Es tiempo de cebado otra vez, parte 2

Sep 28, 2023

En la Parte 1 de mi columna, expliqué las razones para acortar el tiempo total de cebado.

Existen numerosos métodos externos para cebar el sistema de bombeo. Algunos de los métodos más comunes son bomba de vacío, eyector, venturi, inductor de cebado, cámara de cebado externa y válvula de pie.

Algunos sistemas pueden controlarse automáticamente, incluida la gestión del nivel del sumidero, mientras que otros son 100% manuales. Dondequiera que se instalen numerosas bombas, el análisis económico sugerirá que se conecte un sistema de cebado central a todas las bombas.

Para los métodos de cebado externo, los usuarios deberán consultar con el proveedor/fabricante del equipo de cebado para determinar el tiempo de cebado específico de su sistema único, que se basa en el volumen del sistema y el rendimiento del dispositivo de cebado.

En esta columna, nos centraremos en las bombas que tienen una cámara de cebado interna y son autocebantes sin medios externos. En otras palabras, las funciones de autocebado son integrales y están integradas en la unidad. Las bombas autocebantes son mucho más comunes en estos servicios de elevación que en los otros tipos.

Una nota de precaución para las válvulas de pie es que tienden a volverse problemáticas con el tiempo, no como una falla en el diseño de la válvula sino como un problema del sistema. Cuando funcionan (según el diseño), ahorrarán tanto el tiempo de cebado como el inevitable desgaste del sistema de bombeo. Sin embargo, si hay sustancias extrañas en el líquido/sistema, la válvula desarrollará fugas con frecuencia después de un tiempo de servicio debido a que estos objetos se alojan en el área del asiento. Además, una válvula de pie presenta un factor de fricción significativo y disuade de la capacidad de elevación disponible. Considere la ecuación de Darcy y comprenda que la resistencia hidráulica de una tubería se puede expresar como un coeficiente del factor de fricción que incluye la longitud y el diámetro, comúnmente conocido como el factor K. El factor K para una válvula de pie estilo poppet con un filtro normalmente será de alrededor de 400 y notablemente menor para un disco articulado con filtro de 75. A modo de comparación, el factor K de una válvula de bola o de compuerta estará en el rango de 3 a 8.

Primero, tenga en cuenta que incluso una bomba autocebante debe cebarse antes de la operación inicial. Un cebador automático tiene una cámara de cebado que requiere la introducción de líquido externo antes de arrancar la bomba. Las bombas autocebantes están diseñadas para permitir el cebado en operaciones posteriores. Con el tiempo, puede ser necesario volver a cebar debido al transporte, mantenimiento, fugas y/o evaporación.

Las bombas autocebantes normalmente se basan en uno de dos conceptos básicos. Un tipo utilizará un depósito, una cámara interna vacía o separada para facilitar la recirculación del líquido con aire arrastrado al impulsor para el proceso de separación. En el otro tipo, el proceso de separación ocurre directamente en el impulsor y el área de descarga de la bomba. Diferentes fabricantes tendrán variaciones en ambos diseños que pueden incluir cámaras auxiliares adicionales o ampliadas en combinación con puertos/pasajes ubicados estratégicamente para acelerar el proceso de separación. De cualquier manera, el aire/gas arrastrado debe separarse del líquido durante el proceso. El fluido de doble fase de la fuente de succión debe separarse en aire y líquido para que la bomba funcione.

Tenga en cuenta que el aire y los gases separados deben tener un lugar a donde ir (una salida), y la bomba no tiene la capacidad de comprimirlos. En consecuencia, el aire y los gases normalmente se ventilan de regreso al sumidero a través de una línea de derivación a presión atmosférica (sin contrapresión). La línea de derivación puede estar continuamente abierta o controlada por una válvula a través de un solenoide temporizado o un medio de detección de líquido, como una válvula automática de detección de líquido o una válvula de liberación de aire.

Antes de que un usuario pueda completar cualquier cálculo de horario de máxima audiencia, primero debe verificar que la carga neta positiva de succión disponible (NPSHa) exceda la carga neta positiva de succión requerida (NPSHr). La buena noticia es que en el proceso de cálculo, los usuarios determinarán muchos de los otros factores necesarios para el cálculo del tiempo de cebado. Además de la información de fricción y altura de succión, el cálculo de NPSHa requerirá datos de presión absoluta, temperatura del líquido y presión de vapor. La guinda del pastel que a menudo se pasa por alto para este esfuerzo es que los usuarios no instalarían una bomba que cavite.

Para obtener ayuda con el cálculo del NPSHa, consulte uno o más de mis artículos sobre este tema.

Incluso para una bomba autocebante, los usuarios requerirán cierta información clave del fabricante de la bomba para calcular el tiempo de máxima actividad, el "tiempo de cebado para la elevación estática efectiva". Este componente de la fórmula será un factor de tiempo basado en el diámetro del impulsor, la velocidad y el componente de distancia vertical de la altura de succión. El factor de tiempo se basa en el bombeo de agua clara a temperatura ambiente y requerirá corrección para otras propiedades del líquido. El fabricante de la bomba a menudo incluirá el factor tiempo como un recuadro, una curva secundaria o una tabla dentro de la curva de rendimiento de la bomba publicada. No confunda este factor de tiempo con el tiempo de cebado real, ya que es solo un factor entre muchos en la fórmula/ecuación real.

Si bien no forman parte del cálculo del tiempo de cebado, la sumersión real y la sumersión crítica son factores críticos para el éxito del autocebado o cualquier sistema de bomba. Si no está familiarizado con los términos "inmersión" e "inmersión crítica", consulte mi artículo sobre bombas y sistemas de abril de 2016 (www.pumpsandsystems.com/guidelines-submergence-air-entrainment).

En el proceso de determinación de NPSHa y sumersión crítica, es importante diferenciar y comprender que los usuarios pueden tener suficiente NPSHa y aun así tener una sumersión insuficiente. La antítesis también es cierta en el sentido de que los usuarios pueden tener suficiente inmersión y aun así no tener suficiente NPSHa.

Los déficits críticos de sumersión a menudo se pueden mitigar con flotadores, barreras, deflectores, una línea de succión más grande y/o una entrada de succión con boca de campana.

Tiempo de cebado

En el proceso de los cálculos, primero deberá determinar/calcular:

Los siguientes elementos constituyen los factores de la fórmula para el tiempo total de cebado.

Vea la fórmula en la Imagen 1. Nota: Las unidades de longitud, distancia y diámetro están en pies, y el tiempo está en segundos.

Se determinará/medirá la longitud total total y el diámetro de la tubería de succión. Tenga en cuenta que debe utilizar el diámetro interior (ID) de la tubería para el cálculo. Esta dimensión de ID es una función del material y el programa de la tubería. Un punto importante es que un usuario solo considerará la longitud de la tubería por encima de la superficie del líquido (pero considere la longitud total de la tubería al calcular la pérdida por fricción para el valor de NPSHa).

La elevación estática es simplemente la distancia vertical (diferencia de elevación) desde la superficie del líquido hasta la línea central del impulsor. También puede utilizar el punto más alto. En muchos cebadores automáticos, la línea de succión o la elevación de la entrada de la bomba es diferente a la línea central del impulsor. Mida la elevación estática para el peor de los casos (nivel más bajo) como factor de seguridad.

La SG del líquido afectará directamente la sustentación estática efectiva. Para obtener la sustentación estática efectiva, los usuarios simplemente deben multiplicar el valor de sustentación estática (máxima) por el SG. Recuerda que SG es una razón, por lo que no hay unidades. Otra forma de pensar en SG en este caso es como un factor de corrección en relación directa con la sustentación, lo que significa que cuanto mayor sea la gravedad específica, mayor será la sustentación estática efectiva.

El siguiente es el tiempo de cebado para el levantamiento estático efectivo. Esta información provendrá del fabricante de la bomba y se basa en datos de pruebas empíricas de la bomba. Esta información se basa en un diámetro de tubería de succión que es del mismo tamaño que la succión nominal de la bomba. En consecuencia, si la tubería de succión es más grande que la succión de la bomba, el cálculo del horario principal será incorrecto. Además, asegúrese de utilizar la sustentación estática efectiva (corregida por SG en lugar de la sustentación estática). Ver gráfico en la Imagen 1.

La presión de vapor del líquido (una función de la temperatura del líquido) no forma parte de la fórmula, pero será necesaria para el cálculo de NPSHa. Suponga el peor de los casos para los cálculos, es decir, la temperatura del líquido más alta que esperará en el sistema.

Si las temperaturas del líquido se acercan a los 140 F, será una señal de alerta de que se está acercando a los límites de la física y los límites de la bomba. Como decía la abuela, "una bomba tiene que conocer sus limitaciones". Para obtener más detalles, consulte mi columna de octubre de 2021 sobre el replanteamiento de la matriz NPSHa: www.pumpsandsystems.com/rethinking-npsh-matrix?oly_enc_id=0806C1425778F5U

Ejemplo

Se ha verificado que un sistema de bomba de ejemplo tiene suficiente NPSH y márgenes críticos de inmersión. Usando la fórmula con el cuadro insertado en la Imagen 1 y alguna información de muestra provista, vea si puede calcular el tiempo de cebado para esta bomba de prueba fabricada por la ficticia Acme Canis Latrans Pump Company LLC con sede en el norte de Arizona.

DADO: una bomba autocebante modelo "Geococcyx Californianus" que levanta agua a 68 F (SG=1.0) con un impulsor de 8 pulgadas. La tubería de succión tiene el mismo diámetro que la entrada de succión de la bomba, que es de 3 pulgadas (0,250 pies). La altura de succión es de 14 pies y la longitud total de la tubería de succión sobre la superficie es de 18 pies. Utilizando la fórmula y el gráfico de la figura uno, la respuesta para el tiempo total de cebado será de 36 segundos.

NOTA: si cambiamos el ejemplo donde la tubería de succión se agranda de 3 a 4 pulgadas, el tiempo total cambia de 36 segundos a 64 segundos.

A lo largo de los años, he recopilado mi propia lista de las razones más comunes por las que las bombas autocebantes no funcionan correctamente. Una lista abreviada y sucinta sigue:

Jim Elsey es ingeniero mecánico con más de 50 años de experiencia en equipos rotativos para aplicaciones industriales y marinas en todo el mundo. Es asesor de ingeniería de Summit Pump, Inc., miembro activo de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos, la Asociación Nacional de Ingenieros de Corrosión y la Liga Naval de Submarinos. Elsey también es directora de MaDDog Pump Consulting LLC. Puede comunicarse con él en [email protected].