BOMBAS PARA USO AGROPECUARIOAGROPECUARIO

BIBLIOGRAFIA

• REBOSIO A. Elevación del agua por medios mecánicos.. Publicación de la Cátedra de Hidrología. Jun. 1983.

• SCHENZER, D. Bombas para Usos Agropecuarios Curso de Actualización Profesional. Montevideo. 24 de junio al 9 de julio de 1997.

• TARJUELO, J.M. El riego por aspersión y su tecnología. • TARJUELO, J.M. El riego por aspersión y su tecnología. Madrid. España. 1995

• JENSEN, M.E. Design and operation of farm irrigation systems. 1983

• PÉREZ FRANCO, D. Curso de Actualización: Selección de Bombas y Tuberías para uso agrícola. Montevideo, Nov. 1998.

INTRODUCCIÓN

Son utilizadas en:

• Levantes desde fuentes de aguas superficiales

• Pozos

• Métodos de riego presurizados

Bombas: son máquinas que entregan energía a un líquido.

2 3

1

4

Energía específica de la bomba = (Z+P+V2/2g)3 – (Z+P+V2/2g)2

HB = (Z3 – Z2) + (P3 – P2) + (V32/2g – V2

2/2g)

Z1 + P1 + V12/2g + HB = Z4 + P4 + V4

2/2g + hf

H3 – H2= HB Energía específica suministrada por la bomba

Energía específica = Energía/unidad de peso = carga = altura

HB = Z4 - Z1 + hf

CLASIFICACION

• De movimiento circular o rotodinámicas� Flujo radial o centrífugas:

Simples Eje horizontal Eje vertical

Múltiples Eje horizontalEje verticalSumergiblesSumergibles

� Flujo mixto o helicoidales� Flujo axial o hélice

• De desplazamiento positivo o volumétricas� Movimiento rectilíneo alternativo: Embolo o pistón� Movimiento oscilante� Rotoestáticas: Engranaje

• Dispositivos elevadores o gravimétricas

Constitución de una bomba centrífuga

Rotor centrífugo

Rotor axial

Rotor helicoidal

EJE

UNIÓN

MOTOR

DESCARGA

TUBERÍA

COJINETE

FORRO

EMPAQUETADURA

Turbina de eje vertical

TAZA

FILTRO

IMPELENTE

UNIÓN

COJINETE

EJE

CAMISA

Detalle de columna y tubería de las bombas tipo turbina de eje vertical

SOPORTE

LUBRICACIÓN POR AGUA LUBRICACIÓN POR ACEITE

Impulsión

Conductor trifásico

Bomba

Bomba sumergible

Filtro

Motor

Aspiración

CARGA O ALTURA TOTAL DE LA BOMBA

Hg

Hgi

Carga a la entrada de la bomba H1= Patm - Hgs – hfs

Carga a la salida de la bomba H2= Patm + Hgi + hfi

12

Hg

HgsHB = H2 –H1

HB = Hg + hfs + hfi + hop

varían con el Q2

HB = H2 –H1 = Patm + Hgi + hfi - Patm + Hgs + hfs

Curva del sistema

H

D1

D

Q

Hg

D

D2

D2>D>D1

Hinst.= Hg + ΣΣΣΣ Ki Q 2

hf = f* L/D* v2/2g ; h loc = K v2/2g

∆Hg

HCurva del sistema

ΣΣΣΣKi Q 2 (fricción)

Hinst.= Hgeom. + ΣΣΣΣ Ki Q 2 +∆∆∆∆Hg (para ese Q)

Q

Hg∆Hg

∆∆∆∆Hg = f(Q)

Cálculo de potencia

1 CV 75 Kgm/s

1 HP 76 Kgm/s

1KW 102 Kgm/s

1 CV 0.736 kW

Pu ( Kgm/s) = Q (l/s) * H (m) * γ (Kg/l)Pu = potencia útil de la bomba

γ del agua= 1 Kg/l

P eje = Pu / ef bombaef bomba = Pu / Peje

1.Eficiencia volumétrica = Q / Qt ( 85 a 98 %)2.Eficiencia hidráulica = H / Ht ( 80 a 90 %)3.Eficiencia mecánica = Pt / Peje ( 95 a 98 %)

ef. bomba = efv * efh * efm

65 − 85 %

CURVAS CARACTERÍSTICAS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS

15

20

25

30C

arga

(m

)- P

oten

cia

(Hp)

50

60

70

80

90

Efic

ienc

ia (

%)

21

79

0

5

10

15

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Caudal (l/s)

Car

ga (

m)-

Pot

enci

a (H

p)

0

10

20

30

40

Efic

ienc

ia (

%)

Carga (m) Potencia (Hp) Eficiencia (%)

TIPO CARGA DE SUCCION CARGA TOTAL CAUDAL

Centrífuga Media Alta Medio

Flujo mixto Media-baja Media Medio-alto

Axial Baja Baja AltoAxial Baja Baja Alto

Axial de instalación vertical Axial sumergible

Bombas de flujo mixto

Presión

Bombas axiales

Presión

H

Eficiencia Eficiencia

H

Q

Potencia

Potencia

Eficiencia

Q

Punto de funcionamiento de la bomba

Curva del sistema

C.del sist. al cerrar la válvula

PIP

∆h

P’H1

H

Qp

H (rpm)

H (rpm’)

Peje

ef

Q1 Q

Hg

Cavitación

P atm

P min

Z1 Z2

a 1 2 b

H1= Patm+Z1-hfa-1 H2= Patm+Z2+hf2-b

P min

P atm

P min

P atm

P minP vapor

cavitación

No cavita si se cumple que:

Inherente a la instalación

Inherente a la bomba

Npshdisp > Npshreq T(ºC) Pv (mca)

0 0.0623

5 0.0889

10 0.1252

15 0.1739

20 0.2387Npsh req

20 0.2387

25 0.3239

30 0.4344

35 0.5768

40 0.7579

45 0.9868

50 1.2730

60 2.0657

NpshNpsh req

Npsh d

Es la 4ª curva característica(viene en catálogos)

No cavita CavitaQ

Npshreq = altura o carga necesaria para llevar el agua hasta el rotor.

Npshdisp = P atm - Hg s - Pv – hfs

Npsh disp > Npsh req

Ejemplo: Q = 100 m3/hNpshr = 2.8 m

Las pérdidas de carga y la diferencia de altura

10.33 - 0.125- Hgs - hfs> 2.8 m

7.4 m > Hgs + hfs

Las pérdidas de carga y la diferencia de altura en la succión no pueden superar los 7m

Hg s

hfs

P atm

2.8 m

•Disminuir las pérdidas de carga en la succión

•∅ suficientes•codos de radio amplio•disminuir la distancia entre la bomba y el nivel del agua

•Disminuir la altura geométrica en la succión

Formas de evitar la cavitación:

•Disminuir la altura geométrica en la succión

•Elegir una bomba que para el Q que requiero tenga una Npshr menor

•Disminuir el Q (si es admisible para mis requerimientos)

ALGUNAS CONSIDERACIONES ADICIONALES SOBRE LA INSTALACIÓN DE LA BOMBA

• Impedir la entrada de aire a la bomba• sumergencia adecuada• montaje adecuado de la succión

•Evitar puntos altos en la succión

•Cono de reducción excéntrico

•Válvula de pie

•Debe estar cebada•Se coloca agua por un orificio en la parte superior de la bomba•Bomba de vacío•Bombas autocebantes (rend. bajo no > 40%)

•Requisitos en la tubería de impulsión•Válvula de retención•Válvula de regulación de caudal (imprescindible en las centrífugas)

INSTALACION:

ESQUEMA DE INSTALACION :

1) Cono difusor excéntrico.

2) Tubería de aspiración ascendente.

3) Curva de radio amplio.

4) Válvula de pie con criba.

5) Válvula de compuerta.

6) Válvula de retención.6) Válvula de retención.

7) Cono difusor concéntrico.

8) Tubería de impulsión

Centrífuga horizontal

Axial horizontal

Centrífuga horizontal multietapas

Tipos de transmisión

Caja multiplicadora

Sirven para:

1. Predecir el comportamiento de una misma bomba cuando le variamos las rpm.2. Predecir el comportamiento de una bomba homóloga pero de distinto tamaño.

1. Una misma bomba al variar las rpm. Cuando D= D1.

Q / Q1 = rpm / rpm1 H / H1 = (rpm / rpm1)2

LEYES DE AFINIDAD O DE SEMEJANZA DE LA BOMBA

H / H1 = (rpm / rpm1)2P / P1 = ( rpm / rpm1)3

Se cumplen para puntos de funcionamiento homólogos

Ejemplo: conozco la curva Q-H para rpm = 2900

y quiero conocer la curva rpm = 3150

Rpm =2900 Rpm = 3150

Q (m3/h) H (m) P (HP) Ef.(%) Q (m3/h) H (m) P (HP) Ef.(%)

Q

H

2900 rpm

3150 rpmA

A1

B

B1

0 61 8.5 0 0 72 11 0

20 61 12 34 21.8 72 15.5 34

40 60.5 15 58 43.6 71.4 19 58

60 59 19 69 65.4 69.6 24.3 69

80 56.5 23 74 87.2 66.7 29.5 74

100 52 26 74 109 61.4 33.3 74

120 45 30 68 130.8 53 38.5 68

f = 1.09 f = 1.18 f = 1.28

52

109

61.5

74

2. Variar el tamaño del rotor de una misma bomba (o semejante)

(rpm =rpm1)

Q / Q1 = (D/D1)2

H / H1 = (D/D1)2

P / P1 = ( D/D1)4 se cumplen para puntos de

funcionamiento homólogos

•Se tornean sólo los álabes•Máximo 15%•Baja el rendimiento de la bomba

46

69

15.5

ACOPLAMIENTO DE BOMBASAcoplamiento de bombas en paralelo

25

30

35

40

H (

m)

0

5

10

15

20

25

0 20 40 60 80 100 120

Q (l/s)

H (

m)

58

17

ACOPLAMIENTO DE BOMBASAcoplamiento de bombas en serie

40

50

60

0

10

20

30

40

0 10 20 30 40 50 60

Q (l/s)

H (

m)

33

SELECCIÓN DE UNA BOMBA

1- Con el Q y H seleccionamos el tipo de bomba

Carga:• Altura geométrica total• hf (fricción y localizadas) en succión e impulsión • Presión operativa del equipo de riego

Cañón autopropulsado de

Caudal:•ETc (máx): 6.5 mm/d•Area a regar: 7 hectáreas•Jornada de riego: 18 h/d•Eficiencia del método de riego: 0.66

38.3 m3/h= 10.6 l/s

Tubería de admisión: 4’’ de diámetro, aluminio (2 m de largo)

50 m

300 m

Tubería de impulsión: 4’’ ∅, aluminio

Cañón autopropulsado de 233 m de tubería en el tambor

Hg=7m total

2 m

5 m

0,75m

Requerimiento de carga del sistema en las dos situa ciones Situación 1de mayor requerimiento

Q (m3/s) Q(l/s) H entr. cañón (m)

Hg 1 (m) Hf sit. 1 (m)

H total Sit.1

0 0 0 7 0.0 7.0 0.0106 10.6 60 7 7.81 74.8 0.0118 11.8 74 7 9.51 90.5 0.0129 12.9 88 7 11.24 106.2

H total 1= 35483*Q1.852 + Hg1+H ent. cañón Situación 2 de menor requerimiento Situación 2 de menor requerimiento

Q (m3/s) Q (l/s) H entr. cañón (m)

Hg 2 (m) hf sit. 2 (m) H total Sit. 2 (m)

0 0 0 2.75 0.0 2.75 0.0106 10.6 60 2.75 1.15 63.9 0.0118 11.8 74 2.75 1.41 78.16 0.0129 12.9 88 2.75 1.66 92.41

H total 2 = 5241.9*Q 1.852+Hg2+Hent.cañón

Curva de familias de bomba

38.2

50

60

70

80

90

100

110

120

130

H s

ist

(m)

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

Efic

ienc

ia

0

10

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Caudal (l/s)

0

0,1

0,2

0,3 Efic

ienc

ia

Q de riego

Motores

1) P eje bomba (Kgm/s) = Q (l/s) x H (m)

ef. bomba

Tipo de transmisión Eficiencia

Directa, cardán, unión flexible 1

Bandas planas 0.8

Correas en V 0.9

2) P eje motor = P eje bomba

Ef. transmisión

3) P cons.= P eje motor

ef. motor

Motores eléctricos Eficiencia

1 a 5 CV 0.86

5 a 10 CV 0.88

10 a 25 CV 0.89

> de 25 CV 0.90

Consumo en motores de combustión interna y eléctricos

� Se saca del catálogo del motor. “A título orientativo”, según Israelsen:

Motores a gas-oil 0.259 l/CV/h

Motores a nafta 0.339 l/CV/h

Motores eléctricos 0.858 KWh/CV/hMotores eléctricos 0.858 KWh/CV/h