Curvas características de las bombas centrífugas PDF

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Descripción de las curvas características de las bombas centrifugas, como se generan, ejemplos de las curvas y conclusiones....

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1. INTRODUCCIÓN La presente consulta se refiere al tema de curvas características para bombas centrífugas que se pueden definir como transformadoras de energía; reciben energía mecánica, que puede proceder de un motor eléctrico, térmico, etc. Y la convierte en energía que un fluido adquiere en forma de presión, posición o velocidad. Este tipo de bombas tienen ciertas características básicas entre ellas el caudal, la presión suministrada i altura, la altura de aspiración, la potencia consumida y la presión máxima que puede soportar. Para analizar las curvas características de las bombas es necesario mencionar que son representaciones gráficas que muestran el funcionamiento de la bomba, obtenidas a través de las experiencias del fabricante, los que construyen las bombas para vencer diversas alturas manométricas con diversos caudales, verificando también la potencia absorbida y la eficiencia de la bomba. 2. OBJETIVOS Detallar las curvas características de las bombas centrífugas en relación a su elaboración u obtención. Identificar modelos de las curvas características que el fabricante determina experimentalmente, en función del caudal.

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3. PLANTEAMIENTO DE LAS CURVAS CARACTERÍSTICAS La curva característica de una bomba describe la relación entre la altura manométrica (caída de presión) y el caudal, datos que permiten escoger la bomba más adecuada para cada instalación. La altura manométrica de una bomba es una magnitud, expresable también como presión, que permite valorar la energía suministrada al fluido, es decir, se trata de la caída de presión que debe de vencer la bomba para que el fluido circule según condiciones de diseño.

Ilustración 1 Curva característica de una bomba

Como puede observarse en la figura anterior, para cada velocidad de rotación n, hay una curva característica. Nótese también que, si la velocidad se reduce, también disminuye la altura manométrica máxima y el caudal máximo. 4. OBTENCIÓN DE LA CURVA CARACTERÍSTICA DE UNA BOMBA Los ensayos de las curvas características de las bombas son realizados por el fabricante del equipo, en bancos de prueba equipados para tal servicio. De una manera simplificada, las curvas son graficadas de la siguiente forma, conforme al siguiente esquema.

Ilustración 2 Esquema del ensayo

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Donde se considera que Ps: es la presión de succión en el flange de succión de la bomba Pd: es la presión de descarga en el flange de descarga de la bomba ✓ La bomba en cuestión tiene un diámetro de rodete conocido. ✓ Existe una válvula ubicada poco después de flange de descarga de la bomba, con el propósito de controlar el caudal. ✓ Existe un medidor de caudal, sea el que fuera, para obtener los valores de caudal en cada instante. 1º Se pone la bomba en funcionamiento, con la válvula de la descarga totalmente cerrada (Q = 0); obteniéndose la presión entregada por la misma, que será igual a la presión de descarga menos la presión de la succión. Con esa presión diferencial, se obtiene la altura manométrica entregada por la bomba, a través de la fórmula 𝐻=

𝑃𝑑 − 𝑃𝑠 𝛾

Esa altura es normalmente conocido como la altura de “Shut-off” en otros términos, altura desarrollada por la bomba correspondiente a caudal cero, denominada 𝐻𝑜. 2º Se abre parcialmente la válvula, obteniéndose así un nuevo caudal, determinado por el medidor de caudal, designado como 𝑄1 y se procede de manera análoga a la anterior, para determinar la nueva altura desarrollada por la bomba en una nueva condición que denotada como 𝐻1.

3º Se abre un poco más la válvula, obteniéndose así un caudal 𝑄3 y una altura 𝐻3, de la misma forma anteriormente descrita. 4º Se repite el proceso, obteniendo otros puntos de caudal y altura, con los que se grafica la curva, dónde en el eje de las abscisas o eje horizontal se establecen los valores de los caudales y en el eje de las ordenadas o eje vertical los valores de las alturas manométricas. Tabla 1 Puntos de caudal y altura

Ilustración 3 Curva característica.

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Normalmente, los fabricantes alteran los diámetros de los rodetes para un mismo equipo, obteniéndose así que la curva característica de la bomba es una familia de curvas de diámetros de rodetes, como la siguiente.

Ilustración 4 Curva característica-Diámetro de rodetes

5. TIPOS DE CURVAS CARACTERÍSTICAS El fabricante también determina experimentalmente, en función del caudal, las curvas relativas a otras magnitudes, para dar al proyectista una visión más completa del comportamiento de la bomba en las diferentes condiciones de funcionamiento. 5.1 CURVA DE POTENCIA CONSUMIDA POR LA BOMBA En función de las características eléctricas del motor que acciona la bomba, se determina la potencia que está siendo consumida por ella, es decir, junto con el levantamiento de los datos para graficar la curva de caudal versus altura (Q v/s H). En el panel de comando del motor que acciona la bomba que está siendo testeada, se instalan instrumentos de medición eléctrica, como el wattmetro que entrega los datos para graficar la curva de potencia consumida versus el caudal (P v/s Q). Esas curvas son dibujadas en un gráfico dónde en el eje de las abscisas o eje horizontal, tenemos los valores del caudal (Q) y en el eje de las ordenadas o eje vertical los valores de la potencia consumida (P).

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5.1.1 TIPOS DE CURVAS DE POTENCIA CONSUMIDA Las curvas de potencia versus el caudal poseen características específicas de acuerdo con la forma en que se presentan. Las bombas centrífugas se subdividen de acuerdo a sus tres tipos de flujos: radial, axial y mixto. Para cada tipo de flujo, se verifica la existencia de curvas de potencias consumidas diferentes de acuerdo a lo siguiente Curva de potencia consumida por una bomba de flujo mixto o semi-axial La potencia consumida aumenta hasta cierto punto manteniéndose constante para ciertos valores siguientes de caudal para disminuir en seguida. Esta curva tiene la ventaja de no sobrecargar excesivamente el motor en ningún punto de trabajo, entendiendo que este tipo de curva no se obtiene en todas las bombas. Estas curvas también son llamadas de “no over loading” (no sobrecarga).

Ilustración 5 Curva de potencia consumida-Flujo mixto

Curva de potencia consumida por una bomba de flujo radial La potencia aumenta continuamente con el caudal. El motor debe ser dimensionado para que la potencia cubra todos los puntos de funcionamiento. En sistemas con alturas variables, es necesario verificar las alturas mínimas que pueden ocurrir, para evitar un peligro de sobrecarga. Estas curvas también son llamadas de “over loading”.

Ilustración 6 Curva de potencia consumida-Flujo radial

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Curva de potencia consumida por una bomba de flujo axial En este tipo de curva, la potencia consumida aumenta hasta cierto valor, manteniéndose constante para los valores siguientes de caudal y disminuyendo en seguida.

Ilustración 7 Curva de potencia consumida-Flujo Axial

5.2

CURVAS DE RENDIMIENTO

El rendimiento se obtiene de la división de la potencia hidráulica por la potencia consumida. La representación gráfica del rendimiento es la siguiente

Ilustración 8 Curva de rendimiento

Donde Qóptimo es el punto de mejor eficiencia de la bomba, para el rodete considerado

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5.3

CURVAS DE ISO-RENDIMIENTO

Toda bomba presenta limitación en los rodetes, es decir, la familia de rodetes en una curva característica va desde un diámetro máximo a un diámetro mínimo. El diámetro máximo es consecuencia del espacio físico existente dentro de la bomba y el diámetro mínimo es limitado hidráulicamente, es decir, si utilizamos diámetros menores de los indicados en las curvas de las bombas, tendríamos problemas de operación en la bomba, tales como bajos valores de caudal, bajas alturas manométrica, bajos rendimientos, etc. Las curvas de rendimiento de las bombas, que se encuentran en los catálogos técnicos de los fabricantes, se presentan en algunos casos graficadas individualmente, es decir, el rendimiento obtenido para cada diámetro de rodete en función del caudal. En otros casos, que son los más comunes, se grafican sobre las curvas de los diámetros de los rodetes. Esta nueva presentación se basa en graficar sobre la curva de Q x H de cada rodete, el valor de rendimiento común para todos los demás; posteriormente se unen los puntos de ese igual rendimiento, formando así las curvas de rendimiento de las bombas. Esas curvas son también llamadas como curvas de Iso-rendimiento, representadas como sigue

Ilustración 9 Curva de Isorendimiento

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5.4

CURVA DE NPSH (NET POSITIVE SUCTION HEAD)

toda curva característica de una bomba, incluye la curva de NPSH requerido en función de caudal. Esta curva representa la energía mínima necesaria que el líquido debe tener, en unidades absolutas, en el flange de succión de la bomba, para garantizar su perfecto funcionamiento. Su representación gráfica es la siguiente

Ilustración 10 Curva de NPSHr

Ilustración 11 Ejemplo de una curva característica completa.

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6. APLICACIÓN Curvas características de bombas VOGT (Expertos en soluciones para impulsión de fluidos) de la serie N50Hz.

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Curvas características de bombas Pedrollo del modelo CP

✓ Detalles de las gráficas, los datos fueron obtenidos a una velocidad de giro de 3450 RPM y 60Hz. La imagen muestra el comportamiento para los modelos CP160C CP160B CP160A CP210A CP210B CP210C. ✓ En la primera gráfica se muestra los valores de altura manométrica Vs Caudal, en líneas punteadas se puede ubicar el porcentaje de rendimiento de la Bomba. ✓ La segunda curva corresponde al comportamiento del NPSH en relación al caudal, y es empleada para determinar la cavitación. ✓ La última gráfica corresponde a la Potencia absorbida, para determinado caudal podremos determinar el requerimiento de KW de la Bomba.

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7. CONSIDERACIONES FINALES ✓ Las curvas características presentada por los fabricantes, son obtenidas en bancos de pruebas, bombeando agua limpia a temperatura ambiente. ✓ La curva (𝑄𝑣𝑠𝐻), Representa la energía entregada expresada en altura de columna de líquido. ✓ La curva (𝑄𝑣𝑠𝑁𝑃𝑆𝐻𝑟), Representa la energía requerida en el flange de succión de la bomba. ✓ La curva de (𝑄𝑣𝑠𝑛), y la curva (𝑄𝑣𝑠𝑃), representan los rendimientos y potencias consumidas por la bomba, cuando trabaja con agua.

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Es importante conocer las curvas características de bombas cuando se tiene que seleccionar alguna ya sea para un proceso industrial o casero pues de ello dependerán los ahorros de energía y la eficacia del proceso. 8. BIBLIOGRAFÍA

Manual de entrenamiento, selección y aplicación de bombas centrífugas https://www.hidroterm.com.ve/documentacion/tutoriales/Manual_Entrenamiento_K SB_CSB.pdf Bombas Centrífugas, Manual para el diseño de una red hidráulica de climatización http://etm2021.com/smaterias/ETM351/Bombas/Operaci%C3%B3n%20Bombas% 20Centr%C3%ADfugas.pdf Catalogo curvas _Serie N_11 https://www.globalriego.cl/pdf/bomba-vogt.pdf Curvas características de las bombas centrífugas https://www.bombascentrifugas.net/p/curvas-caracteristicas.html...