Clase 19 Sistemas de Bombeo
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Facilitador:
Ing. Juan Medina
Cátedra de Mecánica de Fluidos
Enero 2014
Departamento de Térmica y Energética
Universidad de Carabobo
Semestre Único 2013
Generalidades y Fundamentos de los Sistemas de Bombeo Facultad de Ingeniería - UC 2
Camino Crítico
Semestre Único 2013
Camino Crítico
Curvas Características de una BC
Punto de Operación de una BC
Similitud en BC
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
En el diseño de sistemas de
bombeo generalmente se
conocen los puntos extremos
de demanda a satisfacer
(proceso), y a partir de dichos
puntos (o curva del sistema)
se selecciona una
turbomáquina motora capaz
de satisfacer los
requerimientos de dicho
proceso. Considere por
ejemplo que se dispone de un
sistema arbitrario como el
mostrado en la figura. En este
sistema Ud. conoce las
condiciones en los puntos (de
operación o proceso) 1, 3 y 4
pman=120 kPa
C
D
h= 2,0 m
A
B
E
s
d
G
H
J
1
2
3
4
0
F
K
Generalidades y Fundamentos de los Sistemas de Bombeo Facultad de Ingeniería - UC 3
Camino Crítico
Semestre Único 2013
Camino Crítico
Curvas Características de una BC
Punto de Operación de una BC
Similitud en BC
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
El objetivo de todo diseño de un sistema de bombeo es
el cálculo de la disponibilidad de la turbomáquina
(Hbomba), el cual se define como:
succionadescbomba HHH arg
BombafinalLfinal HHHH 11
O alternativamente como el balance de disponibilidad
entre los puntos extremos de operación, contemplando
las pérdidas:
Nótese como, en el caso de este ejemplo, existen dos (2) balances de disponibilidad para la
selección de la bomba:
BombaL HHHH 3113 BombaL HHHH 4114
Se define como “Camino Crítico” a aquel tramo de tuberías que ofrezca mayor resistencia
al flujo y que permita realizar el diseño del sistema de bombeo.
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Camino Crítico
Semestre Único 2013
Camino Crítico
Curvas Características de una BC
Punto de Operación de una BC
Similitud en BC
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Un flujo de fluidos siempre se desplaza de zonas de
mayor disponibilidad a zonas de menor disponibilidad
En el caso de este ejemplo, el camino crítico de diseño
será aquel que involucre la mayor cantidad de pérdidas
y produzca la mayor diferencia entre las
disponibilidades extremas de los puntos de operación,
es decir:
),max( 41143113 LLBomba HHHHHHH
El camino crítico de diseño permitirá a la bomba satisfacer las condiciones más exigentes
de un arreglo de tuberías determinado, es decir, entregar fluido desde el depósito hasta el
punto de utilización, venciendo las pérdidas en el arreglo de tuberías
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Curvas Características de una Bomba Centrífuga
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Camino Crítico
Curvas Características de una BC
Punto de Operación de una BC
Similitud en BC
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Se ha verificado el hecho de que la carga de un
arreglo de tuberías varía de manera cuadrática
conforme al flujo volumétrico en el sistema. Esto
implica que la pérdida de carga del sistema
aumenta conforme a la razón de flujo
Un fenómeno similar ocurre dentro de las propias turbomáquinas motoras (bombas). Para
simplificación de los análisis, las definiciones y aplicaciones que se revisarán en este
aparte serán las correspondientes a Bombas Centrífugas
Sólo es posible evaluar el comportamiento de la carga ó disponibilidad de la bomba de
manera experimental. Este procedimiento es llevado a cabo por los fabricantes y es
suministrado en forma de curvas, donde se grafica el comportamiento de la carga (hbomba),
eficiencia (ηbomba) y potencia (dW/dtbomba) en función del caudal de operación
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Curvas Características de una Bomba Centrífuga
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Camino Crítico
Curvas Características de una BC
Punto de Operación de una BC
Similitud en BC
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Curvas características para una bomba
centrífuga (Marigorta et al, 1994)
Curvas características para una bomba
axial (Marigorta et al, 1994)
La carga de una bomba es máxima a caudal nulo (Q=0), debido a que no existe flujo dentro
de la bomba capaz de producir pérdidas de carga. Por otra parte, la carga de la bomba
disminuye conforme al incremento del caudal por la aparición de pérdidas de carga.
La eficiencia de la bomba alcanza un valor máximo en el punto más cercano al valor de
caudal de diseño de la turbomáquina y disminuye conforme se aleja de éste
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Punto de Operación de una Bomba Centrífuga
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Camino Crítico
Curvas Características de una BC
Punto de Operación de una BC
Similitud en BC
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Según el análisis derivado de la ecuación de la energía para un sistema de bombeo,
puede observarse que:
BombaL HHHH 2112 BombaL HH ,21
La interpretación gráfica de dicho
análisis reside en que la
disponibilidad de la bomba será el
punto de intersección entre la curva
H(Q) de la bomba y la curva de
demanda H(Q) del sistema. A este
punto de intersección se le conoce
como Punto de Operación
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Similitud en Bombas Centrífugas
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Curvas Características de una BC
Punto de Operación de una BC
Similitud en BC
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
En la práctica es común encontrar bombas de diferentes diámetros de rotor, o rodete
para una misma carcasa. De igual forma, es posible encontrar bombas que operen a
diferentes velocidades de giro, producto del cambio de los motores o de la incorporación
de Variadores de Frecuencia (regulan la velocidad de giro del motor)
Para ambos casos, el comportamiento de la carga, la eficiencia y la potencia de la bomba
es diferente y los fabricantes acostumbran colocar todas las curvas para la misma
carcasa, o la misma bomba (a diferentes diámetros o velocidades) en una misma gráfica
Las diferentes curvas para una misma carcasa (con diferentes diámetros de rotor o con
diferentes velocidades) conservan la misma forma debido a que se preservan las Leyes
de Similitud (Geométrica, Cinemática y Dinámica)
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Similitud en Bombas Centrífugas
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Punto de Operación de una BC
Similitud en BC
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
*Ejemplo de
curvas
características
para una familia
de bombas con
igual carcasa
pero diferente
diámetro de
rotor (Çengel,
2007)
La eficiencia es igual para toda la familia de bombas y se grafica en forma de
curvas de nivel (curvas de isoeficiencia) para toda la familia de bombas
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Similitud en Bombas Centrífugas
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Camino Crítico
Curvas Características de una BC
Punto de Operación de una BC
Similitud en BC
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
*Ejemplo de curvas
características para una
misma bomba con
diferentes velocidades de
giro (Goulds Pumps, 2013)
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Similitud en Bombas Centrífugas
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Punto de Operación de una BC
Similitud en BC
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
De igual manera, aún cuando no es común por parte de los fabricantes, sí es una
práctica acostumbrada por quien está a cargo del diseño, trabajar no con todas las
curvas de la familia de bombas similares, sino con una sóla Curva Adimensional, donde
se relacionan todas las curvas de la familia.
*Curvas adimensionales para una familia de
bombas similares (Marigorta et al, 1994)
Todos los parámetros de diseño (Carga, H;
Caudal, Q; Potencia, dW/dt) se transforman en
números adimensionales y se grafican. La
eficiencia ya es un parámetro adimensional
3:dim
D
QensionalaCaudal
22:dimarg
D
gHensionalaaC
53:dim
D
WensionalaPotencia
*w: Velocidad de giro (rad/s)
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Similitud en Bombas Centrífugas
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Camino Crítico
Curvas Características de una BC
Punto de Operación de una BC
Similitud en BC
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
En el punto de máxima eficiencia de toda la familia de curvas (o de la Curva
Adimensional) (φ0,ψ0) se pueden combinar ambos parámetros adimensionales para
eliminar el valor de diámetro y obtener otro parámetro adimensional muy útil conocido
como Velocidad Específica
4/3
0
2/1
0
gH
QN s
*Q0 y H0 son los valores de carga y
caudal correspondientes a (φ0,ψ0), es
decir, el punto de máxima eficiencia
La Velocidad Específica de la
bomba se usa para identificar la
operación de una bomba en sus
condiciones óptimas (punto de
máxima eficiencia) y es útil para la
selección preliminar de la bomba
(tipo de álabes o turbomáquina a
utilizar) (Ver Figura, Çengel, 2007)
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Cavitación en Bombas Centrífugas
Semestre Único 2013
Cavitación en BC
NPSH
Diseño de la Aspiración
Fenómenos Transitorios en BC
Golpe de Ariete
Sistemas de Control del Golpe de Ariete
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Existen fenómenos afectantes del rendimiento de una Bomba Centrífuga. Pueden
ocurrir fenómenos permanentes (cavitación) o transitorios. Durante la entrada del flujo
en el rodete de una bomba se produce una aceleración que, cuando la presión es
suficientemente baja, genera la formación de burbujas de vapor. Esto tiene dos
efectos sobre el funcionamiento de la bomba. En primer lugar, la cavitación erosiona
el rodete y, con el tiempo, lleva a su destrucción. En segundo lugar, cuando la
cavitación es fuerte disminuye la altura de elevación.
Para evitar la cavitación, hace falta mantener una presión suficiente, por encima de la
presión de vapor, en la entrada de la bomba
*Efecto de la cavitación sobre la curva característica
de la bomba H(Q) (Marigorta et al, 1994) *Efecto de la cavitación sobre el rodete de la bomba
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Carga de Aspiración Neta Positiva (NPSH)
Semestre Único 2013
Cavitación en BC
NPSH
Diseño de la Aspiración
Fenómenos Transitorios en BC
Golpe de Ariete
Sistemas de Control del Golpe de Ariete
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
El valor de carga neta requerido para evitar la cavitación es calculado por el fabricante
para diferentes valores de caudal y se denomina Carga de Aspiración Neta Positiva
requerida (NPSH). Analógamente, la Carga de Aspiración Neta Positiva disponible
del sistema es propia de cada arreglo de tuberías y/o sistema de bombeo y debe tener
un valor tal que sea superior al NPSH requerido
NPSH requerido : Experimental (Fabricante)
g
TP
g
V
g
PNPSH
fluidov
succionbombaladeentrada
d
@
2/
2
NPSHd > NPSHr : Sin cavitación
A una temperatura determinada, puede estimarse un valor máximo de caudal a partir
del cual las pérdidas de carga sean tales que la cavitación sea inevitable
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Cavitación en BC
NPSH
Diseño de la Aspiración
Fenómenos Transitorios en BC
Golpe de Ariete
Sistemas de Control del Golpe de Ariete
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
De acuerdo a la relación de NPSHd > NPSHr puede observarse que, aparte del factor
de la temperatura del fluido, los factores afectantes de la cavitación se encuentran en
la entrada de la bomba, es decir en la tubería de aspiración. Una aspiración mal
diseñada provoca que la bomba cavite. De igual forma, si la tubería de aspiración no
está completamente llena de líquido, puede ocurrir cavitación, siendo necesario un
procedimiento de Cebado (rellenar de líquido la tubería de aspiración) para poner en
marcha la bomba
El NPSHr también puede seguir las Leyes de Similitud para una familia de bombas
centrífugas
*Ejemplo de curvas características
NPSHr para una familia de bombas con
igual carcasa pero diferente diámetro
de rotor (Marigorta et al, 1994)
Carga de Aspiración Neta Positiva (NPSH)
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Cavitación en BC
NPSH
Diseño de la Aspiración
Fenómenos Transitorios en BC
Golpe de Ariete
Sistemas de Control del Golpe de Ariete
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Para incrementar el valor de NPSHd en la tubería de aspiración es necesario
considerar los siguientes factores
Diseño de la Tubería de Aspiración/Succión
Cota piezométrica: Es conveniente situar la bomba
lo más cerca posible del nivel de aspiración. Lo ideal
es que esté inclusive por debajo del nivel de fluido del
reservorio
Pérdidas de Carga: Deben minimizarse las pérdidas
de carga en la aspiración (colocar la menor cantidad
de accesorios y/o menor longitud de tramos de
tuberías) con el objetivo de maximizar la presión a la
entrada de la bomba
Cebado: La bomba debe ser autocebante o
contemplar un mecanismo de cebado
*Mecanismo de cebado para una BC
(Marigorta et al, 1994)
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Cavitación en BC
NPSH
Diseño de la Aspiración
Fenómenos Transitorios en BC
Golpe de Ariete
Sistemas de Control del Golpe de Ariete
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Fenómenos Transitorios en Bombas Centrífugas
Además de la cavitación, otros problemas de gran magnitud en los sistemas de bombeo
son los ocasionados por fenómenos no estacionarios o transitorios.
La capacidad de una red de tuberías para soportar los fenómenos transitorios depende
de la magnitud del sistema y la capacidad de las tuberías para soportar sobrepresiones
sin fallar
Los fenómenos transitorios pueden contemplar cambios lentos o rápidos (velocidad de
respuesta del sistema). A los cambios lentos se les denomina Oscilación en Masa y a
los cambios rápidos se les denomina Golpe de Ariete
•Causas de los Fenómenos Transitorios:
Maniobra de Válvulas (Apertura o Cierre)
Parada o arranque de bombas o turbinas
Funcionamiento de válvulas Check, de admisión o escape de aire (…)
Ruptura de tuberías
Llenado o vaciado de las tuberías
Aire atrapado en las tuberías
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Cavitación en BC
NPSH
Diseño de la Aspiración
Fenómenos Transitorios en BC
Golpe de Ariete
Sistemas de Control del Golpe de Ariete
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Golpe de Ariete
En los fenómenos transitorios, como es el caso del golpe de ariete, no se tiene en
cuenta la compresibilidad del fluido ni la elasticidad de las tuberías, se considera al
fluido como un cuerpo rígido
Considere p.ej. El sistema de la siguiente figura. Un cierre parcial de la válvula que
reduzca instantáneamente la velocidad en ΔV viene acompañado de un incremento de
presión antes de la válvula ΔH (el cambio de energía cinética se transforma en cambio
de energía de presión)
Generalidades y Fundamentos de los Sistemas de Bombeo Facultad de Ingeniería - UC 19 Semestre Único 2013
Cavitación en BC
NPSH
Diseño de la Aspiración
Fenómenos Transitorios en BC
Golpe de Ariete
Sistemas de Control del Golpe de Ariete
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Golpe de Ariete
Esta sobrepresión antes de la válvula (ΔH) se traslada aguas arriba del sistema a la
velocidad del sonido (a) en forma de oscilación u onda, comprimiendo el fluido y
expandiendo la tubería. Suponiendo a estos dos efectos despreciables, la sobrepresión
y el cambio en la energía cinética se traducen en una fuerza resultante neta externa
sobre el sistema (por conservación de la cantidad de movimiento)
Puede compararse el cierre brusco de una válvula con intentar parar un tren expreso
contra una roca del tamaño de un buque
),(*
mónsobrepresig
aVH
ΔV: Cambio de velocidad del flujo
a: Velocidad del sonido
Inclusive pequeñas variaciones de
velocidad pueden provocar grandes
sobrepresiones
Generalidades y Fundamentos de los Sistemas de Bombeo Facultad de Ingeniería - UC 20 Semestre Único 2013
Cavitación en BC
NPSH
Diseño de la Aspiración
Fenómenos Transitorios en BC
Golpe de Ariete
Sistemas de Control del Golpe de Ariete
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Sistemas de Control del Golpe de Ariete
Para la reducción del golpe de ariete, se tienen básicamente dos posibilidades:
•Actuar sobre la fuente que produce la perturbación/oscilación:
Aumentar los tiempos de apertura y cierre de las válvulas
Incrementar la inercia de las bombas (acoplar un volante de inercia al
motor de la bomba)
•Reducir la perturbación/oscilación una vez que se ha
producido:
Utilizar válvulas de descarga (descarga directa al exterior o
by-pass)
Utilizar chimeneas de equilibrio
Utilizar acumuladores o depósitos de aire (en sustitución de
las chimeneas de equilibrio cuando la presión es de gran
magnitud)
Utilizar válvulas de admisión de aire
*By-pass
*Chimenea de equilibrio
*Pulmón o depósito de aire
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Selección de Bombas Centrífugas
Semestre Único 2013
Selección en Diseño
Factores influyentes en la selección
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Una vez definida y caracterizada la red de tuberías a emplear, la selección de la
turbomáquina motora contempla los siguientes pasos
1. Conocer la altura de elevación (Hbomba), el caudal de operación (Q) y las
propiedades del fluido a bombear (Temperatura T, densidad ρ)
2. Calcular la Carga de Aspiración Neta Positiva (NPSH) disponible del sistema
g
TP
g
V
g
PNPSH
fluidov
succionbombaladeentrada
d
@
2/
2
Para una estación de bombeo típica, considere el siguiente
esquema (Ver figura) y aplique la Ec. De la Energía en una
línea de corriente entre el reservorio y la entrada de la bomba
sLssss hz
g
V
g
Pz
g
V
g
P 1,
2
1
2
111
22
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Selección de Bombas Centrífugas
Semestre Único 2013
Selección en Diseño
Factores influyentes en la selección
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Sustituyendo el valor de Ps en la ecuación de NPSH se obtiene
g
P
g
Vhz
g
Vz
g
V
g
PNPSH
TfluidovssLs
ssd
@2
1,
2
1
2
111
222
g
Vhzz
g
PPNPSH ss
sresLsres
Tfluidovres
d2
12
,
@
3. Calcular la Velocidad Específica de la Turbomáquina Motora a emplear.
Considerar para el cálculo de la velocidad específica a Q0 y H0 como los
valores de carga y caudal de la bomba, debido a que se asume que la bomba
trabajará a máxima eficiencia. Considerar de la misma manera una velocidad
de giro comercial (900, 1200, 1800, 3600 RPM en rad/s)
4/3
0
2/1
0
gH
QN s
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Selección de Bombas Centrífugas
Semestre Único 2013
Selección en Diseño
Factores influyentes en la selección
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
4. Seleccionar el tipo de turbomáquina motora a emplear según la gráfica de
velocidad específica y notar su eficiencia máxima respectiva
5. Con un catálogo de bombas, indague el diámetro correspondiente al tipo de
turbomáquina seleccionada, que presente la eficiencia máxima calculada
Generalidades y Fundamentos de los Sistemas de Bombeo Facultad de Ingeniería - UC 24
Selección de Bombas Centrífugas
Semestre Único 2013
Selección en Diseño
Factores influyentes en la selección
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
*Catálogo de
Bombas On-
Line Goulds
Pumps
(PSS,
Goulds
Pumps,
2013)
Generalidades y Fundamentos de los Sistemas de Bombeo Facultad de Ingeniería - UC 25
Selección de Bombas Centrífugas
Semestre Único 2013
Selección en Diseño
Factores influyentes en la selección
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
6. Para la bomba seleccionada, verifique que el NPSHr del fabricante sea inferior
al valor de NPSHd del sistema a las condiciones de carga y caudal
especificadas
NPSHd > NPSHr : Sin cavitación
7. En caso de que exista riesgo de cavitación, si desea conservar la misma
bomba seleccionada, deberá operar en una eficiencia menor (considere que
no siempre resulta rentable elegir una bomba con operación en baja eficiencia
debido a posibles futuras ampliaciones del sistema e incremento de la
demanda). Caso contrario puede seleccionar un nuevo modelo de bomba con
diferente diámetro de impulsor. En última instancia, si el sistema lo permite,
puede rediseñar el tramo de aspiración/succión para incrementar la NPSHd y
eliminar el riesgo de cavitación
Generalidades y Fundamentos de los Sistemas de Bombeo Facultad de Ingeniería - UC 26
Selección de Bombas Centrífugas: Factores influyentes en la selección (Marigorta et al, 1994)
Semestre Único 2013
Selección en Diseño
Factores influyentes en la selección
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Además del caudal y la altura ó carga de la bomba, algunas características que
influyen en la elección de la bomba son:
• La posición de la bomba (afecta el NPSHd y el cebado)
Generalidades y Fundamentos de los Sistemas de Bombeo Facultad de Ingeniería - UC 27
Selección de Bombas Centrífugas: Factores influyentes en la selección (Marigorta et al, 1994)
Semestre Único 2013
Selección en Diseño
Factores influyentes en la selección
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Además del caudal y la altura ó carga de la bomba, algunas características que
influyen en la elección de la bomba son:
• El diámetro de las tuberías (determina las pérdidas de carga y por tanto, el
punto de operación)
• El número y disposición (serie o paralelo) de las bombas
*Curvas características para tres (3)
bombas en serie
*Curvas características para tres (3)
bombas en paralelo
Generalidades y Fundamentos de los Sistemas de Bombeo Facultad de Ingeniería - UC 28
Selección de Bombas Centrífugas: Factores influyentes en la selección (Marigorta et al, 1994)
Semestre Único 2013
Selección en Diseño
Factores influyentes en la selección
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Además del caudal y la altura ó carga de la bomba, algunas características que
influyen en la elección de la bomba son:
• Bombeo de líquidos viscosos (afecta al Número de Reynolds y por ende a las
pérdidas de carga y al punto de operación)
• Bombeo de pastas o líquidos con sólidos en suspensión (requiere rodetes
especiales, afecta la densidad del fluido) o de líquidos corrosivos (requiere
materiales o recubrimientos especiales)
*Bomba centrífuga para bombeo de
líquidos con sólidos en suspensión
(diseño más robusto)
Generalidades y Fundamentos de los Sistemas de Bombeo Facultad de Ingeniería - UC 29
Esquema Típico de una Estación de Bombeo
Semestre Único 2013
Esquema Típico de una Estación de Bombeo
Instalaciones Civiles: Tanque a Tanque
Instalaciones Civiles: Hidroneumáticos
Instalaciones Civiles: Evacuación de Aguas Servidas
Sistemas Contra Incendios
Bombas de Condensado
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Adicionalmente a la técnica de
válvula en by-pass para la
prevención del golpe de
ariete, en una estación de
bombeo típica se instalan dos
(2) bombas en paralelo de
operación no simultánea para
prevenir paradas operativas
durante labores de
mantenimiento
Generalidades y Fundamentos de los Sistemas de Bombeo Facultad de Ingeniería - UC 30
Esquema Típico de una Estación de Bombeo
Semestre Único 2013
Esquema Típico de una Estación de Bombeo
Instalaciones Civiles: Tanque a Tanque
Instalaciones Civiles: Hidroneumáticos
Instalaciones Civiles: Evacuación de Aguas Servidas
Sistemas Contra Incendios
Bombas de Condensado
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Pozo o cámara
de succión
2. Tubería de succión (incluye
filtro/canastilla con válvula de pie)
3. Válvula de Compuerta
4. Reducción excéntrica
5. Bomba
6. Expansión excéntrica
7. Válvula de Retención
8. Válvula de Compuerta
9. Tubería de Impulsión (descarga)
10. Tubería de limpieza
11. Tablero de control
Generalidades y Fundamentos de los Sistemas de Bombeo Facultad de Ingeniería - UC 31
Instalaciones Civiles: Tanque a Tanque
Semestre Único 2013
Esquema Típico de una Estación de Bombeo
Instalaciones Civiles: Tanque a Tanque
Instalaciones Civiles: Hidroneumáticos
Instalaciones Civiles: Evacuación de Aguas Servidas
Sistemas Contra Incendios
Bombas de Condensado
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
En este sistema de bombeo
propio de algunos edificios, se
dispone de un tanque inferior
o subterráneo donde se
almacena el agua que llega
del abastecimiento público y
se bombea hasta un tanque
aéreo (con flotante) desde
donde se distribuye a la red
de tuberías que deriva en
cada apartamento,
suministrando el agua por
gravedad (Bombagua, 2011)
Generalidades y Fundamentos de los Sistemas de Bombeo Facultad de Ingeniería - UC 32
Instalaciones Civiles: Hidroneumáticos
Semestre Único 2013
Esquema Típico de una Estación de Bombeo
Instalaciones Civiles: Tanque a Tanque
Instalaciones Civiles: Hidroneumáticos
Instalaciones Civiles: Evacuación de Aguas Servidas
Sistemas Contra Incendios
Bombas de Condensado
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Los hidroneumáticos se basan en el
principio de compresibilidad o
elasticidad del aire cuando es sometido
a presión. Se incorporan presostatos y
electrodos al tanque de presión hacia
donde se bombea agua desde el
tanque subterráneo de suministro
público. Los electrodos o sensores se
utilizan para medir el nivel de agua en
el tanque, mientras que los presostatos
miden la presión de aire dentro del
mismo, la cual (con la ayuda de un
compresor adicional) debe ser tal que
en el valor de nivel alto satisfaga con
cierto factor de seguridad el punto de
demanda más exigente (camino crítico)
del sistema/red (Bombagua, 2011)
Generalidades y Fundamentos de los Sistemas de Bombeo Facultad de Ingeniería - UC 33
Instalaciones Civiles: Evacuación de Aguas Servidas
Semestre Único 2013
Esquema Típico de una Estación de Bombeo
Instalaciones Civiles: Tanque a Tanque
Instalaciones Civiles: Hidroneumáticos
Instalaciones Civiles: Evacuación de Aguas Servidas
Sistemas Contra Incendios
Bombas de Condensado
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Algunas veces es necesario evacuar las aguas servidas hacia redes de aguas negras a
diferentes elevaciones (pozos de recolección u otras redes). Adicionalmente, algunas veces
parte de las aguas servidas son descargadas fuera del sistema de recolección hacia efluentes.
En estos casos se emplean bombas sumergidas para realizar el trabajo. La NPSHd del sistema
siempre será mayor a la requerida, obviando el riesgo de cavitación (Bombagua, 2011)
Generalidades y Fundamentos de los Sistemas de Bombeo Facultad de Ingeniería - UC 34
Instalaciones Civiles: Sistemas contra Incendios
Semestre Único 2013
Esquema Típico de una Estación de Bombeo
Instalaciones Civiles: Tanque a Tanque
Instalaciones Civiles: Hidroneumáticos
Instalaciones Civiles: Evacuación de Aguas Servidas
Sistemas Contra Incendios
Bombas de Condensado
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Los sistemas de extinción de incendios constituyen generalmente un desafío en el diseño de
los sistemas de bombeo. El sistema de bombeo debe ser tal que satisfaga un caudal
requerido para garantizar la extinción del incendio de una edificación de dimensiones
arbitrarias en un tiempo determinado (caudales elevados). A pesar de la magnitud de los
caudales manejados, la carga manejada por las bombas no es tan alta y debe satisfacer
únicamente los requerimientos de la red de tuberías contra incendio. En Venezuela el diseño
de estos sistemas está normalizado bajo las normas COVENIN (Bombagua, 2011)
Generalidades y Fundamentos de los Sistemas de Bombeo Facultad de Ingeniería - UC 35
Bombas de Condensado
Semestre Único 2013
Esquema Típico de una Estación de Bombeo
Instalaciones Civiles: Tanque a Tanque
Instalaciones Civiles: Hidroneumáticos
Instalaciones Civiles: Evacuación de Aguas Servidas
Sistemas Contra Incendios
Bombas de Condensado
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Generación Eléctrica: Bombas de Condensado
Generalidades y Fundamentos de los Sistemas de Bombeo Facultad de Ingeniería - UC 36
Bombas de Condensado
Semestre Único 2013
Esquema Típico de una Estación de Bombeo
Instalaciones Civiles: Tanque a Tanque
Instalaciones Civiles: Hidroneumáticos
Instalaciones Civiles: Evacuación de Aguas Servidas
Sistemas Contra Incendios
Bombas de Condensado
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Generación Eléctrica: Bombas de Condensado (Marigorta et al, 1994)
El diseño de bombas de condensado para Ciclos de
generación Rankine es otro de los grandes desafíos en
el diseño de Sistemas de Bombeo debido a que la
bomba debe aspirar agua contenida en un depósito y
procedente de la condensación (condensador). La
presión en el depósito será la presión de vapor del
agua Pv o muy próxima a ella. La expresión para el
NPSHd del sistema será únicamente:
sresLsresd hzzNPSH ,
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Bombas de Condensado
Semestre Único 2013
Esquema Típico de una Estación de Bombeo
Instalaciones Civiles: Tanque a Tanque
Instalaciones Civiles: Hidroneumáticos
Instalaciones Civiles: Evacuación de Aguas Servidas
Sistemas Contra Incendios
Bombas de Condensado
Fundamentos de Operación de Bombas
Centrífugas
Fenómenos de Cavitación y Transitorios
Selección de BC
Instalaciones Típicas
Generación Eléctrica: Bombas de Condensado (Marigorta et al, 1994)
La única manera de evitar la cavitación en este tipo de
bombas es colocar el depósito por encima del nivel de
la bomba. Aún así, las pérdidas disminuyen el valor de
NPSHd, razón por la cual la bomba se diseña para el
valor máximo de pérdidas (máximo valor de caudal o
máxima producción de condensado)
Sin embargo, cuando el nivel de condensado
disminuye, también lo hace zres-zs, por tanto vuelve a
producirse la cavitación. Estas bombas cuentan con
sistemas de regulación automáticos que modifican la
curva característica de la bomba según el valor de
caudal; son bombas que están constantemente en
riesgo de cavitación y presentan desgastes y ruido
excesivos, así como condiciones de falla extremas