El documento describe cómo optimizar un sistema de bombeo mediante la selección del diámetro de tubería óptimo que minimice el costo operacional anual. Explica que el aumento del diámetro de la tubería afecta diversos elementos del costo, como la depreciación de la tubería, el mantenimiento, la depreciación de la bomba y el consumo de energía. El diseñador busca el equilibrio entre estos factores para encontrar el diámetro que reduzca al mínimo el costo total del sistema a lo largo del tiempo.

1. OPTIMIZACION
Maxwell Palma| Optimizando Sistemas de Bombeo I

2. Optimizando un Sistema de Bombeo
Una operación muy frecuente, que se
repite en la mayor parte de las plantas
industriales es la del traslado de un
líquido de un punto de proceso
tecnológico a otro. El diseño de un
sistema de transporte de un fluido
líquido, constituido por bombas,
tuberías, válvulas y accesorios puede
ser optimizado desde el punto de vista
económico, con lo que se contribuye a
reducir la magnitud de los costos de
producción.

3. Aunque existen numerosos tipos de equipos
de bombeo que pueden ser empleados en esta
operación, la bomba centrífuga, por sus
características es la de mayor nivel de
utilización en la industria moderna. En los
acápites siguientes se analizarán, por lo tanto,
los factores desde un punto de vista técnico y
económico que inciden en la optimización del
diseño de un sistema cuyo equipo de
impulsión es una bomba centrífuga.
Independientemente de ello, los principios
generales podrán aplicarse a sistemas con
otros tipos de bombas.
Optimizando un Sistema de Bombeo

4. Optimizando un
Sistema de Bombeo

5. Optimizando un
Sistema de Bombeo

6. Optimizando un
Sistema de Bombeo

7. La siguiente curva
expresa la relación
entre el caudal de
flujo manipulado y
el diferencial de
presión generado.
En este tipo de
curva existen, en
muchos casos,
dos zonas
claramente
diferenciadas.
DP
Q
A B
Optimizando un Sistema de Bombeo

8. Zona A. En esta zona el
diferencial de presión
aumenta con el caudal
del flujo. Esta zona se
denomina zona de
marcha oscilante
Zona B. En esta
segunda región el
diferencial de presión
disminuye con el
caudal del flujo.
DP
Q
A B
Optimizando un Sistema de Bombeo

9. Para que el sistema
funcione establemente
es necesario operar en
la zona B. La mayor
parte de los
fabricantes de bombas
tratan de eliminar
completamente la zona
de marcha oscilante,
mediante un diseño y
construcción más
eficiente del equipo.
DP
Q
A B
Optimizando un Sistema de Bombeo

10. Cuando ello se
logra, la curva
característica de
la bomba, que
tendrá la
siguiente forma
siendo factible
que opere en
condiciones
estacionarias por
un intervalo más
amplio.
Optimizando un Sistema de Bombeo
DP
Q

11. Q
DPb
La siguiente curva
se conoce con el
nombre de curva de
carga del sistema y
nos indica cual es
el diferencial de
presión que la
bomba debe
generar para
obtener caudal
determinado, dadas
las características
del sistema.
Optimizando un Sistema de Bombeo

12. Q
DPb
Ahora el que la
bomba sea capaz
de generar tal
diferencial de
presión, para un
flujo volumétrico
dado, no
dependerá del
sistema sino de
las características
dinámicas del
propio equipo.
Optimizando un Sistema de Bombeo

13. El flujo volumétrico que se obtiene en un sistema hidráulico está en función de
las características dinámicas del propio sistema de equipo de bombeo y deberá
tener una magnitud que satisfaga los requerimientos presentados en la curva
característica y en la curva de carga del sistema. Esto solamente será posible
en el punto de intersección de ambas curvas.
Optimizando un Sistema de Bombeo
Q
H

14. Un sistema de bombeo típico tiene las siguientes características.
Optimizando un Sistema de Bombeo
DH1
DH2DPb
Ps
Pf
En el sistema en cuestión.
DPb :diferencial de presión generado por la
bomba.
Ps :presión a la que esta sometido el tanque de
suministro.
Pf :presión final que descarga.
DH1 :carga estática del nivel de líquido en el
tanque de suministro al eje de la bomba.
DH2 :carga estática desde el punto de descarga
del sistema hasta el eje de la bomba.

15. Costo Operacional de un Sistema de Bombeo
El costo operacional de un sistema típico de bombeo
está formado por los siguientes elementos:
Depreciación de la
tubería: Este elemento
se calcula a partir del
costo de la tubería
instalada, el cual
aumenta
generalmente con el
diámetro.
Costo de
mantenimiento de la
tubería: Este costo
depende del diámetro
de la tubería. Se dice
que a medida que el
diámetro de la tubería
aumenta su costo de
mantenimiento se
incrementa.
Depreciación de la
bomba y su equipo
motriz: La
depreciación de la
bomba y su equipo
motriz, es una función
del costo de estos
equipos instalados, el
cual se hace mayor a
medida que su
capacidad aumenta.
Costo de energía
eléctrica consumida
por el equipo de
bombeo.

16. Costo Operacional de un Sistema de Bombeo
Costo de energía eléctrica consumida
por el equipo de bombeo.
Este elemento del costo
depende básicamente
del consumo total de
energía eléctrica el cual
es una función de la
potencia requerida.
Esta potencia para un
flujo dado se
incrementa a medida
que el diferencial de
presión, generado a
través del equipo, se
hace mayor.
Es posible obtener un
mayor diferencial de
presión a través del
equipo de dos maneras:
Aumentando el
diámetro del impelente
y aumentando la
velocidad de rotación
del eje de la bomba.

17. Costo Operacional de un Sistema de Bombeo
….plantear cual es la influencia del
aumento del diámetro de la tubería:
• El costo de depreciación de la tubería aumenta.
• El costo de mantenimiento se incrementa.
• El costo de depreciación de la bomba y su
equipo motriz disminuye.
• El costo de la energía eléctrica se reduce.
Conociendo cuales son los elementos del costo operacional del
sistema es posible…

18. Costo Operacional de un Sistema de Bombeo
El interés del diseñador es el
seleccionar un diámetro de
tubería óptimo que minimice
el costo operacional anual, CT.
El aumento en el diámetro de la tubería utilizada en el sistema de
flujo produce efectos diversos en los distintos elementos del costo
operacional anual. Esto hace imposible pronosticar cualitativamente,
a priori, cual es el efecto neto.