En este tutorial se describen los efectos de la viscosidad en bombas centrífugas y cómo se modifican los parámetros al bombear fluidos de alta viscosidad.
El autor de este tutorial es Víctor Ruiz.
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Viscosidad
Tal y como se describe en el Curso Nociones Prácticas de Flujo de Fluidos, la viscosidad es una de las propiedades de fluidos a tener en cuenta cuando se trabaja con bombas centrífugas.
Tanto es así que cuando una bomba trasiega un fluido con una viscosidad superior a la del agua, es necesario aplicar ciertos factores de corrección para predecir el comportamiento cuando se bombea dicho fluido viscoso.
En el tutorial Parámetros de las bombas centrífugas se repasan las curvas de funcionamiento de bombas y los parámetros que allí se representan. Los cambios en los parámetros de las bombas como consecuencia de trabajar con un fluido más viscoso que el agua, se muestran en las siguiente imágenes.
Explicación teórica
De los párrafos anteriores se desprende que trabajar con fluidos viscosos tiene efectos negativos en el comportamiento de la bomba.
Por tanto, ¿será que la viscosidad hace que se acentúen nuestras temidas enemigas las pérdidas en sus variantes mecánicas, hidráulicas, volumétricas y de disco empeorando el comportamiento de nuestra bomba?
Pérdidas mecánicas: Son las pérdidas por rozamientos en cojinetes y sistemas de sellado y no dependen de la viscosidad del fluido bombeado.
Pérdidas hidráulicas: Son las pérdidas ocasionadas por el rozamiento del fluido con las paredes de la bomba o por los rozamientos, dispersión turbulenta, entre las partículas del fluido. Las pérdidas hidráulicas tampoco se acentúan con la viscosidad.
Pérdidas volumétricas: Se trata de pérdidas de caudal entre las partes móviles internas de la bomba y las partes estáticas, tales como los aros de desgaste del rodete, los orificios de equilibrio del rodete, etc. Estas pérdidas también disminuyen pero muy levemente con el aumento de la viscosidad del fluido.
Pérdidas de disco y de rozamiento en los canales hidráulicos: Ya no nos quedan muchas más opciones, y sí, por fin encontramos al culpable. Las pérdidas de disco y de rozamiento en los canales hidráulicos incrementan de forma muy notable con el incremento de la viscosidad y particularmente en bombas de velocidades específicas bajas, Ns < 2300 en unidades US.
Tal y como me enseñaron cuando comencé mi andadura en el mundo de las bombas hidráulicas es el concepto análogo al ADN en los seres vivos, ya que conociendo su valor, vamos a ser capaces de conocer cómo va a ser el comportamiento de nuestra bomba.
Efectos prácticos y metodología de cálculo
Puesto que son numerosas las industrias en las que se trabaja con fluidos más viscosos que el agua (Oil&Gas, química, alimentaria, etc..) y que en el 99,9% de los casos las curvas de funcionamiento de las bombas centrífugas son para agua, sería muy práctico disponer de un método que nos permita predecir el comportamiento de la bomba trabajando con fluidos más viscosos que el agua.
Uno de estos métodos es, por ejemplo, el que propone el Instituto Hidráulico (HI- Hydraulic Institute) en su estándar ANSI/HI 9.6.7-2015. El método intenta recoger todas las características generales de las bombas, pero al tratarse de un método empírico, los resultados obtenidos deben considerarse únicamente como aproximados.
El HI propone calcular unos coeficientes correctores para el caudal, la altura y el rendimiento denominados CQ, CH y Cη que aplicados sobre los valores de agua nos van permitir obtener los valores equivalente para el fluido viscoso.
El valor del coeficiente CH no es constante para todo el rango de operación de bomba sino que varía con la posición con respecto al B.E.P. de la bomba. El concepto del B.E.P. o punto de mayor rendimiento se explicará con mayor profundidad en un curso próximo.
Un ejemplo de los resultados obtenidos aplicando el método se resumen en la siguiente tabla:
El HI limita el uso del método general propuesto en su estándar ANSI/HI 9.6.7-2015 a:
- Bombas centrífugas mono o multi-etápicas
- Velocidades específicas menores de 3000 (en unidades US)
- Bombeo de fluidos newtonianos
- Viscosidades cinemáticas comprendidas entre 1 y 4000 cSt
Resumen y conclusiones
Para concluir, resumimos los puntos principales de este tutorial:
- Las curvas de las bombas con las que trabajamos habitualmente son curvas para agua.
- Cuando una bomba trabaja con un fluido más viscoso que el agua, su comportamiento empeora ya que se incrementan notablemente las pérdidas de disco.
- Este empeoramiento deriva en una reducción del caudal y de la altura proporcionada así como en un incremento de la potencia consumida
- Existen métodos, como por ejemplo el propuesto por el estándar ANSI/HI 9.6.7-2015 para estimar el comportamiento de la bomba para el fluido viscoso una vez que se conoce su funcionamiento con agua
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