Bomba sumergibles

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Teoria Bombas sumergibles

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Bomba sumergibles

  1. 1. Bombas SumergiblesI. INTRODUCCION. El propósito de un cárcamo de bombeo es el de recibir, almacenartemporalmente si esto es requerido y enviar las aguas residuales a través de unsistema de drenaje o hacia una planta de tratamiento. Los tipos mas conocidos son los cárcamos secos y los cárcamos húmedos, losprimeros fueron utilizados en Estados Unidos y utilizaban un cárcamo para colectarlas aguas negras y otro cárcamo para la instalación del equipo de bombeo (las bombasque son capaces de bombear sólidos requieren un elevado NPSH, por lo que se instalansiempre en succión positiva), los cárcamos húmedos son ampliamente utilizados enEuropa que es donde tienen su origen las bombas sumergibles, un cárcamo húmedotiene las funciones de colectar las aguas residuales y alojar al equipo de bombeo, elcual es capaz de operar completamente sumergido en el líquido que se estabombeando. La aplicación más común para bombas sumergibles pequeñas es en el desalojode agua residual de tanques sépticos, las unidades de mayor tamaño son utilizadas enuna amplia variedad de instalaciones en edificios comerciales, escuelas, unidadeshabitacionales, plantas industriales y sistemas municipales de colección de aguaresidual y de lluvia.Ventajas del uso de bombas sumergibles en cárcamos húmedos contra bombas encárcamos secos.• La necesidad de un solo cárcamo para colectar las aguas negras y alojar el equipo de bombeo reduce los costos de excavación y elimina la necesidad de construir sobre el nivel del piso.• Las bombas sumergibles están diseñadas para operar bajo el líquido que se esta bombeando lo cual elimina los problemas de inundación en el cuarto de máquinas.• Los sistemas de izaje permiten al personal de mantenimiento remover, inspeccionar y dar servicio, a la bomba (o bombas) sin tener que entrar al cárcamo. Lo anterior reduce el riesgo de accidentes durante el servicio. 1
  2. 2. Bombas Sumergibles• Los controles pueden ser instalados directamente sobre la estación de bombeo o en un lugar remoto.• El ruido emitido al operar los equipos es mínimo pues al estar los cárcamos a nivel del piso y las bombas bajo él liquido que se esta bombeando el ruido es casi imperceptible.• Se eliminan los problemas por atascamiento en tubería de succión pues en las bombas sumergibles no se requiere.• Una bomba sumergible es una unidad compacta, debido a que el motor eléctrico y la bomba están directamente acoplados eliminándose problemas por desalineamiento, tan comunes en bombas que utilizan largas flechas de acoplamiento.Componentes de una estación de bombeo de aguas residuales.Bombas Sumergibles; Tienen la función de mantener un nivel de agua dentro delcárcamo desalojando el agua que ahí se colecta. Estas bombas deben ser propiamentedimensionadas conocidas las condiciones de operación, es decir flujo de agua amanejar (gasto) y punto de descarga (CDT).Tablero de Control; Tiene la función de controlar el arranque, paro, alternado ysimultaneado del equipo de bombeo de acuerdo a los niveles dentro del cárcamo, sirvetambién como medio de protección e interface con el operario.Controles de Nivel; Más comúnmente conocidos como “peras”, son los responsables deenviar señales de arranque, paro, alternado y simultáneo hacia el tablero de control.Caja de Válvulas; Dentro de esta se alojan las válvulas check y de compuerta paratener un acceso fácil para revisión y mantenimiento.Pluma; Puede instalarse fijamente en la parte superior del cárcamo para remover demanera fácil y rápida los equipos de bombeo para revisión y mantenimiento.II. Partes Constitutivas de una Bomba Sumergible. 2
  3. 3. Bombas Sumergibles Sólo se indican las partes que hacen la diferencia entre las bombassumergibles y las horizontales.Sello de Resina Epóxica; Adicionalmente al cable submarino y los “O” rings se utilizaun sello de resina epóxica el cual evita la entrada de agua hacia la unidad motriz(motor eléctrico) aun cuando los cables fueran seccionados. Una bomba sumergible opera siempre bajo el líquido que se esta bombeando,por lo que a simple vista no podemos determinar si la bomba trabaja adecuadamente,debido a esto nuestros modelos de la serie L incorporan dispositivos deautoprotección, los cuales son:Sensores Térmicos; mediante sensores térmicos se impide un sobrecalentamientoinadmisible del embobinado del motor. El sobrecalentamiento puede ser consecuenciadel atascamiento del impulsor o debido a condiciones anormales el suministro deenergía eléctrica.Sensores de Humedad; los sensores de humedad se encuentran instalados en lacámara de aceite y son dispositivos que nos sirven para detectar la presencia de aguadebida a falla o desgaste del sello mecánico inferior. Cuando este sensor es activadose envía una señal eléctrica hacia el tablero de control el cual nos indicara la fallamediante una luz esto para que se tenga presente que ese sello debe ser cambiado loantes posible.Pintura Epóxica; Todos nuestros equipos de bombeo tienen un recubrimiento final depintura epóxica.Cámara de Aceite; Su función es la de lubricar y enfriar los sellos mecánicos paraprolongar su vida útil, además de que sirve como medio de detección de humedad. En nuestra serie L que es para servicio pesado o continuo dos sellos mecánicosuno en la parte hidráulica de la bomba y el otro dentro de la cámara de aceiteincrementando la protección hacia el motor eléctrico. En las bombas sumergibles elsello mecánico evita la entrada de agua hacia el motor eléctrico evitando cualquierriesgo de corto circuito.III. Terminología de Uso Común en Bombas Sumergibles. 3
  4. 4. Bombas SumergiblesImpulsor Inatascable; Este tipo de impulsores tiene una separación losuficientemente amplia para permitir el paso de sólidos de tamaño relativamentegrande (1 ½” a 4”).Paso de Esfera; Este termino nos indica el tamaño de sólidos que pueden pasar através de los pasajes del impulsor de la bomba.Nivel de Sumergencia; Es la distancia desde la succión de la bomba hasta el nivelmínimo de agua dentro del cárcamo. Este nivel se indica en nuestras bombas de laserie L, en las bombas de las series A y C no se indica, sin embargo se debeconsiderar un nivel tal que la bomba quede cubierta por el líquido a bombear, loanterior garantiza un adecuado enfriamiento y se evita la formación de vórtices(remolinos) que introducen aire al impulsor de la bomba reduciendo su eficiencia ycapacidad.Cavitación; se define como la formación de burbujas de aire en el seno del líquido. Enlas bombas centrifugas cuando el líquido fluye a través de la línea de succión y entraal ojo del impulsor ocurre un incremento de velocidad, este desde luego acompañadopor una reducción de presión. Si la presión se reduce a un valor igual o menor al de lapresión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo, el líquido cambiara a vaporformando burbujas que se colapsaran cuando el líquido entre en la zona de altapresión del impulsor, este colapso transfiere energía en forma de choques que puedendestruir el metal provocando picaduras que es lo que se conoce como daño porcavitación. Además del daño mecánico que se produce en el impulsor, la cavitación esacompañada por perdida de carga eficiencia y ruido. Para evitar este fenómeno el equipo de bombeo debe tener una NPSHD mayorque la NPSHR.NPSH; La Carga Neta Positiva de Succión mejor conocida por sus siglas en ingles (NetPositive Suction Head) se define como la energía mínima en el ojo del impulsor paraque la bomba no cavite. Esta energía mínima o carga que provoca el flujo proviene de la presiónatmosférica (en succión negativa) o de la carga estática más la presión atmosférica(en succión positiva). 4
  5. 5. Bombas Sumergibles ¿Que tipo de succión tenemos en una instalación de bomba sumergible? Existen dos valores de NPSH a considerar:NPSHR; El NPSH requerido es una función del diseño de la bomba, este varia entrebombas de diferentes marcas, entre bombas de la misma marca y con la capacidad yvelocidad de cualquier bomba. Este valor debe ser proporcionado por el fabricantedel equipo de bombeo.NPSHD; El NPSH disponible es una función del sistema en el cual la bomba opera ypuede ser calculado para cualquier instalación. Las bombas instaladas deben tener unNPSHD mayor o igual al NPSHR para evitar el problema de cavitación. No es practica común de ningún fabricante de bombas sumergibles para aguasnegras el indicar el NPSHR, lo que se menciona es el nivel de sumergencia el cualcubre y excede el valor de NPSHR para todo el rango de operación de la bomba. Estetermino ya ha sido mencionado.Presión de Vapor; Es la presión a la cual un líquido cambia de fase a vapor, estapresión esta también en función de la temperatura.Aguas Negras; Son las aguas suministradas a una población las cuales una vez que hansido aprovechadas para diversos usos han quedado impuras. Desde el punto de vistade su origen son una combinación del líquido y desechos arrastrados por el agua decasas habitación, edificios comerciales, industrias, etc. a los que se agregan las aguassubterráneas, superficiales y las de lluvia.Lodo; Los sólidos depositados por las aguas negras o desechos industriales crudos otratados acumulados por sedimentación en tanques y que contienen más o menos aguapara formar una masa líquida.Rejillas; Formadas por barras paralelas que pueden colocarse ya sea verticales oinclinadas en un cauce de agua para detener los desperdicios flotantes que puedenser posteriormente retirados por medio de rastrillos.IV. Selección de una Bomba Sumergible para Manejo de Agua Residual. El bombeo de agua residual es un problema especial pues esta puede conteneruna gran cantidad de sólidos en suspención. Esta agua puede contener cualquier clase 5
  6. 6. Bombas Sumergiblesde material que puede ser descargado a través de un WC y cualquier material quepueda caer en los registros alcantarillas y canales abiertos, además de desperdicioindustrial. Debido a lo anterior es siempre recomendable el instalar rejillas antes delos equipos de bombeo para evitar posible atascamiento en impulsores y obstrucciónen tuberías de descarga. Una consideración importante al realizar la selección de una bomba para aguaresidual es el paso de esfera, la eficiencia hidráulica es un factor de consideraciónaunque en estos casos es secundario, lo más importante aquí es la capacidad delequipo para el manejo de sólidos. Para la adecuada selección del equipo de bombeo deben ser conocidas lascondiciones de operación. Para el calculo del gasto debe realizarse un estudio de lacantidad de agua que llega al cárcamo así como el tiempo que se requiere paradesalojarla, para el calculo de la CDT debe ser conocido el material y diámetro de latubería considerada, así como la altura de descarga, longitud horizontal, además deaccesorios utilizados en la línea de conducción. Calculo de la CDT para una bomba sumergible. Se conoce la formula para determinar el valor de la CDT que es: CDT = hs + hfs + hd + hfd + v2 / 2g + hp Como se menciono anteriormente para las bombas sumergibles no existetubería de succión por lo que los valores de hs y hfs son iguales a cero y regularmentela descarga es a la atmósfera por lo que también el valor de hp es igual a cero, por loque finalmente la formula de la CDT queda como: CDT = hd + hfd + v2 / 2g El valor de V2/2g se puede considerar despreciable para bombas de alta carga,sin embargo las bombas de aguas residuales generalmente entregan cargas bajas, porlo que este valor debe ser siempre considerado. Por otro lado en el bombeo de aguas residuales se recomienda una velocidadmínima de circulación de 0.6 m/s para evitar sedimentación. Lo anterior paraseleccionar un diámetro adecuado en la tubería de descarga. 6
  7. 7. Bombas Sumergibles La selección de una bomba centrifuga para una instalación en particular sedebe realizar lo más cerca posible del BEP (Best Efficiency Point) o punto de mayoreficiencia el cual se encuentra generalmente a la mitad de la curva decomportamiento. La operación hacia los extremos debe evitarse. Si la bomba operadel lado derecho (baja carga y alto gasto) se tiene un mayor consumo de potencia. En las bombas que si cuentan con protección térmica propiamente conectadapuede ocurrir que el termostato se dispare y se detenga la bomba y una vez que sellega a la temperatura normal de funcionamiento el motor arranque nuevamente.V. Ejemplo de Selección para una Bomba a Instalarse en un Cárcamo Húmedo. Suponiendo las siguientes condiciones de operación: Q = 200 gpm H = 35 ft El cárcamo tiene las siguientes dimensiones: De la familia de curvas del modelo LU-076 podemos observar que para estascondiciones de operación seleccionaremos el modelo de 5 HP a 1750 RPM y diámetrode impulsor de 170 mm por lo que el modelo completo será LU-076-054-170-W. La selección se realiza de acuerdo al nivel mínimo dentro del cárcamorecomendado por el fabricante, si observamos el dibujo del cárcamo podemos notarque en el nivel simultaneo y el de arranque la altura de descarga disminuye a 28.43 fty 31.79 ft para el punto de simultaneo y de arranque respectivamente, por lo que enesos puntos la bomba entrega un gasto mayor y a medida que el cárcamo se vacía elvalor de gasto se acerca a los 200 gpm. Lo anterior es de importancia debido a que nuestras bombas con la potenciaindicada cubren toda la curva de comportamiento. Ahora supongamos que para ese mismo diámetro de impulsor esta bombatrabaja tan solo contra una CDT de 5 ft (1.52 m). Esta carga esta fuera del rangomínimo recomendado, para esta carga tan baja el motor entrega un gasto elevado porlo que el consumo de potencia será mayor y provocara el disparo de los sensorestérmicos para detener la operación de la bomba evitando que esta se dañe, por el 7
  8. 8. Bombas Sumergiblescontrario si este mismo modelo trabaja contra una carga de 60 ft (18.28 m) estabomba no entregara flujo pues su carga a válvula cerrada (flujo cero) es de 55 ft. Para el primer caso (alto flujo y carga baja) en el que la bomba opera fuera desu curva, se podría pensar que con cerrar la válvula de descarga se incrementan lasperdidas y logramos entrar a la curva de comportamiento, sin embargo laestrangulación en una bomba que maneja sólidos no es recomendable pues alestrangular reducimos el área de paso en la tubería pudiendo obstruirla. En el segundo caso puede incrementarse el diámetro de la tubería para reducirlas perdidas por fricción, sin embargo esto no siempre es posible y en la mayoría delos casos es preferible el uso de un equipo de mayor tamaño (mayor carga).PlumaCubierta de AccesoCaja de VálvulasTubería de DescargaTubería de EntradaSistema de IzajeTablero de ControlCárcamo de BombeoCable de FuerzaInterruptores de Nivel (“peras”)Bombas Sumergibles ImpelVI. Análisis de Fallas.Estado I La bomba opera pero no entrega gasto. 8
  9. 9. Bombas SumergiblesPosibles causas:La bomba puede tener aire atrapado, esto ocasionalmente puede ocurrir en unainstalación nueva, arranque y pare la bomba varias veces con la válvula de descargaabierta para purgar el aire.La bomba no esta sumergida permita que entre más agua al cárcamo de manera que labomba quede totalmente sumergida.El impulsor puede estar girando en sentido contrario al correcto, verifique larotación correcta.Si la bomba no ha operado durante algún tiempo pero ha estado instalada es posibleque la succión se encuentre obstruida. Retire la bomba y elimine la obstrucción.La válvula de seccionamiento de la descarga puede estar cerrada, verifíquela.Si la instalación cuenta con válvula de retención (check) esta puede estar atascada otener el disco roto, revísela.La CDT puede ser muy elevada, verifique la altura. La carga a válvula cerrada seindica en las curvas de comportamiento en el extremo izquierdo de la ficha técnicade cada modelo.Estado II 9

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