Un cálculo de la altura de la bomba de refuerzo de un edificio determina cuánto energía debe añadir la bomba para entregar el flujo requerido en el accesorio peor atendido. En el flujo de diseño, suma el aumento de elevación, el requisito de presión residual en la salida y las pérdidas desde la succión hasta el accesorio; luego resta la altura de presión de entrada utilizable en el punto de inicio definido. Expresa cada término en la misma unidad y verifica el resultado con una curva de bomba. Esto no es simplemente la altura del edificio más un factor de seguridad arbitrario. La carga final debe usar la red de tuberías real del proyecto, las zonas de presión, la condición mínima de suministro, el requisito de presión en los accesorios y las reglas de plomería adoptadas.
Elige los dos extremos del cálculo
Antes de insertar números, dibuja una línea desde la fuente de agua hasta el accesorio crítico. Para un conjunto alimentado por la ciudad, la referencia inicial podría ser la brida de succión de la bomba de refuerzo en el presión de succión mínima creíble. Para un conjunto con tanque de reserva, podría ser el nivel de agua permitido más bajo del tanque. La referencia final suele ser el accesorio más exigente o otro punto de control de presión especificado. Indica cada elevación en relación con el mismo datum.
Diferentes puntos de inicio producen ecuaciones que parecen distintas pero son físicamente equivalentes cuando sus pérdidas se manejan de manera coherente. Si la presión disponible se mide en la entrada del servicio del edificio, incluye el medidor, el dispositivo de retención de retroceso, el filtro y las pérdidas de tubería entre ese medidor y la entrada de la bomba. Si la presión se mide en la succión de la bomba durante el funcionamiento en flujo de diseño, no vuelvas a restar esas pérdidas aguas arriba. Este error puede duplicar o omitir una caída de presión significativa.
El Equipo de regulador de refuerzo de BorraPumps puede ser evaluado para el suministro de agua del edificio una vez que se especifican tanto el flujo como la altura. Su página de producto solicita presión de entrada y salida porque esos números importan tanto como el flujo solicitado de la bomba. Un bomba de refuerzo en línea vertical ISG es un tipo de producto diferente y debe revisarse por separado en función del deber real y la disposición de la instalación.
Escribe el equilibrio de altura en un conjunto de unidades
Para el agua en un edificio, una declaración preliminar útil es:
Altura requerida de la bomba = diferencia de elevación + altura de presión residual requerida + pérdidas por fricción y componentes aguas abajo − altura de presión de entrada utilizable.
Todos los términos deben referirse al mismo flujo de diseño y puntos coherentes. Una ecuación de energía más completa incluye diferencias de altura por velocidad donde los tamaños y velocidades de las tuberías las hacen relevantes. El Libro de referencia sobre sistemas de bombeo del Departamento de Energía de los Estados Unidos describe los componentes de presión, elevación, velocidad y fricción de la altura de la bomba. La calculadora de altura dinámica total de la Universidad del Estado de Washington también distingue la presión de fuente disponible del levantamiento, pérdidas y presión necesaria en el destino. Un diseñador de edificios aún necesita calcular los componentes reales del proyecto, no copiar los valores predeterminados de una calculadora.
Para agua limpia cerca de temperaturas ordinarias del edificio, 1 psi es aproximadamente 2.31 pies de agua. Use la densidad de fluido exacta cuando la temperatura o el medio hacen que esta aproximación sea inadecuada. Convierta solo términos de presión; una elevación de 60 pies ya es 60 pies de cabeza. No multiplique esa elevación por 2.31 nuevamente. Si trabaja en unidades métricas, la cabeza de presión en metros es la presión en pascales dividida por la densidad del fluido multiplicada por la aceleración gravitatoria.
| Componente de la cabeza | Información típica necesaria | Verificación contable |
|---|---|---|
| Elevación estática | Elevaciones de la bomba/fuente y del elemento crítico | Mismo datum y zona de presión correcta |
| Presión residual del elemento | Requisito del elemento o equipo en flujo de diseño | Utilice la base de proyecto y código aceptados |
| Pérdidas en tuberías y accesorios | Longitudes, diámetros internos, accesorios, flujo en ramas | Calcule en el camino de flujo que rige |
| Pérdidas del dispositivo | Medidor, preventor de reflujo, filtro, válvula, PRV | Utilice datos del fabricante en flujo de diseño |
| Presión de entrada disponible | Caso bajo medido/utilidad o nivel de agua en tanque | Indique dónde se mide la presión |
| Diferencia de velocidad de cabeza | Áreas de tubería en los dos límites elegidos | Incluir cuándo material; no inventar una tolerancia fija |
La tabla es una lista de verificación, no un conjunto de valores estándar. Un diseñador debe usar dibujos reales, componentes probados y la presión de fijación requerida por el código adoptado. El Material de mecánica de fluidos de la Universidad de Purdue proporciona los conceptos subyacentes de pérdida de carga y curva de la bomba para los lectores que desean la derivación hidráulica completa.
Encontrar la fijación crítica y la zona de presión
La fijación físicamente más alta suele ser crítica, pero no siempre. Una rama lejana con dispositivos restrictivos puede requerir más carga que una fijación ligeramente más alta cerca del tubo ascendente. Comparar los caminos que combinan elevación, presión residual y fricción de manera más desfavorable. Una fijación comercial de alto flujo en un nivel inferior puede gobernar un caso de operación diferente. Documentar el camino y la distribución del flujo utilizados en el cálculo.
Los edificios de varios pisos pueden dividirse en zonas de presión inferiores y superiores para evitar una presión excesiva en los pisos bajos. Calcular cada zona por separado. Añadir la altura total del edificio a una bomba que sirva solo a la zona superior puede sobrestimar su capacidad; suponer que una presión de descarga sirve a cada piso sin reguladores puede sobrepresionar las fijaciones inferiores. Si una válvula reductora de presión forma parte del diseño de la zona, tener en cuenta sus pérdidas operativas y límites de presión, en lugar de tratarla como un accesorio invisible.
La estimación del flujo de la fijación se desarrolla por separado. Ver cómo calcular el flujo de la bomba de refuerzo del apartamento para un flujo de demanda probable. Ambos valores deben estar en un mismo programa de bombas: un número de carga sin el flujo en el que se requiere no puede identificar el punto de operación.
Trabaja con un ejemplo transparente
Considera un hipotético deber en la zona superior de 125 gpm. La elevación vertical desde la referencia de succión del refuerzo hasta el accesorio crítico es de 75 pies. La presión residual requerida en ese accesorio se asume en 20 psi, lo que equivale a aproximadamente 46.2 pies de agua. Las pérdidas calculadas en las tuberías, accesorios y dispositivos aguas abajo a 125 gpm en total son 18 pies. La presión mínima medida en la entrada de la bomba mientras suministraba ese flujo es de 25 psi, o aproximadamente 57.8 pies de agua. Negligiendo una pequeña diferencia en la cabeza por velocidad para esta ilustración, la cabeza de bomba requerida es 75 + 46.2 + 18 − 57.8 = 81.4 pies.
El ejemplo es una demostración aritmética, no una regla para un edificio en particular. El valor de 20 psi en el accesorio, las pérdidas de 18 pies y la presión de entrada de 25 psi se asumen—no se toman de una especificación de BorraPumps ni se afirman como límites de código. Si la bomba toma succión de un tanque ventilado en lugar de una línea de la ciudad presurizada, la condición de presión de entrada cambia y el resultado puede ser mucho mayor. Si los 25 psi se midieron aguas arriba de un dispositivo de retención de retroceso en lugar de en la brida de succión, su pérdida de presión debe ser considerada antes de restar la cabeza de entrada disponible.
No aplique un “extra de cabeza 10%” genérico simplemente porque las entradas sean inciertas. Identifique qué entrada es incierta, busque una medición o una curva de pérdida de producto confiable, y utilice un margen de diseño explícitamente documentado si el ingeniero decide que es necesario. Los márgenes ocultos grandes tanto en flujo como en cabeza pueden alejar una bomba de su región de operación eficiente.
Calcule las pérdidas en el flujo de diseño
La fricción en las tuberías depende del flujo, diámetro, longitud, rugosidad y propiedades del fluido. Las pérdidas en accesorios y válvulas dependen de los componentes reales y su configuración instalada. La pérdida de presión en un medidor o conjunto de retención de retroceso debe provenir de los datos del producto seleccionado en el flujo relevante. Las pérdidas medidas en un flujo menor no se trasladan simplemente al caso de flujo máximo. Si varias bombas funcionan juntas, los flujos en las cabeceras de succión y descarga difieren del flujo de cada rama individual; no aplique el flujo total establecido a cada rama.
Para un edificio existente, las lecturas del manómetro bajo carga pueden ayudar a conciliar el cálculo teórico, pero un par de lecturas no constituyen una curva de bomba completa. Registre el flujo, las bombas en operación, la presión de entrada, la presión de descarga, el nivel del tanque si está presente y la ubicación del sensor al mismo tiempo. Una válvula cerrada o estrangulada, un filtro obstruido o un regulador de presión que no funciona correctamente pueden hacer que la diferencia de presión medida sea engañosa. Corrija estos defectos antes de especificar una bomba de reemplazo de mayor tamaño.
Verifique juntas las curvas de la bomba y del sistema
Una bomba centrífuga no entrega una cabeza fija en cada flujo. Lea la curva del proveedor en el flujo requerido, el recorte o velocidad del impulsor y el estado del líquido. El punto de operación real es donde la curva de la bomba se encuentra con la curva del sistema. Notas de Purdue sobre puntos de operación de bombas explican esta intersección. Una cabeza máxima citada en cero flujo no es la cabeza de diseño en el flujo máximo del proyecto.
Para un conjunto escalonado, examine la condición de baja demanda de una bomba, la condición de pico con varias bombas y la condición de fallo si se promete redundancia. Las bombas en paralelo comparten aproximadamente la misma cabeza diferencial mientras que sus contribuciones de flujo dependen de sus curvas. Simplemente duplicar el flujo catalogado de una sola bomba a una cabeza arbitraria no es confiable. Si se usa control de velocidad variable, verifique el rango completo de velocidad esperado, el flujo mínimo, los límites del motor y la posición del sensor de control. La consigna de presión no es idéntica a la cabeza de la bomba: el controlador lee un punto específico en el sistema de tuberías mientras que la bomba añade una diferencia de presión entre su succión y descarga.
El guía de bomba de refuerzo/standby explica cómo un requisito en caso de fallo cambia las curvas que deben verificarse. Para un edificio con servicio las 24 horas, el ingeniero puede requerir que una bomba soporte el pico con otra no disponible; en otros proyectos, se puede aceptar un servicio de emergencia reducido. Esto es una decisión del proyecto, no una propiedad universal de un conjunto de dos bombas.
Revise las condiciones mínimas y máximas de suministro
El caso de baja presión en la entrada generalmente determina la cabeza mínima de la bomba necesaria para mantener el servicio en los pisos superiores. El caso de alta presión en la entrada puede gobernar la sobrepresión de descarga y el comportamiento del control. Una línea de la ciudad puede fluctuar con el tiempo del día y la operación del servicio público. Solicite las condiciones del servicio público y mida el sitio existente durante un período representativo cuando sea factible. Si el suministro es un tanque, utilice tanto los niveles bajos como altos de agua y verifique el sistema de control en ambos extremos.
Las condiciones de succión también afectan el riesgo de cavitación y la protección contra baja agua. Una bomba seleccionada solo por la cabeza de descarga aún puede ser inadecuada si la entrada no puede suministrar el flujo requerido. Verifique la altura neta positiva de succión disponible frente a los requisitos de la bomba candidata utilizando la temperatura real del agua y la disposición de succión del proyecto. Evite hacer funcionar un refuerzo desde un servicio municipal inadecuado o un tanque que no pueda reponer su volumen almacenado como se espera.
Lo que debe incluir una consulta completa al proveedor
Indique el flujo de diseño y la diferencia de altura requerida junto con, con los límites de cálculo. Incluya la presión mínima y máxima de entrada, la presión requerida en el sensor de control o en el accesorio crítico, la temperatura y calidad del agua, los tamaños de las tuberías, la disposición del tanque, la expectativa de funcionamiento/espera, el voltaje y la frecuencia, las dimensiones de instalación y el esquema de control previsto. Solicite curvas en el punto de trabajo y datos eléctricos, y pida los puntos de operación para cada caso de escalonamiento. El Rango de refuerzo de agua BorraPumps puede usarse para identificar tipos de productos candidatos, pero la coincidencia final requiere estas condiciones.
Para un hotel, múltiples patrones de uso pueden afectar las zonas de flujo y presión simultáneas; consulte la guía de selección de refuerzos para hoteles en lugar de transferir este ejemplo sin cambios. Mantenga la estimación de flujo, el cálculo de la altura y la configuración del conjunto de bombas como decisiones documentadas separadas para que un cambio en una entrada pueda rastrearse a través del cronograma de adquisiciones.
Preguntas frecuentes
¿Es la altura de la bomba solo la altura del edificio?
No. La altura geométrica es solo uno de los componentes. También influyen la presión residual necesaria en los puntos de consumo, las pérdidas de carga en las tuberías y los componentes, así como la presión disponible en la entrada al caudal especificado.
¿Puedo restar la presión de la red municipal a la altura del edificio?
Solo después de convertir la presión en altura manométrica y definir dónde se mide la presión. Utilice una presión mínima de suministro fiable bajo el caudal de diseño e incluya las pérdidas entre el punto de medición y la entrada de la bomba.
¿Por qué la curva de la bomba muestra diferentes valores de altura manométrica?
La altura que desarrolla una bomba centrífuga varía con el flujo y la velocidad. Seleccione en el punto de funcionamiento requerido, no a partir de una etiqueta de máxima altura.
¿Es el punto de ajuste de presión de descarga la altura total de la bomba?
No. El punto de consigna es la presión en un sensor. La altura de la bomba es la energía añadida entre la succión y el descarga, expresada como la longitud de una columna de fluido.
Formación continua
La conferencia de NPTEL IIT Kharagpur sobre curvas características de bombas explica por qué la altura seleccionada debe verificarse en el flujo calculado; no reemplaza un cálculo de plomería específico del proyecto.
Mira la conferencia sobre las curvas características de la bomba en YouTube.