NPSH

NPSH

ALTURA DE ASPIRACIÓN MANOMÉTRICA

Es la altura negativa o depresión en la tubuladura de aspiración de una bomba, respecto a la atmósfera libre, expresada en metros de columna de líquido impulsado.

El valor de Hs nos lo dará un vacuómetro instalado en la tubería de aspiración, a la altura del eje de la bomba si es de construcción horizontal y a la altura de la parte más alta del borde de entrada de los alabes del impulsor de la primera fase, si es de construcción vertical.

La altura de aspiración manométrica viene expresada por la siguiente relación:

Donde,

Hg = altura de aspiración geométrica ente el nivel inferior del liquido y el eje de la bomba

Hf = pérdidas de carga por fricción en la tubuladura de aspiración.

Ha = perdida en los accesorios (válvula de pie, codos etc.)

V = velocidad del liquido

Si designamos por Hatm el valor de la presión atmosférica, la presión, absoluta en la tubería de aspiración inmediatamente delante del oído del impulsor será:

Cavitación.

Se conoce con el nombre de cavitación a fenómeno que se produce cuando en un punto de una corriente líquida, la presión se hace inferior a la tensión de vapor correspondiente a la temperatura que se encuentra el líquido, el descenso de la presión, origina que el liquido hierva a una temperatura muy inferior a los 100ºc o sea que comience a vaporizar. En algunos casos dependiendo de las condiciones de circulación se formará un émbolo de vapor, que llegará en ocasiones a obstruir por completo la circulación: en otros, las cavidades serán pequeñas, ocupadas por burbujas de vapor, que arrastrará la corriente y que al llegar a lugares que exista una presión mayor, colapsarán, acompañando este colapso con esfuerzos de compresión súbitos de gran intensidad.

El hecho de formación de burbujas o émbolos de vapor no tiene en sí mayores consecuencias, el colapso súbito con los esfuerzos que le acompañan es el que origina los inconvenientes de la cavitación. El ruido que se produce por el colapso de las burbujas, es característico del fenómeno, así como las vibraciones. Si el punto de colapso, es decir el punto donde aumenta la presión esta cerca de una superficie sólida, resulta que esta superficie recibe una cantidad innumerable de impactos intermitentes y al final fallará por fatiga del material.

De aquí la importancia en las bombas y los cuidados que deben tenerse para evitarlo.

En las bombas centrifugas, el lugar de menos presión se encuentra a la entrada del impelente, pero la presión aumenta inmediatamente después, en cuanto el liquido entra a los conductos que forman los alabes del impelente, y si se ha producido la evaporación del liquido porque la presión a la entrada lo permite, se producirá el colapso de las burbujas sobre las paredes, con el efecto consiguiente.

El aspecto de la superficie afectada por la cavitación es el de una superficie sobre la que ha actuado una inmensa corrosión. Estos efectos reducen la eficiencia de la bomba, llegando a su inutilización y su operación costosa, de ahí la importancia de evitar que se produzca este fenómeno.

Para evitar la cavitación en toda instalación de bombeo se procurará que el valor de la presión absoluta obtenida no sea inferior a la necesaria para producir la aceleración del líquido y sea superior a la tensión del vapor del líquido impulsado a la temperatura existente.

NPSH (Net Positive Sucetion Head)

Por definición el NPSH es la altura total de carga a la entrada de la bomba, medida con relación al plano de referencias, aumentada de la altura correspondiente a la presión atmosférica y disminuida de la altura debida a la tensión de vapor del líquido.

Hay Que tener presente dos conceptos:

NPSR (Requerido)

Presión absoluta mínima en el oído del impulsor que garantiza un flujo sano en el interior de la bomba. Es un dato básico característico de cada tipo de bomba, variable según el modelo y tamaño y condiciones de servicio, por tanto es un dato facilitan los fabricantes.

NPSH (Disponible)

Presión absoluta total en el oído del impulsor como resultado final de la aspiración especifica de las condiciones de la instalación. Es función de la instalación e independiente del tipo de bomba.

El conocimiento del NPSHd por el instalador es fundamental para la elección adecuada de la bomba y evitar así posibles fracasos.

En el caso de un proyecto, el cálculo del NPSHd se efectuará mediante la aplicación de la siguiente fórmula:

En donde:

Patm = presión atmosférica (m.)

Hg = altura geométrica de aspiración (m.)

Hf = perdidas de carga por ficción (m)

Ha = perdidas de carga por accesorios (m)

Tv = tensión de vapor (m)

Todos estos datos pueden obtenerse fácilmente por cálculo o por conocimiento de la instalación.

En el caso de un ensayo en banco de pruebas se obtendrá el NPSHr con ayuda de la relación:

Siendo:

Hz = Presión absoluta mínima necesaria en la zona inmediata anterior a los alabes.

V2/2g = Carga cinética correspondiente a la velocidad de entrada del liquido en la boca del impulsor.

En términos prácticos el NPSHr puede considerarse como la perdida de carga motivada por la eficiencia de fabricación de la bomba.

Para un funcionamiento correcto de una instalación se verificará siempre que:

NPSHd >= NPSHr

La altura de aspiración geométrica (Hg) se calcula entonces por la expresión:

A pesar de cumplirse la condición anterior en la que NPSHd >> NPSHr puede presentarse algún fenómeno de cavitación, al reducir el caudal bombeado a limites en los que se produce una recirculación en el oído del impulsor que puede provocar localmente una disminución de presión, inferior a la tensión del vapor del liquida.

Nota: Plano de referencia es el plano horizontal que pasa por el centro del circulo descrito en su giro, por el punto más elevado del borde de entrada del alabe del rodete.

Las soluciones como ya hemos indicado solamente pueden conseguirse aumentando el NPSHd y por tanto, podemos adoptar cualquiera de las siguientes:

Aumento tubería de aspiración. En bombas verticales aumentar la sumergencia. Disminuir la altura geométrica de aspiración.

Cambio a una bomba mayor a menor velocidad, etc.

Sumergencia.

Es la altura (S) de liquido, necesaria sobre la sección de entrada (válvula de pie campana, tubo, etc.), para evitar la formación de remolinos (vortex o vórtices) que puedan afectar al buen funcionamiento de la bomba.

La formación de estos remolinos se deben principalmente a la de presión causada por:

La bomba.

Mala disposición de la misma en la cámara de aspiración

Una irregular distribución del flujo.

Como valor indicativo de la sumergencia mínima necesaria, podemos adoptar la que obtendremos por los siguientes criterios:

—Fluctuaciones de caudal, sin merma apreciable en la altura.

—Ruidos y vibraciones, n requerimientos variables de potencia (variación amperímetro).

—Formación de remolinos visibles en la superficie o sumergidos.

—No produce cavitación.

Soluciones, para reducir la sumergencia necesaria:

—Aumento de la sección de entrada (colocación de sombrillas, mayor diámetro de la tubería de aspiración, etc.).

—Colocación de tabiques flotantes o sumergidos que eliminen las turbulencias.

—Maderas flotantes, alrededor de la tubería de aspiración, así como pelotas de plástico, y todo aquello que sea paz de impedir la formación de vórtices o remolinos en la superficie.

Perdidas de carga.

Las pérdidas por fricción en la tubería de aspiración se determinan por una de las formulas siguientes:

Hazen-William

Donde:

Q = caudal

D = diámetro interior

C = coeficiente de rugosidad

C = 140 plásticos

C = 120 acero nuevo

C = 110 acero usado

Scobey

K = 0.36 acero nuevo

K = 0.32 plásticos

Manning

N = 0.08 P.V.C.

N = 0.012 acero

Las perdidas locales ocasionada por los distintos accesorios de la tubería de aspiración se determinan por la formula

siguiente:

Ha = perdidas locales en m.c.a.

K = coeficiente que depende del tipo de accesorio.

V = velocidad de paso.

g = aceleración de la gravedad = 9.81 m/seg2

Tuberías de succión.

Para obtener en una instalación la máxima altura de aspiración geométrica, será necesario reducir al mínimo los parámetros que puedan provocar una disminución del valor de NPSHd.

Para conseguirlo deberemos cumplir los siguientes requisitos:

• Mantener la temperatura del agua lo más baja posible.

• Tubería lo más corta posible.

• Codos con radio de curvatura = 2 diámetros.

• Tubería ascendente hacia la bomba con pendiente entre 0,5 y 2 %.

• Utilizar para contracciones codos asimétricos, con la parte superior recta.

• Tuberías de aspiración herméticas a la presión atmosférica.

• El tramo próximo a la bomba será recto con una longitud mayor a 2 diámetros.

• El diámetro de la tubería de aspiración se determinara de acuerdo con la velocidad permisible:

Para diámetro hasta 250 mm velocidad = 0,7 a 1 m/s

Para diámetro desde 300 a 800 mm velocidad = 1 a 1,5 m/s

Para diámetro mayor de 800 mm velocidad = 1,5 a 2 m/s

El valor de NPSHr se deberá tomar de los datos facilitados por el fabricante de la bomba.

El fenómeno de la cavitación en función del caudal elevado.

1. Cuando el caudal suministrado por la bomba se redice al 25% del caudal optimo(Qop = 100% ), se produce una elevación del NPSH r (máxima turbulencia ). Este valor va disminuyendo hasta alcanzar un valor mínimo en el punto 1 (40% Qop ).

2. Entre los puntos 1 y 2 (40 y 60% Qop ) el valor de NPSHr se mantiene en su valor mínimo ( turbulencia mínima ).

3. A partir del punto 2 ( 60% Qop ),el valor de NPSHr va aumentando progresivamente pasando por los puntos 3 y 4 ( Qop ) y alcanzando el punto de máximo valor, cuando el caudal elevado es del 130% de Qop (turbulencia máxima).

Obras de toma.

Es el comienzo del sistema de bombeo, a través de la cual el agua llega a la bomba.

La obra de toma debe garantizar el caudal calculado para los niveles dados y proteger el sistema de alzolves, basura y peces.

La obra de toma debe tener la posibilidad de cerrar total o parcialmente el agua al sistema de bombeo durante las reparaciones, limpiezas o averías.

Debe tener en cuenta los niveles máximos y mínimos de la presa, río, pozo etc.

Selección para el lugar de la obra de toma.

No se recomienda ubicar la obra de toma en lugares en forma de ensenada, tramos de posible erosión de la margen, y zonas de depósito de azolves como son los remansos de los ríos.

No se recomienda ubicar las obras de toma aguas debajo de hidroconjuntos ni de la desembocadura de afluentes.

En los embalses la toma se puede ubicar:

En los lugares donde la profundidad son iguales o mayores a tres veces la altura de la ola, calculada para las condiciones de niveles mínimos.

En lugares protegidos de las olas, fuera de los límites de la franja de corrientes que provocan erosión de la margen.

Rejas de entrada.

La determinación de las dimensiones y el área de los orificios de entrada (Ab en m2), se deben calcular para el caudal máximo de la estación de bombeo mediante:

Ab = Área bruta de la sección de toma.

V= Velocidad de entrada (0, 4 m/s si hay peces y 0,8 a 1,2 si no hay peces)

qm = Caudal máximo de la estación de bombeo.

K = Coeficiente que tiene en cuenta el estrechamiento de la malla o reja.

Para rejas.

Para mallas.

A = espacio entre las barras.

B = espesor de las barras.

El valor de 1,25 en la formula prevé cierto grado de tupición de los orificios.

DETALLES DE INSTALACION DE DUCTOS

A continuación, se muestran figuras con los diferentes detalles de ductos, detalles típicos utilizados en la instalación de ductos para sistemas de aire acondicionado.

CÁLCULO DE PÉRDIDAS EN DUCTOS

Cuadro de Cálculo de Pérdidas en ductos, salones de la F.I.M.

Tenemos:
Vel, velocidad (Q/A)
CFM, Caudal (Q)
W x H, Área
f, Coeficiente de Fricción (0.1/100 ft de long.)
Hf, Perdida por fricción ((L x f)/100)
Pv, Presión de velocidad ((V/4005)ˆ2)
Hv, Co x Pv (Perdida en accesorios)
P, Hf + Hv
Pt, Sumatoria de Perdidas

A NEW WAY TO CALCULATE COOLING LOAD

ILUMINACION, EQUIPOS Y OCUPANTES

El Manual de la ASHRAE 2001- Fundamentals (Cap.29, Cálculos de carga de enfriamiento y calefacción para locales no residenciales), incluye una nueva metodología para el calculo de cargas de enfriamiento llamado el Método Radian Time Series (RTS). El procedimiento del RTS es un cálculo de cargas de enfriamiento que intenta reemplazar los otros tres métodos de cálculos publicados previamente por este manual.


Estimación de Cargas de Enfriamiento

RTS fue desarrollado por el Departamento de Investigación de ASHRAE, fundada por muchos años con el fin de mejorar la exactitud mientras los ingenieros de mantenimiento aplican su experiencia y juicio en los procesos. Los procedimientos incorporan conceptos familiares desde previos métodos para minimizar la experimentada curva del desempeño del usuario.

Desde hace mucho tiempo, ingenieros han realizado estudios en cargas de enfriamiento producidas por conducción, convección y radiación, las cuales dependen de la orientación del edificio, el clima, el horario, la ocupación y el uso del local, también se toma en cuenta las masas de los materiales de construcción de los edificios, que juegan un papel importante con la energía radiante en el espacio.

Se diseñaron métodos (TETD/TA, TFM, CLTD/CLF) para estimar cargas de enfriamiento explicando los mecanismos de las fuentes de energía y el traspaso térmico, son métodos para aproximar los procesos reales, los cuales tienen limitaciones basadas en asunciones y construcciones técnicas en cada método. Para esto, ASHRAE presenta principios científicos fundamentales y métodos prácticos para aplicarse a los problemas diarios de la ingeniera en un método simplificado y mejorado llamado “Método RTS”.

Desarrollo

Las metas para el desarrollo del método de RTS incluyen:

• Identificar experimentos científicamente desde los principios básicos del traspaso térmico ;

• Provee de ingenieros prácticos un método fácilmente comprensible;

• Determina y proporciona la salida para cada fuente de calor en la carga que se enfría estimada total;

• Caracteriza datos en los términos que son intuitivos y permiten la comparación fácil de opciones;

• Permite el uso de dirigir el juicio basado en experiencia; y

• Realza la capacidad de entender el impacto relativo de asunciones.

De acuerdo con este concepto básico, el procedimiento general para calcular la carga que se enfría para cada componente de la carga (luces, gente, paredes, azoteas, ventanas, aplicaciones, etc.) con RTS son:

• Calcular un perfil de 24 horas del aumento del componente de calor por un día del diseño (para la conducción, explicar la conducción retraso).

• Partir los aumentos del calor en piezas radiantes y convectivas.

• Calcular retraso de parte radiante en la conversión a la carga que se enfría.

• Sumar la pieza de la convección de aumento del calor y la parte radiante retrasada de aumento del calor para determinar la carga que se enfría para cada hora para cada componente de la carga que se enfría.

Después de calcular la carga enfriada para cada componente para cada hora, suma ésos para determinar la carga que se enfría total para cada hora y para seleccionar la hora con la carga máxima.

Este procedimiento es similar a los métodos de TETD/TA y de TFM de versiones anteriores del manual y debe ser familiar a los usuarios de esos métodos.

El capítulo 29 del ASHRAE Handbook—Fundamentals 2001 incluye los factores de RTS para las zonas representativas de la luz a la construcción pesada. Los datos de RTS para construcción son fácilmente comparables, permitiendo que el ingeniero determine el impacto de hacer diversas asunciones con respecto a características del edificio cuando esas características todavía no se han definido completamente en el proceso del diseño.

Radiante Retraso

La serie de tiempo radiante se utiliza para convertir la porción radiante de cargas que se enfrían cada hora del gasto cada hora del calor según:

Q_rθ = r₀q_rθ + r₁q_rθ−1 + r₂q_rθ−2 + r3qr_θ−3 +…+ r₂₃q_rθ−23

Donde,

Q_rθ = la carga que se enfría radiante (Q_r) para la hora actual (θ)

q_rθ = el aumento del calor radiante para la hora actual

q_rθ–n = el aumento n del calor radiante hace horas

r₀, r₁, etc. = factores tiempo radiantes

La Conducción de Retraso

Ocurre en la conducción de la energía a través de superficies masivas tales como paredes y azoteas. El aumento del calor de la conducción ocurre debido a la diferencia de la temperatura entre la temperatura superficial exterior y la temperatura del interior de una pared o de una azotea.

El aumento del calor de la conducción se puede determinar de entrada del calor en la superficie exterior usando CTS para estimar retraso. La entrada del calor de la conducción de la pared y de la azotea en el exterior para cada hora del día es definida por la ecuación familiar de la conducción como: qi UA (te -trc)

Donde,

qi es el calor de la conducción que entra a la superficie

U es el coeficiente total del traspaso térmico para la superficie

A es el área superficial

te es la temperatura del solenoide-aire de la superficie exterior en una hora particular

trc es temperatura del aire constante del sitio del diseño

El aumento del calor de la conducción a través de las paredes o de las azoteas se puede calcular usando las entradas del calor de la conducción para la corriente y más allá de 23 horas y series de tiempo de la conducción, como:

q_θ = c₀q_iθ + c₁q_iθ−1 + c₂q_iθ−2 + c₃q_iθ−3…+ c₂₃q_iθ−23

Donde,

q_θ es el aumento cada hora del calor de la conducción para la superficie

q_iθ = el calor de entrada para la hora actual

q_iθ–n = la entrada n del calor hace horas

c₀, c₁, etc. = factores tiempo de la conducción

El método de RTS, requiere muchos cálculos repetidores. Como dos de sus precursores, del TETD/TA y de los métodos de la función de la transferencia, RTS es el mejor hecho con la ayuda de una computadora.

Depende mucho de la hora y de los componentes, ya que la carga de enfriamiento varía para cada componente. Todos los componentes aportan cada uno carga total de enfriamiento en el recinto y la carga máxima puede ocurrir a una hora cualquiera en el día que no sea la misma hora de carga máxima para cualquier componente, debido a las influencias solares, la carga máxima puede ocurrir en un invierno, caer realmente en vez del mes tradicionalmente asumido del verano. Los cálculos hechos por una sola hora de un solo mes corren el riesgo de faltar el valor máximo verdadero y pueden dar lugar a aire de tamaño insuficiente de la fuente a un cuarto particular o aún a una capacidad de tamaño insuficiente de la circulación de aire en unidades de aire-dirección. Mientras que la capacidad máxima de la refrigeración ocurre generalmente durante los meses máximos del verano.

El procedimiento del cálculo de la carga de RTS (de enfriamiento) proporciona un método que permite la caracterización de efecto de retraso debido a la masa de la superficie y exterior del edificio en una forma fácil de comprender y cuantitativa comparación. También permite la examinación de la contribución componente individual a la carga total que se refresca, que las ayudas diagnostican errores potenciales en asunciones o datos.

El método de RTS consolida varios métodos anteriores del cálculo de carga que se refrescan en un solo acercamiento que sea menos dependiente en la tabulación de los datos y de los ajustes requeridos para adaptar esos datos a las situaciones particulares. El método de RTS no invalida métodos anteriores del cálculo de la carga que se refrescan; en cambio es una evolución lógica de esos métodos. Mientras que RTS es conceptualmente simple, es comparable en pasos de cómputo a los más viejos métodos de TETD/TA y de TFM y, como esos métodos que pueden ser utilizados económicamente solamente para el diseño con la ayuda de una computadora.