3 - bombas pci manual

Pag 1Teora de Bombas Centrfugas Contra Incendios

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TEORIA DE BOMBAS TEORIA DE BOMBAS CENTRIFUGAS CENTRIFUGAS

CONTRA INCENDIOSCONTRA INCENDIOS

Febrero 2013(C) Morgado

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1. TIPOS DE BOMBAS En contra incendios se emplean dos tipos de bombas:

1. Bombas Centrfugas Axiales. Slo pueden instalarse hasta caudales de 280 m3/h.

Sus curvas suelen tener una mayor pendiente.

2. Bombas de Cmara PartidaSe usan para caudales superiores a 280 m3/h

Su curva es muy estable.

RODETE

EJE

CARCASA

- Qn < 400 m3/h.- Pn < 150 m.c.d.a- t < 210 C.

- Qn < 5.000 m3/h.- Pn < 190 m.c.d.a- t < 170 C.

Fotos: Cortesa de Bombas KSB Itur Espaa

Fotos: Cortesa de Bombas KSB Itur Espaa



3. Bombas VerticalesTienen un rango de bombeo que va hasta 1350 m3/h a 3.000 r.p.m. y las alturas de elevacin

logradas hasta 50 metros por etapa .

s/ UNE 23500:2012, slo cuando se demuestre que resulta prcticamente inviable la instalacin de bombas horizontales en carga, deben instalarse bombas verticales sumergidas con columna de eje.

Fotos: Cortesa de Bombas Zeda

Foto

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Los elementos que forman una bomba centrfuga son:

Foto: Cortesa de Flowserve Corporation

Salida

Entrada

Rodete

Anillo de desgaste

Voluta

Empaquetadura

Eje

PurgadorRodete

Tubo de sello

Aceitera

Empaquetadura

Cua acoplamientoCarcasa

Cojinete

Entrada

Foto: Cortesa de Flowserve Corporation



El motor de la bomba se coloca sobre una losa de hormign de resistencia suficiente (mnimo X0), para permitir un montaje funcional segn DIN-1045., a fin de evitar la transmisin de vibraciones y mitigar ruidos.

Se colocan cuas a ambos lados de los pernos de anclaje si la bancada no incluye tornillos de nivelacin. Cuando la distancia entre pernos de anclaje es superior a 800mm, se colocan cuas de nivelacin en el punto medio, tanto en los bordes laterales como en los frontales. Con la ayuda de un nivel se ajusta el conjunto. Para variar la altura en distintos puntos, se utilizan cuas. La desviacin mxima permisible es de 0,2 mm/m.

A continuacin se vierte una primera capa de mortero que llene los orificios de los pernos y contacte en toda la periferia con la base de la bancada. Una vez haya fraguado el mortero, se aprietan los pernos de anclaje de forma equilibrada y se conectan las bocas de aspiracin e impulsin a la instalacin.

El hormign debe ser de mnima contraccin, granulometra normal, con una relacin agua/ cemento (Relacin A/C) 0,5.



2. ALTURA MANOMETRICA TOTAL DE LA BOMBA

Por altura de funcionamiento se entiende lo que se llama altura manomtrica, Hm, que es la altura a la que bomba es capaz de elevar el lquido.

La altura manomtrica se puede medir conectando un manmetro diferencial entre brida de aspiracin y brida de impulsin.

Hm = Pa Pi (mts)

Para conseguir elevar el agua a una altura Hm, la bomba tiene que vencer los siguientes factores:

La altura geomtrica (diferencia de nivel entre la toma y entrega del agua) - Hg Las prdidas de carga por rozamiento del fluido con la tubera - J Prdidas en los accesorios (codos, vlvulas, reducciones, etc.) - Hs Los requerimientos de presin (en punta de lanza, rociadores, etc.) P (Q=KP).

Hm = Hg + J + Hs + P

Q=KP



Hg = Altura geomtrica de elevacin. Es la distancia vertical existente entre el nivel libre del lquido de aspiracin y el punto ms alto de impulsin.

H: Altura esttica de impulsin Z1: Altura esttica de aspiracin (negativa, al encontrarse por debajo de la bomba) Z2: Carga esttica de aspiracin (positivo, al estar por encima del plano de referencia)

En el caso a). Hg = Z1 + HEn el caso b). Hg = Z2 - HEn el caso c), Hg = Z3 - H



J = Prdidas de carga por rozamiento . Resistencia que ofrece al paso del lquido las tuberas de aspiracin e impulsin y sus accesorios (vlvulas, curvas, codos, difusores, toberas, etc.), medidas en metros. Se calcula utilizando la ecuacin de Hazen-Williams:

Por ejemplo: Determinar la prdida de carga en una tubera de 100 metros de largo de acero DN120, en la cual se transportan 17 lt/s.

El coeficiente de rugosidad de Hazen y Williams para el acero, es C = 140, por lo tanto:

Donde:

J es la prdida de carga en m (mca)Q es el caudal e l/min d es el dimetro nominal del tubo, en mmC es una constante de Hazen- WilliamsLt es la longitud total de la tubera en metros (m)

Coeficiente (C) de rugosidad de Hazen-Williams para diferentes materiales

Esto significa que se pierden 0,018 m de presin por cada metro de tubera. Como se utilizan 100 m de tubera, la prdida de presin por rozamiento es de 1,8 m (0,18 bar).

61,71 x 105 x 10201.85 x 100

1401.85 x 1204.87J = = 1,8 m

6,05 x 105 x Q1.85 x LtC1.85 x d4.87

J = x 10,2



Hs = Prdidas en accesorios. Son prdidas de energa que se producen por la instalacin de accesorios, tales como llaves, codos, vlvulas, manmetros, etc, en el trazado de un sistema de presin. Estas se calculan mediante la expresin :

Donde:

Hs = Prdidas localizadas (m).V = Velocidad del agua (m/s).g = Aceleracin de gravedad (9,8 m/s2).K = Constante adimensional de coeficiente de resistencia que depende de los accesorios que se contemplan en el diseo.

Para calcular estas prdidas se utilizan tablas donde se establece los metros de tubera recta a que equivalen las prdidas de carga en los distintos accesorios, incluyendolasen la ecuacin de Hazen-Willians.

Dimensionando en exceso la tubera habremos conseguido reducir las prdidas de carga, sin embargo se incrementa el costo de la tubera. Si seleccionamos una tubera de menor dimetro, se aumentan las prdidas de carga y por tanto la altura manomtrica y el costo de la bomba. Por tanto, debemos elegir el dimetro de la tubera que haga mnimo el coste y amortice el costo de la instalacin.La velocidad en las tuberas se determina:

V= Velocidad en m/sQ = Caudal en lpm (lts/min)d = Dimetro nominal en mm

(K x V2

2g)Hs =

v =450,28 x Q

d2

Donde:

J es la prdida de carga en m (mca)Q es el caudal e l/min d es el dimetro nominal del tubo, en mmC es una constante de Hazen- WilliamsLt es la longitud total de la tubera en metros (m)Le es la longitud total equivalente en metros (m) de los accesorios y vlvulas existentes, segn la tabla siguiente.

6,05 x 105 x Q1.85 x (Lt + Le)C1.85 x d4.87

J = x 10,2



Longitud de tubera equivalente para accesorios y vlvulas

P = Requerimientos de presin (P) del sistema. Es la presin mnima que se requiere, para que un determinado sistema funcione (BIE, Hidrante, malla de rociadores). La presin de trabajo de estos elementos cumple que:Q = K P



Ejemplo de clculo de la altura manomtrica

Se quieren elevar 150 m3/h desde un depsito hasta otro situado en una cota ms elevada. Las condiciones de bombeo segn el diseo adjunto son las siguientes:

Ha = Altura geomtrica de aspiracin (3 metros)Hi = Altura geomtrica de impulsin (34 metros)Ht = Altura geomtrica total (37 metros)La = Longitud de la aspiracin (8 metros)Li = Longitud de la impulsin (240 metros)Vp = Vlvula de pie (1 unidad)Vr = Vlvula de retencin (1 unidad)Vc = Vlvula de compuerta (1 unidad)Ce = Cono difusor excntrico (1 unidad)Cc = Cono difusor concntrico (1 unidad)C = Curvas:(3 Uds) en aspiracin y (7 Uds) en impulsin

Calculamos el dimetro de las tuberas basados en la frmula:

v (m/s) = 21,22 Q/d2

Q = es el caudal en (l/m); d = es el dimetro interior (DN) de la tubera en (mm).

Para la aspiracin, la velocidad mxima v = 1,8 m/s

Dasp = (21,22 x 2500 / 1,8) = 172 mm DN 200

Para la impulsin, la velocidad mxima v = 2,5 m/s

Dimp = (21,22 x 2500 / 2.5) = 146 mm DN 150

Una vez fijados los dimetros de las tuberas en acero podemos determinar las prdidas de carga.

Foto: Cortesa de Bombas Zeda



Altura manomtrica de aspiracin

Altura geomtrica 3 metrosLongitud de la tubera 8 metrosLongitud equivalente

Vlvula de pie 2,2 metrosCurvas de 90 (3x2,6) 7,8 metrosReduccin excntrica 1,8 metros

Total 19,8 metrosPrdidas de carga 19,8 metros

6,05 x 105 x Q1.85 x (Lt+Le)C1.85 x d4.87

J = =

Altura manomtrica total de aspiracin = 3,15 metros

Altura manomtrica de impulsin

Altura geomtrica 34 metros Longitud de la tubera 240 metrosLongitud equivalente

Reduccin concntrica 1,3 metrosVlvula de retencin 1,3 metrosVlvula de compuerta 1,1 metrosCurva de 90 (7x2) 14 metros

Total 257,7 metrosPrdidas de carga 257,7 metros

6,05 x 105 x 25001.85 x (8+11,8)1401.85 x 2004.87

x 10,2 = 0,15 m

Altura manomtrica total de impulsin = 42,31 metros

ALTURA ASPIRACIN IMPULSINMANOMTRICA = ALTURA GEOMTRICA + ALTURA GEOMTRICATOTAL PRDIDAS DE CARGA PRDIDAS DE CARGA

Por lo tanto:

Altura manomtrica = 3,15 + 42,31 = 45,46 m

6,05 x 105 x Q1.85 x (Lt+Le)C1.85 x d4.87

J = =6,05 x 105 x 25001.85 x (257,7)

1401.85 x 1504.87x 10,2 = 8,31 m



A la hora de fijar el punto de funcionamiento se puede caer en el error de indicar una altura manomtrica mayor que la real, suponiendo que la bomba trabajar an mejor si tiene que elevar a una altura menor que la prevista. La curva caracterstica demuestra el peligro de esto. Si la bomba se ha previsto para funcionar en el punto A0, eleva el caudal Q0 a la altura H0 y absorbe una potencia P0. Al ser la altura H1 menor que la real H0, el caudal Q1 es mayor y la potencia absorbida P1 es mayor que la instalada P0, como se ve en la figura. El motor trabajarconstantemente sobrecargado y podrquemarse fcilmente. Por consiguiente, al seleccionar una bomba, se debe fijar con la mayor precisin posible, el caudal que ha de elevar y la altura manomtrica.



3. NPSH (NET POSITIVE SUCTION HEAD). CAPACIDAD DE ASPIRACIN DE UNA BOMBA CENTRFUGA

A UNA temperatura DADA todos los lquidos tienen una presin definida a la cual ebullen. Cada da comprobamos que el agua hierve a la presin atmosfrica cuando alcanza una temperatura suficientemente alta (aproximadamente 100 C). Es importante tambin recordar que un lquido puede hervir a cualquier temperatura si se reduce la presin suficientemente. Esto es un problema que se presenta en el uso de bombas, asegurar que hay una presin suficiente sobre el fluido en la entrada de la bomba para que el lquido no hierva en el proceso de succin de la misma.

El trmino altura manomtrica de aspiracin" puede dar a engao. Ninguna bomba centrfuga pueden elevar un lquido por s misma. Es necesario que el lquido sea forzado a entrar en la bomba para que funcione correctamente. Con frecuencia se utiliza el peso del aire atmosfrico para forzar al lquido a entrar en el impulsor (o rodete) de la bomba y crear el efecto de que la bomba puede elevar el lquido. En un sistema cerrado donde no hay una presin atmosfrica superior a la presin de vapor del lquido, es necesario mantener el nivel del lquido siempre por encima del eje de la bomba.

Para que una bomba pueda funcionar, la presin que empuja el lquido en la bomba debe vencer la altura esttica, la friccin y prdidas de turbulencia en la lnea de succin, acelerar el lquido, y mantener una presin suficiente para evitar que el fluido en la lnea de succin pueda evaporarse.

La presin mnima tiene lugar en el punto D, cerca de la entrada del impulsor. Esa cada de presin entre la brida de aspiracin y el impulsor se debe al aumento de velocidad del lquido entre A y D, y a las prdidas por friccin y turbulencia que se produce entre la brida de aspiracin (D) y la entrada del impulsor (A).

Foto: Cortesa de elregante.com



En toda bomba centrfuga, al final de la tubera de aspiracin, en la brida de aspiracin A, se produce siempre una depresin, esta cada de presin sigue disminuyendo desde A hasta el impulsor, punto D (presin mnima), zona que se encuentra en la entrada al mismo, siendo PAD, la prdida de carga correspondiente entre A y D.

A partir de D el fluido aumenta bruscamente su presin, originndose el fenmeno del golpeteo y vibraciones.

Las bombas centrfugas funcionan con normalidad si la presin absoluta en la entrada del impulsor (o rodete) es superior a la presin de vapor del lquido.

Si a la entrada del impulsor D la presin es inferior a la presin de vapor del lquido (Pv), se forman las burbujas de vapor que disminuyen el espacio utilizable para el paso del lquido, se perturba la continuidad del flujo debido al desprendimiento de gases y vapores disueltos, disminuyendo el caudal, la altura manomtrica, el rendimiento de la bomba, etc., a este fenmeno se le conoce como cavitacin.

Foto: Pump Engineering Manual published by the Durion Company



En su recorrido, las burbujas daan los conductos de paso del lquido en el tubo de aspiracin y llegan a una zona en el rodete, de presin superior a la presin de vapor, en la que, instantneamente, toda la fase de vapor pasa a lquido, de forma que el volumen de las burbujas pasa a ser ocupado por el lquido, de forma violenta, que se acompaa de ruidos y vibraciones, lo cual se traduce en un golpeteo sobre los labes, que se transmite al eje, cojinetes, etc.

Si la bomba funciona en estas condiciones durante cierto tiempo se puede daar; la intensidad del golpeteo aumenta a medida que disminuye la presin absoluta a la entrada del rodete, se aprecia claramente en las curvas caractersticas de la bomba.

Disminucin brusca de las curvas caractersticas por el efecto de la cavitacin en una bomba centrfuga

NOTA: La presin de vapor de un lquido aumenta al aumentar la temperatura del mismo. De lo anterior se deduce que un lquido caliente ebulle a una presin ms alta que el lquido fro, o desde otro punto de vista, si se reduce la presin que acta sobre un fluido caliente, ste empieza a ebullirantes que el mismo lquido a menor temperatura.

Para cada caudal Q, en la tubera de aspiracin existe una presin mnima por debajo de la presin de vapor (Pv); a la cual la bomba cavita. Esta presin se expresar en m.c.a y se denomina altura neta de succin positiva NPSH, Net Positive SuctionHead.

Efectos de la cavitacin en el impulsor de una bomba centrfuga. La primera foto muestra la etapa inicial de la cavitacin. El vapor comienza a formarse sobre los bordes de los labes del impuslor. En esta etapa inicial se puede notar algo de ruido. A medida que aumenta la aspiracin de la bomba, la formacin de vapor se extiende sobre un rea mayor de los labes, como consecuencia de una cada de presin en esta rea. El ruido y la vibracin en la bomba se hace ms notable, apareciendo picaduras (pitting) en el rodete, y produciendo tambin una cada de presin de impulsin.

Fotos: Cortesa de Peerless Pump Company


www.mantenimientopci.com Morgado3.2. ALTURA NETA DE ASPIRACIN DE LA BOMBA, NPSH.

Una bomba puede tericamente aspirar agua desde 10,33 metros de profundidad, que es el equivalente a una atmsfera de presin (o vaco); esto significa que la mxima distancia a la que puede colocarse la bomba sobre la superficie de agua libre es de 10,33 m a 45 de latitud a nivel del mar.

NPSH representa la presin mnima en la brida de aspiracin para que la bomba funcione correctamente sin cavitacin. NPSH (Net Positive Suction Head) es un parmetro que indica la capacidad de aspiracin de una bomba. Junto con la presin de vapor, se utiliza para calcular la presin de entrada que necesita la bomba para evitar la cavitacin.

3.2.1. Altura neta de aspiracin requerida, NPSHr.

La bomba necesita que el lquido disponga en el punta A (brida de aspiracin), de un mnimo de energa que le permita hacer el recorrido de A a D sin que aparezca cavitacin; esta presin mnima, cuyo lmite es Pv, es la que se tiene a la entrada del rodete, en el momento en que ste comienza a comunicar al lquido la presin PD. Si se supone que los puntos A y D estn al mismo nivel y teniendo en cuenta que Pv es la presin mnima que se puede tener en el punto D. La altura neta requerida en la entrada del rodete (NPSHr) es:

El valor del NPSHr depende de la forma del labe. Un aumento de la velocidad de la bomba implica un aumento de caudal, lo que lleva implcito un aumento de la velocidad del lquido, aumento de el NPSHr, con la consiguiente cada de presin absoluta a la entrada D de los alabes del rodete o impulsor, contribuyendo todo ello a la aparicin de la cavitacin, por lo que a veces es necesario limitar el caudal y el nmero de revoluciones de la bomba.

El valor del NPSHr requerido de una bomba, solamente depende de las caractersticas de la bomba y no de las de la instalacin. Es variable para cada bomba en funcin del caudal y del nmero de revoluciones y es siempre positivo. El valor NPSHr es independiente de la naturaleza del fluido bombeado. Se determina de forma experimental en un banco de ensayos y es una caracterstica que el fabricante proporciona junto con las otras curvas caractersticas. Para su determinacin se somete la aspiracin de la bomba a una reduccin paulatina de presin. Para ello se coloca un vacumetro en la entrada brida de aspiracin para medir PA, una vlvula en la brida de impulsin de la bomba para variar el rgimen y un caudalmetro para medir el caudal y la velocidad de entrada.

Para una cierta altura de aspiracin Ha se maniobra gradualmente la vlvula en la impulsin hasta que aparezca la cavitacin; en ese momento se mide el caudal y la presin PA y se obtiene el NPSHr correspondiente.



Cuanto menor es el valor NPSHr requerido al caudal mximo (en bombas PCI al 140% del Qn), tanto mayor es su capacidad de aspiracin.

En algunas circunstancias la bomba no presenta seales anmalas de funcionamiento y sin embargo se puede encontrar bajo condiciones de cavitacin; la nica forma de saberlo es el estudio estroboscpico de la formacin de burbujas a la entrada del rodete, que se lleva a cabo observando por una mirilla el borde de ataque de un alabe, mientras que por otra mirilla entra la luz estroboscpica controlada por el nmero de revoluciones de la bomba, determinndose la magnitud de las burbujas y de ah la existencia o no de cavitacin, ya que en la prctica no existen funcionamientos exentos de burbujas, por lo que stas siempre estarn presentes, dependiendo de su tamao la existencia o no de la cavitacin.

3.2.2. Altura neta de aspiracin disponible, NPSHd.

Depende de las caractersticas de la tubera de aspiracin y del lquido a bombear (temperatura, altitud). Fsicamente es la diferencia entre la presin del lquido al nivel del eje de la bomba (en la brida de aspiracion) y la presin de vapor a la temperatura de bombeo.

NPSHd = PA Pv

Para definir esta altura hay que determinar la energa disponible que tiene el flujo a la entrada de la bomba, que se obtiene aplicando la ecuacin de Bernoulli entre la entrada al tubo de aspiracin, punto O (nivel del lquido), y el punto A, en la forma:

Altura neta de entrada requerida




Como la variacin del nivel del lquido es nulo, entonces, v0 = 0 y P0 = Patm

La presin mnima en las aspiracin permitida es la presin de vapor Pv del lquido, a partir de la cual aparece la cavitacin, por lo que se define la altura neta disponible a la entrada de la bomba NPSHd de la forma:

La altura disponible a la entrada de la bomba es:

Po

Vo2

2g+ =PA

VA2

2g+ + Ha + Pasp

2g PA VA2

+ =PO

- Ha - Pasp = - Ha - Pasp Patm

Patm - Pv

NPSHd = - Ha - Paspmax

Siendo Pasp-max las prdidas de carga en la tubera de aspiracin a caudal mximo (140 % de Qn)

Se puede concluir diciendo que mientras se cumpla que:

NPSH disponible NPSH requerido (m.c.a.) No existe cavitacin.

Cuanto ms pequeo sea el NPSHr, tanto ms estable ser la bomba en lo que respecta a la cavitacin.

A medida que se aumenta el caudal del sistema las prdidas de presin en la succin aumentan de manera que cada vez se reduce ms el NPSH disponible. Del mismo modo al aumentar el caudal el NPSH requerido por la bomba aumenta como se muestra en el siguiente grfico.



Si el NPSHr tiene que ser pequeo, y el NPSHd grande, su punto de interseccin proporciona la altura de aspiracin mxima Ha.

Para su determinacin se toma el caudal mximo previsto Qmx (que es con el que ms riesgo de cavitacin existe, es decir al 140% del Qn).

Que es la mxima altura de aspiracin teniendo en cuenta la cavitacin, siendo aconsejable disminuir dicha altura en 0,5 m para asegurarse de que sta no se produzca.

Patm - PvNPShr = NPSHd = - Ha - Pasp

Ha = Patm - Pv- Pasp - NPSHr

maxmax

Ha = Patm - Pv- Pasp - NPSHr 0,5

max



El NPSHr suele venir dado por los fabricantes como un conjunto de curvas junto a las curvas de altura.

D = dimetro del impulsor (mm)

Para una bomba con un caudal en sobrecarga (al 140% Qn) de 80 m3/s a una presin de sobrecarga de 7,6 mca, el NPSH requerido de la bomba es de 6 mca.



3.2.3. Consideraciones a tomar en cuenta en la lnea de succin.

La longitud de la tubera de aspiracin debe ser los ms corta posible, acercando lo ms posible la bomba al depsito.

Tambin se debe cuidar que el dimetro de dicha tubera nunca sea ms pequeo que la brida de aspiracin de la bomba. Es posible usar dimetros mayores utilizando una reduccin excntrica en la entrada a la bomba.

Se debe minimizar la cantidad de accesorios en la tubera de aspiracin y evitar codos en el plano horizontal. Siempre que sea posible es mejor que la bomba se encuentre por debajo del deposito ya que esto contribuye positivamente al NPSHddisponible. Las vlvulas de compuerta generan menor prdida de presin que las vlvulas de mariposa cuando se encuentran completamente abiertas.

Las velocidades en la lnea de succin se recomiendan en el rango de 0.5 a 1.8 m/s por lo que se debe dimensionar la tubera con esto en mente.

Todo lo anterior tiene por objetivo minimizar las prdidas en la succin aumentando con ello el NPSHd disponible en el sistema

Pamt

Pamt

LhLs

NPSHd = Patm (Pv + Ls + hf)

Eje

Eje

NPSHd = Patm + Lh (Pv + hf)hf = prdidas carga en aspiracin hf = prdidas carga en aspiracin

En instalacin contra incendios, el NPSH disponible (siempre medido al 140% de Qn) debe superar los 7 mcda.

NPSH disponible (Instalaciones PCI) 7 mcda

Fotos: Cortesia de Webb Pump


www.mantenimientopci.com Morgado3.2.4. Efectos de la altitud sobre el NPSH disponible

La presin atmosfrica disminuye con la altitud, por tanto el NPSHd disminuye con la altitud.

Aspiracin de una bomba a nivel del mar Aspiracin de una bomba a 4000 metros




Variacin de NPSH con la temperatura:

3.2.5. Efectos de la temperatura sobre le NPSH disponible

Hasta Reduccin del NPSH disponible

20 C25 C30 C35 C40 C

0,24 m0,32 m0,43 m0,57 m0,75 m


www.mantenimientopci.com Morgado3.2.6. Ejemplos de clculo del NPSH disponible

Ejemplo 1En el siguiente grupo de presin tenemos una bomba elctrica que aporta:

Qn = 240 m3/hPn = 90 mcda

El caudal de sobrecarga (140%) = 1.4 x Qn = 1.4 x 240 m3/h = 336 m3/h = 5600 lpm

Foto

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Mar

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www.mantenimientopci.com MorgadoNPSH disponible > NPSH requerido

NPSHd = Patm Ha Pca Pv = 10 0 Pca 0.238 (mca)

10 Pca 0.24 > NPSHr

Pca < 10 0.24 NPSHr

El Valor de NPSHr, segn la curva del fabricante en las condiciones de sobrecarga de 5.600 lpm, es de 6.8 mca aproximadamente, por tanto, para el correcto funcionamiento de la bomba, las perdidas de carga en la tubera de aspiracin no deben superar:

Pc < 10 0.24 6.8 < 2.96 mca (0.296 bar)

Calculamos las prdidas de carga en el circuito de aspiracin. Para ello se utiliza la expresin de Hazen Williams:

d = Dimetro interior (mm)Q = Caudal (L/min)L = Longitud de tubera + Longitud equivalente de accesorios y vlvulas (mts)C= Cte de HAZEN-WILLIAMS.C = 110 (TUBERA FUNDIICIN DCTIL).C = 120 (TUBERA DE ACERO DIN 2440/2448).C = 140 (POLIETILENO).

La longitud equivalente del circuito de aspiracin es:

Tubera de 6'' = 3m + 2.5m + 3m = 8.5 m1 Reduccin excntrica de 6''x4'' = 12 m1 Vlvula de compuerta 6'' = 1.13 m2 Codos de 6'' = 2 m x 2 = 4 m1 Te de 6'' = 8.61 m

L total = 34.24 m

6.05105 x 56001.85 x 34.24

1201.85 x 159.304.87= 0.31 barPca =

Pca = 0.31 bar (Superior a 0.296 bar)



Por tanto, al ser Pca superior a 0.296 bar, es necesario aumentar el dimetro de la tubera de aspiracin de la bomba. En caso de no hacerlo, la curva de la bomba nuncalograr aportar el caudal de sobrecarga exigido.

Si la distancia desde el depsito de agua a la sala de bombas es superior a 10 mts, es necesario realizar el clculo del NSPH para verificar que la aspiracin sea correcta. En estos casos, siempre hay que aumentar el dimetro de la tubera para compensar las prdidas de carga. Lo mismo ocurre, cuando observamos una aspiracin con muchos accesorios (Codos, Tes, Vlvulas, etc.). Los accesorios generan grandes prdidas de carga.

Segn UNE, la velocidad mxima permitida en el colector de aspiracin es de 1,8 m/s.



Ejemplo 2

Clculo del NSPH de las bombas PCI en una instalacin real (Planta Termosolar La Risca Badajoz).

Se dispone de una sala de bomba que incluye tres bombas, dos principales al 50%, una reserva y una bomba Jockey.

Los datos son los siguientes:

Q = 1008 m3/h = 16800 l/minTemperatura = 25 CDensidad del agua () = 0.997 Kg/dm3Presin atomosfrica = 10,030 mcaNSPHr grupo de bombeo = 6 mca

Foto: Cortesa de Bombas BOCSA



Foto: Cortesa de Bombas BOCSA



Esquema de la instalacin obtenido de los planos reales



Se denomina NPSH, a la diferencia entre la presin del fluido a bombear, referida al eje de la bomba, y la tensin de vapor del fluido a la temperatura de bombeo.

NPSH disponible (mca) = (10 x Pa/) Ha Pca (10 x Tv/)

NPSH requerido < NPSH disponible

Siendo:

Pa: Presin atmosfrica (1 bar)Ha: altura geomtrica de la aspiracin (mts)Pca: Perdidas de carga (mts)Tv: Tensin de vapor (bar) (0,323 bar para 25C): densidad del agua (kg/dm3)

NPSH disponible = (10 x Pa/) Ha Pca (10 x Tv/)

(10 x Pa/) = 10 x 1 / 0,997 = 10,03 m.c.a Ha = 0,46 mts (10 x Tv/) = 10 * 0,323 / 0,997 = 0,033 m.c.a

A continuacin pasamos a definir la Perdida de carga en las tuberas (Pca):

Trazado 1- aspiracin individual DN300:

Longitud equivalente accesorios:- tubera 13 mts ----------------------------------------------- 13 mts- 1 vlvula compuerta---------------------------------------- 2 mts- 4 codos 90 ---------------------------------------------------- 24 mts- 1 reduccin DN400X300------------------------------------ 5 mts

TOTAL = 44 Metros


Longitud equivalente accesorios:- tubera 5 mts ------------------------------------------------- 5 mts- 1 vlvula compuerta---------------------------------------- 2 mts- 3 codos 90 ---------------------------------------------------- 24 mts- 1 reduccin DN400X300------------------------------------ 5 mts

TOTAL = 30 Metros

Trazado 3- aspiracin unida DN400:

Longitud equivalente accesorios:- tubera 36 mts ------------------------------------------------ 36 mts- 2 codos 90 ---------------------------------------------------- 16 mts

TOTAL = 53 Metros


www.mantenimientopci.com MorgadoTrazado 4- aspiracin unida DN250:

Longitud equivalente accesorios:- tubera 15 mts ------------------------------------------------ 15 mts- 1 vlvula compuerta---------------------------------------- -- 2 mts- 1 reduccin DN250X200 -------------------------------------5 mts- 1 reduccin DN200X150--------------------------------------5 mts

TOTAL = 27 Metros

Prdidas por metro de tubera, que multiplicadas posteriormente por la longitud equivalente de cada tramo, nos dar la prdida de carga total.

Pm : perdida por metro = 86,1529 x Q1.85(l/min) / diametro int4.87(mm)Pca: perdida carga total = Pm (m.c.a) x longitud equivalente (mts)


- Q1 = 48% de 16800 l/min- Pm = 80641.85 x 6,08 x 10-11 = 0,00103 bar = 0,0103 m.c.a- Pca = 0.0103 x 44 = 0,453 m.c.a


- Q2 = 52% de 16800 l/min- Pm = 87361.85 x 6,08 x 10-11 = 0,00119 bar = 0,0119 m.c.a- Pca = 0.0119 x 30 = 0,357 m.c.a

Trazado 3- aspiracin unida DN400:- Qt = 16800 l/min- Pm = 168001.85 x 1.97 x 10-11 = 0,00129 bar = 0,0129 m.c.a- Pca = 0.0129 x 53 = 0,683 m.c.a

Trazado 4- aspiracin unida DN250 (como son dos aspiraciones en cada bomba semultiplicara por dos esa perdida de carga):

- Qt = 50% 16800 l/min- Pm = 84001.85 x 1.41 x 10-11 = 0,00217 bar = 0,0217 m.c.a- Pca = 0.0217 x 27 = 0,59 m.c.a x 2 aspiraciones = 1,18 m.c.a

TOTAL DE PERDIDAS DE CARGA (mts)

Pca total = 0,453 + 0,357 + 0.683 + 1,18 = 2,674 m.c.a

Volviendo a la formula del calculo del NPSH disponible, sustituimos valores:

NPSH disponible = (10 x Pa/ ) Ha Pca (10x Tv/ )NPSH disponible = 10,03 0,46 2,674 0,033 = 6.89 m.c.a

NPSH disponible (6.89 m.c.a) > NPSH bomba (6 m.c.a)



3.3. AUMENTO DEL NPSHd DISPONIBLE

Para obtener en una instalacin la mxima altura de aspiracin geomtrica, sernecesario reducir al mnimo los parmetros que puedan provocar una disminucin del valor de NPSHd. Para conseguirlo deberemos cumplir los siguientes requisitos:

a) Mantener la temperatura del agua lo ms baja posible. Si el lquido estcaliente, se puede enfriar intercalando un refrigerante en la tubera, con lo que la presin de vapor del lquido disminuye. Tambin se puede conseguir aspirando el lquido en algn punto de la corriente en que est a temperatura ms baja.

b) Aumentando la altura mnima del lquido en el tanque o elevando ste, que en principio parece la solucin ms sencilla. A menudo el elevar el nivel del lquido unos pocos metros permite seleccionar una bomba menos costosa, ms eficiente, un ahorro tanto en el coste inicial, como en el consumo de energa y mantenimiento, que compensarn los costes adicionales.

c) El bajar la bomba permite seleccionar una de velocidad especfica ms alta, menos costosa y ms eficiente. Una variante sera emplear una bomba vertical con el impulsor bajo el nivel del suelo.

d) Aumentando el dimetro de la tubera de aspiracin se reducen las prdidas de carga.

e) Reduciendo las prdidas por friccin en la tubera de aspiracin, que se recomienda en todos los casos; su costo se recupera por las mejoras introducidas en la succin y el ahorro de energa.

f) Tubera lo ms corta posible.

g) Codos con radio de curvatura 2 veces el dimetro.

h) Tubera ascendente hacia la bomba con pendiente entre 0,5 y 2 %.

i) Tuberas de aspiracin hermticas a la presin atmosfrica.

j) El dimetro de la tubera de aspiracin se determinara de acuerdo con la velocidad permisible: 1.8 m/s mximo




3.4. REDUCCIN DE LA NPSHr REQUERIDO

a) Realizando un pulido en el tubo de aspiracin, as como en el ojo del rodete.

b) Para evitar la cavitacin hay que disponer siempre de una lnea de aspiracin amplia, evitando los codos y vlvulas innecesarias, vigilando la temperatura de entrada a la bomba del lquido. En algunos casos se dispone en la lnea de aspiracin de una inyeccin de lquido fro con el nico objeto de reducir la temperatura.

c) Aumentar el dimetro del rodete, solucin que reduce el NPSHr porque disminuye la velocidad de entrada al impulsor.

d) En aquellas situaciones en que el tubo de aspiracin sea demasiado largo, se recurre a rodetes en los que mediante un by-pass se produce una recirculacin del lquido a bombear, que permite trabajar con valores del NPSHr relativamente pequeos.

e) Empleando velocidades de la bomba ms bajas, cuanto ms baja sea la velocidad de la bomba, menor ser el NPSHr. El problema es que, una bomba de baja velocidad es ms costosa y menos eficiente que otra de alta velocidad, por lo que la baja velocidad de la bomba rara vez es la ms econmica.

El valor de NPSHr se deber tomar de los datos facilitados por el fabricante de la bomba.

1. Cuando el caudal suministrado por la bomba se reduce al 25% del caudal ptimo (Qop = 100%), se produce una elevacin del NPSHr (mxima turbulencia ). Este valor va disminuyendo hasta alcanzar un valor mnimo en el punto 1 (40% Qop ).

2. Entre los puntos 1 y 2 (40 y 60% Qop ) el valor de NPSHr se mantiene en su valor mnimo (turbulencia mnima ).

3. A partir del punto 2 ( 60% Qop ),el valor de NPSHr va aumentando progresivamente, alcanzando el punto de mximo valor, cuando el caudal aumenta hasta el 130% de Qop(turbulencia mxima).

El fenmeno de la cavitacin en funcin del caudal


www.mantenimientopci.com Morgado4. SUMERGENCIA

Es la altura (S) de liquido mnima, necesaria sobre la seccin de entrada (vlvula de pie campana, tubo, etc.), para evitar la formacin de remolinos (vortex o vrtices) que puedan afectar al buen funcionamiento de la bomba.

La formacin de estos remolinos se deben principalmente a la depresin causada por:

La bomba. Mala disposicin de la misma en la cmara de aspiracin. Una irregular distribucin del flujo.

Es un parmetro a tener en cuenta en bombas verticales o en tomas de aspiracin vertical. En el caso de bombas verticales, este valor lo proporciona el fabricante.

Desde la parte del este filtro hasta el fondo del depsito, debe haber como mnimo 300 mmDistancias mnimas de la bomba a

las paredes del depsito (* Ver Tabla)

B

B


www.mantenimientopci.com MorgadoDebe respetarse la sumergencia mnima requerida por la bomba con el nivel mnimo del depsito, a a efectos de calcular la capacidad efectiva del mismo.

UNE 23500:2012, Tabla 17, indica las distancias mnimas de la parte hidrulica de la bombas hasta las paredes del depsito.

* La cota D representa el dimetro exterior de la parte hidrulica de la bomba.

B


www.mantenimientopci.com MorgadoEn las bombas verticales, no se emplea el concepto de NPSH, sino el de sumergencia mnima para evitar la cavitacin y es u valor dado por el fabricante.

Otra forma de obtener la sumergencia mnima es conociendo en NPSHr de la bomba proporcinado por el fabricante. Por ejemplo, se utiliza una bomba vertical de dos etapas para impulsar 160 m3/h de agua a 65 C a 20 m, a 1400 m sobre el nivel del mar.

En este caso el NPSHd = Patm + Ha - Pca Pv

Ha = Hz

Pca = 0 (no hay tubera de aspiracin)

Sumergencia = Hz + A

NPSHd = NPSHr de la bomba. Supongamos quesegn las curvas caractersticas a 160 m3/h , el NPSHr= 6,8 m

Patm = 8,67 mca (a 1400 m)

Patm = 8,67 / 0.98 = 8,84 mca (densidadespecfica = 0.98 a 65 C.)

Pv = 2,5 mca (Presin vapor del agua a 65 C)

Hz = 6,8 8,84 + 2,5 = 0,36 mca

Submergence = Hz + A (A = 304 mm valor del fabricante)

Submergence = 2.4 + 0,3 = 2.7 m.

OBSERVACIONES POR FALTA DE SUMERGENCIA

Fluctuaciones de caudal, sin reduccin apreciable en la altura. Ruidos y vibraciones, requerimientos variables de potencia (variacin ampermetro). Formacin de remolinos visibles en la superficie o sumergidos.


Fotos: Cortesa de Peerless Pump Company



5. POTENCIA DE LA BOMBALa potencia a suministrar en el eje de la bomba para elevar un caudal Q a la altura Hm, venciendo las resistencias de carga de las tuberas y rozamientos mecnicos es :

Donde:Pb = Potencia consumida por la bomba (o potencia en el eje de la bomba)Q = Caudal elevado (m3/h)Hm = Altura manomtrica de la bomba Hm (m) = Rendimiento de la bomba, 0< < 1 = Peso epecfico del agua (Kg/dm3)

Para el caso de motores elctricos, la potencia nominal del motor (la mayor potencia suministrada por el motor) para suministrar en el eje de la bomba la potencia Pbvenciendo las prdidas internas del motor es:

QHm367

Pb (CV) =

QHm367

Pb (Kw) =Observacin: 1 HP = 745 W

1 CV = 736 W

Pmot = Pbommot

Motores monofsicos: Pabs (W) =

VICos

Pabs, es la potencia absorbida por la red (el consumo de potencia elctrica)mot, es el rendimiento del motor

Pmot = Pabs motMotores trifsicos: Pabs (W) =

3 VICos



5.1. Consumos

Se expresar en Kw (si es elctrico) o en litros de combustible por hora (si son motores de explosin). Las frmulas a emplear son las siguientes:

Ce = Pt/1,36Cc = Pt x 0,22

Siendo:Ce: Consumo de energa elctrica en Kw.Cc = Consumo de gas-oil en l/h.Pt = Potencia terica del motor.

Ejemplo: Se desean elevar 15 lt/s, con una carga manomtrica total de 25 m y un eficiencia de la bomba de 85% (0,85). La potencia calculada es:

La bomba seleccionada deber tener una potencia mnima de 6 HP, con el propsito de no sobrecargarla durante su funcionamiento.La potencia comunicada a la bomba es proporcionada por una mquina motriz, la cual en su eje, deber entregar una potencia efectiva igual o mayor a la requerida porrozamiento y otras; la del motor se determina por la siguiente expresin:

El valor de la potencia del motor elctrico, indica la potencia absorbida en la red y que es aproximadamente un 20% mayor que las necesidades de la bomba. Esto en atencin a que las eficiencias de los motores elctricos, oscilan alrededor del 84% (=0,84); en cambio los de combustin interna tienen una eficiencia variable, segn su antigedad y forma de utilizacin, siendo substancialmente menor a la de los motores elctricos.La eficiencia promedio de motores a combustin interna depende directamente del caudal y altura dinmica total del sistema situndose cercanos al 60% (=0,60).

HP = 15 x 2575 x 0,85

= 5,9

Potencia motor = Potencia bombamotor


www.mantenimientopci.com Morgado5.2. Relaciones fundamentales de las bombas centrfugas

a) Variacin con la velocidad

Cuando cambia la velocidad con dimetro de rodete constante, varan simultneamente el caudal, presin y potencia segn las leyes de semejanza o leyes de afinidad de acuerdo con las expresiones siguientes.

El caudal que eleva una bomba, aumenta o disminuye proporcionalmente al aumento o disminucin de la velocidad.

La altura manomtrica aumenta o disminuye con el cuadrado de la velocidad.

La potencia absorbida crece o disminuye con el cubo de la velocidad.

El NPSH es proporcional al cuadrado de la variacin de velocidad.

Estas relaciones no se cumplen exactamente si la relacin de velocidad es mayor que 2. Tampoco se cumplen si las condiciones de aspiracin no son adecuadas.

En aquellos casos en que se desee aumentar la velocidad en una bomba, es aconsejable consultar previamente con el fabricante, ya que el aumento de la velocidad puede estar limitado por los motivos siguientes:

Resistencia mecnica del eje y rodamientos, ya que la potencia aumenta.

Resistencia a la presin del cuerpo de bomba, ya que igualmente, aumenta la presin.

Modificacin del poder de aspiracin de la bomba, ya que el mismo no se mantiene proporcionalmente al aumento del caudal.

b) Variacin con el dimetro del impulsor

Suponemos fija la velocidad. Al variar el dimetro del rodete varan proporcionalmente la velocidad tangencial y con ella el caudal, altura y potencia de acuerdo con las expresiones siguientes.



Estas relaciones se pueden aplicar si se hacen slo cambios menores en el dimetro del impulsor (disminucin hasta un 15 20 % del mximo dimetro) y de los alabes.

Slo es posible para impulsores radiales.

En todos los casos se ha supuesto que el rendimiento sea constante, no obstante se producen disminuciones notables del rendimiento.



6. CURVAS CARACTERSTICAS DE UNA BOMBA

El objetivo principal de una instalacin hidrulica no es otro que disponer en punta un chorro de agua de caudal Q y con una velocidad de salida V (m/s). Para conseguir esto, ser necesario que en el punto exista una presin P (que nos fijar la velocidad de salida del agua), y una seccin de salida S (que nos fijar el caudal). El clculo de las prdidas de carga en la red mas desfavorable nos dar la presin necesaria a la salida de la bomba.

Estas condiciones slo se podrn conseguir empleando una bomba de agua. El comportamiento hidrulico de un determinado modelo de bomba viene especificado en sus curvas caractersticas que representan una relacin entre los distintos valores de caudal proporcionado por la misma con otros parmetros como la altura manomtrica, el rendimiento hidrulico, la potencia absorbida y el NPSH requerido. Estas curvas, obtenidas experimentalmente en un banco de pruebas, son facilitadas por el fabricante a una velocidad de rotacin determinada.

Aadiendo las prdidas de carga en la aspiracin ms la altura de la aspiracin, obtenemos la Hmt (altura manomtrica total). La Hmt vara segn el tipo de la bomba y la posicin de la fuente de agua. El caudal y la Hmt determinan la eleccin de la bomba.

Cada constructor propone toda una gama de bombas que se adaptan a cada situacin. Cada tipo de bomba tiene una tabla caracterstica que tiene en cuenta:

Caudal. Hmt. Curvas caractersticas segn el nmero de etapas. Rendimiento. Potencia absorbida. NPSH.

La presin existente a la salida de una bomba que funciona a una velocidad de giro N disminuye a medida que aumenta el caudal que circula por la bomba. Los fabricante nos proporcionan este resultado por medio de grficas.


www.mantenimientopci.com MorgadoEl significado de esta grfica es que la bomba girando a una velocidad N slo podrproporcionar los valores de presin y caudal contenidos en la curva.

Curvas Potencia/Caudal y NPSH/Caudal para una velocidad rpm determinadaEl tipo, forma y construccin del rodete de la bomba influyen de forma importante en la

curva de la bomba.

266 226

0

2

4

6

8 m

0

5

10

15

20

25Ft

Q / NPSH

266

226

236

246

256

20

40

60

80

100

120

0 50 100 150 200 250 300 350 400 m3/h

kW

27

47

67

87

107

127

147

HP

Q / P

Dimetros del Rodete

IN-100/250B 0500.4010/21/01

266

226

236

246

25680

797876

747065

7978

7674

Qmin

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150 200 250 300 350 400 m3/h

m

164

184

204

224

244

264

284

304

324

3440 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800USGPM

FtQ / H

Dimetros del Rodete

Rendimientos %



Estas curvas, obtenidas experimentalmente en un banco de pruebas, son facilitadas por el fabricante a una velocidad de rotacin determinada. El punto de diseo de una bomba lo constituye aquel en el que el rendimiento es mximo. A la hora de seleccionar una bomba nos centraremos en aquellas cuyo punto de diseo esta prximo a las condiciones de trabajo que requerimos.

Ejemplo. Se pide elegir una bomba que aporte un caudal de 10 m3/h y una altura manomtrica total de 80 m.

Entre las familias de bombas escogemos la familia cuyas curvas caractersticas dan el mejor rendimiento para el caudal solicitado. En este caso sera la familia representada por las curvas caractersticas que adjuntamos abajo que dan un rendimiento mximo del 60%.

El punto determinado por el caudal de 10 m3/h y la altura manomtrica de 80 m se sita entre dos curvas. En estos casos siempre escogeremos la curva superior. En este caso la que corresponde a la bomba de modelo KV 32/4 que nos aporta un caudal de 10 m3/h y una altura manomtrica para ese caudal de 85 m. En el nombre del modelo KV 32/4, 4 indica el nmero de etapas o fases.

En la curva vemos que la potencia absorbida por fase es de 0,9 Kw/fase, o sea que para el conjunto ser:

0,9 x 4 = 3,6 Kw = 4,98 CV por lo que el motor que debe ir acoplado a la bomba debe ser de 5 CV.

En la curva caracterstica tambin vemos que la altura prctica de aspiracin es de:

NPSH = 2,9 m. por lo tanto la altura prctica es de 10-2,9 = 7,1 m.



LA ALTURA MXIMA DE ASPIRACIN DE UNALA ALTURA MXIMA DE ASPIRACIN DE UNABOMBA ES DE 7/8 METROS (APROX)BOMBA ES DE 7/8 METROS (APROX)

UNE 23500:2012 exigen que una bomba cumpla la siguiente curva :

A caudal cero, la presin NO debe sobrepasar el 130% de la presin Nominal, y en ningn caso debe superar los 15 bar.

Su NPSHr (al 140% Qn) nunca debe superar 7 mcda.

Esto suceder siempre que la velocidad de giro no vare, puesto que si esto ocurre la curva se desplazar hacia arriba si la velocidad aumenta o hacia abajo en el caso que disminuya. Por lo tanto, aumentando la velocidad de giro implica que para el mismo caudal la bomba dar ms presin, de aqu la importancia de mantener una velocidad de giro constante.



PRESION (Bar)

CAUDAL (l/min)

KW

0 200 400 600 800 1000 1200

60

50

40

30

20

10

15

13

11

9

7

5

3

4200rpm

4000rpm

3800rpm

3600rpm

4200rpm

4000rpm3800rpm

3600rpm

PRESION (Bar)

CAUDAL (l/min)

KW

0 200 400 600 800 1000 1200

60

50

40

30

20

10

15

13

11

9

7

5

3

4200rpm

4000rpm

3800rpm

3600rpm

4200rpm

4000rpm3800rpm

3600rpm

Por ejemplo, si necesitamos una bomba que proporcione un Q = 300 m3/h a 9 bar. La bomba que nos suministre el fabricante debe cumplir la siguiente curva :

P(bar)

Q (m/h)300

9

Punto Nominal

420

6,3

Punto Sobrecarga

11,7

CURVA DE BOMBA SEGN UNE-CEPREVEN.

Debe ser capaz de suministrar 420 m3/h a 6.3 bar, y a caudal cero no debe sobrepasar los 15 bar.

Y la potencia de la bomba debe ser de:

Potencia absorbida (Kw) = Q (m3/h) x P (mcda) x d (Kgr/m3)

367 x (%)



Q: Caudal (300 m/h)P: Presin (9 bar)d: densidad (en agua es 1 Kg/m3).: rendimiento (65 % dato standard).

P (KW) = 113 KW = 154 CV (1 CV = 736 W = 0,736 KW)

Conociendo la curva (QH) y la potencia absorbida se puede determinar el rendimiento de la bomba por medio de la relacin = QH / 270P, en la que P es la potencia en CV, Q el caudal en m3/h, H la altura en metros y el peso especfico del lquido que se mueve en Kg/m3.

= 64.93 %



7. BOMBAS FUNCIONANDO EN PARALELO

Cuando con una sola bomba no es posible lograr el caudal Q deseado, se pueden instalar dos o ms bombas en paralelo que alimenten a una tubera comn. Sin embargo, no basta multiplicar el caudal de una bomba por el nmero de ellas, sino que hay que obtener la curva de funcionamiento del conjunto.

La curva caracterstica comn se obtiene sumando los caudales de cada una de las bombas. Los caudales de la bomba 1 al 50%, 100% y 140% se suman a los caudales obtenidos con la curva de la bomba 2 en los puntos de interseccin con las presiones de impulsin H1, H2 y H3. Los puntos Q1, Q2 y Q3 as obtenidos se unen entre s para formar la curva caracterstica comn de las bombas 1 y 2.

La curva caracterstica comn comienza en A porque por encima de A la bomba 1 an no produce elevacin.

Lo mas conveniente (razones econmicas) es instalar bombas de la misma clase y tamao. En tal caso cada bomba se dimensionar para el mismo caudal 0,5 x Q.

Q1 = Q11 + Q21Q2 = Qn = Q12 + Q22Q3 = Q13 + Q23



Otra posibilidad, es instalar dos bombas con idnticas alturas a caudal nulo H0, pero de capacidades diferentes Q1 y Q2, que trabajan en paralelo en un determinado punto de servicio B alimentando una tubera comn. En tales condiciones, los caudales Q1 y Q2, de las bombas 1 y 2 respectivamente, se suman resultando un caudal total Q1+2 correspondiente a una misma altura manomtrica de cada una de ellas.



8. PROBLEMAS HABITUALES

8.1. CAVITACION

Cuando la bomba opera con una aspiracin excesiva, se desarrolla una presin de succin baja en la entrada de la misma, la presin disminuye hasta que puede crearse un vaco y el lquido se convierte en vapor. Las bolsas de vapor forman burbujas en los alabes del rodete, que se rompen rpidamente, provocando que el lquido golpee el alabes fuertemente, causando el desprendimiento de pequeas partculas del rodete.

Cuando una bomba entra en cavitacin se oye un ruido parecido al batir de arena, causado por la explosin de las burbujas de vapor. Las consecuencias de la cavitacinson: picaduras en los alabes, vibracin y ruidos, desgaste, reduccin de caudal, reduccin de presin y destruccin de la bomba.

Si entra aire en la bomba se produce tambin el efecto de cavitacin. Si hay aire en la aspiraciaspiracinn puede ser por varas causas:

1) No hay placa antivrtice.2) No hay vlvula de purga de aire.3) No se ha instalado reduccin excntrica.4) Hay reduccin excntrica, pero su avance es inferior a 2 x DN.5) Nivel bajo de agua (por debajo del eje de aspiracin).

El fenmeno, conocido como "aspiracin en vaco" o "cavitacin" produce el deterioro de la bomba.

Foto: Cortesa de GlobalSpec, Inc., New York



P

Q

CURVA NORMAL

CURVA CON CAVITACIN

Qn

Pn

1,4 x Qn

0,7 x PnSi se observa la Curva, podemos verificar que

nunca se llega al Caudal de sobrecarga (1,4 x Qn).

Foto: Cortesa de GlobalSpec, Inc., New York



Energa Neta positiva disponible > Energa Neta positiva requerida + margen de seguridad

NPSHr, la E. neta positiva requerida se obtiene de la curva caracterstica de la bomba

La E. neta positiva disponible se obtiene teniendo en cuenta que:

La Presin absoluta en E tiene que se mayor que la tensin de vapor:

PE/ > hv

La cavitacin es tanto ms peligrosa si: Aumenta la temperatura del fluido => Aumenta la presin de saturacin

Aumenta la altitud del lugar => Disminuye la presin atmosfrica Patm Aumenta la velocidad del fluido V2 (al disminuir el dimetro de la tubera) Aumenta la altura geomtrica que asciende el fluido Ha



8.2. INCORRECTO NPSH

Si el NPSHr requerido es muy alto, jams llegaremos al punto de SOBRECARGA, para evitar problemas con el NPSHr de la Bomba debemos actuar sobre los siguientes puntos:

1.- Velocidad mxima en la ASPIRACIN no sobrepasara los 1,8 m/s, aconsejando una velocidad de 1,5 m/s.

2.- No se instalarn CODOS en las ASPIRACIONES.

3.- La distancia mxima entre Depsito y Sala de Bombas no ser superior a 5 mts.

4.- El NPSHr de la Bomba en el PUNTO DE SOBRECARGA, no ser superior a 7 mcda.

5.- El avance de la Reduccin EXCNTRICA ser 2 x DN (ASPIRACIN).

6.- La PLACA ANTIVORTICE se situar, respecto al nivel suelo, entre 150 mm (mnimo) y 200 mm., de est forma no ahogamos la aspiracin de la Bomba.

P

Q

CURVA NORMAL

CURVA CON NPSH ALTO

Qn

Pn

1,4 x Qn

0,7 x PnSi se observa la Curva, podemos verificar que

nunca se llega al Caudal de sobrecarga (1,4 x Qn).

Si el NPSHr es muy elevado, en caso de fuego de grandes dimensiones y que la bomba pueda dar un caudal cercano al de sobrecarga, la curva caer en picado pudiendo quedar el sistema fuera de servicio.

8.3. EFECTOS DE LA FORMA DEL RODETE

La construccin del RODETE de la bomba afecta de forma importante en los Rendimientos de la Bomba. Si la Curva de la BOMBA PCI, no llega al PUNTO DE SOBRECARGA, puede ser por un incorrecto diseo del RODETE. Por ello es FUNDAMENTAL, solicitar al fabricante de las Bombas la PRUEBAS en BANCADA y que nos suministres las curvas para el tipo de rodete empleado.



Curvas caractersticas en funcin del tipo de rodete

8.4. INVERSIN DEL SENTIDO DE GIRO

Una de las causas de que la bomba proporcione una presin de impulsin insuficiente es un sentido de giro incorrecto.


www.mantenimientopci.com Morgado9. MANTENIMIENTO

9.1. CIERRES Y EMPAQUETADURAS

s/ UNE 23500:2012, no se permite el empleo de sellos mecnicos en las bombas de proteccin contra incendios.

9.1.1. EMPAQUETADURAS

Se llaman empaquetaduras a ciertos dispositivos cuyo fin es proporcionar un cierre que reduzca la cantidad de lquido que se pierde por fugas en los ejes. Esa empaquetadura no est diseada para crear una total estanqueidad, ya que estas mismas fugas sirven para lubricar las partes mviles y fijas en contacto.

Las formas ms simples de empaquetaduras estn formadas por varios anillos de un material flexible insertados dentro de una cmara circular que se llama caja de empaquetaduras. Un anillo circular que se mantiene mediante pernos ajustables, ejerce presin contra los anillos, apretndolos fuertemente contra el eje. Si el lquido que se maneja no es apto para la lubricacin, sta se consigue mediante un aceite que se suele introducir hacia la mitad de la caja de prensaestopas o de empaquetaduras y es el que lubrica el eje.

Lado de propulsin

Prensaestopas

Liquido

Liquido

Empaquetadura

Lado del impulsor

Prensaestopas

Trenzas de la empaquetadura

Anillo de linterna



Para controlar las fugas de empaquetaduras hay que tener en cuenta las siguientes reglas:

a) Las empaquetaduras nuevas se hinchan cuando su humedecen o calientan, por lo que hay que aflojar el casquillo de cierre para disminuir la presin.

b) No incrementar la presin en la empaquetadura bruscamente, apretando los pernos del casquillo por igual.

Las empaquetaduras bien ajustadas y en buen estado permiten un goteo entre 20 y 60 gotas por minuto. Si fuga en excesivo; dejar 10 minutos para que se asiente; apretar el prensaestopas 1/6 de vuelta y volver a dejar 5 minutos.

Para conseguir un escape aceptable de lquido, se pueden seguir dos caminos:

a) Instalar pocas estopas y aumentar la tensin sobre el prensaestopas.

Si se aumenta el apriete sobre el prensaestopas, el rozamiento entre empaquetadura y eje sera muy alto y al cabo de cierto tiempo ste quedara muy rebajado como consecuencia del desgaste; la vida de la empaquetadura sera muy corta.

b) Instalar un gran nmero de estopas y someter al prensaestopas a una baja tensin.

Deben aflojarse los prensaestopas, hasta que se produzca un ligero goteo desde el momento del arranque entre 20 y 60 gotas por minuto.

Cambio de las empaquetadurasa) Una vez aflojado el prensaestopas, extraer la empaquetadura desgastada y limpiar el interior de la cajera, as como la superficie del eje o casquillo de desgaste en la zona afectada (Fig 10.a).

b) Si se ha desmontado totalmente la bomba, eliminar las rayas y hendiduras producidas por un apriete excesivo, y controlar la concentricidad del eje con la cajera.

c) Cortar la empaquetadura nueva formando tantos anillos como se necesiten. Los cortes, vistos desde arriba, se podrn realizar rectos o inclinados a 45.



d) El entramado en V de la empaquetadura debe disponerse de tal forma que apunte en contra del sentido de rotacin del eje.

e) Cuidar que los cortes o uniones de los anillos queden girados 90 120 entre s.

f) Es conveniente en el montaje dejar un pequeo juego de 0,5 mm en el corte de la empaquetadura.

g) Colocar los anillos uno a uno apretndolos contra el fondo, pero sin forzar. La introduccin de los anillos se efectuar con los extremos de corte alternados 90.

h) Una vez introducida la empaquetadura, verificar que el eje gira libremente, sin puntos duros. El prensaestopas no debe penetrar toda su longitud libre. En caso necesario, habr que introducir ms anillos.

Diversos tipos de cajas prensaestopas:

Por construccin, en un buen nmero de bombas, la caja prensaestopas se encuentra situada en zona de aspiracin, por tanto, si no se guarda ninguna precaucin, puede producirse la penetracin de aire afectando al normal funcionamiento de la bomba, incluso provocando el descebado de la misma. En previsin de esta anomala, se dota a las bombas de un sellado hidrulico, por el cual existe una presin de lquido en la cajera prensaestopas igual a la de la zona de impulsin, con lo que y en gran parte, el problema queda eliminado.



9.1.2. SELLOS MECNICOS

Los cierres mecnicos estn sustituyendo paulatinamente a los sistemas de empaquetaduras; su principal ventaja sobre stas radica en la reduccin de las fugas o prdidas. Su uso por ahora est limitado para bombas en las condiciones de temperatura y presin inferiores a 250 C y 35 kg/cm2, an cuando su diseo y duracin van mejorando continuamente.

Lubricacin



La principal desventaja de los cierres mecnicos, es el hecho de que una vez que empiezan a perder lquido no hay forma de cortar la fuga. Para cortarla hay que parar la bomba y la reparacin lleva un tiempo mayor que el que se necesitara para reparar un cierre de empaquetaduras, por lo que el uso de cierres mecnicos est justificado slo cuando se pretenda una reduccin de prdidas de lquido.

Un cierre mecnico consta de un anillo que gira con el eje mantenido por la presin de un muelle contra anillo o asiento estacionario que suele ser de carbn.

La duracin de los sellos mecnicos es imprevisible u depende de varios factores como son: el poder de refrigeracin/lubrificacin del lquido, agresividad, abrasin, temperatura, presin, etc. Tan diferentes condiciones de servicio no permiten dar datos concretos. En ningn caso los cierres mecnicos trabajarn en seco, pues su deterioro se producir de forma instantnea.

Si la bomba lleva sello mecnico no existir goteo. En algunas circunstancias, durante su asentamiento o adaptacin, pueden presentarse ligeras fugas. Durante la puesta en marcha puede presentarse una breve fuga elevada. En el caso de que dicha fuga persistiera, habra que parar el grupo y determinar la causa. Las causas pueden ser entre otras, suciedad del medio bombeado o marcha previa en seco debida a una incompleta purga de aire de la bomba.

Para acceder al cierre mecnico es necesario desmontar la bomba (los cuerpos deaspiracin e impulsin de la bomba).En las ejecuciones normales basta con separar los soportes de rodamientos proceder de la siguiente forma:

- Soltar las tapitas de cierre. Al extraerlas sale con ellas la cara fija del cierre mecnico.

- Quitar la fijacin de la camisa .Dicha fijacin se realiza habitualmente de 3 formas: Tuercas roscadas al eje CirclipRoscado de la camisa al eje

- Al extraer la camisa saldr montada sobre sta la parte mvil del cierre mecnico.



Comprobar peridicamente la temperatura de los rodamientos, aadiendo o renovando el medio lubricante segn lo indicado en el apartado de mantenimiento. La temperatura normal puede llegar a ser hasta 40 C superior a la temperatura ambiente, pero nunca debe sobrepasar los 90 C. Una falta de grasa en el soporte de rodamientos puede dar lugar a una falta de lubricacin de los retenes con lo que estos rozaran en seco contra el eje. Este rozamiento puede conducir a una elevacin de temperatura del eje que provoque la ignicin. Para evitar esto se realizarn controles peridicos del nivel de grasa en el soporte de rodamientos. Se recomienda utilizar grasa de lubricacin de base ltica con aditivos antioxidantes, de consistencia 2, segn DIN-51502 K2K.

Carter de aceite

Foto: Cortesa de Drotec Bombas Industriales

Rodamiento



Clasificacin ISO para aceites industriales

La norma ISO 3448 (ASTM D 2422) clasifica los aceites industriales, con una aplicacin que se extiende a nivel mundial. Esta clasificacin divide los aceites segn su viscosidad cinemtica, mediad en Centistokes (cst) a 40 C de temperatura. Los agrupa en grados que abarcan unos rangos concretos de viscosidad. Se indica ISO VG seguido del nmero correspondiente al grado de viscosidad.

Observaciones:(I) Valores tomados de la norma ISO 3448 y ASTM D 2422-75. Los grados ISO VG corresponden al promedio de los extremos del rango de viscosidades medidas a 40 y expresadas en cSt.

Los aceites empleados para rodamientos, cajas de engranajes y ejes en bao de aceite, son los siguientes: Nivel de calidad USS 224. Especificacin DIN 51.517. Clasificacin CLP 150 UG-68.

9.2. ACEITES PARA RODAMIENTOS GRUPOS DE PRESION PCI

Los lubricantes con el Nivel de calidad US 224 (DIN 51.517) y Clasificacin GLP ISO UG-68 estn diseados para engranajes que trabajan en servicio severo, en una gran variedad de aplicaciones industriales donde prevalecen las condiciones de extrema presin.

Estos aceites han sido formulados para cumplir con los requisitos exigidos para lubricantes de engranajes industriales, el U.S. Steel N 224, AGMA EP (250.04) y el DIN 51517 Parte 3 CLP).

Se recomiendan para la lubricacin de cojinetes planos y antifriccin (rodamientos) yengranajes industriales que operan en condiciones de servicio extrapesado.

Estos lubricantes se pueden aplicar por sistemas de neblina y son apropiados para lalubricacin de cojinetes con sistemas de circulacin de aceite.

3 - bombas pci manual

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