Cálculo de la tasa de flujo de la bomba centrífuga

La velocidad de flujo (q) de unbomba centrífugaes un parámetro clave para medir su capacidad de transmisión, que afecta directamente el diseño del sistema y la eficiencia de operación. Este artículo analizará profundamente las fórmulas de cálculo de la velocidad de flujo, los factores influyentes y los métodos de cálculo de ingeniería para ayudar a los ingenieros a hacer selecciones precisas y optimizar las operaciones.

1. Definición y unidades de caudal de la bomba centrífuga

Caudal (Q)

El volumen de líquido entregado por la bomba por unidad de tiempo. Las unidades comunes son las siguientes:

• Unidades internacionales: M3/H (metros cúbicos por hora), L/S (litros por segundo)
• Unidades imperiales: GPM (galones por minuto), FT3/S (pies cúbicos por segundo)

Relaciones de conversión

• 1m3/h≈4.403gpm
• 1l/s = 15.85gpm

2. Fórmulas centrales para la tasa de flujo de la bomba centrífuga

2.1 Fórmula teórica de caudal (sin considerar las pérdidas)

El caudal teórico de una bomba centrífuga se puede calcular a través de los parámetros geométricos del impulsor:

Q = a⋅v = π˚D⋅B⋅V

• A: El flujo - a través del área en la salida del impulsor (M2)
• D: El diámetro de la salida del impulsor (M)
• B: El ancho de la salida del impulsor (M)
• V: La velocidad radial del líquido en la salida del impulsor (M/S)

Escenario de aplicación: se utiliza para estimar la velocidad de flujo en la etapa de diseño preliminar, pero no considera el impacto de las pérdidas hidráulicas y la eficiencia.

2.2 Fórmula de caudal real (considerando la eficiencia)

El caudal real se ve afectado por la eficiencia de la bomba (η) y la resistencia al sistema, y ​​debe calcularse en combinación con la cabeza (H) y la potencia (P). Cuando la unidad de caudal es M3/S:

Q = ρrimirificando

Cuando la unidad de caudal es m3/h:

Q = ρrimirificando

P: potencia del eje (KW)

• η: eficiencia de la bomba (generalmente 50% - 85%)
• ρ: densidad líquida (kg/m3)
• G: Aceleración gravitacional (9.81m/S2)
• H: Cabeza (M)

Puntos clave:

• El caudal es directamente proporcional a la potencia e inversamente proporcional a la cabeza.
• Los líquidos de alta viscosidad reducirán la eficiencia (η), y el cálculo debe corregirse.

3. Factores clave que afectan la velocidad de flujo

3.1 Parámetros del impulsor

• Diámetro del impulsor (D): El caudal es directamente proporcional al cuadrado del diámetro del impulsor (Q∝D2).
• Velocidad de rotación del impulsor (N): El caudal es directamente proporcional a la velocidad de rotación (Q∝N), siguiendo la ley de similitud: Q1Q2 = (N1N2) (D1D2) 3.

3.2 Resistencia al sistema

La fricción de la tubería, las aberturas de la válvula y el número de codos aumentarán la resistencia del sistema, lo que resulta en que la velocidad de flujo real sea más baja que el valor teórico. El caudal real debe determinarse por la intersección de la curva característica del sistema y la curva característica de la bomba. La curva característica del sistema refleja la relación entre el caudal y la resistencia en el sistema de tubería y generalmente se deriva de la fórmula de cálculo de resistencia de la tubería. La curva característica de la bomba es la curva de la relación entre parámetros como la velocidad de flujo, la cabeza, la potencia y la eficiencia de la bomba centrífuga en diferentes condiciones de trabajo, que el fabricante determina a través de experimentos. Cuando la bomba se instala en un sistema de tubería específico, la velocidad de flujo correspondiente a la intersección de las dos curvas es la tasa de flujo de funcionamiento real de la bomba en este sistema.

3.3 Características medianas

• Viscosidad: Los líquidos de alta viscosidad (como los aceites) aumentarán la fricción interna y reducirán la velocidad de flujo.
• Contenido de gas: cuando el contenido de gas en el líquido excede el 5%, la cavitación puede ser inducida y la velocidad de flujo disminuirá bruscamente.

4. Causas y soluciones comunes para caudales anormales

5. Resumen

La velocidad de flujo de unbomba centrífugapuede estimarse mediante fórmulas teóricas, pero el valor real debe combinarse con la eficiencia y las características del sistema. El tamaño del impulsor, la velocidad de rotación y las características medianas son las variables centrales que afectan la velocidad de flujo. En ingeniería, el caudal se determina preferiblemente a través de curvas de rendimiento y datos medidos en lugar de depender únicamente de los cálculos. Dominar la lógica de cálculo del caudal puede optimizar la selección de la bomba, reducir el consumo de energía y extender la vida útil del equipo. Para sistemas complejos, se recomienda utilizar simulaciones CFD o software profesional (como Pipe - Flo) para el análisis auxiliar.