Bomba vs Tubería, Parte 3

Las partes 1 y 2 de esta columna se publicaron en las ediciones de febrero y marzo de Pumps & Systems, respectivamente.

Normalmente, la tubería de succión de la bomba tendrá al menos un tamaño más grande que la boquilla de succión de la bomba. Las bombas paralelas presentarán requisitos para tamaños de tubería aún mayores. Esto es principalmente para acomodar los requisitos de pérdida por fricción tanto de velocidad como de altura neta positiva de succión disponible (NPSHa). Una excepción puede ser una línea de succión autocebante donde los usuarios están más preocupados por la cantidad de tiempo necesario para cebar la bomba. Cuanto más grande sea la línea de succión, más aire se evacuará, lo que se traduce en un tiempo adicional en el que la bomba funciona sin flujo de líquido. El tiempo de cebado excesivo no es una condición deseada ya que la recirculación sobrecalienta el fluido de la cámara de cebado y el sello mecánico puede no estar correctamente lubricado o posiblemente sobrecalentarse dependiendo del diseño de bomba individual.

Hay otros problemas, además del tamaño incorrecto de la tubería de succión, que se traducen en un exceso de fricción y perfiles de flujo en espiral desequilibrados. La mejor práctica es reducir o eliminar la turbulencia y los perfiles desiguales de velocidad de flujo. Tenga en cuenta que las bombas de succión doble son aún más susceptibles a estos problemas que otros diseños. Los problemas más comunes incluyen los siguientes:

Un comentario sobre la integridad de las tuberías y las conexiones (bridas) asociadas: tenga en cuenta que deben ser herméticos, especialmente en aplicaciones de elevación. Tenga en cuenta que la presión dentro de la tubería estará por debajo de la ambiental (piense en el vacío). El hecho de que el líquido no se escape no significa que el aire no pueda entrar en la tubería.

Esta sección se refiere específicamente al lado de succión de la bomba, ya que guardaremos las prácticas para aumentar el tamaño de la tubería del lado de descarga en otra columna. He sido testigo de numerosas, acaloradas y largas discusiones/argumentos sobre este tema. Abordaré el tema brevemente.

Hay dos puntos principales, y luego voy a plantear una tercera idea como un cambio de paradigma. La primera es si es adecuado o no usar un reductor concéntrico en el lado de succión de la bomba, y la segunda es cuando se usa un reductor excéntrico, ¿en qué dirección se debe colocar el lado plano?

Los reductores concéntricos no se han utilizado en gran medida en la tubería de succión de la bomba horizontal, aparentemente debido a problemas con el arrastre de aire y el consiguiente bloqueo del flujo. Tenga en cuenta que las bolsas de aire actúan como obstrucciones y restringen el flujo como si se colocara una válvula u orificio parcialmente cerrado en la línea. Creo que los reductores concéntricos son perfectamente aceptables en tuberías verticales, ya que la preocupación por el atrapamiento de aire generalmente se anula por la orientación y la geometría, además de ser barrida por la velocidad del fluido. Un tema más controvertido es la incorporación de reductores concéntricos en el plano horizontal en la línea de succión de las bombas. Señalaré que he observado numerosas y exitosas aplicaciones de reductores concéntricos en el enfoque de bomba de succión. Los usuarios no experimentan problemas con el aire atrapado, aunque en la mayoría de los casos hay una ventilación manual o una válvula automática de liberación de aire (ARV) instalada en caso de que sea necesario ventilar el aire o el gas.

Esta filosofía de cambio de paradigma con reductores concéntricos horizontales es que la velocidad del líquido en la tubería facilita la transportabilidad de cualquier aire y gases no condensables. La ventaja adicional de la elección del reductor concéntrico es que el perfil de velocidad del líquido aguas abajo del reductor es simétrico, a diferencia del de un reductor excéntrico. Estoy de acuerdo en que, hipotéticamente, la velocidad general del líquido puede transportar (barrer) cualquier aire y gases no condensables a lo largo de la corriente en lugar de quedar atrapados en la transición. Antes de tomar esta decisión, realice un análisis de dinámica de fluidos computacional (CFD). Además, sugiero evitar el uso de reductores concéntricos en situaciones donde la bomba está a una altura mayor que la fuente de suministro de succión y/o se sabe que las propiedades del líquido incluyen el arrastre de aire, vapores y gases no condensables.

Los reductores excéntricos se usan comúnmente para la transición de una tubería de succión de mayor tamaño a la boquilla de succión de la bomba más pequeña. Todos me preguntan en qué dirección se debe colocar el lado plano. Ofrezco mis dos centavos de la siguiente manera y también agrego la advertencia de que "depende". Si la fuente de suministro proviene (inmediatamente) de la bomba, el lado plano debe estar en la parte inferior para permitir que el aire y el gas escapen hacia la fuente de succión. Si la fuente es desde abajo o desde un tramo largo horizontal (más de 4 a 5 diámetros) antes de la bomba, entonces el lado plano debe estar en la parte superior.

Un detalle más importante y que a menudo se pasa por alto es el ángulo de la pieza de transición del reductor excéntrico, o piense en él como la tasa o proporción de reducción. Recientemente presencié varias instalaciones (con problemas con la bomba) donde el ángulo del reductor excéntrico era alto y superaba los 25 a 30 grados (15 grados debería ser el ángulo máximo). Con frecuencia he visto este tipo de problemas cuando la reducción del diámetro es sobre varios tamaños de tubería: por ejemplo, de 10 pulgadas a 4 pulgadas. El pensamiento erróneo es que un reductor es un reductor y que al diseñador no le preocupa cómo sucede ni la tasa de reducción.

Estas instancias estarían mucho mejor con una reducción de dos o tres etapas con un tubo recto entre ellas o una transición más grande (más larga) más suave de menos de 15 grados en el reductor. La "regla del pulgar" podría ser la transición hacia abajo de un tamaño a la vez, por ejemplo, de 10 a 8 pulgadas, luego a 6 y luego a 4 pulgadas, que serían tres transiciones.

Otro consejo además de mantener el ángulo por debajo de los 15 grados es considerar la proporción de la reducción. Piense en esta relación como (D1 - D2) ÷ L (donde D es el diámetro de la tubería y L es la longitud del reductor).

Finalmente, propongo firmemente que nosotros (la industria) dejemos de colocar reductores excéntricos inmediatamente adyacentes a la brida de succión de la bomba. Los reductores excéntricos crean perfiles de velocidad de flujo desiguales en las salidas. Supongamos que el lado plano está en la parte superior para mi ejemplo de reductor excéntrico, por lo que el flujo de líquido que ingresa al reductor cerca de la parte superior tendrá un recorrido directo hacia la salida, lo cual no es un problema. Sin embargo, el flujo que ingresa al reductor en la parte inferior tiene una ruta más larga, por lo que debe acelerarse y, por lo tanto, sale del reductor a una velocidad más alta (consulte la ecuación de Bernoulli para la ciencia y la explicación de la conservación de la energía). Mi propuesta para una mejor instalación es colocar la salida del reductor excéntrico a una distancia mínima de 4 a 6 diámetros de la boquilla de succión de la bomba y usar una sección de tubería recta y sin obstrucciones entre el reductor y la bomba para permitir que el perfil de velocidad se corrija y se realinee. mismo a la simetría.

En cuanto a la tubería, no se trata solo de la seguridad y eficiencia de contener el fluido mientras se mueve de un punto a otro. Más importante aún, también se trata de lo que sucede dentro de la tubería. La simetría del perfil de velocidad y los factores de fricción son lo que también debería preocuparle. Ignorar o descartar estos factores agregará costos significativos para operar y mantener la bomba a largo plazo.

Referencias

1. Bombas rotodinámicas para tuberías de bombas ANSI/HI 9.6.6 2016

2. Guía del usuario de bombas centrífugas (problemas y soluciones) por Sam Yedidiah

3. Pump Handbook 4ta edición por Paul Cooper, Igor Karassik, et al.

4. Instituto de Bombas y Sellos Mecánicos por William (Bill) J. McNally (SS)

5. Revise la selección del reductor de succión de la bomba..., Vol. 56 No. 3, octubre de 2014, de la Revista de la Institución Sudafricana de Ingeniería Civil, por Ross Mahaffey (PE) y SJ Van Vuuren (PE)

Lea más artículos sobre errores comunes de bombeo aquí.

Jim Elsey es un ingeniero mecánico con más de 50 años de experiencia en diseño y operación, enfocado principalmente en la confiabilidad de equipos rotativos en la mayoría de las aplicaciones y mercados industriales en todo el mundo. Elsey es gerente general de Summit Pumps y miembro activo de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos, la Sociedad Estadounidense de Metales, la Asociación Nacional de Ingenieros de Corrosión y la Liga Naval de Submarinos. Elsey también es directora de MaDDog Pump Consultants LLC. Puede comunicarse con él en [email protected].