Maquinas elevadoras de líquidos
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Introduccion a las máquinas elevadoras de liquidos para el regadío. (BOMBAS)

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Maquinas elevadoras de líquidos Maquinas elevadoras de líquidos Document Transcript

  • UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOMAS DE ZAMORA FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS AGRARIAS CÁTEDRA DE HIDROLOGÍA AGRÍCOLA APUNTES DE MÁQUINAS ELEVADORAS DE LÍQUIDOSIng. Jorge BORDIGONIMarzo de 1997.
  • MÁQUINAS ELEVADORAS DE LÍQUIDOS :Existen cuatro grupos de máquinas elevadoras de líquidos. 1- Máquinas elevadoras simples. Se eleva agua entregando un trabajo. 2- Máquinas elevadoras por presión directa de otro fluido. 3- Máquinas elevadoras que utilizan la fuerza viva de otro fluido. 4- Máquinas elevadoras que mediante la entrega de un trabajo aspiran e impulsan un fluido. Bombas.1- Máquinas elevadoras simples : Son lossistemas más antiguosy los de menoreficacia. En generalhan caído en desuso.Entre los más comunesencontramos :Balde volcador Trabaja en unpozo abierto y pormedio de soga yroldana eleva unbalde que vuelcadirectamente en unbebedero. El baldee seabre por su parte -Balde volcador trabajando en un pozo a primera napa.inferior para Concarán. San Luis.-cargarse nuevamentecuando desciende alpozo. Eleva caudales reducidos, para consumo humano o animal.Noria o cangilones Constituido por una serie de baldesmontados en una cinta sin fin cuya curvainferior se sumerge en el agua y lasuperior descarga los baldes. En estos tipos de instalacióntambién están en desuso. Noria o cangilones 3
  • Noria a rosario Esta noria en lugar de baldes llevadiscos de cuero en el sin fin que alpasar por un tubo elevan el agua hastala salida o boca. Noria a rosarioRueda elevadora Consiste en una gran rueda con baldes y se mueve por la energía del agua en movimiento. (Canal, arroyo, río, etc.). Rueda elevadora a baldes2- Máquinas elevadoras por presión directa de otro fluido.Sifón De gran utilización en la infraestructura de irrigación, ya sea encanales como aliviaderos, como manera de distribuir agua en las parcelas(en melgas o surcos). Consiste en un tubo de doble rama. En todos los casos es necesariocebarlo para que funcione. Sobre la superficie libre de los depósitos actúa la presiónatmosférica p0. 4 View slide
  • 3-.Máquinas elevadoras que utilizan la fuerza viva de otroflido.Ariete hidráulico. Es una máquina quetrabaja por la diferencia denivel de los líquidos. Esutilizado en zonas deserranías o donde axista unpequeño desnivel o salto. El principio defuncionamiento se basa en lautilización del golpe deariete producido por el cierrebrusco de una válvula. Elevacaudales reducidos.Elementos : consta de un cañode alimentación y uno derebalse y este último llevauna válvula de rebalse, unpulmón y de él sale el caño de descarga. Alimentación : la caída o salto no debe ser menor de 0,60m. El largodel caño de alimentación debe ser entre 5 y 10 veces la altura del salto.El diámetro debe ser el doble del caño de descarga. Descarga : la altura de la descarga debe ser entre 6 y 12 veces laaltura de la caída de agua. Los caudales varían entre 1/7 a 1/24 partes delagua suministrada (el resto se va por la válvula de rebalsr). Funcionamiento : el agua corre por la cañería de alimentación y cuandotoma suficiente velocidad cierra bruscamente la válvula de la cañería derebalse originando un golpe de ariete. Una parte del agua pasa al pulmónvenciendo la válvula de retención del mismo. La presión del aire delpulmón, eleva el líquido por la descarga.4-.Máquinas elevadoras que mediante la entrega de untrabajo aspiran e impulsan un fluido. Bombas. Permite el traslado de grandes volúmenes a considerables distancias yalturas o presiones, lo que las hace insustituibles en instalaciones deriego y en abastecimiento para uso ganadero, entre otros usos. Las bombas las podemos clasificar de la siguiente manera: ÉmboloAlternativas Diafragma. Engranajes.Rotativas Eje horizontal o vertical No sumergidas Eyectores Centrífugas Eje vertical Sumergidas Electrobombas. 5 View slide
  • FUNDAMENTO DEL FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS La fuerza que impulsa al agua dentro de la tubería de aspiración y deallí al cuerpo de la bomba, es debida a la presión atmosférica p0 cuyaaltura representativa vale p0/peso específico del líquido. Esta alturadeberá ser mayor a: 1- Altura representativa de la presión de vapor saturado a latemperatura que se encuentre el líquido. 2- Altura geométrica de Ha, medido desde el nivel del líquido hasta laparte más alta del cuerpo de la bomba. 3- Pérdidas de carga en la tubería de aspiración. Incluye pérdidas porfrotamiento, pérdidas por cambio de dirección, entre otras. 4- pérdidas de carga por presencia de válvulas. Los valores de altura representativa de la presión atmosférica varíancon la altura sobre el nivel del mar. Por ejemplo, para cero metros, lapresión es de 10,33m.c.a. y para 2.500 metros, la presión será de 7,7m.c.a. Las alturas representativas de la presión de vapor varían de 0,05m.c.a. para agua a 5 ºC hasta 10,33 m. con agua a 100 ºC. Por lo visto, la tubería de aspiración se diseñará con el mayordiámetro posible para disminuir al mínimo las pérdidas de carga en laaspiración. La velocidad en el tubo de aspiración se fijará en 1m/seg. En definitiva las condiciones para una buena aspiración será: γ p0/γ > ps/γ + Ha + Ja + J válvulas. γConcepto de ALTURA MANOMÉTRICA Las bombas, una vez aspirado el líquido, lo impulsan a una determinada altura o le confieren una determinada presión de trabajo. En la impulsión las resistencias totales a vencer son: 1- Altura geométrica a vencer Ha. 2- Pérdidas de carga contínuas. }Pérdidas en la impulsión 3- Pérdidas de carga localizadas La sumatoria total de las alturas a vencer por la bomba, tanto en laaspiración como en la impulsión, se llama ALTURA MANOMÉTRICA y será igual ala sumatoria de las alturas geométricas de aspiración e impulsión más laspérdidas de carga en la aspiración y la impulsión. Hman= Ha + ja + Hi + ji 6
  • Bombas alternativas: El Molino. La elevación del líquido se realiza mediante el movimiento de unémbolo que se mueve con movimiento alternativo. En general son dispositivos que permiten extraer caudales no demasiadoimportantes y en el caso del molino de viento su uso es exclusivamenteganadero.Componentes: Consta de 3 partes fundamentales que son • Rueda y Máquina. • Torre • Cilindro La rueda está compuesta por aspas, que constituyen la superficieefectiva de captación de la energía del viento. La rueda comunica su movimiento a la máquina transformando elmovimiento rotativo en alternativo. La estructura que soporta al molino y que le da altura es la torre. Finalmente tenemos el cilindro que es la bomba propiamente dicha con los componentes que se pueden ver en la figura respectiva. Las bombas de émbolo requierenmucho mantenimiento ya que tiene muchaspartes móviles, además de tener unacarrera “muerta” que es la deaspiración. Para evitar esto se pueden utilizarbombas alternativas de doble efecto. 7
  • Los rendimientos y características de los molinos se pueden apreciaren la siguiente tabla:Caudales aproximados y diámetros de caños, cilindro y varilla en molinos.Altura Rueda de 6 pies Rueda de 8 pies Rueda de 10 pies Rueda de 12 pies Rueda de 14 pies Rueda de 16 piesde la eóneleva- Cil. Caño Var. Caudal Cil. Caño Var. Caudal Cil. Caño Var. Caudal Cil. Caño Var. Caudal Cil. Caño Var. Caudal Cil. Caño Var. Caudal ción 5 3¼ 1½ 1/2 1200 5 2½ 1/2 4000 6 3 5/8 6000 10 3 1½ 1/2 800 4 2 1/2 2600 5 2½ 5/8 4200 6 3 5/8 6300 15 2½ 1¼ 1/2 500 3½ 1½ 1/2 1700 4 2 1/2 2600 4½ 2 1/2 3500 5 2½ 1/2 4800 20 3 1½ 3/8 1400 3½ 2 1/2 1900 4 2 1/2 2800 4½ 2 1/2 3700 30 2¾ 1¼ 3/8 1200 3¼ 1½ 3/8 1700 3½ 2 1/2 2100 4 2 1/2 2900 40 2½ 1¼ 3/8 1000 3 1½ 3/8 1400 3¼ 1½ 3/8 1800 3¾ 2 1/2 2600 4 2 1/2 3200 50 2¼ 1¼ 3/8 800 2¾ 1¼ 3/8 1200 3 1½ 3/8 1500 3½ 2 3/8 2200 4 2 1/2 2900 60 2½ 1¼ 3/8 1000 2¾ 1½ 3/8 1300 3¼ 1½ 3/8 1900 3¾ 2 1/2 2600 70 2½ 1¼ 3/8 1100 3 1½ 3/8 1600 3½ 2 1/2 2200 80 2¼ 1¼ 3/8 900 2¾ 1½ 3/8 1300 3¼ 1½ 3/8 1900 100 2¾ 1½ 3/8 1400Bombas a diafragma. Su funcionamiento se debe aun diafragma de goma accionadopor un sistema biela-manivela.Sus características pueden verseen la figura siguiente. Rendimiento y características de las bombas a diafragma: MODELO 1 2 3 4 Rendimiento horario 1300 l 2200 l 4500 l 6800 l Elevación 13 m 12 m 10 m 8 m Caño aspiración 1” 1” 2” 2,5” Caño elevación 0,75” 1” 1,5” 2” Velocidad máxima 180 rpm 180 rpm 160 rpm 160 rpm HP requeridos 1/4 1/3 3/4 1,5BOMBAS ROTATIVAS. Dentro de las rotativas veremos solo las bombas centrífugas.Bombas centrífugas. 8
  • Son empleadas para elevación de grandes volúmenes de agua y puedenacoplarse tanto a motores eléctricos como térmicos. Estas bombas admiten unrégimen de giro elevado. Estas bombas solo tienen como parte móvil un elemento fundamentaldenominado rotor que como su nombre lo indica, gira a alta velocidadoriginando una fuerza centrífuga que impulsa el líquido a presión. Ese rotor gira dentro del cuerpo de la bomba que según su forma puedeser en caracol o tipo turbina. Cuando es en caracol el impulsor está ubicado en el cuerpo de una bomba en forma de espiral y es característico de las bombas centrífugas no sumergidas. Dentro de las no sumergidas existe un tipo de bomba cuya altura de aspiración puede superar la altura representativa de la presión atmosférica; es decir que pueden ubicarse en superficie para extracción de agua desde una napa profunda (más de 10,33m teórico desde la superficie). Estas bombas son la bombas de eyectores, cuyas características se muestran a continuación. 9
  • Rendimiento de bombas de eyector con eyector de doble caño (l/hr)Potencia Diámetro Diámetro Profun- Profundidad de aspiración didadRequeri- Perfora- Caños de eleva-da ción al ción HP eyector 10 15 20 25 30 35 máxima 0,5-1 4” 1 ¼-1 ½” 1.900 1.300 800 - - - 10 1,5 4” 1 ¼-1 ½” 3.500 3.400 2.100 1.600 1.100 - 15 2 4” 1 ¼-1 ½” 4.700 4.200 2.600 1.800 1.250 - 10 3 5” 1 ½-2” 6.000 5.000 3.600 2.700 1.800 - 15 3 6” 2-2 ½ 9.000 7.000 4.700 4.000 2.800 - 15 5,5 6” 2-2 ½ 13.500 9.500 7.000 5.500 4.000 2.500 20 7,5 6” 2-2 ½ 17.500 12.500 9.700 8.000 6.000 4.000 25 7,5 8” 2 ½-3” 23.000 17.500 13.500 9.800 7.700 6.000 25 12 8” 2 ½-3” 31.500 22.000 16.500 13.500 11.000 8.800 35 Las bombas sumergidas son del tipo de turbina en donde los impulsoresestán rodeados por álabes difusores. Tienen por particularidad adaptarse anapas muy profundas, elevando grandes caudales a gran altura. Es decir sonbombas especialmente adaptadas a instalaciones de riego ya que puedenextraer agua de pozos muy profundos ya que los cuerpos de la bomba estánsumergidos en el agua de la perforación. Los cuerpos de la bomba se denominan rotores y en el caso de este tipode bombas son en general de rotores múltiples. 10
  • Características y rendimiento de Bombas tubulares Diámetro interior Régimen Caudal mínimo del encamisado (r.p.m.) (m3/hr) (pulg.) 4 2800 5-20 6 1400-2000 5-25 6 1750-3450 10-75 8 1400-2000 30-130 8 1400-2900 70-180 10 1400-2000 120-300 12 1400-1800 200-400 12-14 1400-1800 350-550 16-18 1200-1500 400-800Cálculo de la Potencia al eje de la bomba. Para el cálculo de la potencia se utiliza la expresión: Q ⋅ Hm ⋅ γ CV = 75 ⋅ η 11
  • donde:Q caudal en metros cúbicos/segundoHm altura manométrica en metros.γ peso específico en kg por metro cúbico.75 factor de conversión a caballos vapor.η rendimiento de la bomba. Por otra parte las bombas centrífugas, responden a la siguienterelación entre caudal, altura manométrica, potencia absorbida y el númerode revoluciones por minuto (r.p.m.).Q n Hm 2 n2 N3 n3 = 2 = 2 3 = 3Q1 n1 Hm1 n1 N1 n1Caudal Altura manométrica Potencia. Para la elección de una bomba centrífuga recurrimos a las curvascaracterísticas que provienen de los ensayos de las mismas y que graficanen general la relación entre la altura manométrica a vencer, el caudal atransportar y el rendimiento de la bomba. Obviamente la elección será por aquella bomba que venza la altura decarga requerida en el proyecto, que transporte el caudal de diseño y lohaga con la eficiencia más alta ; lo que permitirá utilizar la menorpotencia posible. Un ejemplo de curvas características de las bombas centrífugas podemosobservarlas en las siguientes figuras. 12