BOMBAS
Curso de Hidrología e Hidráulica Aplicadas
Bombas
GENERALIDADES.
Definición: Convertidores de energía mecánica (procedente del motor que los
arrastra) en energía hidráulica (fundamentalmente en forma de energía cinética
y de presión).
La energía mecánica puede tener origen
eléctrico
diesel
gas
vapor
En principio existen dos grandes grupos de bombas:
TURBOMÁQUINAS (ROTODINÁMICAS)
Son aquellas en las que en el rotor de la bomba (parte móvil), se
transfiere momento cinético al fluido y luego, dentro del propio cuerpo de
la bomba, en el difusor y el caracol, se transforma el exceso de energía
cinética en energía de presión.


DE DESPLAZAMIENTO (RECIPROCANTES) 
Son aquellas en las que se aplica una determinada fuerza (o par si son
rotativas) a una serie de cámaras de trabajo que se van llenando y
vaciando en forma periódica.
En resumen utiliza la energía transmitida por un elemento móvil (pistón)
dentro de un receptáculo cerrado (cilindro).
H  Q 

OTROS GRUPOS DE BOMBAS

neumáticas
jet
tornillo
P
P
s2 
s2 

z



z



 H
HB  HA  H   
2g B  
2g A
Obs:
H
PB  PA

se puede medir con un manómetro diferencial entre la entrada y
salida de la bomba.
UdelaR - FI - IMFIA - 2009
8. 1
E. Lorenzo, D. Bellón, & G. Lopez
Curso de Hidrología e Hidráulica Aplicadas
Bombas
TURBOBOMBAS.
Básicamente una bomba centrífuga consta de:
1) Una entrada E unida a la tubería de aspiración
2) Un rodete móvil R que entrega cinética al fluido por arrastre
3) Un difusor D que tiene por objeto reducir la velocidad absoluta del
fluido. En bombas de media y baja potencia no existe.
4) Una voluta o caracol que recoge todos los filetes fluidos salientes de la
periferia del difusor (o del rodete) y los conduce hasta el punto donde
empalme la bomba y la tubería de impulsión.
CLASIFICACION.
En función de la trayectoria que siga el fluido a lo largo del rodete se pueden
clasificar en:
 Centrífugas (Q ½ y H grandes)
 Mixtas
(helicocentrífugas)
 Axiales
(Q grandes a H moderadas)
Otras clasificaciones:
monocelulares

Según el número de rotores
multicelulares
monobloc (pieza única)

Según la carcaza externa
Cámara partida (dos piezas)
UdelaR - FI - IMFIA - 2009
8. 2
E. Lorenzo, D. Bellón, & G. Lopez
Curso de Hidrología e Hidráulica Aplicadas
Bombas
horizontales

Según la orientación del eje
verticales

Según la configuración del rotor
(atendiendo a los discos que
conforman los álabes)
abierto (faltan ambos discos)
semiabierto (solo un disco)
cerrado (tiene 2 tapas (discos))
CON (tiene difusor)

Según el difusor
SIN
UdelaR - FI - IMFIA - 2009
(no tiene difusor – solo caracol)
8. 3
E. Lorenzo, D. Bellón, & G. Lopez
Curso de Hidrología e Hidráulica Aplicadas
UdelaR - FI - IMFIA - 2009
Bombas
8. 4
E. Lorenzo, D. Bellón, & G. Lopez
Curso de Hidrología e Hidráulica Aplicadas
UdelaR - FI - IMFIA - 2009
Bombas
8. 5
E. Lorenzo, D. Bellón, & G. Lopez
Curso de Hidrología e Hidráulica Aplicadas
UdelaR - FI - IMFIA - 2009
Bombas
8. 6
E. Lorenzo, D. Bellón, & G. Lopez
Curso de Hidrología e Hidráulica Aplicadas
Bombas
DATOS FUNDAMENTALES QUE CARACTERIZAN EL
FUNCIONAMIENTO DE UNA BOMBA (Q,H,N).
Las curvas características de una bomba centrífuga son:



Altura en función del caudal
Potencia en función del caudal
Rendimiento en función del caudal
H  H (Q )
P  P (Q )
    Q)
P
(solo 2 de ellas son correspondientes pues
QH
 )
La curva H = H (Q) nos indica las distintas alturas manométricas que
proporciona una bomba para cada uno de los caudales de paso que atraviesan
el rodete. Muestra la capacidad de transferir energía al fluido. Para saber que
clase de motor se requiere se necesita saber la potencia requerida.
UdelaR - FI - IMFIA - 2009
8. 7
E. Lorenzo, D. Bellón, & G. Lopez
Curso de Hidrología e Hidráulica Aplicadas
UdelaR - FI - IMFIA - 2009
Bombas
8. 8
E. Lorenzo, D. Bellón, & G. Lopez
Curso de Hidrología e Hidráulica Aplicadas
Bombas
SOBRE SEMEJANZA (SIMILITUD).
Para dos bombas con semejanza absoluta (geométrica, cinemática y dinámica)
se cumple
Q
N
 3 '
'
Q
N
H
 N 
 2  ' 
'
N 
; H
2
P
 N 
 5  ' 
'
N 
; P
3
siendo λ la relación de semejanza geométrica
En particular para el caso de una misma bomba se cumple la siguiente relación
entre dos puntos de funcionamiento a diferente velocidad de giro
Q N

Q' N ' ;
2
H N 
 
H '  N ' ;
P  N 
 
P'  N '
3
El concepto velocidad específica es importante desde el punto de vista del
diseño de bombas, si bien no tanto desde la perspectiva de su utilización para
la selección de equipos de bombeo. La velocidad específica será la misma
para toda una gama semejante y definirá la morfología de la máquina.
ns 
N Q
3
H
4
Cuando las variables se miden N (rpm), Q (m3/s) y H (m) entonces:
Si
nS
alto

AXIALES
nS bajo
nS medio

CENTRÍFUGAS
15

MIXTO
90
300
A su vez la forma de las curvas características se relaciona también con la
velocidad específica, de la siguiente manera
UdelaR - FI - IMFIA - 2009
8. 9
E. Lorenzo, D. Bellón, & G. Lopez
Curso de Hidrología e Hidráulica Aplicadas
Bombas
También la velocidad específica se puede definir como una variable
adimensional, incorporando la gravedad. En ese caso es posible identificar
curvas homólogas adimensionales para distintos tipos de bombas.
UdelaR - FI - IMFIA - 2009
8. 10
E. Lorenzo, D. Bellón, & G. Lopez
Curso de Hidrología e Hidráulica Aplicadas
UdelaR - FI - IMFIA - 2009
Bombas
8. 11
E. Lorenzo, D. Bellón, & G. Lopez
Curso de Hidrología e Hidráulica Aplicadas
Bombas
PUNTO DE FUNCIONAMIENTO DE UNA INSTALACIÓN
El punto de trabajo de una bomba depende a la vez de la característica motriz
que presenta y de la característica resistente a vencer.
La curva
H  H (Q )
H  A  BQ  CQ
2
se puede aproximar por una expresión del tipo
siendo
H
la carga manométrica diferencia entre salida y
entrada.
H pérdidas 
fLQ 2
KQ 2

 KQ 2
2
2
2 gDA 2 gA
Aproximación f de tubería constante,  la curva resistente de la instalación es
H R  H geo   pér
 La Solución final del sistema estará dada por:
UdelaR - FI - IMFIA - 2009
8. 12
E. Lorenzo, D. Bellón, & G. Lopez
Curso de Hidrología e Hidráulica Aplicadas
Bombas
H R  H geo   pér
H bomba  A  BQ  CQ 2
Expresado en términos de balance, se puede exponer como:
Nivel tanque succión - Pérdidas tramo succión + H bomba - Pérdidas tramo
impulsión = Nivel Tanque Impulsión
En forma gráfica
CEBADO
Cuando las bombas no están bajo carga, en el momento del arranque el tramo
de aspiración puede estar lleno de aire. La depresión que genera (mc.aire) -que
es la carga que entrega en metros de columna de fluido (aire)- por sí sola no es
capaz de hacer que la columna líquida alcance el rotor de la bomba para poder
comenzar a trasegar líquido.
En el cebado en consecuencia se llena el tramo de aspiración y el rotor con
fluido, de forma que el arrancar la bomba pueda entrar directamente en
funcionamiento normal.
ARRANQUE
En el arranque la potencia puesta en juego podría exceder a la nominal del
motor y, de no tomar precauciones, quemarlo. El arranque de bombas
centrífugas conviene hacerlo con la válvula de impulsión cerrada, iniciando la
apertura una vez alcanzada la velocidad de régimen, de forma de no
sobrecargar el motor con la inercia propia del grupo motor – bomba, más la
inercia de la columna del líquido que soporta.
UdelaR - FI - IMFIA - 2009
8. 13
E. Lorenzo, D. Bellón, & G. Lopez
Curso de Hidrología e Hidráulica Aplicadas
Bombas
ACOPLAMIENTO DE BOMBAS
SERIE
Se pueden arreglar bombas en
PARALELO
SERIE
La impulsión de una bomba constituye la aspiración de la siguiente unidad, por
lo que el caudal bombeado será el mismo en todas las máquinas aunque las
alturas creadas deberán sumarse.
Un caso especial es el de las bombas multicelulares, puesto que a pesar de
estar los rodetes montados en serie el cuerpo de la bomba es único. Su uso es
generalizado para elevar agua de pozos profundos, puesto que utilizar un solo
rodete elevaría a diámetros muy grandes. Además mejora el rendimiento
puesto que éste crece con ns.
ns 
N Q
H
3
4
y para el caso que se tienen m etapas puestas en serie se tiene
ns ' 
N Q
H
 
m
3
4
3
4
 m ns
Analíticamente esto se expresa como:
H  A  BQ  CQ 2
  DQ  EQ 2
H  m ( A  BQ  CQ 2 )
  DQ  EQ 2
UdelaR - FI - IMFIA - 2009
Curvas de una bomba
Curvas de m bombas o un rodete en serie
(todos iguales)
8. 14
E. Lorenzo, D. Bellón, & G. Lopez
Curso de Hidrología e Hidráulica Aplicadas
Bombas
De forma gráfica esto es:
Al acoplar bombas en serie hay que sumar alturas manteniendo caudales, lo
que se traduce en que las curvas resultantes tienen una pendiente acusada,
tanto mayor cuanto más grande sea el número de etapas.
Ello ocasiona el que sean bastante rígidas y que las variaciones de nivel
estacional de un pozo hagan fluctuar poco el caudal que elevan y el
rendimiento de la instalación cuando la curva resistente tenga escasa
pendiente (conducción sobredimensionada).
PARALELO
El fluido se aspira en un punto común, inyectándose después el caudal en la
impulsión general. En este caso se suman los caudales, conservando las
alturas. Todas las impulsiones se conectan ordenadamente a una conducción
general común o a un múltiple de impulsión.
Su empleo se justifica por ejemplo cuando en un abastecimiento el consumo de
agua fluctúa mucho con el tiempo, si bien las condiciones de uso se mantienen.
La utilización de una sola bomba tratando de satisfacer una amplia gama de
consumo sería factible, pero a costa de trabajar con rendimientos bajísimos en
determinados puntos de funcionamiento. Poniendo en funcionamiento en forma
progresiva los grupos necesarios según el consumo, se logra mantener el
rendimiento dentro de márgenes razonables.
Otro caso será cuando hay gran Q para satisfacer y es imprescindible tener un
buen nivel de respaldo.
Para obtener la curva de funcionamiento de un sistema de bombas acopladas
en paralelo solo debemos sumar los caudales para una misma altura.
Analíticamente esto se expresa como:
UdelaR - FI - IMFIA - 2009
8. 15
E. Lorenzo, D. Bellón, & G. Lopez
Curso de Hidrología e Hidráulica Aplicadas
Bombas
Si las curvas de una bomba son:
H  A  BQ  CQ 2
Al acoplar n bombas en paralelo (iguales)
  DQ  EQ
2
Q
Q
H  A B C 
n
n
2
Siendo Q el caudal global del sistema
Q
Q
  D  E 
n
n
2
De forma gráfica, la suma de caudales manteniendo las alturas para obtener la
curva característica del sistema acoplado resulta ser:
UdelaR - FI - IMFIA - 2009
8. 16
E. Lorenzo, D. Bellón, & G. Lopez
Curso de Hidrología e Hidráulica Aplicadas
Bombas
CAVITACIÓN
Se entiende por cavitación el fenómeno consistente en la vaporización del
fluido circulante, a temperaturas muy inferiores a las del punto de ebullición del
mismo en condiciones normales de presión.
Un líquido se evapora cuando su tensión de vaporización a la temperatura que
se considera alcanza la presión exterior que sobre dicho líquido actúa.
La cavitación puede aparecer en la aspiración de bombas cuando éstas se
encuentran a un nivel superior al de la superficie libre en el depósito de
captación. Se da por una progresiva transferencia de energía de presión en
energía potencial y en pérdidas por rozamiento a vencer en la conducción.
Motivos que hacen indeseable que la bomba funcione con cavitación:

Las piezas mecánicas están sometidas a esfuerzos alternados pues la
potencia solicitada al motor depende del estado líquido o vapor del fluido.

Descenso brusco del caudal impulsado por la bomba
estrangulamiento que se produce con la vaporización del fluido.

La brusca condensación de las burbujas de vapor a alta frecuencia
produce elevados esfuerzos, que a su vez fatigan el material. Por esto las
zonas de cavitación son de rápida corrosión (destrucción del material).
por el
La aparición de cavitación dependerá de:

Las condiciones de aspiración. La altura de la bomba respecto el nivel de
toma y las pérdidas de carga en el tramo de succión  NPSH disp (Net
Positive Suction Head).

El trabajo que hay que hacer para vencer el rozamiento desde la entrada
al cuerpo de la bomba hasta el punto de mínima presión dentro del rodete
 NPSHrequer
Al inicio de la aspiración la energía (o carga) disponible en el fluido es
básicamente la de su presión atmosférica. Con la aspiración ésta se va
transformando parte en potencial (posición), parte en cinética (velocidad), parte
se emplea para vencer el rozamiento y el resto permanece como energía de
presión. De esta forma, en la entrada de la bomba habrá presión manométrica
negativa.
UdelaR - FI - IMFIA - 2009
8. 17
E. Lorenzo, D. Bellón, & G. Lopez
Curso de Hidrología e Hidráulica Aplicadas
Bombas
Lo que supera en valor la presión existente en la entrada de la bomba a la
tensión de vaporización del líquido, es la energía disponible para vencer las
pérdidas adicionales en el interior de la bomba y conducir el fluido hasta
alcanzar el punto de mínima presión dentro del rodete.
Sea
 S la sección en la que se efectúan medidas de presión en la tubería de
succión, justo a la entrada de la bomba.
 O un punto inmediato antes de la entrada al rotor dentro de la bomba.
 B el punto interior del rotor donde la presión es mínima.
H S  H o  SO
(Bernoulli considerando la pérdida por fricción entre S y O)
Patm  Ps v s 2
Patm Po v o 2

 s 
 
 o  H so

2g

 2g
Además se tiene otro balance de carga dentro del equipo, que resulta:
v r20
po  pb
 Cp

2g
Siendo:
cp = coef. de presiones
vr0 = velocidad del flujo relativa al álabe.
Ubicando la referencia altimétrica en el eje del rotor
consecuencia el siguiente balance
 Zo  0
se plantea en
Patm  Ps v s 2
Patm Pb
vro 2 v o 2

 s 
  Cp

 H so

2


2
2

g
g
g
La condición para que no cavite es Patm  Pb  Pvapor siendo Pvapor la presión
absoluta de vaporización del fluido a la temperatura existente, por lo cual 
Pvapor C p v r20 vo2
Patm Ps v s2
 
 Zs 


 H so

 2g

2g
2g
El término de la derecha se puede poner todo
v
en
2
función de s , dado que depende de las
características de la bomba y  también del
UdelaR - FI - IMFIA - 2009
8. 18
E. Lorenzo, D. Bellón, & G. Lopez
Curso de Hidrología e Hidráulica Aplicadas
Bombas
NPSH
r (“Net Positive Suction Head”
propio caudal, y se lo denomina
requerida). Este valor debe suministrarlo el fabricante mediante ensayo de
cavitación, usualmente como una curva característica adicional.
Si
H S  PS    v s 2  2 g  Z s
P
Patm
 H S  vapor  NPSH r

 
definiendo así
disponible)
NPSH d
 Hs 
(“Net
Positive
Suction
Head”
Patm Pvapor



La condición de no cavitación resulta ser:
NPSH d

NPSHr
OBSERVACIÓN: Para el caso de una bomba succionando desde un recipiente
a presión atmosférica, siendo A un punto de la superficie libre del recipiente, la
condición
de
no
cavitación
resulta:
Patm
P
  A   AS  v  NPSH r


donde
 AS son las pérdidas por fricción en el

A es la distancia desde el
tramo de succión y
centro del rotor (eje) a la superficie libre (medida
negativa si el eje está por sobre la superficie libre del tanque). Además
Patm Pv

 10 mca


UdelaR - FI - IMFIA - 2009
8. 19
E. Lorenzo, D. Bellón, & G. Lopez