Teoría de bombas.

Dimensionamiento de bombas.

Curvas características:

Es de todo conocido la importancia que tiene el saber interpretar de modo preciso las curvas características de una bomba centrífuga. Son muchos los problemas que pueden venir asociados a una bomba centrífuga y el tratar de resolverlos de la manera más eficientemente posible.[1]

En el manual de la bomba deberíamos encontrar las diversas curvas asociadas a la bomba y, por supuesto, el punto de trabajo en el cual debemos mantener a nuestra bomba para que funcione como está previsto. El conocimiento y buena interpretación que tengamos de estos gráficos nos aportará la información necesaria para una correcta toma de decisión a la hora de resolver nuestro problema. En última instancia es el fabricante el que se encarga de trazar las curvas características de sus bombas, veamos cuál es el procedimiento para graficar los parámetros de funcionamiento de una bomba centrífuga.

Para la obtención de las curvas de una bomba se construyen bancos de prueba y ensayo equipados con todo lo necesario para ello.

Se deben monitorizar las presiones de aspiración e impulsión de la bomba, debe existir un medio de regulación del caudal de salida de la bomba y, por supuesto, los medios necesarios para la medición del caudal que suministra la bomba. Por otro lado se conocerán los datos físicos de la instalación como velocidad del impulsor, diámetro de este, altura neta disponible en la aspiración, etc. El fluido bombeado será agua a temperatura ambiente.

Consideremos Ps la presión en la brida de aspiración de la bomba y Pd la presión en la brida de impulsión. Primeramente se arranca la bomba con la válvula de descarga totalmente cerrada, es decir Q = 0, obteniéndose la presión entregada por la misma, que será la presión de descarga Pd menos la presión de aspiración Ps. Con esta presión diferencial y siendo (γ) el peso específico del líquido bombeado (agua a temperatura ambiente), se obtiene la altura manométrica entregada por la bomba a través de la fórmula:

H=Pd−Psγ

………(¿)

Esta altura, conocida normalmente como altura “shut-off”, es la altura desarrollada por la bomba con caudal nulo Q0, la llamaremos H0. Seguidamente abrimos parcialmente la

válvula reguladora de caudal obteniendo un nuevo valor en el transmisor de caudal que llamaremos Q1, igualmente obtendremos las nuevas presiones a la entrada y salida de la bomba. Podemos así, calcular el nuevo valor para la altura desarrollada por la bomba que llamaremos H1. Se abre un poco más la válvula, obteniéndose un nuevo caudal Q2 y una altura H2 de la misma forma anteriormente descrita.

Si realizamos el proceso varias veces, obtendremos una serie de puntos que nos ayudarán a graficar la primera curva característica de la bomba. Colocando en el eje de abscisas los valores correspondientes de caudal y en el eje de ordenadas los correspondientes a las alturas manométricas tendremos algo parecido a la siguiente figura.

Gráfico #: Puntos obtenidos sobre una gráfica H vs Q.

Uniendo todos los puntos trazamos una curva Q-H característica de la bomba ensayada, para una velocidad de giro constante y diámetro de impulsor determinado. Moviéndonos a través de ella obtendremos la altura manométrica total H, suministrada por la misma, cuando estamos bombeando un caudal Q determinado.

Gráfico #: Curva H vs Q.

Tenemos que tener en cuenta que esta curva así obtenida es sólo para un determinado diámetro de impulsor, si usamos un diámetro distinto, la curva obtenida será distinta. Normalmente, en una misma bomba podemos usar distintos diámetros de rodete, así, el fabricante debería suministrar junto con la bomba, no una curva, si no una familia de curvas en función de los diámetros D diferentes de impulsor a utilizar.

Gráfico #: Curva H vs Q, integrando el diámetro.

La curva característica a considerar de nuestra bomba es la curva NPSHr (Net Positive Suction Head) o altura neta positiva de aspiración requerida, en función del caudal Q. Esta curva representa la energía mínima necesaria que el líquido bombeado debe tener, medida en la brida de aspiración de la bomba como altura absoluta de líquido, para garantizar su funcionamiento. Es una característica propia de la bomba que puede ser obtenida solamente en forma experimental en los bancos de prueba de los fabricantes. Su fin práctico es el mantener en la entrada del rodete la presión de aspiración por encima de la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo. Ampliaré mas este tema cuando os hable del fenómeno de la cavitación. La forma de esta curva es la representada en la siguiente figura.

Gráfico #: Curva NPSHr vs Q.

Memorias de cálculo, poner en anexos:

Memorias de cálculo del dimensionamiento de las bombas:

-Bombas a tanques de almacenamiento de reactivos:

Cantidad de bombas para los tanques 3Presion (kg/cm2) 1H (m) 23 Q (gal/min) 3.02

Tabla #: Condiciones de la corriente.

Gráfico #: Selección de modelo de bomba.

Gráfico #: Selección de impulsor de bomba.

-Bombas de transferencia al reactor, bomba de transferencia a DT-100-C y bombas de transferencia al reactor:

Corrientes 2 Corrientes 7 Corrientes 4

Cantidad de bombas al reactor 1

Cantidad de bombas de transferencia DT-100 1

Cantidad de bombas de transferencia al reactor 1

Presion (kg/cm2) 5Presion (kg/cm2) 4 Presion (kg/cm2) 5

H (m) 60 H (m) 60 H (m) 60

Q (gal/min) 11.2 Q (gal/min) 10.3 Q (gal/min) 9.50Tabla #: Condiciones de la corriente 2 y 7.

Gráfico #: Selección de modelo de bomba.

Gráfico #: Selección de impulsor de bomba.

-Bomba de recirculación:

Corrientes 10 8Cantidad 1 1Presión (kg/cm2) 2 2H (m) 20 20Q (gal/min) 7.2 6.48

Tabla #: Condiciones de la corriente 10 y 8.

Gráfico #: Selección de modelo de bomba.

Gráfico #: Selección de impulsor de bomba.

- Bombas de transferencia a tanque de almacenamiento de metanol.

Corrientes 11Cantidad de bombas 1Presion (kg/cm2) 3H (m) 35Q (m3/s) 0.00014727

Tabla #: Condiciones de la corriente 11.

Gráfico #: Selección de modelo de bomba.

Gráfico #: Selección de impulsor de bomba.

- Bomba de transferencia a intercambiador de calor en reactor.

Corrientes 28Cantidad 1Presion (kg/cm2) 2H (m) 20Q (gal/min) 19.4

Tabla #: Condiciones de la corriente 28.

Gráfico #: Selección de modelo de bomba.

Gráfico #: Selección de impulsor de bomba.

- Bombas de transferencia a tanque de almacenamiento de acetato de butilo:

Corrientes 9Cantidad 1Presión (kg/cm2) 6H (m) 65Q (gal/min) 4.32

Tabla #: Condiciones de la corriente 9.

Gráfico #: Selección de modelo de bomba.

Gráfico #: Selección de impulsor de bomba.

- Bomba de transferencia a condensador DT-100-A

Corrientes 13Cantidad 1Presión (kg/cm2) 4H (m) 40Q (gal/min) 35.92

Tabla #: Condiciones de la corriente 13.

Gráfico #: Selección de modelo de bomba.

Gráfico #: Selección de impulsor de bomba.

- Bomba de transferencia a condensador DT-100-B y bomba de transferencia a condensador DT-100-C.

Corrientes 15 Corrientes 17Cantidad de bombas DT-100-B 1 Cantidad de bombas DT-100 C 1Presion (kg/cm2) 4 Presion (kg/cm2) 4H (m) 40 H (m) 40Q (gal/min) 26.44 Q (gal/min) 21.85

Tabla #: Condiciones de la corriente 15 y 17.

Gráfico #: Selección de modelo de bomba.

Resultados:Para dimensionar las bombas se utilizaron las curvas de especificación del manual: “Bombas centrífugas de succión final serie NPE” de la marca Gould (las curvas pueden ser encontradas en los anexos de este reporte).

Uso de la bomba Cantidad Carga dinámica

total H (m)

Modelo de

bomba

Potencia (Hp)

Bombas a tanques de almacenamiento de reactivos

3 23Gould NPE

1ST-3500 RPM

½ Hp

Bomba de recirculación2 20

Gould NPE

1ST-3500 RPM

½ Hp

Bombas de transferencia a tanque de almacenamiento de metanol

1 35

Gould NPE

1ST-3500 RPM

¾ Hp

Bomba de transferencia a intercambiador de calor en reactor

1 20

Gould NPE

1ST-3500 RPM

¾ Hp

Bomba de transferencia a condensador DT-100-B y bomba de transferencia a condensador DT-100-C 2 40

Gould NPE

1ST-3500 RPM

1 ½ Hp

Figura #: dimensiones para bomba NPE 3500 RPM.

Tabla #: Dimensiones de las bombas NPE Gould.

Las siguientes bombas se adaptaron más al modelo “3656/3756 S- Group” de la marca Gould.

Uso de la bomba Cantidad Carga dinámica

total H (m)

Modelo de

bomba

Potencia (Hp)

Bombas de transferencia al reactor, bomba de transferencia a DT-100-C y bombas de transferencia al reactor

3 60Gould

3656/3756 S- Group

5 Hp

Bombas de transferencia a tanque de almacenamiento de acetato de butilo

1 65Gould

3656/3756 S- Group

5 Hp

Bomba de transferencia a condensador DT-100-A 1 40

Gould 3656/3756 S- Group

3 Hp

Figura #: dimensiones para bomba Gould 3656/3756 S- Group.

Tabla #: Dimensiones de las bombas Gould 3656/3756 S- Group (en pulgadas y libras).

Conclusiones de dimensionamiento de bombas:

Las bombas son una de los equipos más utilizados en la industria debido a la necesidad de transportación de los líquidos en un proceso, el dimensionamiento de estas es muy importante ya que es una justificación clara para el cliente de porque se compro ese equipo y no otro, además de poder ahorrar costos comprando las bombas con la capacidad necesaria.

Recomendaciones:Es importante sobredimensionar las capacidades de las bombas, ya que esto nos asegura que las bombas tendrán la capacidad de operar sin complicaciones.

Referencias:

[1] McNaughton Kenneth, Bombas selección, uso y mantenimiento, 1era edición, Editorial: Mc Graw-Hill, 53500 Edo. México, ISBN 968-422-036-7.

[2]Tema consultado: NPE SERIES END SUCTION CENTRIFUGAL PUMPS, página: http://documentlibrary.xylemappliedwater.com/wp-content/blogs.dir/22/files/documents/2011/04/BNPE.pdf

Fecha de consulta:25/10/2013

[3] Tema consultado: Goulds Pumps

3656/3756 S-Group

Cast Iron, Bronze Fitted Centrifugal Pumps página:http://c0028703.cdn1.cloudfiles.rackspacecloud.com/Web%20Site%20Content/Commercial/Cast%20Iron%20Centrifugals/3656-3756%20S%20Group%20End%20Suction%20Centrifugal/3656-3756%20S%20Group%20End%20Suction%20Centrifugal%20Pumps.pdf

Fecha de consulta:25/10/2013