Bomba de transferencia de aceite caliente: selección para tuberías de larga distancia

Hacer circular aceite térmico por un circuito corto dentro de una máquina compacta es una cosa. Transportarlo 50, 100 o 200 metros a lo largo de una fábrica —a través de curvas, válvulas, tuberías ascendentes y múltiples ramales— es un reto muy distinto. Cuanto más larga es la tubería, mayor es la fricción que debe superar la bomba. Si a esto le sumamos los cambios de altura, las largas tuberías de succión y la pérdida de calor a lo largo del recorrido, pronto se necesitará una altura manométrica superior a la que sugeriría una selección estándar de catálogo.

Este artículo se centra en la selección de bombas para el transporte de aceite térmico y aplicaciones de tuberías de larga distancia, incluyendo las líneas de alimentación de sistemas de calderas, los trasvases de tanques a sistemas y la distribución entre varios edificios. Analizamos cómo la longitud y el diámetro de las tuberías, los accesorios, el desnivel y la pérdida de temperatura del aceite influyen en los requisitos de altura de bombeo, y cómo evitar los problemas de dimensionamiento más habituales en estos casos.

Para ver nuestra gama completa de bombas de aceite caliente, visite la bomba de aceite caliente página del producto.

Bomba de trasvase frente a bomba de circulación: ¿cuál es la diferencia?

Tanto las bombas de transferencia como las de circulación transportan aceite térmico. La diferencia radica en la función que desempeñan en el sistema.

Una bomba de circulación funciona dentro de un circuito cerrado. Mantiene el aceite circulando por el mismo circuito —desde el calentador hasta los equipos de proceso y viceversa— a un caudal relativamente constante. Las tuberías suelen tener una longitud entre corta y moderada, y la resistencia del sistema es predecible una vez construido el circuito. Hemos tratado en detalle la selección de bombas de circulación en nuestra guía: Bomba de circulación de aceite térmico: cómo funciona y guía de selección.

Por otro lado, una bomba de trasvase transporta el aceite de un lugar a otro, a menudo a una distancia mayor, con más tuberías, más accesorios y, en ocasiones, con desniveles considerables. Algunos ejemplos son el transporte de aceite desde una sala de calderas hasta un taller situado a 150 metros de distancia, el trasvase de aceite entre depósitos de almacenamiento o la descarga de aceite de un camión cisterna a un sistema.

La diferencia clave a la hora de elegir una bomba: en las aplicaciones de trasvase, los factores determinantes son la pérdida por fricción en las tuberías y la altura estática; en las aplicaciones de circulación, lo más importante es equilibrar la carga térmica y la resistencia del circuito del sistema. En ambos casos se necesita un caudal y una altura adecuados, pero los valores se calculan a partir de parámetros distintos.

Aplicaciones habituales de las bombas de transferencia de aceite caliente

Las bombas de transferencia de aceite caliente se utilizan siempre que el aceite térmico debe recorrer una distancia considerable o superar un desnivel. Estos son los casos más habituales:

Tuberías de alimentación del sistema de calderas. Una caldera de aceite térmico situada en una sala de máquinas central suministra aceite calentado a los equipos de proceso de uno o varios talleres remotos. Es habitual que las tuberías tengan una longitud de entre 50 y 200 metros. La bomba debe generar suficiente altura manométrica para impulsar el aceite a lo largo de toda la tubería de suministro y retorno, además de a través de todos los equipos situados entre ambas.

Trasvase del depósito al sistema. El aceite térmico nuevo almacenado en bidones o depósitos a granel debe bombearse al sistema de calefacción durante el llenado inicial o la sustitución del aceite. Aunque la distancia de trasvase sea corta, el aceite está frío y es viscoso, lo que modifica los requisitos de la bomba.

Carga y descarga. Trasvase de petróleo entre un camión cisterna y un tanque de almacenamiento. Las condiciones de succión suelen ser desfavorables: mangueras muy largas, altura limitada y petróleo frío.

Distribución en varios edificios o plantas. Una sala de calderas da servicio a varios edificios o a múltiples niveles de plataformas de equipos. La red de tuberías es ramificada, con diferentes longitudes y desniveles hasta cada punto final. La bomba debe hacer frente a la ramificación más exigente: aquella que presenta la mayor resistencia total.

Para aplicaciones en sistemas de calderas, el Bomba centrífuga de aceite caliente acoplada WRY-H es el modelo que más solemos suministrar, con caudales de entre 1,5 y 100 m³/h y alturas de bombeo de entre 22 y 125 m.

¿En qué se diferencian las tuberías de transporte de aceite caliente de larga distancia?

La pérdida por fricción en las tuberías es el factor determinante en el requisito de altura manométrica

En un circuito de circulación corto, la fricción en las tuberías es solo una parte de la resistencia total del sistema. En el transporte a larga distancia, se convierte en el factor dominante. La pérdida por fricción es proporcional a la longitud de la tubería: si se duplica la longitud de la tubería, la pérdida por fricción se duplica aproximadamente (con el mismo caudal y el mismo diámetro de tubería).

Las pérdidas por fricción también dependen en gran medida del diámetro de la tubería y de la velocidad del flujo. Una tubería más estrecha con el mismo caudal implica una mayor velocidad y una fricción mucho mayor. Y, a diferencia del agua, la viscosidad del aceite térmico varía con la temperatura, lo que afecta directamente al coeficiente de fricción. Volveremos sobre este punto más adelante.

Los accesorios, las válvulas y los equipos se acumulan rápidamente

Cada codo, te, válvula de compuerta, válvula de retención, filtro y caudalímetro de la tubería añade resistencia. En un tramo de tubería de 100 metros con entre 15 y 20 accesorios y algunas válvulas, la pérdida total debida a los accesorios puede equivaler fácilmente al 30-50 % de la pérdida por fricción en un tramo recto de tubería. A veces se denominan «pérdidas menores», pero en sistemas largos con muchos accesorios, no son en absoluto menores.

Al calcular la altura manométrica total, convierta cada accesorio en una longitud de tubería equivalente y súmela al total de tubería recta. Los proveedores de válvulas y accesorios le facilitarán estos valores de longitud equivalente.

Los cambios de altura requieren una altura estática

Si los equipos de proceso se encuentran a mayor altura que la bomba —en un entresuelo, una planta superior o una plataforma elevada—, la bomba debe generar una altura manométrica adicional solo para elevar el aceite hasta esa altura. Cada 10 metros de diferencia de altura añade aproximadamente 1 bar de altura manométrica estática necesaria (el valor exacto depende de la densidad del aceite a la temperatura de transferencia).

En instalaciones de varias plantas, esto puede suponer una parte importante de la altura total de elevación. No lo pases por alto.

La pérdida de calor a lo largo del oleoducto altera las propiedades del petróleo

Este es un factor que muchos ingenieros pasan por alto. Cuando el aceite térmico circula por una tubería larga, cede calor al entorno, incluso con aislamiento. La temperatura del aceite desciende gradualmente a lo largo del recorrido. A medida que baja la temperatura, aumenta la viscosidad. Y, al aumentar la viscosidad, aumentan las pérdidas por fricción.

El resultado: la pérdida por fricción en el extremo más alejado de una tubería de 200 metros es mayor que la pérdida por fricción en la salida de la bomba, ya que el aceite está más frío y es más espeso en ese extremo. Si se calcula la fricción utilizando únicamente la temperatura del aceite en la salida de la bomba, se subestima la altura manométrica real necesaria.

Para calcular correctamente el tamaño en tramos largos, utilice la temperatura prevista del aceite en el punto medio de la tubería o —si se prefiere un enfoque más conservador— en el extremo de la tubería. Esto es especialmente importante en instalaciones al aire libre, en tuberías sin aislamiento o con un aislamiento deficiente, y en zonas de clima frío.

Problemas de NPSH con tuberías de aspiración largas

Si la bomba extrae aceite de un depósito de almacenamiento remoto o de un recipiente situado a baja altura a través de una tubería de aspiración larga, la altura de aspiración positiva neta (NPSH) disponible puede descender hasta niveles peligrosos. La fricción en la tubería de aspiración y cualquier desnivel negativo entre la superficie del aceite y la entrada de la bomba reducen la NPSH disponible.

Cuando el NPSH disponible es inferior al NPSH requerido por la bomba, se produce cavitación. Se percibe como un crujido o traqueteo, y con el tiempo daña el impulsor.

Soluciones para situaciones de aspiración con bajo NPSH:

• Eleva el depósito o el nivel de aceite por encima de la bomba para aumentar la altura de succión estática
• Aumentar el diámetro de la tubería de aspiración para reducir las pérdidas por fricción
• Reduzca la longitud del conducto de aspiración y minimice el número de accesorios
• Utiliza una bomba con un requisito de NPSH menor

Cómo elegir el tamaño adecuado de una bomba de transferencia de aceite caliente para tu sistema de tuberías

Planifica primero la disposición del sistema

Antes de dimensionar una bomba, es necesario tener una idea clara de la tubería. Recopile la siguiente información:

• Longitud total de la tubería: línea de impulsión y línea de retorno (si procede)
• Diámetro de la tubería para cada tramo
• Número y tipo de accesorios: codos (90° y 45°), tes, reductores
• Número y tipo de válvulas: de compuerta, de paso, de retención, de mariposa
• Coladores, filtros y caudalímetros en la tubería
• Datos sobre la caída de presión del intercambiador de calor o del equipo (facilitados por el fabricante del equipo)
• Desnivel entre la bomba y el punto de suministro más alto
• Longitud y estado de la tubería de aspiración (en caso de bombeo desde un depósito)

Si no dispones de planos de tuberías precisos, un boceto aproximado con las longitudes y el número de accesorios estimados sigue siendo mucho mejor que ir a ciegas.

Calcular la altura manométrica total necesaria

Altura manométrica total = fricción en el tramo recto de la tubería + pérdidas en los accesorios y válvulas + caída de presión del equipo + altura estática (desnivel).

Para calcular la fricción en la tubería, debes tener en cuenta la viscosidad del aceite a la temperatura prevista a lo largo de la tubería, no a la salida de la bomba ni a temperatura ambiente. Utiliza la tabla de viscosidad en función de la temperatura que te facilite tu proveedor de aceite.

Una realidad con la que hay que contar: en el caso de un tramo estándar de 100 metros de tubería de aceite térmico con accesorios habituales, tubería de DN50 y un caudal de 10 m³/h, la altura manométrica total necesaria alcanza fácilmente los 40-60 metros o más. Esto es considerablemente superior a lo que muchos clientes esperan inicialmente.

El diámetro de la tubería influye más de lo que crees

En el transporte de aceite térmico a larga distancia, la elección del diámetro de la tubería tiene un impacto considerable en los requisitos de altura de bombeo y en el coste energético a largo plazo. Para ilustrarlo, consideremos la siguiente comparación para el transporte de aceite térmico a un caudal de 10 m³/h a través de una tubería recta de 100 metros (simplificada, utilizando un aceite térmico típico a temperatura de funcionamiento):

Pasar de DN50 a DN65 reduce las pérdidas por fricción en aproximadamente un 60 %. Pasar a DN80 las reduce en más de un 80 %. La tubería de mayor diámetro tiene un coste de adquisición e instalación más elevado, pero permite utilizar una bomba más pequeña, que consume menos energía y funciona más cerca de su punto de máxima eficiencia. A lo largo de años de funcionamiento continuo, el ahorro energético suele compensar con creces la diferencia de coste de la tubería.

Si está diseñando una nueva tubería de aceite térmico de larga distancia, calcule siempre los datos para al menos dos diámetros de tubería antes de dar por concluido el proyecto. Es una de las decisiones con mayor retorno de la inversión en el diseño de sistemas.

Adaptar al rendimiento de la bomba

Una vez calculados el caudal y la altura manométrica total necesarios, busque un modelo de bomba cuya curva de rendimiento pase por el punto de funcionamiento deseado o se sitúe cerca de él. El punto de funcionamiento debe estar dentro del rango de funcionamiento recomendado para la bomba; lo ideal es que se sitúe cerca del punto de máxima eficiencia (BEP).

Para conocer los modelos de bombas disponibles y sus datos de rendimiento, consulte nuestro bomba de aceite caliente página del producto.

Bomba de aceite caliente para sistemas de calderas

Los sistemas de calderas de aceite térmico constituyen la aplicación más habitual de las bombas de transferencia de aceite caliente. La bomba es el elemento central del sistema: impulsa el aceite calentado desde la caldera a través del colector de suministro hacia todas las cargas de proceso conectadas y aspira el aceite de retorno para volver a calentarlo.

¿Qué hace que la elección de la bomba para un sistema de caldera sea específica?:

• Funcionamiento continuo — En la mayoría de los sistemas de calderas, la bomba funciona las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Debe soportar temperaturas elevadas de forma continuada sin que se deterioren las juntas ni se produzcan fallos en los cojinetes.
• Tramos largos de tubería — En muchas plantas, la sala de calderas se encuentra en una ubicación céntrica, pero abastece a los equipos de toda la instalación. Es habitual que los tramos de tuberías de impulsión y retorno superen los 100 metros.
• Cargas en varias ramas — La bomba alimenta varios equipos en paralelo. El caudal total debe tener en cuenta todas las derivaciones, y la altura manométrica debe superar la resistencia de la derivación más larga o más elevada.
• Integración del control de sistemas — La bomba suele funcionar con reguladores de temperatura, variadores de frecuencia y enclavamientos de seguridad conectados al sistema de control de la caldera.

El Serie WRY-H Es nuestra recomendación habitual para el transporte de aceite caliente en sistemas de calderas. Su diseño de cuerpo dividido facilita el mantenimiento in situ sin necesidad de desconectar las tuberías. La carcasa del cojinete refrigerada por aire elimina la necesidad de conexiones de agua de refrigeración. Los modelos disponibles cubren caudales de 1,5 a 100 m³/h y alturas de elevación de 22 a 125 m, lo que se adapta a la mayoría de las instalaciones de calderas industriales de tamaño pequeño a mediano.

Para sistemas de calderas de mayor tamaño que superen estos rangos, podemos configurar bombas de mayor tamaño o asesorarle sobre configuraciones en serie o en paralelo en función de la disposición de su sistema.

Gasóleo de calefacción y gasóleo pesado: medios diferentes, bomba diferente

A menudo recibimos consultas en las que por «bomba de aceite caliente» se refiere en realidad a una bomba para gasóleo de calefacción, fuelóleo pesado o fuelóleo de caldera. Se trata de fluidos distintos con propiedades diferentes, por lo que requieren un tipo de bomba distinto.

El aceite térmico (aceite de transferencia de calor) es un fluido especializado para la transferencia de calor. A temperatura de trabajo —250 °C, 300 °C— es muy fluido, con una viscosidad típica de entre 0,5 y 2 cSt. Una bomba centrífuga lo bombea sin problemas.

El gasóleo de calefacción y el fuelóleo pesado son combustibles de combustión. A temperatura ambiente, su viscosidad puede oscilar entre 100 y más de 1.000 cSt. Incluso con un sistema de calefacción de trazas en la tubería, siguen siendo mucho más espesos que el aceite térmico. Una bomba centrífuga tiene dificultades para hacer frente a esta viscosidad: el caudal disminuye, el rendimiento se reduce drásticamente y el motor se sobrecarga.

Para el trasvase de fuelóleo y petróleo pesado, las bombas de engranajes son la solución habitual. Soportan una alta viscosidad sin perder rendimiento, ofrecen una buena autocebada para la descarga de tanques y proporcionan un caudal constante independientemente de la presión del sistema. Si esto se ajusta a su aplicación, consulte nuestro artículo: Bomba centrífuga o de engranajes para aceite caliente: ¿qué tipo es el adecuado?

Cuándo optar por una configuración de bombas en serie o en paralelo

A veces, una sola bomba no basta para cubrir los requisitos de altura de elevación o caudal necesarios para un trasvase a larga distancia. En ese caso, tienes dos opciones:

Configuración en serie (dos bombas en serie) — La salida de la bomba 1 alimenta la entrada de la bomba 2. La altura manométrica total es aproximadamente la suma de las alturas manométricas de ambas bombas al caudal de funcionamiento. Esto resulta útil cuando las tuberías son muy largas y la altura manométrica necesaria supera la que puede proporcionar una sola bomba. En aplicaciones con aceite térmico, la conexión entre las dos bombas debe soportar altas temperaturas, y ambas bombas deben seleccionarse cuidadosamente para que funcionen con caudales compatibles.

Configuración en paralelo (dos bombas en paralelo) — Ambas bombas alimentan al mismo colector. El caudal total aumenta, pero la altura manométrica se mantiene prácticamente igual que con una sola bomba. Esto resulta útil cuando se necesita un caudal mayor del que puede proporcionar una sola bomba. Sin embargo, el funcionamiento en paralelo en los sistemas de aceite térmico aumenta la complejidad del control: ambas bombas deben repartirse la carga de manera uniforme y, si una de ellas se desconecta, es necesario gestionar la respuesta del sistema.

En la práctica, antes de optar por un sistema de dos bombas, comprueba primero si aumentar el diámetro de la tubería puede reducir la altura de bombeo necesaria hasta el punto de poder utilizar una sola bomba. Como se muestra en la tabla anterior, aumentar un tamaño de tubería puede reducir drásticamente las pérdidas por fricción. Una sola bomba más grande conectada a una tubería de mayor diámetro es casi siempre más sencilla, más fiable y más económica de mantener que dos bombas más pequeñas conectadas a una tubería de menor diámetro.

Si tras optimizar el tamaño de las tuberías sigue necesitando una configuración con varias bombas, podemos ayudarle a diseñar la disposición y recomendarle pares de bombas compatibles.

Comparte el esquema de tus tuberías: te ayudaremos a elegir el tamaño adecuado de la bomba

Si dispone de un plano de tuberías, un esquema del sistema o incluso una descripción aproximada de su trazado de tuberías —longitud, diámetro, altura, tipo de aceite y temperatura—, envíenoslo. Nuestro equipo de ingeniería calculará la altura de elevación necesaria y le recomendará el modelo y la configuración de bomba de transferencia más adecuados para su sistema.

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