Mecánica de los fluidos

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1 Instituto Universitario de Tecnología Dr. Federico Rivero Palacio Departamento de Procesos Químicos Segundo año Mecánica de los fluidos BOMBAS CENTRIFUGAS Septiembre 008

2 INDICE TEMA 5 BOMBAS CENTRIFUGAS 5.1. Bombas de desplazamiento positivo Bombas rotativas. 51 Bombas de engranaje. 51 Bomba de lóbulo. 51 Bomba de tornillo Bomba reciprocante. 5 Bomba de pistón émbolo. 5 Bomba de diafragma Bomba cinética Bomba centrifuga de flujo radial Bomba centrifuga de flujo mixto Bomba centrifuga de flujo axial Velocidad específica Términos y conceptos fundamentales Carga de una bomba centrifuga Rendimiento de una bomba Leyes de semejanza Curva característica de una bomba centrifuga con velocidad de 59 rotación constante Curva característica de una bomba centrifuga con diferentes 60 diámetros de impulsor Curva característica de una bomba centrifuga con diferente 61 velocidad de rotación.

3 44 Bombas centrifugas Gráficas de curvas compuestas Curva de demanda del sistema Punto de operación Cavitación Carga Neta de Succión positiva NPSH disponible NPSH requerido Operación de bombas en serie o paralelo. 69

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5 TEMA 5 BOMBAS CENTRIFUGAS Para el transporte de líquidos desde un recipiente a otro a través de una red de tuberías se utiliza generalmente algún tipo de bomba mecánica. La energía consumida por una bomba es una función; de la altura a través de la cual se eleva el fluido, de la presión que se requiere en la descarga del fluido, de las características de la tubería (longitud, diámetro y rugosidad relativa), de la velocidad del flujo, así como de las propiedades físicas del fluido, como son la densidad y la viscosidad. Entre las aplicaciones de bombeo de líquidos en la industria de la ingeniería química, se pueden mencionar, el transporte de diferentes líquidos como por ejemplo: agua, ácidos o productos derivados del petróleo, como benceno o nafta, desde los tanques de almacenamiento hasta las unidades procesos. El fluido a transportar puede ser un líquido de baja viscosidad o muy viscoso. Puede ser un líquido limpio o contener partículas en suspensión o ser muy corrosivo. Todos estos factores influyen en la elección de una bomba. Debido a la amplia variedad de necesidades, se encuentran en la actualidad diferentes tipos de bombas entre las cuales se distinguen: 5.1. Bombas de desplazamiento positivo En las bombas de desplazamiento positivo el fluido que se desplaza esta contenido entre el elemento impulsor que puede ser un émbolo, un diente de engranaje, una paleta, etc., y la carcaza o el cilindro. Se dividen en grupos; las bombas rotatorias y las bombas reciprocantes.

6 Bombas centrifugas Bombas rotatorias Las bombas rotarias atrapan el líquido y lo empujan contra la carcaza manteniendo un flujo constante. Se pueden utilizar en la dosificación de efluentes, en el bombeo de residuos viscosos, así como para la introducción de reactantes y catalizadores en un reactor. Este tipo de bombas pueden manejar líquidos de diferentes viscosidades, así como líquidos que contengan aire o vapor. No tienen válvulas de succión y descarga. No pueden trabajar con líquidos abrasivos ya que estos pueden ocasionar un desgaste prematuro en las piezas internas, entre las bombas rotativas tenemos. Bomba de engranaje La bomba de engranaje es la más empleada entre las bombas rotativas. Su funcionamiento consiste en dos ruedas dentadas que operan dentro de una carcasa, ver figura 1.El líquido es transportado en el espacio comprendido entre dos dientes consecutivos y la carcasa y es desplazado hacia la zona de descarga. Su rango de aplicación es para caudales menores de 6 m 3 /min y con un p< 150 atm., y no están diseñadas para transportar sólidos. Figura 1. Bomba de engranajes exteriores Bomba de lóbulo La bomba de lóbulo opera de forma similar a la bomba de engranajes. Presenta unos rotores que giran en el sentido de las agujas del reloj y pueden tener dos, tres o más lóbulos. El fluido es conducido a los alrededores por la cavidad que se forma entre lóbulos sucesivos, ver figura. Estas bombas tienen la particularidad de ser reversibles y son muy utilizadas en las transmisiones hidráulicas. Figura. Bomba de dos y tres lóbulos

7 5 Bombas centrifugas Bomba de tornillo Estas bombas pueden ser de uno o varios tornillos. La figura 3 muestra una bomba de un tornillo y otra de dos tornillos en la cual el rotor central se une fuertemente con los rotores libres creando una cavidad dentro de la estructura que se mueve en forma axial desde la succión hasta la descarga proporcionando un flujo uniforme y continuo. Figura 3. Bomba de tornillo simple y doble En las bombas de un solo tornillo se logran presiones de 10-5 atm y caudales de hasta 7 m 3 /h, en las bombas de varios tornillos, se manejan caudales de hasta 300 m 3 /h Bomba reciprocante Las bombas reciprocantes o alternativas son bombas de desplazamiento positivo que descargan una cantidad definida de líquido durante el movimiento del pistón o émbolo a través de la distancia de la carrera. Este tipo de bombas se usan para transportar líquidos con caudales pequeños menores de 40 lts/min y p entre atm. En general se suelen utilizar en el transporte de líquidos viscosos, con los cuales las bombas centrifugas no son muy eficaces. Su desventaja es que el flujo no es continuo, entre las bombas reciprocantes tenemos. Bomba de pistón o de émbolo En estas bombas existen válvulas de succión y descarga que regulan el movimiento del líquido a través de la cámara de trabajo, ver figura 4. Mientras el émbolo se está llenando de líquido, la válvula de succión permanece abierta y la válvula de descarga cerrada, invirtiéndose la posición de las válvulas durante el desalojo del líquido.

8 Bombas centrifugas 53 Figura 4. Bomba de pistón Bomba de diafragma El movimiento del fluido es transmitido por medio de un diafragma flexible al líquido que se bombea, ver el esquema de su funcionamiento en la figura 5. Las únicas partes móviles de la bomba que están en contacto con el líquido son las válvulas y pueden diseñarse de forma especial para tratar el material. Figura 5. Bomba de diafragma; (1) diafragma, () cabezal, (3) carcaza, (4) excéntrica, (5) biela, (6) válvulas. La bomba de diafragma se utiliza para tratar líquidos corrosivos o que contengan suspensiones de sólidos abrasivos. Su principal ventaja radica en la ausencia total de fugas en la bomba. 5.. Bomba cinética Las bombas cinéticas, como las centrifugas, son aquellas en que se aplica energía al fluido que se bombea con un impulsor que gira en un eje, ver figura 6. La energía cinética aplicada al fluido por el impulsor se convierte en energía de presión cuando el líquido sale del impulsor y avanza a lo largo de la voluta o carcaza.

9 54 Bombas centrifugas El elemento rotativo de una bomba centrifuga se denomina rodete o impulsor. La forma del impulsor puede forzar al fluido a salir en un plano perpendicular a su eje y recibe el nombre de bomba centrifuga de flujo radial, puede dar al fluido una velocidad con componentes tanto axial como radial y se conoce como de flujo mixto o puede inducir al flujo en espiral según la dirección del eje, bomba centrifuga de flujo axial. Figura 6. Elementos que conforman una bomba centrifuga. Existen bombas centrifugas de una y varias etapas. En las bombas de una etapa se pueden alcanzar presiones de hasta 5 atm, en las de varias etapas se pueden alcanzar hasta 5 atm de presión, dependiendo del número de etapas. Las bombas centrifugas sirven para el transporte de líquidos que contengan sólidos en suspensión, pero poco viscosos. Su caudal es constante y elevado, tienen bajo mantenimiento. Este tipo de bombas presentan un rendimiento elevado para un intervalo pequeño de caudal pero su rendimiento es bajo cuando transportan líquidos viscosos. Este tipo de bombas son las usadas en la industria química, siempre que no se manejen fluidos muy viscosos. Dependiendo del tipo de impulsor, las bombas centrifugas se clasifican en: Bombas centrifugas de flujo radial Las bombas centrifugas de flujo radial se utilizan para cargas altas y caudales pequeños, sus impulsores son por lo general angostos. El flujo es radial y la presión desarrollada es debida principalmente a la fuerza centrifuga. En la figura 7 se muestran los 3 tipos de impulsores que se presentan en una bomba centrifuga radial. Estos impulsores son de baja velocidad específica, concepto que se desarrollará mas adelante, y manejan líquidos limpios, sin sólidos en suspensión. Figura 7. Impulsor de flujo radial

10 Bombas centrifugas Bombas centrifugas de flujo mixto Estas bombas se utilizan para cargas y caudales intermedios. El impulsor es más ancho que los de flujo radial y los alabes adquieren una doble curvatura, torciéndose en el extremo de la succión, tal como se muestra en la figura 8. La velocidad específica en este tipo de impulsores va aumentando y manejan líquidos con sólidos en suspensión. Figura 8. Impulsor de flujo mixto Bombas centrifugas de flujo axial Estas bombas se utilizan para cargas pequeñas y grandes caudales, tienen impulsores tipo propela, de flujo completamente axial. Estos impulsores son los de mayor velocidad específica y este tipo de bombas es especialmente adecuado para drenaje en ciudades. Figura 9. Impulsor de flujo axial 5.3. Velocidad específica Existe un indicador, llamado velocidad específica, el cual se calcula con la finalidad de tener una idea general del tipo de bomba que se debe seleccionar en un sistema de bombeo. La velocidad específica es un número adimensional el cual es función del caudal, la velocidad de rotación o rpm del motor y la carga o altura de bombeo. La velocidad específica N S de una bomba se expresa en el sistema inglés, como: n Ns = e Q 3 / 4 ( H ) n e (rpm), Q (gpm), H (ft)

11 56 Bombas centrifugas En la figura 10 se muestran unos impulsores típicos de bombas centrifugas y sus correspondientes velocidades específicas. Figura 10. Gráfica que muestra el tipo de impulsor según la velocidad específica. Cuando el caudal se expresa en gpm, la velocidad de rotación en rpm y la carga en pies, las bombas centrifugas tienen velocidades específicas que van desde 500 hasta más de según sea el tipo de impulsor. Las bombas rotatorias y reciprocantes tienen valores más bajos. Las bombas centrifugas representan aproximadamente un 80% del mercado en la industria de procesos químicos, debido a que es la más adecuada para manejar más cantidad de líquido que la bomba de desplazamiento positivo. Por esta razón, en este curso nos limitaremos al estudio de las bombas centrifugas con la finalidad de que se logre un mejor conocimiento de ellas y de los factores hidráulicos que intervienen en un sistema de bombeo Términos y conceptos fundamentales A continuación se expondrán algunos de los términos más usados en la elección de bombas. Caudal o capacidad de la bomba: es el volumen de líquido impulsado por una bomba en una unidad de tiempo [Q]=L 3 t -1. Carga estática de succión: Es la distancia vertical desde el nivel de líquido de succión hasta la línea central de la bomba, ver figura 11. Carga estática de descarga: Es la distancia vertical desde el nivel de líquido de descarga y la línea central de la bomba. Carga estática total: Es la distancia vertical entre los niveles del líquido en los puntos de succión y descarga, ver figura 11.

12 Bombas centrifugas 57 Carga de fricción: Es la carga, expresada en unidades de longitud, necesaria para vencer la resistencia de las tuberías de succión, descarga y los accesorios que contenga el sistema. Presión de succión: Se refiere a la altura desde la cual el fluido puede ser succionado por la bomba, pudiendo ser presión de succión positiva o negativa, dependiendo de la posición relativa de la bomba con el nivel el fluido. Presión de descarga: Se refiere a la altura a la cual puede ser bombeado un fluido. Carga de la bomba o altura de bombeo: Caracteriza a la energía específica cedida por la bomba al líquido. Carga estática total C. estática de succión Carga estática de descarga Figura11. Elementos que conforman un sistema de bombeo Carga de una bomba centrifuga Para explicar la carga que desarrolla una bomba, se tomará como ejemplo la instalación que se muestra en la figura 11, en el que se tiene una sola tubería y una bomba que transporta el fluido entre dos depósitos. El líquido entra a la bomba por una toma de succión en el punto 1 y sale en la tubería de descarga por el punto, entregándole al fluido un trabajo. Aplicando la ecuación de Bernoulli entre los puntos 1 y, se tiene p1 ρg u g p ρg u g 1 + Z1 + α + H = + Z + α + h1, despejando H, se tiene: H p p 1 1 = + Z Z1 + α α + h 1 ρg ρg u g u g H: Es el trabajo que la bomba le entrega al fluido en unidades de longitud y se le conoce como carga de la bomba. Entre los puntos 1 y, la única fricción que existe es la que se produce en el interior de la bomba y ésta se incluye en el rendimiento de la misma, por lo tanto, se puede despreciar el término h 1 - =0. La diferencia de altura entre la entrada y salida de la bomba,z -Z 1, suele ser muy pequeña o igual a cero y

13 58 Bombas centrifugas puede ser eliminada de la ecuación Z=0. Si las tuberías de succión y descarga son del mismo tamaño, las cargas correspondientes a la velocidad se cancelan, sin embargo en general la tubería de succión es mayor que la de descarga, en este caso se verá que el término es muy pequeño. La ecuación se escribe entonces: H = p p ρg 1 α + g ( u u ) Rendimiento de una bomba centrifuga Cuando un líquido fluye a través de una bomba, sólo parte de la energía comunicada por el eje del impulsor es transferida al fluido. Esta pérdida de energía es debido al choque que produce el líquido a la entrada del impulsor, a la fricción que se genera por el paso del fluido a través del espacio existente entre los alabes y las pérdidas de altura al salir el fluido del impulsor. El trabajo que la bomba le entrega al fluido, viene dado por la ecuación W = mgh La potencia que la bomba le suministra al fluido es: P = dw dt dm = gh = ρgqh dt El rendimiento η de una bomba viene dado por la ecuación: potencia suministrada al fluido η = = potencia en el eje (al freno) ρgqh N Para una bomba, el rendimiento es 80%, pero generalmente varía entre 50 y 85% Leyes de semejanza Las leyes de semejanza son unas ecuaciones que permiten predecir el comportamiento de una bomba dada, bajo condiciones de operación distintas. Cuando se conocen las características de caudal, carga de la bomba y potencia (Q 1, H 1, N 1 ) a una cierta velocidad de rotación n 1, se puede estimar el funcionamiento (Q, H, N ) a otra velocidad de rotación n, utilizando las siguientes ecuaciones.

14 Bombas centrifugas 59 Q 1 n = 1 Q = Q1 Q n n1 n H H 1 n = n 1 H = H n 1 n1 N N 1 n = n 1 3 N = N n 1 n1 3 Estas leyes se aplican cuando la diferencia entre las velocidades de rotación no es muy grande Curvas de una bomba centrifuga con velocidad de rotación constante Las curvas características de una bomba centrifuga se presentan, representando gráficamente, la carga de la bomba, H, la potencia requerida o potencia al freno, N, y el rendimiento, η, con respecto al caudal, Q, a una velocidad de rotación constante. Estas curvas características se determinan, normalmente por los fabricantes, mediante ensayos de laboratorio. Las condiciones óptimas de operación de una bomba, se pueden obtener trabajando cerca del Punto de Máximo Rendimiento, PMR, es decir, donde la ordenada que pasa por el PMR, corta a la curva de carga de la bomba, tal como se muestra en la figura 1. Figura 1. Curvas características de una bomba centrifuga de flujo radial Las gráficas que se muestran en las figuras 13 y 14 representan las curvas características de un bomba centrifuga de flujo mixto y de flujo axial respectivamente. En dichas gráficas se muestran el Punto de Máximo Rendimiento y el punto de operación en la que la bomba trabajará en condiciones óptimas.

15 60 Bombas centrifugas Figura 13. Bomba centrifuga de flujo mixto Figura 14. Bomba centrifuga de flujo axial En las curvas características mostradas, se puede observar que el rendimiento de las bombas centrifugas cae con rapidez, cuando el caudal excede el PMR. En las bombas de flujo axial, figura 14, se puede observar que la curva de la carga de la bomba, cae bruscamente y que para el PMR, se tiene poca altura de bombeo y un caudal de trabajo alto Curvas características de una bomba centrifuga con diferentes diámetros de impulsores En la figura 15 se muestra, las curvas de funcionamiento de una bomba centrifuga, con una velocidad de rotación constante, n= 1450 rpm. Por lo general, los fabricantes de bombas centrifugas, proporcionan en una misma gráfica, más de un diámetro de impulsor; en la gráfica, por ejemplo, se muestran cuatro diámetros de impulsores diferentes. Además de las curvas de carga para diferentes diámetros de impulsor, también se incluyen las curvas de igual rendimientos o eficiencia. Figura 15. Curva característica de una bomba centrifuga con curvas de igual rendimiento y con impulsores de diferentes diámetros.

16 Bombas centrifugas Curvas de una bomba centrifuga con velocidades de rotación diferentes La elección de una bomba centrifuga para condiciones determinadas depende de la velocidad de rotación del motor que la acciona. Los fabricantes de bombas proporcionan curvas en donde se muestran la carga de la bomba para distintas velocidades de rotación, un ejemplo de estas curvas se muestra en la figura 16. Esta gráfica permite encontrar la velocidad de rotación requerida y la eficiencia para cualquiera condición de carga de la bomba o caudal, dentro de los límites de la grafica. Las curvas características, para el caso de bombas con velocidad de rotación diferentes, pueden desarrollarse de manera aproximada mediante las leyes de semejanza vistas anteriormente. H Figura 16. Curva característica de una bomba centrifuga a varias velocidades de rotación con líneas de igual rendimiento. Q Gráficas de curvas características compuestas. Como ya hemos visto, las bombas centrifugas pueden utilizar diferentes diámetros de impulsor y pueden trabajar a distintas velocidades de rotación. Es por ello que los fabricantes suministran al comprador un diagrama denominado gráfica de curvas características compuestas, en donde pueden cubrir una amplia variedad de requerimientos de caudal y carga con algunos tamaños básicos de bombas. En la figura 17, se presenta un ejemplo que muestra el alcance de funcionamiento de una línea de bombas centrifugas con distintos diámetros de impulsor y a dos velocidades de rotación diferentes.

17 6 Bombas centrifugas Figura 17. Funcionamiento para una línea de bombas centrifugas (fuente: Goulds pumps) En la figura 17 se muestra las curvas para una línea de bombas que permiten una determinación rápida del tamaño de la bomba. Por consiguiente, para cada tamaño de bomba especificada en este gráfico existe una gráfica de funcionamiento más detallada, como la que se muestra en la figura 18. Figura 18. Curvas características para una bomba centrifuga de x-5 y 3450RPM (fuente: Goulds pumps)

18 Bombas centrifugas 63 Forma en que se designa una bomba: X x 5 Diámetro del impulsor en pulgadas Diámetro en la succión en pulgadas Diámetro en la descarga en pulgadas 5.9. Curva de demanda del sistema La curva de demanda del sistema, es una gráfica de H=f (Q), que toma en cuenta el caudal, la carga estática total, la carga de fricción, la carga dinámica de todo el sistema y la presión deseada expresada en unidades de longitud. Esta curva es la forma más fácil y exacta de decidir cual es la bomba que mejor se adapta a una aplicación. Para realizar la deducción consideremos un sistema como el que se muestra en la figura 19, en el que se tiene una tubería de un solo diámetro y una bomba para transportar un fluido entre dos depósitos. La curva de demanda del sistema para esta configuración o sistema de bombeo, se obtiene al aplicar la ecuación de Bernoulli desde E hasta S. pe ρg + Z E u E + α g + H ps = ρg + Z S us + α g + h E S Figura 19. Sistema de bombeo. Al realizar las simplificaciones y colocar la ecuación anterior en función del caudal se obtienen las siguientes ecuaciones dependiendo del método empleado. L Q H = ( Z S Z E ) + f + K Método de coeficiente de resistencia D ga

19 64 Bombas centrifugas H LT Q = ( Z S Z E ) + f Método de longitudes equivalentes D ga A la ecuación obtenida se la que se denomina curva de demanda del sistema y su representación gráfica se muestra en la figura 0. El primer término de la ecuación (Z S -Z E ), es la carga estática total y no depende del caudal. El segundo término es la carga de fricción, debida a las pérdidas de carga del sistema y es función del caudal. Dependiendo del sistema en estudio, se pueden tener dos términos más: el debido a las cargas dinámicas o y el de la carga estática. Figura 0. Curva del sistema de bombeo Punto de operación de una bomba La forma en la que una bomba trabaja no depende solamente de las características de funcionamiento de la bomba, sino también de las características del sistema en el cual va a trabajar. Para obtener el punto de operación se debe graficar en un mismo papel, la curva característica de la bomba, con la curva de demanda del sistema. η En la figura 1, se muestra la superposición de la curva característica de la bomba y de la curva de demanda del sistema en estudio. La distancia Z, representa la diferencia de nivel entre los dos depósitos, cuando esta diferencia es nula la curva parte de cero. Figura 1. Punto de funcionamiento de una bomba centrifuga.

20 Bombas centrifugas 65 El punto de intersección de las curvas determina los valores de la altura de bombeo, H bombeo y el caudal de operación, Q oper. Este punto puede ser, o no, el punto de máximo rendimiento para la bomba. Si el punto de operación no esta cerca del Punto de Máximo Rendimiento, significa que la bomba no es la adecuada para las condiciones que se requieren y habrá que elegir otra bomba. Una bomba dada, en un sistema dado, sólo entregará el caudal correspondiente a la intersección de las curvas. Si el caudal de operación obtenido no es el que se requiere se tendrá que variar una de las curvas, es decir la curva característica de la bomba o la curva de demanda del sistema. Por ejemplo si tenemos una bomba que desarrolla una revolución n 1, y al superponerla con la curva del sistema, nos da un caudal de operación, Q 1, tal como se muestra en la figura. Se puede dar el caso que el caudal obtenido por dicha intersección, Q 1, sea mayor al caudal que se requiere en el sistema. Es este caso se puede disminuir las revoluciones del motor, si éste así lo permite, para obtener el caudal deseado, se obtendría de este modo unas revoluciones del motor n, como se aprecia en la figura. η Figura.Variación de la velocidad de revolución. Otra opción, y en algunos casos mas viable, es variar la curva del sistema. Para lograr cambiar la curva del sistema, se debe generar mayor pérdida de carga, con una válvula de estrangulación, y la

21 66 Bombas centrifugas nueva curva del sistema se desplazará hacia la izquierda, tal como se muestra en la figura 3, hasta obtener el caudal deseado. Figura 3.Variación de la curva del sistema Cavitación La cavitación es la evaporación de un líquido en una tubería cuando su presión disminuye por debajo de la presión de vapor. La cavitación es un factor importante que se debe evitar para el funcionamiento satisfactorio de una bomba. Cuando el líquido pasa por el impulsor de una bomba, se produce un cambio de presión. Si la presión absoluta del líquido cae por debajo de su presión de vapor, se producirá cavitación en el interior de la bomba. Las zonas de vaporización obstruyen el flujo limitando la capacidad de las bombas y su implosión puede producir el picado del impulsor. La cavitación se traduce por ruidos, vibraciones, disminución de la carga que suministra la bomba y de su rendimiento, y con el tiempo por una erosión del impulsor Carga neta de succión positiva (NPSH Net Positive Suction Head) Para evitar la cavitación es necesario que la presión absoluta de succión de la bomba sea mayor que la presión de vapor del líquido a la temperatura de trabajo. La diferencia entre estas dos presiones, en unidades de longitud, es lo que se define como la carga neta de succión positiva o NPSH.

22 Bombas centrifugas 67 NPSH = p s p ρg o 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. Se definen dos cargas de succión positiva, NPSH, la que depende del sistema, y se le denomina NPSH disponible y la que suministra el fabricante, NPSH requerida N.P.S.H disponible La carga neta de succión positiva disponible NPSH D es función del sistema en el que trabaja la bomba y depende de la carga estática de succión, la carga de fricción de la succión y la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo. Si se varía cualquiera de estas cargas la disponible puede alterarse. Para obtener la expresión de la NPSH disponible, se aplica la ecuación de Bernoulli entre 1 y s p1 ρg u g p ρg u g 1 s s + Z1 + α = + Z s + α + h1 s Se resta o p a ambos lados de la ecuación, para obtener una expresión similar a la NPSH, y se reagrupa ρg los términos, para obtener así la expresión de NPSH D ( NPSH ) d º ( p p ) ( Zs Z ) h s 1 = 1 1 ρg N.P.S.H requerida La carga neta de succión positiva requerida NPSH R, depende sólo del diseño de la bomba y es una característica que el fabricante proporciona junto con las otras curvas características vistas anteriormente. La NPSH R contempla una serie de variables como son: forma, ángulo de ataque del impulsor, dimensiones en las zonas de succión, de modo de mantener la presión en la entrada en el rodete de la bomba por encima de la presión de vapor del líquido.

23 68 Bombas centrifugas Tanto la carga neta de succión positiva requerida y disponible varían en función del caudal tal como se muestra en la figura 4. Si Si NPSH NPSH No hay cavitación. d r NPSH NPSH comienza la cavitación. d = r Se debe trabajar en el lado izquierdo del punto de intersección de ambas curvas, para evitar la cavitación de la bomba. Figura 4. Curvas del NPSH disponible y NPSH requerido. La NPSH D se reduce cuando el caudal va aumentando, esto es debido, a las pérdidas por fricción en la tubería de succión. Mientras que la NPSH R, que es función de la velocidad en la tubería de succión aumenta con el cuadrado de su capacidad. Cuando un sistema tiene un NPSH D < NPSH R, existe cavitación y la bomba no operará en forma óptima, por lo cual se debe resolver ese problema. Se pueden encontrar medios para aumentar la NPSH disponible, o bien reducir la NPSH requerido, o ambas cosas. Para aumentar la NPHS disponible se pueden seguir las siguientes sugerencias, cabe destacar que éstas van a depender del sistema que se este trabajando. Elevar el nivel de líquido Bajar la bomba. Reducir los accesorios y la longitud de la tubería de succión. Aumentar el diámetro en la succión. Si el líquido está caliente, se puede enfriar intercalando un intercambiador de calor, con lo que la presión de vapor del líquido disminuye. Para aumentar la NPHS requerido se recomienda Velocidades de rotación de la bomba más baja. Impulsor de doble succión. Ojo del impulsor más grande. Varias bombas pequeñas en paralelo.

24 Bombas centrifugas Operación de bombas en serie o en paralelo En algunos casos, las instalaciones de bombeo podrían tener una amplia gama de necesidades de carga o descarga y una sola bomba tal vez no podría satisfacerlas. En estas situaciones, las bombas pueden disponerse ya sea en serie o en paralelo para ofrecer una operación más eficiente. Bombas en serie. Con esta configuración se puede lograr una mayor altura de elevación, manteniendo constante el caudal. La característica fundamental de esta configuración, se encuentra en que el caudal que descarga la primera bomba es captado por la segunda y el que ésta descarga es impulsado por la siguiente, con el propósito de aumentar la altura de elevación. No es necesario que las bombas conectadas en serie sean iguales. Figura 5. Curvas características de bombas que operan en serie. En la figura 5 se muestra una configuración en serie, en donde la curva de demanda del sistema es tal, que la bomba A sola, no puede suministrar líquido, porque su carga al cierre es menor que la carga estática total del sistema. En la curva mostrada, se pueden observar dos puntos de operación, cuando la bomba B trabaja sola y cuando las bombas A y B trabajan en serie. El rendimiento de las bombas conectadas en serie se obtiene mediante la ecuación ρgq( H A + H B ) η = Pm

25 70 Bombas centrifugas Bombas en Paralelo. Con esta configuración se logra aumentar el caudal de entrega. Consiste básicamente en colocar o más bombas a aspirar desde un mismo lugar, con el propósito de aumentar el caudal elevado. Figura 6. Curvas características de bombas que operan en paralelo. Cuando se tiene una configuración o arreglo en paralelo, se genera la curva característica combinada, en donde se tiene que la carga a través de cada bomba es igual y que la descarga del sistema es la suma de los caudales. En la curva combinada que se muestra en la figura 6, se pueden observar 3 puntos de operación, cuando la bomba A y la bomba B, trabajan individualmente, o cuando trabajan en paralelo. El rendimiento de las bombas conectadas en paralelo se obtiene mediante la ecuación. ρgh ( Q A + QB ) η = Pm