deacuerdo con las
especificaciones del fabricante. Con los impulsores cerrados el
problema es mayor porquehay que cambiar anillos de desgaste, su luz
o eventualmente el diseo del impulsor
-
ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCINCAVITACIN
TurbulenciaSiempre es preferible que el lquido fluya a velocidad
constante en una caera. La corrosin y lasobstrucciones pueden
cambiar la velocidad y por lo tanto la presin de un flujo. Un buen
diseo de caerasincluir:
Diez dimetros de caera entre la succin y el primer codo.En un
diseo de pileta con varias bombas, es preferible que cada campana
de succin tenga su propio
compartimiento para evitar interferencias entre bombas. Si esto
no es posible o prctico, se puedeninstalar varias bombas en una
misma pileta respetando lo siguiente:
Altura de una bomba
instalar varias bombas en una misma pileta respetando lo
siguiente:Las bombas se deben ubicar en una lnea perpendicular a la
direccin del flujo.El espacio mnimo entre bombas debe ser igual a
dos dimetros de campana.Todas las bombas deben funcionar.El flujo
aguas arriba de las campanas de succin debe tener un tramo recto de
por lo menos 10
dimetros para alimentar a todas las campanas uniformemente y sin
turbulencias.Cada bomba debe tener una capacidad menor a 15,000
gpm.La distancia de las campanas a las paredes debe ser por lo
menos de 1.5 el dimetro de la campana.La luz hasta el fondo debe
ser aproximadamente 0,50 del dimetro de la campana.La sumergencia
mnima debe respetar la siguiente tabla
CAUDAL SUMERGENCIA MNIMA4,500 M3/HR 1.2 METROS22,500 M3/HR 2.5
METROS40,000 M3/HR 3.0 METROS45,000 M3/HR 3.4 METROS55,000 M3/HR
3.7 METROS
-
ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCINCAVITACIN
El sndrome del alabe pasanteCuando se trabaja con el impulsor de
mayor dimetro de la serie, es posible que se produzca estefenmeno.
Como el borde de los alabes pasa muy cerca del cortaaguas de la
voluta, la velocidad dellquido aumenta llegando a producir
cavitacin. Lo puede notar en el espectro de vibraciones,
enfrecuencias mltiplo del nmero de alabes; o por daos en el borde
del impulsor o cerca del cortaaguas dela voluta. El dao se limitar
al centro del impulsor y no se extiende sobre los discos. Este
problema sepuede solucionar aumentando la luz entre el impulsor y
el cortaaguas a un mnimo de un 4% del dimetro
Altura de una bomba
puede solucionar aumentando la luz entre el impulsor y el
cortaaguas a un mnimo de un 4% del dimetro
del impulsor , si ste tiene menos de 14 (355 mm) , o al 6% si el
impulsor supera este dimetro.