sábado, 12 de mayo de 2012

Bombas y estaciones de bombeo

DEFINICIÓN DE BOMBAS HIDRÁULICAS

Las bombas son equipos mecánicos que sirven para elevar los líquidos y conducirlos de un lugar a otro, o lo que es lo mismo, comunicarles cierta cantidad de energía (carga) que les permita vencer la resistencia de las tuberías a la circulación, así como, la carga que representa la diferencia de nivel entre el lugar de donde se toma el líquido y el lugar a donde se pretende llevar.

Los líquidos circulan del lugar de mayor energía al lugar de menor energía; el suministrarle energía la bomba al líquido tiene el objeto de producir el gradiente necesario para establecer la circulación y vencer las resistencias. 

Un equipo de bombeo es un transformador de energía. Recibe energía mecánica, que puede proceder de un motor eléctrico, térmico, etc., y la convierte en energía que un fluido adquiere en forma de presión, de posición o de velocidad.

Así tendemos bombas que se utilizan para cambiar la posición de un cierto fluido. Un ejemplo lo constituye una bomba de pozo profundo, que adiciona energía para que el agua del subsuelo salga a la superficie.

Un ejemplo de bombas que adicionan energía de presión sería una bomba en un oleoducto, en donde las cotas de altura, así como los diámetros de tuberías y consecuentemente las velocidades fuesen iguales, en tanto la presión es incrementada para poder vencer las perdidas por fricción que se tuviesen en la conducción.

Existen bombas trabajando con presiones y alturas iguales que únicamente adicionan energía de velocidad. Sin embargo, por la aceptación que llevan implícita de las expresiones fuerza tiempo. En la mayoría de las aplicaciones de energía conferida por una bomba es una mezcla de las tres, las cuales se comportan de acuerdo con las ecuaciones fundamentales de la mecánica de fluidos.

Lo inverso a lo que sucede en una bomba se tiene en una maquina llamada comúnmente turbina, la cual transforma la energía de un fluido, en sus diferentes componentes citadas, en energía mecánica.

Para mayor claridad buscando una analogía con las maquinas eléctricas y para el caso específico del agua, una bomba sería un generador hidráulico, en tanto que una turbina sería un motor hidráulico.

DESCRIPCIÓN  DE LAS BOMBAS

Siendo tan variados los tipos de bombas que existen, es muy conveniente hacer una adecuada clasificación. la que se considera ,as completa , y que se usara en este libro , es la del “Hydraulic Institute”, en su última edición . el mencionado Instituto tiene como miembros a más de cincuenta compañías fabricantes de equipos de bombeo en el mundo entero y se ha preocupado por mantener al día los  llamados “Standars” . A continuación se muestra la clasificación:


IMAGEN  24. CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS HIDRÁULICAS


La clasificación anterior, nos permite apreciar la gran diversidad de tipos que existen y si a ello agregamos materiales de construcción, tamaños diferentes para manejo de gastos y presiones sumamente variables y los diferentes líquidos a manejar, etc., entenderemos la importancia de este tipo de maquina en las variadas aplicaciones.

CLASIFICACIÓN DE BOMBAS HIDRÁULICAS.

Las bombas se pueden clasificar de muchas maneras desde diferentes puntos de vista pero en forma general podriamos considerar los siguientes.
Por la posición de su eje (Vertical , horizontal). según su carcaza(Voluta , difusor ), según el modo de operación (Desplazamiento positivo , roto dinámicas ) , por el tipo de rodete (Abierto , semicerrado ) etc ; pero la manera mas comun de clasificarlo es según su modo de operación los cuales se pueden definir :


Desplazamiento positivo 
Son aquellas que confinan un  volumen de fluido y lo trasladan a otro lugar , dentro de este grupo se encuentran todas las bombas usadas en la oleohidráulica y de uso frecuente en los quirofanos , en el bombeo del petrole de los posos profundos y las usadas en la industria oesada general, bombeo del concreto , equipos pesados para movimiento de tierras , reguladoras de velocidades etc.
Existen los siguientes  tipos mas comunes.
- RECIPROCANTES                                     - ENGRANAJES
- PALETAS                                                    - LÓBULOS
- PULSATILES                                               - TORNILLOS


Desplazamiento no positivo ó rotodinámicas
Son aquellas en que la transferencia de energia se produce en una superficie mojada por el fluido en la que dicha superficie (Alabe) recibe el movimiento debido a la energia mecanica de rotación que recibe de un elemento motriz, de estos existen los siguientes tipos mas importantes:
- CENTRIFUGAS(radial , mixto y axial)
- PERIFERICAS (unipaso , multipaso)
- ELECTROMAGNÉTICA 


Debemos mencionar que las bombas centrifugas son las más utilizadas en el campo de la ingeniería debido a su funcionamiento y su estructura mecánica.


TIPO DE BOMBA Y APLICACIONES
Las bombas poseen diferentes aplicaciones dentro de la vida práctica de las personas y la industria, vamos a mencionar algunas aplicaciones de las bombas para tener una mayor orientación y categorización de las bombas.
  • Bombas para manejo de diferentes sustancias químicas

IMAGEN 25. BOMBA PARA MANEJO DE DIFERENTES SUBSTANCIAS QUÍMICAS.

  • Bombas rotatorias para manejo de aceites, mieles, fibras, etc.


IMAGEN26. BOMBAS ROTATORIAS PARA MANEJO DE ACEITES , MIELES , FIBRAS , ETC.

  • Bombas Elevadoras de aguas subterráneas


IMAGEN 27. BOMBA ELEVADORA  DE AGUAS SUBTERRÁNEAS

ESTACIONES DE BOMBEO
Las estaciones de bombeo son instalaciones, construidas y equipadas para transportar el agua residual del nivel de succión o de llegada a las unidades de tratamiento, al nivel superior o de salida de la misma .Las estaciones de bombeo de aguas residuales son necesarias para elevar y/o transportar, cuando la disposición final del flujo por gravedad ya no es posible. En terrenos planos, los colectores que transportan el agua residual hacia la estación de tratamiento se pueden profundizar de tal modo que se tornaría impracticable la disposición final sólo por gravedad. Las tuberías de alcantarillado, al funcionar como conductos libres, necesitan tener cierta pendiente que permita el escurrimiento por gravedad, situación que en terrenos planos ocasiona que las mismas, en si desarrollo, cada vez sean más profundas. En consecuencia, las estaciones de bombeo surgen como instalaciones obligatorias en Sistemas de Alcantarillado de comunidades o áreas con pequeña pendiente superficial. Las aguas residuales son bombeadas con los siguientes propósitos:
  • Para ser conducidas a lugares distantes.
  • Para conseguir una cota más elevada y posibilitar su lanzamiento en cuerpos receptores de agua.
  • Para iniciar un nuevo tramo de escurrimiento por gravedad.


Elementos constitutivos de una estación de bombeo
Cualquier sistema de bombeo tiene 2 lados perfectamente identificados
  • El lado de la “Succión”: comprende la parte de la tubería entre la válvula antiretorno y la boca de entrada de la bomba, en este lado no interviene la potencia de la bomba y la operación de llenado con el fluido de la cámara de la bomba es solo responsabilidad de la presión atmosférica local.
  • El lado de la “Impulsión”: está comprendida entre la salida de la bomba y la salida del agua por la parte distal de la instalación , el flujo en este lado es exclusivamente con la potencia de la bomba .


Descripción estación de bombeo
Las estaciones de bombeo son estructuras destinadas a elevar un fluido desde un nivel energético inicial a un nivel energético mayor .Su uso es muy extendido en los varios campos de la ingeniería, así, se utilizan en:
  • Redes de abastecimiento de agua potable, donde su uso es casi obligatorio, salvo en situaciones de centros poblados próximos de cadenas montañosas, con manantiales situados a una cota mayor
  •  Red de alcantarillado, cuando los centros poblados se sitúan en zonas muy planas, para evitar que las alcantarillas estén a profundidades mayores a los 4 - 5 m.
  • Sistema de riego, en este caso son imprescindibles si el riego es con agua de pozos no artesianos.
  • Sistema de drenaje, cuando el terreno a drenar tiene una cota inferior al recipiente de las aguas drenadas.En muchas plantas de tratamiento tanto de agua potable como de aguas servidas, cuando no puede disponerse de desniveles suficientes en el terreno
  • Un gran número de plantas industriales. 
Generalmente las estaciones de bombeo constan de las siguientes partes:
  • Rejas.
  • Cámara de succión.
  • Las bombas propiamente dichas.
  • Línea de Impulsión.
  • Servicios auxiliares.
  • Dispositivos de protección contra el golpe de ariete.
  • Línea de alimentación de energía eléctrica o instalación para almacenamiento de combustible.
  • Sistema de monitoreo y telecomunicaciones.

TIPOS DE ESTACIONES DE BOMBEO
Se acostumbra clasificar las estaciones de bombeo para agua potable en  primarias y secundarias


Las estaciones primarias
Toman el agua de alguna fuente de Abastecimiento o de algún cárcamo, y la elevan a otro almacenamiento, al tratamiento, a la red directamente o a una combinación de ellas.
Las estaciones secundarias
Mejoran las condiciones de una primaria incrementando presión o gasto, pero con la alimentación de una estación primaria.


Tipos Básicos.
Las estaciones primarias pueden construirse básicamente de dos tipos:
 Estaciones de una cámara
Generalmente se usan para bombas de eje vertical o sumergible y consisten de una sola cámara donde se tiene la entrada del agua, el almacenamiento necesario y los equipos de bombeo, antes mencionados.  
Dentro de los sistemas de bombeo se encuentran  dos tipos de succión:
  • SUCCION POSITIVA
  • SUCCION NEGATIVA
Estaciones de dos cámaras
Se consideran dos cámaras o cárcamos. En uno se tendrá la entrada del agua y un deposito que sirva para conectar la succión; en el otro, que se denomina cámara seca  se colocan los equipos de bombeo. La primera cámara puede no existir como tal, sino que puede ser simplemente una fuente natural.
Succión Positiva:
La cual se genera por las siguientes características
  1.  el nivel del líquido en el deposito que se va a bombear, está por arriba dela línea de centro de la succión de la bomba.
  2.  por lo tanto la cabeza estática de succión deberá de tener un valor positivo.  “es succión positiva cuando el nivel del líquido a bombear está arriba del centro de la succión de la bomba, por lo tanto la cabeza estática de succión será mayor de cero y con valor positivo.

IMAGEN 28.SISTEMAS DE BOMBEO DE SUCCIÓN POSITIVA.
                                                  
Succión Negativa
La cual se genera por las siguientes características
  1.  el nivel del líquido en el depósito que se va a bombear, está por debajo de la línea de centro de la succión de la bomba.
  2.  por lo tanto la cabeza estática de succión deberá de tener un valor negativo y menor de cero.“es succión negativa cuando el nivel del líquido a bombear está por debajo del centro de la succión de la bomba, por lo tanto la cabeza estática de succión será menor de cero y con valor negativo”.

IMAGEN 29. SISTEMAS DE BOMBEO DE SUCCIÓN NEGATIVA.

BOMBAS CENTRIFUGAS 
Las bombas centrífugas, también denominadas rotativas, tienen un rotor de paletas giratorio sumergido en el líquido. El líquido entra en la bomba cerca del eje del rotor, y las paletas lo arrastran hacia sus extremos a alta presión. El rotor también proporciona al líquido una velocidad relativamente alta que puede transformarse en presión en una parte estacionaria de la bomba, conocida como difusor. En bombas de alta presión pueden emplearse varios rotores en serie, y los difusores posteriores a cada rotor pueden contener aletas de guía para reducir poco a poco la velocidad del líquido. En las bombas de baja presión, el difusor suele ser un canal en espiral cuya superficie transversal aumenta de forma gradual para reducir la velocidad. El rotor debe ser cebado antes de empezar a funcionar, es decir, debe estar rodeado de líquido cuando se arranca la bomba. Esto puede lograrse colocando una válvula de retención en el conducto de succión, que mantiene el líquido en la bomba cuando el rotor no gira .Si esta válvula pierde, puede ser necesario cebar la bomba introduciendo líquido desde una fuente externa, como el depósito de salida. Por lo general, las bombas centrífugas tienen una válvula en el conducto de salida para controlar el flujo y la presión. En el caso de flujos bajos y altas presiones, la acción del rotor es en gran medida radial. En flujos más elevados y presiones de salida menores, la dirección de flujo en el interior de la bomba es más paralela al eje del rotor (flujo axial). En ese caso, el rotor actúa como una hélice. La transición de un tipo de condiciones a otro es gradual, y cuando las condiciones son intermedias se habla de flujo mixto.

IMAGEN 30.BOMBA CENTRIFUGA.

BOMBAS CENTRIFUGA HORIZONTAL.

La disposición del eje de giro horizontal presupone que la bomba y el motor se hallan a la misma altura; éste tipo de bombas se utiliza para funcionamiento en seco, exterior al líquido bombeado que llega a la bomba por medio de una tubería de aspiración. Las bombas centrífugas, sin embargo, no deben rodar en seco, ya que necesitan del líquido bombeado como lubricante entre aros rozantes e impulsor, y entre empaquetadura y eje. Como no son auto aspirantes requieren, antes de su puesta en marcha, el estar cebadas; esto no es fácil de conseguir si la bomba no trabaja en carga, estando por encima del nivel del líquido, que es el caso más corriente con bombas horizontales, siendo a menudo necesarias las válvulas de pie, (aspiración), y los distintos sistemas de cebado. Como ventajas específicas se puede decir que las bombas horizontales, (excepto para grandes tamaños), son de construcción más barata que las verticales y, especialmente, su mantenimiento y conservación es mucho más sencillo y económico; el desmontaje dela bomba se suele hacer sin necesidad de mover el motor y al igual que en las de cámara partida, sin tocar siquiera las conexiones de aspiración e Impulsión.
IMAGEN 31.BOMBA CENTRIFUGA HORIZONTAL


FUNCIONAMIENTO DE UNA BOMBA CENTRIFUGA.


Las bombas centrífugas mueven un cierto volumen de líquido entre dos niveles; son pues, máquinas hidráulicas que transforman un trabajo mecánico en otro de tipo hidráulico. Los elementos de que consta una instalación son:


a) Una tubería de aspiración, que concluye prácticamente en la brida de aspiración.
b) El impulsor o rodete, formado por un conjunto de álabes que pueden adoptar diversas formas, según la misión a que vaya a ser destinada la bomba, los cuales giran dentro de una carcasa circular. El rodete es accionado por un motor, y va unido solidariamente al eje, siendo la parte móvil de la bomba. El líquido penetra axialmente por la tubería de aspiración hasta la entrada del rodete, experimentando un cambio de dirección más o menos brusco, pasando a radial, (en las centrífugas), o hermaneciendo axial, (en las axiales), acelerándose y absorbiendo un trabajo .Los álabes del rodete someten a las partículas de líquido a un movimiento de rotación muy rápido, siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrífuga, creando una altura dinámica de forma que abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad ,aumentando también su presión en el impulsor según la distancia aleje. La elevación del líquido se produce por la reacción entre éste y el rodete sometido al movimiento de rotación)
c) La voluta es un órgano fijo que está dispuesta en forma de caracol alrededor del rodete, a su salida, de tal manera que la separación entre ella y el rodete es mínima en la parte superior, y va aumentando hasta que las partículas líquidas se encuentran frente a la abertura de impulsión. Su misión es la de recoger el líquido que abandona el rodete a gran velocidad, cambiar la dirección de su movimiento y encaminarle hacia la brida de impulsión de la bomba .La voluta es también un transformador de energía, ya que frena la velocidad del líquido, transformando parte de la energía dinámica creada en el rodete en energía de presión, que crece a medida que el espacio entre el rodete y la carcasa aumenta, presión que se suma a la alcanzada por el líquido en el rodete. En algunas bombas existe, a la salida del rodete, una corona directriz de álabes que guía el líquido antes de introducirlo en la voluta.
d) Una tubería de Impulsión, instalada a la salida de la voluta, por la que el líquido es evacuado a la presión y velocidad creadas en la bomba. Estos son, en general, los componentes de una bomba centrífuga aunque existen distintos tipos y variantes. La estructura de las bombas centrífugas es análoga a la de las turbinas hidráulicas, salvo que el proceso energético es inverso; en las turbinas se aprovecha la altura de un salto hidráulico para generar una velocidad de rotación en la rueda, mientras que en las bombas centrífugas la velocidad comunicada por el rodete al líquido se transforma, en parte, en presión, lográndose así su desplazamiento y posterior elevación

Usos y aplicaciones de las bombas centrífugas
Dentro de las aplicaciones típicas que tienen las bombas centrifugas se incluyen:
Líquidos de todas las viscosidades
Procesos químicos
Alimentos
Lubricación a presión
Pintura a presión
Sistemas de enfriamiento
Servicio de quemadores de aceite
Manejos de grasa
Gases licuados (propano, butano, amonio, freón, etc.)
Entre otros
Es muy amplio y cada día se ensancha más. Esta gran amplitud de posibilidades de aplicación de este tipo de bombas se debe, como ya hemos señalado anteriormente, a varios factores, entre los que se destacan: su gran adaptabilidad a motores eléctricos de alta velocidad y a turbinas de vapor; el número mínimo de partes móviles que las componen, lo que hace que el desgaste sea pequeño; y el bajo costo y tamaño relativamente pequeño de la bomba, en relación con el volumen de líquido que puede manejar.


Las bombas   centrífugas   resultan   elemento   indispensable   en   las   instalaciones   de abastecimiento de agua para poblaciones, industrias, edificios, etc., en los sistemas de riego y drenaje, en los alcantarillados de aguas residuales, en los sistemas de acumulación de las estaciones hidroeléctricas, en los sistemas de alta presión de alimentación de calderas, en las prensas hidráulicas, en la circulación de agua para calefacción, refrigeración o plantas térmicas, y en la impulsión de toda clase de líquidos, ya sean viscosos, corrosivos, jugos de frutas, leche, etc., en las instalaciones industriales


TIPOS DE MONTAJES EN BOMBAS
Hay casos en que las necesidades de un sistema exigen que varíe la presión o el gasto, así como los requerimientos de succión y descarga; para ello se emplea el uso de bombas en serie o en paralelo y con ello aumentar la eficiencia de dicho sistema. En el primer caso se suman las cargas a la misma capacidad, mientras que en el segundo se suman las capacidades y operan a la misma carga.

Bombas en serie
Cuando se requiere elevar un dado caudal a alturas importantes, se pueden instalar rotores en serie puesto que sus curvas características se suman en el sentido del eje H. 
Un sistema en serie se reconoce debido a que la ubicación de las bombas se encuentra una tras otra a una determinada distancia.

IMAGEN 32.BOMBAS EN SERIE

BOMBAS EN PARALELO

Se disponen las bombas en paralelo cuando se requiere aumentar el caudal a elevar a una determinada altura

Un sistema en paralelo se reconoce por que las bombas se encuentran enfrentadas o no siguen una orientación una tras la otra a diferencia de  un sistema en serie

IMAGEN 33.BOMBAS EN PARALELO


CURVAS CARACTERÍSTICAS


El comportamiento hidráulico de una bomba viene especificado en sus curvas características que representan una relación entre los distintos valores del caudal proporcionado por la misma con otros parámetros como la altura manométrica, el rendimiento hidráulico, la potencia requerida y la altura de aspiración, que están en función del tamaño, diseño y construcción de la bomba.
Estas curvas, obtenidas experimentalmente en un banco de pruebas, son proporcionados por los fabricantes a una velocidad de rotación determinada (N).


curva de un sistema en serie
IMAGEN 34.CURVA CARACTERÍSTICA DE UN SISTEMA EN SERIE

Curva de un sistema en paralelo
IMAGEN 35.CURVA CARACTERÍSTICA DE UN SISTEMA EN PARALELO


Punto de operación de una bomba

IMAGEN 36. PUNTO DE OPERACIÓN DE UNA BOMBA


Curvas de Isoeficiencia

IMAGEN 37.CURVAS DE ISOEFICIENCIA
BIBLIOGRAFIA


Definición de bombas hidráulicas en :


http://www.ingenieroambiental.com/3007/bombas.pdf


http://books.google.es/books?id=k5aduoRGsakC&printsec=frontcover&dq=bombas&hl=es&sa=X&ei=1SGnT9zoLYKegweiuZzfAQ&ved=0CDwQ6AEwAA#v=onepage&q=bombas&f=false


Descripción las las bombas en:


http://books.google.es/books?id=k5aduoRGsakC&printsec=frontcover&dq=bombas&hl=es&sa=X&ei=1SGnT9zoLYKegweiuZzfAQ&ved=0CDwQ6AEwAA#v=onepage&q=bombas&f=false


Clasificación de bombas en :
http://sisbib.unmsm.edu.pe/BibVirtualData/Tesis/Basic/salcedo_sg/cap03.pdf


Estaciones de bombeo en:
http://es.scribd.com/mickeyware/d/37174158-Estaciones-de-Bombeo-y-Bombas-Aguas-Residuales


Elementos constitutivos de una estación de bombeo en :
http://sisbib.unmsm.edu.pe/BibVirtualData/Tesis/Basic/salcedo_sg/cap03.pdf


Tipos de estaciones de bombeo en :
http://es.scribd.com/doc/35477903/Estaciones-de-Bombeo-Grupo-5


Bombas centrifugas en :
http://es.scribd.com/doc/6057846/Bombas-Centrifugas


Bomba centrifuga horizontal y funcionamiento de una bomba centrifuga en :
http://es.scribd.com/doc/6057846/Bombas-Centrifugas


Tipos de montajes de bombas en :
http://es.scribd.com/doc/34202981/Bombas-en-serie-y-Paralelo
http://escuelas.fi.uba.ar/iis/BOMBAS%20Seleccion%20Fina.pdf


Curvas características en :
http://ocwus.us.es/ingenieria-agroforestal/hidraulica-y-riegos/temario/Tema%207.%20Bombas/tutorial_07.htm

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