Bombas de tornillo de igual espesor de pared
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Bombas de tornillo equipadas con un estator de igual espesor de pared, el mismo tipo de especificaciones de bomba, flujo de bomba y presión aumentadas...
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Una cotización de bomba generalmente llega con una única hoja de curva adjunta, y el correo electrónico que la acompaña dice: "El punto de servicio se encuentra justo en la curva". Antes de firmar la orden de compra, alguien de su lado debe confirmar ese reclamo. Saber leer la curva de rendimiento de una bomba es la diferencia entre una máquina que funciona silenciosamente durante una década y una que cavita, sobrecalienta o quema un motor dentro del primer mes de funcionamiento.
Aquí está la respuesta corta primero. La curva de rendimiento de una bomba es un mapa bidimensional de un modelo de bomba que funciona a una velocidad fija en un líquido específico. Le indica cuánta altura produce la bomba en cada caudal, cuánta potencia del eje absorbe, qué eficiencia alcanza y cuánta energía de succión necesita antes de que comience la cavitación. Leerlo correctamente significa verificar cuatro cosas al mismo tiempo, a saber, altura contra flujo, potencia contra flujo, eficiencia contra flujo y NPSHr contra flujo, y luego comparar las cuatro con el sistema al que realmente servirá la bomba.
La segunda mitad de la respuesta es igualmente importante. Una curva por sí sola nunca confirma una selección, porque la bomba nunca funciona sola. Opera contra la fricción de la tubería, la elevación estática, las válvulas, las curvas, la viscosidad y la temperatura, y esos elementos forman su propia curva. Sólo donde se cruzan las dos curvas existe un rendimiento real.
El eje horizontal de una curva convencional es el caudal, expresado en metros cúbicos por hora, litros por minuto, litros por segundo o galones por minuto. El eje vertical es la cabeza, expresada en metros de columna de líquido, bar o libras por pulgada cuadrada. La elección de la unidad no es cosmética. Un bar de presión equivale aproximadamente a 10,2 metros de columna de agua, pero sólo a unos 8,1 metros de un disolvente ligero con un peso específico de 0,8. Un comprador que lee "10 bar" en una hoja de datos y espera "10 metros" de rendimiento terminará con una bomba que se excede o se queda corta.
Cada curva se dibuja según un conjunto fijo de condiciones. Esas condiciones incluyen velocidad de rotación, geometría del rotor y estator, viscosidad del líquido, temperatura del líquido, gravedad específica y contenido de sólidos. Cambia cualquiera de ellos y la curva se mueve. Esta es la fuente más común de decepción en la adquisición de bombas industriales, porque una curva medida en agua a 20 grados Celsius se presenta rutinariamente como evidencia de un trabajo que involucra lodos a 60 grados Celsius con ocho por ciento de sólidos en suspensión.
También vale la pena saber que las curvas se generan a partir de pruebas en banco, no de un cálculo teórico, y que los estándares de prueba permiten una tolerancia. Según las clases de aceptación más utilizadas, un fabricante puede declarar una altura que se sitúa un pequeño porcentaje por encima o por debajo del valor medido. Esa tolerancia es normal y legítima. Lo que no es legítimo es una hoja curva sin estándar establecido, sin viscosidad establecida y sin velocidad establecida. Pregunte por esas tres piezas de contexto antes de comparar cualquier cosa.
Las curvas también vienen en familias. Una hoja de datos de una bomba centrífuga a menudo incluye un conjunto de curvas para diferentes ajustes del impulsor, además de un conjunto de líneas de velocidad. Una hoja de datos de bomba de cavidad progresiva suele ser más simple, a menudo una sola línea de flujo contra presión para una velocidad, a veces con dos o tres líneas de velocidad adicionales y una línea eléctrica. Menos líneas no es señal de un producto más débil. Refleja un principio hidráulico fundamentalmente diferente, que se explica más adelante en este artículo.
La mayoría de las hojas de curvas de bombas llevan cuatro o cinco trazas separadas en la misma cuadrícula. Leerlos individualmente es fácil. Leerlos juntos es donde reside la verdadera habilidad de selección, porque una bomba que parece cómoda en la curva de altura puede estar fuera de lugar en la curva de potencia o en la curva NPSHr con el mismo caudal.
| Curva | ejes | Pregunta que responde | Errores de lectura comunes |
|---|---|---|---|
| Cabeza contra la corriente | Flujo en el eje horizontal, cabeza en el eje vertical. | ¿Cuánta elevación o presión entrega la bomba a un flujo determinado? | Tratar la altura como la presión que genera la bomba, ignorando la presión de entrada y la elevación estática |
| Eficiencia contra flujo | Caudal en el eje horizontal, porcentaje en el eje vertical | ¿Qué banda de flujo proporciona el trabajo más útil por kilovatio consumido? | Leer un solo número de la hoja de datos en lugar de leer el valor en el flujo de trabajo real |
| Potencia del eje contra flujo | Caudal en el eje horizontal, kilovatios en el eje vertical | ¿Qué tamaño deben tener el conductor y el acoplamiento? | Dimensionar el motor únicamente desde el punto nominal y luego hacer funcionar la bomba a un flujo más alto |
| NPSHr contra flujo | Caudal en el eje horizontal, metros en el eje vertical | ¿Cuánta energía de succión necesita la bomba para evitar la cavitación? | Tratar a NPSHr como una constante en lugar de un valor que aumenta con el flujo |
| Líneas de velocidad o recorte | Curvas paralelas o anidadas en la misma cuadrícula | Cómo cambia toda la gama de rendimiento con la velocidad o la geometría | Asumir una velocidad más baja simplemente reduce el flujo y deja todo lo demás sin cambios. |
Tres de ellos merecen una atención especial durante la adquisición. La curva de potencia es la que determina si el motor eléctrico es el adecuado, y frecuentemente es la razón por la que una bomba dispara un disyuntor a alto caudal. La curva NPSHr es la que determina si la bomba se autodestruye desde el interior. La curva de eficiencia es la que determina la factura eléctrica y la tasa de desgaste, por lo que se debe evaluar en toda la banda operativa esperada y no sólo en el punto de diseño.
Si el trabajo de bombeo involucra un líquido viscoso, se aplica una capa de corrección adicional. La viscosidad reduce el flujo que una bomba puede entregar a una altura determinada, reduce la eficiencia y aumenta la potencia requerida. Algunos fabricantes publican factores de corrección, otros publican una familia de curvas separada para viscosidades más altas. Ninguno de los métodos sustituye a las pruebas, especialmente en una bomba de cavidad progresiva donde el propio líquido lubrica la interfaz del rotor y el estator.
El siguiente procedimiento funciona tanto para bombas centrífugas como para bombas de desplazamiento positivo, aunque el énfasis cambia según la familia. Siga la secuencia en lugar de saltar primero a la curva de la cabeza, porque saltarse los pasos del contexto es lo que produce errores costosos.
El quinto paso es el que más a menudo cambia la respuesta. Un comprador especifica doce metros cúbicos por hora, el proveedor selecciona una bomba cuya curva cruza ese valor exactamente a la presión requerida y todos quedan satisfechos. Seis meses más tarde, las válvulas están estranguladas, las tuberías se han endurecido y la curva del sistema se ha vuelto más pronunciada. El punto de trabajo se ha deslizado hacia la izquierda, el flujo ha disminuido y la recirculación está calentando la carcasa. Una curva leída aisladamente nunca habría revelado esto.
La mayoría de las guías publicadas sobre la lectura de curvas de bombas fueron escritas para máquinas centrífugas y no se traducen de manera perfecta en bombas de cavidad progresiva. Vale la pena comprender la diferencia antes de aplicar un método de lectura centrífuga a una hoja de datos de desplazamiento positivo.
Una bomba centrífuga convierte la velocidad en presión, por lo que su altura cae de manera constante a medida que aumenta el flujo. Una bomba de cavidad progresiva mueve un volumen fijo por revolución a través de una cavidad sellada entre el rotor y el estator, por lo que a velocidad constante el flujo es casi independiente de la presión. En un diagrama de presión contra flujo, eso produce una línea casi vertical en lugar de una con pendiente suave. A velocidad constante, la bomba entrega aproximadamente el mismo volumen ya sea que la presión de descarga sea de dos o doce bares, con una pequeña cantidad de deslizamiento interno que hace que la línea se incline ligeramente.
De ello se desprenden tres consecuencias prácticas. Primero, el control de flujo en una bomba de cavidad progresiva normalmente se logra cambiando la velocidad, no estrangulando una válvula. En segundo lugar, la presión de trabajo está determinada principalmente por el número de etapas y la rigidez de la geometría del estator, no por la forma de la curva de caída de la cabeza. En tercer lugar, el perfil de riesgo está invertido. Mientras que una bomba centrífuga se destruye a sí misma al funcionar con un flujo demasiado bajo, es mucho más probable que una bomba de cavidad progresiva se dañe al funcionar con una presión excesiva, lo que genera calor en la interfaz del rotor y el estator y degrada el elastómero.
Bombas de tornillo de igual espesor de pared Esta bomba de tornillo tiene buena capacidad autocebante, con agua como medio, succión de hasta 3-5 metros; Transporte de partículas sólidas líquidas: puede transportar líquidos que contengan tanto... Ver producto → Por lo tanto, la construcción del estator tiene un efecto directo sobre qué tan plana se mantiene la curva en servicio. Un estator de igual espesor de pared distribuye el caucho de manera más uniforme alrededor de la cavidad, lo que mejora la disipación de calor y mantiene el ajuste de compresión más estable en recorridos largos. En términos de curva, eso significa que el flujo entregado permanece más cerca del valor teórico durante más tiempo y la pequeña pendiente descendente causada por el deslizamiento se desarrolla más lentamente.
Cuando un proveedor presente una curva de cavidad progresiva, pregunte por el eje de presión en bar en lugar de metros de altura, pregunte por la línea eléctrica correspondiente y pregunte con qué material del estator se generó la curva. El nitrilo, el EPDM y el nitrilo hidrogenado se comportan de manera diferente bajo la misma presión y una curva emitida para un compuesto no es automáticamente válida para otro.
La curva del sistema describe lo que exige su red de tuberías. Tiene dos componentes. El componente estático es la elevación fija entre la superficie de succión y el punto de descarga y no cambia con el flujo. El componente dinámico es la pérdida por fricción a través de tuberías, accesorios, válvulas, intercambiadores de calor y codos, y aumenta aproximadamente con el cuadrado del caudal. Duplicar el flujo aproximadamente cuadriplica la pérdida por fricción.
Trace la suma de esos dos componentes en los mismos ejes que la curva de la bomba y obtendrá una línea ascendente. Donde cruza la curva de cabezal de la bomba, se encuentra el punto de trabajo. Ese cruce es el único punto en el que la bomba y el sistema coinciden, y es el flujo que realmente se entregará.
Varios cambios de campo de rutina mueven ese punto de cruce, y cada uno tiene una firma característica:
Bombas de cavidad progresiva tipo H La bomba de cavidad progresiva tipo H adopta una tecnología de fabricación precisa y un diseño estructural avanzado para garantizar que pueda mantener una estabilidad extremadamente alta durante... Ver producto → Una vez que sepa hasta dónde puede migrar el punto de trabajo, podrá decidir si una bomba de velocidad fija es adecuada o si se justifica el control de velocidad variable. La velocidad variable no es simplemente una medida de energía. Es una forma de mantener el punto de trabajo dentro de una banda saludable cuando la curva del sistema es inestable y, a menudo, es la forma más económica de proteger un estator de repetidos eventos de sobrepresión.
La eficiencia es el número que con mayor frecuencia se ignora durante la selección de la bomba y el número que más se culpa después de la puesta en servicio. En casi todas las curvas de bomba, la línea de eficiencia aumenta, alcanza un máximo y luego disminuye a medida que el flujo continúa aumentando. El pico es el punto de mejor eficiencia y cada bomba está más feliz trabajando dentro de una banda a su alrededor.
Una bomba de cavidad progresiva transfiere fluido mediante un rotor giratorio dentro de un estator estacionario, y una parte sustancial de las pérdidas proviene de la fricción entre esas dos superficies. Esa fricción aumenta con la velocidad y con el diferencial de presión, razón por la cual la eficiencia en una bomba de cavidad progresiva es generalmente menor que en una bomba centrífuga de agua limpia de tamaño comparable, y por qué la forma de la banda eficiente importa más que el número absoluto impreso en la hoja.
Banda de eficiencia esquemática de una bomba monotornillo de velocidad fija
Valores únicamente ilustrativos. Las cifras reales dependen del modelo, la velocidad, el compuesto del estator y el líquido.
El cuadro anterior es una ilustración esquemática más que una garantía para cualquier modelo individual, pero la forma que muestra es típica de una bomba de un solo tornillo de velocidad fija. Al cincuenta por ciento del flujo nominal, la bomba realiza muy poco trabajo útil y sólo alrededor del treinta y ocho por ciento de la energía del eje se convierte en energía hidráulica. La mayor parte del resto se pierde en forma de calor dentro del estator, que también es el mecanismo que acorta la vida útil del estator. A medida que el flujo aumenta hacia el punto nominal, la geometría del rotor y el estator comienza a trabajar a favor de la bomba y la eficiencia aumenta drásticamente. El pico en este ejemplo se sitúa cerca del flujo nominal, aproximadamente el sesenta y ocho por ciento.
Operar a la derecha del pico es más seguro que operar a la izquierda, pero aún conlleva el costo del sobredimensionamiento. Al ciento veinticinco por ciento del flujo nominal, la eficiencia en la ilustración ha caído a alrededor del cincuenta y dos por ciento, y los kilovatios adicionales se están convirtiendo en calor y ruido en lugar de entrega útil. La lección práctica es que una bomba cuyo punto de trabajo se encuentra fuera de una banda de flujo razonablemente estrecha se desgastará en una región para la que nunca fue diseñada. En una bomba de cavidad progresiva, alejarse del punto de mejor eficiencia también acelera el desgaste del caucho del estator, porque el deslizamiento interno aumenta y la presión de contacto entre el rotor y el estator aumenta en consecuencia.
Mire también la dirección de la curva de potencia. La potencia del eje generalmente aumenta con el flujo, lo que significa que el motor eléctrico debe seleccionarse a partir del flujo más alto que la bomba jamás verá, no desde el punto de trabajo nominal. Por eso una hoja curva siempre muestra tanto la línea de eficiencia como la línea de potencia. Leer solo uno de ellos permite al usuario emparejar un motor de tamaño insuficiente con una bomba que de otro modo sería adecuada. También explica por qué la eficiencia nunca debe citarse como una cifra única. La eficiencia es una relación que depende de la viscosidad, la velocidad y el diferencial de presión, y cada vez que esas condiciones cambian, toda la banda cambia.
La altura neta de succión positiva es la parte de la lectura de la curva que protege la bomba de la destrucción interna. NPSHr es la energía de succión que requiere la propia bomba y aumenta a medida que aumenta el flujo. NPSHa es la energía de succión que realmente proporciona su instalación y disminuye a medida que aumenta el flujo porque aumentan las pérdidas por fricción en la línea de succión. La cavitación ocurre cuando las dos líneas se cruzan.
El valor disponible depende de la presión absoluta en la superficie del líquido, la altura del líquido por encima o por debajo de la entrada de la bomba, la pérdida por fricción en la línea de succión y la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo. La presión de vapor es el término que sorprende a la gente, porque aumenta abruptamente con la temperatura. Un líquido que proporcione un margen confortable a veinte grados centígrados puede cavitar libremente a setenta grados centígrados en la misma instalación.
Se requiere un margen porque las curvas no son exactas y los procesos se desvían. Una regla de trabajo común es mantener NPSHa al menos entre medio metro y un metro por encima de NPSHr en el flujo de servicio, con un margen mayor para líquidos calientes, trabajos de alta energía o líquidos que transportan gas disuelto. Cuando la bomba maneja lodos, pulpa o medios de alta viscosidad, el margen debería ser aún más amplio, porque el comportamiento de succión de un fluido no newtoniano es difícil de predecir a partir de una curva basada en agua.
Varias señales de advertencia indican que el lado de succión está sobreaspirado. Estos incluyen un ruido parecido al de la grava de la bomba, una vibración que aparece solo en ciertos flujos, una lectura de altura que cae por debajo de la curva y daños en el estator concentrados en el extremo de succión. Cualquiera de estos debería provocar una verificación de NPSHa frente a la curva NPSHr en lugar de un ajuste de la válvula de descarga.
La mayoría de las fallas relacionadas con las curvas se remontan a una pequeña cantidad de errores repetidos. Verificarlos antes de realizar el pedido lleva quince minutos y ahorra meses.
Vale la pena agregar un sexto error, más silencioso. Los compradores frecuentemente comparan curvas de diferentes proveedores sin verificar que ambas se generaron a la misma velocidad y con el mismo estándar de aceptación. Una curva medida a una velocidad más baja puede parecer más suave y conservadora y, al mismo tiempo, ofrecer menos que la unidad de mayor velocidad de un competidor. Normalice las condiciones antes de comparar.
La lectura teórica de la curva se vuelve concreta cuando se vincula a un sector. En cada una de las industrias siguientes, un aspecto particular de la curva tiende a dominar la decisión de selección.
Tratamiento ambiental del agua. Las tareas con lodos y aguas residuales implican contenidos variables de sólidos y cambios frecuentes de flujo. La banda de eficiencia y la curva de potencia son lo más importante aquí, porque la bomba suele funcionar durante miles de horas al año y la electricidad domina el coste de vida útil. Una banda amplia y eficiente tolera las fluctuaciones que una estrecha no puede tolerar.
Procesamiento químico. Los medios varían desde disolventes finos hasta resinas viscosas, y la presión de vapor a menudo se convierte en el factor limitante. El margen de NPSH y la selección del compuesto del estator impulsan el diseño, y la curva debe corregirse según la gravedad específica antes de confiar en cualquier cálculo de potencia.
Papel y pulpa. La consistencia del stock cambia a lo largo del proceso, por lo que la curva del sistema es realmente inestable. Seleccionar un solo punto de servicio es arriesgado. En lugar de ello, observe el entorno operativo completo y considere el control de velocidad.
Producción alimentaria y farmacéutica. El manejo cuidadoso y la facilidad de limpieza generalmente superan la eficiencia hidráulica pura. Las curvas se leen con tolerancias más amplias y límites de corte más bajos, y la velocidad de la bomba a menudo se mantiene deliberadamente baja para proteger el producto.
Petroquímica y energía. Las altas presiones y altas temperaturas comprimen el margen de NPSH disponible y las geometrías de múltiples etapas se vuelven comunes. Verifique la curva a la temperatura de bombeo real en lugar de a las condiciones ambientales.
En cada uno de estos sectores, el hábito útil es el mismo. Comience desde las condiciones del proceso, construya la curva del sistema y luego lea la curva de la bomba en la intersección. Trabajando en la dirección opuesta, desde un modelo de bomba preferido hacia una justificación, es como terminan en servicio los equipos inadecuados.
Una curva describe una bomba en buen estado. En servicio, el rendimiento varía, y la variación suele ser visible en la curva antes de que se haga visible en las cifras de producción. Los dos componentes que impulsan esa deriva son el estator y el rotor.
El estator es un componente elastómero y el elastómero envejece. Se endurece, se hincha o se desgasta y, a medida que se relaja el ajuste de compresión entre el rotor y el estator, aumenta el deslizamiento interno. En un diagrama de presión contra flujo, esto aparece como una curva que se inclina más hacia la derecha, lo que significa menos flujo a la misma presión. Los operadores a menudo compensan aumentando la velocidad, lo que eleva la temperatura, lo que acelera el envejecimiento. El bucle se cierra rápidamente una vez que comienza.
El rotor se desgasta más lentamente, pero los sólidos abrasivos y el funcionamiento en seco pasan factura. Un rotor desgastado cambia la geometría de la cavidad y reduce la eficiencia volumétrica, y también impone una carga adicional al estator. Los ejes de extensión y los acoplamientos deben inspeccionarse al mismo intervalo, porque un eje doblado aparecerá como una señal de vibración que imita la cavitación.
Estator para bombas de cavidad progresiva Introducimos equipos y procesos de fabricación avanzados del extranjero, seguimos estrictamente el sistema de calidad ISO para la producción, garantizamos una calidad estable y tenemos nuestro propio... Ver producto → Un práctico plan de mantenimiento mantiene las piezas de repuesto adaptadas a la curva original. Cuando se reemplaza un estator, se debe medir el rotor, porque combinar un estator nuevo con un rotor desgastado reproduce el problema original de una forma diferente. Muchos operadores mantienen un registro simple de flujo, presión y potencia a una velocidad fija, trazado mensualmente contra la curva original. Cuando el punto medido se aleja más de un porcentaje definido de la curva, es hora de inspeccionar en lugar de seguir ajustando.
Comience con los ejes y sus unidades, luego confirme la velocidad, viscosidad y gravedad específica indicadas en la nota al pie. Dibuje una línea vertical desde el flujo requerido y lea los valores de altura, eficiencia, potencia y NPSHr en esa línea. Si a la nota al pie le falta alguna de esas condiciones, solicite una hoja corregida antes de continuar.
En la inmensa mayoría de las curvas publicadas, el flujo corre a lo largo del eje horizontal y la cabeza a lo largo del eje vertical. Algunos gráficos generados por software invierten la convención, así que siempre verifique las etiquetas en lugar de suponer.
Lea la potencia del eje en el flujo más alto que la bomba puede alcanzar de manera realista, no en el punto de servicio nominal, luego aplique un factor de servicio típicamente entre 1,15 y 1,25. Para líquidos viscosos o gravedad específica alta, corrija la potencia antes de aplicar el factor.
Sí, aunque muchas veces se presenta de forma diferente a una bomba centrífuga. Debido a que el flujo es casi independiente de la presión, la curva NPSHr es comparativamente plana, pero aún aumenta con la velocidad y debe compararse con la altura de succión disponible en el flujo de trabajo.
Las causas habituales son una curva del sistema que difiere de la suposición de diseño, un líquido cuya viscosidad o gravedad específica difiere del líquido de prueba, desgaste interno en el estator o rotor, o una velocidad que difiere de la velocidad indicada en la hoja. Mida los cuatro antes de asumir que la bomba está defectuosa.
Es el caudal al que la bomba convierte la mayor parte de la potencia del eje en energía hidráulica. Trabajar dentro de una banda a su alrededor reduce el consumo de energía, la vibración y el desgaste. Trabajar muy hacia la izquierda aumenta las temperaturas y la recirculación; Trabajar muy hacia la derecha sobrecarga el motor.
No necesariamente. La cifra relevante es la eficiencia en su punto de trabajo, sostenida en toda la gama de condiciones que espera. Una bomba con una eficiencia máxima ligeramente inferior pero con una banda de eficiencia mucho más amplia suele costar menos durante una década.
Sólo como un punto de partida aproximado. La viscosidad reduce el flujo entregado, reduce la eficiencia y aumenta la demanda de energía. Para productos pesados solicitar curvas corregidas o prueba en fábrica con un líquido representativo.
Leer la curva de rendimiento de una bomba es, en última instancia, una disciplina que consiste en hacer las preguntas correctas en el orden correcto. Qué líquido, a qué temperatura, con qué viscosidad. Qué elevación estática y qué pérdida por fricción. ¿Qué rango de flujo demandará realmente el proceso durante un año completo de operación? Sólo después de que se fijan esas respuestas la curva adquiere significado, y sólo entonces se puede exigir al proveedor el desempeño que prometió.
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Para los compradores que compran equipos de cavidad progresiva, se aplica la misma lógica al proveedor que a la curva. Un fabricante que puede explicar las condiciones de prueba detrás de una curva, corregirla para su líquido y suministrar componentes de estator y rotor compatibles durante la vida útil de la bomba, ofrece más que un número de catálogo. Esa combinación de documentación y continuidad de repuestos es lo que mantiene estable un punto de servicio durante años en lugar de meses.