Inanición, sumersión y NPSH
Cuando una bomba falla, a menudo por desgaste o abuso en el impulsor, eje o arandela de empuje delantera, generalmente se debe a malas condiciones de succión. A menudo puede escuchar que sucede si la bomba comienza a hacer un ruido más fuerte o un crujido o un estallido. Los tres problemas del lado de la succión que se deben buscar son la falta de alimentación, sumersión y NPSH (altura neta positiva de succión). La falta de alimentación es el más común, seguido de Inmersión y luego NPSH. Es posible que sea una combinación de dos de ellos o incluso tres. Para determinar si uno sufre de uno de estos tres problemas, primero debe verificar la falta de alimentación, luego la sumersión y luego NPSH. Este manual le mostrará cómo verificar cada.
Inanición:
La falta de alimentación es cuando la bomba está tratando de sacar más de lo que está entrando. En su forma más extrema, la bomba está funcionando en seco. Si la bomba puede hacer 20 GPM a 30 pies, la bomba siempre intentará hacer 20 GPM a 30 pies, incluso si solo ingresan 18 GPM. Cuanto mayor sea la diferencia entre lo que la bomba intenta hacer y lo que ingresa, más daño sufrirá la bomba. Para calcular lo que está entrando, uno debe determinar dos cosas.
- ¿Cuál es la pérdida por fricción y la velocidad en el lado de succión para el caudal objetivo que sale de la bomba?
- ¿Cuál es el nivel de líquido sobre la bomba?
Para determinar su pérdida por fricción en el lado de succión, debe usar una calculadora de pérdida por fricción en línea. http://www.freecalc.com/fricfram.htm
Usando el ejemplo de sistema dado arriba, desde el tanque hasta la bomba tiene 15 pies de tubería de PVC de 1 pulgada, cédula 40, con (1) codo LR de 90 grados y (1) válvula de compuerta. Suponga que desea que salgan 20 GPM de la bomba. Inserte estos números en la calculadora de pérdida por fricción en línea y presione “calcular caída de presión”. La pantalla indica que su pérdida de cabeza (pérdida por fricción) es de 3.5 pies y su velocidad es de 7.43 pies por segundo. Ahora ha calculado su pérdida por fricción y velocidad para 20GPM.
Para el nivel de líquido sobre la bomba, mida el nivel de líquido sobre la entrada de la bomba. Es importante obtener el nivel por encima del líquido tanto cuando está en su punto más alto como en el más bajo. Cuando el tanque está lleno, el nivel del líquido es de 4 pies por encima de la bomba. Cuando el tanque está vacío, solo hay 1 pie de nivel de líquido sobre la bomba. Cuando el nivel de líquido es de 4 pies, los 4 pies de líquido pueden superar la pérdida por fricción de 3.5 pies para 20 GPM. Cuando es solo 1 pie de líquido, 20 GPM no superarán la pérdida por fricción de 3.5 pies, por lo que obtendrá menos de 20 GPM. Jugando con la calculadora, al cambiar el caudal, solo a 10 GPM, la pérdida de carga (pérdida por fricción) disminuirá a 1 pie y la velocidad disminuirá a 3.71 pies por segundo.
Sumersión:
La inmersión es cuando la bomba aspira aire a través de un vórtice. Los vórtices pueden tomar muchas formas diferentes, consulte este enlace.
http://www.pumpfundamentals.com/help11.html
Para determinar si se está formando un vórtice, se deben determinar dos cosas.
- ¿Cuál es la velocidad del líquido entrante?
- ¿Qué nivel de líquido hay sobre la bomba?
La velocidad del líquido que ingresa a la bomba se puede determinar con la misma calculadora de pérdida por fricción utilizada anteriormente.
http://www.freecalc.com/fricfram.htm
Usando las mismas condiciones de succión dadas anteriormente, para 20 GPM la velocidad es de 7.43 pies por segundo y para 10 GPM es de 3.71 pies por segundo.
Para el nivel de líquido sobre la bomba, nuevamente usando las mismas condiciones del lado de succión que antes, cuando el tanque está lleno, hay 4 pies de líquido sobre la bomba. Cuando está vacío, solo hay 1 pie de líquido sobre la bomba.
Usando la curva de inmersión a continuación, encuentre en el eje horizontal o X la velocidad que calculó para 20 GPM, que es 7.43 pies por segundo. Siga recto hasta que llegue a la línea inclinada hacia arriba. Luego ve a la izquierda y encuentra el número en el eje vertical o Y. La línea con pendiente ascendente se cruza con una velocidad de 7.43 pies por segundo, aproximadamente alrededor de 4.25 pies de nivel de líquido sobre la succión de la bomba. Esto significa que, para evitar un vórtice, la bomba debe tener 4.25 pies de líquido sobre ella. En este caso, debido a que solo hay 4 pies de líquido sobre la bomba, se formará un vórtice. A 10GPM, la velocidad es de 3.71 pies por segundo. Esta línea con pendiente ascendente se cruza con 3.71 pies por segundo a 1.8 pies, lo que significa que debe tener al menos 1.8 pies de líquido sobre la entrada de la bomba para evitar un vórtice.
NPSH:
NPSH es la abreviatura de la cabeza de succión positiva neta (por sus siglas en ingles). Con el NPSH, siempre hay NPSHa y NPSHr. El NPSHa es la cabeza de succión positivo neto disponible y NPSHr es la cabeza de succión positivo neto requerido. El NPSHa es algo que el usuario debe calcular y es único con cada sistema. El NPSHr siempre lo proporciona el fabricante de la bomba. El NPSHa del sistema siempre debe ser mayor que el NPSHr para evitar daños a la bomba. En la siguiente curva, el NPSHr a 20 GPM es de aproximadamente 2.9 pies.
Para calcular el NPSHa se utiliza la siguiente ecuación:
Presión atmosférica (en pies) – Presión de vapor de líquido (en pies) + Carga estática (en pies) – Fricción de succión (en pies)
Calculemos el NPSHa para el ejemplo del sistema que hemos estado usando. Suponga que el sistema está en Chicago y el líquido es agua a 100 Fahrenheit.
- Presión atmosférica: para calcular cuál es la presión atmosférica, use la siguiente calculadora. http://www.mide.com/pages/air-pressure-at-altitude-calculator. Use la segunda ecuación titulada “Calcular la presión del aire en la altitud”. Ingrese su temperatura (use F) y Altitud (use Pies) y presione calcular. Para este ejemplo, usemos 70 Fahrenheit y la altitud de Chicago a 594 pies (puede determinar su altitud usando google). Usando 70 Fahrenheit y 594 pies, la presión del aire para Chicago es 14.39 PSI.
La ecuación para convertir PSI en Pies es: Pies= (PSI X 2.31) /Gravedad Específica
Entonces, para este ejemplo: (14.39 x 2.31)/1.0= 33.2409 pies *Para esta conversión específica, no se preocupe por la gravedad específica.
33.24 pies- Presión de vapor del líquido (en pies) + Altura estática (en pies) -Fricción de succión (en pies)=NPSHa
- Presión de vapor del líquido: Supongamos que es agua a 100 Fahrenheit. Google “Presión de vapor de agua”. En la primera página, aparece este enlace, http://intro.chem.okstate.edu/1515sp01/database/vpwater.html A 100 Fahrenheit del agua, que es 37.7 Centrigrados (usando una conversión de Google), la presión de vapor según este enlace a 38C es 49.7 mmHG (que es la abreviatura de milímetro de mercurio). Use este enlace, http://www.endmemo.com/sconvert/psimmhg.php para convertir 49.7 mmHG a PSI, y al hacerlo es 0.96 PSI. Convertir PSI a cabeza.
Pies= (PSI x 2.31)/Gravedad Específica
(0.96 x 2.31)/ 1.0= 2.22 pies
* La gravedad específica del agua es 1.0 a 68F. A temperaturas más altas, la gravedad específica del agua comienza a disminuir. Por ejemplo, a 200F, la gravedad específica disminuye a 0.96. Para simplificar, supongamos que para este ejemplo a 100F la gravedad específica sigue siendo 1.0. Para obtener un gráfico de la gravedad específica del agua a diferentes temperaturas, consulte este enlace, http://www.engineeringtoolbox.com/water-temperature-specific-gravity-d_1179.html
33.24 pies- 2.22 pies + Carga estática (en pies) – Fricción de succión (en pies)=NPSHa
- Pies estáticos: Los pies estáticos son la cantidad de líquido que hay sobre la bomba. Usando el mismo ejemplo que hemos estado usando, cuando el tanque está lleno, tenemos 4 pies de líquido sobre la bomba.
33.24 pies- 2.22 pies + 4 pies – Fricción de succión (en pies) =NPSHa
- Fricción de succión: La fricción de succión es la pérdida por fricción en el lado de succión de la bomba. Usando el mismo ejemplo que hemos estado usando, a 20 GPM, la pérdida por fricción es de 3.5 pies.
33.24 pies- 2.22 pies + 4 pies-3.5 pies= NPSHa
NPSHa= 31.52 pies.
Si el NPSHa es de 31.52 pies, mientras que el NPSHr esté por debajo de 31.52 pies, la bomba no sufrirá daños por falta de NPSH. March recomienda tener un factor de seguridad mínimo del 120 % o 1.2 para el NPSHa sobre el NPSHr. Entonces, en la curva NPSHr de la página 4, a 20 GPM, el NPSHr es 2.9 pies. 2.9 pies por 1.2 es 3.48 pies. Como tenemos 31.52 pies de NPSha, tenemos más de lo necesario.
NPSH Ejemplo 2:
Sin embargo, ¿qué pasa si la temperatura del agua es de 200F, pero todo lo demás permanece igual?
33.2409 pies- Presión de vapor de agua a 200 Fahrenheit en pies + 4 pies-3.5 pies = NPSHa
Usando los enlaces dados anteriormente, el agua a 200 Fahrenheit (o 93 Centigrados) tiene una presión de vapor de 588.6 mmHG. Utilice este enlace, http://www.endmemo.com/sconvert/psimmhg.php para convertir 588.6 mmHG en PSI y, al hacerlo, son 11.38 PSI.
Para la gravedad específica, use el enlace dado anteriormente, http://www.engineeringtoolbox.com/watertemperature-specific-gravity-d_1179.html, y muestra a 200F que la gravedad específica es 0.96.
Pies= (PSI x 2.31)/Gravedad Específica
Pies= (11.38 x 2.31)/0.96
Pies= 27.38
Intriduzca los 27.38 pies en la ecuación NPSHa.
33.2409 pies- 27.38 pies+ 4 pies-3.5 pies= NPSHa
NPSHa=6.36 pies.
El 6.36 NPSHa sigue siendo un 120 % mayor que el NPSHr, por lo que la bomba no sufrirá daños.
Sugerencias si la bomba sufre de falta de alimentación, inmersión o NPSH:
- Lo más fácil para ayudar con la falta de alimentación, la sumersión y el NPSH es aumentar la carga estática o el nivel de líquido sobre la bomba. Intente elevar el tanque o bajar la bomba.
- Para los tres, use una válvula en la descarga, use velocidad variable para disminuir la velocidad o recorte el diámetro del impulsor para disminuir los GPM que salen de la bomba.
- Disminuya sus pérdidas por fricción para obtener ayuda con la falta de alimentación o NPSH. Puede disminuir sus pérdidas por fricción minimizando los codos, válvulas y manteniendo la bomba lo más cerca posible del tanque.
- Para la inmersión, considere hacer o comprar una tapa anti-vórtice para el tanque para ayudar a romper el vórtice.
Recordatorios:
- Para la mayoría de las aplicaciones, la bomba encontrará uno o una combinación de los tres problemas del lado de succión en algún momento. La clave es minimizar la gravedad y el tiempo en que la bomba encontrará los problemas del lado de la succión.
- Es difícil determinar si la bomba está experimentando alguno de estos problemas en el lado de la succión, incluso usando este manual como plantilla. No dude en ponerse en contacto con un distribuidor de bombas March o un ingeniero de bombas March si desea obtener más ayuda.
Curva de inmersión
