Velocidad específica de la bomba (Ns) es un número índice que, en concepto, es adimensional y describe la forma del impulsor de una bomba centrífuga necesaria para producir un caudal y una altura dados a una velocidad dada.
Permite a un ingeniero clasificar un impulsor como radial, de flujo mixto o axial antes de que exista un solo dibujo, puramente a partir del punto de servicio.
Debido a que Ns condensa velocidad, caudal y altura en un solo número, es la forma más rápida de comprobar rápidamente una selección de bomba, predecir groseramente dónde se situarán la máxima eficiencia y los requisitos de NPSH, y detectar una bomba mal emparejada antes de comprarla.
La definición estándar (EE. UU.) es:
Ns = N x sqrt(Q) / H^0.75
Esto da un número dimensional pero dependiente de las unidades, típicamente de 500 a 15.000 para bombas centrífugas comerciales en unidades estadounidenses. En la práctica métrica, la misma relación se expresa como la velocidad específica nq (a veces llamada velocidad específica europea o métrica):
nq = N x sqrt(Q) / H^0.75
Dado que la convención métrica nq usa Q en m3/s mientras que la convención estadounidense usa Q en gpm, el valor numérico de Ns para la misma bomba física difiere por un factor de aproximadamente 51,6 (el valor en gpm/ft de EE. UU. equivale a unas 51,6 veces el valor métrico nq basado en m3/s).
Confundir las unidades dentro de la fórmula métrica, por ejemplo introducir m3/h o l/s sin convertir primero a m3/s, produce un número nq que está desviado por órdenes de magnitud y no coincide con los rangos publicados por tipo de impulsor.
También existe una velocidad específica adimensional, Nss, (usando unidades SI consistentes y radianes por segundo) y se prefiere en trabajos académicos, pero las formas dimencionales estadounidense y métrica (nq basada en m3/s) siguen siendo las que la mayoría de curvas de proveedores y las discusiones de la API 610 realmente citan.
Confirme siempre qué convención y qué unidad de caudal utiliza una hoja de datos antes de comparar números, ya que un "1500" en unidades estadounidenses y un "1500" en unidades métricas nq describen bombas muy diferentes.
Ns es realmente un número de forma. Valores bajos significan que el impulsor debe generar la altura principalmente por acción centrífuga (un disco radial estrecho y de gran diámetro). Valores altos significan que el impulsor se comporta más como una hélice, moviendo grandes volúmenes con una subida de altura por etapa relativamente pequeña, impulsando el flujo principalmente en dirección axial. En el medio, los impulsores de flujo mixto combinan ambos efectos. El perfil físico del impulsor cambia de forma progresiva y continua con Ns; no hay un corte rígido, pero los rangos siguientes son las bandas aceptadas por la ingeniería.
| Ns (EE. UU., rpm, gpm, ft) | nq (métrico, rpm, m3/s, m, aprox.) | Tipo de impulsor | Servicio típico |
|---|---|---|---|
| 500 a 1.000 | 10 a 20 | Radial, baja velocidad específica | Alta altura, bajo caudal: alimentación de calderas, inyección de alta presión |
| 1.000 a 4.000 | 20 a 80 | Radial, estándar | Servicio general de proceso y utilidad, la mayoría de bombas monóntoma ANSI/API |
| 4.000 a 7.000 | 80 a 140 | Álabes tipo Francis / radial mixto | Altura moderada, caudal moderado a alto |
| 7.000 a 10.000 | 140 a 200 | Flujo mixto | Caudal más alto, menor altura: agua de circulación, control de inundaciones |
| 10.000 a 15.000+ | 200 a 300+ | Axial (hélice) | Caudales muy altos, baja altura: drenaje, toma de agua de refrigeración |
La velocidad específica se correlaciona con la eficiencia máxima alcanzable para un tamaño y caudal dados, aunque no es la única variable; el tamaño de la bomba, el acabado superficial y los efectos del número de Reynolds también importan. Las bombas radiales de Ns bajo (por debajo de aproximadamente 1.000 en EE.
UU.) sufren pérdidas proporcionales mayores por fricción de disco y fugas en relación con el trabajo útil, por lo que es común que las eficiencias máximas sean mucho menores que las de bombas mayores y de mayor caudal en tamaños pequeños. La guía del Hydraulic Institute identifica aproximadamente 2.000 a 5.000 (EE.
UU.) como la banda de velocidad específica que tiende a ofrecer la mayor eficiencia alcanzable para un caudal dado, por lo que este rango es el punto óptimo para la mayoría de bombas de proceso monóntoma y rutinariamente alcanza eficiencias en el rango del 75 al 92%, especialmente en caudales mayores donde las pérdidas representan una fracción menor del total.
Las máquinas axiales de Ns muy alto también pueden lograr alta eficiencia, pero la curva es mucho más plana cerca del cierre y la curva de potencia se comporta de forma muy distinta (la potencia tiende a disminuir conforme el caudal aumenta más allá del BEP, lo contrario de una bomba radial).
Por eso las gráficas genéricas de eficiencia (gráficas estilo Hydraulic Institute "eficiencia frente a Ns y caudal") son una herramienta estándar de selección temprana: dado un caudal y una altura objetivo, permiten a un ingeniero estimar la mejor eficiencia disponible antes de solicitar curvas al proveedor.
Para plantas que rastrean el rendimiento del equipo, la desviación del sobre el sobre el sobre la envolvente de eficiencia esperada basada en Ns es una advertencia temprana útil.
Una bomba que funciona muy por debajo de su banda de eficiencia esperada para su Ns y tamaño suele ser señal de aumento de holgura en los anillos de desgaste, daño del impulsor o recirculación interna
el tipo de tendencia de degradación que aparece claramente cuando los datos hidráulicos y eléctricos se siguen a lo largo del tiempo en un sistema de monitorización de condiciones o en un sistema OEE.
La velocidad específica también tiene un fuerte vínculo práctico con el rendimiento en la succión. Los impulsores de Ns alto (de flujo mixto y axiales) necesitan ojos de entrada más grandes para pasar el caudal requerido, lo que eleva las velocidades de entrada y aumenta el NPSH requerido (NPSHr) para un caudal y altura dados.
Un término relacionado, velocidad específica de succión (S o Nss), usa NPSHr en la misma estructura de la fórmula en lugar de H:
S = N x sqrt(Q) / NPSHr^0.75
Valores de S por encima de aproximadamente 11.000 (unidades EE.
UU., en base gpm/ft) suelen marcarse en las guías industriales como zona de precaución: el ojo del impulsor está sobredimensionado respecto al servicio, lo que aumenta el riesgo de daño por recirculación en la succión a caudales muy alejados del BEP, particularmente durante operación de bajo caudal o arranque.
La API 610 define una región de operación preferida, típicamente 70 a 120% del caudal BEP, y espera que el caudal nominal se sitúe dentro de una banda más estrecha alrededor del BEP, en parte para mantener las bombas con alta velocidad específica de succión alejadas de los bordes de su rango operativo propensos a recirculación.
Puesto que tanto Ns como S se calculan en el mismo BEP, una revisión de la velocidad específica durante la selección siempre debe ir acompañada de una comprobación del margen de NPSH; vea caudal mínimo de bomba y recirculación para ver cómo la operación a bajo caudal interactúa con esto.
En la práctica, Ns se utiliza de dos maneras durante la selección:
Ns también ayuda a señalar tempranamente una bomba sobredimensionada o infradimensionada: una selección que cae claramente fuera de la banda 1.000 a 6.000 (EE.
UU.) para lo que debería ser un servicio de proceso convencional merece una segunda mirada antes de la compra, ya que por lo general significa que se asumió un número de etapas incorrecto o una velocidad equivocada.
La velocidad específica de una bomba multietapa siempre debe calcularse usando la altura por etapa, no la altura total; de lo contrario el resultado carece de sentido.
Seleccionar una bomba cerca de su Ns óptimo y del BEP no es solo un ejercicio de eficiencia; afecta directamente a la fiabilidad mecánica.
Las bombas forzadas a funcionar lejos del caudal implícito por su Ns y el diseño del impulsor experimentan mayor empuje radial, mayor vibración y mayores tasas de desgaste de retenes y rodamientos.
Seguir la severidad de la vibración frente a una norma reconocida, como se describe en las zonas de severidad de la vibración ISO 20816, es una forma práctica de detectar los síntomas posteriores de un mal emparejamiento de Ns o de operación sostenida fuera del BEP.
Registrar esos datos de vibración junto con caudal, altura y consumo de potencia en un CMMS permite a los equipos de mantenimiento correlacionar el aumento de vibración o las fallas de retenes con el punto de operación real en lugar de adivinar
y permite a los planificadores abrir una orden de trabajo antes de que una falla de rodamiento deje la bomba fuera de servicio. Reserve una demo de Fabrico para ver cómo los datos de condición y el historial de órdenes de trabajo se integran en una sola vista.
No. La velocidad específica (Ns) describe la forma global del impulsor usando la altura total en el BEP. La velocidad específica de succión (S o Nss) usa el NPSH requerido en lugar de la altura y describe la geometría del lado de succión y el riesgo de cavitación/recirculación. Ambas usan la misma estructura N x sqrt(Q) pero responden a preguntas diferentes.
Sí, si se cambia la velocidad para compensar. Un punto de servicio dado (Q, H) puede cumplirse con una bomba de Ns bajo a alta velocidad o con una bomba de Ns alto a baja velocidad, pero solo una combinación estará cerca de la eficiencia máxima y de un margen de NPSH aceptable
que es precisamente la razón por la que Ns se calcula durante la selección en lugar de asumirse.
Recortar un impulsor reduce tanto Q como H a una velocidad dada, por lo que Ns cambia, generalmente disminuyendo de forma moderada porque la altura cae más rápido que el caudal al recortar. Los proveedores suelen suministrar curvas de recorte en lugar de confiar en el recálculo de Ns, pero la dirección del desplazamiento es coherente con la fórmula subyacente.
Porque Ns es dimensional, no adimensional, en sus formas de ingeniería más comunes, y las dos convenciones no solo usan diferentes unidades, sino que por diseño usan unidades de caudal diferentes: gpm y pies en EE. UU. frente a m3/s y metros en el sistema métrico.
Se aplica un factor de conversión de aproximadamente 51,6 entre las dos convenciones una vez que el caudal se expresa correctamente para cada una. Compruebe siempre tanto la convención como la unidad de caudal antes de comparar un valor de una hoja de datos con otro.
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