Notas Tecnicas 

Velocidad Específica

Velocidad específica y velocidad específica de succión: qué son y para qué se utilizan estos valores, que aunque no siempre figuren en la información de la bomba, son un recurso importante para comprender muchas características y comportamientos de las bombas.

Todos nos hemos preguntado alguna vez qué son y para qué sirven la Velocidad Específica Ns y la Velocidad Específica de Succión Nss.
Al ser conceptos poco claros el camino más fácil sería ignorarlos o limitarse a cumplir lo que indican las especificaciones de ingeniería, sin llegar a entender de qué se trata realmente. Eso sería un grave error porque ambos parámetros son vitales para la selección, la operación y el mantenimiento de las bombas centrífugas.
El propósito de esta nota es clarificar esos conceptos para poder evaluarlos correctamente y así obtener el máximo beneficio de estos equipos.

INTRODUCCIÓN

Conceptos abstractos como la velocidad específica Ns y la velocidad específica de succión Nss han sido introducidos para evaluar y comparar diferentes diseños de bombas.
La velocidad específica Ns nos brinda una evaluación de lo que sucede una vez que el fluido pasó por la bomba, mientras que la velocidad específica de succión Nss sirve para evaluar lo que ocurre dentro de la bomba misma.
No podemos medir estas velocidades porque son números adimensionales. Solamente podemos calcular sus valores y debemos ser cuidadosos con los sistemas de unidades que usamos, porque en unidades inglesas dan valores diferentes que en unidades internacionales.

VELOCIDAD ESPECÍFICA Ns:

Es una relación matemática entre tres parámetros importantes:

  • N: Velocidad de rotación medida en rpm
  • H: Altura diferencial medida en metros, para el punto de máxima eficiencia.
  • Q: Caudal medido en metros cúbicos por segundo, para el punto de máxima eficiencia.

Algunas aclaraciones sobre el uso de esta fórmula:

  • Si se trata de bombas multietapa, H es la altura por etapa.
  • Si el impulsor es de doble succión, Q es el caudal que pasa por cada ojo.
PARÁMETROS RELACIONADOS

Existe una relación directa entre el valor de la velocidad específica y varios parámetros importantes de las bombas centrífugas:

  • La forma del impulsor y el tipo de bomba dependen de la Ns
  • La forma de las curvas Caudal vs. Altura varían con la Ns
  • Las curvas de Potencia vs. Caudal también varían con la Ns
  • La eficiencia que puede esperarse de la bomba depende de la Ns
  • El rango de caudales permitido de las bombas está relacionado con la Ns
Efecto sobre la forma del impulsor y tipo de bomba

Como se observa en la figura 1 (se adjuntan todas las figuras al final de esta nota), las velocidades Ns más bajas implican bombas de caudales chicos frente a sus alturas de descarga, por ese motivo los impulsores son del tipo radial. En cambio, las velocidades Ns más altas corresponden a grandes caudales y pequeñas alturas de descarga, lo que nos lleva a impulsores de de flujo axial. Para relaciones intermedias entre caudal y altura, la velocidad específica Ns también es intermedia y el tipo de impulsor es de flujo mixto.

Efecto sobre la forma de las curvas caudal vs altura

En la figura 2 vemos que la pendiente de la curva caudal vs altura varía con la velocidad específica. A medida que esta aumenta, la inclinación de la curva se hace más pronunciada.
Es interesante observar que para valores muy bajos de Ns aparece un “gancho” en la curva caudal vs altura, este tipo de bomba no es recomendable para trabajar en paralelo porque puede entregar dos valores de caudal para una misma altura. Como la respuesta del sistema es justamente requerimiento de altura para ambas bombas, una bomba puede trabajar a la derecha del gancho de la curva, mientras que la otra puede hacerlo a la izquierda, con un caudal muy por debajo del mínimo recomendado.
Cuando indicamos en la planilla de datos que la bomba trabaja en paralelo, el ingeniero de aplicaciones descarta este tipo de bombas. También es común que ciertos usuarios pidan un 10% de incremento en la altura entre el punto de operación y el de válvula cerrada, simplemente lo que están haciendo es solicitar velocidades específicas un poco mayores para facilitar la operación en paralelo.

Efecto sobre la curva caudal vs potencia al freno (Potencia Absorbida)

En la figura 3 se observa que en la medida que la velocidad Ns va aumentando, la curva caudal potencia cambia su inclinación y forma. Para bajos valores de Ns suele ser una recta de pendiente positiva, en la medida que Ns aumenta esta pendiente se va reduciendo, llegando a cambiar de inclinación para valores elevados. Esto tiene relación directa con la forma de hacer arrancar equipos.
Las bombas de baja velocidad Ns consumen la mínima potencia cerca del punto de válvula cerrada (mínimo caudal); y es por eso que se las suele arrancar con la válvula de impulsión apenas abierta, para ir abriéndola paulatinamente hasta llegar al punto de operación requerido.
Si hiciéramos esto mismo con una bomba de alta Ns estaríamos forzando al motor, porque toman su máxima potencia cerca del caudal mínimo.
Por este motivo es que se deben arrancar con la válvula de impulsión completamente abierta y luego comenzar a cerrarla hasta llegar al punto de operación requerido.

Efecto de la Ns sobre la eficiencia esperada de la bomba

En la figura 4 vemos que a medida que el caudal y la velocidad Ns aumentan, la eficiencia teórica de la bomba también aumenta. Lo que en realidad no nos brinda opciones, dado que la eficiencia será consecuencia de las condiciones operativas que deba cumplir el equipo y eso viene dado por el proceso, pero nos permite saber si una bomba ofertada tiene el rendimiento que debería tener.

Efecto sobre el rango de operación permitido

Las bombas se diseñan para trabajar en el punto de máxima eficiencia y para tolerar un cierto grado de apartamiento respecto del mismo. A medida que nos apartamos de este punto el rendimiento disminuye, y junto con éste también se reduce la expectativa de vida del equipo, aumentando los costos de operación y mantenimiento. Las bombas de baja velocidad Ns tienen un rango más amplio de caudales permitidos que las de alta velocidad Ns, cuyo rango permitido puede ser muy estrecho.

VELOCIDAD ESPECÍFICA DE SUCCIÓN Nss

La velocidad específica de succión Nss sirve para evaluar la tolerancia que tiene una bomba a trabajar apartada de su punto de máxima eficiencia.
La expresión matemática es similar a la de Ns, solamente que donde estaba la altura H en metros, vamos a colocar el AnPA requerido (altura neta positiva de aspiración) o nPSH (net positive suction head).
El valor de AnPA requerido debe ser el correspondiente al punto de máxima eficiencia o bEP (best Efficiency Point), medido en metros.
Ensayos de laboratorio demostraron que si la Nss es muy alta (> 9000 USC ó 174 SI) y se hace trabajar a la bomba lejos de su punto de máxima eficiencia, se producen vibraciones que reducen la vida útil de la bomba. Estas vibraciones se deben a recirculaciones internas, pero el fenómeno desaparece si se la hace operar dentro de su región permitida.
Por otra parte, las bombas de baja Nss tienen valores más altos de AnPA requerido y pueden tener menor eficiencia, pero se ven menos afectadas por operar en rangos de caudal alejados del punto de máxima eficiencia.

Sugerencias:

  • Si se debe seleccionar una bomba y se sabe que no tendrá variaciones de caudal, conviene seleccionar una bomba de alta Nss para trabajar en su punto de máxima eficiencia. Tendrá un AnPAr más bajo, trabajará a más velocidad, lo que hará que sea más pequeña y menos costosa.
  • Si tenemos que seleccionar una bomba para un servicio con variaciones de caudal, ya sea por estacionalidad, posibilidad de futuras ampliaciones o la razón que fuere; conviene una bomba de baja Nss. Soportará mejor el trabajar alejada de su punto de máxima eficiencia.
  • Si ya tenemos instalada una bomba de alta Nss y trabaja alejada de su punto de máxima eficiencia, entonces deberemos tomar medidas para corregir el punto de operación.

Publicado en Versión papel Edición Nº 57 Año 10 – Junio / Julio 2013.
Registro de propiedad intelectual realizado y vigente.
La reproducción parcial o total está penada por ley Nº11.723.

TÉCNICO INVITADO

Ing. Ricardo Cifuente, titular de bEP Consultora, con más de 25 años de experiencia en equipos de bombeo y movimiento de fluidos. Sus actividades se han desarrollado en empresas de primera línea como Hidrosur, Flowserve, John Crane y Ruhrpumpen.
Actualmente realiza trabajos de consultoría, asesoramiento, cálculos, análisis de fallas. Entre otros servicios destinados a industrias químicas, petroquímicas y petroleras.
Más información en: BepConsultora

*RELACIÓN DE FIGURAS

 

 

 

 

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