En este articulo aprenderemos los aspectos de diseño de las bombas centrífugas, específicamente aprenderemos cómo seleccionar una bomba centrífuga y un motor para bombear fluido a una velocidad especificada para un sistema dado. Antes de entrar en la parte de diseño, ampliaremos los conocimientos teóricos obtenidos en el primer video de manera más práctica.
Hemos discutido que la energía desarrollada por una bomba de curva hacia atrás disminuye linealmente con el caudal, pero esto es teóricamente la energía máxima posible obtenida asumiendo que la potencia de entrada del eje se transforma en energía del fluido. Esto solo es cierto para casos ideales, en la práctica habrá muchas pérdidas de energía asociadas con el caudal de la bomba.
Una de las principales pérdidas de energía se debe al efecto de fricción en el flujo, esta pérdida aumenta cuadráticamente con la velocidad. Una pérdida similar ocurre cuando hay una expansión o contracción repentina, la magnitud de esto también es proporcional al cuadrado de la velocidad, por lo que la curva de la cabeza bajará de esta manera. Esta es la razón por la que siempre intentamos transformar la parte dinámica de la energía del fluido en una parte estática en una bomba centrífuga.
Además, debido al efecto de la recirculación en el flujo, cuando el flujo está por debajo del caudal de diseño, las pérdidas de recirculación se vuelven predominantes. Cuando la bomba opera a su caudal de diseño, la pérdida de recirculación es casi cero. Si hay una diferencia en el ángulo de las palas y el ángulo del flujo, causará una pérdida adicional. Aquí, la pérdida de energía ocurre debido al impacto del flujo y al efecto de recirculación, esto es prominente nuevamente en condiciones de flujo fuera del diseño, por lo que tiende a tener pérdidas más altas a medida que nos alejamos del punto de velocidad de diseño.
Las pérdidas de energía que hemos discutido hasta ahora, que reducen la cabeza del flujo, se conocen como pérdida hidráulica. Entonces, esta será la curva de la cabeza efectiva en función del caudal. La forma podría ser cualquier cosa, dependiendo de los parámetros de la bomba, tales curvas se conocen como curvas de rendimiento de la bomba. Tenga en cuenta que es bastante difícil determinar la curva de rendimiento de una bomba teóricamente, más bien se determinan experimentalmente.
Usando la curva de rendimiento de la bomba, se puede predecir fácilmente la presión generada por la bomba aplicando la ecuación de energía en ella. Ahora veremos cuánta potencia está ganando el fluido a partir de la potencia de entrada de la bomba o la potencia del eje. La potencia ganada por el fluido será menor que la potencia suministrada. Uno de los factores principales es la pérdida hidráulica, como discutimos.
Otros factores son la pérdida volumétrica y la pérdida mecánica. Por lo tanto, la eficiencia de una bomba se puede definir como la potencia ganada por el fluido dividida por la potencia suministrada a la bomba. Para una bomba centrífuga típica, la eficiencia variará de esta manera, la variación correspondiente de la potencia del eje es la siguiente. Se puede observar que hay un punto de operación en la bomba donde la eficiencia es máxima, se conoce como punto de máxima eficiencia. Está marcado en la curva de la cabeza.
De regreso a la pregunta básica de cómo seleccionar una bomba centrífuga para esta aplicación, la condición principal es que el fluido debe bombearse a una velocidad de flujo particular a una altura especificada. Las características de rendimiento del sistema se dan en una curva del sistema, es decir, cómo varía la caída de presión en el sistema con el caudal. Dependiendo de las pérdidas menores y las pérdidas mayores en la red, esto podría variar de esta manera.
Tenga en cuenta que la curva del sistema cambiará drásticamente dependiendo de la apertura de la válvula. Supongamos que esta es la curva del sistema en una apertura de válvula particular, el caudal requerido está marcado aquí, el punto de operación de la bomba será el punto de intersección de la curva del sistema y la curva de rendimiento de la bomba. Por lo tanto, dependiendo de la selección del impulsor, la bomba podría operar en cualquier lugar aquí, pero tenemos el requisito de un caudal especificado, de todos estos puntos de operación, este es el más cercano al caudal requerido, por lo que seleccionaremos este impulsor.
En el mismo gráfico, podemos representar las curvas de eficiencia. También se puede determinar la eficiencia en la condición de operación. La potencia del eje requerida se puede calcular usando esta ecuación, esto llevará a la selección adecuada del motor. Esta bomba funcionará bien si puede superar un problema más, un problema de cavitación. Aprenderemos cómo diseñar contra la cavitación en un video separado y detallado.
