Método de cálculo de presión y rpm en bomba según la instalación 1 – Curvas características

Todos sabemos que una de las funciones del operador de bomba es proporcionar una presión adecuada a las necesidades impuestas por la instalación, de forma que se puedan garantizar los caudales necesarios en punta de lanza, al tiempo que velamos por el correcto funcionamiento de nuestra bomba.

En esta entrada vamos a ver qué son las curvas características y qué es y cómo se calcula de forma estándar la curva de la instalación.

No obstante, hemos de tener claro que una cosa es la matemática de despacho, y otra muy distinta las necesidades de hacer cálculos que tenemos los bomberos en plena intervención. Por tanto, en esta entrada os muestro cómo se hacen los cálculos de forma estándar a nivel “despacho”, pero en la siguiente entrada he introducido dos métodos abreviados que yo utilizo a la hora de hacer los cálculos de presiones y de revoluciones por minuto.

Veamos en primer lugar la parte más teórica del asunto…

CURVA CARACTERÍSTICA

Todas las bombas suministran una presión, un caudal, consumen una potencia y giran a una determinada velocidad. Pero cada modelo de bomba mantiene unas relaciones diferentes entre estos parámetros. Mientras que unas son capaces de suministrar 240 lpm a 2000 rpm, otras necesitarán 3800 rpm. Lo mismo ocurre con la potencia consumida: una bomba será capaz de suministrar 240 lpm a 2000 rpm consumiendo 1000 w, mientras que otra para ese iguales rpm y caudal consuma 1500 w.

Así que cada modelo de bomba, por sus características constructivas, mantiene unas relaciones propias entre estas magnitudes.

La representación gráfica de estas magnitudes: presión, potencia consumida y el rendimiento de la bomba en función del caudal, se denominan curvas características de la bomba.

Estas curvas constituyen la información básica necesaria para predecir las magnitudes de operación de la bomba en un circuito dado, y por lo tanto suelen ser aportadas por los fabricantes en sus catálogos y demás documentación técnica.

Los fabricantes proporcionan 3 tipos de curvas características

  • Curva altura-caudal (presión-caudal)
    • Relación entre las presiones y el caudal que da la bomba
  • Curva potencia-caudal
    • Relación entre la potencia consumida por la bomba (w) y el caudal que aporta
  • Curva de rendimiento en función del caudal (potencia-presión)
    •  Relación entre la potencia y presión

También proporcionan otro dato importante:

  • Velocidad específica de la bomba (rpm)

Unidades de medida utilizadas en las curvas:

  • La presión:            m.c.a.
  • El caudal:              m3/s
  • Velocidad:             rpm
  • Potencia:               w

Cálculo de la potencia   Ph = γ·H·Q

Donde:

  • γ = peso específico del fluido
  • H = presión (m.c.a.)
  • Q = caudal (m3/s)

Las curvas tienen ciertas características que hemos que tener en cuenta:

  • Para caudales bajos, la presión (altura ) permanece constante.
  • Conforme vamos aumentando el caudal la presión decrece hasta que se hace cero cuando el caudal es máximo.
  • La potencia consumida por una bomba, también llamada potencia al freno, crece con el caudal que impulsa.
  • La eficiencia de una bomba crece con el caudal hasta un cierto valor de éste, el cual determina el punto de máximo rendimiento. Este caudal de diseño es, aproximadamente, un 60% del caudal máximo.

PUNTO DE FUNCIONAMIENTO DE UNA INSTALACIÓN

La manera en la que una bomba trabaja depende no sólo de las curvas características de funcionamiento de la bomba, sino también de las características de la instalación en la cual vaya a trabajar.

La curva característica de la bomba nos describe el funcionamiento de una bomba de una manera gráfica (relación H-Q, potencia-caudal, velocidad), es decir, nos dice las relaciones entre presión en función del caudal, potencia y velocidad de giro.

Pero hemos de tener también en cuenta el sistema (instalación) en el que va a trabajar esa bomba para saber si el comportamiento descrito en sus curvas la hacen apta para dicha instalación.

La curva resistente de la instalación nos dice las relaciones entre presión y caudal, teniendo en cuenta las pérdidas de carga y la altura. (bares y caudal en punta de lanza más la altura y PC).

La intersección de ambas curvas es el punto de funcionamiento que buscamos.

Así que debemos tener claro que…

La curva característica de la bomba nos la da el fabricante. La curva de la instalación la calculamos nosotros:

¿Cómo calculamos? 

Para hacer el cálculo de la curva de la instalación, podemos hacerlo mediante el método matemático convencional o un método abreviado que os voy a proponer a continuación de éste


MÉTODO CONVENCIONAL

Ejemplo:

Ahora debemos mirar en la curva característica de la bomba que queremos elegir y que a 11 bar esté suministrando 240 lpm a un régimen de vueltas aceptable.

Vemos la siguiente curva de una bomba Rosenbauer TLF 1000:

El punto de funcionamiento indica que esa bomba debe colocarse a 3600 rpm para dar la presión y el caudal que necesitamos.

Son unas rpm y una presión aceptables para un funcionamiento óptimo en esa bomba, por tanto sabemos que es idónea para el trabajo que vamos a hacer.

Pero, ¿la curva resistente de la instalación cómo se traza enteramente?

Imaginemos que tenemos una instalación de caucho de 45 mm (Akron tipo 3 con selector de caudal) de 100 m de longitud a 30 m de desnivel.

Hay que trazar una curva para cada caudal seleccionado, que en esta lanza como vemos son 3: 101 lpm, 240 lpm y 350 lpm.

Ahora colocamos en la gráfica esos PF máximos para cada caudal:

Y trazamos una línea que vaya desde estos puntos, pasando por los anteriores PF respectivos, hasta la altura de presión en la que se encuentre la lanza (3 bar):

Nota:

Para trazar la curva con la debida curvatura y precisión habría que calcular más puntos de funcionamiento intermedios. Aquí hemos hecho una aproximación para que se vea cómo se hace.

Ahora bien, imaginemos que hemos seleccionado esa bomba, se instala en un camión y estamos trabajando. Si queremos aumentar el caudal sin variar la sección de salida aumentaríamos la presión en bomba hasta 15 bar teniendo la lanza en 101 lpm:

La curva de PB101 nos dice que si aumentamos la presión a 15 bar estaremos trabajando a 3800 rpm con un caudal de 150 lpm.

Vemos también que pasando esa lanza en la posición de 240 lpm, si aumentamos las rpm a 3800 la presión se va a 13 bar y logramos unos 280 lpm.

Una vez tengamos superpuestas las curvas característica y resistente, podemos visualizar el comportamiento de nuestra instalación en esa bomba y seleccionar aquella combinación que más nos convenga.


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