3.3.- Potencia y Eficiencia en las Bombas Centrífugas

La potencia se refiere a la cantidad de energía por unidad de tiempo, que puede ser suministrada para hacer funcionar a una bomba. Existen varios conceptos para determinar la potencia requerida para mover un determinado volumen de líquido en unas condiciones establecidas; sin embargo, la potencia al eje o BHP es la más útil de ellas, ya que con esta potencia se puede seleccionar directamente el tamaño del elemento motriz adecuado para accionar la bomba. Esta potencia está representada por la ecuación N° 3-7:

[3-7]
[3-7]

Dónde:

BHP:  Potencia al eje que debe suministrar el equipo impulsor, en HP.

Q:       Caudal de líquido en gpm.

H:       Cabezal Total Diferencial, en Pies.

γ:        Gravedad Específica, como fracción adimensional.

h:        Eficiencia de la bomba, como fracción adimensional.

De estos factores el caudal (Q) y el Cabezal Total Diferencial (H) son propios de las características constructivas de la bomba, ambos están influenciados por el diseño del impulsor, la configuración de los componentes mecánicos de la bomba y por la interacción entre la carcasa y el impulsor.

La Eficiencia (h) de las bombas centrífugas está afectada por cuatro factores fundamentales. Estos factores son las perdidas hidráulicas, perdidas volumétricas, pérdidas mecánicas y las perdidas por fricción de disco.

La figura N° 3-6 muestra donde se concentran cada uno de estos tipos de perdida.

Figura N° 3-6.- Puntos donde se concentran cada una de las perdidas en una bomba centrífuga.
Figura N° 3-6.- Puntos donde se concentran cada una de las perdidas en una bomba centrífuga.
Fuente: Sulzer Pumps _ catálogo das bombas modelo CAP.

En la figura 3-7 se muestran los efectos de las pérdidas en los diferentes diseños hidráulicos de las bombas centrífugas en función de la Velocidad Específica (NS).

Figura N° 3-7.- Efectos de las perdidas en función de la Velocidad Específica(NS).
Figura N° 3-7.- Efectos de las perdidas en función de la Velocidad Específica(NS).
Fuente: Flowserve/PROS+SE/Release 3.03a

a.- Las pérdidas hidráulicas

Son causadas por la fricción del fluido en las paredes de la carcasa, de los canales de circulación de los líquidos y los cambios continuos de dirección de los fluidos que atraviesan la bomba.

b.- Las pérdidas volumétricas

Son causadas por cantidades de líquidos que regresan de la descarga a la succión impulsados por el diferencial de presiones, por las holguras en los anillos de desgaste, por los agujeros de balance de los impulsores y por las holguras de los pistones de balance; estas pérdidas se incrementan con el aumento de las holguras generales de rodaje.

c.- Las pérdidas mecánicas

Se refieren a las pérdidas causadas por las partes en movimiento de la bomba tales como cojinetes, sellos mecánicos, etc.

d.- Las pérdidas por fricciones de disco

Se relacionan con el giro de elementos que están muy próximos a elementos fijos tales como anillos de desgaste, bujes de restricción, pistones de balance etc., lo cual ofrece resistencia al movimiento y fricción que origina pérdidas.

La figura 3-8 muestra como es afectada la potencia consumida por una bomba centrífuga en función de las holguras de rodaje.

Figura N° 3-8.- Efectos de las perdidas en función de las holguras de rodaje.
Figura N° 3-8.- Efectos de las perdidas en función de las holguras de rodaje.
Fuente: Reliability-Driven Pump Maintenance- Mounting and Clearances for Casing Wear Rings- William E. (“Ed”) Nelson.

En la figura se observa que en las bombas de baja Velocidad Específica (NS) el consumo de potencia por perdidas sobrepasa el 15% cuando las holguras de rodaje se incrementan al doble de las inicialmente evaluadas es decir a 2x.

Tal como se observa en la figura N° 3-8 las bombas con impulsores que tienen Velocidades Específicas (NS) entre 1.500 y 3.000 son menos sensibles al incremento de las holguras de rodaje. En la Industria Petrolera en aplicaciones no especiales se utilizan impulsores con Velocidad Específica (NS) entre 1.000 y 3.000, ubicándose las perdidas por incremento de holguras entre un 3 y 5%. Para el buen funcionamiento de las bombas y para el ahorro de energía es muy importante la preservación de las holguras en las bombas y que estas sean dimensionadas sobre la base de los valores y prácticas recomendados por el API 610/ISO 13079.

Acerca del autor de este libro:

José Miguel Acosta Pérez

José Miguel Acosta Pérez, es Ingeniero Mecánico egresado de la Universidad Simón Bolívar (USB) (Venezuela-1982); Especialista en Equipos Rotativos, Universidad Simón Bolívar (USB) (Venezuela-1990), Especialista en Gerencia de Proyectos, Universidad Católica Andrés Bello (UCAB) (Venezuela-2001), Especialista en Equipos para Producción de Petróleo On and Offshore, Universidade de Iguazu (UNIG) (Brasil-2010). 

E-mail de contacto: jose.acosta_pumpbook.com.br

CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN

1.1.- ¿Qué es una Bomba?
1.2.- ¿Qué son las Bombas Centrífugas?

CAPÍTULO 2
PARTES DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA

2.1.- Impulsores
2.2.- Eje
2.3.- Carcasa
2.4.- Anillos de Desgaste
2.5.- Cojinetes
2.6.- Sellos Mecánicos

CAPÍTULO 3
¿CÓMO LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS TRANSMITEN LA ENERGÍA A LOS FLUIDOS?

3.1.- Cabezal Total de una Bomba Centrífuga
3.2.- Sistemas Asociados a las Bombas y sus Características
3.3.- Potencia y Eficiencia en las Bombas Centrífugas

CAPÍTULO 4
CURVAS DE RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

4.1.- Forma de la Curva de Rendimiento
4.2.- Diseño Hidráulico de las Bombas Centrífugas

CAPÍTULO 5
CEBADO DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

5.1.- Cebado Manual con Válvula de Pie
5.2.- Cebado con Tanque de Cámara Simple
5.3.- Cebado por Succión Positiva
5.4.- Cebado con Eyectores
5.5.- Cebado con Bombas de Vacío

CAPÍTULO 6
CARACTERÍSTICAS DE SUCCIÓN DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA

6.1.- Como se Determina el NPSHA
6.2.- Como se Determina el NPSHR
6.3.- Como Mejorar el NPSHA de un Sistema de Bombeo
6.4.- Fenómeno de Cavitación

CAPÍTULO 7
OPERACIÓN CON LÍQUIDOS VISCOSOS

CAPÍTULO 8
FLUJO MÍNIMO

8.1.- Flujo Mínimo Térmico
8.2.- Flujo Mínimo Continuo

CAPÍTULO 9
LEYES DE AFINIDAD

9.1.- Aplicación de las Leyes de Afinidad
9.2.- Ajustes en los Impulsores Luego del Corte

CAPÍTULO 10
OPERACIÓN CON MÁS DE UNA BOMBA

10.1.- Bombas Operando en Paralelo
10.2.- Bombas Operando en Serie

CAPÍTULO 11
PARTES Y SISTEMAS ACCESORIOS PARA LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

CAPÍTULO 12
COJINETES

12.1.- Cojinetes Radiales
12.2.- Cojinetes de Empuje

CAPÍTULO 13
LUBRICACIÓN

13.1.- Tipos de Lubricación
13.2.- Lubricación con Grasa
13.3.- Lubricación con Aceite

CAPÍTULO 14
ACOPLAMIENTO

14.1.- Acoplamientos de Engranajes
14.2.- Acoplamientos de Rejilla de Agarre Continuo
14.3.- Acoplamientos Elastoméricos
14.4.- Acoplamiento Flexible de Láminas Metálicas

CAPÍTULO 15
SELLADO DEL EJE

15.1.- Caja de Sellos
15.2.- Empaquetaduras
15.3.- Sellos Mecánicos

CAPÍTULO 16
MATERIALES DE FABRICACIÓN

16.1.- Materiales de Acuerdo con el ASME B73.1
16.2.- Materiales de Acuerdo con el API 610
16.3.- Otras Consideraciones

CAPÍTULO 17
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL

17.1.- Control por Regulación de Flujo
17.2.- Control por Recirculación
17.3.- Control por Variación de Velocidad
17.4.- Otras Consideraciones para el Control de Flujo

CAPÍTULO 18
MOTORES ELÉCTRICOS

CAPÍTULO 19
VIBRACIÓN MECÁNICA EN BOMBAS CENTRÍFUGAS

19.1.- Como se Miden las Vibraciones y Como son Interpretadas
19.2.- Que Dicen el Asme B73.1 Y el API 610 Sobre Vibración
19.3.- Causas de las Vibraciones en las Bombas Centrífugas

CAPÍTULO 20
PRINCIPALES TIPOS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS

20.1.- Bomba de Succión Frontal
20.2.- Bomba Vertical en Línea
20.3.- Bombas Horizontales Multietapas
20.4.- Bomba Doble Succión Axialmente Partida, Entre Cojinetes
20.5.- Bomba Vertical Tipo Turbina

CAPÍTULO 21
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

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