Reduzca la velocidad, se está moviendo demasiado rápido (tal vez), parte 1 de 2

Aug 03, 2023

No estoy aquí para decirte qué hacer; Solo quiero que tomes una decisión informada. Como muchas de mis columnas, esta es un corolario de los comentarios de los lectores a una columna anterior. En la edición de agosto de 2017 de Pumps & Systems, expuse mi tesis sobre por qué prefiero las bombas de baja velocidad siempre que sea posible. Punto de referencia: Me refiero a velocidades de motor basadas en velocidades de inducción de 60 hercios de 2 polos frente a 4 polos (1750 frente a 3550 rotaciones por minuto [rpm]).

Si no ha leído la columna de 2017, es importante que reconozca que a menudo es necesario y prudente usar bombas de alta velocidad. Las bombas de alta velocidad pueden ser más eficientes y poseer una envolvente física notablemente más pequeña para las mismas condiciones hidráulicas. Según el ciclo de trabajo, la bomba con mayor eficiencia generará un gran retorno de la inversión (ROI) que es especialmente bienvenido en el mundo actual, hambriento de energía.

Como regla general, una bomba clasificada para funcionar con un valor determinado de cabeza y flujo puede reducirse físicamente a la mitad del tamaño si se duplica la velocidad. El tamaño más pequeño de la bomba de alta velocidad se traduce en un espacio reducido y un costo inicial más bajo.

Propongo que las bombas más lentas a menudo pueden ser más confiables, lo que significa que experimentarán una vida más larga y requerirán menos mantenimiento durante ese período. Estos beneficios de confiabilidad también se traducirán en ahorros de ROI, aunque puede llevar más tiempo del que algunas corporaciones tienen paciencia. La lógica enrevesada se centrará únicamente en los costos iniciales, y por lo tanto cambiará irresponsablemente el aumento inevitable de los costos operativos y de mantenimiento a otros. Para resumir, compare el costo inicial con el costo total de propiedad (TCO) para la vida útil esperada de la bomba.

Cuando me preguntan sobre mi preferencia sobre la velocidad de la bomba, normalmente digo que soy del campo de "depende". Hay una larga lista de variables en el proceso de decisión general a considerar.

¿Tengo algún dato empírico para respaldar estas afirmaciones? La respuesta corta es que tengo conocimiento de un estudio formal que respalda mi tesis que involucra más de 100 bombas de clase del Instituto Americano del Petróleo (API) mencionadas por Allan R. Budris en un artículo que escribió hace algunos años. Lamento no tener una copia del estudio.

En otro estudio presentado por el difunto Dr. Elemer Makay para el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica (EPRI) sobre la estabilidad de la bomba de alimentación de calderas, su resumen indicó lo siguiente: "Las bombas de agua de alimentación deben diseñarse para un funcionamiento estable en la gama completa de caudales posibles, incluso a costa de alguna reducción de la eficiencia en el mejor punto de operación”. Tenga en cuenta que hay muchos otros puntos importantes en las más de 60 páginas de su informe.

Tenga en cuenta que la pregunta de alta velocidad versus baja velocidad no es fácil de responder, y muchos expertos postularán sus propias teorías. Hay muchos que no están de acuerdo con mi tesis de "a veces más lento es mejor"; sin embargo, lo único que te pido es que consideres todos los factores de la ecuación antes de decidirte.

Dadas todas las consideraciones de la aplicación de la bomba, recomiendo una revisión exhaustiva de cada factor/variable y luego asignar un exponente o multiplicador ponderado. Hay tantos factores a considerar que no puede decidir en buena conciencia únicamente sobre el factor de velocidad. Sugiero poner todas las variables en una hoja de cálculo y calcular una solución. El resultado lo ayudará a decidir, en función de datos objetivos convertidos en información analítica frente a elecciones emocionales subjetivas.

Como todo buen ejercicio de Six Sigma, los datos que seleccionas en la evaluación no son válidos a menos que haya una medición. Uno de los axiomas comunes de la ingeniería de bombas es que el factor de desgaste de la bomba es proporcional al factor de velocidad elevado al cubo. Indicado como: Desgaste α (RPM)3. [Si no está familiarizado con el símbolo "α", es la letra griega alfa minúscula y, en matemáticas, significa "es proporcional a".] Esta tesis y expresión de desgaste se usan comúnmente en aplicaciones reológicas donde el líquido es clasificado como lodo. Otras máximas comunes son que el desgaste es proporcional a la velocidad del líquido y el desgaste es indirectamente proporcional a la dureza del material.

No es mi intención que la columna se sumerja en la madriguera del conejo de la reología, por lo que terminaré ese desvío aquí, excepto para afirmar que a menudo usaré factores de reología como una herramienta para predecir el desgaste potencial y la confiabilidad de la bomba, independientemente de las propiedades del líquido.

Para seguir el juego, primero deberá asignar un factor (F), y esa es la parte difícil que debe basarse en la experiencia, conjeturas educadas/calibradas y/o datos empíricos. Como ilustración imperfecta, considere el desgaste α [(F)3 x (RPM)3], donde F se sustituye en la expresión anterior. Suponga que está bombeando agua limpia; una perspectiva sería asignar el factor F como una magnitud de 1, por lo que 1 al cubo sigue siendo 1. Como otro ejemplo, a una lechada líquida de clase 2 dada se le podría asignar una magnitud 3, por lo que el resultado sería 27. Tenga en cuenta que el valor real la velocidad sigue siendo un factor en mi ejemplo. Hay muchas rutas matemáticas alternativas para diseñar tu propia ecuación; este es solo un ejemplo simple.

La conclusión aquí es que, según las propiedades del líquido, el factor de desgaste resultante será diferente. Sin embargo, no olvide el punto sobresaliente general de que incluso si el líquido es agua clara, hay muchas otras fuerzas y tensiones en la bomba que se agravan con el aumento de la velocidad.

¿Cuáles son algunos de los principales factores a considerar? Cubrí en detalle la cabeza de succión neta positiva (NPSH) y la velocidad de la punta del impulsor en mi columna de agosto de 2017. Pensando en las líneas de las leyes de afinidad, tenga en cuenta que el rendimiento hidráulico dentro de la envolvente operativa preferida (rango) de una bomba, NPSH varía aproximadamente como el cuadrado de la relación de velocidad. Entonces, si el margen NPSH ya era pequeño a baja velocidad, ciertamente será inaceptable a velocidades más altas.

La Parte 2 cubrirá la velocidad específica, las fuerzas atenuantes y dinámicas, la inercia y más.

Referencias

Inestabilidad hidráulica de la bomba centrífuga Informe EPRI CS-1445 Proyecto de investigación 1266-18 por el Dr. E Mackay 1980

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].