Estos gráficos encierran toda la información necesaria para saber cómo se comportará el equipo de bombeo. En qué consisten, cómo utilizarlos.
MIL PALABRAS
Si el comportamiento de un elemento no es algo constante en distintas condiciones, es necesario graficar este comportamiento ante determinados parámetros. Lo mismo podríamos y de hecho lo hacemos en tablas, pero al momento de graficar linealmente estos valores es cuando podemos comprenderlo claramente.
Una imagen vale mil palabras, no hay duda, aquí la primer entrega de esta serie de notas donde hablaremos de todo lo necesario para saber leerlas.
¿PARA QUÉ SIRVEN?
Las curvas de rendimiento o curvas características son los gráficos donde están expresados los valores de rendimiento del equipo de bombeo.
Las bombas son las encargadas de movilizar fluidos, este trabajo no tiene un resultado único, porque sencillamente la operación de estos equipos varía según cada aplicación. Con estos gráficos nosotros sabemos cómo se comportará y qué resultados obtendremos para realizar ese traslado con determinadas condiciones.
HUELLA DIGITAL
Las curvas características de las bombas son únicas y tan particulares como una huella digital. Por ejemplo hay bombas similares, hasta idénticas en cuanto a sus dimensiones generales, pero mínimas variaciones en el diseño del impulsor y la relación entre todo el conjunto de piezas, hacen que hidráulicamente no rindan lo mismo.
Inclusive una misma bomba también varía su curva de rendimiento a lo largo de su vida, simplemente porque no es inalterable, sufrir desgastes y pequeños cambios físicos, se ven reflejados en la curva, a veces imperceptible, a veces muy notablemente.
Por ello son muy importantes los controles periódicos para saber cómo se está comportando ya que ni la bomba ni el sistema* se comportan de igual modo transcurrido un tiempo
* (conjunto de cañerías y accesorios que posibilitan el traslado del fluido)
CÓMO SE OBTIENE
Las curvas surgen del ensayo del equipo en un banco de prueba, en el cual se hace trabajar al equipo de cero a su máximo rendimiento. Realizando mediciones en cada uno de los pasos para así conocer el comportamiento de los distintos parámetros. (ej. caudal que entrega a 0m, a 5m, a 10m etc).
Esto lo realiza el fabricante del equipo, en la gran mayoría de los casos bajo la norma ISO 9906 (centrada bombas centrifugas), la cual determina como se debe realizar la medición, los factores de tolerancia, fluctuaciones permisibles, etc.
DATOS
Los datos que obtenemos de las curvas de rendimiento son:
- Caudal
- Altura (o presión)
- Potencia
- Eficiencia
- ANPA (NPSH)
Estos valores tienen un marco o condiciones de trabajo, que están enunciadas: velocidad de rotación (rpm), diámetros de impulsor (sobre todo en bombas sin motor).
El fluido aunque no siempre está expresamente aclarado pero en bombas centrifugas las curvas surgen de pruebas hechas con agua limpia, a temperatura ambiente (2 – 20º C) y a nivel del mar es decir expuestas a 1 ATM (una atmósfera). Esto es básicamente porque más allá de que el agua limpia es el fluido más bombeado, significa un valor 1 de densidad, peso específico y viscosidad, desde esa base podemos traspolar el rendimiento cuando varían esos valores.
En bombas que tienen ya están diseñadas y destinadas a una utilidad específica (ej. gas licuado), la curva se realiza con el fluido específico y en las condiciones de uso más habitual, obviamente esto figura claramente en la información brindada.
SUCESIÓN DE PUNTOS
Del traslado de un fluido de un sitio a otro, surgen muchos parámetros: cantidad, fuerza, energía requerida, la eficacia con que se realice este trabajo.
La curva principal (Q-h) en si es una línea, que como tal está formada por una sucesión de puntos, en este caso cada punto tiene valores intrínsecos, los datos recién enunciados (caudal, altura, potencia, eficiencia, etc.)
Las curvas características están compuestas por diferentes curvas individuales, que aunque desmembrados son parte de un grupo de datos concreto el cual forma el punto de operación.
CURVA POR CURVA
Caudal-altura (Q-h)
Utilidad: Es la curva básica y elemental que nos define el cuánto, cuándo y dónde del traslado de un fluido. Con ella podemos saber cuántos litros por hora (Cuánto y Cuándo = Caudal) del fluido es efectivo trasladándolo a una determinada altura (Dónde). Como recién aclaraba observaremos que los otros parámetros (potencia, eficiencia, ANPA) son a referencia de un punto de caudal-altura.
Cómo se lee: en las bombas centrifugas el grafico es una curva compuesta de valores x-y, en esta caso los valores “x” –eje horizontal– corresponden al caudal (Q) y los valores “y” –eje vertical– a la altura (h). Por ejemplo: elevando el líquido a hA (metros) estará entregando QA (litros por hora), elevando el líquido a hB estará entregando QB, etc.
Unidades: para el caudal se utilizan l/h Litros por hora; l/min litros minuto; m3/h metros cúbicos por hora;
GPM galones por minuto; etc. Los valores de altura en m.c.a. metros de columna de agua, a veces sencillamente como m metros, o también en unidades de presión Kpa kilopascal, PSI libras por pulgada cuadrada, kg/cm2 kilogramos por centímetro cuadrado, etc.
(Importante: habitualmente 1 kg/cm2= 10 mca, esto es válido únicamente para fluidos con densidad 1 como el agua).
En algunos casos, como por ejemplo los equipos destinados a uso domiciliario, esta (Q-h) es la única curva que se informa, por dos sencillas razones, una es que las condiciones habituales de servicio no requieren un gran estudio de los otros valores y otra es que la gran mayoría de los usuarios domiciliarios no tiene el conocimiento para analizar esa información.
Caudal-potencia (Q-P)
Utilidad: en este caso nos sirve para conocer cuál será la potencia requerida por la bomba.
Cómo se lee: la lectura es de igual manera que con la curva de caudal altura pero los valores aquí serán QAPA; QB-PB; QC-PC; etc. Y aunque aquí tengamos sólo el valor de caudal nos está haciendo referencia a un punto de caudal-altura.
Unidades: habitualmente se expresan en KW (kilowatts) o en HP-CV (Horse Power o Caballo Vapor) pero más allá de las unidades es muy importante: saber que no siempre hablamos de la misma potencia.
Potencia eléctrica (PE o P1): es la energía que el motor consume de la línea de alimentación eléctrica. Válido en bombas monoblock que ya vienen equipadas con su motor.
Potencia mecánica (PM o P2): que es la potencia que necesita la bomba en su eje, para bombear el fluido y cumplir el punto de trabajo requerido (caudal-altura). En este caso se utiliza en bombas eje libre sin motor o en equipos que aunque sean monoblock el motor puede intercambiarse por otro normalizado de diferente marca (bombas sumergibles de pozo, bombas monoblock horizontal, etc.).
Es muy importante conocer esta diferencia ya que muchas veces los valores de potencia se expresan en una curva designada como “P” a secas quedando al lector saber si es P1 o P2.
Eficiencia
Utilidad: En estos valores están representados la relación entre lo que entrega (caudal-altura) el equipo y lo que necesita para hacerlo (potencia), cuanto menos necesite más eficiente será. Si observamos los gráficos de eficiencia veremos que hay un punto central (ver figura 4-B) o zona concéntrica (ver figura 4-A), que corresponde a los valores de mayor eficiencia, cerca de este punto es la zona de la curva en la que deberemos tratar de que nuestro equipo opere, ya que allí es donde mejor se da la transformación de energía. Esta zona habitualmente está ubicada en el tercio central de la curva de caudal altura (sombreado en naranja claro).
Cómo se lee: Hay dos maneras de graficar la eficiencia, la más habitual son las líneas de isoeficiencia o isorendimiento (ver A en gráfico), son líneas que unen los puntos de igual valor de eficiencia. El otro modo de graficar los valores de eficiencia es con una curva individual siempre a referencia del caudal (ver B en gráfico), en ambos casos nos indica la eficiencia para un punto (Q-h).
Unidades: Los valores de eficiencia los ubicaremos por ser los únicos porcentuales (%) y/o por estar designados por la letra griega Eta (η ).
Fig. 4: Curva Eficicencia (η ) puede graficarse con líneas de Isoeficiencia (A) o con una curva Q-η
A: Líneas de isoeficiencia B: Curva de eficiencia
Caudal-ANPA (NPSH)
Utilidad: el valor que nos indica a curva de ANPA (NPSH) se refiere al ANPA-R (Requerido), este valor es la presión mínima que necesita el impulsor de una bomba centrífuga en su boca de succión, para que el agua se mantenga en estado líquido y no se vaporice.
Este valor nos marca un límite concreto; en cada sistema donde instalemos el equipo debemos calcular el ANPA-D (Disponible), para comprobar si cumplimos con ese valor requerido, si no lo cubrimos corremos riesgos, desde que el equipo sufra un leve deterioro, hasta las peores circunstancias que pueden llegar a ser que no se bombee o daños muy severos. Cómo se lee: al igual que los anteriores a referencia del caudal movilizado.
Unidades: aunque hablemos de una presión las unidades más utilizadas son de altura mca, pies (feet), etc.
UBICARSE EN EL MAPA
La curva característica de una bomba es ni más ni menos que un mapa, un gráfico que nos dice qué sucede en cada lugar. Pero tener un mapa no significa estar ubicado.
Llegaremos a utilizar este mapa-gráfico-curva en dos situaciones, una es seleccionando un equipo donde hechos los cálculos previos tendremos los valores de caudal-altura, buscaremos entonces la coincidencia de la curva de la bomba con estos valores.
Otra situación es cuando el equipo ya está en funcionamiento, para ubicarnos la manera más segura y sencilla, además de ser siempre muy fácil y económica de implementar, es con un manómetro a la salida del equipo. El cual nos indica la altura manométrica que está venciendo el equipo y este valor de presión será por el cual entraremos en la curva para ubicarnos en el punto de trabajo u operación.
Otro modo no siempre disponible, también en la operación del equipo, es un caudalímetro o corroborar con la mayor exactitud posible el caudal que desplaza por ejemplo observando los niveles de un tanque y cronometrando (cantidad/tiempo = caudal).
Teniendo uno de los valores Q o h, conociendo el diámetro del impulsor (si hubiera variantes), podremos entrar en el gráfico y ver en qué punto de la curva está operando el equipo y así obtener el resto de los datos.
No siempre contamos con estos elementos (manómetro, caudalímetro, control niveles). En electrobombas la única medición posible es el consumo con una llave amperométrica. Pero esto no brinda ninguna información certera de Q-h, ya que el amperaje es un referente de la potencia requerida de la red eléctrica, pero sobre él hay muchos valores que nos alejan de conocer un valor de potencia seguro (eficiencia del motor, alto o bajo voltaje, fallas mecánicas que frenen al motor, etc.).
Autor: Sr. Hernán Levy
Publicado en Versión papel Edición Nº 49 Año 9 – Febrero / Marzo 2012.
Registro de propiedad intelectual realizado y vigente.
La reproducción parcial o total está penada por ley Nº11.723.
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EJEMPLO
A continuación se muestra un ejemplo de lectura de curvas:
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