Cuándo una curva de agua necesita corrección
Muchas curvas de bombas rotodinámicas se obtienen con agua. Al aumentar la viscosidad, cambian las pérdidas internas y el flujo dentro del impulsor: el caudal, la carga y la eficiencia pueden disminuir, mientras que la potencia absorbida y el torque de arranque pueden aumentar. El cambio exacto depende de la bomba, su velocidad, el punto de operación y el líquido.
La viscosidad también afecta las pérdidas en la tubería. Por eso, no basta con corregir la curva de la bomba y mantener sin revisión el punto de operación del sistema. Analice la curva del sistema con las propiedades del fluido y el rango real de caudal.
Datos necesarios para revisar un servicio viscoso
Reúna estos datos antes de estimar el desempeño. Use valores de diseño, operación normal y condiciones extremas cuando sean diferentes.
- Líquido y comportamiento. Indique nombre, composición conocida y si el líquido es newtoniano. El método de HI no representa por sí solo fluidos no newtonianos, lodos complejos ni materiales con esfuerzo de fluencia.
- Viscosidad y temperatura. Informe viscosidad dinámica en cP o mPa·s, o cinemática en cSt, la temperatura de medición y el rango de operación. cP y cSt no son intercambiables sin densidad.
- Densidad. Indique kg/m³ o gravedad específica a la temperatura señalada. Se requiere para revisar la potencia y relacionar viscosidad dinámica y cinemática.
- Curva y configuración de la bomba. Adjunte curva H–Q, eficiencia, potencia y NPSHr, más modelo, tamaño, velocidad y diámetro de impulsor. La revisión debe corresponder a la configuración real o candidata.
- Requisito del sistema. Indique caudal mínimo, normal y máximo, carga dinámica total (TDH), presiones y pérdidas principales. Estos datos permiten comparar la curva corregida con la demanda del sistema.
- Succión y accionamiento. Incluya nivel y presión de succión, temperatura, presión de vapor y datos del motor, voltaje, frecuencia y método de arranque. Se necesitan para revisar NPSH, arranque y selección del motor.
Si se reporta viscosidad cinemática en cSt y se necesita viscosidad dinámica en cP, convierta usando la densidad del mismo líquido y a la misma temperatura:
μ — viscosidad dinámica
ν — viscosidad cinemática
ρ — densidad expresada en g/cm³
Ejemplo de conversión de cSt a cP
Suponga que un líquido tiene una viscosidad cinemática de 120 cSt y una densidad de 0.90 g/cm³, ambas medidas a 25 °C. La conversión es:
\begin{aligned}
\mu\,[\mathrm{cP}] &= 120\,[\mathrm{cSt}] \times 0.90\,[\mathrm{g/cm^3}]\\[0.45em]
&= 108\,[\mathrm{cP}]
\end{aligned}
\]
El resultado de 108 cP solo convierte unidades para este ejemplo hipotético; no es un factor de corrección de la curva de la bomba.
Registre también la temperatura de cada medición. No combine una viscosidad a temperatura ambiente con una densidad tomada a otra condición de proceso.
Cómo aplicar ANSI/HI 9.6.7
El ANSI/HI 9.6.7 de Hydraulic Institute es una guía empírica para estimar el desempeño de bombas rotodinámicas convencionales de flujo radial —en voladizo (OH), entre cojinetes (BB) o verticales (VS)— cuando bombean líquidos newtonianos más viscosos que el agua, dentro del rango de operación permitido. No convierte cualquier curva o tipo de fluido en un resultado garantizado. Revise el alcance y las limitaciones del método y confirme la selección final con el fabricante de la bomba.
- Confirme que la bomba, el líquido y la condición de operación están dentro del alcance del método.
- Seleccione la curva de agua que corresponde al modelo, tamaño, velocidad y diámetro de impulsor reales.
- Determine la viscosidad y densidad del líquido a la temperatura relevante, incluida la condición de arranque si difiere.
- Obtenga los factores de corrección del método aplicable o del fabricante. Registre la fuente, las unidades y las suposiciones usadas.
- Construya y revise la curva corregida en el rango operativo; no extienda automáticamente un factor calculado en un punto a toda la curva.
- Compare esa curva con la curva del sistema y confirme caudal, carga, eficiencia, potencia, NPSH y condiciones mecánicas.
En forma conceptual, las magnitudes corregidas se relacionan con la curva de agua así:
\begin{aligned}
Q_{\mathrm{vis}} &= C_Q Q_{\mathrm{agua}}\\[0.45em]
H_{\mathrm{vis}} &= C_H H_{\mathrm{agua}}\\[0.45em]
\eta_{\mathrm{vis}} &= C_{\eta}\,\eta_{\mathrm{agua}}
\end{aligned}
\]
Q — caudal
H — carga de la bomba
η — eficiencia de la bomba
CQ, CH, Cη — factores obtenidos con el método aplicable o confirmados por el fabricante
Estos factores no se determinan solo con la viscosidad: también dependen de la curva y del punto evaluado. Para seleccionar una bomba nueva con caudal y carga requeridos, siga el procedimiento de selección preliminar del método y luego valide la candidata con datos del fabricante.
Cómo comprobar la potencia y el motor
Después de definir el punto sobre la curva corregida, estime la potencia hidráulica y la potencia al eje con la densidad y eficiencia correspondientes a ese punto:
\begin{aligned}
P_{\mathrm{hid}}\,[\mathrm{kW}] &= \frac{\rho g Q H}{1000}\\[0.7em]
P_{\mathrm{eje}}\,[\mathrm{kW}] &\approx \frac{P_{\mathrm{hid}}}{\eta_{\mathrm{vis}}}
\end{aligned}
\]
ρ — densidad, kg/m³
g — aceleración de la gravedad, m/s²
Q — caudal, m³/s
H — carga de la bomba, m
ηvis — eficiencia corregida, como fracción
La ecuación entrega una estimación en el punto calculado; no sustituye la curva completa de potencia ni los datos del fabricante. Para elegir el motor, revise la máxima potencia absorbida en todo el rango autorizado, las condiciones de arranque, el variador si existe, la eficiencia del accionamiento y los requisitos eléctricos del proyecto. El margen y la potencia nominal del motor deben justificarse para esa aplicación; no aplique un porcentaje fijo a todos los servicios.
Cuando ya tenga el caudal, la carga, la densidad y una eficiencia corregida sustentada, puede usar la calculadora de potencia de bomba y motor como apoyo al cálculo. La calculadora no realiza la corrección de viscosidad de la curva.
Revise también succión, arranque y sellado
La condición viscosa puede cambiar el NPSH requerido y el torque necesario durante el arranque. Además, la temperatura modifica la viscosidad y la presión de vapor del líquido, por lo que puede cambiar tanto el desempeño de la bomba como el NPSH disponible. Compare NPSHa y NPSHr en las condiciones relevantes y aplique el margen definido para el servicio; no use una diferencia fija como regla universal.
Revise el torque de arranque para la condición más exigente, especialmente si el fluido se enfría durante paros. Confirme con el fabricante los límites del motor y del variador, el tiempo de aceleración, la lubricación y el arreglo de sello compatible con el fluido y la temperatura. No suponga que un bastidor, diámetro de eje o familia de bomba, por sí solos, garantizan capacidad para un torque determinado.
Para estructurar la revisión del lado de succión, consulte la calculadora de NPSHa y documente presión, nivel, pérdidas y presión de vapor usados.
Cuándo comparar otra tecnología de bombeo
Considere una evaluación de bomba de desplazamiento positivo cuando la curva corregida no cubra el caudal y la carga requeridos, la eficiencia o potencia no sean aceptables, el servicio exija dosificación o el fluido quede fuera del alcance de la corrección. La decisión requiere comparar el tipo de bomba con el comportamiento reológico, la presión diferencial, el rango de caudal, la succión, el sellado y los controles de protección. La viscosidad por sí sola no establece un límite universal para todas las bombas centrífugas.
Si la dificultad es leer la curva o identificar el punto de operación, consulte la guía para interpretar la curva H–Q, el BEP y el NPSH. Para una revisión de selección más amplia, vea también la guía de selección de bombas ANSI.
Qué incluir en una RFQ para un líquido viscoso
- Nombre y composición del líquido; sólidos, gases o comportamiento no newtoniano conocidos.
- Viscosidad y densidad con unidades y temperatura de medición; temperaturas normal, mínima, máxima y de arranque.
- Caudal mínimo, normal y máximo; carga dinámica total y condiciones de presión.
- Datos de succión, presión de vapor, altitud de instalación y pérdidas principales.
- Fabricante y modelo de bomba, tamaño, velocidad, diámetro de impulsor y curva disponible.
- Motor instalado o requerido: potencia, velocidad, voltaje, fases, frecuencia, método de arranque y variador.
- Requisitos de materiales, sello, horas de operación y documentación del proyecto.
Con estos datos se puede comprobar si la corrección es aplicable, qué información falta y si la bomba y el motor cubren el servicio previsto.
Preguntas frecuentes
¿La gravedad específica basta para corregir una curva de agua?
No. La densidad influye en la potencia, pero la viscosidad cambia el desempeño hidráulico. La corrección debe usar las propiedades del líquido a la temperatura de operación y la curva de agua correcta.
¿Puedo convertir cP a cSt directamente?
No sin la densidad del mismo líquido a la misma temperatura. Indique siempre si el dato es viscosidad dinámica o cinemática y las condiciones de medición.
¿Hay un valor de cSt que obligue a cambiar a una bomba de desplazamiento positivo?
No existe un umbral único aplicable a toda bomba y servicio. Compare el resultado de la curva corregida, el rango requerido, la eficiencia, la potencia, el NPSH y el comportamiento del fluido con la recomendación del fabricante.
¿La corrección por viscosidad define por sí sola el tamaño del motor?
No. También se necesita revisar la potencia absorbida en el rango operativo, el arranque, el accionamiento y las condiciones eléctricas y ambientales del proyecto.
