ADUCCIONES

Donostia, octubre 2014

Jabier Almandoz

INDICE

0) Generalidades

1) Aducciones gravedad simple

2) Aducciones gravedad con punto alto

3) Necesidad de bombeo

4) Otros tipos de aducciones

5) Presencia del aire en las conducciones

6) Sequía, ventosas, cavitación en aducciones

7) Instalaciones de bombeo simples

8) Instalaciones de bombeo compuestas

9) Instalaciones compuestas de sobrepresión

Depósito inferior

Válvula de pié

Motor de arrastre

Tubería de aspiración

bomba

Depósito superior

Tubería de impulsión

Válvula de retención

Válvula de regulación

Válvula de purga

ESQUEMA DE INSTALACION :

1) Cono difusor excéntrico.

2) Tubería de aspiración en posición ascendente.

3) Curva de radio amplio..

4) Cebolleta o Válvula de pie.

5) Válvula de compuerta.

6) Válvula de retención.

7) Cono difusor concéntrico.

8) Tubería de impulsión

7.1.- DIAGRAMA DE TRANSFORMACIÓN DE

ENERGÍA EN UN SISTEMA DE BOMBEO

posición Cota piezométrica

Bernoulli

Depósito

inferior

Depósito

superior Tubo de

Aspiración

Tubo

impulsión

Ro

de

te

Difu

so

r

Plano de

referencia

Salida =S Entrada =E

7.1.- DIAGRAMA DE TRANSFORMACIÓN DE

ENERGÍA EN UN SISTEMA DE BOMBEO

Nivel inferior

Nivel superior

Bomba H

Hi

Ha

S

E

7.2. ALTURA MANOMÉTRICAS DE LA

INSTALACIÓN Y DE LA BOMBA

Altura manométrica de la

instalación es la energía necesaria para

trasegar un determinado caudal de líquido

desde el depósito inferior (aspiración) al

superior (impulsión), es decir será la

diferencia de energías entre ambos

depósitos más la pérdida de carga en las

tuberías de aspiración e impulsión.

Altura manométrica de la bomba es

la energía útil que la bomba le comunica

al líquido, es decir será la diferencia de

energías totales que tiene el líquido entre

la salida y la entrada de la bomba para un

determinado caudal.

7.3. CURVA CARACTERÍSTICA DE LA INSTALACIÓN

21

21

2

22

2

1

2

1

1

11

2

2

1

22

fmi

fmi

hg

vpzH

hg

vpz

g

vpzH

Hmi

QO

10

pzHmi

212

2

fh

g

v

cci

En realidad la curva característica de la instalación tiene

una segunda rama para caudal negativo; no obstante en la

mayoría de las instalaciones no existe, al disponer de una

válvula antirretorno que impide los caudales inferiores a

cero (tramo OA vertical)

Hmi

Q

A

O

CC para caudales negativos

La curva característica completa de la instalación teniendo en cuenta

los caudales negativos es distinta.

Hm(i) = (B2-B1) + hf

Hm(i) = (B1-B2) + hf

Q

1

2

En este caso la altura manométrica de la instalación vale

Hm(i) = (B1 -B2) + hf 1-2

Hm

Q>0

A

O

A´

Q<0

Z2-Z1

-(Z2-Z1)

hf

hf

Los 3 casos para Q<0 Caso único para Q>0

- Hm (alturas negativas)

Hm

Q>0

A

O

A´

Q<0

Z2-Z1

-(Z2-Z1)

hf

hf

Los 3 casos para Q<0 Caso único para Q>0

- Hm (alturas negativas)

Se

necesita

bomba

Q de

trasvase

Sobre

energía

Siempre se necesita bomba para Q>0

7.3. CURVA CARACTERÍSTICA DE LA INSTALACIÓN

Y DE LA BOMBA. PUNTO DE FUNCIONAMIENTO

cci

cctb

Q

Hm

pz

O

22 .QkHQAQBA gbomba

CURVA MOTRIZ CURVA RESISTENTE

bombab QAQBAH 2.. 2.QkHH gresistente

Hay dos formas de resolver el punto de

funcionamiento de la instalación:

• ANALÍTICO: Resolver matemáticamente el

sistema de ecuaciones.

• GRÁFICO: Sobre un diagrama representar

ambas curvas y encontrar el punto de corte.

Éste método es muy popular ya que el

fabricante suele entregar una gráfica con la

curva característica de la curva, no una

expresión matemática. Para conseguirla

deberemos ajustar los puntos por mínimos

cuadrados por ejemplo.

cci

cctb

Q

Hm

pz

O

7.4 SELECCIÓN DE UNA BOMBA. PUNTO DE

FUNCIONAMIENTO

7.4 SELECCIÓN DE UNA BOMBA. PUNTO DE

FUNCIONAMIENTO

7.4 SELECCIÓN DE

UNA BOMBA.

PUNTO DE

FUNCIONAMIENTO

7.4 SELECCIÓN DE UNA

BOMBA. PUNTO DE

FUNCIONAMIENTO

7.4 SELECCIÓN DE UNA

BOMBA. PUNTO DE

FUNCIONAMIENTO

Instalación:

i.1: cota del depósito, variación

i.2: cierre en abanico (válvula de impulsión). Adecuada en bombas radiales

i.3: bypass

Turbobomba:

tb.1: variación de N

tb.2: torneado de rodete

tb.3: variación anchura del rodete (b)

tb.4:

-variación en la inclinación de los álabes del sistema difusor

- variación en la inclinación de los álabes a la entrada del rodete

- creando una prerrotación por medio de un bypass

7.5 VARIACION DEL PUNTO DE FUNCIONAMIENTO

7.5 VARIACION DEL PUNTO DE FUNCIONAMIENTO

7.5.1.- POR MODIFICACIÓN DE LA CURVA CARACTERÍSTICA DE LA INSTALACIÓN

Variación de la cci al modificarse z y p/

7.5 VARIACION DEL PUNTO DE FUNCIONAMIENTO

7.5.1.- POR MODIFICACIÓN DE LA CURVA CARACTERÍSTICA DE LA INSTALACIÓN

Variación de la cci al modificarse hf

7.5 VARIACION DEL PUNTO DE FUNCIONAMIENTO

Variación de la cci al modificarse N

7.5.2.- POR MODIFICACIÓN DE LA CC DE LA BOMBA (N)

7.5 VARIACION DEL PUNTO DE FUNCIONAMIENTO

R

gH

N D

2 2R

Q

ND

3

H

N

H

N

H

Ncte

Q

N

Q

N

Q

Ncte

1

1

2

2

2

2 2

1

1

2

2

L

L

7.5.2.- POR MODIFICACIÓN DE LA CC DE LA BOMBA (N)

HN

QN

H

Qcte

2

2

2

2

2QKH

7.5 VARIACION DEL PUNTO DE FUNCIONAMIENTO

7.5.2.- POR MODIFICACIÓN DE LA CC DE LA BOMBA (N)

Calcular N2 para obtener un caudal Q2

3

3

2

2

2

3

3

2

2

2

N

Q

N

Q

N

H

N

H

Q2

H2

a N2

Q3

Q3

7.5 VARIACION DEL PUNTO DE FUNCIONAMIENTO

7.5.2.- POR MODIFICACIÓN DE LA CC DE LA BOMBA (N)

PF2

Q’1

N1

N2

PF1

cci

Q

Hm

O Q2

H2

H1

Q1

H’1

7.5 VARIACION DEL PUNTO DE FUNCIONAMIENTO

7.5.2.- POR MODIFICACIÓN DE LA CC DE LA BOMBA (torneado del rodete)

7.5.2.- POR MODIFICACIÓN DE LA CC DE LA BOMBA (torneado del rodete)

7.5 VARIACION DEL PUNTO DE FUNCIONAMIENTO

7.5.2.- POR MODIFICACIÓN DE LA CC DE LA BOMBA (torneado del rodete)

a

t

a

t

D

D

Q

Q

2

2

a

t

a

t

D

D

H

H2

2

2

2

y

H

D

H

D

Q

D

Q

D

t

t

a

a

t

t

a

a

2

2

2

2

2 2

Los problemas resultantes se resuelven de

manera análoga al caso de modificación

de la velocidad de giro

B1 B2

E

S

B1 B2

B1 B2

Entrada

Salida

Entrada

Salida

En serie

En paralelo

BE + Hm1 = BS

BE + Hm2 = BS

Por tanto: Hm1 = Hm2 = BS - BE

BE + Hm1 + Hm2 = BS

Por tanto: Hm1 + Hm2 = BS - BE

7.6 BOMBAS FUNCIONANDO EN GRUPO

AB + AC = AD

H1 + H2 = Hs

Q1 = Q2 = Qs

DISPOSICIÓN EN SERIE

7.6.1 SERIE

AB + AC = AD

H1 = H2 = Hp

Q1 + Q2 = Qp

DISPOSICIÓN EN PARALELO

7.6.2 PARALELO

ALTERNATIVA ENTRE HACER FUNCIONAR DOS BOMBAS EN

SERIE O EN PARALELO.

en un sistema de

bombeo además de la

máquina o máquinas, la

instalación tiene una

importancia fundamental

Obviamente en un sistema con bombas en paralelo, puede

hacerse funcionar una de las máquinas solamente, o la otra, o

bien las dos a la vez consiguiendo de esta manera tres caudales

diferentes

7.7 ESTUDIO DE LA CAVITACIÓN EN BOMBAS NPSH

Efectos mecánicos: ruidos, vibraciones, golpes,

Efectos químicos: oxidación del material

Efectos hidráulicos: disminución de la altura, caudal y rendimiento

CAVITACIÓN EN LAS BOMBA

DESCRIPCIÓN DEL FENÓMENO

Secuencia de la implosión y consecuencias sobre

la superficie sólida

Cas d'une pompe centrifuge : quand un

liquide coule dans un tuyau d'aspiration et

qu'il entre dans l'œil de l'impulseur, sa

vélocité augmente ce qui amène un

réduction de pression. Si cette pression

descend en dessous de la tension de

vapeur correspondant à la température du

liquide, celui ci va se vaporiser et le courant

qui s'écoule consistera à la fois de liquides

et de poches de vapeur. Continuant son

mouvement dans l'impulseur, le liquide

arrive à une zone de pression plus élevée

et les cavités de vapeur disparaissent.

C'est cette disparition de poches de vapeur

qui cause le bruit relié à la cavitation.

Cavitación en el álabe de un rodete

Aspecto de la cavitación

Photos illustrant le

phénomène de

cavitation sur des

aubes de pompe

centrifuge

7.7 ESTUDIO DE LA CAVITACIÓN EN BOMBAS NPSH

BDBD

l

s

l

B

2

D

l

s

l

D hfZZPP

2g

VPP

NPSHdisponible = NPSHrequerido + P PD S

l

2g

VZ

Phf

2g

VZ

P2

DD

l

DBD

2

BB

l

B )()( absabs

seguridadrequeridodisponible NPSHNPSHNPSH

f (instalación) f (Q, bomba) f (técnico, diseño)

requeridodisponible

seguridad

NPSHNPSH

mclNPSH

valores

3,1

9,05,0

:2

l

s

l

DDfBDBD

l

s

l

B PP

g

VhZZ

PP

2

2

BD

l

s

l

B ZZPP

hfBD

NPSHDisponible

NPSHRequerido

NPSHSeguridad

H(mcl)

Q

g

VD

2

2

Qcrítico

C

BD

l

s

l

B ZZPP

hfBD

NPSHDisponible

NPSHRequerido

NPSHSeguridad

H(mcl)

Q

g

VD

2

2

Qcrítico

C

Situación con instalación a cota ZD mayor

BD

l

s

l

B ZZPP

hfBD

NPSHDisponible

NPSHRequerido

NPSHSeguridad

H(mcl)

Q

g

VD

2

2

Qcrítico

C

Situación con otra bomba de mejor diseño

BD

l

s

l

B ZZPP

hfBD

NPSHDisponible

NPSHRequerido

NPSHSeguridad

H(mcl)

Q

g

VD

2

2

Qcrítico

C

Situación con instalación de peor diseño en hf

SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS

Ejemplo

Para el sistema mostrado en la figura, seleccione una bomba centrifuga

adecuada para transportar 3000 l/s.

Pa 3100 P

mm 0,0001

mm300 24" iametro

v(abs)

d

Aire

Aire

9 m Agua

Agua

2,4 105 Pa

6,9 104 Pa

152 m 152 m

12 m

Nivel de referencia

K = 0,9

Válvula abierta

K = 1

K = 0,4 Bomba

3 m

Ejemplo

Se desea instalar una bomba centrifuga para mover agua entre dos

estanques, como se muestra en figura. El caudal necesario a transportar es

de 400 l/min a través de una tubería de PVC de 50 mm de diámetro.

a) Seleccione la bomba más adecuada a su sistema, justifique su respuesta.

b) Si se instala un medidor de flujo en la descarga ¿qué coeficiente de

pérdida podría tener para que su bomba selecciona en (a) se pudiera seguir

utilizando? Justifique la respuesta.

Le total Succión : 4 m

Le total Descarga : 13 m

Pvapor abs : 1,65 x 103 Pa

: 1000 kg/m3

: 1,3 x 10-3 Pa.s

SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS

Ejemplo

Se tiene un sistema como el de la figura por el cual circula agua a 20ºC.

La tubería es de acero comercial de 6 pulgadas (150 mm) de diámetro.

Suponer el coeficiente de frotamiento f = 0,021 constante. En la succión, la

longitud equivalente total es de 10 m y en la descarga de 340 m. Si la

curva característica de la bomba a 1750 rpm está representada por:

a) Cuál es el caudal que circula por el sistema?

b) Si las revoluciones de la bomba cambian a 2000 rpm, cuál es el nuevo

caudal?

/sm Q ; m H Q 1585 - 002 H 32

30 m Suponer f= 0,021 = cte

para cualquier caudal

Una tubería de PVC de 6 pulg (150 mm) de diámetro conduce agua (R=

0,975, = 8,4x10-4 Pa-s) hacia un aparato, tal como se muestra en figura,

estando la válvula A cerrada y siendo la salida del agua por B a la atmósfera;

la bomba centrífuga instalada en el sistema tiene la siguiente curva de

funcionamiento:

Calcule:

a) El caudal que circula por el sistema

b) Potencia necesaria para mover el flujo si la eficiencia de la bomba es del 65%

H (m) 55 50 35 15

Q (l/min) 4.800 7.200 9.600 12.000

1 pié=30,48 cm

SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS

Ejemplo

a) Para el sistema de la figura, cual es el caudal que circula?

b) Cuál es el porcentaje de aumento de caudal si se instala en el sistema

una bomba centrífuga con las siguientes características?

c) Cuál sería el nuevo caudal si se instalan dos bombas en paralelo?

d) Si las revoluciones bajan de 1200 a 800 rpm, cuál es el nuevo caudal

que circula por el sistema?

35 m

16 m

35 m

65 m

K = 0,4

K = 1

K = 0,9

mm 0,09 mm 150

Q (l/min) 0 4000 8000 12000 16000

H (m) 98 97 90 77 60

Datos de la curva

-Hm (mca)

-Qu (m3/h)

-Rendimiento global

-Potencia absorbida (CV)

-NPSH requerido