Cómo las bombas AODD pueden manejar alta viscosidad

Una pregunta común que hacen los usuarios de bombas neumáticas de doble diafragma (AODD) es: "¿Cuál es la viscosidad máxima de un fluido de proceso que puede transferir una bomba AODD?" En realidad, la respuesta tiene poco que ver con la bomba seleccionada y mucho con el sistema de tuberías al que está conectada la bomba. Los usuarios a menudo olvidan esto, ya que la mayoría de las aplicaciones AODD son aplicaciones de transferencia con un fluido de viscosidad relativamente baja. Si bien una discusión completa de métodos más precisos para evaluar los sistemas de bombas está más allá del alcance de este artículo, los usuarios de bombas pueden emplear las siguientes técnicas para estimar los factores que afectan las tasas de flujo en los sistemas AODD con fluidos de alta viscosidad.

Considere el siguiente sistema simple de transferencia de fluidos en el que el usuario desea transferir 20 galones por minuto (gpm) usando un AODD de 1 pulgada. Para determinar si una aplicación es posible, se deben responder tres preguntas:

Se puede encontrar una respuesta aproximada a esta pregunta comparando la clasificación de elevación en seco de la bomba con la pérdida de la línea de succión. En otras palabras, ¿excede la capacidad de elevación en seco de la bomba la pérdida de la línea de succión al caudal deseado?

Al considerar las aplicaciones AODD, es beneficioso considerar TDH en términos de libras por pulgada cuadrada (psi) en lugar de pies de agua (ft-H20) por la sencilla razón de que la fuente de energía para los AODD es el aire comprimido. Si la presión de entrada de aire excede la TDH del sistema, entonces se puede transferir fluido en el sistema de bomba. Para la longevidad de la bomba, los usuarios de AODD deben esforzarse por diseñar sistemas que operen en el rango medio de las capacidades de la bomba. No más de 60 psi de TDH es un objetivo de diseño razonable para la mayoría de los sistemas de transferencia.

La mayoría de los fabricantes publican curvas de corrección de viscosidad. Las curvas, en efecto, resumen las pérdidas por fricción que ocurren cuando un fluido viscoso pasa a través de la bomba.

Para determinar si la bomba puede aspirar el fluido del proceso, es necesario calcular la pérdida de la línea de succión para el caudal deseado.

Una discusión de las matemáticas de la pérdida en la línea de succión es demasiado profunda para este artículo. Sin embargo, el diámetro de la tubería y la tasa de flujo tienen un gran impacto en la pérdida de la línea. No es raro aumentar el diámetro de la línea de succión para superar la pérdida de la línea de succión. Considere los siguientes resultados para los cálculos de pérdida de la línea de succión en el sistema de ejemplo de la Figura 1.

Un AODD típico de 1 pulgada puede tener capacidades de elevación en seco de 15 pies-H20 o 6,5 psi. En términos prácticos, esto significa que la bomba no puede funcionar en sistemas donde la pérdida de la línea de succión supere los 6,5 psi. El uso de una línea de succión de 1 pulgada como se muestra en la Figura 1 da como resultado una pérdida en la línea de succión que excede las capacidades de la bomba. Para cumplir con el índice de flujo deseado de 20 gpm, el diámetro de la línea de succión debe aumentarse a 2 pulgadas. Este aumento reduce la pérdida de la línea de succión de 34 psi a 2 psi, dentro de las capacidades operativas de la bomba AODD.

Para calcular la TDH de todo el sistema, se deben determinar tanto la carga estática total como la pérdida de la línea de fricción de descarga. Vea el sistema de ejemplo en la Tabla 1.

La pérdida de línea por fricción debido a una línea de 1 pulgada excede la presión operativa máxima de la mayoría de las bombas AODD (120 psi). Se hace necesario aumentar el diámetro de la línea de descarga para reducir las pérdidas a un nivel dentro del rango de la bomba AODD.

El aumento del diámetro de la línea de descarga de 1 pulgada a 1-1/2 pulgadas reduce la pérdida de la línea de descarga de 135 psi a 24 psi, un nivel cómodo para las bombas AODD.

En el sistema de ejemplo, la cabeza estática es un cálculo simple (10 pies-H20 a 15 pies-H20) x 1,2 SG, o 6 pies-H20. Expresado en psi, el cabezal estático total es de aproximadamente -2,6 psi. Por lo tanto, la TDH del sistema es de 31 psi, la suma de la carga estática y las pérdidas por fricción en la tubería.

El paso final en la aproximación aproximada es considerar las pérdidas en la línea a medida que el fluido del proceso se mueve a través de la bomba. Los fabricantes de AODD suelen publicar curvas de bombeo para agua. Las curvas de corrección de viscosidad reducen la capacidad de la bomba para fluidos de proceso con viscosidades más altas. Para el sistema de ejemplo, la tabla del fabricante informa que, con 1500 cps, la bomba funcionará al 88 por ciento de su capacidad publicada. Al leer las curvas publicadas por el fabricante, se debe leer 20 gpm a 23 gpm (20 gpm/0,88).

En referencia al sistema de ejemplo ajustado, se realizaron dos cambios: el diámetro de la línea de succión aumentó a 2 pulgadas y el diámetro de la línea de descarga aumentó a 1,5 pulgadas. Finalmente, debemos determinar la presión de entrada de aire del AODD.

La Figura 2 es un ejemplo típico de una curva de bomba publicada por un fabricante de AODD. El eje horizontal normalmente representa el caudal en gpm o litros por minuto (lpm), y el eje vertical normalmente representa tanto la presión del sistema como la presión de funcionamiento del aire.

En la Figura 2, las líneas rojas representan el consumo de aire en pies cúbicos estándar por minuto (SCFM) y las líneas azules representan la presión de entrada de aire en psi. La lectura de la curva de nuestro sistema de muestra (23 gpm y 31 psi TDH) muestra que la presión de entrada de aire debe establecerse en aproximadamente 55 psi y la bomba consumirá 22 SCFM de aire durante el funcionamiento. Es importante tener en cuenta que exceder la presión de aire requerida de 55 psi puede provocar cavitación, ya que las pérdidas en la línea de succión pueden exceder las capacidades de la bomba.

En este análisis simplificado del sistema, se han ignorado muchos factores importantes. Sin embargo, este ejemplo demuestra el impacto que tienen los factores del sistema en la capacidad de una bomba AODD para procesar fluidos viscosos.

La viscosidad y el diámetro de la tubería juegan un papel importante en la pérdida de la línea de succión y deben tenerse en cuenta durante la evaluación. Las capacidades del sistema están limitadas por las capacidades de elevación de succión de la bomba y la presión de entrada de aire.

Paul McGarry trabaja en All-Flo Pump Co. Puede comunicarse con él en [email protected]. Para obtener más información, visite all-flo.com.