Bombas Centrifugas 2-Altura

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.


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


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.

+ +


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.


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


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.


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.


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.


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.


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


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


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.

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