Introducción
Un gráfico de curvas de bomba es una representación gráfica que ilustra las características de rendimiento de una bomba. Proporciona información sobre el funcionamiento de una bomba en diferentes condiciones, lo que ayuda a los usuarios a comprender la eficiencia y las capacidades de la bomba. Es fundamental para determinar el tamaño y la selección de una bomba.
Las curvas de bomba existen desde hace mucho tiempo y contienen mucha información, por ejemplo, la altura, el flujo, la eficiencia y el consumo de energía. Una curva de bomba típica contiene cuatro trazados de datos principales en un gráfico o gráficos XY:
Altura dinámica total
La altura dinámica total (TDH, sigla en inglés) describe la energía total que debe superar una bomba para mover un fluido de un punto a otro dentro de un sistema de tuberías. Es la suma de lo siguiente:
- Altura estática: distancia vertical entre la superficie de la fuente de líquido y la bomba.
- Altura de presión: la energía de presión en el sistema, tanto de succión (presión negativa) como de descarga (presión positiva).
- Altura de fricción: la energía perdida debido a la resistencia que encuentra el fluido que fluye a medida que se mueve por el sistema.
La altura dinámica total suele expresarse en unidades de longitud, como metros y pies. Se utiliza para determinar el punto de funcionamiento de la bomba, ya que esta debe poder suministrar la energía suficiente para superar la TDH en el sistema para garantizar una circulación adecuada del fluido.
La altura dinámica total se representa en el eje vertical Y del gráfico.
Flujo
El flujo se refiere al volumen de fluido que la bomba puede mover por el sistema por unidad de tiempo. Suele medirse en galones por minuto (gpm), litros por segundo (l/s) o metros cúbicos por hora (m3/h).
La velocidad de flujo depende de la capacidad de la bomba para crear una diferencia de presión, o altura, que impulse el fluido por el sistema. El gráfico de curvas de bomba ilustra cómo cambia el flujo de la bomba a diferentes niveles de altura.
El flujo se representa en el eje horizontal X del gráfico.
Consumo de energía
El consumo de energía es la cantidad de energía necesaria para que la bomba funcione en su punto de trabajo. Suele medirse en unidades de caballos de fuerza.
El consumo de energía se representa en el eje vertical Y del gráfico.
Altura de succión positiva neta necesaria
La altura de succión positiva neta necesaria (NPSHr, sigla en inglés) es la presión mínima requerida por encima de la línea de succión para evitar problemas de cavitación al flujo seleccionado. Suele medirse en pies o metros.
Para evitar la cavitación, la NPSHr debe ser siempre inferior a la altura de succión positiva neta disponible (NPSHa, sigla en inglés) proporcionada por el sumidero. La NPSHa representa la altura de succión total disponible en la entrada de la bomba y se calcula como la diferencia entre la altura de succión total y la altura de presión de vapor. Cuando la NPSHa es mayor que la NPSHr, es menos probable que se produzca cavitación en la bomba.
La NPSHr se representa en el eje vertical Y del gráfico.
Conclusión
Los datos de altura dinámica total, flujo, consumo de energía y NPSHr, junto con los rangos de eficiencia y velocidad, se trazan en un gráfico XY denominado curva de la bomba. El formato de las curvas de bomba puede variar de un fabricante a otro, pero los principios de todas las curvas de bomba son los mismos. En algunos casos, la información se muestra en un gráfico con varias etiquetas en el eje vertical Y (altura dinámica total, consumo de energía y NPSHr) y el flujo se representa en el eje horizontal X, ya que es el denominador común.
En otros casos, la información se muestra en tres gráficos: uno que representa la altura dinámica total y el flujo, otro que representa el consumo de energía y el flujo, y el tercero que representa la NPSHr y el flujo.
Como parte de los gráficos, se superponen el rango de velocidades y los puntos de eficiencia de la bomba. La información sobre velocidad y eficiencia procede de pruebas exhaustivas que llevó a cabo el fabricante de la bomba. Esto permite a una persona utilizar la altura dinámica total y el flujo de la aplicación para evaluar diferentes bombas y seleccionar la mejor opción para su operación.
Una vez determinada la altura dinámica total y seleccionado el flujo deseado, es fácil encontrar información sobre la curva de la bomba.
Considere una curva de bomba con tres gráficos.
1. Encontrar el punto de trabajo de la bomba
En primer lugar, identifique los ejes del gráfico que representen la altura dinámica total y el flujo. El eje vertical (eje Y) representa la altura dinámica total medida en pies o metros. El eje horizontal (eje X) representa el flujo del fluido bombeado medido en galones por minuto, litros por segundo o metros cúbicos por hora.
Por ejemplo, considere una aplicación con una altura dinámica total de 25' y un flujo de 1.000 gpm. Trace una línea horizontal (que se muestra con líneas discontinuas rojas en la imagen a continuación) a través del gráfico en la altura dinámica total conocida, que es 25'. Luego trace una línea vertical (que se muestra en amarillo a continuación) a través del gráfico en el flujo conocido, que es 1.000 gpm. El punto de intersección de las dos líneas es el punto de trabajo de la bomba.
2. Identificar el rango de eficiencia de la bomba
La eficiencia es la relación entre la potencia útil producida y la potencia de entrada. La curva de bomba muestra la eficiencia de la bomba como diferentes puntos de funcionamiento. El punto más alto de eficiencia de la curva, denominado punto de mejor eficiencia (BEP, sigla en inglés), representa las condiciones óptimas de funcionamiento de la bomba.
El gráfico que representa la altura dinámica total y el flujo también presenta líneas curvas ascendentes que ilustran la eficiencia (medida en porcentaje). El punto de trabajo de la bomba, determinado por la intersección de la altura dinámica total y el flujo, debe situarse dentro de uno de los rangos de eficiencia indicados.
En el ejemplo siguiente, el punto de trabajo de la bomba se encuentra dentro del rango de eficiencia del 69 %, lo que se considera una selección ideal.
Si el punto de trabajo se encuentra en el lado derecho de la curva de eficiencia que se muestra, la bomba se considera generalmente fuera de rango. Con la misma TDH, un flujo mayor podría causar importantes problemas de bombeo. Evite “operar en el lado derecho de la curva” en la mayoría de las circunstancias.
3. Identificar la velocidad necesaria de la bomba
El gráfico que representa la altura dinámica total y el flujo también presenta líneas curvas horizontales que ilustran la velocidad (medida en rpm). La velocidad es la rapidez con la que debe funcionar la bomba para alcanzar el punto de trabajo. El punto de trabajo de la bomba, determinado por la intersección de la altura dinámica total y el flujo, debe situarse dentro de uno de los rangos de velocidad indicados.
En el ejemplo siguiente, la velocidad de la bomba para el punto de trabajo determinado está entre 450 rpm y 600 rpm a aproximadamente 500 rpm (que se muestra en naranja).
4. Determinar la potencia en caballos de fuerza necesaria
Utilizando la información de este primer gráfico, puede utilizar los datos del siguiente gráfico que representa el consumo de energía y el flujo para determinar la potencia en caballos de fuerza que será necesaria para hacer funcionar la bomba en su punto de trabajo.
En primer lugar, trace una línea vertical a través del flujo conocido (que se muestra en amarillo), que, utilizando el ejemplo anterior, es de 1.000 gpm. Luego trace una línea horizontal (que se muestra en azul) a 500 rpm en el eje Y, que es la velocidad de funcionamiento determinada en el primer gráfico. El punto de intersección de la línea horizontal con el eje Y es la potencia en caballos de fuerza necesaria, que en este ejemplo es de 10 HP.
Cómo afecta la gravedad específica el tamaño y la selección de bombas
Tenga en cuenta que el gráfico de consumo de energía representa la potencia necesaria para hacer funcionar la bomba solo con agua; no muestra el impacto del bombeo de una pulpa más pesada. El bombeo de material más denso que el agua, como una pulpa de áridos, puede necesitar más potencia para recorrer la misma distancia. La gravedad específica de la pulpa se utilizará para ajustar la potencia necesaria para la aplicación.
Como 12,3 no es una potencia estándar, redondee hasta el siguiente intervalo, que en este caso sería 15. Por lo tanto, la potencia necesaria para que la bomba funcione en su punto de trabajo con una pulpa de arena y agua al 14 % de sólidos sería de 15 HP.
Cómo afecta la viscosidad el tamaño y la selección de bombas
La viscosidad es una de las propiedades físicas más reconocidas de un fluido que influye en el funcionamiento de una bomba. La viscosidad mide la resistencia a la energía de corte, como en una bomba centrífuga. A temperatura ambiente, la miel presenta una resistencia interna elevada al flujo y se considera que tiene una viscosidad alta. Un líquido de viscosidad baja posee una resistencia interna baja al flujo, como el agua a temperatura ambiente.
Los efectos de la viscosidad aparecen en el cálculo de las pérdidas por fricción en un sistema de proceso de fluidos y deben tenerse en cuenta para elegir bien una bomba. En general, una bomba centrífuga es adecuada para fluidos de viscosidad baja, ya que la acción de bombeo genera un corte del líquido elevado. A medida que aumenta la viscosidad del fluido, el flujo se reduce ligeramente y tiene un impacto más significativo en el consumo de energía de la bomba.
5. Determinar la NPSHr
La altura de succión positiva neta necesaria se describe en el tercer gráfico. Trace una línea vertical (que se muestra en amarillo a continuación) al flujo conocido, que de nuestro ejemplo sabemos que es 1.000 gpm. En el punto donde la línea vertical se cruza con la información del gráfico, trace una línea horizontal (que se muestra en verde a continuación) hasta el eje Y. Para este ejemplo, la NPSHr es de 5' de presión.
Las curvas de la bomba pueden proporcionar información valiosa para seleccionar la bomba adecuada para una aplicación. Utilizan los datos de aplicación existentes de la altura dinámica total y el flujo para dimensionar la bomba, para luego encontrar la velocidad y la potencia necesarias para que la bomba funcione en su punto de trabajo dentro de un rango de eficiencia ideal. También proporcionan información para calcular la altura de succión positiva neta necesaria, que es la presión mínima por encima de la línea de succión para evitar la cavitación, es decir, la implosión de burbujas de vapor dentro de la bomba, lo que puede causar graves problemas a la bomba.
Mediante la revisión de la curva de la bomba, los usuarios pueden determinar el rendimiento de la bomba a diferentes flujos y condiciones de altura, lo cual es crucial para seleccionar la bomba adecuada para una aplicación y para optimizar su funcionamiento para la eficiencia energética.
