La definición académica de "elevación" se refiere al trabajo realizado por una bomba de agua solar sobre una unidad de peso de líquido, es decir, el aumento de energía de una unidad de peso de líquido después de que pasa a través de la bomba de agua solar.

Sin embargo, en aplicaciones prácticas, la sustentación no se expresa en unidades de energía, sino más bien como la altura de la columna de líquido (H), medida en metros (m). Otras unidades comunes para la elevación incluyen kilogramos (kg) y megapascales (mpa), siendo la relación de conversión: 1 mpa = 10 kg = 100 m.

La elevación de la bomba de agua solar es un parámetro de trabajo crucial para la bomba de agua solar y juega un papel clave en la selección de bombas de agua solares. Determina si la bomba de agua solar puede suministrar agua al lugar requerido.

Si la elevación es demasiado baja, el agua no llegará a su destino. Por el contrario, si la elevación es demasiado alta, puede provocar un mayor uso de energía y costos de electricidad, y potencialmente provocar que el motor se sobrecaliente y falle.

Para los profesionales de la industria, calcular la altura de la bomba de agua solar es una habilidad esencial. Hober ahora detallará el método para calcular la altura de la bomba de agua solar.

Cálculo de la altura de la bomba de agua solar

Según fórmulas estándar, la altura de la bomba de agua solar (H) se calcula como: H = z + hw

• 'z' representa el ascenso vertical del agua, o la diferencia de altura desde la superficie del agua en el punto de entrada hasta la del punto de salida.
• 'hw' es la pérdida de carga, que incluye tanto la pérdida de carga a lo largo del camino (hf) como la pérdida de carga local (hw).

La pérdida de carga (hf) se calcula utilizando la fórmula de Darcy o la fórmula de Xie Cai:

hw = ξ * v² / 2g

• ξ es el coeficiente de pérdida de carga local. Para conocer su valor, consulte la literatura relevante.
• v es la velocidad del flujo en la tubería. Generalmente, el hw se produce en puntos como la entrada, codos, válvulas y salidas.

Sin embargo, este cálculo a menudo no se realiza en aplicaciones prácticas. Centrémonos en cómo calcular la altura de la bomba solar en los presupuestos de proyectos reales.

Cálculo práctico de la altura de la bomba de agua solar

Considere este escenario: transportar agua desde una piscina hasta la azotea del tercer piso. Con 'A' representando la bomba de agua solar y '123' indicando los pisos, en condiciones ideales, la elevación de la bomba de agua solar puede entenderse simplemente como la distancia vertical desde el punto B al C. Esta altura, generalmente en metros, representa la bomba de agua solar. cabeza.

Tenga en cuenta que la altura de B a C se refiere a la altura vertical, no a la longitud de la tubería. Si el recorrido de B a C tiene pendiente, se debe calcular la altura vertical.

En las operaciones del mundo real, el líquido bombeado no se mueve hacia arriba o hacia abajo, sino que viaja horizontalmente y a través de curvas y tees. Estos representan pérdidas, por lo que deben considerarse al calcular la elevación de la bomba.

Si el líquido es agua limpia a temperatura normal y la tubería está hecha de PVC o acero, se pueden utilizar las siguientes estimaciones aproximadas:

• 1 codo ≈ 0,5 metros de pérdida de carga de la bomba de agua solar
• 10 metros de distancia horizontal ≈ 1 metro de pérdida de carga de la bomba

Usando el ejemplo anterior, si la distancia horizontal de A a B es de 10 metros, la altura vertical de B a C es de 20 metros y la distancia horizontal de C a D es de 10 metros, entonces la altura de bomba requerida es:

1 + 0,5 + 20 + 0,5 + 1 = 23 metros [10 metros de distancia horizontal AB + pérdida de codo en el punto B + distancia vertical BC + pérdida de codo en el punto C + 10 metros de distancia horizontal CD]

Con este método de cálculo rápido, básicamente habrá completado un curso básico sobre cálculo de cabezal de bomba de agua solar. Sin embargo, en aplicaciones reales, las tuberías a menudo no son estrictamente horizontales o verticales y pueden incluir secciones inclinadas.

No se preocupe, Hober le presentará a continuación el último método de cálculo de elevación de bomba de agua solar.

El método de cálculo para la altura de la bomba de agua solar es:

Cabezal de la bomba = altura vertical + pérdida de tubería + presión de salida

Analicemos estos:

1. Altura vertical
   • Esto se refiere a la diferencia de altura vertical entre el punto central de la salida de la bomba de agua solar y el punto final de la tubería.
   • Si la diferencia de altura es sustancial (más de 100 metros), se considera la diferencia de altura desde el plano horizontal hasta el final de la tubería, ignorando efectivamente la altura de succión de tres a cinco metros.
2. Pérdida de tubería
   • La pérdida de tubería se refiere a la pérdida de energía cuando el líquido fluye a través de la tubería, incluida la pérdida por fricción y la pérdida de accesorios (como válvulas y codos).
   • Calcular las pérdidas en las tuberías es complejo y requiere conocer el caudal (Q en m³/h), el diámetro de la tubería (DN en mm), la longitud total de la tubería (en metros), el material de la tubería y la cantidad de accesorios como válvulas, tees o codos.
3. Presión de salida
   • Esta es la presión del agua al final de la tubería.
   • A menudo, el objetivo no es sólo elevar el agua, sino también garantizar una presión específica en la salida. Por ejemplo, si se bombea agua de un río montaña arriba para riego por aspersión, el agua necesita suficiente presión en la cima de la montaña para facilitar la fumigación.

Ejemplo práctico

Apliquemos esto a un escenario del mundo real:

Supongamos que un proyecto requiere un caudal de 200 m³/h, una longitud total de tubería de 1100 metros, una altura vertical desconocida, una pendiente de 30 grados, un plan para utilizar tubería de acero sin costura de DN200 mm y una presión de salida requerida de 10 kg. ¿Cuál sería la elevación de la bomba?

• Calcule la altura vertical: a 30 grados, el valor de la función seno es aproximadamente 0,523. Por tanto, 1100 metros * 0,523 = 575 metros, lo que indica una altura vertical de 575 metros.
• Pérdidas en tuberías: Para DN200mm y Q=200m³/h, la pérdida por 100 metros es de 2,1 metros. Para 1.100 metros, esto equivale a 23,1 metros.
• Presión de salida requerida: 10 kg, equivalente a unos 100 metros.

Así, la altura total de diseño para esta bomba de agua solar es: 575 + 23,1 + 100 = 698,1 metros. Incluyendo las pérdidas por válvulas y codos, la altura de la bomba no debe ser inferior a 700 metros.

Consideraciones clave al seleccionar una bomba de agua solar

Es crucial determinar la elevación adecuada para una bomba de agua solar. La selección incorrecta del elevador puede provocar ineficiencias, un consumo excesivo de energía e incluso fallas mecánicas o quemado del motor. Por ejemplo, se podría seleccionar una bomba solar sumergible de acero inoxidable con una elevación de 15 metros para una aplicación industrial, pero si solo se necesitan 10 metros, esto puede causar problemas operativos como vibración excesiva. Ajustar la válvula en la salida de la bomba puede mitigar esto, pero también genera desperdicio de electricidad y mayores costos.

Por lo tanto, calcule la elevación cerca de las necesidades reales y evite márgenes grandes. Por ejemplo, si la altura de la bomba de agua solar es de 20 metros y la tubería horizontal es una tubería DN50 que se extiende 100 metros, considere la pérdida de la tubería horizontal y factores adicionales como codos y válvulas. Para el transporte de agua, podría ser adecuada una elevación de bomba solar de 27 a 30 metros. Para cálculos de pérdidas específicos, se recomienda consultar a los ingenieros de Hober.

Al calcular la cabeza, evite conceptos erróneos. La cabeza no es sólo la altura vertical o la longitud de la tubería. Es esencial considerar el caudal, la longitud total de la tubería, el diámetro y el material, equilibrando la inversión inicial con los costos operativos. Recuerde el método de conversión de unidades y confirme los detalles con el personal técnico del fabricante si es necesario.