Como leer la curva de rendimiento de una bomba.

Las bombas son a menudo consideradas como una máquina diseñada para proporcionar un caudal y presión requerido, sin embargo, en realidad, el rendimiento de una bomba es dictado por una curva de rendimiento la cual especifica cómo la bomba proporcionará un rango de capacidades a diferentes presiones.

Las bombas proporcionan una presión diferencial y un caudal de acuerdo con su instalación. Existen 3 familias principales de bombas las cuales son Bombas Centrífugas, Bombas De Desplazamiento Positivo Rotativo y Bombas Reciprocantes De Desplazamiento Positivo, cada familia de estas bombas posee características de rendimiento diferentes dependiendo de las condiciones que enfrentan en su instalación.

¿Qué es la curva de rendimiento de una bomba?

La bomba es simplemente una máquina que proporciona un rendimiento dependiendo en el sistema o instalación en el que trabaje, ya que la mayoría de las bombas no tienen una interfaz de control a menos que estén equipadas con un transductor de presión y un variador de frecuencia (VFD) y deben ponerse en marcha manualmente a la hora de la instalación.

El rendimiento de una bomba siempre estará en línea con las pérdidas de presión del sistema en el que trabaje, las bombas producirán un caudal y una presión diferencial en función de las condiciones en la entrada. La curva de bomba es una no es más que una representación gráfica de qué caudales y presiones diferenciales puede producir una bomba.

Ya que el 90% de los problemas con las bombas son causados por el sistema en el que están instalados, es importante tener en cuenta que el proceso de selección de la bomba es tan solo uno de los pasos a seguir con la finalidad de especificar la bomba adecuada para la aplicación.

La siguiente información es de vital importancia a la hora de seleccionar una bomba para su aplicación:

1. Fluido a bombear

2. Servicio / Aplicación

3. Caudal / volumen requerido

4. Presión / Altura requerida

5. Viscosidad y gravedad específica del fluido

6. Temperatura

7. Potencia disponible / Potencia utilizada para operar la bomba.

Hay dos tipos de curvas de bombas las cuales dependen de la bomba seleccionada, estas son curvas de bombas Centrífugas y curvas de bombas De Desplazamiento Positivo.

Curva de bomba centrífuga

Las bombas centrífugas representan el 70% de las aplicaciones de bombeo, sus curvas generalmente tienen una forma de media luna, el punto más alto a la izquierda muestra la presión máxima de trabajo, pero el caudal más bajo, y el extremo derecho de la curva que muestra el caudal más alto que la bomba puede ofrecer, pero la presión más baja. El punto de trabajo se marca normalmente con la eficiencia indicada en porcentaje.

Los números al final de la curva indican el diámetro del impulsor, el cual es reducido para alcanzar el caudal y la presión requerida. Cuanto más se reduce un impulsor, mayor es el impacto en la eficiencia de la bomba, ya que el espacio entre el exterior del impulsor y la carcasa es mayor, lo cual hace disminuir la ineficiencia de la bomba.

La curva de la bomba muestra varios puntos de trabajo que la bomba puede lograr, sin embargo, operar la bomba en algunas de estas áreas puede generar muchos problemas.

Mejor punto de eficiencia (BEP)

Como se puede apreciar en la ilustración hay un punto a través y por encima de la curva de la bomba, este punto normalmente esta a mitad de la curva y es conocido como el Mejor Punto de Eficiencia, o sea el punto más eficiente en el que la bomba puede operar.

Como se puede apreciar en la siguiente ilustración, operar la bomba a la izquierda de la curva puede causar una reducción considerable en la vida útil del rodamiento, vibraciones y falla del cierre mecánico.

Si el punto de operación de una bomba es demasiado a la izquierda en su curva, esto significa que no hay lugar para aumentar su capacidad en caso de que haya un error de cálculo en la presión requerida del sistema. Demasiado a la derecha y existe riesgo de cavitación lo cual puede destruir la carcasa de la bomba y el impulsor muy rápidamente y hacer que el líquido hierva. Es siempre recomendable al hacer una selección tener un margen de seguridad del 10% hacia la izquierda del punto de trabajo para garantizar que la bomba pueda funcionar según sea necesario, ya que el rendimiento de las bombas siempre se puede reducir, pero mas no aumentar.

Curva de una Bomba de Desplazamiento Positivo

La curva de una bomba de desplazamiento positivo es diferente a la de una bomba centrífuga, ya que generalmente es una línea recta.

Esto se debe a que el caudal de la bomba de desplazamiento positivo es proporcional a las revoluciones (RPM) a las que la bomba este trabajando y al contrario de una bomba centrifuga el caudal no disminuye con el aumento de presión. Generalmente la curva de una bomba de desplazamiento positivo tiene líneas separadas las cuales detallan la viscosidad en los que la bomba mostrará un caudal a dicha viscosidad tal como se puede ver en el siguiente esquema.

¿Qué es una curva de NPSH?

La curva de NPSH de la bomba muestra la presión neta de succión positiva requerida (NPSH) en metros (M) para poder alcanzar el punto de trabajo. El NPSH de una bomba centrífuga es generalmente estable en el lado izquierdo del eje, donde una bomba produce la presión más alta y el caudal más bajo. Después del Punto de Mejor Eficiencia, la curva NPSH aumenta constantemente antes de aumentar bruscamente al final de la curva de rendimiento donde la bomba cavitará si se opera. La curva NPSH es más relevante para las bombas centrífugas rotativas y menos relevante para las bombas de desplazamiento positivo puesto que estas tienen menos probabilidades de operar al final de la curva y cavitar. En la curva a continuación se requiere un NPSH de 3.32M para entregar el rendimiento requerido.

¿Qué es la curva de un sistema?

La curva de un sistema proporciona una imagen gráfica de la altura de descarga requerida para mover el fluido alrededor del sistema diseñado. La curva del sistema considera las pérdidas de presión de todos los componentes requeridos en varios caudales dentro del sistema, así como la altura estática. La curva del sistema se trazará junto a la curva de bomba, y el punto en donde las dos se cruzan determina el caudal y la presión que se producirán en el sistema.

¿Qué es la curva de eficiencia de una bomba?

La curva de eficiencia de la bomba muestra el porcentaje de eficiencia de la bomba en el rango de caudales y presiones producidos. En el lado izquierdo de la curva, la eficiencia variará de 0 a un máximo de un 85% de eficiencia más o menos antes de disminuir al estar aproximadamente a la mitad de la curva de rendimiento. preferiblemente, una bomba debe funcionar lo más cerca posible de su BEP para maximizar la vida útil de los componentes y obtener un desgaste mínimo.

El rendimiento de las bombas se verá afectado fuera del Mejor Punto de Eficiencia (BEP) y, si la bomba se opera de manera ineficiente, puede deteriorarse y provocar su destrucción en cuestión de minutos.

La curva de la bomba vs rpm

Las curvas de la bomba se muestran a la velocidad máxima del motor, pero si la velocidad de la bomba se reduce, la curva se reducirá. El borde exterior de la curva avanzará hacia el eje en todos los lados, lo que significa una reducción tanto en la presión de salida como en el caudal. Reducir la velocidad de una bomba es más eficiente que reducir el diámetro del impulsor, ya que los espacios entre la punta del impulsor y la carcasa siguen siendo pequeños. 2 bombas que funcionan al 50% de su capacidad ahorrarán más energía que una bomba que funciona a plena capacidad.

La curva de la bomba vs potencia

La potencia que utiliza una bomba para proporcionar un rendimiento específico varía según el lugar donde la bomba opera en su curva. Las bombas a menudo están equipadas con motores más grandes que los requeridos para el punto de trabajo, esto se hace para asegurar que, si la bomba trabaja al final de su curva, continuará funcionando según sea necesario y no se disparará. Como puede ver en la siguiente curva en el extremo izquierdo, la bomba absorbe (requiere) un poco más de 3.5Kw, y 7.09kw en el punto de trabajo para entregar el caudal requerido. La potencia absorbida por la bomba continúa aumentando después del punto de trabajo, lo que significa que la bomba debe estar equipada con un motor de al menos 7.5kw para poder cubrir la curva de la bomba en su totalidad.

Notas Importantes y Suposiciones

Curva

Las curvas están siempre basadas en agua dulce a 20 °C al nivel del mar, lo que puede no reflejar los requisitos de su aplicación, por lo que se requiere la viscosidad del fluido y la gravedad específica para crear una representación precisa de lo que su equipo logrará.

Viscosidad

La viscosidad puede variar significativamente con ciertos fluidos como los aceites y es importante asegurarse de que la cifra citada sea correcta. Muchos fluidos tienen una viscosidad indicada a 20 ° C o 60 ° C, que puede estar lejos de la temperatura real de bombeo, especialmente en aplicaciones de enfriamiento donde se requiere que la bomba funcione antes de calentar el aceite.

Caudal Continuo Mínimo Adecuado (MCSF)

El caudal continuo mínimo seguro es la cantidad mínima de caudal que una bomba centrífuga puede ofrecer sin sufrir problemas como la cavitación o el desgaste excesivo, y a menudo es una cifra utilizada para diseñar velocidades de operación y desviar las válvulas de control en procesos donde las bombas pueden estar funcionando continuamente tales como aplicaciones de alimentación de calderas, refrigeración o aplicaciones de lubricación.

Tamaños de Motores y Polos

Las revoluciones de los motores en las bombas centrífugas se establecen por el número de polos en el motor. Cuantos más polos tenga un motor, más lento funcionará. Aumentar el número de polos en un motor puede ayudar a que las bombas puedan producir más caudal a presiones más bajas y a obtener una reducción en el NPSH requerido, sufrir menos desgaste y utilizar un motor más pequeño. Si se requiere una presión más alta, las bombas de caudal más bajo funcionarán a RPM más altas para generar las presiones requeridas.

Cambiar la cantidad de polos en el motor no es la única forma de cambiar la velocidad de la bomba. Las bombas también se pueden configurar a rpm individuales si se utilizan a través de un inversor o variador mecánico. Las bombas de desplazamiento positivo generalmente son equipadas con una caja de engranajes con una bomba que funcione a la velocidad máxima del motor para garantizar que la bomba funcione a una RPM establecida.

Algunas aplicaciones requerirán que una bomba funcione por un corto período de tiempo, y otras por 24 horas al día, 7 días a la semana, como en refrigeración, en cuyo punto se elegirá una velocidad baja del motor. Una bomba de desplazamiento positivo puede tener un motor de 2 polos en lugar de un polo más alto debido al par de arranque. También se debe tener cuidado ya que los motores pueden ser registrados con un RPM nominal, pero en realidad el rpm de operación máximo del motor puede ser menos. Las curvas de North Ridge Pumps se especifican a las RPM exactas del motor en lugar de utilizar una figura general.

Tolerancias de diseño de la bomba: Pruebas en base ISO9906

ISO9906: 2010 detalla los criterios de rendimiento hidráulico con los que una bomba rotodinámica debe cumplir. Hay tres niveles de aceptación:

· 1B, 1E y 1U

 · 2B y 2U

 · 3B

Esto significa que, dependiendo del estándar utilizado para las pruebas, la altura puede variar entre + - 0% a + -7% y el caudal entre 0% a + -9%, lo que requiere una cuidadosa consideración durante la selección de la bomba. Es por esto a por lo que generalmente se añaden márgenes al rendimiento solicitado.

Tabla de Tolerancias de Diseño

Leyes de Afinidad de la Curva de la Bomba

Las leyes de afinidad de las bombas son un conjunto de fórmulas que se pueden usar para determinar el rendimiento de una bomba con un alto grado de precisión cuando se realiza un cambio, como la velocidad o el diámetro del impulsor al caudal y la presión producidos.

Hay 3 leyes de afinidad:

 1) El caudal es proporcional a la velocidad del eje o al diámetro del impulsor

 A medida que se altera la velocidad del eje o el diámetro del impulsor, el caudal cambiará en la misma cantidad. Si la velocidad de una bomba se reduce en un 20%, el caudal a la misma altura también disminuirá en un 20%.

2) La presión producida es proporcional al cuadrado de la velocidad del eje o el diámetro del impulsor

 Cuando se altera el diámetro del impulsor o se cambia la velocidad del eje, la presión cambia proporcionalmente al cuadrado del cambio en la velocidad del eje o el diámetro del impulsor. Si la velocidad de los ejes aumenta en un 10%, la presión en el mismo flujo aumentará en un 21%

3) La potencia es proporcional al cubo de la velocidad del eje o al diámetro del impulsor

 Si la velocidad del eje aumenta en un 10%, entonces, debido a que la potencia es proporcional al cubo de la velocidad del eje, la presión aumentará en un 33,3%.