· Caída de Presión en el sistema externo de succión de la bomba
En la Figura 3 se muestra un esquema simple de un “sistema externo de succión” y los factores principales que determinan la presión a la entrada de la bomba (NPSHa). La reducción de cualquiera de los componentes positivos o el incremento de cualquiera de los componentes negativos producirá una disminución de la presión en la entrada de la bomba.
Nomenclatura usada en la Figura 3.
ρ = Densidad específica del líquido
psn = ‘p’ presión estática local (absoluta). ‘s’ – indica succión y ‘n’ posición de la medición. La presión en cualquier punto puede convertirse en ‘cabeza’ dividiendo su valor en kPa por el factor ‘ρg’. (g = 9.81)
ps1 = Presión estática (absoluta) del estanque de succión en kPa.
hp s1 = Cabeza estática de succión. Es la presión estática absoluta sobre la superficie del líquido en el estanque de succión, convertida en metros de cabeza (ps1 / ρg). En un estanque de agua abierto a nivel del mar, la cabeza estática de succión es igual a la presión atmosférica (101.3 kPa) dividida por ρ=1 (agua) y por 9.81; esto es 10.3 m. de cabeza.
vs1 = Velocidad del líquido en la superficie del estanque m/s.
hvs1 = Cabeza de velocidad. Se define como la energía de un líquido resultante de su movimiento a una velocidad determinada. Equivale a la distancia vertical (en un vacío perfecto) que tendría que caer la masa liquida para adquirir la velocidad vs1. En estanques relativamente grandes su valor es insignificante y no se considera en los cálculos.
hs = Cabeza estática de succión. Corresponde a la elevación relativa del líquido con respecto a la línea centro de la bomba. Si el nivel esta sobre la línea, hs es positivo: Si el nivel esta bajo la línea, hs es negativo, esta condición se suele nombrar como ‘succión aspirante’ o de levante.
Hfs = Cabeza de fricción. Cabeza (energía) requerida para vencer la resistencia que oponen al flujo las tuberías, válvulas, fittings, etc., existentes entre el punto A y el flanche de succión de la bomba, (punto B). Debe incluir la pérdida por entrada del líquido desde el estanque a la línea de succión (hi). La cabeza de fricción es dependiente del tamaño, condición y tipo o material del tubo; del número y tipo de fittings y válvulas; del caudal y naturaleza del fluido. Para su cálculo se requieren conocimientos e información especializada.
ps2 = Presión estática absoluta en el flanche de succión, en kPa
hps2 = Cabeza estática en el flanche de succión.= ps2 / g ·ρ.
vs2 = Velocidad del líquido pasando por el flanche de succión, m/s. La tubería de succión se dimensiona de modo que la velocidad en la succión permanezca baja.
hvs2 = Cabeza de velocidad en el flanche de succión. Esto es, energía del líquido moviéndose a una velocidad promedio vs2. En este caso: hvs2 = v2s2 /2g
pv = Presión de vapor absoluta del líquido a la temperatura de bombeo, en kPa. Los valores se encuentran tabulados en los textos especializados.
hpv = Cabeza de vapor. Presión de vapor absoluta convertida en metros de cabeza. hpv = pv /g ·ρ
Hs = Cabeza Total de succión en el flanche de entrada de la bomba, en metros.
Cálculo de la Cabeza Total de Succión a la entrada de la bomba.
La bomba se alimenta desde un estanque que debe tener un cierto nivel de líquido y que puede estar sobre o bajo el centro del flanche de succión de la bomba (+ Zm o – Zm). El estanque puede estar abierto a la atmósfera (Hat), o presurizado (+ Hpr), o bajo vacío (- Hpr). El flujo tiene que vencer la resistencia de las tuberías y accesorios entre la salida del estanque y la entrada a la bomba (Hfs, Hi, etc.).
El sistema externo de succión tiene que suministrar una cierta cantidad de cabeza (energía) en el flanche de admisión de la bomba. Esto se conoce como NPSHa, (Net Positive Suction Head available) Cabeza Neta Positiva de succión disponible. El término ‘cabeza’ medido en metros, se usa como una expresión de la energía del líquido en cualquier punto en el sistema de flujo. Los líquidos incompresibles pueden contener energía en la forma de velocidad, presión, o elevación. El sistema externo de succión tiene que diseñarse de modo que la presión estática en el flanche de succión sea siempre positiva, mayor que la presión de vapor y suficientemente alta para vencer las pérdidas internas en la zona de succión de la bomba, cuyo valor lo especifica el fabricante y es conocido como NPSHr (requerido).
En términos prácticos, el NPSHa (en metros) en el flanche de succión de un sistema simple, está dado por la ecuación algebraica:
NPSHa = + Hat + (Zm) + Hvs + (Hpr) – Hvap – Hfs – Hi. (Ecuación 1)
En donde:
Hat = Cabeza de Presión atmosférica en el lugar de aplicación
Zm = Cabeza estática de succión. Altura estática del líquido. Positivo sobre el eje de la bomba y negativo bajo el eje de la bomba.
Hvs = Cabeza de velocidad en flanche de admisión V = 1273 x Caudal (l/s)/d2 donde d = diámetro (mm)
Hpr = Cabeza de presión del estanque de succión. Positivo sobre y negativo bajo la presión atmosférica.
Hvap = Cabeza de presión de vapor (a la temperatura del líquido) en el flanche de admisión.
Hfs = Cabeza de fricción. Cabeza (energía) requerida para vencer la resistencia que oponen al flujo las tuberías, válvulas, fittings, expansiones, restricciones, etc., existentes entre el punto A y el flanche de succión de la bomba, (punto B en Fig. 3). Es función de la velocidad y características del fluido y de la características de la tubería según factores empíricos encontrados en tablas y gráficos especializados.
Hi = Cabeza de ingreso a la línea de succión (Punto A). Representa la energía gastada en el ingreso del fluido desde el estanque a la línea de succión. Es función de la velocidad del fluido y de la forma de unión del estanque al tubo de succión. Hi = k · V2/2g donde k = factor tabulado en textos especializados.
Nota. Todos los términos de presión se convierten en metros de ‘cabeza’, dividiendo la presión en kPa por 9.81 y por la densidad específica del fluido.
En instalaciones existentes, el NPSHa también se puede calcular con la lectura (presión manométrica absoluta) de un manómetro conectado cerca del flanche de succión.
Nota: El manómetro sólo indica la presión estática en el punto de conexión por lo que debe incorporarse la cabeza dinámica Hvs.
NPSHa = + Hat – Hvap + Hvs + (Hms)
Hms = Cabeza de succión manométrica. Positiva si la presión manométrica es superior a la presión atmosférica y negativa si es inferior.
En la Figura 3 se muestra un esquema simple de un “sistema externo de succión” y los factores principales que determinan la presión a la entrada de la bomba (NPSHa). La reducción de cualquiera de los componentes positivos o el incremento de cualquiera de los componentes negativos producirá una disminución de la presión en la entrada de la bomba.
Nomenclatura usada en la Figura 3.
ρ = Densidad específica del líquido
psn = ‘p’ presión estática local (absoluta). ‘s’ – indica succión y ‘n’ posición de la medición. La presión en cualquier punto puede convertirse en ‘cabeza’ dividiendo su valor en kPa por el factor ‘ρg’. (g = 9.81)
ps1 = Presión estática (absoluta) del estanque de succión en kPa.
hp s1 = Cabeza estática de succión. Es la presión estática absoluta sobre la superficie del líquido en el estanque de succión, convertida en metros de cabeza (ps1 / ρg). En un estanque de agua abierto a nivel del mar, la cabeza estática de succión es igual a la presión atmosférica (101.3 kPa) dividida por ρ=1 (agua) y por 9.81; esto es 10.3 m. de cabeza.
vs1 = Velocidad del líquido en la superficie del estanque m/s.
hvs1 = Cabeza de velocidad. Se define como la energía de un líquido resultante de su movimiento a una velocidad determinada. Equivale a la distancia vertical (en un vacío perfecto) que tendría que caer la masa liquida para adquirir la velocidad vs1. En estanques relativamente grandes su valor es insignificante y no se considera en los cálculos.
hs = Cabeza estática de succión. Corresponde a la elevación relativa del líquido con respecto a la línea centro de la bomba. Si el nivel esta sobre la línea, hs es positivo: Si el nivel esta bajo la línea, hs es negativo, esta condición se suele nombrar como ‘succión aspirante’ o de levante.
Hfs = Cabeza de fricción. Cabeza (energía) requerida para vencer la resistencia que oponen al flujo las tuberías, válvulas, fittings, etc., existentes entre el punto A y el flanche de succión de la bomba, (punto B). Debe incluir la pérdida por entrada del líquido desde el estanque a la línea de succión (hi). La cabeza de fricción es dependiente del tamaño, condición y tipo o material del tubo; del número y tipo de fittings y válvulas; del caudal y naturaleza del fluido. Para su cálculo se requieren conocimientos e información especializada.
ps2 = Presión estática absoluta en el flanche de succión, en kPa
hps2 = Cabeza estática en el flanche de succión.= ps2 / g ·ρ.
vs2 = Velocidad del líquido pasando por el flanche de succión, m/s. La tubería de succión se dimensiona de modo que la velocidad en la succión permanezca baja.
hvs2 = Cabeza de velocidad en el flanche de succión. Esto es, energía del líquido moviéndose a una velocidad promedio vs2. En este caso: hvs2 = v2s2 /2g
pv = Presión de vapor absoluta del líquido a la temperatura de bombeo, en kPa. Los valores se encuentran tabulados en los textos especializados.
hpv = Cabeza de vapor. Presión de vapor absoluta convertida en metros de cabeza. hpv = pv /g ·ρ
Hs = Cabeza Total de succión en el flanche de entrada de la bomba, en metros.
Cálculo de la Cabeza Total de Succión a la entrada de la bomba.
La bomba se alimenta desde un estanque que debe tener un cierto nivel de líquido y que puede estar sobre o bajo el centro del flanche de succión de la bomba (+ Zm o – Zm). El estanque puede estar abierto a la atmósfera (Hat), o presurizado (+ Hpr), o bajo vacío (- Hpr). El flujo tiene que vencer la resistencia de las tuberías y accesorios entre la salida del estanque y la entrada a la bomba (Hfs, Hi, etc.).
El sistema externo de succión tiene que suministrar una cierta cantidad de cabeza (energía) en el flanche de admisión de la bomba. Esto se conoce como NPSHa, (Net Positive Suction Head available) Cabeza Neta Positiva de succión disponible. El término ‘cabeza’ medido en metros, se usa como una expresión de la energía del líquido en cualquier punto en el sistema de flujo. Los líquidos incompresibles pueden contener energía en la forma de velocidad, presión, o elevación. El sistema externo de succión tiene que diseñarse de modo que la presión estática en el flanche de succión sea siempre positiva, mayor que la presión de vapor y suficientemente alta para vencer las pérdidas internas en la zona de succión de la bomba, cuyo valor lo especifica el fabricante y es conocido como NPSHr (requerido).
En términos prácticos, el NPSHa (en metros) en el flanche de succión de un sistema simple, está dado por la ecuación algebraica:
NPSHa = + Hat + (Zm) + Hvs + (Hpr) – Hvap – Hfs – Hi. (Ecuación 1)
En donde:
Hat = Cabeza de Presión atmosférica en el lugar de aplicación
Zm = Cabeza estática de succión. Altura estática del líquido. Positivo sobre el eje de la bomba y negativo bajo el eje de la bomba.
Hvs = Cabeza de velocidad en flanche de admisión V = 1273 x Caudal (l/s)/d2 donde d = diámetro (mm)
Hpr = Cabeza de presión del estanque de succión. Positivo sobre y negativo bajo la presión atmosférica.
Hvap = Cabeza de presión de vapor (a la temperatura del líquido) en el flanche de admisión.
Hfs = Cabeza de fricción. Cabeza (energía) requerida para vencer la resistencia que oponen al flujo las tuberías, válvulas, fittings, expansiones, restricciones, etc., existentes entre el punto A y el flanche de succión de la bomba, (punto B en Fig. 3). Es función de la velocidad y características del fluido y de la características de la tubería según factores empíricos encontrados en tablas y gráficos especializados.
Hi = Cabeza de ingreso a la línea de succión (Punto A). Representa la energía gastada en el ingreso del fluido desde el estanque a la línea de succión. Es función de la velocidad del fluido y de la forma de unión del estanque al tubo de succión. Hi = k · V2/2g donde k = factor tabulado en textos especializados.
Nota. Todos los términos de presión se convierten en metros de ‘cabeza’, dividiendo la presión en kPa por 9.81 y por la densidad específica del fluido.
En instalaciones existentes, el NPSHa también se puede calcular con la lectura (presión manométrica absoluta) de un manómetro conectado cerca del flanche de succión.
Nota: El manómetro sólo indica la presión estática en el punto de conexión por lo que debe incorporarse la cabeza dinámica Hvs.
NPSHa = + Hat – Hvap + Hvs + (Hms)
Hms = Cabeza de succión manométrica. Positiva si la presión manométrica es superior a la presión atmosférica y negativa si es inferior.
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