Velocidad específica de la bomba centrífuga
La velocidad específica es un concepto desarrollado para turbinas de agua en 1915, que luego se aplicó a bombas centrífugas (Stepanoff, 1948). La velocidad específica es una forma de “normalizar” el rendimiento de estas máquinas hidráulicas.
La ecuación de uso común para la velocidad específica es la siguiente:
Cuando me presentaron por primera vez la velocidad específica, debo admitir que no me impresionó. Me pareció que el concepto podría ser útil para los diseñadores de bombas, pero no pude ver ningún valor para el usuario final. Más tarde supe que el concepto es esencial para el diseñador y, debido a que indica la forma de la cabeza, las curvas de potencia y eficiencia y la máxima eficiencia alcanzable, también es valioso para los usuarios finales.
Una de las definiciones de velocidad específica es que es la velocidad a la que funcionaría una bomba modelada para producir una cabeza de un pie al bombear un galón por minuto, pero esa definición me resulta incómoda.
Prefiero pensar en ello como un número índice. En Europa, la velocidad específica a veces se denomina "número de forma", y yo prefiero ese nombre. Indica las formas de las curvas de rendimiento y también determina, en gran medida, la forma del perfil del impulsor.
Un impulsor con una velocidad específica baja tiene un perfil delgado (las cubiertas están juntas) y un gran diámetro exterior (OD) en relación con el diámetro del ojo. Un impulsor con una velocidad específica alta tiene un perfil ancho (las cubiertas están muy separadas) y tiene un diámetro de ojo que se acerca más al diámetro exterior del impulsor.
La Figura 1 ayuda a ilustrar el concepto. El gráfico fue desarrollado hace años por Worthington Group y la industria lo utiliza ampliamente. Tenga en cuenta que los valores de la velocidad específica, en unidades estadounidenses, están tabulados en la parte inferior del gráfico. Los pequeños dibujos debajo del gráfico muestran los perfiles de los impulsores que corresponden a los números de velocidad específicos.
Figura 1
Las pequeñas curvas de rendimiento en la parte superior del gráfico ilustran las formas típicas de las curvas de rendimiento correspondientes a los valores de velocidad específica. Tenga en cuenta que las bombas con una velocidad específica baja tienen una curva de cabeza plana, a veces con una ligera caída al apagarse (capacidad cero). Tal caída no hace que la bomba sea inestable. La curva de potencia es empinada. Aumenta significativamente desde el cierre hasta el punto de mejor eficiencia (BEP).
En el rango medio de los valores de NS, la curva de cabeza aumenta continuamente hasta el apagado y la curva de potencia cambia poco desde el apagado hasta el BEP. Cuando NS excede aproximadamente 5000, la pendiente de la curva de potencia se invierte, siendo el valor máximo en el apagado, y la curva de cabeza es muy pronunciada, con un valor de apagado de hasta tres veces el valor BEP. (No inicie uno de estos tipos con la válvula de descarga cerrada).
Derivación
Para aquellos que deseen ver una derivación de NS, se ofrece lo siguiente. Utilizo lo que se llama la "ley de modelado" o "ley modelo" o "ley de factorización". Esta “ley” se usa cuando un diseñador desea “modelar” una bomba a una de diferente tamaño.
La resultante es la velocidad específica. Cuando una bomba se modela a partir de otra, ambas bombas tienen la misma velocidad específica.
Haciéndolo sin unidad
Comúnmente se dice que la velocidad específica no tiene unidades, pero normalmente no es así. En los EE. UU., con las unidades anteriores, no es sin unidad. Sin embargo, se puede hacer sin unidades convirtiendo la velocidad a radianes/segundo, la capacidad a pies cúbicos/segundo y multiplicando la carga por la constante gravitatoria “g”.
Los valores de NS en el gráfico de Worthington van de 500 a 15 000. ¿Cuáles serían los valores si tuviéramos que convertir a números sin unidades? Debemos dividir N por 9,55 para convertir a radianes/segundo. Q debe dividirse por 449 para convertir a ft3/segundo y H debe multiplicarse por 32,2.
¿Hay algún significado para las eficiencias máximas que ocurren donde el NS sin unidades es 1.0? No lo sé, pero seguro que parece una feliz coincidencia.
Referencias
Stepanoff, AJ, Bombas centrífugas y de flujo axial, John Wiley & Sons, Nueva York, 1948.
Stepanoff, AJ, Bombas y sopladores: flujo bifásico, John Wiley & Sons, Nueva York, 1965.
notas
Una turbina de reacción es, básicamente, solo una bomba centrífuga que funciona hacia atrás, con el fluido siendo empujado hacia atrás a través de ella.
Si es un impulsor de doble succión, no divida por 2. Con la velocidad específica de succión, dividimos la capacidad por 2, pero no por la velocidad específica (de descarga).