Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Bombas

7,935 views

Published on

  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

Bombas

  1. 1. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASCAPITULO VIIBOMBAS7.1 NOCIONES GENERALES SOBRE BOMBEO7.1.1 DEFINICIONLas bombas son equipos mecánicos que sirven para elevar los líquidos y conducirlos de unlugar a otro, o lo que es lo mismo, comunicarles cierta cantidad de energía (carga) que lespermita vencer la resistencia de las tuberías a la circulación, así como, la carga querepresenta la diferencia de nivel entre el lugar de donde se toma el líquido y el lugar adonde se pretende llevar.Los líquidos circulan del lugar de mayor energía al lugar de menor energía; elsuministrarle energía la bomba al líquido tiene el objeto de producir el gradiente necesariopara establecer la circulación y vencer las resistencias.7.1.2 CARGA DE BOMBEOCarga de bombeo o carga dinámica total es la carga total contra la cual debe operar unabomba, o sea, la energía por unidad de peso de liquido que debe suministrarle la bomba almismo para que pueda realizar el trabajo que se pretende.Como sabemos, el movimiento del liquido a través de la tubería da origen a fricción, queresulta en una perdida de energía, por consiguiente dicha fricción tiene que ser vencida porla bomba, además de la carga estática representada por la diferencia de nivel. Porconsiguiente, la carga dinámica total se obtiene sumando los cuatro factores siguientes:a) La diferencia de nivel, que se conoce como carga estática o carga a elevaciónb) Las pérdidas de carga debidas a la fricción en las tuberías y accesoriosc) La carga a velocidadd) La carga a presiónUNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA271
  2. 2. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASLa carga estática (h), esta representada por la diferencia de nivel entre la superficie dellíquido donde tiene que tomarlo la bomba y la superficie del liquido en el lugar dedescarga véase la figura 7.1.FIG. 7.1 CARGA ESTATICA [Ref. 15]Perdidas por fricción (hf), las pérdidas de carga representan las pérdidas de energía comoconsecuencia de la resistencia que presentan las tuberías y accesorios a la circulación dellíquido.La carga de velocidad, está representada por el términogV22, generalmente, en la mayoríade los casos no se la toma en cuenta, porque su valor es muy pequeño: a no ser en casosespeciales en que la velocidad es muy alta (y por consiguiente la fricción es alta también),o la carga total es muy pequeña y el volumen de agua bombeado es muy grande.La carga a presiónγP, está representada por la presión existente en la superficie dellíquido y se expresa por la longitud de la columna de liquido, equivalente a la presiónexistente.Si la presión dentro del tanque se eleva hasta un punto fijo máximo, dicha presión será laque se usará para encontrar la carga a presión máxima contra la cual deberá operar laUNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA272
  3. 3. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASbomba. Esta carga a presión en pies o metros, deberá añadirse a la carga estática, la cargadebida a la fricción y la carga a velocidad, para determinar la carga dinámica total o cargatotal contra la que trabajará la bomba.7.1.3 POTENCIA DE LOS SISTEMAS DE BOMBEOEl conjunto elevador (moto-bomba) deberá vencer la diferencia de nivel entre los dospuntos, más las pérdidas de carga en todo el trayecto (pérdidas por fricción a lo largo de latubería y pérdidas locales debidas a las piezas y accesorios).ξγ⋅⋅⋅=76)( THQHPPotenciaDonde:Q = Caudal (l/s)HT = Altura manométrica o carga dinámica total (m)γ = Peso unitario del agua (1000 kg/m3)ξ = Eficiencia (70 %)7.2 TIPOS DE BOMBASLas bombas se dividen en dos grupos, que son los siguientes:a) Bombas de desplazamiento positivo (directas).b) Bombas de desplazamiento no positivo (indirectas) o rotodinámicas.Al primer grupo pertenecen las bombas de pistón de acción reciprocante o bombasreciprocantes y las bombas rotatorias. Las características principales de este grupo son:a) Que a una velocidad determinada la descarga (caudal) es en general fija eindependiente de la carga de bombeo.b) Que la carga posible de bombeo puede aumentarse, dentro de los límites deresistencia de los materiales de que está construida la bomba, con solo aumentar lapotencia del motor que la mueve y sin variar la velocidad de operación.UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA273
  4. 4. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASAl segundo grupo pertenecen las bombas centrifugas o de rotor en hélice (flujo axial) y suscaracterísticas principales son:a) Que a una velocidad determinada la descarga está en función inversa de la cargaposible de bombeo, y es variable es decir que a mayor descarga, menor carga debombeo y viceversab) Que la carga de bombeo no puede aumentarse con sólo aumentar la potencia delmotor, sino que hay que aumentar la velocidad o el diámetro del rotor para lograrlo.En ambos tipos o grupos de bombas la descarga de la bomba aumenta cuando aumenta lavelocidad de trabajo de la misma.7.3 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVOCaracterísticas generales de funcionamientoLas bombas de este tipo son bombas de desplazamiento que crean la succión y la descarga,desplazando agua con un elemento móvil. El espacio que ocupa el agua se llena y vacíaalternativamente forzando y extrayendo el líquido mediante movimiento mecánico.El término “positivo”, significa que la presión desarrollada está limitada solamente por laresistencia estructural de las distintas partes de la bomba y la descarga no es afectada por lacarga a presión sino que está determinada por la velocidad de la bomba y la medida delvolumen desplazado.Las bombas de desplazamiento positivo funcionan con bajas capacidades y altas presionesen relación con su tamaño y costo. Este tipo de bomba resulta el más útil para presionesextremadamente altas, para operación manual, para descargas relativamente bajas, paraoperación a baja velocidad, para succiones variables y para pozos profundos cuando lacapacidad de bombeo requerida es muy poca.UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA274
  5. 5. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBAS7.3.1 CLASES DE BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVOHay dos clases de bombas de desplazamiento positivo:a) Las de pistón o reciprocantes, que desplazan el liquido por la acción de un émboloo pistón con movimiento rectilíneo alternativo, o con movimiento de oscilación.b) Las rotatorias, en las cuales, el desplazamiento se logra por el movimiento derotación de los elementos de la bomba.7.3.1.1 Bombas reciprocantesCaracterísticas de funcionamientoEn las bombas reciprocantes el pistón crea un vacío parcial dentro del cilindro permitiendoque el agua se eleve ayudada por la presión atmosférica. Como hace falta un espaciodeterminado de tiempo para que se llene el cilindro, la cantidad de agua que entra alespacio de desplazamiento dependerá de la velocidad de la bomba, el tamaño de lasválvulas de entrada y la efectividad del material sellante de las válvulas y del pistón. Comose muestra en la figura 7.2.Debido a la resistencia friccional que se desarrolla en sus partes en movimiento, lasbombas reciprocantes tienen una eficiencia relativamente baja; las pérdidas en las correas,los engranes y las chumaceras se añaden a la resistencia de las partes móviles para dar unrendimiento bajo en proporción a la potencia suministrada por la unidad motriz.Las válvulas de las bombas de pistón son de dos tipos las de succión, que permiten laentrada al espacio de desplazamiento, y las de descarga, que dejan que el agua pase haciael tubo de descarga, Estas válvulas operan por la fuerza que ejerce sobre ellas el peso delagua, o por la acción ejercida por elemento de desplazamientoLas foto 7.1 y figura 7.3 nos muestran modelos típicos de bombas reciprocantes.UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA275
  6. 6. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASFOTO 7.1 BOMBA RECIPROCANTE O DE PISTON FIG. 7.2 ESQUEMA DE BOMBA RECIPROCANTEHORIZONTAL [Ref. Elaboración Propia HIDROTEC] DE EFECTO SIMPLE [Ref. Elaboración Propia]FIG. 7.3 BOMBA RECIPROCANTE HORIZONTAL DE TRANSMISIÓN DE DOBLE EFECTO [Ref. 15]Ventajas y desventajas de las bombas reciprocantesLas ventajas de las bombas reciprocantes de pozo llano son:- Alta presión disponible- Autocebantes (dentro de ciertos límites)- Flujo constante para cargas a presión variable- Adaptabilidad a ser movidas manualmente o por motorUNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA276
  7. 7. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASLas desventajas son:- Baja descarga- Baja eficiencia comparada con las bombas centrifugas- Muchas partes móviles- Requieren mantenimiento a intervalos frecuentes- Succión limitada- Costo relativamente alto para la cantidad de agua suministrada- Requieren un torque considerable para llevarlas a su velocidad- Flujo pulsante en la descarga7.3.1.2 Bombas rotatoriasCaracteres generales de su funcionamientoLas bombas rotatorias son unidades de desplazamiento positivo, que consisten en una cajafija que contiene engranes, aspas u otros dispositivos que rotan, y que actúan sobre ellíquido atrapándolo en pequeños volúmenes entre las paredes de la caja y el dispositivoque rota, desplazando de este modo el líquido de manera similar a como lo hace el pistónde una bomba reciprocante. Como se muestra en la figura 7.4.Pero las bombas rotatorias en vez de suministrar un flujo pulsante como sucede con lasbombas reciprocantes, descargan un flujo uniforme, por el movimiento de rotación de losengranes que es bastante rápido.Las bombas rotatorias se usan generalmente para aplicaciones especiales, con líquidosviscosos, pero realmente pueden bombear cualquier clase de líquidos, siempre que nocontengan sólidos en suspensión. No obstante, debido a su construcción, su uso máscomún, es como bombas de circulación o transferencia de líquidos.UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA277
  8. 8. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASCaracterísticas principales:- Son de acción positiva- Desplazamiento rotativo- Flujo uniforme- Construcción compacta- Carga alta- Descarga relativamente baja- Velocidades de operación de moderadas a altas- Pocas partes móviles- Requieren toda la potencia para llevarlas a su velocidad de operación- Flujo constante dentro de ciertos límites para carga variable- Aspiración limitadaComo las piezas que originan el desplazamiento son de metal y rotan, el contacto metálicoentre las partes móviles origina desgastes que posibilitan los resbalamientos a altaspresiones, es por eso que la efectividad de las bombas rotatorias disminuye con el uso.Distintos tipos de bombas rotatoriasLas bombas más comunes y más efectivas de este tipo son las de engranes externos (figura7.4). Según los dientes se separan en el lado de succión de la bomba, el espacio entre dosdientes consecutivos se llena de líquido y de esta forma es arrastrado hasta quedar atrapadoentre estos y la pared de la caja de la bomba; el movimiento de rotación del engrane llevaentonces el líquido atrapado hasta el lado de descarga, en donde al quedar libre esimpulsado hacia afuera por la llegada constante de nuevas cantidades de liquido. Lasbombas rotatorias son generalmente fabricadas para capacidades que no exceden de 500gpm (31.54 l/s) y cargas que no sobrepasan 500 pies (152.4 m).Existen bombas rotatorias de engranes internos, de levas, lobulares de tornillo, de paletas,etc. En las figuras 7.4 a 7.7 se muestran distintos tipos de bombas rotatorias.UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA278
  9. 9. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASFIG. 7.4 BOMBA ROTATORIA DE ENGRANES EXTERNOS FIG. 7.5 BOMBA ROTATORIA DE DOS TORNILLOS[Ref. 15] [Ref. 15]FIG. 7.6 BOMBA ROTATORIA DE PALETAS DESLIZANTES FIG. 7.7 BOMBA ROTATORIA DE LEVA Y PISTON[Ref. 15] [Ref. 15]7.3.1.3 Usos más corrientes de las bombas de desplazamiento positivo- Bombeo en pozos llanos- Bombeo en pozos profundos- Para niveles de agua variable- Bombas de incendio- Bombas de transferencia y circulación- Operación por molinos de viento- Altas cargas a presión- Alimentación de calderas- Bombeo de aceite y gasolina- Fumigadores de cosechasUNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA279
  10. 10. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBAS7.4 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO O ROTODINÁMICASCaracterísticas generales de las bombas no positivoLas bombas de este grupo son las que más se usan en las distintas aplicaciones yprácticamente han desplazado casi completamente a las bombas reciprocantes y rotativaspor su adaptabilidad a las condiciones de servicio más diversas. Podemos decir que lasbombas centrífugas, de flujo mixto y axiales se encuentran entre las máquinas que más seusan en la técnica moderna, paralelamente al motor eléctrico.Estas bombas transmiten la energía al líquido por la rotación del impelente. El impelenteestá provisto de una serie de alabes o paletas que son las que transmiten la energía ydirigen la circulación del líquido para lograr la transformación más efectiva de la energíamecánica suministrada por el motor en energía hidráulica, representada por la carga apresión a la salida y el volumen del líquido en circulación.7.4.1 CLASIFICACION DE BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVOEste tipo de bombas consiste esencialmente en un impelente, rodete o rotor, colocadodentro de una caja y dispuesto de tal manera que cuando rota, le transmite energía allíquido bombeado, aumentando la presión y la velocidad del mismo. La caja de la bombatiene una forma tal que transforma la carga a velocidad (energía en forma de velocidad) ala salida del impelente, en carga a presión a la salida de la bomba, ya que de esta forma ellíquido puede vencer mejor la diferencia de nivel y la resistencia que ofrecen las tuberías ala circulación.La acción de bombeo se dice que no es positiva, ya que la carga está limitada por lavelocidad en la periferia del impelente, la cual depende del diámetro del rotor y de suvelocidad de rotación.Las bombas de desplazamiento no positivo pueden clasificarse atendiendo al tipo de flujodentro del impelente y por consiguiente a su forma, en tres grupos principales:UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA280
  11. 11. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBAS- Bombas de flujo radial o centrífugas- Bombas de flujo diagonal o mixto- Bombas de flujo axialGeneralmente las bombas incluidas en los dos primeros grupos se conocen en el mercadocomo bombas centrífugas. En comparación con las bombas de desplazamiento positivo,puede decirse que las bombas de desplazamientos no positivo suministran una cargapequeña y una descarga grande.7.4.1.1 Bombas CentrífugasReciben el líquido que ha entrado por el tubo de aspiración en dirección axial a través de laparte central u ojo del impelente, y el impelente lo impulsa entonces en dirección radial,hacia afuera, absorbiendo el líquido de este modo, la energía, que producirá a la salida dela bomba la carga a presión correspondiente. Como se muestra en la figura 7.8.Los álabes de las bombas centrífugas, están dispuestos en forma radial con el objetoprecisamente, de orientar el flujo en esa dirección. En la foto 7.3 podemos apreciar unabomba centrífuga accionada por un motor eléctrico.FOTO 7.2 BOMBA CENTRÍFUGA DE MOTOR ELECTRICO [Ref. 21]UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA281
  12. 12. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASLa figura 7.8 nos muestra la representación esquemática de una bomba centrífuga en cortessiguiendo distintos ejes.FIG. 7.8 REPRESENTACION ESQUEMATICA DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA [Ref. 15]Con el objeto de retardar la velocidad del líquido y transformar la carga a velocidad encarga a presión, se sitúan a veces en la caja, alrededor del impelente una serie de paletasfijas, que se conocen con el nombre de paletas directrices o álabes directores, y tambiéncomo distribuidor o difusor. De este modo se forma una serie de conductos divergentesdentro de la caja.Las bombas centrífugas provistas de difusor se conocen como bombas tipo turbina como semuestra en la foto 7.3.FOTO 7.3 BOMBA TIPO TURBINA [Ref. 21]UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA282
  13. 13. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASLos impelentes de las bombas centrífugas pueden ser:a) abiertos, si las paletas no tienen paredes lateralesb) semicerrados, si el lado posterior del rodete está tapado por una paredc) cerrados, si los dos lados del impelente están provistos de paredes que tapen laspaletasLa figura 7.9 nos muestra los tres tipos de impelentes.FIG. 7.9 TIPOS DE ALABES [Ref. 15]7.4.1.1.1 Clasificación de las bombas centrífugas atendiendo diversos aspectosCuando una bomba centrífuga tiene un solo impelente se dice que es de una sola etapa. Sitiene dos impelentes dentro de la misma caja y están colocados en serie, se dice que es dedos etapas; si tiene varios impelentes se dice que es de varias etapas o multicelular.La foto 7.4 nos muestran respectivamente una bomba centrífuga de una sola etapa y de dosetapas.UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA283
  14. 14. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASFOTO 7.4 BOMBAS CENTRÍFUGAS DE UNA ETAPA (SUPERIOR)Y DE DOS ETAPAS (INFERIOR) [Ref. 21]De acuerdo con la posición de su eje motriz podemos clasificarlas como bombascentrífugas horizontales y bombas centrífugas verticales.Bombas centrífugas horizontalesLas bombas centrífugas horizontales se usan generalmente para aspirar de pozos llanos,casi nunca con el nivel del agua a más de 20 pies (6.1 m) por debajo del centro delimpelente, y desde luego con el límite máximo de aspiración que fija la presiónatmosférica. Cuando se necesita extraer agua a mayor profundidad se usan bombascentrífugas verticales de pozo profundo. Las bombas centrífugas horizontales pueden verseen las foto 7.3 y 7.4.Ceba de las bombas centrífugas horizontalesCuando las bombas centrífugas se encuentran colocadas por encima del nivel del agua quevan a bombear, es necesario, para que puedan trabajar, que el tubo de succión y la bomba,estén completamente llenos del líquido, antes de que la bomba comience a funcionar. Unode los medios más simples de lograr esto, es el de colocar una válvula de pie en el extremoinferior del tubo de succión, por debajo del nivel del agua.UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA284
  15. 15. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASBombas centrífugas verticalesPara extraer el agua cuando se encuentra por debajo del nivel donde se puede extraer con laayuda de la presión atmosférica (normalmente a profundidades mayores de 20 pies), seusan las bombas centrífugas verticales de pozo profundo. Estas bombas son del tipoturbina, y el cuerpo de la bomba, se instala por debajo del nivel del agua. Como se observaen la foto 7.5 nos muestran una bomba centrífuga vertical y una de pozo profundo.FOTO 7.5 BOMBA CENTRÍFUGA VERTICAL Y BOMBA CENTRÍFUGA VERTICAL DE POZO PROFUNDO [Ref. 21 y 15]Por las ventajas que significa el montaje vertical en muchos casos, y por el gran desarrolloque ha tenido el diseño de este tipo de bombas, las bombas verticales de pozo profundo seaplican cada día más en trabajos que antes estaban reservados sólo para bombashorizontales.7.4.1.1.2 Aplicaciones de las bombas centrífugasEl campo de aplicación de las bombas centrifugas es muy amplio y cada día se ensanchamás. Esta gran amplitud de posibilidades de aplicación de este tipo de bombas se debe,como ya hemos señalado anteriormente, a varios factores, entre los que se destacan: suUNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA285
  16. 16. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASgran adaptabilidad a motores eléctricos de alta velocidad y a turbinas de vapor; el númeromínimo de partes móviles que las componen, lo que hace que el desgaste sea pequeño; y elbajo costo y tamaño relativamente pequeño de la bomba, en relación con el volumen delíquido que puede manejar.Las bombas centrífugas resultan elemento indispensable en las instalaciones deabastecimiento de agua para poblaciones, industrias, edificios, etc., en los sistemas de riegoy drenaje, en los alcantarillados de aguas residuales, en los sistemas de acumulación de lasestaciones hidroeléctricas, en los sistemas de alta presión de alimentación de calderas, enlas prensas hidráulicas, en la circulación de agua para calefacción, refrigeración o plantastérmicas, y en la impulsión de toda clase de líquidos, ya sean viscosos, corrosivos, jugos defrutas, leche, etc., en las instalaciones industriales.7.4.1.2 Bombas de flujo diagonal o mixtoSe construyen dándole al impelente una forma tal que las paletas ya no quedan dispuestasen forma radial, esto se hace, sobre todo, cuando el caudal de la bomba es grande y eldiámetro del tubo de aspiración también es grande, en relación con el diámetro que debedarse al impelente para producir la carga requerida. Cuando con un impelente de flujodiagonal o mixto se quiere obtener un caudal mayor, en relación con la carga suministradaal fluido, el diseño del impelente se modifica y se produce lo que se conoce como rodetede tipo helicoidal (véase la figura 7.10).FIG. 7.10 IMPELENTE DE TIPO HELICOIDAL [Ref. 15]UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA286
  17. 17. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASEn lo que sigue usaremos el término centrífuga para indicar tanto las bombas de flujoradial como las de flujo mixto.7.4.1.3 Bombas de flujo axialSe constituyen cuando la carga de la bomba debe ser aún menor en relación con el caudal,que en los casos anteriores. El impelente de este tipo de bombas está provisto de paletasque inducen el flujo del líquido bombeado en dirección axial.En este tipo de bombas las paletas directrices se colocan en muchas ocasiones antes delimpelente. Las figuras 7.11 y 7.12 nos muestran bombas de flujo axial. Estas bombas seusan para manejar grandes caudales de líquido contra cargas de bombeo relativamentepequeñas, y en ellas, no se puede hablar de fuerza centrífuga en la transmisión de energía ala corriente.FIG. 7.11 BOMBA DE FLUJO AXIAL [Ref. 15] FIG. 7.12 CORTE ESQUEMATICO DE UNABOMBA DE FLUJO AXIAL [Ref. 15]UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA287
  18. 18. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASSe usan, principalmente para drenaje, riego, desde canales con pequeña diferencia de nivel,bombeo en salinas, etc. Las bombas axiales horizontales pierden mucho, si existe un codoen la succión o si tienen que trabajar con una carga de succión; es por eso que en laactualidad se usa más cada día en este tipo de bombas el montaje vertical con losimpelentes sumergidos en el agua para evitar la succión, y la conexión a la planta de fuerzamotriz a través de un cabezal de engranes en ángulo recto, dando de este modo unaflexibilidad extraordinaria a la instalación.7.5 BOMBAS SUMERGIBLESSon bombas casi exclusivamente utilizadas en caso de pozos profundos y su denominaciónobedece a que tanto la bomba como el motor se sumergen en la fuente misma. Este tipo debombas se conoce como bombas sumergibles (en realidad el que tiene la característica detrabajar sumergido en el agua es el motor diseñado especialmente). Como se muestra en lafoto 7.6. En caso de pozos profundos, con niveles de bombeo muy bajos, es aconsejablerecurrir a bombas tipo turbina de motor sumergido, como el mostrado en la foto 7.7.FOTO 7.6 BOMBA SUMERGIBLE [Ref. 21] FOTO 7.7 BOMBA TURBINA SUMERGIBLE[Ref. Elaboración Propia]UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA288
  19. 19. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBAS7.6 CURVAS CARACTERISTICAS DE LAS BOMBASA causa de las características variables de la bomba centrífuga, es importante tener unavisión gráfica de las relaciones entre la carga, el caudal, la eficiencia, la potencia necesaria,etc., de la bomba de que se trate a una velocidad determinada. Estas curvas o gráficosgeneralmente se preparan por el fabricante. Las curvas que aparecen a continuación, figura7.13, pueden considerarse típicas e ilustran las características de una bomba trabajando auna velocidad constante determinada.FIG. 7.13 CURVAS CARACTERISCAS DE UNA BOMBA [Ref. 15]La curva de carga-caudal es la línea que desciende de izquierda a derecha, y representa lascantidades variables de líquido que la bomba puede entregar a distintas cargas o presiones.La intersección de esta línea con la línea de cero descarga, nos da la carga o presión quedesarrolla la bomba cuando la válvula de descarga está cerrada.La curva que en este caso nos da la potencia necesario para operar la bomba, tiene lapendiente hacia arriba, de izquierda a derecha. En este caso el punto en que la potencianecesario tiene un valor menor, es el que corresponde a la válvula cerrada.UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA289
  20. 20. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASEstas dos curvas nos dan las características completas de la bomba para una velocidaddeterminada para la cual se ha dibujado la curva, pero no obstante, por conveniencia,generalmente se añade otra curva donde aparece la eficiencia de la bomba y en muchoscasos sé suprime la curva de la potencia y se ponen solamente las curvas de carga-caudal yeficiencia.7.7 BOMBAS TRABAJANDO EN SERIESe dice que dos o más bombas se encuentran en serie, cuando una le entrega a la siguientesu caudal al objeto de aumentar la energía del líquido y poder elevar el agua a una alturamayor. Se debe considerar la suma de las alturas de elevación que caracterizan a cada unade las bombas, admitiéndose el mismo caudal unitario.En la figura 7.14 aparecen las curvas que resultan de colocar dos bombas iguales en serie.Sean las bombas A y B cuyas características obtenidas de las curvas son las siguientes:Eficiencia Potencia Eficiencia Potenciagpm l/s pies m % hp gpm l/s pies m % hp0 0 81 24.69 0 (*) 0 0 64.5 19.66 0 (*)200 12.62 81 24.69 32 12.0 200 12.62 64.5 19.66 33 9.0400 25.24 79 24.08 63 12.0 400 25.24 63 19.2 65 9.8600 37.85 75 22.86 77 14.8 600 37.85 59 17.98 78 11.6800 50.47 68 20.73 81 17.0 800 50.47 49 14.93 79 12.51000 63.09 56 17.07 79 1000 63.09 33 10.06 63Bomba A Bomba BCaudal Carga Caudal Carga(*) Debe tomarse de la prueba real de la bomba, o calcularse, extrapolando lacurva de potencia a partir del que correspondaLa potencia de la combinación será lógicamente la suma de las potencia individuales, y porconsiguiente, la eficiencia de la combinación se obtendrá como el resultado de despejar laeficiencia en la fórmula de la potencia usando el caudal y la carga de la combinación.UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA290
  21. 21. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASPotencia Eficienciagpm l/s pies m hp(A) + hp(B) = hp %0 0 145.5 44.35 (*)200 12.62 145.5 44.35 21.9 33400 25.24 142 43.28 22.4 64600 37.85 134 40.84 26.4 77800 50.47 117 35.66 29.5 801000 63.09 89 27.13Bombas A y B en serieCaudal H(A) + H(B) = Carga(*) Debe tomarse de la prueba real de la bomba, o calcularse, extrapolando lacurva de potencia a partir del que correspondaLa curva de la combinación será:FIG. 7.14 CURVAS DE DOS BOMBAS IGUALES, EN SERIE [Ref. 15]UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA291
  22. 22. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASEn lo anterior hemos planteado el caso general. Si las bombas que están en serie, soniguales, entonces tendremos que, las cargas se duplicarán, triplicarán, etc., paracapacidades iguales según se trate de dos, tres, o más bombas iguales colocadas en serie.La eficiencia se mantendrá igual y las potencias necesarias se duplicarán, triplicarán, etc.,según el número de bombas iguales colocadas en serie.7.8 BOMBAS TRABAJANDO EN PARALELOSe dice que dos o más bombas están operando en paralelo, cuando sus caudales van a parara una tubería común, sumándose para obtener un mayor caudal; se admite la misma cargatotal, sumándose los caudales de las unidades instaladas ya que no es alterada la cargatotal.La potencia resultante será la suma de las potencias de los equipos individuales y laeficiencia de la combinación puede obtenerse despejándola de la formula de la potencia,conociendo el caudal, la carga y la potencia de la combinación.Sean las bombas C y D de cuyas curvas se han obtenido los siguientes datos:Eficiencia Potencia Eficiencia Potenciagpm l/s pies m % hp gpm l/s pies m % hp400 25.24 110 33.53 30 37.0 0 0.00 110 33.531140 71.92 100 30.48 73 39.4 600 37.85 100 30.48 34 44.61640 103.47 90 27.43 82 45.4 1440 90.85 90 27.43 78 41.91980 124.92 80 24.38 83 48.2 1900 119.87 80 24.38 83 46.22200 138.80 70 21.34 79 49.2 2220 140.06 70 21.34 81 48.42380 150.15 60 18.29 71 50.8 2460 155.20 60 18.29 75 49.72520 158.99 50 15.24 60 43.0 2640 166.56 50 15.24 65 51.32640 166.56 40 12.19 48 55.5 2800 176.65 40 12.19 55 51.4Bomba C Bomba DCaudal Carga Caudal CargaEl análisis que se ha hecho anteriormente es de tipo general; si las bombas colocadas enparalelo son iguales, la capacidad para cargas iguales se duplicará, triplicará, etc., segúnsean dos, tres o más bombas iguales las colocadas en paralelo.UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA292
  23. 23. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASPotencia Eficienciapies m gpm l/s hp(C)+hp(D) = hp %110 33.53 400 25.24 37.0 30100 30.48 1740 109.78 84.0 5290 27.43 3080 194.32 87.3 8080 24.38 3880 244.79 94.4 8370 21.34 4440 280.12 97.6 8060 18.29 4840 305.36 100.5 7350 15.24 5160 325.54 104.3 6240 12.19 5440 343.21 107.0 51Bombas C y D en paraleloCarga Q(C)+Q(D) = QEn el caso de bombas iguales en paralelo, la eficiencia será igual que en la bomba originalpara el punto de la curva de la combinación que signifique doble o triple caudal, según elcaso, y la potencia necesaria se duplicará o triplicara, etc., según el caso. En la figura 7.15,aparecen las curvas que resultan de combinar dos bombas iguales en paralelo.FIG. 7.15 CURVAS DE DOS BOMBAS IGUALES COMBINADAS EN PARALELO [Ref. 15]UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA293
  24. 24. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBAS7.9 CURVA DE UN SISTEMA DE TUBERIASEn la mayoría de las instalaciones importantes de equipos de bombeo, el flujo de diseño noes continuo; sino que existen variaciones diarias, mensuales y estaciónales en dicho flujo.De esta forma no resulta tan fácil, hacer una buena selección del sistema de tuberías y delequipo o los equipos de bombeo correspondientes. Es por eso que resulta preferible dibujarcurvas del sistema de tuberías con las distintas posibilidades de diámetro a escoger ycompararlas con las curvas de las bombas, superponiéndolas a éstas determinando así elpunto de operación de cada bomba con cada sistema, y escogiendo; la combinaciónsistema-bomba que sea capaz de dar mayor caudal con menos potencia, y que se mantengaal mismo tiempo, dentro de las necesidades de variación de flujo previamenteespecificadas.El punto donde se cortan la curva del sistema y la curva de la bomba, se llama punto deoperación.Supongamos, que para una instalación de bombeo necesitarnos un sistema de tubería de2000 pies de longitud, que se desea pasar a través del sistema un flujo de 1000 a 1600 gpmy que la diferencia de nivel o carga estática es fija e igual a 40 pies, y que tiene que vencerademás una carga a presión de 10 pies. Para hacer la selección de la combinación másadecuada de sistema-bomba es necesario preparar curvas del sistema para distintosdiámetros y ver las distintas combinaciones de bombas-sistemas que producen el resultadoapetecido y analizar desde el punto de vista económico estas combinaciones.El primer paso es tabular las pérdidas por fricción para distintos caudales y diámetros detubería seleccionados para el sistema, lo que podemos hacer en la forma siguiente:UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA294
  25. 25. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASPerdidas por fricción en 2000 pies de tubería en piesCaudal [gpm] Tuberia de 8" Tuberia de 10" Tuberia de 12"500 10.1 3.5 1.4800 24.2 8.1 3.41000 36.6 12.2 5.11300 59.6 20.0 8.21600 86.2 29.4 12.11800 108.2 36.4 14.92000 132.0 44.2 18.4H&W ( C=130 )Si no existiese carga estática o presión la curva del sistema de tuberías arrancaría de lacarga cero, pero como la carga estática más la presión, en este caso, es de 50 pies, la cargaque corresponde al flujo cero es 50 pies y la carga total para cualquier otro flujo resulta 50pies, más las pérdidas por fricción correspondientes al diámetro de tubería instalado. Estascurvas se dibujan entonces, tal como aparecen en la figura 7.16. Cualquier otro sistemamás complicado con codos, válvulas, etc., se dibuja de igual manera. Las curvas delsistema se colocan sobre las de las bombas y se obtiene el punto de operación por laintersección de la curva del sistema y la curva de carga-caudal de la bomba.FIG. 7.16 CURVAS DE VARIOS SISTEMAS DE TUBERÍA [Ref. 15]UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA295
  26. 26. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASEn el caso que estamos analizando, la curva de la bomba, si el sistema seleccionado es elde 8”, deberá cortarse con la curva del sistema en el punto A, o a la derecha de él para queresulte su operación satisfactoria.De igual modo deberá suceder con los puntos B y C, si el sistema seleccionado es el de 10”ó 12” respectivamente.7.10 VALOR ACTUAL NETO ( VAN )Es un indicador eficaz para medir el valor actualizado de un proyecto especifico y realizarla clasificación o selección de la alternativa óptima de inversión de varios proyectosmutuamente excluyentes. Este indicador representa el valor actualizado o presente delproyecto en su vida útil de operación, cuyos resultados permiten tomar la decisión respectoa su aceptación o rechazo a base de los siguientes coeficientes o magnitudes:i) VAN > 0 (es conveniente realizar la inversión; es decir, que después decumplir con las obligaciones incurridas por el proyecto, queda un saldofavorable para el inversionista, por tanto, se acepta el estudio y se procedecon la ejecución inmediata.)ii) VAN = 0 (desde el punto de vista de la rentabilidad es indiferente llevar acabo el proyecto.)iii) VAN < 0 (no debe invertirse, porque los ingresos futuros no cubrirían elcosto del capital.)Definición del VANEl valor actual neto (VAN), conocido como valor presente neto (VPN), se define como ladiferencia de la sumatoria de los beneficios y la sumatoria de los costos que sonactualizados a una tasa de interés fija, menos la inversión en el momento cero. Es la sumaalgebraica de los valores actualizados del flujo neto de fondos del proyecto en el horizontede planeamiento, menos la inversión en el año base.UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA296
  27. 27. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASRepresentación Matemática del VANConsiste en actualizar el flujo de beneficios netos, para cuyo fin se multiplican por elfactor de descuento correspondiente, siendo necesario contar con datos del flujo de cajaproyectado para simplificar la operación de cálculo y utilizar la siguiente fórmula:Expresión Matemática:( ) ontntIiBNVAN ∑=−+=0 1Donde:VAN = Valor Actual NetoBNt = Beneficio neto en el período tIo = Inversión iniciali = Tasa de rendimiento requeridat = Períodos de tiempon = Número de períodosCálculo del VAN:( ) ( ) ( ) ( ) onntto IiBNiBNiBNiBNVAN −+++++++++=11...11...1111110UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA297
  28. 28. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBAS7.11 EJEMPLOS RESUELTOS Y PROPUESTOSEjemplo de bombeoEjemplo 7.1Una localidad se abastece de un pozo cuyas características se indican a continuación:nivel estático 5.50 m, nivel de bombeo 31.00 m, profundidad 38.00 m, caudal 2.5 l/s, cotaterreno 173.44 m, altura del estanque 19 m desde la superficie del terreno, periodo defuncionamiento 16 horas, como se muestra en la figura 1, la tubería utilizada en toda laobra es acero galvanizado (C=110).Se pide calcular las perdidas de carga de la tubería y la potencia de la bomba.PozoCota: 173.44 mCota: 173.44 mCota: 194.44 mEstanqueEstanqueAL = 6650 mL = 45 mFIG. 1 ESQUEMA DEL PROBLEMA [Ref. Elaboración Propia]Datos:Nivel estático: 5.50 [m]Nivel de bombeo: 31.00 [m]Profundidad: 38.00 [m]Caudal: 2.5 [l/s]Cota terreno: 173.44 [m]Altura del estanque 19 m desde la superficie del terrenoEl bombeo es continuo durante16 horas (N)UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA298
  29. 29. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASSolución:1. Diámetro económico de la tubería de bombeo (fórmula de Bresse)segmQmD /[3.1][ 341⋅⋅= λ ;24N=λ ; N = Número de horas de bombeo]/[0025.024163.1][ 341smmD ⋅⋅=D = 0.059 [m] = 2.32 [pulg]Diámetro comercial: 3 [pulg] = 0.0762 [m]2. Perdidas de carga tubería del pozo al punto A. (Hazen-Williams)Qmax-d = 2.5 l/s ≅ 0.0025 m3/s ; L = 45 m ; C = 110 ; D = 3”≅ 0.0762m54.063.22785.0 SDCQ ⋅⋅⋅=S =Longitudhf( ) 54.063.230762.01102785.0)/(0025.0 Smsm ⋅⋅⋅=S = 0.00749 [m/m]entonces la perdida de carga será ⇒ hf =S * L = 0.00749 [m/m] * 45 [m] = 0.337 [m]3. Perdidas de carga tubería del punto A al tanque. (Hazen-Williams)Qmax-d = 2.5 l/s ≅ 0.0025 m3/s ; L = 6650 m ; C = 110 ; D = 3”≅ 0.0762m54.063.22785.0 SDCQ ⋅⋅⋅=( ) 54.063.230762.01102785.0)/(0025.0 Smsm ⋅⋅⋅=S = 0.00749 [m/m]entonces la perdida de carga será ⇒ hf = S * L = 0.00749 [m/m] * 6650 [m] = 49.81[m]UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA299
  30. 30. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBAS4. Calculo de la perdida de carga total (HT)H1 = (perdida de carga del pozo al punto A) + (perdida de carga del punto A al tanque)H1 = 0.337 [m] + 49.81 [m] = 50.15 [m]H2 = (cota terreno del tanque + altura del tanque) – (cota terreno del pozo)H2 = (194.44 [m] + 19 [m] – 173.44 [m] = 40 [m]HT = H1 + H2 + nivel de bombeo = 50.15 [m] + 40 [m] + 31 [m] = 121.15 [m]⇒ HT = 121.15 [m]5. Calculo de la potencia de la bombaξγ⋅⋅⋅=76)( THQHPPotenciaDonde:γ = Peso unitario del agua (1000 kg/m3)ξ = Eficiencia (70 %)HT = Altura total de carga [m]Q = Caudal [l/s])(69.570.076)/(1000)(15.121)/(0025.0)(33HPmkgmsmHPPotencia =⋅⋅⋅=⇒ )(6 HPPotencia =Adoptamos 7.5 (HP) porque en el comercio no existe de 6 (HP), entonces adoptamos estapotencia:⇒ Potencia adoptada = 7.5 (HP)Se escoge una bomba con estas características: de 7.5 HP, con un caudal de 2.5 [l/s] ≅40[gal/min]; y que tenga una altura total de carga de 121.15 [m] ≅ 398 [pies]; se verificaque cumpla estos requisitos. Como se muestra en la figura 2.UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA300
  31. 31. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASFIG. 2 CURVA CARACTERÍSTICA DE LA BOMBA SELECCIONADA [Ref. 22]Ejemplo V.A.N.Ejemplo 7.2Se pide calcular el Valor Actual Neto (VAN) para un sistema de distribución de aguapotable por bombeo sabiendo que la tasa de interés es de 13% para un periodo de tiempode 20 años y considerando que la inversión inicial global de cada item es:ITEM COSTO [$US]Bomba de 10 HP 2400Tuberia 4500Electricidad 800Obras civiles 600Energia y Potencia 200Operación y Mantenimiento 800( ) ontntIiBNVAN ∑=−+=0 1UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA301
  32. 32. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASDonde:VAN = Valor Actual NetoBNt = Beneficio neto en el período tIo = Inversión iniciali = Tasa de rendimiento requeridat = Períodos de tiempon = Número de períodosCálculo del VAN:( ) ( ) ( ) ( ) onntto IiBNiBNiBNiBNVAN −+++++++++=11...11...1111110La solución se muestra en la siguiente tabla:UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA302
  33. 33. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASUNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA303
  34. 34. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASEjemplo Propuesto 1Calcular la potencia de la bomba para las condiciones siguientes: caudal 30 l/s, periodode funcionamiento (24 horas), altura de succión 2.5 m (Hs), altura de descarga 37.50 m(Hd) y altura geométrica (total) 40 m (Ht), periodo de funcionamiento 24 horas, como semuestra en la figura 3.FIG. 3 ESQUEMA DEL EJERCICIO [Ref. Elaboración Propia]Ejemplo Propuesto 2Una población se abastece de dos pozos cuyas características se indican a continuación:Pozo 1: Pozo 2:Nivel estático 19.50 [m] Nivel estático 7.12 [m]Nivel de bombeo 45.75 [m] Nivel de bombeo 34.46 [m]Profundidad 62.53 [m] Profundidad 47.10 [m]Caudal 4.5 [l/s] Caudal 7.00 [l/s]Cota terreno 174.92 [m] Cota terreno 172.00 [m]UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA304
  35. 35. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP VII.- BOMBASCon referencia a la figura 4, la altura del estanque es de 15 m desde la superficie delterreno, el periodo de bombeo es de 16 horas para ambas bombas y la tubería utilizada entoda la obra es de Acero Galvanizado.FIG. 4 ESQUEMA DEL PROBLEMA [Ref. Elaboración Propia]Cota: 174.92 mL = 6500 m L = 500 mL = 15 mPozo 1Cota: 174.92 mCota: 172.00 mBPozo 2Cota: 194.00 mEstanqueEstanqueAL = 30 mCota: 172.00 mEjemplo Propuesto 3Calcular el Valor Actual Neto (VAN) para un sistema de distribución de agua potable delejemplo propuesto 2, sabiendo que la tasa de interés es de 13% para un periodo de tiempode 20 años.UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA305

×