04 Condiciones de succión

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Condiciones de Succión

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Índice

Índice 1. INTRODUCCI INTRODUCCIÓN... ÓN......... ............ ............. ............. ............ ............ ............. ............. ............ ............ ............. ............. ............ ............. ............. ............ ........ 1 1.1. DISMINUCI DISMINUCIÓN ÓN DE PRESIÓN PRESIÓN...... ............. ............. ............ ............. ............. ............ ............. ............. ............ ............. ............. ........ .. 1 2. CARGA NETA DE SUCCIÓN SUCCIÓN POSITI POSITIVA......... VA............... ............. ............. ............ ............. ............. ............ ............. ............. ............ ........ 2 2.1. N.S.P.H N.S.P.H DISPONIBL DISPONIBLEE ............. ................... ............. ............. ............ ............. ............. ............ ............. ............. ............ ............. ........... .... 3 2.2. N.S.P.H. N.S.P.H. REQUERIDA......... REQUERIDA................ ............. ............ ............. ............. ............ ............. ............. ............ ............. ............. ............ ........ .. 3 3. CEBADO DE LAS BOMBAS........... BOMBAS................. ............ ............ ............. ............. ............ ............ ............. ............. ............ ............ ............. ........... .... 3 3.1. CEBADO CEBADO CON RESER RESERVORIO VORIO DE DE SUCCIÓN: SUCCIÓN: ES ES AQUEL AQUEL QUE DISPONE DISPONE DE UN TANQUE DE ABASTECIMIENTO PEQUEÑO PARA MANTENER LA TUBERÍA DE SUCCIÓN LLENA DE LÍQUIDO. .......................................................................... 4 3.2. CEBADO CEBADO CON CORRIE CORRIENTE NTE DE DE BYPASS...... BYPASS............ ............. ............. ............ ............. ............. ............ ............. ............. ...... 4 3.3. CEBADO CEBADO POR LÍNEA AUXILIAR........... AUXILIAR................. ............ ............ ............. ............. ............ ............. ............. ............ ............ ........ 4 3.4. CEBADO CEBADO UTILIZ UTILIZANDO ANDO UN EYECTOR EYECTOR ............ ................... ............. ............ ............. ............. ............. ............. ............ ......... ... 5 4. TIPOS DE INSTALACIO INSTALACIONES NES EN TUBERÍAS TUBERÍAS DE SUCCIÓN SUCCIÓN ............. ................... ............. ............. ............ ............. ......... 5 4.1. PRIMER PRIMER CASO CASO ............ .................. ............. ............. ............ ............. ............. ............ ............ ............. ............. ............ ............ ............. ........... .... 5 4.2. SEGUNDO SEGUNDO CASO............... CASO...................... ............. ............ ............. ............. ............ ............ ............. ............. ............ ............ ............. ........... .... 6 4.3. TERCER TERCER CASO...... CASO ............ ............ ............. ............. ............ ............. ............. ............ ............ ............. ............. ............ ............ ............. ........... .... 6 4.4. RESUMEN RESUMEN DE FÓRMULAS FÓRMULAS DE N.S.P.H N.S.P.H ............. .................... ............. ............ ............. ............. ............. ............. ............ ...... 8 5. TABLA TABLA DE VARIAC VARIACIÓN IÓN DE DE LA PRES PRESIÓN IÓN ATMO ATMOSFÉ SFÉRIC RICA A EN FUNCI FUNCIÓN ÓN DE LA ALTUR ALTURAA .... ...... 9 6. TABLA DE VALORES VALORES DE PESO PESO ESPECÍF ESPECÍFICO ICO Y PRESIÓN PRESIÓN DE DE VAPOR VAPOR A DIVERS DIVERSAS AS TEMPERATURAS ...................................................................................................... ......................................................................................................10 10 7. EJERCICIOS EJERCICIOS DE APLICACIÓ APLICACIÓN N ............. ................... ............ ............. ............. ............ ............ ............. ............. ............ ............ ............. .........11 ..11 7.1. DETERMINAC DETERMINACIÓN IÓN DEL DEL NSPH DISPON DISPONIBLE IBLE A DIVERS DIVERSAS AS ALTURAS...... ALTURAS............. ............. ..........11 ....11 7.2. DETERMINAC DETERMINACIÓN IÓN DEL DEL NSPH NSPH DEL DEL SISTEM SISTEMAA BASÁNDOS BASÁNDOSEE EN DATOS DE PRESIÓN Y PÉRDIDA DE CARGA DEBIDO A LA FRICCIÓN..................................12 8. RECOMENDAC RECOMENDACIONES IONES PARA EL EL BOMBEO BOMBEO DE DE LÍQUIDOS LÍQUIDOS MUY VOLÁTI VOLÁTILES...... LES............. .............. .........13 ..13 9. ¿QUÉ ES LA CAVITACIÓN CAVITACIÓN?..... ?............ ............. ............ ............. ............. ............ ............. ............. ............ ............. ............. ............ .............13 .......13 10. PRUEBA PRUEBA DE AUTOCOMPRO AUTOCOMPROBACIÓN BACIÓN....... ............. ............ ............ ............. ............. ............ ............. ............. ............ ............ ............14 ......14 11. SOLUCIÓN SOLUCIÓN A LA PRUEBA PRUEBA DE AUTOCOMPROBACIÓ AUTOCOMPROBACIÓN N ............. ................... ............. ............. ............ ............. ............15 .....15









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"CONDICIONES DE SUCCIÓN" 1 . INTRODUCCIÓN Uno de los aspectos fundamentales en la tubería de succión, es lo referente al NSPH o carga neta de succión positiva disponible, es decir, la carga necesaria para que el líquido fluya por las tuberías de succión y evite problemas de cavitación, cebado y otros que acarrea el mal funcionamiento de una bomba centrífuga. Uno de los problemas más graves que puede ocurrir es la CAVITACION, que significa la implosión de burbujas burbujas de aire o vapor, encerrados encerrados dentro de la bomba y que ocasiona deterioro de los álabes de la bomba. 1.1. DISMI NUCIÓN DE PRESIÓN PRESIÓN Al funcionar una bomba, el movimiento producido por el impulsor tiende a generar caídas 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 estar totalmente inundados, o en su defecto cuando hay problema para el llenado de la carcaza y consecuentemente consecuentemente el impulsor, se procede al cebado, algunos casos cuando hay una elevación estática de succión es recomendable disponer de una válvula de pie con canastilla para mantener el tramo de succión con fluido. En el caso de una bomba de desplazamiento positivo puede bombear líquidos con contenidos de vapor pero su eficiencia volumétrica será reducida sí el porcentaje en peso 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 al impulsor 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 bomba tiene características similares a aquellas de una válvula de control o de un medidor de orificio.









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Condiciones de Succión BOMBA CENTRÍFUGA CENTRÍFUGA

Tubería de succión Presión

Entrada al Tobera impulsor de bomba

Brida de Succión

Impulsor Borde de ingreso a las venas del impulsor Aumento de presión en el impulsor rodante presión en la tobera de succión Pérdida a la entrada del impulsor Presión mínima del líquido

Pérdida en tubo de succión

Pérdida en tobera de la bomba

Trayectoria Trayectoria del flujo d e líquido GRADI ENTE DE PRESIÓN A LO LARGO DE LA TRAYECTORIA TRAYECTORIA DEL LÍQUIDO EN EN LA BOM BA 2 . CARGA NETA DE SUCCIÓN POSI TIVA Si la presión en una bomba cae debajo de la presión de vapor del líquido a la temperatura de flujo, se forma burbujas justo antes de la entrada a los álabes del impulsor. Es por ello importante para no interrumpir el funcionamiento de una bomba mantener la presión a la entrada de los álabes del impulsor, sobre la presión de vapor del líquido. Para lograr esto la energía requerida en la conexión de succión de la bomba necesaria para sobrellevar las pérdidas de succión, se le suele denominar carga neta de succión positiva ( N.S.P.H - Net Positive Succión Head) El cálculo del N.S.P.H toma gran importancia cuando se deben bombear líquidos muy calientes, donde toda la energía disponible para la succión sólo proviene de la succión estática, causada por la diferencia de nivel existente donde la superficie del líquido a succionar 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,









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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 oportunidades también donde es posible hacer intervenir favorablemente a una presión auxiliar que se halla 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 la presión de vapor del líquido que se maneja. Dependiendo de las condiciones de aplicación, la N.S.P.H. de que dispone puede alterarse para conformarse con la que requiere la bomba para su operación satisfactoria, si pueden hacerse cambios en la tubería, nivel de suministro del líquido, etc. Así pues, alterando la disposición física de una instalación, es posible, controlar una fase de la N.S.P.H disponible. Pero la presión de vapor del líquido líquido no puede cambiarse sin aumentar o disminuir la temperatura del líquido, y este no es siempre factible. Por lo tanto puede ser un obstáculo 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 cada bomba en particular, según tipo, modelo, capacidad y velocidad. El fabricante debe suministrar gráficamente las características del N.S.P.H. para una bomba dada sobre su curva de operación. Es importante tener en cuenta: El N.S.P.H. N.S.P.H. disponible en le sistema, deberá ser mayor o por lo menos igual a la N.S.P.H. requerida por la bomba, de otro modo se producirán fallas como 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 pueden estar inicialmente llenos de aire. Si se trata de una bomba de desplazamiento positivo, el aire de la conducción avanza del mismo modo que lo haría el líquido, forzando finalmente por succión la entrada de éste en la bomba, la operación por la que se elimina el aire contenido en una tubería de aspiración y en el interior de una bomba centrífuga, hasta dejarlas en condiciones de funcionamiento satisfactoria, se denomina CEBADO. CEBADO . Las formas habituales de proceder al cebado de una bomba centrífuga son: mediante un tanque 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 un eyector.









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3.1. CEBADO CON RESERVORI O DE SUCCIÓN: ES AQUEL QUE DISP ONE DE UN TANQUE DE ABASTECIMI ENTO PEQUEÑO PARA M ANTENER LA TUBERÍ TUBERÍ A DE SUCCIÓN LLENA DE LÍQUIDO.

3.2. CEBADO CON CORRIEN TE 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 evitar problemas de cavitación.

3.3. CEBADO POR LÍNEA AUXILIAR Es parecido al caso de disponer de un reservorio de succión, desde donde se mantiene la zona de succión succión y la carcaza de la bomba totalmente llena.











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3.4. CEBADO UTILIZAN DO UN EYECTOR El eyector que funciona bajo el principio de propulsión a chorro, extrae el aire de la carcaza de la bomba permitiendo que se mantenga el cebado en la zona de succión.

Purga de aire

4 . TIPOS DE INSTALACIONES EN TUBERÍA S DE SUCCIÓN 4.1. PRI MER CASO CASO Se refiere a un tanque abierto a la atmósfera y colocado por encima del eje de la bomba.

Presión barométrica (Pb)

Carga estática de succión (Ces)

Bomba









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4.2. SEGUNDO CASO Se refiere a un tanque cerrado en donde existe una presión adicional, y colocado encima del eje de la bomba.

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

γ

γ

P b + P m = P ab

= p resió n absol ut a

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

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

Pb

Elevación estática de succión (Ees)

Bomba









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4.4. CUARTO CASO Es el caso de un tanque cerrado sometido a una presión, y colocado debajo del eje de la bomba.

Ees Pm

Bomba

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

γ

γ

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

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

Pb - Pv

⇒

γ

En el sistema inglés:

kg . 104 cm2 /m2 S . 1000 kgf m3

⇒

10 ( Pb - Pv ) S









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4.5. RESUM EN DE FÓRMULAS DE N .S.P.H .S.P.H En el siguiente cuadro se presenta un resumen de las diversas instalaciones de conexiones de succión, para calcular el NSPH disponible tanto en unidades métricas(metros), como inglesas(pies)de columna de líquido.









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5 . TABLA DE VARIACI ÓN DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA EN FUNCI ÓN DE LA ALTURA En el siguiente cuadro se muestra la presión atmosférica en metros y alturas en metros o pies sobre el nivel del mar.

lbf/pulg2 a diversas

Disminución de la presión atmosférica A l t u r a s o b r e e l n i v e l d e l m ar ar A l t u r a me met ros P r e s i ó n , m et et r o s , columna de agua 0 10.33 250 10.03 500 9.73 750 9.43 1000 9.13 1250 8.83 1500 8.53 1750 8.25 2000 8.00 2250 7.75 2500 7.57 2750 7.28 3000 7.05 3250 6.83 3500 6.62 3750 6.41 4000 6.20 4250 5.98 4500 5.78

P re re s i ó n a t m os os f é r i c a A lt ura p ies P r e s i ó n l b f / pu pulg2 (psi) 0 14.69 820 14.26 1640 13.83 2460 13.41 3280 12.98 4101 12.55 4921 12.13 5741 11.73 6561 11.38 7381 11.02 8202 10.68 9022 10.35 9842 10.02 10662 9.71 11483 9.42 12303 9.12 13123 8.82 13943 8.52 14764 8.22











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6 . TABLA DE VALORES DE PESO ESPECÍFICO Y PRESI ÓN DE VAPOR A DIVERSAS TEMPERATURAS En la siguiente tabla se muestra los valores del peso específico y la presión de vapor del agua a diversas temperaturas tanto en grados centígrados como grados Farenheit: Temperatura o C F 0 32 4.4 40 5.0 41 10 50 15 59 15.6 60 20 68 21.1 70 25 77 26.7 80 29.4 85 32.3 90 35 95 37.8 100 40 104 45 113 48.9 120 50 122 55 131 o

Presión de vapor Peso específico KN/m2 lbf/pie3 9.81 62.42 9.81 62.42 9.81 62.42 9.81 62.38 9.80 62.38 9.80 62.38 9.79 62.30 9.79 62.30 9.78 62. 9.78 62.23 9.77 62.15 9.76 62.11 9.75 62.03 9.74 62.00 9.73 61.96 9.72 61.84 9.70 61.73 9.69 61.70 9 67 61 54

Presión de vapor mt abs. Psia 0.062 0.088 0.0856 0.122 0.0890 0.127 0.125 0.1781 0.174 0.247 0.18 0.256 0.238 0.338 0.255 0.363 0.323 0.459 0.356 0.507 0.422 0.600 0.491 0.699 0.573 0.815 0.667 0.949 0.752 1.070 0.977 1.389 1.19 1.693 1.258 1.789 1 605 2 283









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7 . EJERCICIOS EJERCICIOS DE APLICACIÓN 7.1. DETERMIN DETERMIN ACIÓN DEL NSPH DI SPONIBLE A DIVERSAS ALTURAS Para el siguiente sistema, determinar la N.S.P.H disponible a nivel del mar y a 4921 pies sobre el nivel del mar. Si la bomba según la información del fabricante tiene una N.S.P.H requerida de 12 pies. Diga si la bomba trabajará normalmente en estas condiciones. Datos : Pérdida por fricción = Pf = 3pies Elevación estática de succión = E es = 15pies Temperatura del agua = 80º F

Fórmula :









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Discusión: • •

De acuerdo a las cargas N.S.P.H. disponibles, se observa que al nivel del mar hay más energía. Comparando con el N.S.P.H. requerido, información proporcionada por el fabricante, se concluye que esta bomba trabajará normalmente al nivel del mar y tendrá problemas para trabajar en altura.

7.2. DETERM DETERM INA CIÓN DEL NSPH DEL SISTEMA BASÁN DOSE EN EN DATOS DE PRESIÓN Y P ÉRDIDA DE CARGA DEBIDO A LA FRICCIÓN Determinar el N.S.P.H del sistema, sabiendo la presión manométrica, y la pérdida por fricción, cuando se manipula agua a 80ºF. Datos : Presión manométrica = 5 lb/pulg2 (psi) Pérdida por fricción = 4 pies Presión manométrica al nivel del mar = 14.69 lb/pulg 2 Presión del vapor a 80 oF = 0.51 lb/pulg 2 Carga estática de succión = Ces = 10 pies S = Peso específico = 0.98









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8 . RECOMENDA CIONES PARA EL BOMBEO DE LÍQUIDOS MU Y VOLÁTILES VOLÁTILES Cuando el líquido a bombear se halla almacenado en tanques ubicados debajo de sus respectivas bombas centrífugas se recomienda: •

•

•

•

Dejar el mayor margen posible, entre la N.S.P.H disponible en la instalación y el requerido 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 que permita cebar la bomba y eventualmente ventilar la acumulación o bolsas de gas que pudieran formarse y que interrumpen la succión permitiendo que la bomba pierda su cebado. Instalar en la extremidad inferior de la tubería de succión, una válvula de pie de la mejor calidad posible, de preferencia de bronce con doble asiento de disco y canastilla de malla apropiada con amplia superficie. Evitar en la posible instalar en la tubería de succión, codos cerrados de 90º, reducciones bruscas o recorridos horizontales con pendientes en bajada hacia la bomba, que pueden dar 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 de vapor, a una temperatura determinada, hierve y se forma burbujas de vapor en su seno. Las burbujas de vapor son arrastradas con el líquido hasta una región donde se alcanza una presión 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,









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1 0 . PRUEBA DE AUTOCOMPROBACIÓN 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, tiene, según el fabricante, fabricante, un NSPH requerido 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 muy volátiles? 8 ¿Qué es la cavitación?











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1 1 . SOLUCIÓN SOLUCIÓN A LA PRUEBA DE AUTOCOMPROBACIÓN AUTOCOMPROBACIÓN 1 La presión de bombeo es la presión ocasionada cuando el movimiento de líquido por el impulsor 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 del sistema de bombeo, es decir, como está dispuesto la tubería de succión, en la carga de succión, elevación de succión y de la propiedad física del fluido que es la presión de vapor del líquido manipulado. 3 El NSPH requerido es la carga de succión positiva que depende del diseño de la bomba y cuyos valores que dependen del caudal, es información que proporciona el fabricante. Normalmente un fabricante de bombas dispone de un Banco de Pruebas, donde realiza las 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 producirán problemas en el accionamiento accionamiento de la bomba, que puede ser la cavitación y otros. Es recomendable que se cumpla con la relación que el NSPH disponible sea igual o mayor que el NSPH requerido.









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8 La cavitación es un fenómeno físico ocasionado por los cambios de presión que ocurre en el interior de la carcaza de la bomba, y que aumenta cuando la temperatura es mayor 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 la bomba. Estas burbujas pueden ocasionar el cesa del funcionamiento de la bomba y aun peor, el deterioro del impulsor y otras partes partes internas de la bomba. Al final puede puede ocasionar interrupción del bombeo produciendo lo que se llama punto de corte. corte .

FIN DE LA UNIDAD

04 Condiciones de succión

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