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Libro Datos
Tecnico de Hidraulica de Bombas http://www.benoit.cl/LIBRO-HIDRAULICA-BOMBAS%20IDEAL.pdf
Esquemas de instalación y ejemplos http://www.benoit.cl/EsquemasPopUp.htm
INTRODUCCIÓN
El presente
manual pretende ser un pequeño aporte en la selección de bombas centrífugas
para agua limpia. La información contenida es de un nivel básico y ha sido
simplificada para una fácil comprensión.
Casi la totalidad
de la información referida a bombas a sido tomada de
libros y manuales de fabricantes de bombas.
Agradezco la
colaboración de aquellos profesionales que me ayudaron aportando sus valiosos
conocimientos.
DESCRIPCION
DE PARTES Y PIEZAS DE UNA BOMBA CENTRIFUGA PARA AGUA POTABLE
Una bomba centrífuga es una máquina con carcasa tipo voluta, o
sea, forma de caracol, con impulsor o rodete de álabes radiales cerrado o
abierto, el que recibe rotación del eje horizontal. La aspiración del líquido
es en forma axial, o frontal al impulsor. La descarga del líquido es en forma
radial o vertical al eje de la bomba.
Según el tipo de motor acoplado, se denomina al conjunto electrobomba cuando el motor es
eléctrico, y motobomba cuando es a
combustión
Las partes
constitutivas de una electrobomba centrífuga dependen de su construcción y
tipo, por esta razón se mencionan las
más fundamentales.
·
Partes
de la bomba
1- Carcasa . La mayoría de las carcasas son fabricadas
en fierro fundido para agua potable,
pero tienen limitaciones con líquidos agresivos ( químicos,
aguas residuales, agua de mar ). Otro material usado es el bronce
. También se usa el acero inoxidable si el líquido es altamente
corrosivo.
2- Rodete o Impulsor. Para el bombeo de agua potable en
pequeños, medianos y gran caudal, se usan rodetes centrífugos de álabes
radiales y semi axiales. Fabricados en fierro, bronce
acero inoxidable, plásticos.
3- Sello Mecánico. Es el cierre mecánico más usado, compuesto por carbón y
cerámica. Se lubrica y refrigera con el agua bombeada, por lo que se debe
evitar el funcionamiento en seco porque
se daña irreparablemente.
4- Eje impulsor. En pequeñas bombas monoblock
, el eje del motor eléctrico se extiende hasta la bomba, descansando
sobre los rodamientos del motor . Fabricado en acero inoxidable.
- Motores
eléctricos .
El motor eléctrico es una máquina
capaz de transformar energía eléctrica en energía mecánica. De todos los tipos
de motores este es el más usado, debido a las ventajas de la energía eléctrica ( bajo costo, facilidad de transporte ).
Las electrobombas
italianas están dotadas de motores a inducción, con rotor en corto circuito, y
estator jaula de ardilla.
Motores
de corriente alterna .-Son los
más usados porque la distribución de energía eléctrica es en corriente alterna
50 Hz ( corriente que cambia su polaridad 50 veces por segundo ).
Componentes de un motor
Eje
rotor .-Eje que transmite la potencia mecánica desarrollada
por el motor.
El centro o núcleo está formado por chapas de acero
magnético tratadas para reducir las pérdidas en el hierro. El núcleo del rotor
aloja en su interior una bobina o anillo en corto circuito fabricado en
aluminio.
Estator.-Compuesto por una
carcasa que es la estructura soporte del conjunto, construido en fierro fundido
o aluminio, tiene aletas de refrigeración. En su interior está alojado el
bobinado monofásico o trifásico, de alambre de cobre esmaltado con barniz a
base de poliester lo que garantiza una excelente
aislación y resistencia mecánica. Esta alambrado sobre un nucleo
de chapas en acero magnético.
Ventilador.- Turbina
acoplada al eje del rotor , garantiza la refrigeración
por aire del motor enfriando las aletas
disipadoras de energía calórica que posee el estator. Fabricado en
polipropileno.
Caja de conexión.—Caja donde se alojan los bornes de conexión
construidos de bronce y cobre de alta conductivilidad,
que permiten conectar la energía eléctrica al motor, el block aislante es
fabricado en plástico de gran resistencia eléctrica y mecánica.
Rodamientos.- El
eje rotor del motor esta montado sobre rodamientos en cada extremo, estos son
de bolitas o esferas de gran vida útil ( 20.000 horas
de trabajo ). Son sellados y lubricados para largos periodos de trabajo.
DEFINICIONES
TECNICAS
Caudal. Volumen divido en un tiempo o sea es la cantidad de agua que es capaz de entregar una bomba en un
lapso de tiempo determinado. El caudal se mide por lo general en : litros/minutos
l/m, metros cubicos/hora m3/h, litros/segundos
l/s. Galones por minuto gpm etc.
Presión. Fuerza aplicada a
una superficie, ejemplo: una columna vertical de agua de 1 cm2 de área
por una altura de 10 m, genera una
presión sobre su base de 1kg/cm2 debido al peso del agua contenida que en este
caso es 1 litro. De este ensayo se define que 1kg/cm2 es
equivalente a 10 m.c.a. (metros columna de agua) de presión.
En una bomba la presión es la fuerza por unidad de area,
que provoca una elevación. Comúnmente se conoce esta elevación como Hm
(altura manométrica). Otras unidades de
presión son: psi, bar, atm.
Pérdidas de carga.
Representan
pérdidas de presión (m.c.a.), sufridas en la
conducción de un líquido. Esto significa que el agua al pasar por la tubería y
accesorios pierde presión, por esta
razón el tubo debe ser del mayor
diámetro posible, para disminuir la velocidad y el roce.
Potencia.
P. Absorvida; es la demandada por la bomba al motor, medida
comúnmente en hp, kw. Esto es el producto del caudal por la altura. Si la
eficiencia de la bomba es alta menor es la potencia demandada al motor. La fórmula es: P.abs.= ( Q x H ) / (75
x % ).
P.
nominal de un motor: es la indicada en su placa. Se expresa en Cv, Hp y kW (1 HP= 0,745 kW).
Succión
de una bomba. La
altura de succión de las bombas de superficie está limitada a 7 mts. aprox. dependiendo de la presión atmosférica
disponible que, a nivel del mar, es de 1 bar o 10 m.c.a.,
por lo que la tubería debe ser lo más corta
y del mayor diámetro para disminuir las pérdidas de carga. En bombas de
gran tamaño, se debe calcular la altura de succión tomando en consideración la
curva de NPSH. De este modo se evitará la cavitación (ebullición del agua
debido a muy baja presión atmosférica), fenómeno físico químico que deteriora
prematuramente la bomba.
Cebado. Se
entiende por cebado de una bomba cuando la tubería de succión es hermética y
esta llena de agua libre de aire. Si el nivel de agua a bombear esta más bajo que la bomba, se debe instalar
una válvula de pié, para que contenga la
columna de agua cuando se detenga la bomba.
Tuberías
succión y descarga.
Estas deben dimensionarse en función del caudal y longitud, para velocidades máx. de
1,5 m/seg. y mínimas
pérdidas de carga Las tuberías no deben
ser soportadas por la bomba. Los diámetros de las bombas no indican el diámetro
de las cañerías, estas siempre deben ser calculadas. Lo recomendable es usar
cañerías de diámetro mayor a los de la bomba.
Arranque de un motor eléctrico.
Los motores eléctricos para salir de la inercia, consumen
1,5 a 3 veces la corriente
nominal de trabajo. Por esto la red eléctrica debe diseñarse, con conductores
eléctricos adecuados y con una caída máxima de tensión de 5%. Todo motor
eléctrico debe instalarse con protecciones de línea, corriente, tensión y
conectado a tierra. Se recomienda arranque directo hasta 5.5hp y estrella
triángulo para potencias mayores a 5.5 hp.
Punto de trabajo. Corresponde a un punto en la
curva hidráulica , en el gráfico caudal vs. presión de servicio. Por lo general al centro de la curva
tenemos la mayor eficiencia. Los fabricantes entregan curvas de caudal vs. presión, rendimiento, potencia absorvida,
npsh requerido.
HIDRONEUMATICO
El hidroneumático, esta formados por un deposito de fierro, con una membrana de
caucho que almacena el agua, al estanque se le inyecta aire a presión.
Los hidroneumáticos sirven para automatizar las bombas y controlan el número
de partidas horarias de los motores eléctricos. Esto es muy importante cuando
se bombean caudales variables; es el caso de los artefactos sanitarios. Los
motores eléctricos disipan calor, si tienen demasiadas partidas consecutivas,
se recalientan. Cuanto más grande es el tamaño del hidroneumático menor son las
partidas del motor de la bomba y este trabaja mas frío.
Estos equipos son muy confiables y fáciles de mantener. Se emplean en
pequeñas bombas, como también en grandes equipos de bombeo para edificios.
Fórmula :
Caudal medio Qm =
( Qa + Qb )
2
Volumen regulación Vr = ( Qm x T )
4
Volumen total V
=
Vr x ( Pb + 1 )
Pb - Pa
Qa :
Caudal de conexión (lts./min)
Qb :
Caudal de desconexión (lts./min)
Pa : Presión
de conexión ( kg/ cm2)
Pb : Presión
de desconexión ( kg/ cm2)
T : Tiempo
entre partidas consecutivas ( minutos) ver tabla.
La carga inicial de aire del hidroneumático debe ser
igual al valor de (Pa).
El diferencial recomendado entre Pa y Pb debe ser de
10 a 15 m.c.a.
El caudal (Qb) debe ser
siempre mayor al 25 % de (Qa).
PREGUNTAS CLAVES EN LA
SELECCION DE BOMBAS
Para seleccionar una bomba debemos dar
respuesta a las siguientes preguntas:
1.-¿ Qué tipo de agua va a bombear?
Dependiendo de la calidad del agua,
(potable, de ríos, de pozos, de lluvias, servidas), se deben escoger bombas con
características de carcasa, rodete, y sello mecánico, adecuadas al trabajo.
2.-
¿A que profundidad esta el espejo de agua?
Si el espejo de agua o nivel dinámico de un pozo se encuentra a más de 7 mts de profundidad, se
debe utilizar una bomba sumergible, en caso que el agua este a poca
profundidad o sobre la instalación se debe utilizar una bomba de
superficie.
3.-¿Qué caudal o volumen de agua desea bombear
Este valor nos sirve para
seleccionar la bomba (
Q= volumen / tiempo )
4.-¿Qué presión o altura geométrica desea bombear?
Este valor nos sirve para calcular
la altura manométrica a bombear ( H.m.= altura geométrica + pérdidas de carga + presión útil )
5.-¿Qué distancia hay que recorrer?
La longitud recorrida en función del
caudal, nos permite calcular las tuberías y pérdidas de carga.
6.-¿Qué tipo de energía dispone?
Según el tipo de energía, se puede instalar
una bomba eléctrica monofásica 220v o
trifásica 380v, si no dispone de electricidad se debe instalar una bomba a
combustión ( gasolina, diesel)
7.-¿Utilizará sistema de bombeo manual o automático?
En el caso de riego lo mas común es arranque manual o con
programador. En el caso de redes de agua potable se utilizan, controles de
nivel, hidroneumáticos, controlador electronico, variador de velocidad.
EJEMPLO DE SELECCIÓN DE
BOMBA
Se requiere bombear agua a estanque elevado
DATOS
- Altura
de succión : 5,0 metros
- Distancia
recorrida : 100 metros
- Empalme
eléctrico : Trifásico 380v
- Volumen
estanque : 120.000 litros.
- Tiempo
reposición : 6 horas
DESARROLLO
- Cálculo del caudal
Formula Q= V (volumen) 120.000 =20.000 lt /
hora = 333
lt/min
T (tiempo) 6
- Cálculo de
la altura total manométrica
Para
calcular la altura, debemos sumar (alturas geométricas + pérdidas de cargas).
Altura
total geométrica : 40 metros
44 m.c.a.
·
Selección
de la bomba
Debemos
buscar el punto de trabajo ( Q vs. H ) con la mayor eficiencia, la bomba
es:
·
Cálculo de
conductores eléctricos
Utilizando la
tabla de cálculo página 20, se debe buscar la corriente del motor y la
distancia recorrida ( 14 amper
y 100 mt ).
En este caso corresponde cable tipo AWG
14 de 2,1 mm2
*Es recomendable anotar
todos los valores de cálculo en el formulario de la página 16.
