Más despacio, te estás moviendo demasiado rápido (tal vez), parte 2 de 2

En la parte 1 de mi columna de la edición de noviembre de 2022, cubrimos las primeras partes de cómo tomar una decisión sobre si se debe comprar una bomba más lenta. Abordamos la medición, el proceso de decisión y más.

La velocidad específica (Ns), en su definición más simple, aborda la geometría del impulsor, incluidos los ángulos de las paletas y el número de paletas. En la bomba, tanto las fuerzas dinámicas como las estáticas y su relación son funciones de una velocidad específica (F dinámica ÷ F estática).

Tenga en cuenta que velocidades específicas de aproximadamente 3000 producirán la bomba más eficiente y, en una comparación entre el coeficiente de carga y la velocidad específica, alcanza un máximo alrededor de 1000. Puede generar cabezal de bomba más fácilmente a velocidades específicas más bajas, pero no tan eficientemente a velocidades específicas más altas.

A medida que aumenta la velocidad específica de succión (Nss), disminuye el entorno operativo estable/permisible para la bomba. La condición de succión de la bomba es realmente el factor más importante a examinar al considerar la velocidad de la bomba. Si bien el margen de NPSH es primordial, usted puede hacerse un favor determinando la región operativa permitida de la bomba (ventana de estabilidad) para su selección a partir de las curvas de rendimiento de muestra propuestas.

A partir de eso, puede estimar la velocidad máxima de succión específica con la que decide operar. Conociendo la velocidad máxima específica de succión, puede determinar la velocidad máxima de la bomba utilizando la fórmula de velocidad específica de succión resuelta algebraicamente para la velocidad (N). Por ejemplo, supongamos una velocidad específica de succión máxima de 8500. No confunda la velocidad específica de succión de 8.500 como máxima; este es sólo un ejemplo.

La energía de succión (SE) es otro parámetro que a menudo se pasa por alto. SE es, en esencia, una medida del momento del líquido en el ojo del impulsor. El espacio de las columnas no permite una explicación completa aquí, así que consulte mi columna de mayo de 2020 para obtener más detalles.

Mientras observa la velocidad del líquido en la succión, observe también la velocidad en la boquilla de descarga y 6 diámetros aguas abajo. Consulte la norma 9.6.6 del Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI)/Instituto Hidráulico (HI) para conocer las mejores prácticas, pero sepa que más de 8 a 10 pies por segundo en el lado de succión se acerca a problemas potenciales. Aquí cuanto más lento, mejor. Aprecio que las velocidades de las puntas de las paletas del impulsor sean similares en ambos casos (una bomba más grande y más lenta versus una más pequeña y más rápida), pero sugiero la idea alternativa de que puede ser mejor agregar otra etapa a la bomba, si es necesario. cabeza adicional y para cambiar el ancho del impulsor, si necesita más flujo. Otra solución podrían ser dos bombas en serie.

Los límites nominales para el diámetro máximo del impulsor son normalmente 27 pulgadas para límites de velocidad de 4 polos y 13 pulgadas para límites de velocidad de 2 polos. Este factor limitante es independiente de las propiedades del líquido y se basa más en la resistencia del material del impulsor (cubiertas y paletas). El exceso de velocidad de la punta se manifestará como una vibración inaceptable. Las fuerzas radiales son función de la geometría del impulsor para un diseño de carcasa determinado y aumentarán directamente con la velocidad. Las fuerzas radiales tendrán un impacto directo en la deflexión del eje que afecta directamente la vida útil del rodamiento y del sello mecánico. Tenga en cuenta que un eje deflector a velocidades de 4 polos se desviará 3550 veces por minuto y 7100 veces por minuto a velocidades de 2 polos. La calidad del proceso de fabricación del impulsor afectará el equilibrio tanto hidráulico como mecánico. El desgaste de los rodamientos, la vida útil del sello mecánico y la alineación del impulsor se volverán más críticos a medida que aumente la velocidad.

Las fuerzas axiales son función de la geometría del impulsor, la presión de succión, las holguras y la altura desarrollada. Los efectos nocivos de las fuerzas axiales pueden verse exacerbados por un ajuste flojo del impulsor al eje. El empuje axial aumenta proporcionalmente a la velocidad. Las frecuencias de las fuerzas dinámicas del rotor dependen de la velocidad y el flujo y reaccionan proporcionalmente.

Las bombas con impulsores más grandes y una masa giratoria mayor tendrán una mayor inercia. Una mayor inercia se traduce en una parada más larga ante la pérdida de potencia y en un tiempo más largo para alcanzar la velocidad máxima durante el arranque. Esta propiedad de reacción retardada es beneficiosa para controlar las presiones transitorias del sistema, ya que la bomba desacelerará lentamente después de un disparo de la bomba o del reposicionamiento de la válvula de control, pero continuará moviendo el fluido. La reacción más lenta del cambio hidráulico minimizará la separación de columnas en las tuberías aguas abajo, lo que reduce el golpe de ariete y otras acciones negativas relacionadas.

¿Cuáles son algunos parámetros y preguntas básicos a considerar al decidir la velocidad de la bomba? No tengo espacio para explicar cómo cada uno de estos factores afectará la decisión sobre la velocidad de la bomba, pero se considera que vale la pena examinar la siguiente lista:

Una descripción general de la reología que incluye todas las propiedades del líquido y especialmente la cantidad de sólidos. Cuantos más sólidos haya, más deberá reducir la velocidad. También tenga en cuenta la abrasividad, la forma y el tamaño de los sólidos.

La viscosidad es una propiedad del líquido que mucha gente pasa por alto, por eso la destaco con su propia categoría. Una mayor viscosidad requiere una bomba más grande para las mismas condiciones hidráulicas.

¿El fluido es newtoniano o no newtoniano? Piense en el corte y el factor de velocidad de corte. Muchos líquidos no newtonianos no reaccionan bien a velocidades más altas.

Teniendo en cuenta el ciclo de trabajo real, es importante cuantificar el costo de la energía (a algún costo por kilovatio hora).

Las condiciones de succión se analizaron anteriormente, pero también se debe considerar si se trata de una situación de succión inundada versus una situación de elevación de succión o si hay varias bombas conectadas en paralelo o en serie. Es importante considerar el nivel de sofisticación para el diseño de la geometría de la tubería del sistema de succión para la inmersión crítica, el flujo turbulento, la energía de succión, la velocidad de la boquilla de succión y el margen de NPSH.

Otro subconjunto importante de condiciones de succión es si la bomba es autocebante. Tenga en cuenta que el tiempo de cebado en aplicaciones de alta velocidad calentará el líquido tanto en el sello como en la cámara de cebado de 8 a 10 veces más rápido.

Las siguientes preguntas también afectarán la elección de la velocidad de la bomba:

¿Dónde comenzaron los mitos urbanos relacionados con la velocidad de la bomba? Muchos de los diseños iniciales de bombas de alta velocidad de la década de 1960 se basaron en modelos de menor velocidad a los que simplemente se les aumentó la velocidad para satisfacer las demandas del mercado. Después de algún tiempo de funcionamiento, estas bombas frecuentemente resultaban poco fiables. ¿Por qué? Porque muchos de los modelos de bombas más antiguos no fueron diseñados originalmente para funcionar a velocidades más altas. Los eventos de falla posteriores distorsionaron los datos de confiabilidad, por lo que prevaleció la línea común de pensamiento de que es mejor ser más lento. Sin embargo, en la década de 1970, las bombas que fueron rediseñadas y mantenidas adecuadamente para operar a velocidades más altas a menudo resultaron ser tan confiables como las bombas de velocidad más lenta de las generaciones de diseño anteriores.

La advertencia es que los diseños de bombas de alta velocidad de modelos posteriores vienen con un equipaje adicional en el sentido de que deben operarse y mantenerse con estándares superiores. Se requieren niveles más altos de mantenimiento de precisión para la confiabilidad de la bomba a velocidades más rápidas, como un equilibrio adecuado del rotor y espacios libres operativos junto con la mitigación de la tensión de la tubería, el establecimiento y mantenimiento de alineaciones de precisión y otras mejores prácticas de la industria.

A medida que aumentan los requisitos de altura del sistema, las leyes de la física le obligarán a utilizar bombas de mayor velocidad. Sin embargo, he sido testigo de varias aplicaciones en las que una bomba de dos etapas de 1750 revoluciones por minuto (rpm) era la mejor opción que una bomba de una sola etapa de 3550 rpm.

Precaución: También puede operar una bomba demasiado lentamente y tener problemas con la estabilidad hidrodinámica o sobrecalentar el motor debido a problemas con el ventilador de enfriamiento. No recomiendo operar la mayoría de las bombas por debajo de 600 rpm durante un período de tiempo a menos que la bomba haya sido diseñada o aprobada para esas condiciones. Consulte con el OEM en todos los casos, incluido el OEM del motor.

Para terminar, sugiero un escenario en el que a veces la carretera (piense en un sistema de bombeo) hacia su destino está construida para múltiples carriles de tráfico de alta velocidad. Piense en la autopista alemana (Bundesautobahn). Sin embargo, a veces solo hay dos carriles a los que se puede acceder de manera lenta y constante para realizar el trabajo con gran confiabilidad y disfrute. Piense en 17 Mile Drive, Pebble Beach, California.

Bomba centrífuga Inestabilidad hidráulica Informe EPRI CS-1445 Proyecto de investigación 1266-18 por el Dr. E Mackay 1980

Jim Elsey es un ingeniero mecánico con más de 50 años de experiencia en equipos rotativos para aplicaciones industriales y marinas en todo el mundo. Es asesor de ingeniería de Summit Pump, Inc., miembro activo de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos, la Asociación Nacional de Ingenieros de Corrosión y la Liga Naval Submarina. Elsey también es la directora de MaDDog Pump Consulting LLC. Puede comunicarse con él en [email protected].