En este tutorial, analizaremos lo que sucede con la curva de la bomba y la curva del sistema de tuberías al instalar una placa orificio a la descarga de la bomba.
El autor de este post es Jorge Jiménez Mur.
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Instalación de una placa orificio a la descarga de la bomba
Por lo general, en la mayoría de las aplicaciones se requieren bombas con curvas con cierta pendiente en lugar de curvas «planas». Básicamente debido a las necesidades de control de flujo u operación en paralelo. Sin embargo, más a menudo de lo que sería deseable, la pendiente de la curva no se puede cambiar modificando la hidráulica de la bomba o de ninguna otra manera. En ese caso, la única solución que nos queda es instalar una placa de orificio en la brida de descarga de la bomba.
Tal cómo podemos ver en la figura siguiente, hay una placa de orificio instalada entre las bridas en la descarga de la bomba.
De ahora en adelante, consideraremos que esta placa de orificio es un componente integral de la bomba. Veamos a continuación para qué se utiliza esta solución.
No uses esta solución a menos que sea estrictamente necesario
Antes de profundizar en la explicación de este método, me gustaría decir lo siguiente en negritas y MAYÚSCULAS:
«NO EMPLEES ESTE MÉTODO A MENOS QUE NO TENGAS OTRA OPCIÖN»
Ahora mismo, podrías estar pensando… ¿Para qué necesito leer un artículo o aprender algo sobre un método que el propio autor desaconseja?
La respuesta a esta pregunta es que, en muchas ocasiones, encontrarás esta solución ya implementada en el terreno o como una opción para ser considerada en las ofertas de fabricantes.
Por lo tanto, convendría que entendiéramos cómo enfrentar esta solución, en función de las modificaciones que se producen en la curva del sistema de tuberías. Por conveniencia, estas modificaciones se pueden transferir fácilmente a la curva de la bomba.
Por supuesto, nuestra primera reacción debe ser siempre rechazar esta solución y encontrar otra opción entre las siguientes:
– Actuar en el proceso de selección de la bomba, tratando de encontrar otra bomba que se ajuste mejor al punto nominal requerido.
– Modificar la hidráulica de la bomba para aumentar la pendiente de la curva de la bomba o reducir el diámetro del impulsor.
– Reducir la velocidad de la bomba utilizando un VFD.
– Actuar sobre el sistema, modificando el punto nominal requerido para ajustarlo a la bomba de la que disponemos, cuando esta ya está instalada o comprada.
Aún así, puede ocurrir que no haya más remedio que aceptar esta solución como la única válida para resolver tu problema. Siendo este el caso, el usuario debe tener un nivel mínimo de conocimiento para entender cómo funciona. Y esta… es la razón por la que escribo este tutorial hoy.
¿Qué dice API 610 con respecto al uso de placas de orificio en la descarga de la bomba?
Puedes leer lo siguiente en API 610 – Centrifugal pumps for petroleum, petrochemical and natural gas industries:
«Se prefieren las bombas que tienen curvas estable de caudal/altura (con aumento continuo de la carga hasta el punto de shutoff) para todas las aplicaciones y se requerirán si se especifica la operación en paralelo. Si se especifica el funcionamiento en paralelo, el aumento de la altura de la bomba desde el punto nominal hasta el shutoff debe ser de al menos un 10%. Si se utiliza un orificio de descarga como un medio para proporcionar el aumento continuo hasta shutoff, se debe indicar en la oferta del fabricante»
Por lo tanto, API permite el uso de este método como una forma de lograr un aumento de la carga o altura de la bomba hasta el punto de shutoff de al menos el 10%.
Desacople entre el punto nominal y la curva de la bomba en el flujo nominal
Supongamos que queremos seleccionar una bomba para suministrar un determinado fluido, para un caudal y altura (Q1, H1) requeridos en el punto nominal. Pero la curva de la bomba es plana y no corta el punto nominal requerido (ver lo que dice la API 610 en el párrafo anterior).
La situación que enfrentamos es la que se muestra en el gráfico a continuación. Es decir, para el caudal requerido Q1, hay un diferencia de alturas (ΔH), entre la altura o carga requerida en el punto 1 y la altura que la bomba puede suministrar en el punto 2 situado sobre la curva de la bomba.
Lo que hacemos con este método es seleccionar una placa de orificio diseñada para producir las pérdidas de carga adicionales (ΔH) requeridas en el sistema de tuberías. Recuerda que según vimos en el curso Nociones Prácticas de Flujo de Fluidos:
El orificio reductor de presión debe diseñarse para producir la pérdida de presión requerida (Δp):
Para definir las dimensiones de la placa de orificio, podemos seguir la formulación incluida en ISO 5167 – Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full – Part 2: Orifice plates.
Modificación de la curva del sistema debido a las pérdidas de presión adicionales causadas por la placa de orificio
¿Qué está pasando realmente? Echemos un vistazo a la gráfica de abajo.
La curva del sistema 1 corresponde al sistema de tubería sin orificio reductor de presión. La curva del sistema corta la curva de la bomba en el punto 4 y no en el punto nominal requerido 1.
Al sumar en serie la curva característica del orificio más la curva del sistema 1, obtenemos la curva del sistema 2. Esta nueva curva del sistema cortará con la curva de la bomba en el punto 2.
Por lo tanto, la bomba funcionará en el punto 2, entregando el flujo nominal (Q1 = Q2) con una altura H2.
Pero, ¿cuál es la presión que medirá el manómetro ubicado aguas abajo del orificio reductor de presión? La correspondiente a la presión de descarga original menos las pérdidas de presión (Δp) del orificio.
A partir de aquí, sería conveniente suponer que el orificio restrictivo es una parte componente de la bomba. Modificaremos convenientemente la curva de la bomba, restando en serie la curva característica del orificio menos la curva de la bomba original, como se muestra a continuación.
Predicción del nuevo rendimiento de la bomba considerando que la placa de orificio es una parte de la bomba
El nuevo rendimiento global de la bomba, considerando las pérdidas de presión adicionales de la placa de orificio, es por supuesto inferior que la original. Esto es malo, muy, muy malo … Aquí voy otra vez, NO USE ESTE MÉTODO A MENOS QUE SEA ESTRICTAMENTE NECESARIO.
¿Cómo podríamos predecir, al menos aproximadamente, el nuevo rendimiento global que se muestra en la siguiente figura ?
Debemos proceder como explicaré a continuación, seleccionando varios puntos de las curvas para dibujar la curva completa de rendimiento.
Para un caudal determinado Qx, el nuevo rendimiento se puede calcular aproximadamente de la siguiente manera:
(ηnew)x = (η)x. [1-(ΔH)x/(Hp)x]
Siendo:
(ηnew)x – nuevo rendimiento estimado de la bomba (con placa de orificio)
(η)x – rendimiento original de la bomba
(ΔH)x= (Hp)x – (Horif)x– diferencia de alturas o cargas
(Hp)x – carga o altura original de la bomba
(Horif)x –nueva altura de la bomba considerando las pérdidas de energía en el orificio
Resumen y conclusiones
Terminaré este tutorial sobre la placa orificio a la descarga de la bomba, diciendo lo más importante a considerar. Es decir, no intentes esta solución a menos que sea estrictamente necesario.
En cualquier caso, en este tutorial describimos cómo se modifican las curvas del sistema debido a la presencia de la placa de orificio. También vimos cómo predecir las nuevas curvas H vs Q y η vs Q.
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