Cómo interpretar las curvas de rendimiento de las bombas

Los fabricantes de bombas proporcionan a sus usuarios curvas de rendimiento de las mismas. Estas curvas de rendimiento también son conocidas como curvas de flujo de las bombas o curvas de la bomba, y tienen la finalidad de ayudar a los usuarios a seleccionar, probar, mantener y operar las bombas. Sin embargo, no todas las bombas son iguales, es por ello, que también sus curvas de rendimiento suelen ser diferentes. Asimismo, generalmente, cada fabricante utiliza formatos diferentes.

Sistema de bombas ubicado en una planta industrial
Sistema de bombeo industrial. Imagen de pragmaticindustries

Independientemente de las diferencias que puedan presentar las curvas de rendimiento de las bombas, todas ellas proporcionan una expectativa de ciertos niveles de rendimiento de las bombas en condiciones de funcionamiento específicas. Esta información es vital para los ingenieros cuando se encuentran en el proceso de búsqueda y selección de la mejor bomba para su sistema. En este artículo describiremos una metodología simple para la interpretación de las curvas de rendimiento de las bombas, basada en datos de caudal, vacío y presión, medidos experimentalmente y suministrados por los fabricantes.

Tabla de contenidos
  1. Conceptos básicos para interpretar las curvas de rendimiento de las bombas
  2. ¿Qué son las curvas de rendimiento de una bomba?
  3. Interpretación de las curvas de rendimiento de una bomba mediante condiciones de prueba de vacío y presión
  4. Manipulación de las curvas de rendimiento de una bomba

Conceptos básicos para interpretar las curvas de rendimiento de las bombas

Curva de rendimiento de una bomba suministrada por un fabricante
Ejemplo de curva de rendimiento de una bomba

Antes de explicar los detalles de las curvas de rendimiento de las bombas, es fundamental tener dominio de los términos y conceptos básicos asociados para llevar a cabo la interpretación de las curvas de rendimiento, los cuales definiremos a continuación:

  • Presión manométrica: Se trata de una medida de presión relativa a la presión atmosférica, expresada comúnmente en psig (libras por pulgada cuadrada) o bar manométrico (bar g). Esta medida es tomada mediante el uso de un manómetro.
  • Caudal o rata de flujo: Es la cantidad de flujo que fluye a través de un área determinada en un intervalo de tiempo específico. Suele ser expresada en L/min.
  • Presión atmosférica: La presión atmosférica es la fuerza ejercida por la atmósfera terrestre sobre la superficie y es medida utilizando un barómetro. Es expresada generalmente en atmósferas (atm).
  • Vacío: Es la diferencia de presión entre un sistema evacuado y la atmósfera circundante. Suele ser expresada en pulgadas de mercurio (inHg) o mmHg (milímetros de mercurio).




¿Qué son las curvas de rendimiento de una bomba?

Una curva de rendimiento de una bomba, representa gráficamente las capacidades de rendimiento esperadas en todos los rangos de presión nominal de una bomba. El rendimiento de la bomba se representa generalmente en un gráfico de coordenadas cartesianas. Algunos fabricantes representan este gráfico mediante datos que pueden ser representados con un eje X, donde se realiza la lectura de presión, y un eje Y, donde se realiza la lectura de caudal. La línea vertical que recorre el centro del gráfico representa la presión atmosférica y divide el gráfico en segmentos de vacío y presión.

El vacío se mide en inHg o mbars (milibares) a la izquierda de la línea central del gráfico. La presión se mide en psig o bar a la derecha de la línea central del gráfico. El punto de intersección de las dos curvas, representa el caudal máximo o el flujo libre de esa bomba cuando no se encuentra restringida (como se puede ver en la figura). Los puntos finales de cada curva representan las capacidades máximas de vacío o presión de la bomba.

Curva de rendimiento de ejemplo para una bomba
Figura 1. Ejemplo de una curva de rendimiento


Interpretación de las curvas de rendimiento de una bomba mediante condiciones de prueba de vacío y presión

Se pueden crear curvas de rendimiento típicas midiendo las condiciones de prueba de vacío y presión simuladas en los siguientes escenarios de muestra. La configuración de la bomba, el manómetro y el medidor de caudal se utiliza para la condición de prueba de vacío, como podemos ver en la siguiente figura:

Arreglo para estimar los caudales de presiones de vació de la curva de rendimiento de una bomba
Arreglo para calcular caudales a presiones de vacío

Como mostramos anteriormente en la figura 1, el flujo libre de la bomba es 6 L/min. Cuando la válvula en el lado de la entrada de la bomba se encuentra cerrada a una lectura de vacío de 550 mbar, se levanta una línea recta desde el valor de la presión en el eje X y se intercepta a la curva del lado izquierdo a la línea central. Desde el punto de intercepción se traza una línea paralela al eje X hasta cortar el eje Y, obteniéndose la lectura de caudal en el ejemplo de la figura 1. Esta lectura de caudal es aproximadamente 2,1 L/min, como podemos ver en la siguiente figura:

Lectura de caudal para presión de vació en una curva de rendimiento
Figura 2. Lectura de caudal para una presión de vacío

Para medir la condición de prueba de presión, se utiliza un arreglo como el que se muestra en la figura:

Arreglo para calcular los caudales de presiones positivas para la curva de rendimiento
Arreglo para calcular caudales con presiones positivas

Para hacer la prueba, se espera que el caudal de la bomba disminuya desde el caudal libre (en el ejemplo anterior es de 6 L/m) cuando la válvula del lado de salida de la bomba se encuentra cerrada (este valor en el ejemplo anterior es de 22,5 psig). Como el procedimiento anterior, se traza una línea vertical desde la medida manométrica (22,5 psig) hasta interceptar la curva del lado derecho a la recta vertical central, y a partir del punto de intersección, se traza una línea paralela al eje X hasta cortar al eje Y, y se realiza la lectura respectiva. Para nuestro ejemplo es aproximadamente 2,3 L/min como podemos ver en la siguiente figura:

Lectura de caudal de una presión positiva en una curva de rendimiento
Lectura de caudal para una presión positiva




Manipulación de las curvas de rendimiento de una bomba

En la mayoría de las aplicaciones que se le da a una bomba a nivel industrial, comercial y doméstico, las bombas se encuentran sometidas a condiciones distintas de presión y vacío. En estos casos, la curva de rendimiento de una bomba puede seguir siendo utilizada para estimar el caudal de la bomba realizando leves ajustes en el gráfico. Un ejemplo de este tipo de modificación simple de las curvas de rendimiento de la bomba, se puede describir con el siguiente arreglo:

Arreglo de ejemplo para modificar una curva de rendimiento de una bomba
Arreglo de ejemplo

Para el arreglo de la figura anterior, podemos notar que existe una bobina de tubo ubicada en el lado de entrada de la bomba y una placa de orificio en el lado de salida. Como es de esperar, estos dos accesorios afectarán el rendimiento del caudal de la bomba. Si suponemos que la bobina de tubo añade unos 880 mbar de restricción en la entrada, y el orificio de la placa en el lado de salida de la bomba genera 10 psig de contrapresión, podemos ubicar dichos puntos en el siguiente gráfico:

Ubicación de los puntos de presión de entrada y salida de una bomba en una curva de rendimiento
Ubicación de los puntos de entrada y salida de la bomba en la curva de rendimiento

Una vez ubicados los puntos, trazamos una línea paralela al eje X desde el punto ubicado a la derecha y se intercepta a la línea central que indica la presión atmosférica. Luego, se realiza una pequeña manipulación de la curva, moviendo el segmento hacia abajo hasta ajustar la parte superior con el punto de intersección, con la línea central. Una vez que se tenga la curva de rendimiento modificada, se repite el procedimiento de trazar la línea vertical del lado de vacío hasta interceptar a la curva modificada, y luego, trazar una línea paralela al eje X hasta interceptar el eje Y. De este modo, obtenemos la lectura de caudal que para este ejemplo sería 2,97 L/min, como podemos ver en la figura:

Manipulación de la curva de rendimiento de una bomba para estimar el caudal
Manipulación de la curva de rendimiento para estimar el caudal

Las curvas de rendimiento de la bomba deben ser referenciadas e interpretadas para ayudar a la selección de la mejor bomba para un sistema. El uso de las curvas de rendimiento puede extenderse incluso en condiciones variables de presión y vacío, aplicando una modificación simple a la curva. Podemos concluir que las curvas de rendimiento de las bombas suministradas por los fabricantes, suelen ser de gran ayuda para estimar el caudal, lo que facilita el proceso de selección de bombas y el diseño de sistemas de bombeo y transporte de fluidos.

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