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

Oct 06, 2023

En la parte 1 de mi columna en la edición de noviembre de 2022, cubrimos las primeras partes de la decisión de comprar una bomba más lenta. Llegamos a la medición, el proceso de decisión y más.

La velocidad específica (Ns), en su definición más simple, aborda la geometría del impulsor, incluidos los ángulos de las paletas y el número de paletas. En la bomba, tanto las fuerzas dinámicas como las estáticas y su relación son funciones de la velocidad específica (F dinámica ÷ F estática).

Tenga en cuenta que las velocidades específicas de aproximadamente 3000 producirán la bomba más eficiente y, en una comparación de coeficiente de cabeza versus velocidad específica, alcanza un máximo de alrededor de 1000. Puede generar cabeza de bomba más fácilmente a velocidades específicas más bajas, pero no tan eficientemente a velocidades específicas más altas.

A medida que aumenta la velocidad específica de succión (Nss), la envolvente operativa estable/permisible para la bomba disminuye. La condición de succión de la bomba es realmente el factor más importante a examinar cuando se considera la velocidad de la bomba. Si bien el margen de NPSH es primordial, puede hacerse un favor al determinar la región de operación de la bomba permitida (ventana de estabilidad) para su selección de las curvas de rendimiento de muestra propuestas.

A partir de ahí, puede estimar la velocidad específica de succión máxima con la que decide operar. Conociendo la velocidad máxima específica de succión, puede determinar la velocidad máxima para la bomba utilizando la fórmula de velocidad específica de succión resuelta algebraicamente para la velocidad (N). Por ejemplo, suponga una velocidad máxima específica de succión de 8500. No confunda la velocidad específica de succión de 8.500 como máximo; esto es solo un ejemplo.

La energía de succión (SE) es otro parámetro que a menudo se pasa por alto. SE es, en esencia, una medida de la cantidad de movimiento del líquido en el ojo del impulsor. El espacio de la columna no permite una explicación completa aquí, así que consulte mi columna de mayo de 2020 para obtener más detalles.

Mientras observa la velocidad del líquido en la succión, observe también la velocidad en la boquilla de descarga y 6 diámetros aguas abajo. Consulte la norma 9.6.6 del Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI)/Instituto Hidráulico (HI) para conocer las mejores prácticas, pero sepa que más de 8 a 10 pies por segundo en el lado de succión se acerca a posibles problemas. Aquí, más lento es mejor. Aprecio que las velocidades de la punta de la paleta del impulsor serían similares para cualquier caso (una bomba más grande y más lenta versus una más pequeña y más rápida), pero estoy sugiriendo la idea alternativa de que puede ser mejor agregar otra etapa a la bomba, si lo requiere cabeza adicional, y para cambiar el ancho del impulsor, si necesita más flujo. Otra solución podría ser dos bombas en serie.

Los límites nominales para el diámetro máximo del impulsor son normalmente de 27 pulgadas para los límites de velocidad de 4 polos y de 13 pulgadas para los de 2 polos. Este factor limitante es independiente de las propiedades del líquido y se basa más en la resistencia del material del impulsor (cubiertas y paletas). El exceso de velocidad de la punta se manifestará como una vibración inaceptable. Las fuerzas radiales son una función de la geometría del impulsor para un diseño de carcasa dado y aumentarán directamente con la velocidad. Las fuerzas radiales tendrán un impacto directo en la deflexión del eje que afecta directamente la vida útil del sello mecánico y del cojinete. Tenga en cuenta que un eje de desviación a velocidades de 4 polos se desviará 3550 veces por minuto y 7100 veces por minuto a velocidades de 2 polos. La calidad del proceso de fabricación del impulsor afectará tanto el equilibrio hidráulico como el mecánico. El desgaste de los cojinetes, la vida útil del sello mecánico y la alineación del impulsor se volverán más críticos con el aumento de la velocidad.

Las fuerzas axiales son una función de la geometría del impulsor, la presión de succión, las holguras y la cabeza desarrollada. Los efectos nocivos de las fuerzas axiales pueden verse exacerbados por un ajuste flojo del impulsor al eje. El empuje axial aumenta proporcionalmente a la velocidad. Las frecuencias de las fuerzas dinámicas del rotor dependen de la velocidad y el flujo y reaccionan proporcionalmente.

Las bombas con impulsores más grandes y una masa giratoria más grande tendrán una mayor inercia. Una mayor inercia se traduce tanto en una desaceleración más larga ante la pérdida de potencia como en un tiempo más largo para alcanzar la velocidad máxima durante el arranque. Esta propiedad de reacción retardada es beneficiosa para controlar las presiones transitorias del sistema, ya que la bomba se desacelerará lentamente después de un disparo de la bomba o del reposicionamiento de la válvula de control, pero seguirá moviendo el fluido. La reacción más lenta del cambio hidráulico minimizará la separación de columnas en las tuberías aguas abajo, lo que reduce el golpe de ariete y otras acciones negativas relacionadas.

¿Cuáles son algunos parámetros básicos y preguntas a considerar al decidir sobre la velocidad de la bomba? No tengo espacio para explicar cómo cada uno de estos factores afectará la decisión de velocidad de la bomba, pero la siguiente lista se considera digna de ser examinada:

Una visión general de la reología que incluye todas las propiedades de los líquidos y especialmente la cantidad de sólidos. Cuantos más sólidos haya, más necesitará reducir la velocidad. También tenga en cuenta la abrasividad, la forma y el tamaño de los sólidos.

La viscosidad es una propiedad líquida que mucha gente pasa por alto, así que la destaco con su propia categoría. Una viscosidad más alta requiere una bomba más grande para las mismas condiciones hidráulicas.

¿El fluido es newtoniano o no newtoniano? Piense en el factor de velocidad de corte y corte. Muchos líquidos no newtonianos no reaccionan bien a velocidades más altas.

Teniendo en cuenta el ciclo de trabajo real, es importante cuantificar el costo de la energía (a algún costo por kilovatio hora).

Las condiciones de succión se discutieron anteriormente, pero también considere si se trata de una succión inundada versus una situación de succión elevada o si hay varias bombas conectadas en paralelo o en serie. Es importante tener en cuenta el nivel de sofisticación para el diseño de la geometría de la tubería del sistema de succión para la inmersión crítica, el flujo turbulento, la energía de succión, la velocidad de la boquilla de succión y el margen de NPSH.

Otro subconjunto importante de las condiciones de succión es si la bomba es autocebante. Tenga en cuenta que el tiempo de cebado en aplicaciones de alta velocidad calentará el líquido tanto en el sello como en las cámaras de cebado de 8 a 10 veces más rápido.

Las siguientes preguntas también afectarán la elección de la velocidad de la bomba:

¿Dónde se iniciaron los mitos urbanos relativos a la velocidad de la bomba? Muchos de los diseños iniciales de bombas de alta velocidad de la década de 1960 se basaron en los modelos de baja velocidad que simplemente aumentaron su velocidad para satisfacer las demandas del mercado. Después de algún tiempo de funcionamiento, estas bombas se encontraron con frecuencia poco fiables. ¿Por qué? Porque muchos de los modelos de bombas más antiguos no fueron diseñados originalmente para operar a velocidades más altas. Los eventos de falla posteriores sesgaron los datos de confiabilidad, por lo que prevaleció la línea de pensamiento común de que más lento debe ser mejor. Sin embargo, en la década de 1970, las bombas que se rediseñaron y mantuvieron adecuadamente para operar a velocidades más altas a menudo resultaron ser tan confiables como las bombas de menor velocidad de las generaciones de diseño anteriores.

La advertencia es que los diseños de bombas de alta velocidad de modelos posteriores vienen con equipaje adicional en el sentido de que deben operarse y mantenerse con estándares superiores. Se requieren niveles más altos de mantenimiento de precisión para la confiabilidad de la bomba a velocidades más rápidas, como el equilibrio adecuado del rotor y las holguras operativas junto con la mitigación de la tensión de la tubería, el establecimiento y mantenimiento de alineaciones de precisión y otras mejores prácticas de la industria.

A medida que aumentan los requisitos del cabezal del sistema, las leyes de la física lo obligarán a utilizar bombas de mayor velocidad. Sin embargo, he sido testigo de varias aplicaciones en las que una bomba de dos etapas de 1750 revoluciones por minuto (rpm) era la mejor opción en lugar de una bomba de una etapa de 3550 rpm.

Precaución: También puede operar una bomba demasiado lentamente y tener problemas con la estabilidad hidrodinámica o el sobrecalentamiento del motor debido a problemas con el ventilador de enfriamiento. No recomiendo hacer funcionar la mayoría de las bombas a menos de 600 rpm durante ningún período de tiempo, a menos que la bomba haya sido diseñada o aprobada para esas condiciones. Consulte con el OEM en todos los casos, incluido el OEM del motor.

Para terminar, sugiero un escenario en el que, a veces, la carretera (piense en el sistema de bombeo) hacia su destino está construida para múltiples carriles de tráfico de alta velocidad. Piense en la autopista alemana (Bundesautobahn). Sin embargo, a veces solo hay dos carriles a los que se puede acceder de forma lenta y constante para hacer el trabajo con gran fiabilidad y disfrute. Piense en 17 Mile Drive, Pebble Beach, California.

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].