016-04-Bombas

7/21/2019 016-04-Bombas

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BOMBAS BOMBAS

Edmundo Varas B. Edmundo Varas B.

Ingeniero AgrónomoINIA Quilamapu

I. Introducción

Al planifcar un sistema de bombeo se debe tener en cuenta una serie

de actores, desde aquellos de orden práctico como la disponibilidad de

equipos en el mercado, servicio técnico y repuestos, costos, garantías,

etc y los aspectos técnicos del equipo propiamente tal

!"isten tres tipos de bombas en la captación e impulsión de aguas#

Centrífugas o radiales# son las más conocidas y a veces las $nicas

e"istentes en el mercado %e caracteri&an por 'acer uso de la uer&a

centríuga para impulsar el agua, ra&ón por la cual ésta sale de la

bomba en orma perpendicular al e(e del rodete

!ste tipo de bombas proporciona un )u(o de agua suave y uniorme y se

adapta para traba(os a alta velocidad como los motores eléctricos %on

apropiadas para elevar caudales peque*os a grandes alturas

Bombas axiales o helicoidales# no 'acen uso de la uer&a centríuga

sino que mueven el agua en orma similar como lo 'ace un ventilador

para mover el aire, el agua sale en orma paralela al e(e de rotación del

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impulsor %on especialmente indicadas para elevar grandes caudales

+ m-.seg/ a ba(a altura + 'asta 0 mca/

Bombas de ujo mixto# aprovec'an las venta(as de las bombas

'elicoidales +sencille& y poco peso/ y se modifca la orma de los álabes

dándole una orma tal que le imparten al agua una cierta uer&a

centríuga Alcan&an su me(or rendimiento con caudales entre -1 y

-111 lt.seg y alturas de - a 2 mca

3onsiderando que en los equipos de riego locali&ado, generalmente, se

usan las bombas de tipo centríugas, en este capítulo, el análisis se

centrará en éstas

!n una bomba centríuga el motor 'ace girar un e(e en el cual va

montado el impulsor que está encerrado en la carca&a

!l agua ingresa a la bomba por el centro de la misma y al girar el rotor

le imprime velocidad que al salir de la bomba se transorma en presión

+4igura /

II. ar!metros de "uncionamiento

5eneralmente se consideran como parámetros que miden el

uncionamiento de una bomba#

• #elocidad es$ecí%ca# es un parámetro que permite comparar el

uncionamiento de las bombas y se calcula usando la velocidad, elcaudal y la presión que genera la bomba en aquella &ona de má"ima

efciencia %e calcula mediante la siguiente relación#

6e 7 89: ; Q 0,5 ; < –0,75

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=onde# 6e 7 6elocidad específca

89: 7 6elocidad de giro del álabe

Q 7 3audal +m3.seg/

< 7 9resión +mca/

• Caudal que es capa& de mover, e"presado en las unidades

pertinentes que pueden ser lt.seg o m-.seg

• resión que le imprime al caudal, e"presada generalmente en

metros columna de agua +mca/

• Altura neta de succión positiva !n una bomba centríuga, cuando

el agua penetra a la tubería de succión se observa un aumento de

velocidad del agua> este aumento trae consigo una disminución en la

presión %i la presión es menor que la presión de vapor del agua a

esa temperatura, ésta se evapora y el )u(o será de líquido y burbu(as

de vapor Al seguir moviéndose, el agua, por el impulsor se lleva a

una &ona de mayor presión donde las burbu(as de vapor se revientan

causando ruido y llegando a causar da*os al impulsor y ba(an la

efciencia de la bomba A este ruido que se percibe se conoce como

cavitación 9ara prevenir esta ormación de burbu(as en la tubería de

succión, la presión absoluta debe ser mayor a la presión de

saturación en un valor =<, lo que se conoce como ?Altura de

%ucción 9ositiva Neta =isponible@ la sigla en inglés corresponde a

N9%< +Net positive succion 'ead/ y se calcula con las siguientes

relaciones#

AN%9 7 3 +6 B.Bg/ 1,C =i

3 7 1;9o;D-1 E % E 1;9v;D-1

3

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%i se traba(a a una presión atmosérica normal y una

temperatura del agua de 2F3, la AN%9 se puede calcular con la

relación

AN%9 7 1 G % E +6 B.Bg/ E 1,C =i

H fnalmente la proundidad de succión de la bomba será#

%r 7 1 G AN%9 E <&

=onde#

AN%9 7 Altura neta de succión positiva

6 7 6elocidad del agua +m.seg/

g 7 Aceleración de gravedad

=i 7 =iámetro interior de la tubería de succión,

m

% 7 Altura má"ima de succión recomendada por

el abricante, m

%r 7 Altura de succión real

<& 7 9érdidas de carga en la succión, m

III. Cur&as Características

as curvas de las bombas son presentaciones gráfcas que relacionan la

presión, el caudal y el rendimiento de las mismas> en algunos casos se

agrega inormación sobre la potencia requerida y la altura de succión!stas curvas se presentan en la fgura B

Cur&a resión' Caudal

!n esta curva se representa en las ordenadas la presión total que

genera la bomba y en el e(e de las abcisas el gasto, las unidades de

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presión generalmente son metros de columna de agua y las de caudal

lt.seg !sta curva tiene pendiente negativa, indicando la relación

inversa que e"iste entre presión y caudal !stas curvas se presentan

para dierentes diámetros de impulsor

Cur&a (asto' otencia

!sta curva relaciona el caudal elevado con la potencia que consume la

bomba a menor potencia se consume con el gasto mínimo o nulo, lo

que signifca cerrar la válvula de salida !n grandes equipos de

bombeo, para disminuir el consumo de energía los equipos parten con

las valvulas cerradas, abríendolas de a poco

Cur&as de )%ciencia

as curvas de efciencia normalmente se tra&an sobre las curvas de

3audal potencia, naturalmente que esta curva es muy importante ya

que a mayor efciencia signifca menor consumo de combustible para

conseguir un mismo eecto

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I#. "ormas de Conexión de las bombas.

=os o más bombas se pueden conectar en dierentes ormas de acuerdo

al ob(etivo que se requiera#

Conexión de Bombas en Serie#

Al conectar dos o más bombas se logra un aumento proporcional de la

presión total o fnal del sistema =e esta orma e"iste una tubería de

succión insertada en la uente de agua y la salida de la primera bomba

se conecta a la entrada de la siguiente, y así sucesivamente Así si se

tienen tres bombas conectadas en serie, entonces#

3audal# QJKJA 7 Q A 7 QL 7 Q3

9resión# <JKJA 7 < A <L <3

Q entrada 7 Q A Q salida 7 Q A

< total 7 < A < L < 3

Conexión de bombas en $aralelo#

7

Q A

H A

Q A

H B

Q A

H C

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%i dos o más bombas se acoplan en paralelo se logra como resultado un

aumento del caudal elevado, sin un aumento de la presión !n este caso

cada bomba tiene su c'upador inserto en la uente de agua y se

conectan todas las salidas a una com$n =e la misma orma, si se tienen

tres bombas acopladas en paralelo, entonces#

3audal# QJKJA 7 Q A QL Q3

9resión# <JKJA 7 < A 7 <L 7 <3

Q A

Q B

Q C

Q salida 7 Q A Q L Q 3

#. *e+es de a%nidad en bombas

!n ocasiones debe modifcarse la velocidad de giro de una bomba, lo

cual naturalmente tiene eectos en el caudal, en la presión y en el

consumo de potencia, y se rigen por las siguientes relaciones#

8

H A

H B

H C

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• !l caudal varía proporcionalmente con la variación de la

velocidad#

Q2.Q1 7 89:2.89:1

• a altura o presión varía con el cuadrado de la variación de

velocidad#

<2.<1 7 +89:2.89:1/2

• a potencia consumida varía con el cubo de la variación de

velocidad

<92.<91 7 +89:2.89:1/3

Jambién se pueden eectuar modifcaciones a los diámetros de los

rodetes, que tienen los mismos eectos que las variaciones de

velocidad, siendo las relaciones#

• !l caudal varía proporcionalmente con el cambio de diámetro#

Q2.Q1 7 =2.=1

• a altura o presión varía con el cuadrado del cambio de

diámetro#

<2.<1 7 +=2.=1/2

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• a potencia consumida varía con el cubo del cambio de

diámetro#

<92.<91 7 +=2.=1/3

!n las relaciones anteriores Q, <, <9 y =, representan caudal,

presión, potencia y diámetro del rodete para dos condiciones de

operación, indicadas con los subíndices y B respectivamente

#I. ,imensionamiento de la bomba

os parámetros a determinar son#

Caudal# queda determinado por el dise*o del proyecto, tama*o de las

subunidades de riego que uncionarán en orma simultánea, en otros

casos estará limitado por el caudal má"imo disponible de acuerdo al

estudio 'idrológico, o bien en un po&o proundo el caudal queda

determinado por las pruebas de bombeo correspondientes

resión# se deben determinar las siguientes partidas, que sumadas

corresponden a la presión que debe generar la bomba#

• Altura de succión, m

• Altura de elevación, m

• 9érdidas de carga en la succión m

• 9érdidas de carga en la impulsión# considerando

fttings, fltros, equipos de quemigación etc> m

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• 9resión de traba(o# la requerida por goteros, cintas

microaspersores etc> m

otencia re-uerida# la potencia del motor requerida para mover el

caudal determinado a la presión establecida se puede estimar mediante

la siguiente relación#

Q +lt.seg/ ; < +m/

9 7 EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE

1B ; !,

#II. )stimación del costo de o$eración

os costos de operación de los equipos de bombeo se pueden

determinar mediante las siguientes relaciones#

• 9ara motores a combustión interna#

3<L 7 Q +lt.seg/ ; < +mca/ ; 3c +lt.<9.'ora/ ; 6 +M.lt/

C ; !b

• 9ara motores eléctricos

3<L 7 Q +lt.seg/ ; < +mca/ ; 3 +M.OP</

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11,C ; !b ; !me

!n las relaciones anteriores los signifcados son#

3<L 7 3osto 'orario de bombeo, M.'ora

Q 7 3audal

3c 7 3onsumo de combustible

6 7 3osto del combustible

3 7 3osto de la energía eléctrica

!b 7 !fciencia de la bomba

!me 7 !fciencia del motor eléctrico

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