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Cuánto más pequeña es la tubería,
menor es el caudal. ¿Cómo se ajusta la bomba en sí misma al diámetro? La bomba
instalada está diseñada para producir un cierto caudal promedio para sistemas
que tienen sus tuberías dimensionadas convenientemente. El tamaño del impulsor
y su velocidad predisponen a la bomba a suministrar el líquido a un cierto
caudal. Si intentamos empujar el mismo caudal a través de una tubería pequeña
la presión de descarga se incrementará y el caudal decrecerá. Similarmente si
intentamos vaciar un tanque con un tubo pequeño, tardaremos un largo tiempo en
drenarlo.
Cuando la tubería de descarga es larga, la fricción será alta y el caudal bajo y si la tubería es corta la fricción será baja y el caudal alto.
¿Cómo produce presión una bomba centrífuga?
Las partículas del fluido entran
en la bomba en la brida o conexión de succión. Luego giran 90 ºC en el plano
del impulsor y rellenan el volumen entre cada rodete del impulsor.
Una bomba centrífuga es un
dispositivo cuyo propósito es producir presión acelerando las partículas del
fluido a una velocidad alta proporcionándoles energía de velocidad. ¿Cuál es la
energía de velocidad? Es una forma de expresar cómo la velocidad de objetos
puede afectar a otros objetos.
Todas las bombas centrífugas
tienen una curva de rendimiento o característica que parece similar a la
mostrada en la siguiente figura. Asumiendo que el nivel en el tanque de succión
queda constante, la curva muestra cómo la presión de descarga varía con el
caudal en la bomba.
A 200 gpm, esta bomba produce una
presión de descarga de 20 psig, y cuando el caudal cae la presión se
incrementa, y será 40 psig a caudal cero.
Nótese que esto se aplica a
bombas centrífugas, pero muchos propietarios tienen bombas de desplazamiento
positivo, a menudo bombas de pistón. Estas bombas producen caudal constante y
no hay forma de hacer ningún cambio en el sistema. Esto se debe a que las
bombas tienen una válvula de alivio que abre la presión de alivio para proteger
la bomba de presión excesiva causada por ejemplo por el cierre de una toma de
agua. También típicamente, la bomba tiene un conmutador de presión que cierra
el motor cuando la presión es demasiado alta.
¿Qué es la altura total?
La altura y caudales totales son
los criterios principales que se usan para comparar una bomba con otra o
seleccionar una bomba para una aplicación. La altura total está relacionada con
la presión de descarga de la bomba. ¿Por qué no podemos usar la presión de
descarga? Los fabricantes de bombas no usan presión de descarga como criterio
para selección de bombas. Uno de los motivos es que ellos no conocen cómo se
usará la bomba No conocen qué caudal se requiere y el caudal de una bomba
centrífuga no es fijo como en una bomba de desplazamiento positivo. La presión
de descarga depende de la presión disponible en el lado de succión de la bomba,
para el mismo caudal conseguiremos una presión de descarga diferente. Por lo
tanto para eliminar este problema, es preferible usar la diferencia de presión
entre la entrada y la salida de la bomba.
Los fabricantes de bombas han ido
un paso más allá, la cantidad de presión que una bomba puede producir dependerá
de la densidad del fluido, para una solución de agua salada que es más densa
que el agua pura, la presión será más alta para el mismo caudal. Asimismo, el
fabricante no conoce el tipo de fluido en el sistema, así que un criterio que
no dependa de la densidad es muy útil. Tal criterio se llama altura total, y se
define como la diferencia en altura entre la entrada y la salida de la bomba.
¿Cuál es la relación entre la altura y la altura total?
La altura total es la altura que
el líquido es elevado en el lado de descarga de la bomba menos la altura que el
líquido es elevado en el lado de succión. ¿Por qué es menor la altura en el
lado de succión? Debido a que deseamos contribuir a la bomba sólo en la energía
que se suministra.
¿Cuál es la unidad de altura?
Si usamos energía para describir
cuanto trabajo necesita la bomba para desplazar un volumen de líquido,
necesitaremos conocer el peso. Si usamos la, sólo necesitamos conocer la
distancia vertical del movimiento. Esto es muy útil para los fluidos debido a
que el bombeo es un proceso continuo.
El otro aspecto útil de usar la
altura es que la diferencia de elevación o altura estática puede ser usada
directamente como una parte del valor de la altura total.
¿Cómo determinar la altura de fricción?
La altura de fricción es la cantidad de pérdida de energía debida a la fricción causada por movimiento de fluido a través de tuberías y accesorios. Emplea una fuerza para mover el fluido contra fricción, de la misma forma que se requiere que una fuerza para elevar un peso. La fuerza es ejercida en la misma dirección que el líquido en movimiento y energía gastada. De la misma forma que la altura fue calculada para elevar un cierto peso, la altura de fricción se calcula con la fuerza requerida para superar la fricción por el desplazamiento (longitud de tubería) dividida por el peso de un fluido desplazado.
Estos cálculos se hacen y podemos
encontrar los valores de pérdidas de altura de fricción para diferentes tamaños
de tuberías y caudales.
Caudal y pérdida de altura de fricción
para tamaños de tubos y tuberías (imperial) (basado en velocidad de 10 ft/s)
|
|||
Diámetro
nominal (in)
|
Diámetro
interior (in)
|
Caudal
(gpm)
|
Pérdida
de altura de fricción (ft de altura por ft de tubería
|
¼
|
0,311
|
2,4
|
2,15
|
½
|
0,527
|
6,8
|
1,08
|
¾
|
0,745
|
13,5
|
0,69
|
1
|
0,995
|
24
|
0,48
|
1 ½
|
1,6
|
63
|
0,26
|
2
|
2,067
|
105
|
0,19
|
2 ½
|
2,469
|
149
|
0,15
|
3
|
3,068
|
230
|
0,117
|
4
|
4,026
|
400
|
0,084
|
6
|
6,065
|
900
|
0,051
|
8
|
8,125
|
1615
|
0,036
|
10
|
10,25
|
2570
|
0,027
|
12
|
12,25
|
3675
|
0,022
|
14
|
13,5
|
4460
|
0,0194
|
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