Leyes de caudal y de presión de una bomba dosificadora
La bomba dosificadora es una bomba alternativa de regulación lineal del caudal en funcionamiento o parada. Es, pués, esencial diferenciarla de una bomba centrífuga. El caudal de una bomba dosificadora es impulsado, y se distingue la fase de aspiración de la de impulsión.
El aspecto de la curva del caudal de una bomba simplex, de simple efecto, aparece en la figura más abajo. ¡Se hace hincapie en que el caudal instantáneo máximo alcanza 3,14 veces el caudal medio!
La ley de caudal, así como las características geométricas de la instalación de bombeo, condicionan una ley de presión que puede ser resumida de esta forma:
Fase de aspiración
Principio - Aceleración máxima:
La bomba genera una depresión por el hecho de la inercia de la columna líquida que es necesario poner en movimiento.
Mitad - Aceleración nula:
El fluído es lanzado. En este momento, los rozamientos viscosos son máximos.
Final - Deceleración máxima:
Debe ser frenada la columna fluída y su inercia genera una sobrepresión relativa en la entrada de la bomba.
Fase impulsión
Principio - Aceleración máxima:
La bomba genera una sobrepresión que debe vencer la inercia de la columna líquida que se debe poner en movimiento.
Mitad - Aceleración nula:
El fluído es lanzado. En este momento los rozamientos viscosos son máximos.
Final - Deceleración máxima:
Debe ser frenada la columna fluída y su inercia genera una depresión relativa a la impulsión de la bomba.
• Leyes de caudal y de presión
• Errores a evitar
¿Cómo realizar
correctamente una instalación?
6 - Los Consejos
Caudal
Ciclo completo
Tiempo Caudal medio 0
100 314
Caudal instantáneo máxi. = Caudal medio x 3,14
• Los cálculos NPSH
• Instalaciones correctas y incorrectas
Errores a evitar
Una buena instalación de dosificación que permite afrontar problemas ligados a los efectos de inercia y sus consecuencias, con el fín de obtener el caudal deseado a la presión de servicio.
Cavitación
Puede aparecer al principio de la fase de aspiración cuando la depresión necesaria para la puesta en movimiento de la columna líquida es muy importante. Cualquier cavitación afecta a la precisión del bombeo y puede llevar a deterioros, vibraciones o ruidos inaceptables. Los riesgos de cavitación se evidencian por los cálculos de NPSH descritos a continuación.
Sobrecaudales
Pueden aparecer en la aspiración y en la impulsión por la inercia de las columnas líquidas.
- En final de fase de aspiración:
Cuando la presión dinámica en la entrada de la bomba excede la presión estática a su salida.
- En final de fase de impulsión:
Cuando la presión dinámica a la salida de la bomba es inferior a la presión estática a la entrada de ésta.
Sobrecarga
Puede aparecer al principio de fase de impulsión cuando la bomba debe generar una sobrepresión, con el fín de «empujar» a la columna líquida. La sobrepresión debe ser compatible con la presión máxima autorizada, so pena de rotura (bomba, tubería, accesorios), de bloqueo del motor, de apertura de la válvula de seguridad...
Otros errores
Como complemento, una buena instalación es también la que permite una dosificación fiable y precisa, una duración de vida prolongada del material. Debe, pués, tener en cuenta los riesgos de descebado o de sifonado en parada, por ejemplo, e integrar, si es necesario, los dispositivos de aclarado, amortiguadores...
Comprobación NPSH
Una instalación es buena, bajo el punto de vista NPSH, si el NPSHd es superior al NPSHr. Teniendo en cuenta el carácter particular de las bombas dosificadoras, se retiene generalmente una seguridad igual a 2 m.c.l. Se comprobará, pués, que:
Consejos para la instalación Importancia de los accessorios
Tubería de aspiración
Una tubería de aspiración corta y de gran diámetro, limitando los codos y evitando los "cuellos de cisne" favorece las condiciones de aspiración.
- VALVULA DE PIE - ALCACHOFA
Indispensable desde el momento en que la bomba está instalada "en aspiración". Minimiza los riesgos de descebado y está provista de un elemento filtrante.
- FILTRO
Imperativo cuando la bomba está instalada "en carga". Evita la acumulación de partículas sólidas en las cajas de válvula, y garantiza así la precisión y duración.
Tubería de impulsión
La tubería de impulsión deberá ser lo más directa posible. Su dimensionado y el de los accesorios serán determinados en función de las condiciones de servicio.
- CANA DE INYECCION
Montada en el punto de inyección, hace la función de una válvula anti-retorno. Crea, por otra parte, una contrapresión artificial que evita el eventual sifonado.
- VALVULA DE RETENCION (válvula tarada o de contra-presión).
Crea una contrapresión artificial que se regulará, con el fín de evitar cualquier sobre-caudal
- VALVULA DE SEGURIDAD
Situada en el circuito de impulsión, protege a la bomba dosificadora, a la tubería y a los accesorios, en caso de sobrepresiones accidentales (ej.: cierre de válvula).
- AMORTIGUADOR
Dispositivo de reserva de gas compresible, amortigua las pulsaciones de caudal y de presión normalmente generadas por la bomba dosificadora. Es necesario en las tuberías de impulsión de gran longitud, y para las cadencias elevadas de bombeo. Exige una contrapresión mínima de aproximadamente 1 bar (relativo), y debe ser colocado lo más cerca posible de la bomba.
NPSH d > ∆H + 2 mcl
Los cálculos NPSH (caso de fluídos no viscosos)
El término "NPSH" viene del inglés "Net Positive Suction Head"
y traduce la energía hidráulica disponible del fluído. Los cálculos que se desarrollan aquí corresponden al caso general de fluídos no viscosos. Más allá de 50 centipoises, la combinación de las pérdidas por rozamiento viscoso y los efectos de inercias hacen los cálculos más complicados; entonces será preferible que consulten a Milton Roy Europe.
NPSH estático disponible (NPSHd)
Representa la energía disponible al nivel de la toma de aspiración, y se calcula:
NPSH d expresado en metro de columna líquida (m.c.l.) siendo:
W: densidad de fluído a la temperatura de dosificación P: presión (bar absoluto) en la toma de aspiración
Tv: tensión de vapor (bar absoluto) del fluído a la temperatura de dosificación
H: altura geométrica de aspiración (m)
Se mide el valor de H entre el nivel más bajo en que se pueda llegar a alcanzar en el depósito de aspiración y la posición de la brida de aspiración de la bomba. Se considera + H cuando se dice que la bomba está "en carga" y - H cuando la bomba está "en aspiración".
NPSH requerido (NPSHr)
Usuálmente se admite añadir las pérdidas de carga en línea al NPSH interno requerido de la bomba. Se puede, asímismo, deducir las pérdidas en línea del NPSH estático disponible.
NPSH interno requerido:
El NPSH interno requerido de una bomba dosificadora generalmente no se toma en cuenta en caso de fluídos no viscosos.
Efectos de inercia (∆H):
Las pérdidas por inercia son preponderantes. Se puede, pués, considerar:
NPSH r = ∆H
La siguiente fórmula da el valor máximo de la depresión generada por la bomba en el principio de la fase de aspiración:
∆H expresado en metro de columna líquida (m.c.l.) con:
L: longitud de la tubería de aspiración (m) Q: caudal nominal máxi. de la bomba (l/h) N: cadencia nominal de dosificación (gpm)
d: diámetro interior de la tubería de aspiración (mm).
¿Cómo realizar correctamente una instalación?
∆ H = 0,016 L Q N d2 10,2
W
(P - Tv) ± H NPSH d =
Esquemas tipos de instalaciones correctas
• La bomba, "en aspiración" encima del depósito está equipada con una válvula de pie (cebado).Las tuberías son cortas, tanto para aspiración como para impulsión; la aspiración es vertical y de un diámetro al menos igual al diámetro nominal de la bomba. La caña de inyección aisla a la bomba y al reactivo del fluído principal.
• Una bomba de cadencia nominal elevada (superior a 140 gpm) necesita a menudo la colocación de un amortiguador a la impulsión (y, eventualmente, una válvula de retención), desde el momento en que la longitud de tubería pasa de 10 m. Prever imperatívamente una tubería de aspiración lo más corta posible.
• La colocación de sistemas amortiguadores necesita grandes longitudes de tubería (chimenea de equilibrado, amortiguador...).
La válvula de retención crea una contrapresión artificial de 1 bar mínimo; no es necesaria si la presión natural es superior.
• Sifonado natural evitado gracias a las válvula de retención cuyo tarado debe ser ajustado con vistas a contener el diferencial de presión. Se dice de la bomba «en carga», y es bueno prever una válvula en aspiración, así como un filtro.
• La caña de inyección (o la válvula de retención) crea una contrapresión artificial que garantiza la precisión de la dosificación.
• Bombeo bajo presión (gas licuado, por ejemplo) con válvula de retención para evitar el sifonado natural.
Conductos bajo presión H
Válvula de pie Caña de inyección
(tarada a 1 bar)
H
Válvual de retención
Amortiguador
Electroválvula accionada por para de la bomba
Filtro Válvula de
retención
L'
L Válvula de retención
Amortiguador
Chemenea de equilibrado
H Válvula de pie
Caña de inyección (tarada a 1 bar)
Válvula de retención tarada P2
Electroválvula Gas liquido
Presión P1
P1>P2
www.miltonroy-europe.com Riesgo de sifonado
Remedio:
- Utilizar una válvula de retención, las válvulas anti-retorno de la bomba no pueden evitar, por sí solas, el sifonado.
Amortiguador ineficaz Remedio:
- Invertir las posiciones relativas del amortiguador y de la válvula de retención.
¿Cómo realizar correctamente una instalación?
Esquemas tipos de instalaciones incorrectas
Conducto de aspiración demasiado largo, altura de aspiración demasiado grande
Remedios:
- Prever la longitud de tubería más bien a la impulsión (desplazar la bomba si es necesario).
- Aumentar el diámetro de la tubería.
Riesgos de acumulación de gas (cuello de cisne) y de descebado
Remedios:
- Conexión desde el fondo del depósito (utilizar un filtro) o
- Aspiración vertical encima del depósito por medio de una válvula de pie.
Sifonado Bombeo en cavitación
H>disponible
Amortiguador Válvula de retención
Aspiración no desgasificable Gas
Los Consejos 6 - ¿Cómo realizar correctamente una instalación?
Julio de 2007
