Bomba ED 101
Cómo una menor eficiencia puede reducir el costo general – Vortex Action
Joe Evans, Ph.D
Cuando comenzamos el proceso de selección de bombas para una aplicación en particular, una de nuestras principales preocupaciones es la eficiencia. Si varios modelos diferentes, de calidad similar, cumplen con nuestras condiciones normalmente seleccionaremos el de mayor eficiencia. Después de todo, una mayor eficiencia reduce el costo de la energía eléctrica. Sin embargo, hay momentos en que la eficiencia puede pasar a un segundo plano frente al verdadero costo general de operación.
Las bombas de manejo de sólidos utilizadas en aplicaciones municipales e industriales son un buen ejemplo. Las bombas de aguas residuales grandes pueden usar impulsores de flujo mixto o flujo radial con poca preocupación de taponamiento u obstrucción debido al tamaño inherente de los pasajes de flujo. Sin embargo, a medida que disminuye la descarga y el tamaño de las paletas, aumenta el potencial de obstrucción. A principios de 1900, un nuevo diseño de impulsor fue desarrollado por A.B. Wood de la junta de aguas residuales y aguas de Nueva Orleans. Conocido como el impulsor «no obstrucción», consistía en dos paletas con bordes de ataque romos que permitían el paso de sólidos más grandes y reducían la oportunidad de que el material fibroso se acumulara en la entrada de la paleta. Hoy en día, la mayoría de las bombas de manejo de sólidos, con descargas menores de 10 «, utilizan alguna variación de este diseño.
Aquellos de nosotros familiarizados con estas bombas sabemos que no existe tal cosa como una no obstrucción – – «rara vez obstrucción» es probablemente una mejor terminología. Pero, a medida que el tamaño de la descarga disminuye a 4 «o menos, «a menudo se obstruye» puede convertirse en la descripción de elección. Ahora, algunas bombas de 3″ y 4″ pueden pasar un sólido esférico completo de 3″, pero algunas aplicaciones no pueden acomodar los flujos más altos que producen y las altas concentraciones de material fibroso aún pueden causar problemas. Si un pequeño no obstrucción funciona bien en una aplicación, probablemente sea la mejor opción, pero, si el enchufe es un problema continuo, es posible que desee considerar una alternativa.
La bomba de vórtice, también conocida como bomba de impulsor empotrada, generalmente se considera un miembro de la familia centrífuga. Esto no es del todo exacto pero, dado que no existe tal cosa como la fuerza centrífuga, probablemente no importa de todos modos. Es, sin embargo, una bomba dinámica, ya que imparte energía continuamente al fluido que está bombeando. A diferencia de la bomba centrífuga típica, su acción de bombeo es un proceso de dos etapas. El impulsor, que se encuentra fuera del área de flujo de la voluta, produce un vórtice primario o acción de remolino en el agua que reside dentro y alrededor de sus paletas. Este vórtice crea un vórtice secundario en la voluta que produce flujo. La Figura 1 ilustra este proceso. La acción de bombeo de la bomba de vórtice ofrece varias ventajas significativas. Dado que el impulsor está empotrado, tiene poco contacto con la mayoría de la bomba. Incluso cuando los sólidos entran en contacto con el impulsor, no tienen que atravesar las paletas, por lo que el potencial de erosión se reduce considerablemente. Además de reducir el desgaste, su posición empotrada también permite el paso de sólidos más grandes y materiales fibrosos que de otro modo podrían tapar una verdadera bomba centrífuga. Casi cualquier sólido que pueda entrar en la succión saldrá de la voluta y los materiales fibrosos pasarán sin enredo. Otra ventaja es la reducción de las fuerzas radiales que actúan sobre su impulsor. Debido a esta reducción, muchas bombas de vórtice pueden funcionar a caudales muy bajos o incluso apagarse durante períodos prolongados sin daños.
Desafortunadamente, ese proceso de bombeo de dos pasos también tiene una desventaja: una eficiencia hidráulica mucho menor. Esta compensación tiende a ser aceptable en muchos mercados industriales, pero, desafortunadamente, a menudo eliminará la bomba de vórtice de la consideración de algunos ingenieros específicos en el ámbito municipal. Ambos están clasificados para pasar sólidos esféricos de 3″y alcanzar su máxima eficiencia en el punto de diseño (450 gpm @ 46′). En este punto, la no obstrucción requiere aproximadamente 7.4 hp (eff = 70%), mientras que la bomba de vórtice requiere aproximadamente 10.7 hp (eff = 48%). Obviamente, este aumento de casi el 45% en hp podría tener un impacto bastante grande en los costos eléctricos a largo plazo, pero, ¿este aumento siempre hará que el no obstruido sea la mejor opción? Echemos un vistazo a un ejemplo municipal real.
Un pequeño municipio en el oeste de los Estados Unidos instaló una estación elevadora dúplex, con alternancia de 4 «sin obstrucciones, para dar servicio a un complejo comercial. El complejo consta de tiendas minoristas, un supermercado / grandes almacenes y varios restaurantes. La estación tiene un promedio de seis a siete salidas por día y el tiempo de ejecución para cada ciclo es de aproximadamente cinco minutos. Además de los desechos humanos y de alimentos normales; los pañales desechables, los productos femeninos y las toallas de papel con alto contenido de fibra también son una ocurrencia diaria. Esta mezcla de residuos dio lugar a bombas parcialmente enchufadas que tuvieron que ser tiradas para su limpieza cada siete a diez días. A fines del verano pasado, los no zuecos fueron reemplazados por bombas de vórtice de 4 «que produjeron características de capacidad de cabeza similares. Desde la puesta en marcha de las nuevas bombas, no se ha producido ningún taponamiento.
Aunque las bombas de vórtice consumen aproximadamente un 38% más de caballos de fuerza que las bombas sin obstrucciones que reemplazaron, la potencia total consumida sigue siendo relativamente pequeña ya que las bombas no funcionan más de 35 minutos por día (213 horas / año). Por otro lado, la limpieza de los no zuecos originales (por encima del mantenimiento normal) requirió un promedio de 12 horas por mes (144 horas / año). El reemplazo resultó en ahorros en los costos de mano de obra que superaron con creces el costo eléctrico adicional y, lo más importante, hicieron que la estación de bombeo fuera completamente confiable.
Hay momentos en los que tenemos que mirar más allá de la eficiencia y su efecto sobre el consumo eléctrico, especialmente si las horas de funcionamiento son bajas. En el ejemplo anterior, y muchos más similares, el costo general y la confiabilidad pueden ser consideraciones mucho más importantes.