04 Condiciones de succión

Tecsup

Condiciones deSucción

Tecsup Virtu@l Índice

Índice

1. INTRODUCCIÓN........................................................................................................ 11.1. DISMINUCIÓN DE PRESIÓN .............................................................................. 1

2. CARGA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA......................................................................... 22.1. N.S.P.H DISPONIBLE ....................................................................................... 32.2. N.S.P.H. REQUERIDA....................................................................................... 3

3. CEBADO DE LAS BOMBAS.......................................................................................... 33.1. CEBADO CON RESERVORIO DE SUCCIÓN: ES AQUEL QUE DISPONE DE UN

TANQUE DE ABASTECIMIENTO PEQUEÑO PARA MANTENER LA TUBERÍA DESUCCIÓN LLENA DE LÍQUIDO. .......................................................................... 4

3.2. CEBADO CON CORRIENTE DE BYPASS............................................................... 43.3. CEBADO POR LÍNEA AUXILIAR.......................................................................... 43.4. CEBADO UTILIZANDO UN EYECTOR .................................................................. 5

4. TIPOS DE INSTALACIONES EN TUBERÍAS DE SUCCIÓN .............................................. 54.1. PRIMER CASO .................................................................................................. 54.2. SEGUNDO CASO............................................................................................... 64.3. TERCER CASO.................................................................................................. 64.4. RESUMEN DE FÓRMULAS DE N.S.P.H ................................................................ 8

5. TABLA DE VARIACIÓN DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA EN FUNCIÓN DE LA ALTURA..... 96. TABLA DE VALORES DE PESO ESPECÍFICO Y PRESIÓN DE VAPOR A DIVERSAS

TEMPERATURAS ......................................................................................................107. EJERCICIOS DE APLICACIÓN....................................................................................11

7.1. DETERMINACIÓN DEL NSPH DISPONIBLE A DIVERSAS ALTURAS.......................117.2. DETERMINACIÓN DEL NSPH DEL SISTEMA BASÁNDOSE EN DATOS DE

PRESIÓN Y PÉRDIDA DE CARGA DEBIDO A LA FRICCIÓN..................................128. RECOMENDACIONES PARA EL BOMBEO DE LÍQUIDOS MUY VOLÁTILES......................139. ¿QUÉ ES LA CAVITACIÓN?........................................................................................1310. PRUEBA DE AUTOCOMPROBACIÓN ...........................................................................1411. SOLUCIÓN A LA PRUEBA DE AUTOCOMPROBACIÓN ..................................................15

Tecsup Virtu@l Condiciones de Succión

-1-

"CONDICIONES DE SUCCIÓN"

1. INTRODUCCIÓN

Uno de los aspectos fundamentales en la tubería de succión, es lo referente al NSPH o carganeta de succión positiva disponible, es decir, la carga necesaria para que el líquido fluya porlas tuberías de succión y evite problemas de cavitación, cebado y otros que acarrea el malfuncionamiento de una bomba centrífuga.

Uno de los problemas más graves que puede ocurrir es la CAVITACION, que significa laimplosión de burbujas de aire o vapor, encerrados dentro de la bomba y que ocasionadeterioro de los álabes de la bomba.

1.1. DISMINUCIÓN DE PRESIÓN

Al funcionar una bomba, el movimiento producido por el impulsor tiende a generarcaídas de presión en el seno del fluido, esto se conoce como disminución de presión.

Para que funcione una bomba centrífuga, los álabes del impulsor deben estartotalmente inundados, o en su defecto cuando hay problema para el llenado de lacarcaza y consecuentemente el impulsor, se procede al cebado, algunos casoscuando hay una elevación estática de succión es recomendable disponer de unaválvula de pie con canastilla para mantener el tramo de succión con fluido.

En el caso de una bomba de desplazamiento positivo puede bombear líquidos concontenidos de vapor pero su eficiencia volumétrica será reducida sí el porcentaje enpeso del vapor es muy pequeño comparado con el flujo total.

La variación de presión a través de la tubería de succión, la boquilla, la entrada alimpulsor y el impulsor mismo se observa en el diagrama.

La gradiente de presión a lo largo de la trayectoria de líquido a través de la bombatiene características similares a aquellas de una válvula de control o de un medidor deorificio.


-2-

BOMBA CENTRÍFUGA

Entrada Impulsor al

Tubería de Tobera impulsor succión de Borde de ingreso a bomba las venas del impulsor

Presión Brida de Aumento de presión

Succión en el impulsor rodante

presión en la tobera de succión

Pérdida a la entrada del impulsor

Presión mínima del líquido

Pérdida Pérdidaen tubo en toberade succión de la bomba

Trayectoria del flujo de líquido

GRADIENTE DE PRESIÓN A LO LARGO DE LA TRAYECTORIADEL LÍQUIDO EN LA BOMBA

2. CARGA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA

Si la presión en una bomba cae debajo de la presión de vapor del líquido a la temperaturade flujo, se forma burbujas justo antes de la entrada a los álabes del impulsor. Es por elloimportante para no interrumpir el funcionamiento de una bomba mantener la presión a laentrada de los álabes del impulsor, sobre la presión de vapor del líquido. Para lograr esto laenergía requerida en la conexión de succión de la bomba necesaria para sobrellevar laspérdidas de succión, se le suele denominar carga neta de succión positiva ( N.S.P.H - NetPositive Succión Head)

El cálculo del N.S.P.H toma gran importancia cuando se deben bombear líquidos muycalientes, donde toda la energía disponible para la succión sólo proviene de la succiónestática, causada por la diferencia de nivel existente donde la superficie del líquido asuccionar sobre el nivel del eje de la bomba.

La N.S.P.H puede ser definido como la presión estática a que debe ser sometido un líquido,para que pueda fluir por si mismo a través de las tuberías de succión y llegar finalmentehasta inundar los álabes en los orificios de entrada del impulsor.


-3-

La presión que motiva este flujo proviene unas veces, de la presión atmosférica únicamente,otras veces de la altura estática más la presión atmosférica y por último hay oportunidadestambién donde es posible hacer intervenir favorablemente a una presión auxiliar que sehalla presente en el sistema.

2.1. N.S.P.H DISPONIBLE

Esta carga depende de la succión o elevación de succión, la carga de fricción y lapresión de vapor del líquido que se maneja. Dependiendo de las condiciones deaplicación, la N.S.P.H. de que dispone puede alterarse para conformarse con la querequiere la bomba para su operación satisfactoria, si pueden hacerse cambios en latubería, nivel de suministro del líquido, etc. Así pues, alterando la disposición física deuna instalación, es posible, controlar una fase de la N.S.P.H disponible.

Pero la presión de vapor del líquido no puede cambiarse sin aumentar o disminuir latemperatura del líquido, y este no es siempre factible. Por lo tanto puede ser unobstáculo para la alteración de la N.S.P.H.

2.2. N.S.P.H. REQUERIDA

Esta depende sólo del diseño de la bomba y se obtiene del fabricante para cadabomba en particular, según tipo, modelo, capacidad y velocidad.

El fabricante debe suministrar gráficamente las características del N.S.P.H. para unabomba dada sobre su curva de operación.

Es importante tener en cuenta:

El N.S.P.H. disponible en le sistema, deberá ser mayor o por lo menos iguala la N.S.P.H. requerida por la bomba, de otro modo se producirán fallascomo son la pérdida del cebado y la cavitación.

3. CEBADO DE LAS BOMBAS

Al poner una bomba en marcha, la conducción de succión y el cuerpo de la bomba puedenestar inicialmente llenos de aire.

Si se trata de una bomba de desplazamiento positivo, el aire de la conducción avanza delmismo modo que lo haría el líquido, forzando finalmente por succión la entrada de éste en labomba, la operación por la que se elimina el aire contenido en una tubería de aspiración yen el interior de una bomba centrífuga, hasta dejarlas en condiciones de funcionamientosatisfactoria, se denomina CEBADO.

Las formas habituales de proceder al cebado de una bomba centrífuga son: mediante untanque auxiliar elevado respecto a la bomba del que se hace circular el líquido por gravedad,se aplica vacío a la salida de la bomba mediante algún dispositivo adicional como uneyector.


-4-

3.1. CEBADO CON RESERVORIO DE SUCCIÓN: ES AQUEL QUE DISPONE DE UNTANQUE DE ABASTECIMIENTO PEQUEÑO PARA MANTENER LA TUBERÍA DESUCCIÓN LLENA DE LÍQUIDO.

3.2. CEBADO CON CORRIENTE DE BYPASS

En este caso una parte del líquido circulante pasa por una corriente de derivación(bypass), para mantener el tramo de succión completamente lleno de líquido y evitarproblemas de cavitación.

3.3. CEBADO POR LÍNEA AUXILIAR

Es parecido al caso de disponer de un reservorio de succión, desde donde semantiene la zona de succión y la carcaza de la bomba totalmente llena.


-5-

3.4. CEBADO UTILIZANDO UN EYECTOR

El eyector que funciona bajo el principio de propulsión a chorro, extrae el aire de lacarcaza de la bomba permitiendo que se mantenga el cebado en la zona de succión.

Purga de aire

4. TIPOS DE INSTALACIONES EN TUBERÍAS DE SUCCIÓN

4.1. PRIMER CASO

Se refiere a un tanque abierto a la atmósfera y colocado por encima del eje de labomba.

Bomba

Pb = Presión barométricaCes = Carga estática de succiónPv = Presión de vaporPf = Pérdida de carga debido a la fricción γ = Peso específico del líquido

N.S.P.H disponible= ( Pb + Ces ) - ( Pv + Pf ) γ γ

Presión barométrica (Pb)

Carga estática desucción (Ces)

N.S.P.H disponible= ( Pb -Pv ) + Ces - Pf = mts o pies de líquido γ


-6-

4.2. SEGUNDO CASO

Se refiere a un tanque cerrado en donde existe una presión adicional, y colocadoencima del eje de la bomba.

N.S.P.H disponible = ( Pb + Pm + Ces ) - ( Pv + Pf ) γ γ γ

Pb + Pm = Pab = presión absoluta

4.3. TERCER CASO

Es el caso de un tanque abierto (o ventilado) y colocado debajo del eje de la bomba.

N.S.P.H disponible = Pb - ( Ees + Pv + Pf ) γ γ

Elevación estáticade succión (Ees) Pb

Bomba

N.S.P.H disponible = ( Pab -Pv ) + Ces - Pf γ

N.S.P.H disponible = ( Pb -Pv ) - Ees - Pf γ


-7-

4.4. CUARTO CASO

Es el caso de un tanque cerrado sometido a una presión, y colocado debajo del eje dela bomba.

N.S.P.H disponible = ( Pb + Pm ) - ( Ees + Pv + Pf ) γ γ γ

Nota : para simplificar se puede emplear:Peso específico relativo = S = γ /γH2O = Peso específico líquido Peso específico agua

Pb - Pv ⇒ kg . 104 cm2 /m2 ⇒ 10 ( Pb - Pv ) γ S . 1000 kgf S

m3

En el sistema inglés:

Pb - Pv ⇒ lb . 144 plug2/ pie2 ⇒ 2.31 ( Pb - Pv ) γ S . 64.2 lbf S

pie3

Pm

Ees

N.S.P.H disponible = ( Pab -Pv ) - Ees - Pf γ

Bomba


-8-

4.5. RESUMEN DE FÓRMULAS DE N.S.P.H

En el siguiente cuadro se presenta un resumen de las diversas instalaciones deconexiones de succión, para calcular el NSPH disponible tanto en unidadesmétricas(metros), como inglesas(pies)de columna de líquido.


-9-

5. TABLA DE VARIACIÓN DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA EN FUNCIÓN DE LAALTURA

En el siguiente cuadro se muestra la presión atmosférica en metros y lbf/pulg2 a diversasalturas en metros o pies sobre el nivel del mar.

Disminución de la presión atmosférica

Altura sobre el nivel del mar Presión atmosféricaAltura metros Presión, metros,

columna de aguaAltura pies Presión lbf/pulg2

(psi)0 10.33 0 14.69

250 10.03 820 14.26500 9.73 1640 13.83750 9.43 2460 13.411000 9.13 3280 12.981250 8.83 4101 12.551500 8.53 4921 12.131750 8.25 5741 11.732000 8.00 6561 11.382250 7.75 7381 11.022500 7.57 8202 10.682750 7.28 9022 10.353000 7.05 9842 10.023250 6.83 10662 9.713500 6.62 11483 9.423750 6.41 12303 9.124000 6.20 13123 8.824250 5.98 13943 8.524500 5.78 14764 8.22


-10-

6. TABLA DE VALORES DE PESO ESPECÍFICO Y PRESIÓN DE VAPOR A DIVERSASTEMPERATURAS

En la siguiente tabla se muestra los valores del peso específico y la presión de vapor delagua a diversas temperaturas tanto en grados centígrados como grados Farenheit:

Presión de vaporTemperatura Peso específico Presión de vapor

oC oF KN/m2 lbf/pie3 mt abs. Psia0 32 9.81 62.42 0.062 0.088

4.4 40 9.81 62.42 0.0856 0.1225.0 41 9.81 62.42 0.0890 0.12710 50 9.81 62.38 0.125 0.178115 59 9.80 62.38 0.174 0.247

15.6 60 9.80 62.38 0.18 0.25620 68 9.79 62.30 0.238 0.338

21.1 70 9.79 62.30 0.255 0.36325 77 9.78 62. 0.323 0.459

26.7 80 9.78 62.23 0.356 0.50729.4 85 9.77 62.15 0.422 0.60032.3 90 9.76 62.11 0.491 0.69935 95 9.75 62.03 0.573 0.815

37.8 100 9.74 62.00 0.667 0.94940 104 9.73 61.96 0.752 1.07045 113 9.72 61.84 0.977 1.389

48.9 120 9.70 61.73 1.19 1.69350 122 9.69 61.70 1.258 1.78955 131 9.67 61.54 1.605 2.28360 140 9.64 61.39 2.031 2.88965 149 9.62 61.20 2.550 3.62770 158 9.59 61.05 3.177 4.519

71,1 160 9.59 61.01 3.33 4.73975 167 9.56 60.86 3.931 5.59180 176 9.54 60.67 4.829 6.869

82.2 180 9.52 60.57 5.28 7.51485 185 9.49 60.45 5.894 8.38390 194 9.41 60.28 7.149 10.16895 203 9.43 60.06 8.619 12.259100 212 9.39 59.81 10.332 14.696


-11-

7. EJERCICIOS DE APLICACIÓN

7.1. DETERMINACIÓN DEL NSPH DISPONIBLE A DIVERSAS ALTURAS

Para el siguiente sistema, determinar la N.S.P.H disponible a nivel del mar y a 4921pies sobre el nivel del mar.

Si la bomba según la información del fabricante tiene una N.S.P.H requerida de 12pies. Diga si la bomba trabajará normalmente en estas condiciones.

Datos :

Pérdida por fricción = Pf = 3piesElevación estática de succión = E es = 15piesTemperatura del agua = 80º F

Fórmula :

N.S.P.H. disponible = 2.31 ( Pb - Pv ) - Ees - Pf S

Datos obtenidos de las tablas:

Pb = 14.69 lb/pulg2 ( al nivel del mar )Pb = 12.13lb/pulg2 ( a 4921 pies sobre el nivel del mar )Pv = Presión de vapor del agua a 80oF = 0.51 lb/pulg2

S = γ 80 oF / γ70oF = 62.23/62.30 = 0.98

N.S.P.H disponible al nivel del mar :

N.S.P.H. disponible = 2.31 ( 14.69 - 0.51 ) - 15 - 3 0.98

N.S.P.H. disponible = 15,42 pies

N.S.P.H disponible a 4921 pies sobre el nivel del mar :

N.S.P.H. disponible = 2.31 ( 12.13 - 0.51 ) - 15 - 3 0.98

N.S.P.H. disponible = 9,39 pies


-12-

Discusión:

• De acuerdo a las cargas N.S.P.H. disponibles, se observa que al nivel del mar haymás energía.

• Comparando con el N.S.P.H. requerido, información proporcionada por elfabricante, se concluye que esta bomba trabajará normalmente al nivel del mar ytendrá problemas para trabajar en altura.

7.2. DETERMINACIÓN DEL NSPH DEL SISTEMA BASÁNDOSE EN DATOS DEPRESIÓN Y PÉRDIDA DE CARGA DEBIDO A LA FRICCIÓN

Determinar el N.S.P.H del sistema, sabiendo la presión manométrica, y la pérdida porfricción, cuando se manipula agua a 80ºF.

Datos :

Presión manométrica = 5 lb/pulg2 (psi)Pérdida por fricción = 4 piesPresión manométrica al nivel del mar = 14.69 lb/pulg2

Presión del vapor a 80oF = 0.51 lb/pulg2

Carga estática de succión = Ces = 10 piesS = Peso específico = 0.98

N.S.P.H. disponible = 2.31 ( Pab - Pv ) + Ces - Pf S

N.S.P.H. disponible = 2.31 ( (14.69+5) - 0.51 ) - 10 - 4 0.98

N.S:P:H disponible = 51,21

Nota: Si la bomba tiene un NSPH requerido menor o igual que el NSPH disponible labomba no tendría problemas de funcionamiento.


-13-

8. RECOMENDACIONES PARA EL BOMBEO DE LÍQUIDOS MUY VOLÁTILES

Cuando el líquido a bombear se halla almacenado en tanques ubicados debajo de susrespectivas bombas centrífugas se recomienda:

• Dejar el mayor margen posible, entre la N.S.P.H disponible en la instalación y elrequerido por la curva de la bomba al operar en las instalaciones escogidas.

• Proveer en la tubería de succión de la bomba algún dispositivo seguro y práctico quepermita cebar la bomba y eventualmente ventilar la acumulación o bolsas de gas quepudieran formarse y que interrumpen la succión permitiendo que la bomba pierda sucebado.

• Instalar en la extremidad inferior de la tubería de succión, una válvula de pie de la mejorcalidad posible, de preferencia de bronce con doble asiento de disco y canastilla de mallaapropiada con amplia superficie.

• Evitar en la posible instalar en la tubería de succión, codos cerrados de 90º, reduccionesbruscas o recorridos horizontales con pendientes en bajada hacia la bomba, que puedendar lugar a la acumulación de bolsas de vapores en sus partes altas.

9. ¿QUÉ ES LA CAVITACIÓN?

Cuando un líquido se mueve en una región donde la presión es menor que su presión devapor, a una temperatura determinada, hierve y se forma burbujas de vapor en su seno. Lasburbujas de vapor son arrastradas con el líquido hasta una región donde se alcanza unapresión más elevada y allí desaparecen. Este fenómeno se llama CAVITACIÓN.

En una bomba que tiene cavitación se observa un ruido excesivo y vibraciones muy fuertes,aunque se halla comprobado su perfecta nivelación. Estos síntomas son indicios de unacavitación peligrosa y hay que evitar el servicio de la bomba.

Con una elevación de una succión anormalmente alta o un N.S.P.H. disponible insuficiente,puede ocurrir la cavitación en la instalación de bombeo, interrumpiendo el flujo del líquido,esto se conoce como punto de corte. El fenómeno de cavitación se presenta en cualquiertipo de bomba, sea centrífuga, rotatoria o reciprocante.


-14-

10. PRUEBA DE AUTOCOMPROBACIÓN

1 ¿ Qué es la presión de bombeo?

2 ¿ Qué es el NSPH disponible?

3 ¿ Qué es el NSPH requerido?

4 ¿Qué problemas se pueden presentar si una bomba tiene, según el fabricante, un NSPHrequerido que es menor que el NSPH disponible?

5 ¿Qué es el cebado de una bomba?

6 ¿Cuántos tipos de cebado hay?

7 ¿Cuáles son las recomendaciones más importantes cuando se bombea líquidos muyvolátiles?

8 ¿Qué es la cavitación?


-15-

11. SOLUCIÓN A LA PRUEBA DE AUTOCOMPROBACIÓN

1 La presión de bombeo es la presión ocasionada cuando el movimiento de líquido por elimpulsor tiende a generar caídas de presión en el seno del fluido.

2 El NSPH disponible, es la carga neta de succión positiva, que depende del diseño delsistema de bombeo, es decir, como está dispuesto la tubería de succión, en la carga desucción, elevación de succión y de la propiedad física del fluido que es la presión devapor del líquido manipulado.

3 El NSPH requerido es la carga de succión positiva que depende del diseño de la bomba ycuyos valores que dependen del caudal, es información que proporciona el fabricante.Normalmente un fabricante de bombas dispone de un Banco de Pruebas, donde realizalas pruebas hidráulicas de la bomba y elabora sus correspondientes cartas.

4 Si el NSPH requerido es menor que el NSPH disponible, de todas maneras se produciránproblemas en el accionamiento de la bomba, que puede ser la cavitación y otros. Esrecomendable que se cumpla con la relación que el NSPH disponible sea igual o mayorque el NSPH requerido.

5 El cebado de una bomba es el procedimiento por el cual se debe mantener la tubería desucción y la carcaza de la bomba totalmente llena de líquido a bombear.

6 Los tipos de cebado son:

6.1 Cebado con reservorio de succión: es aquel que usa un tanque de líquido a unnivel por encima del eje de la bomba, y que permite por gravedad proveer líquidoal sistema de bombeo.

6.2 Cebado por by pass: Es aquel que dispone en la tubería de descarga de la bombade una línea de derivación (bypass) hacia la línea de succión, de tal forma que semantenga el tubo de succión completamente lleno de líquido.

6.3 Cebado por línea auxiliar: A semejanza de disponer de un reservorio de succión,la línea auxiliar permite mantener el cebado de la carcaza y la tubería desucción.

6.4 Cebado por eyector: Este dispositivo permite arrastrar por succión los vapores yaire que puedan haber en la tubería de succión y que pueden ocasionarproblemas posteriores de mal funcionamiento de la bomba, etc.

7 Para bombear líquidos muy volátiles, y estos se encuentran en tanque por debajo del ejede las bombas, se recomienda:

7.1 Debe mantenerse una mayor diferencia entre el NSPH disponible y el NSPHrequerido.Debe disponerse de alguno sistema que permita cebar la bomba y evitar laacumulación de vapores.

7.2 Colocar una buena válvula de pie con canastilla, para evitar la pérdida de líquidoen la tubería de succión.

7.3 Evitar en lo posible codos, reducciones bruscas en la zona de succión para evitarzonas de acumulación de vapor.

NSPH disponible ≥ NSPH requerido


-16-

8 La cavitación es un fenómeno físico ocasionado por los cambios de presión que ocurreen el interior de la carcaza de la bomba, y que aumenta cuando la temperatura esmayor que la ambiental. Se produce cuando un líquido manipulado comienza a hervir,por efecto que se llega a su presión de vapor a la presión baja que se genera en labomba. Estas burbujas pueden ocasionar el cesa del funcionamiento de la bomba y aunpeor, el deterioro del impulsor y otras partes internas de la bomba. Al final puedeocasionar interrupción del bombeo produciendo lo que se llama punto de corte.

FIN DE LA UNIDAD

Documents

04 Condiciones de succión