El impacto de las bombas sobredimensionadas o subdimensionadas
Los ingenieros suelen preocuparse por ser demasiado conservadores en el diseño de sus sistemas. Durante el proceso de diseño existen numerosas incertidumbres, como variaciones en las condiciones de operación reales, cambios en las características de los fluidos, el envejecimiento de los equipos y la incrustación en las tuberías. Los ingenieros utilizan factores de diseño para tener en cuenta estos factores y evitar la selección o compra de equipos de tamaño insuficiente. También consideran los efectos del envejecimiento en el sistema.
Sin embargo, algunos ingenieros no tienen en cuenta que aplicar márgenes de seguridad excesivos en el diseño puede aumentar el desgaste de los componentes por los que pasa el fluido y acortar la vida útil del sistema, especialmente al determinar el tamaño de la bomba.
Al seleccionar bombas y sistemas de tuberías, el objetivo principal suele ser alcanzar la presión (altura de elevación) y el caudal requeridos para la aplicación, ya sea un sistema de agua de refrigeración, un oleoducto de suministro de combustible, una planta de producción química o cualquier otra aplicación. El caudal requerido del sistema se utiliza para determinar la altura de elevación dinámica total de la bomba, que luego se emplea para comparar las curvas de rendimiento de todos los tipos de bombas disponibles. Las bombas sobredimensionadas o infradimensionadas pueden tener graves consecuencias para el sistema, por lo que utilizar un punto de operación preciso es fundamental en este proceso.
El impacto de las bombas sobredimensionadas o subdimensionadas
Si la bomba seleccionada es demasiado pequeña, el caudal del sistema será inferior al necesario. Esto requerirá una bomba adicional o ajustes en el sistema, como abrir una válvula de drenaje (lo que permitirá que la bomba funcione a mayor capacidad). Una bomba sobredimensionada proporcionará un caudal mayor del que el sistema necesita. Según la aplicación, esto puede requerir el uso de una válvula de estrangulamiento o el ajuste del impulsor para reducir el caudal. Si el punto de operación de la bomba se puede corregir simplemente ajustando las válvulas del sistema, puede parecer que tiene poco impacto. Sin embargo, los efectos de una bomba sobredimensionada o demasiado pequeña se hacen más evidentes al considerar la eficiencia de la bomba.
El Punto de Eficiencia Óptima (PEO) es el punto de operación ideal para una bomba, donde el porcentaje máximo de energía utilizada para su funcionamiento se transfiere al fluido. Cuando el punto de operación de una bomba se desvía del PEO, ocurren varias cosas. El efecto más evidente es una menor eficiencia, y la bomba requiere mayor potencia de accionamiento. Esta energía no transferida al fluido debe disiparse en otras formas, como calor o vibración. Por lo tanto, a medida que disminuye la eficiencia de la bomba, aumentan la vibración y el calor que genera. En algunos casos, esto tiene un impacto mínimo en la bomba, pero cuanto más se aleja la bomba del PEO, mayor es el efecto.
Las normas para bombas centrífugas (como la norma HI 9.6.3 del Instituto Hidráulico) suelen recomendar operar las bombas dentro de un rango aproximado del 80 % al 110 % del Equivalente Base (BEP) para evitar estos efectos. Superar el 110 % del BEP puede exponer a los operadores al riesgo de cavitación debido a un bajo margen de Altura Neta de Aspiración Positiva (NPSH), así como a daños por vibración y calor. Por debajo del 80 % del BEP, pueden producirse efectos negativos como el agarrotamiento de la bomba, cavitación por bajo caudal, reflujo interno y altas temperaturas. Con el tiempo, operar dichas bombas conlleva altos costos de mantenimiento, altos costos de energía y una menor vida útil de la bomba. Por lo tanto, surge la pregunta: ¿cómo pueden los ingenieros utilizar eficazmente los factores de diseño para evitar bombas sobredimensionadas o subdimensionadas en el sistema?
Determinación cuidadosa de los factores generales de diseño
Un aspecto a considerar es la cantidad de factores de diseño que requiere la bomba y cuándo aplicar ese margen de seguridad. Generalmente, las siguientes partes pueden considerar agregar factores de diseño: el ingeniero de diseño del sistema determina las dimensiones del sistema, el gerente de proyecto revisa el diseño y el fabricante de la bomba recomienda la bomba. Se debe tener cuidado al comprender las suposiciones y las condiciones límite utilizadas para determinar el tamaño del sistema, a fin de evitar definir inadvertidamente factores de diseño irrazonables.
Considere los límites operativos
¿Los cálculos de dimensionamiento y los factores de diseño seleccionados tienen en cuenta las condiciones extremas de funcionamiento? Si bien se puede haber realizado un diseño eficaz para el caudal máximo del sistema, ¿esto altera el punto de funcionamiento original? Es importante seleccionar bombas con características que les permitan alcanzar su punto de funcionamiento óptimo (BEP, por sus siglas en inglés) en todas las condiciones, no solo en condiciones extremas. Si los requisitos del sistema cambian con frecuencia, puede ser necesario considerar opciones como la incorporación de un variador de frecuencia (VFD) a la bomba para mantener su funcionamiento dentro del rango deseado.
Elige las herramientas adecuadas
Determinar el tamaño de un sistema, especialmente para sistemas grandes, es un proceso complejo. El uso de herramientas que agilizan este proceso reduce la probabilidad de errores. Las herramientas de ajuste automatizado facilitan la comprensión de las metodologías de modelado al comunicar y reportar información. Una herramienta de dimensionamiento automatizado eficaz permite a los ingenieros ingresar rápidamente la información del fabricante en el diseño y verificar que el equipo propuesto funcione según lo previsto. Esta redundancia previene errores potencialmente costosos. Además, una herramienta de cálculo dimensional automatizado eficaz permite a los usuarios comparar rápidamente diferentes condiciones de operación e incluso considerar múltiples escenarios de diseño relacionados al realizar cálculos dimensionales.
Resumen
Diseñar un sistema que cumpla con los requisitos operativos es fundamental. Sin embargo, en el diseño de sistemas, un mayor tamaño no siempre es mejor. Un diseño eficaz no solo ayuda a reducir los costos de materiales e instalación, sino que también previene el desgaste excesivo de componentes internos, como las bombas.