En la industria, frecuentemente se requiere bombear fluidos relativamente viscosos, como detergentes, miel, asfalto, concreto y cera, que superan los 200 cP de viscosidad. En estos casos, la tecnología centrífuga pierde eficiencia, y la opción más óptima para desplazar estos fluidos es a través de bombas de desplazamiento positivo. Sin embargo, la alta viscosidad y la formación técnica generalmente enfocada en el bombeo de agua pueden desviar la atención sobre cómo las pérdidas de carga dentro del sistema pueden aumentar, generando potenciales problemas o fallas en equipos.
En este artículo, abordaremos los aspectos clave a considerar al diseñar un sistema de bombeo para fluidos viscosos, un ejemplo de cálculo de pérdidas de carga y algunas recomendaciones que Tecfluid considera esenciales al asesorar y diseñar soluciones.
Nociones Matemáticas de Pérdida de Carga
En un sistema de bombeo estándar, la altura total de bombeo (Head) se puede resumir de la siguiente manera:
[ H_{total} = H_{est} + h_f ]
donde ( H_{est} ) representa la altura estática (o física) y ( h_f ) son las pérdidas de carga. Esta ecuación nos expone la sensibilidad de las pérdidas de carga al aumento del caudal y la disminución del diámetro de la tubería.
El factor de fricción ( f ) depende del número de Reynolds del fluido y de la rugosidad de la pared de la tubería, como se ilustra en el diagrama de Moody. Aunque existen relaciones aproximadas para obtener el valor de ( f ) en fluidos viscosos, actualmente hay software y códigos abiertos disponibles que permiten calcularlo de manera rápida.
Es importante notar que hay relaciones no lineales entre las diversas variables; por ejemplo, una disminución del diámetro de la tubería alterará la velocidad media del flujo, lo que a su vez afectará el número de Reynolds y, en consecuencia, el factor ( f ). Estas complejidades hacen que la estimación inicial de pérdidas no sea tan intuitiva.
Dependencias de la Pérdida de Carga para Fluidos Viscosos
Algunos puntos clave a tener en cuenta son:
A. Las pérdidas de carga aumentan con el caudal.
B. Las pérdidas de carga aumentan al aumentar la longitud de la tubería (de forma lineal).
C. Las pérdidas de carga incrementan al disminuir el diámetro.
D. Las pérdidas de carga aumentan con la viscosidad.
Para fluidos con viscosidades superiores a 1000 cP, las pérdidas menores, relacionadas con accesorios y la rugosidad de las tuberías, suelen ser despreciables, ya que estos fluidos generalmente no operan en régimen turbulento.
Estimación Numérica de la Pérdida de Carga
El cálculo empírico de la pérdida de carga, los factores de fricción y las relaciones no lineales se han simplificado gracias a la capacidad computacional moderna. Existen numerosas calculadoras en línea y hojas de cálculo para facilitar estos cálculos.
Por ejemplo, al trasvasijar crema de manos (5000 cP, SG=1) de un IBC (1000 litros) en un lapso de 15 minutos, se comenzaría con una manguera de 1” y se obtendría una pérdida de carga de 5.8 bar por metro. Aunque esta velocidad (2.26 m/s) es aceptable para el agua, es excesiva para un fluido viscoso, lo que podría dañar el motor eléctrico de la bomba.
Iterando, al usar una manguera de 1.5”, se obtendrían pérdidas de 1 bar por metro y, con una de 2”, solo 0.4 bar por metro. Por lo tanto, se recomienda conservar el uso de una manguera de 2” y una bomba adecuada para un bombeo eficiente sin sobredimensionar los equipos.
Recomendaciones al Mover un Fluido Viscoso
Considerando lo anterior, nuestras recomendaciones para mover fluidos viscosos son:
A. Sobredimensionar los diámetros de las tuberías para reducir la velocidad promedio del fluido y, como resultado, el roce. La magnitud del sobredimensionamiento dependerá del fluido específico a bombear.
B. Disminuir la viscosidad del fluido mediante calentamiento. Esto se puede lograr con equipos de bombeo o tuberías con chaquetas térmicas o eléctricas, como se aplica comúnmente en el transporte de glucosa, asfalto o Fuel Oil 6.
Entender y gestionar las pérdidas de carga al bombear fluidos viscosos es crucial para el éxito de cualquier sistema de bombeo industrial. Al aplicar estas estimaciones y recomendaciones, las empresas pueden optimizar su funcionamiento, prevenir fallas en el equipo y garantizar un transporte eficiente de fluidos. En Tecfluid, estamos comprometidos a proporcionar soluciones efectivas y eficientes para el manejo de fluidos, y estaremos encantados de ayudar a diseñar el sistema de bombeo adecuado para sus necesidades específicas.
¡Contáctenos para obtener más información o asesoramiento especializado!
