Estudio experimental de las pruebas de comportamiento y npsh en bombas centrífugas horizontales

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se llevo a cabo el estudio experimental de la prueba de comportamiento de: caudal frente a carga (Q - H), caudal frente potencia de accionamiento (Q - Pa), caudal frente rendimiento (Q - n) y carga frente carga neta positiva de sección requerida (H - NPSHr), de una bomba centrífuga horizontal de proceso, proporcionando la solución del cumplimiento para el punto garantizado o punto de selección según la curva de ingeniería, de acuerdo a los estándares obligatorios que marca la norma API 610 para este tipo de bombas, observando sobre todo los grados de aceptación de las pruebas hidrodinámicas y su banda de tolerancia, la bomba fue probada siguiendo la metodología que recomienda esta norma, la forma que se tiene para demostrar que una bomba cumple con lo establecido en la norma API 610 es a través de un estudio experimental en el laboratorio de pruebas. La bomba se instaló en un banco de pruebas, con la tubería de succión de 254 mm (10 pulgadas), la tubería de descarga de 152.44 mm (6 pulgada), los accesorios necesarios para la instalación fueron: tubería flexible de 254 mm (10 pulgadas), enderezador de flujo de 254 mm (10 pulgadas), tramo de tubería recta con lectura de presiones de 254 mm (10 pulgadas), tramo de tubería recta con lectura de presiones de 152.4 mm (6 pulgadas), la bomba OH2 de prueba para dar las condiciones de operación a velocidad angular nominal de 1760 rpm requiere una potencia de 137.95 kW (185 hp), el motor instalado de la bomba es de 149.2 kW (200 hp). No se pudo probar la bomba a velocidad angular nominal de operación por rebasar las condiciones de capacidad del transformador, por lo que se llevó acabo reduciendo la esta velocidad con un variador de frecuencia, se redujo de 1760 rpm a 1408 rpm que corresponde al 80% de la velocidad nominal, a esta velocidad de angular la potencia disminuye al 51.2%, la prueba se realizó con agua limpia a una temperatura de 20°C, registrando los resultados en una tabla de datos, con estados obtenidos del experimento se generó el desarrollo de cálculo utilizando la ecuación de balance de energía o ecuación fundamental de la hidrodinámica, la ecuación de continuidad, para calcular la pérdida de presión por rozamiento, se utilizó la ecuación de Darcy-Weisbach, con las leyes de afinidad se transportaron los resultados de la velocidad de prueba a la velocidad nominal de operación. Como producto de este trabajo se obtuvieron las curvas de comportamiento de acuerdo con la norma API 610 del: caudal frente carga, caudal frente rendimiento, caudal frente potencia de accionamiento, NPSH3% frente H, según lo esperado para un laboratorio de circuito cerrado, y del análisis matemático se graficó el NPSHd y NPSHr frente caudal, donde se interceptaron ambas curvas es el caudal máximo de prueba de la bomba, antes de que ésta entre en fase vapor o cavite, finalmente la prueba fue satisfactoria por lo que si al instalar esta bomba y poner en funcionamiento presentará fallas el problema no sería la bomba sino tal vez la ingeniería de tuberías, accesorios y equipo auxiliar, un análisis minucioso de las condiciones de operación de la planta de bombeo se debería efectuar. El requerimiento de la potencia de accionamiento por la bomba para el punto garantizado es de 137.95 kW (185 hp), mientras que la potencia de accionamiento que se determinó de la prueba es de 125.5 kW (168.29 hp) existe una diferencia de 12.45 kW (16.67 hp) esto se ve reflejado en la gráfica de resultados en cuanto a la potencia de accionamiento para el punto garantizado salió por arriba del punto de prueba. ABSTRACT: In this wok the experimental study of the behavior of the curves of was carried out: flow vs head (Q-H), flow vs drive power (Q-Pa), flow vs efficiency (Q-n) and head vs required net positive suction head (H-NPSHr) of a centrifugal horizontal process pump providing the of the compliance solution for the warranted operation point or selected point in compliance to the engineering curve according to the mandatory standards set by the API 610 for this kind of pumps, observing especially the aceptance grades of the hydrodinamyc test and their tolerance band, the pump was tested following the metodology recommended by this standard, the way to demonstrate that a pump complies with the requirements of the API 610 is through an experimental study of laboratory testing. The pump was installed in a testing bench with 250 mm (10 inches) suction piping and 152.4 mm (6 inches) discharge piping, the accesories needed for the installation were: 254 (10 inches) flexible piping, 254 (10 inches) flow straghtener, straight pipe section with pressure reading of 254 mm (10 inches), straight pipe section with pressure reading of 152.4 mm (6 inches), the OH2 test pump to give the operating conditions at nominal angular speed 1760 rpm requires 137.95 kW (185 hp) of power, the capacity of installed electrical motor to the pump is 149.2 kW (200 hp), the pump could not be tested at nominal angular speed of operation due to exceeding the capacity conditions of the transformer, so the test was performed reducing the speed with a frequency inverter, it was reduced from 1760 rpm to 1408 rpm that corresponds to 80% of the rated speed, at this angular speed the power decreases to 51.2% the test was performed with clean water at 20°C of temperature, recording the results in a data table, with this data obtained thru the experiment the calculation development was generated, using the energy balance equation or hydrodynamics fundamental equation, the continuity equation, to calculate the pressure loss by friction the Darcy-Weisbach equation was used, with the affinity laws the results of the test speed were transported at the nominal speed of operation. As a result of this work the performance curves were obtained according to the API 610 standard of: flow vs head, flow vs eficiency, flow vs drive power, head vs NPSH3%, as expected for a closed circuit laboratory, and from the mathematical analysis the NPSHd and NPSHr they were plotted against the flow, where both curves were intercepted is the maximum test flow of the pump, before it enters vapor phase or cavite, finally the test was satisfactory, so if the pump be installed, started up and presents failures the problem would not be the pump maybe the engineering of pipes, accesories and auxiliary equipment, a thorough analysis of the operation conditions of the pumping plant should be carried out, the requirement of the drive power of the pump for the guaranteed point is 137.95 kW (185 hp), while the drive power that was determined thru the test is 125.25 kW (168.29 hp) there is a difference of 12.45 kW (15.67 hp), this is reflected in the results graph in terms of the break horse power for the guaranteed point it was above the test point.