Carga total para la bomba y el sistema

Jun 08, 2023

El término "cabeza total" (H) se utiliza para describir la energía en los sistemas de bombeo y es la forma en que los fabricantes representan el rendimiento de sus bombas en función del caudal. La cabeza total también se conoce comúnmente como cabeza dinámica total (TDH); sin embargo, el Instituto Hidráulico (HI) usa el término cabeza total y se usará a lo largo de este artículo.

Es importante comprender los matices de lo que constituye la cabeza total del sistema en función del caudal y las condiciones variables del sistema para que, si un usuario está diseñando u operando un sistema de bomba, la bomba pueda seleccionarse y operarse correctamente. Además, si el objetivo es medir el rendimiento de la bomba después de la instalación, es importante entender cómo hacerlo de la misma manera que lo hará el fabricante de la bomba.

El cabezal total (sistema) está formado por tres componentes:

cabeza de elevación , que es la diferencia de altura por la que viajará el líquido. Por ejemplo, si un usuario estuviera bombeando de un tanque a otro y el nivel en los tanques fuera el mismo, habría altura de elevación cero. Pero si se bombea desde un tanque a nivel del suelo hasta el techo de un edificio de 100 pies, habría 100 pies de altura de elevación.

cabezal de presión es la diferencia de presión entre el origen y el destino. Por ejemplo, si toma líquido de un lago a presión atmosférica y lo entrega a un tanque que tiene 10 libras por pulgada cuadrada (psi) por encima de la presión atmosférica, el cabezal de presión sería de 10 psi expresado como pies del líquido que se bombea. La conversión entre presión y altura se describe en la sección de medición de altura total de la bomba.

cabeza de fricción es la pérdida de carga en el sistema debido a la fricción y es una función de la velocidad del líquido o del caudal al cuadrado. Como se mencionó, la pérdida por fricción dependerá del caudal, pero también del tamaño de las tuberías, accesorios, válvulas y equipos de uso final en el sistema. Si hay válvulas de control en el sistema que se utilizan para regular activamente el caudal, la pérdida por fricción a través de la válvula de control se denomina cabeza de control. Es importante entender el cabezal de control porque a menudo es una fuente de consumo de energía que se puede mejorar.

Un recurso gratuito que brinda información tutorial adicional sobre este tema e incluye una calculadora de pérdida por fricción es la Biblioteca de datos de ingeniería del Instituto Hidráulico, a la que se puede acceder en edl.pumps.org. Para sistemas complejos con muchas piezas de equipo y ramas, puede ser difícil calcular la cabeza total del sistema a mano y se debe usar un software de modelado hidráulico. Algunas versiones no comerciales del software de modelado hidráulico están disponibles como recurso gratuito en pumps.org/freetools. En la Ecuación 1 (página 100) se expresa una ecuación simplificada para la cabeza total (sistema).

La imagen 1 muestra un sistema de bombeo en el que se entrega líquido desde un tanque de suministro a tres tanques de producto cerrados. Considerando la ecuación de altura total (sistema), el tanque de suministro sería el punto 1 y los tanques de producto el punto 2. La altura de elevación sería la diferencia de altura entre el nivel del tanque de producto y el tanque de suministro. La cabeza de presión sería la diferencia de presión entre el tanque de producto y el tanque de suministro expresada en pies del líquido bombeado. La cabeza de fricción incluiría todas las pérdidas del tanque de suministro, tuberías, accesorios, intercambiador de calor, válvulas de control, etc.

La imagen 2 muestra cómo cambiará el cabezal del sistema en función de las variables de la ecuación. En el caso de las cabezas de elevación y presión, la curva de cabeza total (sistema) se moverá verticalmente hacia arriba y hacia abajo a medida que cambien estas variables. En el caso de la cabeza de fricción, cambiará en función al cuadrado del caudal, y el coeficiente "C" expresado en la ecuación de la cabeza total cambiará en función de las válvulas de control de caudal (FCV-271, FCV-272 y FCV-273). ). A medida que se abren las válvulas de control de flujo, el coeficiente "C" disminuiría y la altura total disminuiría y, a la inversa, a medida que se cerraran las válvulas de control de flujo, el coeficiente "C" aumentaría y la altura total aumentaría.

La altura total (bomba) coincidirá con la altura total (sistema) a un caudal específico. Esto significa que, cuando se representa en el mismo gráfico, donde se cruzan la curva de la bomba y la curva del sistema estará el punto de funcionamiento de la bomba. La imagen 3 muestra cómo se combinan estas curvas y que la intersección resultante es el punto de operación.

La curva de la bomba o altura total de la bomba en función del caudal se mide de forma muy parecida a la altura total del sistema, pero los puntos 1 y 2 estarán en la entrada y la salida de la bomba, respectivamente. La imagen 4 muestra los instrumentos de presión de la bomba referenciados a un dato común y la dirección del flujo se indica mediante flechas. La altura total de la bomba es la diferencia entre la altura total de descarga (punto 2) y la altura total de aspiración (punto 1). El término "total" indica que incluye la carga de presión estática (h), la carga de velocidad (hv) y la carga de elevación (Z).

La ecuación para la cabeza total (bomba) se puede expresar en la Ecuación 2.

Para medir la carga total de la bomba, se medirá la presión en los puntos 1 y 2, se medirá la elevación desde el manómetro hasta el punto de referencia y se calculará la velocidad en el lugar de medición de la presión en función del caudal volumétrico y la diámetro interior de la tubería. La presión medida deberá convertirse a pies de líquido según la Ecuación 3.

Al hacer el cálculo, habrá que prestar atención a las unidades para que el cálculo salga correctamente. Con las unidades tradicionales de EE. UU., es común usar una densidad relativa llamada gravedad específica y una constante de conversión para convertir la presión en pies. Esto se puede hacer usando la Ecuación 4.

La altura total es fundamental y es beneficioso comprenderlo cuando se trabaja con sistemas de bombeo. Proporciona una comprensión de los requisitos del sistema, información valiosa para la selección de la bomba y una consideración clave del consumo de energía. Este artículo cubre los conceptos básicos, pero no analiza una revisión en profundidad, ejemplos de cálculo o escenarios con los que se encontrarán los profesionales de las bombas. Para obtener más información sobre este tema, incluidos los estándares y la capacitación, visite www.pumps.org.

Pete Gaydon es director técnico del Instituto Hidráulico. Puede comunicarse con él en [email protected]. Para obtener más información, visite www.pumps.org.