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Índice
pags
1. Resumen
3
2. Introducción
4
Capitulo No 1
5
3. Desarrollo
5 - 34
4. Partes de una Estación de Bombeo
10
a. Obras de Toma
10 - 11
b. Tubería de succión
12
c. Edificación de la Estación de Bombeo
13 - 22
d. Golpe de ariete
23
Capitulo No 2
28 - 32
e. Carga Neta de Succión Positiva (NPSH)
32 - 34
5. Conclusiones y Recomendaciones
35
6. Referencias
36
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Resumen
El diseño de Estaciones de Bombeo para todo tipo de uso, sea para población, riego e
industria etc, requiere de una serie de especializaciones hidráulica, mecánica y civil ya que
en ella van a estar emplazadas la o las bombas que pueden funcionar con motores eléctricos
o de combustión internas de gasolina o diésel o paneles solares como energía renovable.
Es objetivo con este trabajo dar un alcance de las principales cuestiones técnicas para su
diseño y construcción, sobre todo los espacios vitales entre los equipos, accesorios y
tuberías, tanto de succión como de impulsión, así como movilidad en el interior de la
edificación que protegerá estos, más los paneles de alumbrado, fuerza y automatización.
Para los ingenieros hidráulicos, mecánicos y civiles es muy útil tomar decisiones con ayuda
de un artículo como el que se propone a continuación. Es un trabajo de equipo y de consulta
la de esta tarea, que no es difícil pero si laboriosa.
Astract
The design of Pumping Stations for all types of use, whether for population, irrigation and
industry, etc., requires a series of hydraulic, mechanical and civil specializations since the
pump or pumps that can work with electric motors will be located there or internal combustion
of gasoline or diesel or solar panels as renewable energy.
The objective with this work is to give a scope of the main technical issues for its design and
construction, especially the vital spaces between the equipment, accessories and both
suction and discharge pipes, as well as mobility inside the building that will protect these ,
plus lighting, power and automation panels.
For hydraulic, mechanical and civil engineers it is very useful to make decisions with the help
of an article like the one proposed below.
It is a team work and consultation of this task, which is not difficult but laborious.
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Introducción
La primera bomba de agua se le atribuye a Arquímedes que la describió en el siglo III a.C.
y se la conoce como “tornillo de Arquímedes”, pero este sistema ya había sido utilizado
anteriormente por Senaquerib, rey de Asiria, en el siglo VII a.C.
Las bombas de agua usaban todas animales para su funcionamiento hasta que a finales del
siglo XVII, Thomas Savery desarrollo la primera bomba de uso industrial para extraer agua
de la minería usando vapor. Sucesivas mejoras de esta máquina dieron lugar a la famosa
máquina de vapor de James Watt.
Existen muchos libros relacionados específicamente con bombas, pero de diseño e
instalaciones de esas bombas dentro de su estación de bombeo existen menos.
El objetivo lograr que al menos los ingenieros que lean el artículo tengan una referencia por
donde puedan dar los primeros pasos en esta tarea, no es para expertos, pero ayuda a que
se vistan de las principales fórmulas hidráulicas, mecánicas y espacios en las áreas para la
parte civil.
Como todos saben el diseño y construcción de una Estación de Bombas en la parte civil se
comienza con las cimentaciones, zapatas, levantamiento de muros, anillas y después la
cubierta que puede ser ligera del material seleccionado o placa de hormigón armado cuando
son de gran importancia y sobre todos en regiones donde abundan los ciclones tropicales.
También es de vital importancia que el comprador de bombas tenga dominio de su trabajo,
no es comprar por comprar, sino escoger las más apropiadas para el proyecto.
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Capitulo No 1
Desarrollo
Responsabilidades de los ingenieros de proyecto
El diseño de una estación de bombeo depende de varias especialidades, las cuales se
enumeran en la Tabla de abajo, más o menos en orden cronológico junto con el rango
aproximado de porcentajes de costos de ingeniería o diseño. No se muestran todas las
especialidades para todas las estaciones de bombeo. Por ejemplo, la ingeniería fluvial (que
no se muestra) podría ser una parte importante de los costos de diseño de una estación de
bombeo de agua sin tratar que toma agua de un río que serpentea en una llanura arenosa,
y una estación de bombeo de aguas residuales sin tratar en una planta de tratamiento puede
ser tan estrechamente ligado a la planta de tratamiento que sería imposible asignar costos
de ingeniería a la estación de bombeo solamente.
Especialidades y disciplinas en el diseño de Estaciones de Bombeo
Especialidades
Porcentaje aproximado del diseño y costos
1. Planificación y gestión de recursos hídricos.
2. Agrimensura
5 - 15
0.5 - 1
3. Cimentaciones e ingeniería de suelos
2 - 10
4. Ingeniería hidráulica
5 - 15
5. Análisis transitorios
0-2
6. Ingeniería estructural
20 - 35
7. Ingeniería mecánica y civil
15 - 40
8. Ingeniería eléctrica
10 – 30
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9. Ingeniería de instrumentación
2-5
10. Arquitectura
0.5 - 2
11. Especificaciones y control administrativo
5 – 10
12. Construcción ingenieril
15 - 50
13. Puesta en marcha, operaciones y entrega
de la obra
5 – 20
Aunque cada disciplina es importante para el éxito del diseño, varias especialidades no
requieren un conocimiento detallado de hidráulica o bombas. Para dirigir el diseño de una
planta no es necesario ser ingeniero estructural, de suelos, mecánico o eléctrico. Pero el líder
del proyecto debe estar familiarizado con estas disciplinas y debe poder coordinar el trabajo
de los especialistas. La hidráulica de la planta requiere mucho cuidado porque los cálculos
hidráulicos establecen la capacidad final y, por lo tanto, los costos totales de capital. Pero la
selección y especificación de equipos mecánicos confiables es igualmente importante, y la
comprensión de los métodos de control, el equipo de monitoreo disponible y quizás incluso
la visualización y el almacenamiento de datos es fundamental para el diseño de una planta
buena y eficiente. Es responsabilidad del líder del proyecto proporcionar o coordinar todos
los servicios de la Tabla anterior. Es una mala práctica permitir que los proveedores de
equipos diseñen plantas personalizadas en su totalidad o en parte. Muchos están interesados
en vender su equipo, y no siempre se puede confiar en que usarán lo mejor. El líder del
proyecto debe asegurarse de (1) que las decisiones sean tomadas por personas
completamente objetivas y (2) que las especificaciones estén escritas de modo que se
elimine el equipo ineficiente y poco confiable con poca capacidad de mantenimiento.
Este material es preferiblemente para grandes Estaciones de Bombeo, por ejemplo
acueductos, áreas de regadío de considerable tamaño, grandes industria como la minería
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etc. Por ende las bombas y su tubería de succión son de tamaño considerable y esta última
debe ser metálica.
Fundamentalmente para bombas de eje vertical con no más de 2 etapas en cisternas
someras como en el siguiente dibujo.
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Donde primero el agua del río pasa a la cámara de sedimentación y desarenador o sea aguas
crudas que después pasan a los otros procesos si estuviéramos hablando para consumo de
la población.
No se hace hincapié en las bombas sumergibles que son generalmente para pozos
profundos donde las centrífugas no pueden trabajar ya que estas sólo pueden extraer el agua
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hasta 8 metros de profundidad con ayuda de la presión atmosférica. Ni tampoco las
motobombas que se ubican en los canales de riego como aparece en la siguiente fotografía.
Estamos hablando de este tipo de Estación de Bombeo
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Partes de la Estación de Bombeo
a. Obra de toma de la Estación de Bombeo
Las dimensiones de los principales elementos de las obras de toma (orificio de entrada,
rejillas, tuberías, canales y otros) como también el nivel del eje de las bombas se debe
determinar de acuerdo a los cálculos hidráulicos gastos dados a los niveles mínimos de las
fuentes de abasto, para estos se debe tener en cuenta la interrupción de una tubería o una
sección de la toma para reparación o revisión.
La determinación de las dimensiones y el área de los orificios de entrada (Fbruta) en m2 se
debe calcular para el caso que trabajen todas las cámaras al mismo tiempo (con excepción
las de reserva según la fórmula:
Fb = 1,25 Qd / V *K
Fb = Área del orificio (bruta) de una sección de la toma (m2)
V = Velocidad en la entrada de los orificios de toma en m/seg relativa al área del orificio
Qd = Gasto de diseño de una sección en m3/seg
K = Coeficiente para la corrección del área del orificio debido al estrechamiento producto de
las rejillas o mallas que se utilicen
K = a + c / a para las rejillas
K = [a + c / a]2 para las mallas
a = distancia entre las barras de la rejilla en cm
b = espesor de las barras en cm
1,25 = coeficiente que prevé la tupición del orificio
Las tomas de agua deben ser protegidas de la erosión a causa de la corriente construyendo
su cimentación enterrada y el enrocamiento de fondo alrededor de la obra de toma.
El cálculo comprobar la erosión del fondo a su revestimiento Vn (m/seg) para corrientes
tranquilas se debe realizar por la fórmula.
Vn = 1,65 (d10 /d) 0,25 * √ 1 + 3 ρ2/3 * √ g * d (h /d) 0,25
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De donde:
Vn = velocidad que no provoca erosión en m/seg
g = aceleración de la gravedad (g = 9,81m/seg2)
d = diámetro promedio del azolve en el fondo o de la piedra de revestimiento en (m)
d10 = diámetro máximo de partícula en el fondo, contenido en el azolve en un porciento no
mayor del 10% en (m)
ρ = el grado de turbidez en (kg/m3)
h = tirante de agua en (m)
Las obras de tomas que se construyen en las márgenes deben protegerse de la socavación
de la corriente o las olas revistiendo la margen y el fondo.
La parte inferior de los orificios de entrada de las tomas deben estar no menos de 0,5 m por
encima de la cota de fondo de la fuente y no menos de 0,3 m por debajo del rompiente de la
ola.
El área útil de las mallas tanto planas como giratorias se determina para el nivel mínimo de
agua en la toma y para una velocidad en los orificios de la malla no mayor de 0,4 m/seg, en
los casos de posible entrada de peces; 0,8 – 1,2 m/seg cuando existe alguna instalación
fuera de la toma para la protección de los peces.
Las obras de tomas se deben proyectar teniendo en cuanta los procesos de transformación
del cauce en combinación con obras rectificadoras del cauce u otras medidas constructivas
que protejan la obra de toma de la entrada de azolves.
Las obras de toma sin obras reguladoras se debe utilizar en aquellos casos en que el
porciento que se toma no sobre pasa el 20 % del gasto medio del río.
La distancia entre los ejes de las tuberías de succión horizontales sin muros divisorios se
debe tomas no menor de 3 Dent. Y en las tuberías verticales no menor de 10 Dent.
Donde:
Dent. = Diámetro interior de las tuberías de succión.
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Las dimensiones y forma de la cámara de la cámara de succión deben garantizar las
condiciones hidráulicas favorables de entrada a la tubería de succión.
El ancho recomendado de la cámara es no mayor de 1,5 Dent. La longitud mínima de los
muros divisorios debe ser no menos de 2 Dent. (desde el borde del tubo de succión hasta el
comienzo del muro). La tubería de succión vertical estar lo más pegada posible a la pared
de atrás de la cámara.
La longitud mínima de la cámara se determina partiendo del coeficiente K (relación del
volumen mínimo de agua en la cámara y el gasto máximo de la bomba. El coeficiente K se
puede en función del gasto y el tipo de bomba.
Para Q < 0,5 m3/seg
K = 25 : 30
Para Q > 0,5 m3/seg
K = 15 : 20
El valor mayor que K se debe tomar cuando las bombas son de flujo axial, el menor para las
bombas centrífugas. Longitud mínima de la cámara:
L = K * Q / B (h1 – h2)
Donde:
Q = gasto en m3/seg
B = ancho de la cámara en m
h1 = distancia del cono de entrada a la tubería de succión al fondo de la cámara
h2 = sumergencia de la tubería de succión por debajo del nivel mínimo de agua
b. Tubería de succión
Las tuberías de succión de las bombas se deben laborar de tubos metálicos.
La construcción y composición de los elementos de las tuberías de succión de las bombas
debe excluir la posibilidad de succionar aire y la formación de las bolsas de aire. Para lograr
esto las tuberías deben tener una inclinación hacia la bomba con una pendiente no menor
de 0,005.
Todas las juntas de las tuberías de succión deben ser herméticas. En las tuberías de succión
(con altura de succión positiva) no se debe utilizar compensadores que no son capaces de
conservar la hermeticidad en las condiciones del vacío de diseño.
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Las tuberías de succión deben ser cortas de acuerdo a las posibilidades (hasta 50 m), sin
cambios bruscos con la menor cantidad de juntas (especialmente de bridas) y codos,
especialmente delante de la bomba delante de la bomba debe haber un tramo recto no menor
de 2 Øtubo
Si la longitud de la tubería es mayor de 30 m y el diámetro superior a los 500 mm el diámetro
económico debe determinarse sobre la base de los cálculos técnico-económico.
Si la tubería de succión es mayor de 50 m es necesario prever las medidas para hacer más
lento el proceso de arranque de los agregados. (apertura lenta de la válvula).
El 1/6 de la cuña de la válvula debe abrir en un tiempo de 1,5 – 2 minutos para romper na
inercia del agua en la tubería.
Cuando el diámetro de la tubería de succión cambia en tramos horizontales, se deben utilizar
conos asimétricos con la parte superior recta.
El número de tubos de succión debe ser igual al número de bombas, si el trabajo de las
bombas es de orden consecutivo se permite usar una tubería de succión común, quiere decir
cuando las bombas trabajan en serie una detrás de otra.
Los diámetros de las tuberías de succión con una longitud hasta 50m se debe diseñar de
acuerdo a la velocidad permisible.
Para diámetros desde 250 mm
0,7 – 1 m/seg.
Para diámetros desde 300 a 800 mm
1 – 1,5 m/seg
Para diámetros de 800 mm
1,5 – 2 m/seg
El diámetro de la tubería no debe ser menor que el diámetro de entrada a la bomba.
c. Edificaciones de Estaciones de Bombeos. Generalidades.
La altura de la estación de bombeo depende de las dimensiones y construcción del agregado
y posición con respecto al nivel mínimo de las aguas abajo. Las bombas se deben instalar
de forma tal, que su altura de succión por proyecto sea menor que la permisible, garantizada
por el fabricante.
La altura máxima de succión no se debe tomar mayor de 5 m.
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Para determinar la posición de las bombas con relación al nivel mínimo de agua, aguas abajo,
es necesario tener en cuenta la caída de nivel en la antecámara cuando trabajan las bombas,
debido a la carga en las tuberías de acceso, en las rejillas o mallas.
La altura de la superestructura, equipadas con mecanismos de izaje, se debe terminar
teniendo en cuanta la posibilidad de colocar los equipos sobre la cama de un camión.
Para ésto se deben garantizar las reservas siguientes:
Cuando se traslada un equipo o accesorio por encima del equipamiento por medio de
estrobos de 0,5 – 0,7 m.
Cuando la sujeción del elemento que se traslada es en forma rígida 0,25 – 0,35 m: cuando
se traslada el equipo o accesorio sobre el piso o losa, al colocarlo sobre el transporte y
también sobre el equipo que se traslada y partes salientes que puede tener el edificio 0,3 m.
La altura de la sala de máquina, equipada con grúa – puente se recomienda determinarla de
la forma siguiente:
H = H1 + H2 + 0,3 + H3 + H4 + H5 + 0,2 (m).
Y también grúa suspendida (ver dibujo).
H = H1 + H2 + 0,3 + H3 + H6 + H7 + H8 (m).
Donde:
H1 = altura de la cámara
H2 = altura del agregado o el elemento que se traslada (el mayor que sus dimensiones) m
0,3 = distancia desde la plazoleta del montaje o de la cama del camión hasta la parte inferior
del elemento izado (m)
H3 = altura del estrobo para estrobo flexibles
H4 = distancia desde la posición superior del gancho (en estado contraído) hasta la parte
superior de la viga rail en m.
H5 = altura del puente grúa (desde la cabeza del rail hasta el punto más alto de la grúa m.
0,2 = distancia desde el punto más alto de la grúa hasta la viga
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H6 = altura del polipasto en estado contraído m.
H7 = altura de la viga puente (desde la parte inferior de la viga puente hasta la parte inferior
de la viga rail) m
H8 = altura de la viga rail m
Para las estaciones de bombeo sin equipos de izaje la superestructura de la sala de máquina
debe ser NP (nivel del piso) menor de 3 m.
Generalmente, en las estaciones de bombeo se usa colocar los agregados en una sola fila.
Si la cantidad es mayor de cuatro equipos horizontales se permite colocarlos en dos filas
teniendo las bombas en rotación en ambos sentidos.
La distancia recomendadas entre los equipos y los elementos de construcción. Se debe
tomar de la siguiente tabla:
Distancia recomendada entre electrobombas (mm)
Gasto de las bombas en l/seg
Espacios
Hasta 500
500 – 2000
Más de 2000
1200
1200
1000
1200
1200 - 1500
Espacio entre el equipo y la pared
1000
1250
1500
Espacio entre equipos colocados
1000 - 1200
1200 - 1500
1500 - 2000
2000
2000
2000
1200
1500
1500
1500 - 1750
2000 - 2500
Espacio entre el extremo del equipo 1000
y la pared
Espacio entre los extremos de los
equipos
paralelamente
Espacio entre los cimientos de los
agregados y el panel de mando
Espacio entre las paredes móviles
de motores térmicos
Espacio entre agregados verticales ------
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Esquema típico de una estación de bombeo
Los siguientes esquemas muestran como se deben emplazar las estaciones
de bombeos y sus acotamientos
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Disposición de las bombas en el local
La disposición de los grupos moto-bombas, siendo éstas del tipo horizontal, debe obedecer,
tanto como sea posible, las disposiciones en zig-zag o en diagonal (véase figura de abajo).
Por ello insistimos que el comprador tenga bien claro esto para que no compre bombas con
salidas de direcciones diferentes.
d. Golpe de Ariete
En la mayoría de los casos, dada la magnitud del problema es necesario elaborar cálculos
detallados y complejos, el método propuesto es aproximado.
Para condicione más desfavorable del tiempo de cerrado de una válvula se obtiene que la
presión en la tubería es:
hi = 145 V / √ 1 + Ea * Ø + Et * e
hi = sobrepresión de inercia por el golpe de ariete en m.
V = velocidad del agua en la tubería m/seg
Ea = módulo de elasticidad del agua en Kg/cm2
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Ø = diámetro de la tubería en m
Et = módulo de elasticidad del material de la tubería en Kg/cm2
e = espesor de la tubería en cm
La siguiente imagen muestra como se produce un golpe de ariete por
cerrado brusco de una válvula.
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Módulo de elasticidad para algunos materiales
Kg/cm2
2100,000
930,000
125,000
210,000
20,700
Acero
Hierro fundido
Hormigón
Asbesto-cemento
Agua
Cuando se utilizan válvulas de alivio, la sobrepresión solo se considera en un 20% para el
cálculo de las tuberías.
Para el cálculo del espesor del tubo si se proyecta de acero y se quiere tomar toda la carga
con el mismo se diseña con la siguiente fórmula:
e = P* Ø / 2 σa + C
P = presión total Kg/cm2
Ø = diámetro interior en cm
σa = 1100 Kg/cm2
C = 1,5 / 2,5 mm para la corrosión
Fuerza total resultante sobre un codo de la tubería con agua en circulación.
F = 2a (p + W V2/ g *sen θ/2
F = fuerza total sobre el codo en Kg
a = área de la sección transversal del tubo en m2
P = presión de la tubería en Kg/m2
W = peso específico del agua Kg/m3
V = velocidad en la tubería en m/seg
g = aceleración de la gravedad
θ = ángulo de deflexión de la tubería
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La carga contra la cual tiene que trabajar la bomba es la carga dinámica total y está
compuesta por:
- altura de succión
- elevación estática
- pérdidas por filtración total de succión e impulsión
- pérdidas de carga
- carga de descarga
- carga a velocidad
Potencia de la bomba
Pbomba = Ɣ* Q * H / 102*ηbomba (Kwh)
P = potencia requerida (Kwh)
Ɣ = densidad del agua (Kg/m3)
Q = gasto (m3/seg)
H = carga (m)
ηbomba = eficiencia
Potencia del motor que eléctrico que la mueve
Pmotor = Pbomba * Coef motor
Se multiplica la potencia de la bomba por el coeficiente de motor teniendo en cuenta el
margen de la potencia de la bomba como aparece en la tabla de abajo.
Potencia del motor
Potencia absorbida
Margen del motor
Pm
Pa < 1.5 Kw
50%
1,50
1.5 <= Pa <=4 Kw
4 <= Pa <=7.5 Kw
7.5 <= Pa <=40 Kw
25%
20%
15%
1,25
1,20
1,15
Pa >40 Kw
10%
1,10
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e. Losa de fondo del emplazamiento de las bombas y pedestal de cada
bomba
Como se aprecia en la gráfica de abajo, las bombas deben quedar de forma horizontal, esto
no quiere decir que el piso tenga una pendiente hacia el foso de la bomba de achique si se
produjera fugas de agua para que no se inunde el local en el caso que esté por debajo de la
cota del terreno externo. En caso de estar el NPT por encima del terreno exterior sólo con
buena pendiente del piso hacia la puerta de salida correrá el agua hacia afuera. Que el
pedestal de la bomba sea horizontal, no quiere decir que el agua se estanque ya que el agua
tiene un esfuerzo cortante (Ƭ) igual a 0 y el agua de todas manera correrá hacia la el piso,
que sí tiene pendiente. Compruébelo y eche un vaso de agua sobre una mesa horizontal y
verá que el agua va a buscar por donde irse y comenzará a caer en el piso.
Para su anclaje se debe colocar por encima de esta una manta de goma entre la base de
hormigón y el pedestal de las motobombas; que absorba las vibraciones de los equipos
cogidas con expansiones y tornillos apropiados para este trabajo.
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Capitulo No 2
SELECCIÓN DE BOMBAS
Para el cálculo de bombas se utiliza la ecuación de Hazen-William que para caso del gasto
es:
Q = 0.2785 * C * D2.63 * S0.50 (m3/seg)
C = Coeficiente de rugosidad
COEFICIENTE (C) DE LOS MATERIALES PARA HAZEN- WILLIAMS
Material
C
Material
C
Asbesto cemento
140
Hierro galvanizado
120
Latón
130-140
Fibra de vidrio
140
Ladrillo sanitario
100
Plomo
130-140
Hierro fundido nuevo
130
Plástica (PVC, PE)
140-150
Hierro fundido, 10 años de uso
107-113
Tubería lisa nueva
140
Hierro fundido, 20 años de uso
89-100
Acero nuevo
140
Hierro fundido, 30 años de uso
75-90
Acero
130
Hierro fundido, 40 años de uso
64-83
Acero enrollado
110
Hormigón
120-140
Latón
130
Cobre
130-140
Madera
120
Hierro Dúctil
120
Hormigón
120-140
D = diámetro de la tubería (m)
S = perdidas en la tubería a lo largo de la misma (m)
Y para el caso de las pérdidas es:
hft = 10,67 * (Q/C)1,852 * Lt / D4,85 (m)
Q = gasto en m3/seg
Lt = longitud total que incluye la longitud de la tubería + la longitud
equivalente buscada en tablas de abajo.
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Cuando hallamos el gasto y la carga del sistema que comprende toda la longitud
de las tuberías y accesorios; esos dos (2) valores será el punto de operación en
amarillo en la gráfica, entonces vamos a un proveedor y pedimos un catálogo y
procedemos como el ejemplo No 1 de abajo.
Ejemplo No 1:
Tenemos calculado una bomba para suministro de agua en la que un gasto Q = 42 m3/horas
y una carga H = 58 metros, ploteamos subiendo con el gasto hasta hacer coincidir con la
carga una bomba que este en este rango de las que se muestran en el catálogo del fabricante
y seleccionamos la que aparece con el punto amarillo, o sea la 50-20.
Gráfico de un catálogo para la selección de bombas teniendo los
parámetros calculados de ante mano.
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Además de la selección de la o las bombas para una Estación de Bombeo es muy importante
si estas son centrífugas realizar el cálculo de NPSH que por sus siglas en inglés traducido
significa Altura Neta de Succión Negativa. Esto no se cumple para bombas centrifugas con
cargas positiva, o sea que la carga está por encima del ojo del eje del impelente, como
aparece en la figura siguiente o en las bombas sumergibles que la cámara de los impelentes
están sumergidos en el agua:
Bomba centrífuga con carga de succión positiva
Bomba sumergible que no tiene problemas con el (NPSH)
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Bomba centrifuga con carga de succión negativa (NPSH)
Solamente para las bombas que extraen el agua como aparece en la figura 4 de abajo:
Cuando el agua fluye a través de la bomba, la presión en la entrada y en la tubería de succión
tiende a disminuir debido a las altas velocidades del flujo. Si la reducción va más allá de la
presión de vapor del agua, se producirá la vaporización y se formarán burbujas de vapor en
el seno del líquido.
Estas burbujas son transportadas por él líquido hasta llegar a una región de mayor presión,
donde el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, "aplastándose" bruscamente las
burbujas. Este fenómeno se llama cavitación.
La cavitación se produce principalmente en los alabes del impulsor de la bomba, donde las
fuerzas ejercidas por el líquido al aplastar la cavidad dejada por el vapor dan lugar a
presiones localizadas muy altas, erosionando su superficie y causando esfuerzos que
pueden originar su destrucción. El fenómeno generalmente va acompañado de ruido y
vibraciones, dando la impresión de que se tratara de grava que golpea en las diferentes
partes de la máquina.
La cavitación además de producir daños físicos y ruidos molestos, puede llegar a reducir de
manera considerable el caudal y rendimiento de la bomba.
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La carga neta de succión positiva es la diferencia entre la presión existente a la entrada de
la bomba y la presión del vapor del líquido que se bombea. Esta diferencia es la necesaria
para evitar la cavitación. En el diseño de bombas destacan dos valores de NPSH, el NPSH
disponible y el NPSH requerido.
El NPSH requerido es función del diseño de fábrica de la bomba, su valor, determinado
experimentalmente, es proporcionado por el fabricante. El NPSH requerido corresponde a
la carga mínima que necesita la bomba para mantener un funcionamiento estable. Se basa
en una elevación de referencia, generalmente considerada como el eje del rodete.
El NPSH disponible es función del sistema de succión de la bomba, se calcula en metros de
agua, mediante la siguiente fórmula (véase figura 2):
Figura No 2
NPSHdisponible = Hatm ― (Hvac + hs + ΔHs)
Donde:
NPSH disponible = Carga neta de succión positiva disponible, m.
Hatm = Presión atmosférica, m (véase tabla 1).
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Hvap = Presión de vapor, m (véase tabla 2).
hs = Altura estática de succión, m.
∆Hs = Pérdida de carga por fricción de accesorios y tubería, m.
Para evitar el riesgo de la cavitación por presión de succión, se debe cumplir que:
NPSHdisponible >> NPSHrequerido
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Recordar que el NPSHrequerido lo da el fabricante en su catálogo de suministro de bombas el
cual usted debe revisar cuidadosamente para no tomar una bomba inapropiada que al final
surja la cavitación de estas.
Impelentes dañados por la cavitación de bombas
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Conclusiones y recomendaciones
1. En el caso que la estación de bombeo este compuesta por varias bombas, se debe diseñar
su disposición en la misma dirección y el comprador deberá también comprar bombas con
toberas de salida de impulsión de la misma dirección que sea fácil la inserción en el
manifor o colector de impulsión de mayor diámetro, como se describe en el punto de
disposición las bombas en el local.
2. Nunca el comprador adquirirá bombas sin el uso de los planos del proyecto, para que no
haya equivocación y por ende cambios de última hora que van contra el diseño original.
3. Pedir las bombas al proveedor con una tarea técnica que incluya el Q, H, voltaje, amperaje
etc. Y que el mismo muestre el catálogo en el que vamos a realizar el pedido a la firma
suministradora ubicando bien el punto de operación de la bomba o las bombas si esta
trabajara en serie o paralelas.
4. Tener en cuenta en el NPSH es importante en las bombas centrifugas para evitar la
cavitación de las mismas.
5. La apertura y cierre de válvulas se debe hacer con movimientos lentos no de forma rápida
o brusca que provoque Golpes de Ariete en las tubería como se representó en el desarrollo
del este trabajo.
6. El mantenimiento de las cámaras del desarenador y sedimentador debe diariamente
chequearse y retirar los cuerpos extraños en suspensión y realizar con periodistas el
mantenimiento de limpieza del desarenador y sedimentador, como establece el proyecto.
7. Las estaciones de bombeo que ya estén funcionando cuando se sientan ruidos y salideros
por defectos de rodamientos y sellos, proceder a cambiarlos rápidamente, así evitaremos
males mayores.
8. Cuando como inversionistas compremos los equipos de bombeos, pedir al proveedor pizas
de repuestos (spare parts). Dos (2) impelentes por cada bomba, tres (3) juegos de sellos
para cada bombas del motor parte delantera y trasera que no son iguales generalmente,
2 (dos cheques de retención horizontal para la salida de cada bomba, piezas de recambio
de los paneles eléctricos. Ya que los fabricantes al paso del tiempo pudieran cambiar la
tecnología y nos quedemos fuera de estas partes de recambio, además las tenemos a la
mano con un stock de piezas.
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Referencias
1. Centrifugal Ahorro de Energía en Sistema de Bombas Centrifugas. Universidad Autónoma.
Colombia. 2010. Pump Performance Curves and Technical Information. Fristam Pumps.
USA 2014.
2. Datos Técnicos de Hidráulica de Bombas. BOMBAS IDEAL, S. A. VALENCIA, ESPAÑA.
2006.
3. Ducan William, Jr. Bates Carlos G. Engineering and Research Center Denver, Colorado
80225. Selecting Large Pumping Units. United States Department of The Interior Bureau
of Reclamation. 1978 USA.
4. Guía Técnica Selección de equipos para el transporte de fluidos. ISBN: 978-84-96680-54-8.
Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía. Madrid, España. 2012.
5. Guías para el Diseño de Estaciones de Bombeo de Agua Potable. Organización
Panamericana de la Salud. Lima 2005.
6. Manual Práctico de Hidráulica. Tomo II. Instituto de Hidroeconomía de Cuba. 1980.
7. Sánchez Ferrer Diana Soraya M.Sc. Metodología para el Diseño de Estaciones de Bombeo
Basado en El Método Ahp. Universidad Técnica de Valencia, España. Mayo 2020.
8. SANKS ROBERT L, Ph.D., PE Consulting Engineer and Professor Emeritus Montana State
University. Pumping Station Design. USA 1998.
9. Zamora Parra Blas y Viedma Robles Antonio. Máquinas hidráulicas Teoría y Problemas.
Universidad Politécnica de Cartagena. 2016 Colombia.
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