Comprender los factores involucrados en el desempeño de una bomba es clave para optimizar los sistemas de manejo de fluidos en sus operaciones.
¿Se ha concentrado tanto en la eficiencia de los motores de su planta que está perdiendo de vista el equipo que accionan esos motores? En muchas aplicaciones, incluidas las bombas, la respuesta a la pregunta de eficiencia se aborda mejor cuando se estudia el sistema completo.
Tarde o temprano, la mayoría de los profesionales de mantenimiento que trabajan con bombas se encontrarán con una curva de bomba y sus parámetros clave, uno de los cuales es el punto de mejor eficiencia (BEP). El BEP representa gráficamente el punto en la curva de una bomba que produce la operación más eficiente. Para los motores eléctricos, la eficiencia varía con la carga, siendo la mejor eficiencia aproximadamente al 75% de la carga. Con las bombas rotodinámicas (que incluyen los tipos de flujo centrífugo y axial), la eficiencia depende de tres parámetros importantes de la curva de la bomba: altura, flujo (es decir, capacidad o volumen) y potencia, como se expresa en esta simple ecuación:
Como muestra la ecuación, la potencia es inversamente proporcional a la eficiencia, lo que básicamente significa que las bombas usan menos energía cuando funcionan de manera más eficiente. Pero la potencia también es directamente proporcional al caudal X altura (Q X H), los cuales varían con la demanda en un sistema de bomba rotodinámica. Si el sistema restringe la descarga de la bomba, como cuando una válvula de mariposa de descarga está cerrada, el flujo disminuye y la altura aumenta. Por el contrario, una menor restricción del sistema significa un mayor flujo y menos altura. Esta relación se ilustra mediante una curva de bomba que es específica para cada bomba.
Para comprender el BEP, es esencial saber que el flujo a través de una bomba rotodinámica varía de flujo cero (válvula de descarga cerrada) al flujo máximo en la condición de "agotamiento" (sin restricción de descarga). Resulta que la eficiencia de la bomba es una función del flujo a través de la bomba, aunque no es estrictamente lineal.
Efecto del caudal
Para visualizar cómo el flujo afecta la eficiencia de la bomba, imagine el flujo de tráfico en una carretera, con la eficiencia medida como autos por minuto. A altas horas de la noche, sin coches en la carretera (y, por tanto, sin tráfico), la eficiencia es cero. Temprano en la mañana, el tráfico se mueve rápidamente, pero con pocos automóviles circulando, la eficiencia sigue siendo baja. Durante las horas pico, el volumen del tráfico aumenta enormemente, por lo que se forman cuellos de botella, el tráfico se ralentiza y la eficiencia se desploma. Por lo general, hay un momento justo antes de la hora pico con mucho tráfico en movimiento rápido cuando la carretera maneja la mayor cantidad de autos por minuto, es decir, su BEP.
El BEP de una bomba es similar. Con la válvula de descarga cerrada y flujo cero, la eficiencia es cero. A medida que se abre la válvula de descarga (es decir, la restricción de descarga se reduce gradualmente), el flujo y la eficiencia aumentan gradualmente, hasta que el flujo a través de la bomba se vuelve más turbulento. En ese punto, la eficiencia comenzará a disminuir y luego continuará disminuyendo a medida que la bomba se acerque a la condición de "agotamiento" (altura cero). Al igual que con el flujo de tráfico en una carretera muy transitada, en algún lugar entre la condición de flujo cero y altura mínima, hay un caudal en el que la eficiencia es máxima, es decir, el BEP.
Si la eficiencia de la bomba cambia con el caudal, una pregunta lógica podría ser "¿Por qué?" Como se mencionó anteriormente, una razón es que la eficiencia de la bomba se correlaciona directamente con la turbulencia en el flujo, es decir, cuanto mayor es la turbulencia, menor es la eficiencia. Por lo tanto, tiene sentido que el BEP sea donde la turbulencia es mínima.
Efecto del diseño del impulsor
El diseño del impulsor es el factor más importante para determinar el BEP de una bomba porque dicta la eficiencia con la que se transmite la potencia (potencia del freno o BHP) al líquido que se bombea. Un impulsor correctamente diseñado optimiza el flujo y minimiza las turbulencias.
El fluido entra en el ojo del impulsor y se acelera a medida que viaja radialmente hacia afuera hacia la descarga del impulsor. A medida que el líquido se descarga del impulsor, se fusiona con el líquido que ya se encuentra en la carcasa del impulsor. Si las paletas del impulsor están en el ángulo correcto con relación al caudal, el fluido entrante se fusionará suavemente con el fluido en remolino en la carcasa, minimizando la turbulencia, maximizando la eficiencia y produciendo el BEP para ese impulsor.
Los diseñadores utilizan una serie de vectores para calcular el ángulo de la paleta del impulsor para un cierto caudal.
Tenga en cuenta que el caudal cambia el ángulo de descarga, pero el ángulo de la paleta del impulsor permanece constante. El BEP es el caudal donde el ángulo de descarga coincide con el ángulo de la paleta. Se aplican factores de diseño similares a la admisión del impulsor. Aunque las características de la carcasa del impulsor también juegan un papel, el diseño del impulsor es el factor principal que determina el caudal al que se produce el BEP.
Puntos para recordar
Lo más importante a recordar es que cualquier modificación del impulsor cambiará el BEP de la bomba. Recortar el diámetro exterior de un impulsor, reemplazar un impulsor por uno de diferente diámetro o número de álabes o cambiar la velocidad de rotación del impulsor alterará el BEP de la bomba.
Antes de modificar un impulsor de alguna manera, asegúrese de determinar cómo afectará el cambio a la curva de la bomba, la curva de eficiencia y el BEP.
Fuente: EP Editorial Staff | May 15, 2013
