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Universidad Nacional de Colombia                 Sede de Medellín        FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIASBOMBAS CENTRÍFU...
2CONTENIDO
3                                INTRODUCCIÓNEl objetivo de este impreso universitario es guiar a los estudiantes de los c...
41. DEFINICIÓN DE BOMBEOEl bombeo puede definirse como la adición de energía a un fluido para moversede un punto a otro. N...
5Las bombas movidas por mecanismos pueden ser clasificadas como bombas dedesplazamiento positivo y bombas de desplazamient...
64.       BOMBAS CENTRÍFUGAS4.1 GENERALIDADESLas bombas centrífugas son recomendadas para bombear desde ríos, lagos,canale...
7En el caso de tener el nivel del líquido en el punto A, la sola abertura de lasválvulas en B y C, permitirían tener toda ...
84.3 CARACTERÍSTICASLa carga máxima para una bomba centrífuga con una sola etapa esta entre 45 y60 metros, algunos fabrica...
9Las partes constitutivas de una bomba centrífuga dependen de su construcción ytipo. Esta es la razón de que se encuentren...
10Según la manera de efectuar la Voluta:conversión de energía                  Simple                                     ...
11                      Figura 2. Reacción radial sobre el rotorCarcasa con doble voluta. En una bomba que utiliza voluta ...
12El hecho de que las bombas tengan álabes difusores en vez de voluta incrementosu eficiencia hidráulica, pero esto solo e...
13Para que el conjunto mantenga una buena eficiencia es necesario utilizar carcasascon álabes difusores, los cuales van se...
14Álabes para flujo mixtoTipo héliceDirección delFlujoAxialRadialMixtoAxial         Construcción mecánica                 ...
15Por último se tienen los impulsores tipo hélice de flujo completamente axialcaudales altísimos y cabezas muy reducidas; ...
16Material de rotoresComo en el caso de las carcasas la mayoría también de los rotores son fabricadosen hierro fundido, pe...
17De acuerdo a la forma que tengan, y a su capacidad para impedir el escape deflujo los anillos se pueden dividir en:a)   ...
18b)    El líquido es limpio y la altura de succión positiva no se necesita que esteconectada la zona de descarga de la bo...
194.5.6 Sellos mecánicosComo ya se dijo, cuando se utilizan prensaestopas es necesario dejar un pequeñogoteo que garantice...
20Para lo anterior se usan generalmente rodamientos de bolas o de rodillos en todassus variantes; sin embargo en ocasiones...
21Bomba de turbinaDe baja potencia hasta 100 HP.De mediana potencia, entre 100 y 200 HP.Grande, entre 250 y 500 HP, yMuy g...
22bombas de flujo axial y altas velocidades pueden ser usadas sin peligros decavitación. La mayoría de las bombas de flujo...
23  Lubricación por aceite. Tiene cojinetes de bronce, por lo general, que estánubicados dentro de una cañería de acero qu...
24El cabezal es el que basará la bomba en el fundamento de ella, no se necesitaapernarlo a ella, ya que el peso de la bomb...
257.7 NIVEL DEL AGUA DE SUCCIÓNNivel del agua de succión tiene la misma importancia como para bombascentrífugas. Es recome...
26Los motores eléctricos tendrán por lo general una potencia efectiva alrededor delos 90% y ello dependerá de la carga que...
27Perdidas hidráulicas succiónAltura total (m)Potencia absorbida = 3600*10*(9) / (k t) Kwh1.36*kwh = HP BrutoHP Bruto = 0....
287.12    INSTALACIÓN DE LAS BOMBAS DE TURBINA LUBRICADAS POR AGUA7.12.1 PozoMida el pozo para asegurar que tiene la anchu...
29Inmediatamente después de recibir la bomba compruébense sus elementos con lalista de embarque. Infórmese de cualquier pé...
30Aflójese la abrazadera que hay sobre la tubería de succión y bájese el conjunto alpozo hasta que Ia abrazadera superior ...
31sobre la bomba. Asegure que el asiento inferior del cabezal está limpio y de quelos pernos no han sufrido daño. Limpie e...
32los ejes queden a tope en el acoplamiento pero no debe utilizarse tanta fuerza quepueda producir un error de alineación....
33amperímetro para conseguir un ajuste muy preciso. Si el pozo contiene arena, seelevarán los impulsores el doble, aproxim...
347.12.9     Lubricación eje de la columna y cojinetes de los impulsoresEn la bomba lubricada por agua, todos los cojinete...
35Los motores lubricados con aceite y las transmisiones se envían sin aceite y se lesdebe de aplicar el grado apropiado an...
36En la Tabla 2 se presenta un resumen de los diferentes tipos de bombas a los quese ha hecho referencia en este documento...
37La cantidad de agua que se debe bombear depende del requerimiento del cultivo,del área regada, de la eficiencia de aplic...
38El sistema de bombeo debe ser diseñado para que proporcione las cantidadesadecuadas de agua durante los períodos de mayo...
39Tabla 2. Eficiencia de aplicación, costos relativos y requerimientos de mano deobra para diferentes métodos de riego.  M...
40                          EHP = WHP / (EM + EB + Eg)En donde EM, EB, Eg corresponden a las eficiencias del motor, bomba ...
41   ♦   Carga de presión es la presión requerida para operar los aspersores, en       riego por goteo es la presión reque...
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43                             CDT = hp + hz + hv + hlDonde:hp = Carga de presión. Corresponde comúnmente a la presión de ...
44La eficiencia de la bomba casi siempre está especificada por los fabricantes enconjunto con las curvas características y...
45Condiciones de operaciónFrecuentemente, las bombas son seleccionadas para ser utilizadas bajo un ampliorango de condicio...
46   •   Usar como mínimo el mismo diámetro de succión de la bomba. No permitir       nunca que se reduzca ese diámetro. E...
47Un diseño inadecuado de la tubería que entra a la bomba puede causarturbulencia, creándose velocidades en espiral y perf...
48En general las turbinas y las bombas de hélice son utilizadas en situaciones endonde no se requieren de tubería de succi...
49Cuando la bomba es colocada por debajo del nivel del agua.CNPS disponible = presión atmosférica, (ft)           altura e...
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  1. 1. Universidad Nacional de Colombia Sede de Medellín FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIASBOMBAS CENTRÍFUGAS Y DE TURBINA PARA RIEGO JULIO CÉSAR ARANGO TOBÓN Ingeniero Agrícola - M. Sc. Profesor Asociado 1999
  2. 2. 2CONTENIDO
  3. 3. 3 INTRODUCCIÓNEl objetivo de este impreso universitario es guiar a los estudiantes de los cursosde riego en el tema de las bombas centrífugas y de turbina, cuyo conocimiento esfundamental en el diseño y operación de sistemas de riego a presión.Este impreso universitario explica como operan las bombas y sirve como una guíapara su selección adecuada, mantenimiento y uso.Se suministra en el impreso, información sobre los equipos de bombeo, comodebe ser su instalación. Se describen las partes que constituyen las bombascentrífugas y de turbina. Se da una explicación sobre el concepto de ¨cabezas¨(altura de elevación o aspiración); columna piezométrica (o de caída), potencialhidráulico, desnivel, carga hidráulica, altura de impulsión real o manométrica,condiciones de servicio y características de funcionamiento de varios tipos debombas centrífugas y de turbina. Se estudian las curvas de sistemas de altura deelevación y su efecto en la capacidad de la bomba y su selección. Se incluyetambién aspectos sobre impulsores de bombas, el cebado, la instalación,operación y mantenimiento de las bombas centrífugas y de turbina.Lo que finalmente se busca con este impreso es proporcionar conocimientosprácticos y útiles de la aplicación, control, instalación, operación, mantenimiento eidentificación de fallas de las bombas centrífugas y de turbina.Es bien importante indicar, que los fabricantes de bombas con la experiencia einvestigación, han mejorado mucho la variación de presiones de operación, laeficiencia y el diseño mecánico e hidráulico de su producto, lo cual hay que teneren cuenta, en el momento de tomar la decisión para el uso de un determinadoequipo.Finalmente hay que considerar que el tipo de potencia utilizado para bombear óelevar agua depende del costo, disponibilidad y cantidad de agua que se quierebombear, desde luego que hay que buscar que las cantidades de agua requeridassean bombeadas con una cantidad mínima de energía.
  4. 4. 41. DEFINICIÓN DE BOMBEOEl bombeo puede definirse como la adición de energía a un fluido para moversede un punto a otro. No es, como frecuentemente se piensa, la adición de presión.Porque la energía es capacidad para hacer trabajo, adicionándola a un fluidoobliga al fluido hacer trabajo, normalmente fluyendo por una tubería o elevándosea un nivel más alto.2. QUE ES UNA BOMBAUna bomba es un aparato mecánico cuya única función es adicionar energía a unfluido para que pueda realizar un trabajo.3. TIPOS DE BOMBASExisten diferentes tipos de bombas de las cuales las principales usadas en loscampos agrícolas son las de émbolo o pistón y las centrífugas.Las bombas movidas con la fuerza humana y animal todavía son usadas enalgunas regiones del mundo donde el sistema de riego está asociado conexplotaciones agrícolas de subsistencia.A medida que fue desarrollándose la bomba centrífuga ella fue apartando del usola bomba de émbolo, ya que ella da solamente un caudal fijo a una altura variable.A fines del año 1800, construyó Sulzer la primera bomba para un caudal de 1.250m3 por hora y a una presión de 150 metros, que fue basado en una bomba de tresetapas, la cual fue toda una revelación técnica en la construcción de bombas.Desde entonces distintas fábricas tomaron estas ideas y hoy por hoy ya se puedeencontrar en el comercio una serie de variedad enorme en característicashidráulicas y mecánicas.Las bombas pueden clasificarse en variadísimas formas dependiendo de: ♦ Su aplicación ♦ Tipo de fluidos que mueven ♦ Tipo de elementos motriz, etc.
  5. 5. 5Las bombas movidas por mecanismos pueden ser clasificadas como bombas dedesplazamiento positivo y bombas de desplazamiento variable. Las bombas dedesplazamiento positivo (bombas de pistón, bombas de diafragma, bombas deengranajes, bombas de tornillo, etc.) son raramente empleadas para riego.Las bombas de desplazamiento variable incluyen a las bombas centrífugas, flujomixto, turbinas, bombas de hélice y al ariete hidráulico; las cuatro primeras sonutilizadas extensivamente para regar los cultivos.Cada tipo de bomba tiene sus ventajas de acuerdo con las condiciones deoperación, tales como: altura de succión, altura total de bombeo, descarga,eficiencia de operación y costos. Los sistemas de bombeo ( combinaciones debomba y motor) necesitan ser diseñados de acuerdo con las condiciones deoperación y requerimientos de agua. Un sistema de bombeo que funcionaadecuadamente bajo un conjunto de condiciones, tal vez no funciona bien bajootras condiciones.Pero se puede decir que la clasificación más ajustada a la construcción en sí delas bombas es aquella que las clasifica por la forma como transfieren el fluido ensu interior, desde la succión hasta la descarga.De acuerdo con los principios de operación, las bombas se pueden clasificar en: • Bombas de desplazamiento positivo. Consisten de una o más cámaras que se llenan y vacían cíclicamente desplazando "Paquetes" de flujo a intervalos regulares. • Bombas rotodinámicas. Son aquellas en las cuales hay cambio de momentum angular convirtiendo la energía de un impulsor rotativo en aumento de velocidad y presión del fluido. En estas se tienen: ♦ Bomba de hélice o axial. En la que el fluido se mueve en la dirección del eje. Sus características más importantes son: Alto flujo y eficiencia, baja cabeza.Bomba centrífuga o radial. En la que el fluido se mueve perpendicularmente al eje. Sus características más importantes son: alta cabeza, flujo y eficiencia moderado. ♦ Bombas de flujo mixto. En la que el fluido se mueve con componentes axiales y radiales; su comportamiento se halla entre la axial y la radial.
  6. 6. 64. BOMBAS CENTRÍFUGAS4.1 GENERALIDADESLas bombas centrífugas son recomendadas para bombear desde ríos, lagos,canales y pozos.Las bombas centrífugas, como su nombre lo indica, emplean fuerza centrífugapara elevar el agua hacia lugares más altos. Ellas también permiten la operaciónde los emisores en los sistemas de riego por presión.Una bomba centrífuga es una máquina que consiste de un conjunto de paletasrotatorias encerradas dentro de una caja o cárter, o una cubierta o coraza. Laspaletas imparten energía al fluido por la fuerza centrífuga.Despojada de todos los refinamientos, se puede decir que una bomba centrífugatiene dos partes principales: ♦ Un elemento giratorio, incluyendo un impulsor y una flecha. ♦ Un elemento estacionario, compuesto por una cubierta, estopero y chumaceras.La bomba centrífuga da un flujo sostenido a presiones uniformes sin variacionesde presión. Provee la flexibilidad máxima posible, desarrollando una presiónespecífica máxima de descarga en cualquier condición de operación con caudalcontrolado ya sea por variación de velocidad o estrangulación.4.2 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTOEn forma simple se puede explicar el funcionamiento de la bomba centrífuga en la siguiente forma:Si se da vuelta a un balde lleno de agua con la ayuda de un cordel, el agua nosaldrá del balde. La fuerza centrífuga presionará el agua hacia su fondo. Si se lehace un agujero en la parte del fondo se vera de que saldrá un chorro de agua, sise mueve este balde a mayor velocidad, este chorro alcanzara una distanciamayor, ya que la fuerza centrífuga ha aumentado.Las bombas centrífugas son elementos que proporcionan al líquido una energíabasada en el principio de la fuerza centrífuga.
  7. 7. 7En el caso de tener el nivel del líquido en el punto A, la sola abertura de lasválvulas en B y C, permitirían tener toda la tubería y la bomba, llena de líquido sinnecesidad de hacer ningún esfuerzo o trabajo, ( acción de vasos comunicantes) esdecir, el nivel del líquido se tendría también en el punto D. Figura 1. Principios de funcionamiento de una bomba centrífugaSi se hace girar el rotor R en el sentido indicado, el paquete P de líquido que seencuentra en uno de los canales o conducto del rotor R adquiere una velocidad V,que depende de la del rotor ( o sea W), en ese momento al estar el paquete P auna distancia H del centro de giro del rotor, se efectúa sobre él una fuerza F quetiende a alejarlo del centro de giro, es así como ese paquete P ha adquirido unaenergía de velocidad, la cual es función de la velocidad del rotor, de la masa deese paquete y de la distancia a que se encuentre del centro de giro.Esta energía posibilita al líquido para desplazarse dentro de la carcasa de labomba, y a medida que se aleja del centro del rotor adquiere más y más energía,(E = ½ mv2) hasta alcanzar la necesaria para salir por S.En caso de que se cierre la válvula en B, el giro del rotor seguirá incrementando laenergía de los paquetes de líquido que hay en la carcasa hasta que salgan de ellay como es obvio, se creará un vacío dentro de la carcasa y así se esta entoncesen idénticas condiciones que cuando se invierte un tubo de vidrio en el cual quedavacío el extremo, así que si en este preciso momento el nivel del tanque desuministro se encuentra en A entonces será el fenómeno de la presión atmosféricaquién lleve nuevamente líquido a la carcasa, continuando esta sucesión deacontecimientos mientras el rotor permanezca girando.
  8. 8. 84.3 CARACTERÍSTICASLa carga máxima para una bomba centrífuga con una sola etapa esta entre 45 y60 metros, algunos fabricantes dan especificaciones hasta de 170 metros. Estasbombas pueden ser clasificadas como volutas de una etapa o con varias etapas,de montaje vertical y horizontal; son construidas siguiendo una gran variedad dearreglos de tipos de impulsor y otros detalles de construcción. Cada fabricante seespecializa en adaptaciones a los diferentes tipos.Las bombas centrífugas son menos complicadas en su diseño con respecto a lamayoría de las bombas mecánicas y además tienen la capacidad de operar bajoamplio rango de condiciones. Estas bombas son relativamente baratas, fáciles deinstalar, mantener y están comúnmente acopladas a motores y pueden sercolocadas estacionariamente ó ser portátiles. Se encuentran disponibles en unagran variedad de tamaños, caudales y pueden ser seleccionadas para rendir altasy bajas presiones.4.4 VENTAJAS • Acción continua sin puntos muertos, ni cambios de velocidad en el agua elevada. • Ocupan poco espacio, por lo que pueden ser montadas en bastidores provistos de ruedas para su mejor transporte o instaladas en el interior de pequeñas casetas. • Cuando se trata de bombas importantes, su costo puede llegar a ser de un tercio del presupuesto de una instalación equivalente de bomba de émbolo. • Su conservación es mucho más económica. • Como carece de válvulas las averías e interrupciones son muy poco frecuentes. • Las fundaciones son sencillas, porque no se producen choques ni movimientos violentos. • Son acoplables directamente a los motores.Fácil disposición de la descarga en lugares muy apartados, cuando se trata de agotamientos. • Pueden elevar líquidos turbios o sucios, con fangos o impurezas diversas, e incluso arena.4.5 PARTES FUNDAMENTALES
  9. 9. 9Las partes constitutivas de una bomba centrífuga dependen de su construcción ytipo. Esta es la razón de que se encuentren más de 150 partes componentes debombas. De éstas solo se trataran las que se encuentran en la mayoría de lasbombas y que tienen mayor ingerencia sobre el comportamiento final de esta. Porlo tanto se dividen las partes fundamentales de una bomba centrífuga en:Estáticas y dinámicas.Estáticas:Carcasa: Su función es encausar el líquido que sale del rotor y cambiar parte dela energía de velocidad en energía de presión.Plato obturador: Su función es sellar la zona húmeda de la bomba de las partesexternas o secas. Puede llamarse ¨plato sello¨ si el elemento básico de obturaciónque encierra es un sello mecánico, o ¨plato estopa¨ sí el elemento básico queencierra es la estopa.Soporte de rodamientos: su función es la de servir de estructura de apoyo ysoporte de todas las fuerzas que son necesarias transmitir para hacer girar elrotor.Dinámicas:Rotor ( o Impulsor): su función es la de transmitir la energía de velocidad al líquido.La energía en parte también es de empuje producido por los álabes.Eje: Su función es la de llevar hasta el rotor la energía del elemento conductor dela bomba.4.5.1 CARCASAS4.5.1.1 FunciónComo el rotor desaloja el fluido con alta energía cinética, es necesario transformaresta en una energía de presión, esto se logra disminuyendo gradualmente lavelocidad del fluido por un aumento gradual del área.4.5.1.2 Tipos Carcasa según su función Tipos de carcasa
  10. 10. 10Según la manera de efectuar la Voluta:conversión de energía Simple Doble DifusorSegún su construcción De una pieza Partida: Por un plano horizontal. Por un plano vertical. Por un plano inclinado.Según sus características de Simplesucción Doble Succión por un extremo: Lateral Superior InferiorSegún el número de pasos De un paso De varios pasos4.5.1.3 Clasificación• Según transferencia de energía: ♦ Carcasa tipo voluta: Se incluyen acá la carcasa tipo voluta simple, la carcasa con doble voluta. ♦ Carcasa con alabes difusoresLas volutas derivan su nombre de la forma en espiral alrededor del rotor.La voluta simple recoge el líquido dejado por el rotor y transforma su energíacinética en presión al ir incrementando su área y así disminuyendo su velocidad.
  11. 11. 11 Figura 2. Reacción radial sobre el rotorCarcasa con doble voluta. En una bomba que utiliza voluta simple se tiene unafuerza resultante sobre el rotor, ya que la presión en la periferia de éste no esuniforme.Figura 3. Reacción radial sobre el rotorEn la Figura 2 debe notarse que la fuerza resultante solo es nula en la capacidadde diseño; además obsérvese que la fuerza es mayor a caudal nulo.La fuerza F es directamente proporcional a la cabeza y al diámetro del impulsor.Una solución a este problema (Aparte desde luego de ejes y rodamientos másgrandes) es colocar una doble voluta la cual consiste básicamente en 2 volutascolocadas a 180 o tal como se muestra en la Figura 3.La anterior disposición hace que se creen dos fuerzas de reacción F1 y F2, lascuales son opuestas y aproximadamente iguales. En este punto es importanteanotar que en las bombas con álabes difusores, no tienen problemas con fuerzasradiales, ya que sus fuerzas se equilibran por la disposición misma del diseño.Carcasa con álabes difusoresConsiste en una serie de álabes fijos que además de incrementar la presión puedeguiar el fluido de un impulsor a otro. Esta es la razón de que su aplicación másimportante sea la bomba multi-etapas.
  12. 12. 12El hecho de que las bombas tengan álabes difusores en vez de voluta incrementosu eficiencia hidráulica, pero esto solo es significativo en bombas con variasetapas, esta es la causa de que no se encuentren bombas de una etapa conálabes difusores.Desgraciadamente el uso de álabes difusores puede causar un comportamientoinadecuado, ya que el flujo que sale del rotor necesita encontrar los álabesdifusores suavemente y esto solo se logra en un punto de la rata de caudal. Comoguía práctica una bomba con álabes difusores se debe operar en un rango del 5 al10% del punto de diseño para que tenga una eficiencia aceptable.Otro problema de los álabes difusores es que no permiten tanta versatilidad conlos rotores como en las bombas con voluta, ya que en estas últimas se puederecortar un rotor hasta en un 25% sin pérdidas apreciables en eficiencia mientrasque en una con álabes difusores solo se llega a un 5% o 10%.• Carcasas según construcciónEn algunos casos dependiendo de la aplicación que va a tener la bomba, esconveniente que su carcasa este divida, lo cual puede ser a través de un planohorizontal, vertical, inclinado.Las carcasas que están partidas por un plano horizontal tienen la gran ventaja quepuede ser inspeccionadas sin tener que quitar la tubería. Son usadas paraabastecimientos de agua en grandes cantidades.Carcasas según sus características de succiónLas carcasas pueden ser de simple o de doble succión, correspondiendo a lascaracterísticas del rotor que succionara por uno o ambos extremos.La succión lateral, inferior o superior se escoge, únicamente para que se tengauna mejor disposición de la bomba con respecto a la tubería sin que exista unaventaja hidráulica de algunas de ellas sobre las otras.Carcasa según el número de pasosEn este punto se debe notar que en bombas multi-etapas lo que varía no es lacarcasa en sí sino el número de ellas.Una bomba multi-etapas, a groso modo no es más que un conjunto de bombascolocadas en serie.
  13. 13. 13Para que el conjunto mantenga una buena eficiencia es necesario utilizar carcasascon álabes difusores, los cuales van seguidos de álabes directores que guían elfluido a la siguiente etapa.4.5.1.4 Materiales de las CarcasasLa mayoría de las carcasas de las bombas son hechas en hierro fundido. Sinembargo existen ciertas limitaciones debido a su baja resistencia a la tracción, porlo cual no se acostumbran usar ni para altas presiones ni para altas temperaturas,en cuyo caso se utilizan de acero. Las carcasas en hierro se diseñan parapresiones máximas de 1.000 PSI y a 200 oC.Para bombas que movilizan fluidos comestibles se usa generalmente el aceroinoxidable, ya que este no los contamina. Para trasiego de fluidos con cierto gradode contaminación se usa el bronce.4.5.2 Impulsores4.5.2.1 Funciones y tiposLa función del rotor es imprimirle al fluido por él recibido un movimiento derotación, el cual a su vez hace que el líquido se desplace en dirección radialdebido a la fuerza centrífuga.4.5.2.2 ClasificaciónLos impulsores se clasifican según su función en:Impulsor según su funciónTipo de impulsorTipo de SucciónSim plesucciónDoble succiónForma de los álabesCurvos radialesTip oFrancis
  14. 14. 14Álabes para flujo mixtoTipo héliceDirección delFlujoAxialRadialMixtoAxial Construcción mecánica Abierto Semi-abierto cerrado Velocidad Específica. Baja Media AltaImpulsores según tipo de succiónEn un impulsor de simple succión el líquido entra por un solo extremo, mientrasque el de doble succión puede considerarse como dos de succión simplecolocados espalda con espalda. El de doble succión tiene entrada por amboslados y una salida común.El impulsor de succión simple se utiliza más ampliamente debido a que es másfácil de fabricar y requiere de una carcasa más sencilla, no obstante para grandescaudales es recomendable utilizar rotores de doble succión, sobre todo porrazones de NPSH. Los rotores de doble succión tienen además la ventaja de queno se produce empuje axial.• Impulsores según la forma de los álabesLos impulsores de álabes de simple curvatura son de flujo radial y están sobre unplano perpendicular. Generalmente son impulsores para grandes cabezas y bajoscaudales que deben manejar líquidos limpios sin sólidos en suspensión.En un impulsor tipo Francis el álabe es más ancho y tiene doble curvatura; lacurva Q - H se hace más plana. El impulsor de flujo mixto permite manejar líquidoscon sólidos en suspensión.
  15. 15. 15Por último se tienen los impulsores tipo hélice de flujo completamente axialcaudales altísimos y cabezas muy reducidas; pueden manejar líquidos y sólidosen suspensión de tamaño relativamente grande.Estos últimos son especialmente adecuados para bombas de drenaje en ciudadesy campos agrícolas, así como también en la industria camaronera.Un tipo adicional de álabes son los del impulsor inatascable, los cuales se utilizanpara bombear aguas negras con sólidos grandes en suspensión.En la actualidad se están desarrollando multiplicidad de rotores inatascables comoson los de vórtice, de álabe simple, álabe doble, etc.Impulsores según su construcción mecánicaUn impulsor abierto es aquel en el cual los álabes están unidos a la manzanacentral sin plato en los extremos lo cual hacen que sean débiles sobre todocuando son de diámetro grande, por lo cual, los llamados impulsores abiertos enrealidad son semiabiertos (con excepción de los axiales), ya que llevan un plato enla parte posterior que les da resistencia.Estos impulsores tienen la ventaja de que pueden manejar líquidos sucios y que lainspección es más simple. Tienen la desventaja que se deben mantenertolerancias muy estrictas con la carcasa para evitar recirculación.Los impulsores cerrados pueden trabajar con tolerancias mayores entre ellos y lacarcasa, ya que el líquido va canalizado entre las tapas integrales localizadas aambos lados del álabe.4.5.3 Rotores según su velocidad especificaDe la teoría de ¨SIMILITUD DINAMICA", que permite describir el funcionamiento,de dos aparatos hidráulicos similares partiendo de las medidas de uno de ellos, sehan deducido formulas de afinidad y números específicos que caracterizan a unaserie de bombas geométricamente similares que tengan ese mismo número y lashan clasificado de acuerdo a las características que se deseen reproducir.La velocidad específica es un número que relaciona: La velocidad de la bombacon el caudal y la cabeza. Con este número se pueden clasificar los rotores desucción simple.Rotores de baja velocidad específica son de flujo radial, de media velocidad sonde flujo mixto y tipo Francis, de alta velocidad son de flujo axial o hélice.
  16. 16. 16Material de rotoresComo en el caso de las carcasas la mayoría también de los rotores son fabricadosen hierro fundido, pero la limitante de este material aparte de ser la presión quenormalmente se controla con espesores de pared está en la velocidad periféricamáxima que pueden alcanzar con lo que los diámetros de ellos están ligadosestrechamente a la velocidad máxima admitida por la bomba.Las velocidades máximas usuales ligadas a este tipo de material son 1750 RPMhasta 3500 RPM.La principal aplicación del hierro esta en la movilización de agua de relativalimpieza, ya que cuando se bombean líquidos con material abrasivo es muchomás recomendable los rotores fundidos en bronce.Algunos otros materiales como el acero inoxidable son aplicadosfundamentalmente en bombas que movilizan líquidos agresivos o comestibles.Rotores en materiales sintéticos se están desarrollando cada vez más dada laperfección de sus acabados lo que garantiza un desempeño libre de los problemasque conllevan los otros procesos de fundición en cualquiera de los otrosmateriales mencionados.Estos desarrollos han avanzado hasta obtener diámetros aproximados de 180m.m., en materiales sintéticos, aplicándose fundamentalmente al área de bombaspara uso doméstico. En Colombia también se están dando los primeros pasos eneste campo basados en la experiencia de otros Fabricantes.4.5.4 Anillos de desgasteDebido a las diferencias de presión que se crean en las bombas, en algunos sitioses necesario dejar tolerancias muy estrechas entre partes móviles y estáticas paraque no haya excesivas pérdidas; debido a estas tolerancias es casi seguro que allíva a ocurrir rápidamente un desgaste. Si además de esto, la pieza en queocurriera el desgaste es costosa se hace necesario colocar una camisa de fácilreemplazo en las zonas de desgaste, con el fin de reemplazar esta y reducir asílos costos de reparación. Un caso típico está en la zona de unión entre lamanzana de succión del rotor y la carcasa de la bomba, donde se montan apresión o roscados anillos de fricción en el rotor o en la carcasa o en ambos.Existen diversos tipos de anillos y deberá escogerse el más adecuado para lacondición de trabajo y líquido manejado. Esta selección se basa solamente en larigurosidad que se desee en las pérdidas por recirculación, ya que la otracondición, la de asumir el desgaste, todos lo hacen igual de bien.
  17. 17. 17De acuerdo a la forma que tengan, y a su capacidad para impedir el escape deflujo los anillos se pueden dividir en:a) Anillos planosb) Anillos de forma de L.c) Anillos de LaberintoDeberá mirarse con atención la tolerancia que existe entre los anillos, puesto quesi es excesivo resultará en una recirculación considerable, y si es reducida, estospueden pegarse, sobre todo si los materiales tienen tendencia a pegarse entre sicomo en el caso de los aceros inoxidables. Generalmente en las bombas estándarse usa bronce y en el caso de aceros inoxidables estos deberán tener unadiferencia mínima de dureza, de 50 brinell.La magnitud de la tolerancia es dada por gráficas ampliamente conocida por losfabricantes de bombas, y el mantenerse dentro de ellos garantiza un mejordesempeño de la unidad.La utilización de materiales sintéticos (caucho) tratando de simular elcomportamiento de los retenedores de aceite, en las carcasas, en ninguna medidapuede considerarse como una solución, ni siquiera comparable con los anillos defricción de cualquier material metálico y de forma plana, ya que la caída de presiónes función de la longitud de interferencia entre los anillos de fricción y no de unpunto de contacto entre " Retenedor ¨ y la manzana del rotor.4.5.5 Estoperos, empaques y sellosEl estopero es una cavidad concéntrica con el eje, en la cual van colocados losempaques que impiden que el flujo se salga por el agujero por donde pasa el eje;al mismo tiempo que impide que el aire entre al interior de la bomba.Debido a que por una cara de los empaques llega la presión de la bomba, esnecesario ejercer una presión sobren estos para contrarrestarla y se hace con elprensa-estopas. Gracias a estas presiones se crea una fricción alta entre losempaques y el eje, lo cual hace que se aumente la temperatura y el consumo depotencia.Por todo esto es necesario lubricar todo el sistema de empaques. Esto se logramediante una pieza rígida llamada " Anillo Linterna " a la cual se le hace llegar ellíquido lubricador y refrigerante desde la misma carcasa o desde una fuenteexterior.En general si:a) El líquido es limpio y la altura de succión es negativa el líquido lubricante esel mismo impulsado.
  18. 18. 18b) El líquido es limpio y la altura de succión positiva no se necesita que esteconectada la zona de descarga de la bomba con el anillo linterna.C) El liquido es limpio y la altura de succión es muy negativa se hacenecesario alimentar el anillo linterna con una fuente exterior.Existen además casos especiales en la disposición de los estoperos, quedependen de la aplicación particular:a) Cuando se manejan líquidos limpios con succión negativa y se desea elmínimo de contaminación en la corriente impulsada. Cuando la succión es positiva, y se desea recoger el líquido que sale por el estopero. Esto se hace por medio del anillo linterna. Cuando se movilizan líquidos abrasivos y se desea proteger la empaquetadura del prensaestopas. d) Cuando se quiere reducir a un mínimo las pérdidas por escape. e) Cuando se movilizan líquidos limpios con temperaturas de 105 -130oC.La presión sobre los empaques se efectúa por medio de los prensaestopa, unapieza metálica que se mueve por medio de tornillos.Son diversos los materiales que se utilizan en los empaques de las bombas, pero los más comunesson:a) Empaque de asbesto, el cual es comparativamente suave y aconsejablepara aguas con temperaturas no muy elevadas.b) Para presiones y temperaturas más elevadas y para algunos químicos seutilizan empaques con una mezcla de fibra de asbesto y plomo o bien plásticoscon plomo, cobre o aluminio.c) Para sustancias químicas muy exigentes se usan empaques de fibrassintéticas como teflón.
  19. 19. 194.5.6 Sellos mecánicosComo ya se dijo, cuando se utilizan prensaestopas es necesario dejar un pequeñogoteo que garantice la lubricación, lo cual puede ser molesto en algunasocasiones.Cuando se quiera reducir al mínimo dicho goteo es necesario utilizar el sellomecánico. Este último consta esencialmente de una parte estática y una partedinámica cuyas caras están pulidas con lapeado, siendo este último el secreto dela alta eficiencia del sello.El apriete de la parte dinámica contra la parte estática se regula por medio de unresorte, lo cual es una gran ventaja, ya que no se necesita estar graduandomanualmente como en el caso del prensaestopas. En general un sello mecánicobien escogido (con materiales adecuados al líquido movilizado) puede durar enpromedio 15000 horas sin gotear, y sin que necesite mantenimiento.4.5.7 EjesEl eje de una bomba hidráulica es la guía sobre la cual giran todas las partesdinámicas de esta.Estos ejes pueden ser de una o de varias piezas dependiendo de la relaciónlongitud /diámetro, pero en general solo en las bombas de pozo profundo en lascuales esta relación es muy grande, se utilizan ejes seccionados unidos poracoples.Los ejes generalmente son hechos en acero, modificándose únicamente elcontenido de carbono según se necesite. En casos especiales se utilizan acerosde alta aleación según la necesidad.En la determinación del diámetro del eje debe tenerse en cuenta la potencia, elpeso de los elementos giratorios y el empuje radial, teniendo cuidado al mismotiempo que la velocidad crítica, la cual es función del diámetro este lo más alejadaposible de la velocidad de operación, ya que sí se opera cerca a.,ésta cualquierfuerza pequeña será amplificada y podrá romper el eje.Por último es de anotar que en ejes que tienen la relación longitud / diámetro muygrande si necesita más de dos puntos de apoyo.4.5.8 CojinetesEl objeto de los cojinetes es soportar las cargas axiales y/o radiales de las partesdinámicas, a la vez que las mantiene alineadas con respecto a las partesestacionarías.
  20. 20. 20Para lo anterior se usan generalmente rodamientos de bolas o de rodillos en todassus variantes; sin embargo en ocasiones se pueden utilizar bujes de materialblando con lubricación a presión, y en bombas verticales se puede utilizar bujes decaucho (Neopreno) lubricados por el mismo líquido movilizado.A continuación se muestran diferentes tipos de bombas con sus cortesesquemáticos donde se puede comprobar la indicación dada al inicio de esteimpreso, sobre la gran cantidad de piezas que pueden hacer parte de una bomba.Figura 4. Bomba con rotor al extremo, mono-bloque, una etapa, succión final4.6 CLASIFICACIONLa bomba centrífuga se divide en dos tipos principales según la posición del eje dela bomba: Horizontal llamada centrífuga y vertical llamada turbina.Las bombas también se pueden dividir según especificaciones siguientes:Según la posición del motor. A la bomba centrífuga el motor puede ser acoplado directamente o por medio de una trasmisión mecánica (correa, cadena, etc.).En la bomba de turbina, el motor puede estar en la parte superior de la bomba(fuera del pozo) y puede ser accionada también por transmisión o en su parteinferior (sumergida en el agua).Según su caudal y presión y lógicamente su potencia.Se podría clasificar en la siguiente forma:Tipo de bombaClasificaciónBomba CentrífugaDe baja potencia hasta 100 HP.De mediana potencia, 100 a 250 HP, yGrande sobre 250 HP.
  21. 21. 21Bomba de turbinaDe baja potencia hasta 100 HP.De mediana potencia, entre 100 y 200 HP.Grande, entre 250 y 500 HP, yMuy grande de 500 HP arribaSegún el impulsorOtra clasificación de la bomba es la forma de impulsar que puede ser de acción,radial o axial, como así tenemos también impulsores cerrados, semi - abiertos oabiertos.5. BOMBAS DE HÉLICE Ó FLUJO AXIALLas bombas de hélice o flujo axial son seleccionadas para bombear grandesvolúmenes de agua en contra de cargas pequeñas. La capacidad oscila entre 40 y6000 litros / segundo. La carga dinámica total (CDT = altura de bombeo + pérdidaspor fricción) casi siempre es del orden de 1 a 2 metros, pero por lo general nosobrepasa los 10 metros, bajo ciertas condiciones de diseño.El término de ¨flujo axial¨ implica que los impulsores elevan el agua y la empujanperpendicularmente con respecto al plano de rotación, luego el flujo es paralelo aleje de rotación.6. BOMBAS DE FLUJO MIXTOLas bombas de flujo mixto elevan el agua y la aceleran; estas bombas sonutilizadas para cargas intermedias con un amplio rango de caudales y por logeneral son instaladas en una sola etapa. Estas bombas pueden elevar agua bajocondiciones de carga máxima con menos sumergencia a la requerida por las
  22. 22. 22bombas de flujo axial y altas velocidades pueden ser usadas sin peligros decavitación. La mayoría de las bombas de flujo mixto son instaladas bajocondiciones donde la altura máxima de bombeo no supera los 15 metros, aunquehay bombas con especificaciones para bombear con alturas un poco diferentes; lacapacidad de bombeo oscila entre 40 y 6000 litros / segundo.7. BOMBAS DE TURBINA7.1 GENERALIDADESLas bombas de turbina son colocadas en los pozos profundos. Algunas veces seles denomina como ¨bombas periféricas¨. Una turbina en esencia es una bombacentrífuga que está diseñada para ser usada con una ó más etapas, lo cualpermite multiplicar la presión desarrollada de acuerdo con el número de etapas ótazones. Las turbinas para pozos profundos generalmente son de etapasmúltiples, para lo cual se colocan varios tazones, uno encima del otro. Cadaturbina recibe el flujo de agua y le aumenta la presión permitiendo llevar el aguahacia grandes elevaciones. Las bombas de turbina pueden ser diseñadas paracaudales que varían entre 0.5 y 600 litros / segundo. Las bombas para pozosprofundos son instaladas con motores colocados en superficie utilizando un ejelargo que llega hasta los impulsores ó con motores eléctricos sumergiblescolocados en la parte inferior de las etapas de impulsores. Los motoressumergibles son usados cuando el pozo carece de verticalidad y cuando al colocarel motor en la superficie resulta en ejes demasiado largos ó cuando existe peligrode inundaciones, además cuando las condiciones económicas son favorables.7.2 TIPOSLa bomba de turbina o llamada bomba de pozo o bomba profunda succiona elagua del subsuelo, río, lago, etc. Por lo general se pueden encontrar dos tipos dedicha bomba: • Motor en la parte exterior del pozo. Del motor cuelga el eje que impulsa la bomba que está en la parte inferior. El eje es mantenido a lo largo de la cañería de impulsión dentro del pozo con la ayuda de cojinetes que lo centran en relación a la tubería de columna. En este tipo de construcción de bomba se puede encontrar dos sistemas de lubricación para el eje:.Lubricación por agua. El eje pasa por cojinetes de goma que están ubicados encada columna. Cuando ésta llega a una profundidad mayor de 60 metros,conviene valorar la elección de la bomba con lubricación de aceite.
  23. 23. 23 Lubricación por aceite. Tiene cojinetes de bronce, por lo general, que estánubicados dentro de una cañería de acero que se mantiene centrada en relación ala columna en cada uno de ellos, en dicha cañería se encuentra aceite que esalimentado por goteo de la parte exterior del pozo. Generalmente el largo de lacolumna es de 3.05 m.Bombas sumergidas cuyo motor está en la parte inferior de la bomba con lo cualse evita la transmisión por medio del eje que es un ahorro de pérdida innecesaria(mecánica e hidráulica). La bomba se encontrará dentro de una tubería que es elpozo mismo cuya profundidad será mayor que la profundidad de la bomba ya queella tiene que permitir pasar las aguas del acuífero.7.3 PARTES DE LA BOMBA DE TURBINAEn su parte superior se encuentra el motor. El motor está unido a una base que esla base de la bomba, de esta base se atornillan las columnas según la profundidadnecesaria con relación al nivel del agua.Al final de las columnas se encuentra la bomba de turbina que es una conexión deuna o más bombas centrífugas (etapas).En su punto inferior se tiene el colador o el filtro para evitar que pequeñas piedraso suciedad entren en la bomba y la deterioren.Figura 8. Partes de la bomba de turbina7.4 EL MOTOREl motor generalmente deberá ser con eje hueco con el fin de poder regular labomba (subir o bajar el eje) con la ayuda de la tuerca.En su parte superior se encuentra un rodamiento especial, cuyo papel es el desostener el peso del eje y los impulsores, más el peso del agua sobre ellos.7.5 CABEZAL DE LA BOMBAEl cabezal de la bomba es aquel al cual se conecta la cañería de impulsión fueradel pozo y la columna del pozo en su parte inferior.
  24. 24. 24El cabezal es el que basará la bomba en el fundamento de ella, no se necesitaapernarlo a ella, ya que el peso de la bomba y el motor es considerablementealto, hay que cuidar de la estabilidad de la base sobre el fundamento.Importante es nivelar la bomba de tal forma que el eje que pasa por el prensaestopas esté centrado en relación a él.El prensa estopas en sí, puede ser hermético o con la ayuda de cordel, que puedeser a base de teflón o grafito.7.6 REGULACIÓN DE LA BOMBASegún el tipo de impulsor, se tendrá una posibilidad de regular la presión de labomba.En impulsores cerrados, dicha regulación (la luz) es pequeña por el tipo deconstrucción.En la bomba con impulsor semi-abierto dicha regulación permite variaciónconsiderable de la altura de elevación, ya que a medida que se va subiendo el ejela luz aumenta, la pérdida hidráulica se agranda y lógicamente el rendimientodecrece.Ello tiene importancia cuando se comienza un pozo nuevo donde existe arena y enlugares donde el sistema exige a intervalos cambiar las características Q - H.Por lo general, la regulación al comenzar el trabajo se hará elevando el eje hasta2/3 de juego posible y a medida que el agua está limpia de arena se bajará el ejepaulatinamente.Para la regulación del eje, el fabricante generalmente, prescribe cual es lo esencialde su elevación; en todo caso es necesario tomar en cuenta el alargamiento deleje a causa del peso de él y los impulsores y el paso del agua sobre losimpulsores. L=P*L/E*ASiendo: L: El alargamiento del eje.P : Peso del agua sobre superficie libre de los impulsores (kg)L: El largo del eje en centímetrosE: Es el coeficiente y elasticidad del eje, para acero es: 215 Vg/cms2. A : Es la succión del eje cm2
  25. 25. 257.7 NIVEL DEL AGUA DE SUCCIÓNNivel del agua de succión tiene la misma importancia como para bombascentrífugas. Es recomendable que por lo menos la bomba esté sumergida dos otres columnas debajo del nivel dinámico del agua o sea 20´ a 30.Para determinar el nivel dinámico del pozo es necesario hacer un bombeo deensayo. La altura manométrica se determinará en cuanto al nivel dinámicosolamente.7.8 PÉRDIDA EN LA BOMBA DE TURBINALas pérdidas en la bomba de turbina son similares a la bomba centrífuga. Sedivide en pérdidas hidráulicas y mecánicas.La potencia exigida en la entrada del eje de la bomba, ya calcula la pérdida de labomba misma.Los cojinetes a lo largo del eje de la bomba tienen pérdidas mecánicas cuyo valorse podrá encontrar en tablas.A estas pérdidas mecánicas hay que agregar también las pérdidas del rendimientode soporte, que está en función al peso que él soporta. Por lo general se puedenencontrar dichos datos en los catálogos del fabricante.Las pérdidas hidráulicas se dividen en dos partes principales:En la fricción del agua en la columna. La pérdida de altura por la pérdida de velocidad (al pasar por los soportes de loscojinetes que por lo general se pueden depreciar por ser pequeños)Todas estas pérdidas para facilitar los cálculos, se apreciarán en HP.7.9 POTENCIA DE LOS MOTORES
  26. 26. 26Los motores eléctricos tendrán por lo general una potencia efectiva alrededor delos 90% y ello dependerá de la carga que está sometido el motor mismo. Baja porlo general hasta un 5% cuando la carga llega a un 50% del valor nominal.En los motores a combustión se encuentran tres tipos de curva de carga:Que es la máxima para cargas repentinas.Para cargas a intervalos.Para cargas continuas que por lo general se trabaja con ellas con la ayuda de ungobernador que está en el motor y que regula la velocidad constante.Para determinar la potencia real del motor a combustión, es necesario consultar alfabricante, como así también el gasto de combustible para cada HP/hora.7.10 REGISTRO DE LA BOMBAEs recomendable al comprar la bomba anotar todas las características de ella enun registro que también servirán para llevar anotado los ensayos de evaluación dela eficiencia de la bomba.Dichos ensayos es conveniente analizarlos en término medio cada dos años,según el número de horas que trabaja la bomba.Tabla 1. Resultados del análisis de la bomba.Nombre de la finca______________ No de la bomba ___________Fecha_______Fecha del análisis ObservacionesCaudal (m3/hora)Lectura manométrica (m) presión impulsiónNivel del agua (m) ( presión de entrada)Rectificación altura (m)
  27. 27. 27Perdidas hidráulicas succiónAltura total (m)Potencia absorbida = 3600*10*(9) / (k t) Kwh1.36*kwh = HP BrutoHP Bruto = 0.9 * HP neto- Pérdida radamiento motor- Pérdidas mecánicas del árbolPotencia en el árbol turbina ( centrífuga)Eficiencia de la turbina (%) (centrífuga)Potencia absorbidaPotencia absorbidaPerdida económicaElevación rodete mm7.11 ANÁLISIS PRÁCTICO DE LA BOMBAPara hacer un análisis práctico de la bomba, se recomienda llevarlo a cabo segúnTabla 1.• Observaciones a la Tabla 1.La eficiencia de la turbina se calculara según la relación que existe entre los datosde la curva característica de la bomba que se ha elegido y la potencia neta que seha encontrado en el eje en la entrada de la turbina:De ello se podrá resumir la pérdida económica por cada m3 y multiplicarlo por lashoras de trabajo anual para apreciar la real pérdida anual.
  28. 28. 287.12 INSTALACIÓN DE LAS BOMBAS DE TURBINA LUBRICADAS POR AGUA7.12.1 PozoMida el pozo para asegurar que tiene la anchura y profundidad necesaria pararecibir la bomba. El pozo debe ser lo bastante ancho para que la bomba cuelguelibremente sin ningún desalineamiento.Si el pozo no está aplomado, el cabezal de la bomba debe colocarse de modo queel eje de transmisión no tenga la misma inclinación que el revestimiento del pozosino vertical. Esto es muy importante. El cimiento deberá tener la suficienteanchura para soportar el peso de la bomba sin hundirse.7.12.2 CimientoDeberá construirse un cimiento de hormigón antes de instalar la bomba. Con el finde permitir la alineación del cabezal de la bomba con el pozo, mientras sedisponga el equipo de izar. Déjese un orificio en el cimiento, del tamaño adecuadopara que la brida de la columna superior, quede con bastante holgura.7.12.3 HerramientasSon necesarias las herramientas y equipo siguientes para conseguir unainstalación adecuada:Torre, grúa con cabrestante de cadena, cabrestante de camión, equipo para pozoso similar con un espacio mínimo de 12 pies (algo más para los conjuntos de cubogrande) y la capacidad suficiente para manejar de un modo seguro el peso de launidad completa.Dos abrazaderas de tubería o elevadores de tubo del tamaño adecuado a lacolumna de la bomba.Dos llaves pequeñas de tubería para juntar el eje, atornillándolo.Herramientas manuales entre las que se incluya un cepillo de alambre, limatriangular, llaves, etc.7.12.4 Preparación
  29. 29. 29Inmediatamente después de recibir la bomba compruébense sus elementos con lalista de embarque. Infórmese de cualquier pérdida o desperfecto a la empresa detransportes y a la fábrica. Téngase todas las piezas en un almacén seco quereúna la condiciones adecuadas. Cuando se vaya a efectuar la instalacióndesembálese el material y dispónganse los patines o cajas cerca del pozo.Coloque los tubos de la columna, con el extremo del acoplamiento hacia el pozo.Compruébense los ejes para ver si están rectos. Si existiera la menor duda de surectitud, desplácense éstos sobre largueros, ya que deben quedar lo más rectosposible.Colóquese un eje dentro de cada tramo de tubo vertical con el casquillo para elcojinete hacia arriba. Atorníllese en el extremo opuesto.Nota: Las bombas de turbina con acoplamientos cortos se envían montadas, por logeneral, con la excepción del motor. Para instalar estas bombas únicamente espreciso levantarlas sobre el sumidero o depósito y hacerlas descender sobre elcimiente. Enseguida móntese el motor o transmisión como se explicará másadelante.Notas Importantes:Las roscas del tubo vertical son a la derecha; las del eje, hacia la izquierda.Protéjanse todas las piezas de suciedad; especialmente, las roscas del tubovertical y del eje, los acoplamientos y todas las superficies, en movimiento.Cualquier suciedad o sustancia extraña que se aloje entre los extremos de los ejeso en otras partes puede causar la desalineación o funcionamiento defectuoso.Trátese el eje con gran cuidado para evitar que se doble.El eje y la columna deben quedar a tope sólidamente en los acoplamientos de otromodo pueden surgir diferencias de longitud durante la instalación. Los extremosde los ejes deben estar al nivel, del pequeño orificio que hay en el acoplamientode los ejes.7.12.4.1 Instalación del conjunto del Cuerpo de ImpulsoresSi la altura lo permite, atorníllese el filtro en el tubo de succión y éste al conjuntodel cuerpo antes de levantar el conjunto del suelo. Donde la altura libre seaescasa o él conjunto largo, bájese el tubo de succión al pozo con el filtro unido ysujétese con una abrazadera. Seguidamente, si la altura libre lo permite únase laúltima sección del eje y la columna al conjunto del cuerpo. Levántese el conjuntocompleto, teniendo un particular cuidado en no poner demasiado esfuerzo en elcuerpo, y atorníllese el conjunto al tubo de succión. Si fuera necesario colocar unaabrazadera en el conjunto del cuerpo, asegúrese que éste se encuentra sobre lajunta y no sobre el casco de un impulsor.
  30. 30. 30Aflójese la abrazadera que hay sobre la tubería de succión y bájese el conjunto alpozo hasta que Ia abrazadera superior o el elevador descanse sobre la partesuperior de la tubería o del cimiento.7.12.4.2 Instalación de la columnaBúsquese la columna y el eje, marcados con "Bottom Section" (sección inferior, sílo tiene).. Esta deberá instalarse justamente por encima del conjunto del cuerpo.Sujétese el eje a mano o con una cuerda, poniendo un especial cuidado para nodoblar el eje. En las bombas más grandes, una abrazadera pequeña que ajusteen el eje o un trozo de cuerda de cañamo ayudará a sostener el eje. Llévese elextremo inferior de la columna o deslícese sobre un tablón para impedir que seestropeen las roscas.• Cerciorarse de que todas las roscas estén perfectamente limpiasPinte las roscas de la tubería por el exterior con un buen lubricante de roscas.Acéitese las roscas del eje y elimínese el exceso de aceite. Atornille el eje inferioren el acoplamiento del eje de impulsores y aprietes. Seguidamente atornille lacolumna dentro del adaptador de la columna o, si el adaptador lleva brida, fíjelacon tornillos. Baje el conjunto al pozo y sujételo con una abrazadera.Coloque el conjunto de cojinete sobre el eje con el casquete de retención en laparte superior y atornille fuertemente en su sitio en el acoplamiento de la columna.Utilice la llave para apretar el cojinete que se acompaña, que éste quede a topecon el extremo de la columna.Repita este procedimiento hasta que haya sido instalada toda la columna. Cadasección debe quedar rígidamente a tope en los acoplamientos. Los tramosintermedios de la columna son regularmente de 10 pies para bombas hasta 2200RPM y 5 pies para bombas para más de 2200 RPM. Los asientos de gomadeberán ir centrados en el casquillo de asiento de cada acoplamiento de lacolumna. La sección superior de la columna tiene una brida para acoplar con elcabezal de descarga. La parte superior del eje que pasa a través del prensaestopas es generalmente de acero inoxidable y varios pies más largo que el tubosuperior.7.12.4.3 Instalación del Conjunto del CabezalSujete la bomba con abrazaderas bajo el acoplamiento superior de la columna.Esto soportará la brida superior de la columna a varios pies por encima delcimiento, donde será conveniente unir el cabezal de descarga. Quite el conjuntodel prensa estopas del cabezal. Puede ser necesario golpearlo ligeramente con unmazo de madera. Coloque una doble cadena a través del cabezal y levántelo,
  31. 31. 31sobre la bomba. Asegure que el asiento inferior del cabezal está limpio y de quelos pernos no han sufrido daño. Limpie el asiento superior de la columna ycolóquelo sobre el empaque del papel.Alineen los pernos y la abertura del cabezal con los orificios de la brida superior yhágase descender el cabezal cuidadosamente contra la brida superior. Asegureque encaja la referencia y apriétense bien las tuercas de los pernos.Enseguida, levante el conjunto de bomba completo y quiten las abrazaderas.Hágase girar la unidad hasta qué la brida de descarga esté en la direccióndeseada y hágala descender al cimiento. Si el cabezal no descansa por igualsobre el Cimiento, levante la unidad y colóquese cuñas de metal debajo de cadaesquina. La cabeza debe descansar sobre los cimientos de modo que en líneacon la columna y el eje. No nivelar nunca un cabezal de bomba sobre el cimientocon un nivel de alcohol.Coloque una junta de papel sobre los pernos del prensa estopas, Asegure que elasiento está limpio y hágase descender el prensa estopas sobre el eje teniendocuidado de no estropear la empaquetadura. Aprieten bien las tuercas de lospernos y aprieten a mano la tuerca del prensa estopas. Haga descender el tubo dealivio del prensa estopas a través de la abertura del cabezal para devolver el aguadesviada al pozo nuevamente o bien, coloque el tuvo a través de la abertura de laparte posterior del cabezal y de la tubería al drenaje. Si la bomba ha de funcionara presión, deje la válvula de alivio parcialmente abierta para aliviar la presión de laempaquetadura superior.Gire varias veces el casquete de grasa para lubricar el cojinete de laempaquetadura y el del prensa estopas. Atornille el acoplamiento superior en elextremo superior del eje que sale del prensa estopas. Coloque un paño sobre elacoplamiento para evitar cualquier posibilidad de que entre suciedad o materiasextrañas mientras se monta el motor.7.12.4.4 Instalación del motor o TransmisiónVéase la placa de identificación del motor para asegurar que es adecuado para lacorriente existente en la localidad y de que tendrá la velocidad necesaria para labomba. Utilicen los ganchos que van sobre el motor para levantar el motorúnicamente. No utilizarlos para levantar el motor y la bomba a la vez. Coloque elmotor sobre el cabezal de la bomba cerciorándose de que la base de aquel y laparte superior de éste están limpios y de que la referencia ajusta perfectamente.Atornille el motor en su sitio con los pernos o tornillos de tuerca que se incluyen enel material. Quite la cubierta del motor y el acoplamiento de la transmisiónsuperior. Baje el eje a través del hueco del motor que tiene un chavetero en laparte superior. Apriétese el acoplamiento del eje del cabezal. Es importante que
  32. 32. 32los ejes queden a tope en el acoplamiento pero no debe utilizarse tanta fuerza quepueda producir un error de alineación.7.12.5 Alineación de la BombaCompruébese la alineación de la cabeza de la bomba sobre los cimientos,observando el espacio que queda en torno al eje del cabezal en la parte superiordel motor. Si el eje del cabezal se inclina a un lado del eje hueco, coloque cuñas osuplementos de metal entre el cabezal y el cimiento, en el lado opuesto, de modoque el eje del cabezal quede exactamente en el centro.La rectitud del eje del cabezal, eje del prensa estopas y el acoplamiento puedencomprobarse instalando el acoplamiento de transmisión superior, elevando losimpulsores, y girando el conjunto de rotación 180º. Entonces quite elacoplamiento de transmisión superior y el eje deberá permanecer en el centro deleje hueco. Levante el conjunto de bomba completo y sin mover las cuñas, echeuna capa de cemento sobre el cimiento. Seguidamente deje bajar la bomba hastaque quede descansando exactamente en la misma posición que antes. Vuelva acomprobar la posición del eje en la parte superior. Después de que frague elcemento, apriete los pernos del cimiento.7.12.6 Compruébese la rotaciónHaga las conexiones eléctricas al motor y compruébese la rotación antes deinstalar el acoplamiento de la transmisión superior. La rotación debe efectuarseen sentido contrario a las agujas de un reloj cuando se mire desde parte superiorde motor. (Véase la flecha de la cabeza de la bomba). Se pueden accionarmomentáneamente los motores con trinquete anti-reversible empotrado sin que seproduzcan daños al conjunto del trinquete. Si la rotación es incorrecta inviertandos conexiones en el motor de tres fases.7.12.7 Ajuste de los ImpulsoresColoque el acoplamiento superior sobre el eje e inserte la chaveta. Apriétese latuerca de ajuste hasta que los impulsores se levanten sobre los asientos de loscubos y el eje gire libremente a mano. Después se levantará media vueltaaproximadamente para cada 100 pies de columna. Es conveniente elevar más delo necesario para arrancar y después ir haciendo un ajuste más perfectogradualmente. Coloque el tornillo de seguridad y apriétese antes de arrancar labomba.A fin de conseguir el funcionamiento óptimo, los impulsores deben de estarajustados de tal modo que marchen sin frotarse, no obstante, a la máxima presión.Si se produce algún ruido o vibración desacostumbrada, detenga la bomba ycompruébese nuevamente el ajuste del Impulsor Se puede emplear un
  33. 33. 33amperímetro para conseguir un ajuste muy preciso. Si el pozo contiene arena, seelevarán los impulsores el doble, aproximadamente la primera vez que se pone enmarcha la bomba; efectuándose un reajuste después de haber limpiado el pozo. Siel pozo no contiene el agua suficiente, para alimentar la bomba se deberán reducirla capacidad de la bomba elevando los impulsores.7.12.8 Pre-lubricación y arranque de la bombaAntes de poner en marcha las bombas para pozos profundos, se deben lubricarcon agua los cojinetes de goma a prueba de cortes que estén por encima del nivelestítico del agua. Conecte el depósito de pre-lubricación a la abertura del conjuntodel prensa estopas con las conexiones que se facilitan y llénese el depósito conagua limpia. Deje que al menos la mitad del agua del tanque bañe el eje antes deponer la bomba en marcha. Después se mantendrá la válvula abierta, permitiendoque el agua de pre-lubricación continúe corriendo hasta que el agua procedentede la bomba alcance la superficie. Deje que el depósito se vuelva a llenar antesde cerrar la válvula. Cuando se trate de bombas grandes con nivel estático deagua profundo, se llenará el tanque desde otra fuente suministradora paraproporcionar amplia lubricación, mientras que la bomba vaya alcanzando suvelocidad. Si se quieren operar estas bombas manualmente puede resultar másconveniente instalar un barril de 30 a 50 galones para la pre -lubricación.Las bombas que descarguen en sistemas de presión pre-lubrican normalmenteconectando un tubo cerca de la válvula de retención e instalando la válvula deglobo en esta línea. Se debe eliminar una pequeña ranura en forma de "V en elasiento de la válvula para impedir que se pueda cerrar accidentalmente. Por logeneral son suficientes de cuatro a cinco galones de agua por hora para mantenerlos cojinetes húmedos y en condiciones para su operación automática. Si lasbombas funcionan con frecuencia y el nivel del agua es menor de 50 pies,contados desde la superficie los cojinetes permanecerán por lo generalsuficientemente húmedos para que el arranque se realice sin dificultades y sinprevia lubricación. Cuando se ponen en marcha las bombas con poca frecuencia,o se dispone de una cantidad de agua para pre-lubricar bastante limitada, o setrata de grandes instalaciones que se han de operar automáticamente, se debeinstalar una válvula accionada por un solenoide eléctrico en el conducto de pre-lubricación con un relevador de acción retardada para que la bomba no se pongaen marcha hasta que los cojinetes hayan sido debidamente lubricados.Se debe colocar una válvula de compuerta en él conducto de descarga. Déjese laválvula cerrada en unos tres cuartos cuando se arranca la bomba. Una vez que elagua haya llegado a la superficie, se abrirá la válvula lentamente, para evitar elbombeo excesivo del pozo y para mantener la carga sobre la bomba (si espreciso),compruébese el prensa estopas y apriétese el cuello con una pequeñaIlave, hasta que solamente un pequeño goteo de agua que mantenga laempaquetadura lubricada.
  34. 34. 347.12.9 Lubricación eje de la columna y cojinetes de los impulsoresEn la bomba lubricada por agua, todos los cojinetes que están por debajo de la superficie quedanlubricados por agua que recorre la bomba. Se debe de efectuar la pre-lubricación durante elperiodo de arranque, si el arranque tiene regulador de partida (timer) sino hay necesidad delubricar un tiempo anterior el arranque. Se debe comprobar ocasionalmente el nivel del agua en el pozo cuando labomba esta funcionando. Si el nivel del agua se deprime por debajo de losimpulsores, se deberá instalar más columna y eje, o se deberá reducir lacapacidad de la bomba, ya sea elevando los impulsores o estrangulando ladescarga. Se debe de impedir que la bomba funcione, si el nivel del aguadesciende por debajo del filtro y la bomba interrumpe la succión.Motor con Cojinetes. Lubricados con Grasa (lubricados en la fábrica antes deefectuar el envio).El motor tiene un encastre para la grasa y tapón de evacuación en cada caja de cojinete.Una vez, cada seis meses, o una vez al año según las condiciones defuncionamiento, se debe de volver a lubricar el motor del modo siguiente:Quite el tapón de evacuación o eyector de grasa.Aplique la pistola de presión al encastre de la grasa e inyecte lubricante nuevohasta que se haya forzado todo el viejo a salir del cojinete a través del tapónevacuación del lubricante viejo, haciendo funcionar varias veces el émbolo haciaatrás y hacia adelante hasta eliminar la grasa.Ponga en marcha el motor durante cinco minutos aproximadamente para aliviar elcojinete de exceso de grasa, utilizando el eyector en cuanto el motor comience afuncionar para facilitar la eliminación de la grasa.Reponga el tapón de evacuación o el eyector.El motor tiene solamente un encastre para la grasa en cada caja de cojinete. Seañadirá una pequeña cantidad de grasa una vez cada seis meses o una vez alaño, según las condiciones del funcionamiento. Quite después el encastre de lagrasa y opere el motor durante media hora antes de volver a poner en su sitio elencastre, a fin de eliminar el exceso de grasa. Se debe de hacer funcionar elcojinete en caliente (sin averiarle) hasta que haya expulsado el exceso de grasa.7.12.9.1 LubricaciónEl motor tiene cojinetes lubricados con aceite, transmisión por correas o por acoplamiento flexible.Aplíquese aceite antes de ponerle en funcionamiento.
  35. 35. 35Los motores lubricados con aceite y las transmisiones se envían sin aceite y se lesdebe de aplicar el grado apropiado antes de ponerlos en funcionamiento.Compruébese el nivel del aceite una vez a la semana, manteniendo la bomba envacío. Cámbiese el aceite una vez al año o cada 2000 horas de operacionessegún lo que ocurra primero. Cámbiese el aceite con mayor frecuencia cuando seopere continuamente o cuando se trabaje con mucho polvo. Aunque se prefiere unaceite de motor de turbina especial, se puede utilizar, provisionalmente, en casónecesario, un aceite para motor SAF 20 o SAE 30.El motor tiene los cojinetes superiores lubricados con aceite y los inferioreslubricados con grasa. (Llénese el depósito superior de aceite antes de poner elmotor en funcionamiento. El cojinete inferior está engrasado en fábrica).Transmisión de Angulo RectoApliqué el lubricante antes de ponerla en funcionamiento. Acúdase a lasinstrucciones del fabricante, que por lo general recomiendan cambiar el aceiteuna vez al año, o después de 2.000 horas de trabajo según lo que ocurra primero.Úsese solamente un aceite de turbina apropiado conforme recomiendan losfabricantes. Los aceites automotrices SAE no son satisfactorios para lastransmisiones de ángulo recto.8. MEDICION DEL AGUA DE SALIDA DE LA BOMBALa medición del agua de salida de la bomba se puede realizar en dos formas: Por ayuda de medidores de agua: Medidor de pequeño caudal de 1/2 hasta 2¨de tipo velocidad, el que actúa sobre un elenco horizontal, lo cual mueve losengranajes y marca la medición. Para diámetros de 2 en adelante, se acostumbrael medidor de tipo "Voltman" que tiene un reductor axial. Si no existen medidores de agua, se puede medir el agua en la salida de lacañería con la ayuda de tablas que se encuentran en libros de hidráulica.Medición de la profundidad del nivel de agua en el pozoLa medición del nivel del agua en el pozo se puede realizar en dos formas:Por medio de la bombita de aire.Por medio de un tester de profundidad a base de un cable eléctrico alimentado porbatería y marcado a su largo con medidas de longitud.Resumen de los diferentes tipos de bombas
  36. 36. 36En la Tabla 2 se presenta un resumen de los diferentes tipos de bombas a los quese ha hecho referencia en este documento:Tabla 2. Resumen de los tipos de bombas requeridos bajo las diferentescondiciones de bombeo.Tipo de bomba CondiciónCentrífuga De baja a grandes alturas de bombeo con altura de succión sin exceder los 4.5 m, y caudal de bombeo bajo a moderadoHélice o flujo axial Poca elevación y gran capacidadFlujo mixto Poca o moderada elevación y entre moderada y alta descargaTurbinas para pozos profundos ( con Pozos profundos con grandes cargasvarios tazones) de bombeo en un gran rango de caudales generalmente entre bajo y moderadoSelección de las bombas y de las unidades de potenciaLa clave para hacer la selección correcta de la bomba radica en el conocimientodel sistema en que trabajará la bomba. El ingeniero que especifica una bombapuede hacer una selección errónea por no haber investigado los requisitos totalesdel sistema ni determinar cuál debe ser el rendimiento de la bomba.La selección de las bombas y de las unidades de potencia depende de: ♦ Cantidad de agua que debe ser bombeada o sea del caudal requerido ♦ Eficiencia de operación (Incluyendo las eficiencias de los componentes individuales como lo son impulsores, engranajes, etc.) ♦ La carga de bombeo (altura de bombeo y requerimiento de presión) ♦ La carga dinámica total (CDT) ♦ Requerimientos de potencia ♦ Energía disponible (eléctrica, gasolina, diesel, etc.) ♦ Costos y beneficios de la inversión ♦ El tamaño de la finca, tipo de sistema de riego, y disponibilidad de mano de obra. ♦ Condiciones de operaciónCantidad de agua para bombear
  37. 37. 37La cantidad de agua que se debe bombear depende del requerimiento del cultivo,del área regada, de la eficiencia de aplicación del riego y el tamaño de la estaciónde bombeo requerida depende de la cantidad de agua requerida y del tiempo debombeo.Una primera aproximación al tamaño de la estación de bombeo requerida puedeser tomada asumiendo que el requerimiento máximo de agua corresponde a 1 litro/segundo/hectárea bajo condiciones de riego continuo, se asume que laslluvias son despreciables. Otra aproximación rápida consiste en asumir que losrequerimientos de agua del cultivo durante el periodo de crecimiento varían entre 3y 8 mm/día. La cantidad de agua que debe ser bombeada puede ser calculadausando la ecuación: Q t = 28 A d (sistema métrico)En donde:Q = Caudal de la bomba en litros / segundot = Tiempo de bombeo en horasA = Área en hectáreasd = Lámina de riego en centímetrosObserve que en el sistema métrico una bomba descargando 1 litro por segundoregará una hectárea con una lamina de 8.64 mm en 24 horas ( 0.36 mm por hora).La estación de bombeo debe ser diseñada para entregar los requerimientosmáximos de agua incluyendo las pérdidas de aplicación. Estas pérdidasdeterminan la eficiencia de aplicación. Un valor deseable de eficiencia deaplicación es del 70%. Unos requerimientos diarios de 3 mm/día corresponde auna aplicación bruta de 11.4 mm/día cuando la eficiencia del riego es del 70%. Laspérdidas por conducción en los canales principales desde el pozo hasta loscampos de cultivo deben ser tenidas en cuenta. Estas pérdidas deben serinferiores al 10% si el canal está revestido o construido apropiadamente. Ensistemas manejados pobremente ó en canales sobre suelos permeables laspérdidas pueden ser del 50% o más.Al usar los métodos convencionales de riego por superficie, (un hombre puedemanejar un caudal de 30 a 100 litros / segundo), dependiendo de la disposición delos campos y de los dispositivos disponibles para el control del agua. En terrenosnivelados con cero pendiente y con diques, un hombre puede llegar a manejarhasta 400 ó 500 litros por segundo si la lámina bruta de riego es de 4.3 mm/día yel cultivo requiere de intervalos de 10 días con una bomba que descarga 25 l/s, eltiempo requerido para regar 5 hectáreas es de: 4.3 * 5 * 28 = 24 horas 25Si el agua de riego fuera aplicada solamente durante el período de 12 horas deluz, el caudal de la bomba debería ser duplicado a 50 litros / segundo.
  38. 38. 38El sistema de bombeo debe ser diseñado para que proporcione las cantidadesadecuadas de agua durante los períodos de mayor requerimiento de riego.Durante los períodos cuando los requerimientos son menores la bomba debe seroperada menos tiempo.Los sistemas de riego por aspersión y goteo pueden ser operados continuamenteo casi continuamente durante los períodos de máximo requerimiento de agua.Algunos regadores usando riego por gravedad prefieren trabajar solamentedurante la luz del día. La conveniencia y las mayores eficiencias obtenidas duranteel día pueden compensar los costos adicionales incurridos al instalar una bombade doble capacidad a la requerida bajo riego continuo.Eficiencia de operación del riegoA menudo no se le da mucha importancia a las eficiencias cuando se diseña unsistema de bombeo. Una bomba recién instalada debe ser sometida a una pruebade bombeo para determinar si el equipo está trabajando bajo las condiciones dediseño. Las eficiencias de operación que difieren significativamente de laseficiencias de diseño resultarán en un consumo excesivo de energía y/o pérdidasen producción.La definición básica de eficiencia es: Eficiencia = resultado entradaCuando se bombea agua para riego el resultado en la ecuación anterior es el aguaevapotranspirada por el cultivo. La entrada corresponde a la cantidad total de aguabombeada ó aplicada al suelo. La cantidad total bombeada incluye las pérdidaspor conducción. En este impreso se denomina como eficiencia de aplicación delriego a la relación entre la evapotranspiración y la cantidad de agua bombeada.Eficiencia de aplicación del riego = ET agua bombeadaSuponiendo que la entrada ó cantidad de agua que debe ser suministrada por labomba fue calculada usando una eficiencia de aplicación del 70%. Esto quieredecir que por cada 100 litros de agua bombeada, 70 litros fueron usados por elcultivo. Es prácticamente imposible obtener una eficiencia de aplicación del 100%.La eficiencia de aplicación del riego no solamente depende del sistema de riego,también está afectada por las condiciones de manejo del agua. La Tabla 2presenta varios valores de eficiencia de aplicación en conjunto con la mano deobra requerida y los costos relativos.
  39. 39. 39Tabla 2. Eficiencia de aplicación, costos relativos y requerimientos de mano deobra para diferentes métodos de riego. Manejo del Manejo bueno Manejo pobre Mano de obra Costos riego % % requerida relativos Surcos 50-75 30-50 Altos Bajo Melgas 50-85 30-50 Medio - alto Bajo a medio Aspersión 60-85 40-60 Bajos Altos Goteo 60-85 50-60 Bajos AltosEficiencia del sistema de bombeoLa eficiencia del sistema de bombeo se define como: Eficiencia=WHP/BHPLa potencia entregada por el motor a la bomba se conoce como potencia al frenoó BHP; WHP es la potencia neta entregada al agua por la bomba.Cuando se trata de un motor eléctrico la potencia entregada (EHP) al motoreléctrico se mide en kilowatts ( 1HP = 0.76 kw). Al usar motores de combustióninterna, ó con algunas instalaciones eléctricas se utiliza un engranaje ó cabezalpara transmitir la potencia a la bomba, por lo tanto se tiene una eficiencia en elcabezal o engranaje, Eg. Por lo general es del 95%. Eg = Potencia entregada por el engranaje Potencia entregada al engranajeAdemás existen otras pérdidas de energía en los ejes, rodamientos y en otroslugares que pueden disminuir la eficiencia.Cuando no se usa un cabezal ó engranaje, la eficiencia de la bomba incluye laeficiencia de los impulsores y de los ejes. WHP = BHP * Ef. de la bomba (EB) BHP = EHP * Ef. del motor (EM) EHP = WHP/ (EM*EB)En el caso de que las pérdidas en el engranaje sean consideradasseparadamente:
  40. 40. 40 EHP = WHP / (EM + EB + Eg)En donde EM, EB, Eg corresponden a las eficiencias del motor, bomba yengranajes respectivamente.Altura ó carga de bombeoLa presión total que la bomba debe ejercer sobre el agua para que fluya a travésde las tuberías, aspersores, etc. y la elevación de bombeo es referida como cargadinámica total (CDT). La relación entre carga y presión es la siguiente: Carga PresiónSistema métrico 100 metros 10 Kg/cm2Sistema inglés 100 pies 43.3 psiLa Figura 9 presenta la instalación típica de una bomba centrífuga tomando aguade un canal o lago para descargarla a través de un sistema de aspersión. La cargadinámica total (CDT) es una medida de la energía requerida por unidad de pesode agua que debe ser agregada por la bomba y corresponde además a la suma delas diferencias de elevación, cargas de velocidad y pérdidas por fricción ocurridasentre el nivel del agua en el pozo y el sitio de la descarga.La Figura 10 muestra los componentes de la CDT para una turbina que succionaagua de un pozo y la entrega a un canal. El nivel estático corresponde al nivel delagua en el pozo cuando la bomba no ha sido prendida. El nivel de bombeocorresponde a la profundidad del nivel del agua en el pozo cuando la bomba estáen operación. El abatimiento es la diferencia en elevación entre el nivel estático yel nivel dinámico de bombeo.La carga dinámica total debe ser determinada con bastante precisión para diseñarla estación de bombeo. La CDT en las Figuras 9 y 10 puede ser determinadacomo se explica a continuación: ♦ Las diferencias en elevación entre el nivel de la descarga y el nivel de succión; puede ser medida utilizando un nivel de Ingeniero, en los pozos profundos puede ser determinada utilizando un aparato para medir la profundidad del nivel de agua.
  41. 41. 41 ♦ Carga de presión es la presión requerida para operar los aspersores, en riego por goteo es la presión requerida en el punto de salida del emisor. ♦ La carga de fricción puede ser determinada usando tablas, las pérdidas por fricción dependen del diámetro de la tubería, longitud y tipo de tubería.Siempre se desprecia la carga de velocidad por ser pequeña. Si la bomba de laFigura 10, estuviera aplicando agua a través de un aspersor, sería necesarioincluir la presión de operación del aspersor en la CDT. Cuando se perfora un pozo,se debe hacer una prueba de bombeo para determinar si el flujo deseado (Q)puede ser obtenido; los correspondientes niveles de bombeo deben ser medidos.La determinación de la carga de bombeo después de haber instalado la bomba ydurante su operación se explica en las pruebas de bombeo. La descarga (Q), laspérdidas por fricción y la carga de presión puede ser determinadas como seexplicó anteriormente. En el campo un manómetro de reloj es instalado cerca de ladescarga de la bomba, la presión registrada corresponde muy cercanamente a lapresión en el punto de descarga. Para comprender más claramente los principiosde ingeniería, la carga dinámica total se puede expresar:
  42. 42. 42
  43. 43. 43 CDT = hp + hz + hv + hlDonde:hp = Carga de presión. Corresponde comúnmente a la presión de operación de losaspersores. ( 1 pie = 0.433 psi, 1 m = 0.1 kg/cm2)hz = carga de elevación, es la diferencia de elevación entre el nivel de bombeo y elpunto de descarga.hv = carga de velocidad, puede ser visualizada como la distancia vertical hasta lacual el agua fluiría como resultado de su velocidad y esta dada por la expresión: hv = V2/ 2gg = aceleración de la gravedad.Debido a la posibilidad de que se presente el golpe de ariete y ocurran dañosestructurales, la velocidad en los tubos de riego debe mantenerse por debajo delos 7 pies / segundo (2.13 m/segundo), por consiguiente la carga de velocidad esmínima.hl = carga de fricción. Esta es la presión ó carga que la bomba debe producir paravencer la fricción. La fricción ocurre debido al contacto del agua que fluye con lasparedes de la tubería.Potencia de salida de la bombaLa potencia de salida (energía / unidad de tiempo) de la bomba es la energía quela bomba debe suministrar al agua en la forma de caudal y presión, esta cantidades conocida como potencia del agua (WHP); Q el caudal de salida en gpm y laCDT en pies, la ecuación de WHP es: WHP = ( Q * CDT ) / 3960Cuando Q está expresada en l/s y la CDT en metros, la ecuación es: WHP = (Q * CDT) / 76La potencia requerida en el eje de la unidad de potencia para mover la bomba seconoce como potencia al freno o BHP y se determina a partir de la eficiencia de labomba y la potencia del agua (WHP) BHP = WHP/EB
  44. 44. 44La eficiencia de la bomba casi siempre está especificada por los fabricantes enconjunto con las curvas características y corresponde a la eficiencia de laboratorioque es determinada bajo condiciones controladas. Se utiliza una columna y eje delongitud mínima y los impulsores son ajustado a la separación ideal. La eficienciade la bomba para una instalación determinada casi siempre se encuentra algunospuntos por debajo del valor presentado en las curvas de los fabricantes.Engranajes colocados en ángulo recto generalmente resultan en eficiencias del95%. La potencia al freno del motor debe proporcionar la energía suficiente paracompensar estas pérdidas, además de las ocurridas en el eje de la bomba yrodamientos las cuales se describen en los manuales. Si la curva del fabricanteindica una eficiencia del 80% y los WHP requeridos son 50HP entonces potenciarequerida por un engranaje en ángulo recto será: 50/ (0.80 *0.95) = 65.8 HP máslas pérdidas en el eje, rodamientos, desgaste y deterioro futuro se debenconsiderar como un factor de seguridad. Un motor con un caballaje de 75 HP,probablemente sea seleccionado. Con el uso y desgaste, la eficiencia del motor decombustión interna también disminuye. El motor seleccionado deberá ser un pocomás grande que el especificado en los manuales y curvas de las bombas.Energía disponible (eléctrica, gasolina, diesel, etc.)Es necesario determinar el tipo de energía disponible para el funcionamiento de labomba.Costos y beneficios de la inversiónTeóricamente, el mayor beneficio económico se obtiene cuando el sistema debombeo está diseñado para condiciones de operación continua, esta situación esdeseable si el área que se va a regar es relativamente grande y la agricultura de lazona depende esencialmente del riego. Si las fincas son pequeñas y solamenteuna fracción es regada, el agricultor puede deducir que es mejor usar una bombade mayor capacidad para poder regar con suficiente agua para que sea eficiente elmanejo. Si los repuestos y las facilidades de reparación no son adecuados, puedeser deseable instalar dos bombas en reemplazo de una grande; esto permite ciertaseguridad en el suministro del agua evitándose así la pérdida de las cosechasdebido a fallas de la bomba ó del motor. La selección de la mejor bomba y motordepende de la optimización del sistema. En sistemas de conducción de tuberías ymangueras para riego por aspersión y goteo se debe tener en cuenta el costo y laeficiencia del sistema incluyendo los requerimientos de mano de obra. Alseleccionar tuberías de mayor diámetro se reducen las pérdidas por fricción y losrequerimientos de energía; sin embargo, los costos de la tubería aumentan.Reduciendo el tiempo requerido para el riego se reduce la mano de obra, y encontra posición se requiere un sistema de mayor capacidad y los costos de capitalson mayores. Existen varios programas para la optimización del sistema engeneral. Sin embargo, en la práctica raramente se hace una buena evaluación delas consideraciones necesarias para la optimización del sistema.
  45. 45. 45Condiciones de operaciónFrecuentemente, las bombas son seleccionadas para ser utilizadas bajo un ampliorango de condiciones de operación. Los requerimientos de agua de los cultivoscambian con el estado de crecimiento, tipo de cultivo sembrado, variacionesclimáticas y otros factores. La altura de bombeo y la carga dinámica total estánsujetas a estos cambios. La altura de succión cambia con las fluctuaciones delnivel freático y el abatimiento. En algunas zonas al bajar los niveles freáticos lasinstalaciones se han vuelto obsoletas.Las bombas generalmente son diseñadas para operar bajo un conjunto definido decondiciones. Al apartarse de estas condiciones se tiene como resultado una bajaeficiencia y por consiguiente la bomba debe ser operada en el punto de diseño. Uncambio de la velocidad ó de la carga puede aumentar las pérdidas por fricción ypor otros conceptos, causando una disminución de la eficiencia.Al diseñar un sistema de bombeo es conveniente planearlo para que lascondiciones de operación de la bomba permanezcan constantes y los cambios enlos requerimientos de agua sean compensados al aumentar o disminuir las horasde operación de la bomba. Si la bomba es seleccionada bajo condiciones deoperación que corresponden a la sección plana de la curva de eficiencia, entoncespequeños cambios en la velocidad, descarga ó carga tendrán poco efecto sobre elfuncionamiento de la bomba. Si el nivel freático está bajando a un ritmo rápido, sedebe pensar en proporcionar varias etapas ¨tazones¨ en un futuro, lo mismo queaumentar la potencia disponible para el bombeo.La inversión más rentable es aquella en donde la bomba se diseña bajocondiciones de operación continua; sin embargo, las bombas para la agriculturason operadas continuamente solamente cuando los requerimientos de agua delcultivo son mayores. Durante los otros estados del crecimiento las bombas sonoperadas en intervalos que permiten suministrar el agua requerida por el cultivo.Algunos agricultores prefieren regar solamente durante el día. En el diseño de unsistema de bombeo se deben tomar decisiones que permiten economizar mano deobra y energía.Principios fundamentales a tener en cuenta en una instalaciónEn la succión: • Lo más cercano posible al espejo del líquido se debe colocar la bomba. • Tubería completamente hermética. Usar selladores • Colocar la menor cantidad posible de accesorios de tubería
  46. 46. 46 • Usar como mínimo el mismo diámetro de succión de la bomba. No permitir nunca que se reduzca ese diámetro. Es más conveniente usar tubería de mayor diámetro. • Disponer una inclinación constante ( de unos 2º) de la succión de la bomba hacia el sitio de succión. • No describir con accesorios de succión ni tubos, formas que impidan el total desalojo del aire de la tubería en el momento del cebado ( acción de llenar la tubería de la succión y la carcasa de la bomba con el líquido a bombear). • Usar válvula de pie cuando la bomba no es autocebante • Usar coladera o canastilla cuando la bomba es autocebante. • No permitir que el extremo del tubo de succión llegue al fondo del pozo de succión, ni que esté muy cerca de la pared lateral. • Cuando se ha aumentado el diámetro de la tubería de succión con respecto a la medida del de la bomba, conectar con una conexión excéntrica. • Evitar la creación de bolsas de aire en la línea de succión.En la descarga • Usar diámetro de tubería generoso. Usar como mínimo uno de igual diámetro que la descarga. • Colocar los accesorios que facilitan el cebado.Diseño de la tubería de succiónCuando se bombea agua desde una pozeta, el diseño adecuado de la línea desucción es esencial para obtener buenas condiciones de operación. Cuando unabomba centrífuga es colocada con una línea de succión muy larga, con vueltas ócon diámetro reducido, se puede presentar cavitación y las condiciones deoperación serán muy pobres, el mismo resultado se obtiene cuando la bomba esinstalada muy alta, por encima de la superficie del agua.Otro factor critico para el diseño de la línea de succión consiste en la formación decámaras de aire; los diseños inadecuados pueden presentar ¨puntos altos¨similares a la forma de un sifón en donde el aire queda atrapado provocando unareducción de la capacidad de bombeo y de vez en cuando permitiendo el flujo degrandes burbujas de aire. La bomba puede perder la cebada y no operar a laeficiencia esperada ó producir una descarga errática. Recuerde que la línea desucción por lo general está sometida a presiones negativas y no se pueden usarválvulas de alivio.
  47. 47. 47Un diseño inadecuado de la tubería que entra a la bomba puede causarturbulencia, creándose velocidades en espiral y perfiles de flujo no-uniforme, porconsiguiente la bomba no trabajará apropiadamente. Cuando el flujo entra en elimpulsor con perfiles de velocidad corridos hacia un lado, la carga excéntricasobre el impulsor causara un desgaste rápido de los rodamientos, desgastando losasientos y creándose vibraciones.Las pautas para el diseño de la línea de succión han sido formuladas teniendo encuenta estos problemas; al seguirlas cercanamente se obtendrá instalacioneslibres de problemas.A continuación se resumen las pautas para la instalación de las líneas de succión: ♦ Mantenga la velocidad tan baja como sea posible, se obtiene seleccionando diámetros más grandes. ♦ Evite curvas en la línea de succión, si son necesarias hágalas con radios grandes. ♦ Mantenga la tubería de succión en posición horizontal ó con pendiente constante hasta llegar a la bomba y evite puntos altos en la línea de succión. ♦ Si va a reducir el diámetro de la tubería de succión use un tubo reductor, la longitud del reductor debe ser por lo menos 2 veces el diámetro del tubo. ♦ Si el reductor está colocado en una sección horizontal de la tubería, un reductor excéntrico con el lado plano hacia arriba deberá ser instalado. Si se usa un reductor convencional el tubo debe estar inclinado para evitar la formación de cámaras de aire. ♦ Asegure que las uniones en la línea de succión son herméticas. De otra manera, habría dificultad para el bombeo debido a la succión continua de aire. ♦ Idealmente se debe colocar un tubo con longitud de 10 veces el diámetro, a la entrada de la bomba para prevenir la formación de flujo en espiral. ♦ El tubo de succión debe ser de igual ó mayor diámetro al de la conexión de succión de la bomba. ♦ No utilice mallas ó rejillas a la entrada de la bomba porque se pueden tapar y reducir el flujo y la presión a la entrada del impulsor. Las rejillas y mallas deben ser colocadas un poco retiradas del tubo de succión. ♦ Use una campana de entrada a la línea de la succión, si es posible. De lo contrario, use una entrada que presente pérdidas mínimas.En resumen, mantenga las velocidades dentro de la línea de succión tan bajascomo sea posible, minimice los cambios de dirección y las pérdidas, evitesecciones elevadas en forma de sifón y dirija el flujo hacia la bomba evitando quesea flujo en espiral.
  48. 48. 48En general las turbinas y las bombas de hélice son utilizadas en situaciones endonde no se requieren de tubería de succión ellas son generalmente colocadas enpozetas de bombeo con las bombas sumergidas, de tal manera que no senecesita tubería de succión. Como resultado, estas bombas traen una campanade succión acoplada a la parte inferior de la bomba. Si estas bombas fueraninstaladas en condiciones que requieren de la instalación de una tubería desucción se deberán seguir las mismas pautas de diseño presentadas para lasbombas centrífugas.Ubicación de la bombaLa colocación de la bomba con relación al nivel del agua en la fuente (pozo,reservorio, canal, etc) a partir de la cual se bombea el agua, es crítica. Si la bombaestá muy alta con relación al nivel de la fuente de agua, la bomba puede cavitar,creándose cámaras de vapor de agua que estallan después de pasar a través delimpulsor. Este proceso conocido como cavitación puede destruir la bombaprovocar un deterioro rápido, resultando además en una baja eficiencia deoperación. Cuando la bomba está demasiado alta puede perder hasta la cebada.La altura de colocación de la bomba con respecto al nivel del agua depende de laelevación sobre el nivel del mar, propiedades del agua, pérdidas por fricción en lalínea de succión y de la carga neta positiva requerida por la bomba.La carga neta positiva de succión, CNPS es la que provoca que el agua fluya através de la línea de succión hacia la bomba. La CNPS requerida es la presiónrequerida en la entrada del impulsor para asegurar que el líquido no hervirá,creándose por consiguiente cámaras de vapor que resultan en cavitación. LaCNPS está en función del diseño de la bomba. Este valor es suministrado por losfabricantes, y varía con los diferentes fabricantes de bombas, con la capacidad ycon la velocidad de operación de la bomba.La CPNS disponible representa la presión disponible para forzar el agua hacia elimpulsor y está en función del sistema en el cual opera la bomba. La CPNSdisponible determina que tan alto por encima del nivel del agua se puede colocarla bomba y puede ser calculada para cada instalación. Cualquier instalación paraque opere exitosamente debe tener una CPNS disponible igual ó mayor que laCNPSR de la bomba. Por consiguiente: CPNS disponible > CNPS requeridaCuando la bomba está localizada por encima del nivel del agua.CNPS disponible = presión atmosférica, (ft) – altura estática de succión, (ft) –pérdidas por fricción, (ft)- presión de vapor, (ft).
  49. 49. 49Cuando la bomba es colocada por debajo del nivel del agua.CNPS disponible = presión atmosférica, (ft) altura estática de succión, (ft) –pérdidas por fricción, (ft) presión de vapor, (ft).Elementos mínimos necesarios de una instalaciónEs importantísimo colocar la válvula de cheque o de retención, ya que previenedaños en la bomba por efecto del agua que se ¨represa¨ cuando la bomba esapagada, y previene que el rotor gire en sentido contrario cuando se desocupe labomba, por defecto de la válvula de pie. La válvula de cheque normalmente se usacuando las alturas de descarga superan los 10 metros de altura dinámica total.La válvula de compuerta tiene como finalidad la de servir de reguladora del caudalcuando se requiera, así como impedir que el líquido se escape cuando se requieraalgún cambio o reparación de la bomba.Las universales en la succión y descarga son importantes porque se acopla odesacopla rápidamente la bomba en caso de requerirlo.Curvas características de la bombaLa curva característica interpreta el trabajo de la bomba a diferentes caudales, adiferentes alturas y su relación a la eficiencia o rendimiento de la bomba, a lapotencia exigida de la bomba y la succión permitida.La cantidad de energía que una bomba proporcionará al agua, la bomba requeriday la eficiencia son medidas en el laboratorio. Los resultados son presentados endiagramas conocidos como ¨Curvas características¨. Ejemplos de curvascaracterística se presentan en las Figura 11 al 14, las cuales incluyen bombascentrífugas, turbinas, bombas de hélice y bombas de flujo mixto. Las bombasdeben ser seleccionadas para que se operen cerca de la parte más plana de lacurva de eficiencia de tal modo que un pequeño cambio de las condiciones detrabajo no afecte significativamente la eficiencia de la bomba.La carga dinámica total (CDT) que una bomba desarrolla es dibujada vs. ladescarga de la bomba. A menudo, se muestra más de una curva, cada curvacorresponde a un tamaño diferente de impulsor ó velocidad de rotación. Laseficiencias de operación de una bomba bajo diferentes condiciones en conjuntocon las curvas de BHP son superpuestas sobre las otras curvas. Las curvas de labomba muestran la CDT que desarrollará la bomba. En las Figuras 15 y 16 la CDTcorresponde a la carga requerida para llevar el agua desde la fuente de

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