Lectura de la curva de una bomba centrífuga

Aug 01, 2023

Elegir la bomba centrífuga correcta para su aplicación es fundamental para maximizar el rendimiento a largo plazo. La bomba incorrecta no solo funcionará de manera ineficiente, sino que también puede fallar prematuramente porque no se adapta de manera ideal a las condiciones de la aplicación.

La identificación de la mejor bomba para su aplicación comienza con el examen de la curva de la bomba, que indica cómo se desempeñará una bomba frente a tasas específicas de presión y flujo. La interpretación adecuada de estos datos es la única forma de tomar decisiones informadas sobre la elección de la bomba, el tamaño del motor, las estrategias de consumo de energía y otros factores. Antes de leer la curva de una bomba, se debe recopilar la siguiente información para un sistema dado:

Después de hacer estos cálculos, es hora de encontrar una bomba que funcione de manera eficiente dentro de los parámetros del sistema.

Una curva de bomba indica el flujo en el eje x (horizontal) y la presión de cabeza en el eje y (vertical). La curva comienza en el punto de caudal cero, o carga de cierre, y desciende gradualmente hasta que alcanza el punto de descentramiento de la bomba o caudal máximo.

El "punto óptimo" de operación de la bomba, o el punto de mejor eficiencia (BEP, por sus siglas en inglés), generalmente se encuentra cerca de la mitad de la curva. Las bombas son las más eficientes y tienen su vida útil más alta cuando pueden funcionar cerca de su BEP, según lo determine el fabricante. Por lo general, el área en la curva entre el 70 y el 120 por ciento del BEP se conoce como región operativa preferida (POR) para la bomba.

Una segunda curva, denominada curva del sistema, se usa junto con la curva de la bomba y se puede superponer en el mismo gráfico. La curva del sistema representa la carga del sistema en su aplicación específica a varios caudales y se calcula determinando la carga estática y la pérdida por fricción del sistema.

En la curva de un sistema, a medida que aumenta el caudal, se produce un aumento correspondiente en la cabeza del sistema, o sea, la presión requerida para hacer que el líquido se mueva. La energía utilizada para superar la resistencia al flujo se denomina pérdida de carga (o presión) debido a la fricción.

La superposición de la curva del sistema en la curva de la bomba indica cómo funcionará la bomba dado un caudal y una presión de cabeza específicos, según la posición de la válvula de control de la bomba y el diámetro del impulsor. El punto en el que la curva de la bomba y la curva del sistema se cruzan en el gráfico indica el punto de funcionamiento real de la bomba en ese sistema en particular.

Para ilustrar, considere el siguiente ejemplo y consulte la curva de velocidad única que se muestra en la Imagen 1:

Ubique 9,000 gpm en el eje x y sígalo hacia arriba hasta que se cruce con 180 pies de cabeza en el eje y. El punto de intersección caería hacia la mitad de la curva y probablemente estaría dentro del POR, lo que hace que la bomba sea una buena opción para esta aplicación de ejemplo.

Sería importante confirmar que, de hecho, entra dentro del POR consultando las directrices del fabricante.

El mismo gráfico puede representar cómo cambiará el rendimiento de la bomba si se reduce o amplía el diámetro del impulsor. El diámetro se expresa en pulgadas vecinas a su respectiva curva. Un cambio en el diámetro del impulsor no afecta la curva del sistema, que solo cambia si hay un cambio en el cabezal del sistema, como una válvula cerrada. Los puntos de intersección son donde la bomba funcionará en cada diámetro.

Tenga en cuenta que está permitido cambiar el diámetro del impulsor, así como las condiciones del sistema, siempre que el rendimiento de la bomba se encuentre dentro del POR. Hay un rango más amplio de la curva de la bomba identificado como la región operativa permitida (AOR), en la que puede ser permitido y beneficioso operar la bomba. Normalmente cae entre la línea de flujo estable continuo mínimo (MCSF) y la línea de descentramiento. Si el rendimiento de la bomba cae fuera de esa zona, busque otra bomba.

Además de trazar las curvas de la bomba y del sistema, un gráfico de curvas de la bomba proporciona otros elementos importantes para elegir el producto correcto para su aplicación.

Curva de eficiencia: La curva de eficiencia de la bomba representa la eficiencia de una bomba en todo su rango operativo. La eficiencia se expresa en porcentajes a la derecha del gráfico de la curva. El BEP está representado por el pico de la curva de eficiencia, y la eficiencia disminuye a medida que la curva se aleja, ya sea hacia la derecha o hacia la izquierda, del BEP. Conocer el porcentaje de eficiencia también ayudará a calcular la potencia necesaria para una aplicación.

Líneas de eficiencia ISO: Las líneas de la Organización Internacional de Normalización (ISO) son curvas elípticas concéntricas que indican la misma eficiencia en un gráfico de curva de bomba. Se utilizan como otro medio para representar cómo cambian los niveles de eficiencia a lo largo de la curva de una bomba a medida que se aleja del BEP o si se reduce el diámetro del impulsor.

Curva de potencia: La curva de potencia representa la carga que la bomba impone al conductor en un punto dado de la curva de la bomba y ayuda con el dimensionamiento adecuado del motor. Se representa como un gráfico de curva separado y aumenta gradualmente hacia su carga máxima, que suele estar cerca del BEP con la mayoría de los tipos de bombas rotodinámicas. Posteriormente, declina a medida que se acerca al punto de agotamiento.

Curva de altura de succión neta positiva: La cabeza de succión neta positiva requerida (NPSHr) indica cuánta fuerza se necesita para empujar el líquido hacia el ojo del impulsor de la bomba. Se muestra en pies debajo del gráfico de la curva de la bomba principal. Conocer la cantidad correcta de NPSHr evitará que la bomba cavite, vibre y falle prematuramente.

Hasta ahora, solo se han considerado bombas fijas de una sola velocidad. Ahora echemos un breve vistazo a la curva de velocidad variable, que se muestra en la Imagen 2.

Cuando se indica en el gráfico, las diversas velocidades se representan en rpm mediante curvas separadas. A medida que se reduce la velocidad, las curvas de la bomba de velocidad variable ayudan a predecir cuáles serán las reducciones correspondientes a los niveles de caudal y cabeza, según sus puntos de intersección con la curva del sistema. A lo largo del arco de la curva del sistema, las reducciones continúan hasta que el flujo y la cabeza finalmente llegan a cero y las rpm de la bomba se detienen. También se pueden agregar curvas de sistema adicionales para ilustrar, por ejemplo, el impacto de varias válvulas de zona que se abren y cierran como en un sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC). Tenga en cuenta que según el tipo de control de velocidad utilizado, la bomba puede operar en una curva de control diferente a la curva del sistema.

Los términos y consideraciones anteriores no pueden cubrir todos los escenarios que un especificador puede encontrar. Sin embargo, comprenderlos ayudará a proporcionar una base sólida para interpretar la curva de una bomba.

Esto, a su vez, fomentará decisiones acertadas al seleccionar y especificar bombas.

Nota del editor: en 2016, Grundfos y Pumps & Systems presentaron un seminario web sobre un tema similar al de este artículo. Los asistentes lo encontraron muy útil, y creemos que los lectores de este artículo también pueden encontrarlo útil para aprovechar el conocimiento que adquirieron. Para obtener más información sobre cómo leer la curva de una bomba, puede descargar una versión archivada del seminario web aquí.

Jim Swetye es director de formación técnica de Grundfos. Ha estado en la industria de las bombas durante 39 años y tiene una licenciatura en artes de Hiram College en Ohio y una maestría en ciencias en educación/liderazgo curricular de Emporia State University en Kansas.