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Pruebas de bombas termodinámicas

Las pruebas termodinámicas de bombas son un tipo de prueba en la que solo se miden el aumento de temperatura, la potencia consumida y la presión diferencial para determinar la e...

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Las pruebas termodinámicas de bombas son un tipo de prueba en la que solo se miden el aumento de temperatura, la potencia consumida y la presión diferencial para determinar la eficiencia de una bomba. Estas mediciones se realizan normalmente con sondas de temperatura y presión insertadas en puntos de toma en la entrada y la salida de la bomba. [ 1 ] A partir de estas mediciones, se puede calcular el caudal producido por la bomba. [ 2 ] El método termodinámico se desarrolló a principios de la década de 1960 y desde entonces se ha utilizado cada vez más. Se describe en normas de pruebas hidráulicas de alta precisión, como la ISO 5198.

El método termodinámico se utiliza para pruebas de rendimiento de bombas, calibración de caudalímetros, pruebas de curvas de sistema y otras aplicaciones. Es capaz de obtener resultados con incertidumbres inferiores al 1 % en la eficiencia de la bomba y al 1,5 % en el caudal [ 3 ], y permite probar configuraciones de tuberías donde otros métodos convencionales de prueba de bombas no proporcionan resultados precisos [ 4 ] .

Historia

El método termodinámico se desarrolló simultáneamente en la década de 1960 en la Universidad de Glasgow y la Universidad de Strathclyde en Escocia, y en el Laboratorio Nacional de Ingeniería de Francia (Electricité de France) y Austin Whillier (Cámara de Minas, Johannesburgo, Sudáfrica). Whillier publicó un artículo titulado "Determinación de la eficiencia de la bomba a partir de mediciones de temperatura" en la edición de octubre de 1967 de The South African Mechanical Engineer, donde describía el método. [ 5 ]

Desde entonces, el método termodinámico ha sido verificado rigurosamente en muchos casos por diferentes compañías, entre ellas: [ 4 ] [ 6 ]

El método de ensayo termodinámico de bombas ahora está incluido en normas de ensayo de bombas como la BS ISO 5198: Bombas centrífugas, de flujo mixto y axiales - Código para ensayos de rendimiento hidráulico - Clase de precisión. [ 2 ]

Método y equipo

La ineficiencia de las bombas se transmite a través de la temperatura. Por lo tanto, casi toda la energía perdida debido a la ineficiencia de una bomba provoca un aumento de la temperatura del fluido que se bombea. El método termodinámico aprovecha este hecho y mide con precisión la diferencia de temperatura a través de la bomba para calcular su eficiencia. Las mediciones de presión se utilizan para calcular la altura de elevación de la bomba, y un medidor de potencia se utiliza para medir la potencia de entrada a la bomba. Utilizando las mediciones de temperatura, potencia y presión, se puede calcular el caudal mediante la ecuación de la bomba. [ 4 ]

La medición de la temperatura es crítica y, en consecuencia, los distribuidores comerciales de equipos de prueba de bombas termodinámicas suelen indicar una precisión superior a 0,001  °C. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] Esta precisión es necesaria ya que el aumento de temperatura a través de una bomba puede ser inferior a 0,05  °C. [ 11 ] Normalmente, las sondas de temperatura se insertan directamente en el flujo y las mediciones de presión se toman de tomas en las secciones de succión y descarga de la tubería. Luego, la altura de la bomba se varía mediante algún tipo de ajuste, como la regulación de una válvula de descarga, el uso de diferentes combinaciones de bombas en paralelo o el ajuste de los niveles del pozo. [ 4 ] Esto permite probar el rendimiento de la bomba en todo su rango de operación a medida que varía su altura y, por lo tanto, su caudal.

Método termodinámico frente a método convencional

Cantidades medidas y calculadas

El método convencional de prueba de bombas se basa en mediciones de caudal en lugar de mediciones de temperatura para obtener las curvas de rendimiento de las bombas. Por lo tanto, el método termodinámico difiere del método convencional de prueba de bombas principalmente en lo que se mide y cómo se calculan esos valores. [ 6 ] La tabla a continuación muestra qué parámetros mide el equipo de prueba y cuáles se calculan.

Como se observa en la tabla anterior, la principal diferencia entre ambos métodos radica en que el método convencional calcula la eficiencia y mide directamente las demás variables, mientras que el método termodinámico calcula el caudal y mide directamente las demás variables. Por ello, la precisión de la eficiencia calculada en el método convencional depende de la precisión de las mediciones de altura de elevación, caudal y potencia. De manera similar, en el método termodinámico, la precisión del caudal calculado depende de la precisión de las mediciones de altura de elevación, eficiencia y potencia.

Requisitos de prueba

Otra diferencia clave entre ambos métodos radica en los requisitos de configuración de la prueba. El método convencional exige requisitos de tubería más estrictos, generalmente requiriendo más de 5 diámetros de tubería recta aguas arriba del caudalímetro para lograr la precisión de flujo indicada. [ 12 ] Sin embargo, el método termodinámico suele requerir solo 1-2 diámetros de tubería recta aguas arriba del equipo [ 10 ] para alcanzar las precisiones indicadas. En consecuencia, el método termodinámico a menudo permite realizar pruebas de campo que no pueden llevarse a cabo con una prueba convencional.

Aplicaciones

El método termodinámico se utiliza para probar bombas de agua, aguas residuales y otras bombas, pero debido a su capacidad para medir el caudal con precisión, también se emplea en aplicaciones como pruebas de curvas de sistema, verificación y calibración de caudalímetros y monitorización continua de la eficiencia. [ 13 ] Este método resulta especialmente útil en situaciones que no requieren las tuberías de los métodos de prueba convencionales. Al igual que las pruebas de bombas convencionales, puede utilizarse para evaluar el rendimiento de las bombas para el mantenimiento preventivo y para fundamentar las decisiones de reemplazo y reacondicionamiento. Además, el método puede extenderse a las pruebas de rendimiento de sopladores y turbinas. [ 13 ]

Proyectos destacados que utilizan el método termodinámico.

Diversos proyectos han utilizado el método termodinámico para pruebas de bombas a gran escala y análisis de su rendimiento. A continuación se enumeran algunos de estos proyectos.

Optimización en tiempo real de la red de bombas y turbinas de Melbourne (Reino Unido)

Un proyecto entre Riventa y Severn Trent Water (STW) del Reino Unido en la red de distribución de agua de Melbourne, que siempre ha sufrido grandes variaciones en el consumo de energía. Numerosas investigaciones históricas no habían logrado descubrir las razones ni las mejores políticas operativas. Los complejos algoritmos desarrollados como parte del trabajo permitieron a STW programar con precisión la operación en un horizonte temporal determinado, satisfaciendo la demanda con reducciones muy apreciables en los costos de energía, un proceso demasiado difícil para que el personal operativo lo realizara únicamente con base en la experiencia. Se combinaron dos tecnologías clave para proporcionar una metodología de optimización de la red: la medición del rendimiento termodinámico de las bombas para el análisis de la eficiencia de cada bomba y estación, y el modelado hidráulico en tiempo real para evaluar las rutas de la red y sus perfiles hidráulicos. [ 14 ] [ 15 ]

Estudio piloto de evaluación y concienciación sobre la eficiencia de las bombas de agua en Ontario (Canadá)

Este proyecto, patrocinado por la Autoridad de Energía de Ontario, consistió en probar más de 150 bombas de agua en Ontario, Canadá, distribuidas en ocho municipios geográficamente diversos. Se utilizó el método de prueba termodinámica de bombas, junto con una serie de pruebas convencionales realizadas simultáneamente para demostrar la eficacia de este último. El proyecto probó una variedad de bombas con potencias que oscilaban entre 30 y 4000 HP y se completó en mayo de 2013. [ 4 ] [ 16 ] [ 17 ]

Supervisión y gestión de la eficiencia de las bombas en Melbourne Water (Australia)

Con el fin de minimizar los costos de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas , Melbourne Water en Australia aplicó pruebas termodinámicas de bombas para monitorear las bombas en cuatro estaciones de bombeo principales. Durante 2003 y 2004, se probaron 23 bombas de agua y aguas residuales como parte de este proyecto. [ 18 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Mediciones avanzadas del rendimiento termodinámico para bombas y sistemas de bombeo, Malcolm Robertson, Seminario IMechE sobre pruebas in situ, Londres, junio de 2013.
  2. 1 2 BS ISO 5198:1999 Bombas centrífugas, de flujo mixto y axiales - Código para ensayos de rendimiento hidráulico - Clase de precisión.
  3. ↑ Pruebas y monitoreo del rendimiento termodinámico, revista pumpindustry, abril de 2013.
  4. 1 2 3 4 5 Hacia la conservación del sector municipal: un estudio piloto sobre eficiencia y concienciación en el bombeo. Hydratek & Associates Inc, mayo de 2013.
  5. ↑ "Enlace FTP" (PDF) . 140.98.193.80 ( FTP ).(Para ver los documentos, consulte Ayuda:FTP )
  6. 1 2Prueba de eficiencia de bombas mediante método termodinámico.
  7. ↑ATAP
  8. ↑Monitorización inalámbrica de bombas termodinámicas
  9. ↑Sistema portátil de prueba de bombas de flujo libre
  10. 1 2Medidor de eficiencia y caudal de la bomba P22
  11. ↑Pruebas de eficiencia de bombas mediante el método termodinámico: una perspectiva independiente.
  12. ↑Requisitos de tuberías para medidores de flujo
  13. 1 2Servicios de pruebas y monitoreo de AEMS
  14. ↑ Clifford, Tom. "Conferencia del Centro de Bombas 2016 - Ponencia principal" (PDF) .
  15. ↑ "Proyecto tecnológico pionero se alza con el premio Pump Centre 2016" . www.riventa.com . Consultado el 29 de septiembre de 2016 .
  16. ↑Método termodinámico utilizado para el programa de pruebas de rendimiento y eficiencia de bombas.
  17. ↑La realidad de la eficiencia energética y el rendimiento de las bombas: Canadá da ejemplo al caracterizar la eficiencia energética real de las bombas de agua con un programa de pruebas a nivel provincial.
  18. ↑Supervisión y gestión de la eficiencia de las bombas en Melbourne Water.