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.

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