Bombas y Práctica de Equipos de Bombeo

BombasUna bomba es una máquina hidráulica generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud.

Tornillo de Arquímedes

Clasificación

1. La que toma en consideración la características de movimiento de los líquidos.

2. La que se basa en el tipo de aplicación especifica para los cuales se ha diseñado la bomba.

Las bombas se clasifican según las consideraciones generales diferentes:

Clases y tipos Hay tres clases de bombas en uso común del presente:

Estos términos se aplican solamente a la mecánica del movimiento de líquido y no al servicio para el que se a diseñado una bomba.

• Centrífuga• Rotatoria • Reciprocante

Bombas Centrífugas

Es un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor rotatorio llamado rodete en energía cinética y potencial requeridas. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo conduce hacia las tubuladuras de salida o hacia el siguiente rodete (siguiente etapa).

Las bombas centrífugas existen para varias aplicaciones. Su aplicación es para bombeo directo en sistemas de riego, sistemas contra incendios, cascadas o fuentes, torres de enfriamiento, recirculación, y en el caso de necesidad de presión esta misma se puede utilizar en pozos poco profundos de hasta 25 pies.

Constituyen no menos del 80% de la producción mundial de bombas, porque es la más adecuada para manejar más cantidad de líquido que la bomba de desplazamiento positivo.

Bombas Jet

• Estas Bombas son una combinación de centrífuga y un impulsor lo cual la convierte en “jet”. El resultado que da la misma es una bomba de bajo caudal de agua así como una alta presión, Son bombas ideales para uso doméstico, residencial y granjas.

Bombas Sumergibles• Estas bombas están conformadas

por el motor y la bomba con la diferencia que contienen varios impulsores lo cual las diferencia de las bombas tipo jet, a la vez son bombas multietapas y sus impulsores pueden ser de bronce, poli carbonato y acero inoxidable. Se instalan principalmente en pozos mecánicos y artesanos, pero también pueden instalarse en otras fuentes de agua para bombear hacia tanques elevados, subterráneos ó hacia la red de abastecimiento en conjunto con tanques Hidroneumáticos.

• Se consideran unidades de desplazamiento positivo

• En lugar de "aventar" el liquido como en una bomba centrifuga, una bomba rotatoria lo atrapa, lo empuja contra la caja fija en forma muy similar a como lo hace el pistón de una bomba reciprocante.

Bombas Rotatorias

• A diferencia de una bomba de pistón, la bomba rotatoria descarga un flujo continuo.

• Se les considera como bombas para líquidos viscosos, las bombas rotatorias no se limitan a este servicio sólo.

• Pueden manejar casi cualquier liquido que esté libre de sólidos abrasivos. Incluso puede existir la presencia de sólidos duros enel liquido.

Bombas ReciprocantesLas bombas reciprocantes son unidades de desplazamiento positivo descargan una cantidad definida de liquido durante el movimiento del pistón o émbolo a través de la distancia de carrera. Sin embargo, no todo el líquido llega necesariamente al tubo de descarga debido a escapes o arreglo de pasos de alivio que puedan evitarlo. Despreciando éstos, el volumen del líquido desplazado en una carrera del pistón o émbolo es igual al producto del área del pistón por la longitud de la carrera.

Una bomba de manera sencilla es una máquina que nos sirve para elevar agua de un lugar a otro.

En la práctica necesitamos dos informaciones básicas para la selección de una bomba:El caudal y la altura total o la presion necesaria en un punto determinado.

Práctica de Equipos de Bombeo

Altura

(PIES)

Cantidad de agua suministrada ( G P M)

La representación gráfica del funcionamiento de una bomba

Se realiza a través de lo que llamamos Curva de la bomba.

TDH

Caudal

Conceptos Basicos de Hidraulica:

•Flujo•Friccion•Presion

La definición técnica de caudal o flujo es el resultado de la multiplicacion del Area x velocidad. Es expresado en unidades de volumen entre tiempo. Es decir m3/seg, lts/min, lts/seg, gal/min como las mas comunes.Q = A x VPara nuestro interés, es la cantidad de agua que fluye por un tubo, en una unidad de tiempo.

CAUDAL O FLUJO

PÉRDIDAS POR FRICCIÓN:

Es el calor producido por dos superficies que se frotan, en nuestro caso el agua a través de la tubería pierde altura debido a la fricción, esta pérdida depende de:- Diámetro de la tubería- Largo de la tubería- El estado de la tubería- El volumen de la corriente de agua (GPM)- La velocidad del agua en el tubo

Es el resultado de la aplicacion de una fuerza sobre una unidad de area. P= F/A. Es medida en unidades de fuerza sobre una unidad de area (Kg/cm2 , Lb/in2 , etc).En muchas ocasiones, sobre todo en aplicaciones de bombas, la presion es indicada en “metros de columna de agua”.El concepto de presion, medido en metros de columna de agua, es mas facil de explicar si analizamos el siguiente grafico.

PRESIÓN

10 mts.

1 m.1 cm.

Tratemos de calcular la Presion, de acuerdo a la formula (P=F/A), para estos cilindros.Sabemos que el agua pesa 1 Kg/lto.

Para el cilindro grande, la formula aplicaria de la siguiente manera: V = 1 m3 = 1000 lts.

P= Fuerza (vol x p.e.) = 10,000 lts x 1 kg/lto) = 10,000kg Area (l x l) = 100 cm x 100 cm = 10,000 cm2Haciendo la respectiva simplificacion nos queda que para el cilindro grande la presion en la base es:

P=1 kg/cm2

Ahora bien, para el cilindro mas pequenio, la formula aplicaria como sigue:

P= Fuerza (vol x p.e.) = 1 lto x 1 kg/lto = 1 Kg Area (l x l) 1cm x 1 cm =1cm2

P = 1kg / cm2

En ambos casos, la presion es la misma, no importa el peso total del cilindro de agua.

De lo anterior podemos concluir que lo que realmente ejerce presion sobre cada centimetro de agua del cilindro, es la alturade la columna de agua.Por esto podemos concluir que la presion puede ser expresada En “metros de columna de agua”, medida que es muy practicaEn cuestiones de bombeo. 1 mto de columna de agua (mca), esequivalente entonces a 0.1 kg/cm2.Otra equivalencia muy util en bombeo es 1mca = 1.42 psi.

Lo que es lo mismo: 1 PSI = 2.31 pies de agua

Las bombas Centrifugas utilizan la presión producida por la atmosferas para hacer que el agua corra hacia la bomba.

La presion atmosferica al nivel del mar equivale a 14.7 PSI =33.9 PIES

En un mundo perfecto, la mayor distancia a la que se alza el agua con una bomba centrífuga es 33.9 pies.

La presión Atmosférica disminuye con la altura, 1 PSI por cada 2000 pies.

- Cantidad de Agua que necesita. (GPM)

- Desde que lugar piensa tomar el agua. (PROFUNDIDAD)

- Qué presión necesita en el punto mas alto. (PSI)

- Hasta donde piensa llevar el agua. (ALTURA)

Tenemos la necesidad de seleccionar una bomba de agua, ya hemos visto como representamos graficamente el funcionamiento de una bomba (un conjunto de curvas), estos son los datos que necesitamos:

P

H 1

H 2

UBICACION BOMBA

CISTERNA

PRESION DE TRABAJO

L

TDH = P + H1 + H2 + PRESION DE TRABAJO + PERDIDAS POR FRICCIONTDH, del termino en ingles TOTAL DYNAMIC HEAD (ALTURA DINAMICA TOTAL)

-¿Cuántos BAÑOS tiene la edificación?

-¿Cuántas COCINAS tiene la edificación?

-¿Cuántos LAVADEROS tiene la edificación?

-¿Cuántos JACCUZI tiene la edificación?

-¿Cuántas LLAVES DE JARDÍN tiene la edificación?

-¿Cuántos REGUILETES tiene el jardín?

- Cantidad de Agua que necesita. (GPM)

Otros Datos importantes:-Factor de uso-Factor de Seguridad-Presión Mínima de operación-Presión Máxima de operación-Pérdidas por Fricción

FACTOR DE USO

- Cantidad de Niveles:

- Cantidad de Baños:

2

3.5

- Cantidad de Cocinas: 2

- Cantidad de Lavaderos:

Accesorios

1

- Cantidad Mangueras:

3

2

2

22

Total

10.5

4

2

4

Total: 20.5- Factor de uso: 0.60

- Factor de Seguridad: 20% 20.5 x 0.60 x 1.20 = 14.76 GPM

Ejemplo: Seleccionar una BOMBA para una residencia:

Calculo practico del CAUDAL:

- Cantidad de Niveles:

- Altura por Nivel:2

2.7 x 2 x 3.28 = 17.71 pies- Profundidad de la Cisterna:

2.7Mts

- Presión necesaria en último nivel: 20 PSI 20 X 2.31 = 46.20 pies

- Altura mínima que debe alcanzar la bomba: 17.71 + 8.00 + 46.20 = 71.91 pies

8.00 pies

Calculo practico del TDH (ALTURA DINAMICA TOTAL):

CARACTERISTICAS DE LA BOMBA A SELECCIONAR:

- Capaz de entregar 14.76 GPM a una altura de 71.91 PIES

- Capaz de alcanzar: 71.96 + 46.20 =118.16 PIES = 51.12 PSI

71.91 / 2.31 = 31.12 PSI

Ahora, teniendo esta informacion elegimos la bomba que nos ofrezca el mercado que contenga estos puntos en la parte mas eficiente de la curva.

Eficiencia

Funcionamiento de la Bomba

Caudal (GPM)

TDH

(Altu

ra D

inam

ica

Tota

l) (P

ies) Capacidad del Motor

14.76

71.91

118.16

6.85

Eficiencia

Funcionamiento de la Bomba

Caudal (GPM)

TDH

(Altu

ra D

inam

ica

Tota

l) (P

ies) Capacidad del Motor

14.76

71.91

118.16

6.85

NOTA: 1

Si hacemos que la bomba trabaje a partir de este punto, entregando cada vez mayor cantidad de agua y cada vez menos presion el motor se sobrecargara.

NOTA: 1

En el anterior ejemplo, no hemos tomado en cuenta las perdidas por friccion, generalmente para estos volumenes de agua las mismas no suelen ser considerables, posiblemente 5 psi en el peor de los casos.

En edificios de apartamentos, donde la bomba se ha colocado a una distancia mayor de 30 mts. de la distribucion del agua, seleccionar una tuberia con diametro insuficiente puede llevarnos a necesitar una bomba de mayor capacidad de la necesaria para poder compensar la cantidad de presion que se necesita para suplir la demanda.

Calculamos entonces las perdidas usando datos tabulados:

PERDIDAS POR FRICCION POR CADA 100 PIES DE TUBERIA DEPENDIENDO DEL DIAMETRO DE LA TUBERIA Y EL VOLUMEN DE AGUA QUE FLUYE ATRAVES DE LA MISMA.

DATOS TABULADOS SOBRE PERDIDAS POR FRICCION EN TUBERIAS DE ACERO, COBRE Y PLASTICO

DATOS TABULADOS SOBRE PERDIDAS POR FRICCION EN TUBERIAS DE ACERO, COBRE Y PLASTICO

DATOS TABULADOS SOBRE PERDIDAS POR FRICCION PRODUCIDOS POR LOS ACCESORIOS QUE USAMOS EN LAS TUBERIAS: CODOS, VALVULAS, CHEQUES ENTRE OTROS.

El dato mas critico al seleccionar bombas de grandes caudales es el NPSH, por sus siglas en ingles: NET POSITIVE SUCTION HEAD es la altura hacia la cual a una bomba puede fluir el agua por efecto de la presion atmosferica, informacion que tambien encontraremos en las CURVAS DE FUNCIONAMIENTO DE UNA BOMBA.

Cada bomba, por su diseno tiene para cada punto de operacion un NPSH requerido, Como determinamos entonces si determinada bomba puede succionar agua desde un punto determinado?

Buscamos la PRESION ATMOSFERICA en ese punto, le restamos la profundidad a la que se encuentra la superficie del agua con relacion a la bomba y le restamos LAS PERDIDAS POR FRICCION que tenemos en la tuberia de succion, si esta resta es mayor que el NPSH requerido de la bomba, entonces a la bomba le subira el agua hasta el impeller y esta podra bombearla.

Luego de haber seleccionado la bomba que suple las necesidades del cliente, es necesario seleccionar el tanque de presión adecuado para automatizar el Sistema.

Podemos elegir entre los TANQUES HIDRONEUMÁTICOS y los TANQUES PRESURIZADOS.

TANQUES PRESURIZADOS: aquellos en los cuales el agua y el aire se encuentranseparados por un DIAFRAGMA, son más eficientes y ocupan mucho menos espacio.

TANQUES HIDRONEUMÁTICOS: aquellos en los cuales agua y aire se mezclan.

El TANQUE DE PRESIÓN debe ser capaz de entregarnos, antes de que la bombavuelva a arrancar , por lo menos la misma cantidad de agua que nos suministra lala bomba en un minuto, esto nos garantiza un ahorro de energía y descanso parala bomba. En caso de riego de jardines es preferible que se mantenga encendida.

De esta manera podemos seleccionar de manera confiable la mayoria de las bombas centrifugas para las edificaciones residenciales, industriales y sistemas de riego.

Para las bombas sumergibles tomaremos en cuenta otros datos importantes:

-Cantidad de agua que produce el pozo.- Nivel donde se estabiliza el agua cuando la bomba esta funcionando.- Distancia minima a que debe colocarse la bomba con relacion al fondo del pozo.

DATOS A TOMAR EN CUENTA EN EL MOMENTO DE SELECCIONAR UNA BOMBA SUMERGIBLE.

Gracias por su atención!