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Ejemplo 8 La siguiente gráfica muestra una curva para una bomba centrífuga. Localice 70 GPM a 56 pies. Como el punto que necesitamos se encuentra por debajo de la curva de altura en función de la capacidad, la bomba trabajará más de lo que necesitamos. Podemos hacer que la bomba haga exactamente lo requerido, ajustando el impulsor en forma adecuada. Esto determinará una nueva curva para la bomba, la cual correrá aproximadamente en paralelo a la curva de la figura y pasará por el punto requerido, es decir, de 70 GPM a 56 pies. ¿Qué sucede si no ajustamos el impulsor para satisfacer nuestros requisitos exactos? La bomba trabajará en algún lugar de la curva. Como nuestra necesidad de altura es de 56 pies, siga en este punto hacia la derecha hasta llegar a la curva. La capacidad es de 80 GPM. ¿Puede la instalación manejar la capacidad adicional? También observe que la eficiencia (EF), los caballos de fuerza al freno (BHP) y la altura neta positiva de succión requerida (NPSH R ) cambian también si la capacidad es de 80 GPM. Si se usa una válvula de regulación en el lado de descarga de la bomba, se puede ajustar la capacidad a 70 GPM usando el impulsor estándar. Suba verticalmente desde 70 GPM hasta llegar a la curva. La bomba desarrollará 58½ pies. ¿Podrá la instalación manejar esa altura adicional? Recuerde que si ajusta el impulsor, hará que la bomba trabaje exactamente de acuerdo con sus necesidades de 70 GPM a 56 pies. (Siempre hay que proporcionar la altura y capacidad requerida al pedir la bomba.) ¿Qué otra información se muestra? Eficiencia, potencia al freno y altura positiva neta de succión requerida. Todos esos valores se indican en el lado izquierdo del diagrama. Localice 70 GPM a 56 pies, de nuevo. ¿Cuál es la eficiencia? La respuesta correcta es 70.5%. ¿Cuál es la potencia al freno requerida? La respuesta correcta es 1.5 BHP. ¿Cuál es la altura neta positiva de succión requerida? NPSH R = 2.2 pies. Deberá usted determinar la NPSH A . NPSH A = Altura neta positiva de succión disponible. La NPSH A debe ser mayor que la NPSH R para que trabaje la bomba. PIES 60 55 50 H - Q Modelo 3756 - 2HP TEFC 11/ 2 x 2-8 S 1750 RPM - 7 3 /4 dia. Imp. EFF. % 80 45 40 NPSH 6.0 BHP 3.0 70 60 35 30 EFF. 5.0 2.5 50 25 4.0 2.0 40 20 3.0 2.0 1.5 1.0 30 20 15 10 BHP 12 1.0 0.0 0.5 0.0 10 0 5 0 0 10 NPSH R 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 GALONES POR MINUTO
Ejemplo 8 continuación Principios de bombas centrífugas ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN (NPSH) Y CAVITACIÓN El Instituto Hidráulico define la NPSH como la altura total de la succión en pies absolutos determinada en la boca de succión y corregida por el nivel de comparación, menos la presión de vapor del líquido en pies absolutos. En otras palabras, es un análisis de las condiciones de energía en el lado de succión de una bomba para determinar si el líquido se evapora en el punto de presión mínima dentro de la bomba. La presión que ejerce un líquido sobre lo que lo rodea depende de su temperatura. Esa presión, llamada presión de vapor, es una característica propia de cada fluido, y aumenta con la temperatura. Cuando la presión del vapor dentro del fluido llega a la presión del medio que lo rodea, el fluido se comienza a evaporar, o a hervir. La temperatura a la que empieza esa evaporación disminuye a medida que disminuye la presión del medio que la rodea. Un líquido aumenta mucho de volumen al evaporarse. Un pie cúbico de agua a temperatura ambiente se transforma en 1700 pies cúbicos de vapor a la misma temperatura. Es obvio entonces que si se quiere bombear un fluido de manera eficaz, se debe mantenerlo en su estado líquido. La NPSH es simplemente una medida de la cantidad de altura que hay en la succión para evitar esa evaporación en el punto de presión mínima que haya en la bomba. La NPSH requerida es una función del diseño de la bomba. Cuando el líquido pasa de la succión de la bomba al ojo del impulsor, aumenta su velocidad y disminuye su presión. También hay pérdidas de presión debidas a choques y turbulencias, cuando el líquido pega contra el impulsor. La fuerza centrífuga de las aspas del impulsor aumenta más la velocidad del líquido y disminuye su presión. La NPSH requerida es la altura positiva, en pies absolutos, requerida en la succión de la bomba para superar esas caídas de presión en misma, y mantener al líquido arriba de su presión de vapor. Su valor varía con la velocidad y la capacidad para cada bomba en particular. Las curvas del fabricante de la bomba suelen mostrar esta información. La NPSH disponible (NPSH A ), es una función del sistema en el que trabaja la bomba. Es el exceso de presión del líquido, en pies absolutos, sobre su presión de vapor, cuando llega a la succión de la bomba. La Fig. 4 muestra cuatro sistemas típicos de succión, con las fórmulas correspondientes de NPSH disponible. Es importante corregir los valores por la gravedad específica del líquido, y convertir todos los términos a “pies absolutos” cuando se usan esas fórmulas. En un sistema existente se puede determinar la NPSH disponible con un manómetro instalado en la succión de la bomba. Aplica la fórmula siguiente: NPSH A = P B − V p ± Gr + h v En donde Gr = Indicación del manómetro en la succión de la bomba, expresada en pies (más, si la presión es mayor que la atmosférica, menos si es menor) corregida al eje central de la bomba. h v = Altura de la velocidad en el tubo de succión en la conexión del manómetro, expresada en pies. Cavitación es un término con el que se describe el fenómeno que se presenta en una bomba cuando hay insuficiente NPSH disponible. La presión del líquido se reduce hasta un valor igual o menor que su presión de vapor, y se comienzan a formar pequeñas burbujas o bolsas de vapor. Al pasar esas burbujas de vapor por las aspas del impulsor, y llegar a una zona de mayor presión, colapsan de inmediato. El aplastamiento, colapso o “implosión” es tan rápido que se puede oír como un golpeteo, como si se estuviera bombeando grava. Las fuerzas durante el colapso en general son suficientemente grandes como para causar la formación de bolsas diminutas de falla por fatiga sobre las superficies de las aspas del impulsor. Esta acción puede ser progresiva, y bajo condiciones graves puede causar grandes daños por picaduras en el impulsor. El ruido que se produce es la forma más fácil de reconocer la cavitación. Además de dañar al impulsor, la cavitación suele reducir la capacidad debido al vapor que hay en la bomba. También puede reducir la altura, ser inestable, y el consumo de potencia volverse errático. Además, se pueden presentar vibraciones y daños mecánicos, como por ejemplo falla de cojinetes, al operar con cavitación. La única forma de evitar los efectos indeseables de la cavitación es asegurarse de que la NPS disponible en el sistema sea mayor que la NPSH requerida por la bomba. 13
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