1INSTALACIN DE BOMBAS CON ACCIONAMIENTO ELCTRICOINSTALACIN DE BOMBAS CON ACCIONAMIENTO ELCTRICO

Rendimiento. Prdida. Potencia. Conductores y protecciones empleadas.

Bibliografa

ELECTRICAL WIRING DESING AND CONSTRUCTION, Robert C. Johnson.

CIRCUITOS ELCTRICOS, Josep Edminister.

MANUAL DE ALUMBRADO, Philips.

MANUAL DEL INGENIERO ELECTRICISTA, Francisco Singer.

Definicin

Las bombas son equipos mecnicos que sirven para elevar loslquidos y conducirlos de un lugar a otro, o lo que es lo mismo,comunicarles cierta cantidad de energa (carga) que les permitavencer la resistencia de las tuberas a la circulacin, as como, lacarga que representa la diferencia de nivel entre el lugar de dondese toma el lquido y el lugar a donde se pretende llevar.

La funcin de una bomba es trasegar lquidos y fluidos de elevadaviscosidad mediante el aumento de energa del mismo en forma depresin y/o velocidad, energa transmitida al equipo bomba pormedio de un motor elctrico, una turbina de vapor o un motor deexplosin (tpicamente diesel).

Los lquidos circulan del lugar de mayor energa al lugar demenor energa; el suministrarle energa la bomba al lquido tieneel objeto de producir el gradiente necesario para establecer lacirculacin y vencer las resistencias.

Carga de bombeo

Carga de bombeo o carga dinmica total es la cargatotal contra la cual debe operar una bomba, o sea, laenerga por unidad de peso de liquido que debesuministrarle la bomba al mismo para que pueda realizarel trabajo que se pretende.

El movimiento del liquido a travs de la tubera daorigen a friccin, que resulta en una perdida de energa,por consiguiente dicha friccin tiene que ser vencida porla bomba, adems de la carga esttica representada porla diferencia de nivel. Por consiguiente, la cargadinmica total se obtiene sumando los cuatro factoressiguientes:a) La diferencia de nivel, que se conoce como carga esttica o carga a elevacinb) Las prdidas de carga debidas a la friccin en las tuberas y accesoriosc) La carga a velocidadd) La carga a presin

2Recordatorio de mecnica de fluidos

Resulta necesario hacer un breve recordatorio de lamecnica de fluidos para comprender mejor elfuncionamiento de la bomba. Con su utilizacinconseguimos incrementar la energa del fluido, por lo queharemos un repaso a este tema.

Carga esttica (h)

Esta representada por la diferencia de nivel entre lasuperficie del lquido donde tiene que tomarlo la bombay la superficie del liquido en el lugar de descarga

Perdidas por friccin (hf)

Las prdidas de carga representan las prdidas deenerga como consecuencia de la resistencia quepresentan las tuberas y accesorios a la circulacin dellquido.

3La carga de velocidad

Est representada por el trmino V2/2g, generalmente,en la mayora de los casos no se la toma en cuenta,porque su valor es muy pequeo: a no ser en casosespeciales en que la velocidad es muy alta (y porconsiguiente la friccin es alta tambin), o la carga totales muy pequea y el volumen de agua bombeado esmuy grande.

La carga a presin P/ Est representada por la presin existente en la

superficie del lquido y se expresa por la longitud de lacolumna de liquido, equivalente a la presin existente.Si la presin dentro del tanque se eleva hasta un puntofijo mximo, dicha presin ser la que se usar paraencontrar la carga a presin mxima contra la cualdeber operar la bomba. Esta carga a presin en pies ometros, deber aadirse a la carga esttica, la cargadebida a la friccin y la carga a velocidad, paradeterminar la carga dinmica total o carga total contrala que trabajar la bomba.

Potencia de los sistemas de bombeo

El conjunto elevador (moto-bomba) deber vencer ladiferencia de nivel entre los dos puntos, ms lasprdidas de carga en todo el trayecto (prdidas porfriccin a lo largo de la tubera y prdidas localesdebidas a las piezas y accesorios).

Donde:Q = Caudal (l/s)HT = Altura manomtrica o carga dinmica total (m) = Peso unitario del agua (1000 kg/m3) = Eficiencia (70%)

4Tipos de bombas

Bombas centrfugas

Reciben el lquido que ha entrado por el tubo deaspiracin en direccin axial a travs de la parte centralu ojo del impelente, y el impelente lo impulsa entoncesen direccin radial, hacia afuera, absorbiendo el lquidode este modo, la energa, que producir a la salida de labomba la carga a presin correspondiente.

Introduccin y funcionamiento

Las bombas centrfugas mueven un cierto volumen delquido entre dos niveles; son pues, mquinas hidrulicasque transforman un trabajo mecnico en otro de tipohidrulico.Los elementos de que consta una instalacin son:a) Una tubera de aspiracin.b) El impusor o rodete.c) La voluta.d) Una tubera de impulsin.

5Bombas centrfugas

Este tipo de bombas es el ms comn. Su caracterstica principal es que aumentan la energa del fluido por la accin de la fuerza centrfuga provocada por el movimiento del fluido dentro de un rodete. Estos equipos constan bsicamente de:

Elemento giratorio: formados por un eje y uno o varios rodetes;

Elemento estacionario (carcasa); Elementos de cierre.

Bombas centrfugas (2)

Con el objeto de retardar la velocidad del lquido ytransformar la carga a velocidad en carga a presin, sesitan a veces en la caja, alrededor del impelente unaserie de paletas fijas, que se conocen con el nombre depaletas directrices o labes directores, y tambin comodistribuidor o difusor. De este modo se forma una seriede conductos divergentes dentro de la caja.

Bombas centrfugas (3)

Los impelentes de las bombas centrfugas pueden ser:a) abiertos, si las paletas no tienen paredes lateralesb) semicerrados, si el lado posterior del rodete est tapado por

una paredc) cerrados, si los dos lados del impelente estn provistos de

paredes que tapen las paletas

6Curvas caractersticas de las bombas

A causa de las caractersticas variables de la bomba centrfuga, esimportante tener una visin grfica de las relaciones entre la carga, elcaudal, la eficiencia, la potencia necesaria, etc., de la bomba de que setrate a una velocidad determinada. Estas curvas o grficos generalmente sepreparan por el fabricante. Las curvas pueden considerarse tpicas eilustran las caractersticas de una bomba trabajando a una velocidadconstante determinada.

Alturas

Altura (H). Significa ladistancia vertical existenteentre una superficie libre deagua y una cota dereferencia. En los sistemasde bombeo, el trminoaltura se refiere tanto a unabomba como al conjunto detuberas. La altura de labomba es la distancia a laque puede llevar un lquidoy se mide en metros decolumna de lquidobombeado (m.c.l.)

Alturas (2)

Altura geomtrica (Hg). Es la altura medidaverticalmente desde el nivel del agua o lquido a elevar,hasta el punto ms alto de la tubera de impulsin odescarga. Viene dada en metros. Esta altura se divide endos: altura de aspiracin (Ha) y altura de impusin (Hi).

Hg= Ha + Hi

Altura de aspiracin (Ha). Es la altura entre el niveldel agua o lquido a bombear y el eje de la bomba. En laprctica no puede ser superior a 8 metros. En casoespecial de bombear agua caliente, gasolina, alcohol,etc., esta altura se debe disminuir segn la tensin opresin de vapor de lquido considerado a latemperatura de bombeo.

7Alturas (3)

Altura de impulsin (Hi). Tambin llamada de elevacin,es la altura entre el eje de la bomba y el punto ms alto a laque va a subir el agua. Se expresa en metros.

Altura manomtrica (Hm). Representa la suma de laaltura geomtrica ms las prdidas de carga, o sea, lapresin efectiva que ha de vencer la bomba para elevar elagua o lquido desde su nivel ms bajo hasta el punto deelevacin ms alto. Viene dada en metros columna de agua(m.c.a.).

Prdidas de carga (Pc). Son las fuerzas que se oponen alavance del agua en las tuberas, producidas por rozamientointerno debido a su rugosidad, dimetro, longitud y velocidadcon que circula el agua. La prdida de carga se indica enmetros de elevacin.

Hm = Hg + Pc

Ejemplo 1

Calcular la altura manomtrica de:Li = Longitud de impulsin = 215 m.La = Longitud de aspiracin = 7 m.Di = Dimetro tubera impulsin = 125 mm.Da = Dimetro tubera aspiracin = 150 mm.Hi = Altura de impusin = 32 m.Ha = Altura de aspiracin = 5 m.Q = Caudal a elevar = 100 m3/h.Prdidas de carga en la aspiracin (Pca)1 Cono difusor excntrico = 5m1 Curva 90 de 150 mm = 3m1 Vlvula de pie de 150 mm = 28mLongitud tubera aspiracin = 7mPrdidas de carga 2%

Interpretacin de alturas

Interpretacin de alturas:Los fluidos, en su desplazamiento por una tubera, poseenuna energa total, que se descompone en tres diferentes:Energa potencial: La debida a la altura geodsica de

la partcula de fluido o altitud respecto de un planohorizontal cualquiera.

Energa debida a la presin del fluido, llamadaaltura de presin.

Energa cintica debida a la velocidad del fluido,llamada altura de velocidad.

La suma de las tres alturas (altura total) permanececonstante en un fluido ideal, tal como se ve en la siguientefigura, a lo largo de una tubera (filamento de corriente) yes lo que se conoce como ecuacin de Bernoulli:

8Bernoulli aplicado a una bomba

Si aplicamos el Bernoulli al caso de una bomba, hay quehacerlo entre la brida de aspiracin (a) y la de impulsin(i), y se debe tener en cuenta la energa que proporcionala bomba al fluido (altura de la bomba, Hb), quedando laecuacin:

Todas las alturas (de presin, velocidad, geodsico y de labomba) se suelen expresar en metros de columna delquido (m.c.l.).

Terminologa habitual

Los trminos habituales para caracterizar una bomba son:Caudal (Q): Volumen de lquido que maneja una

bomba por unidad de tiempo en las condiciones de operacin.

Altura de elevacin de una bomba (H): es el trabajo neto cedido a una unidad de peso del fluido bombeado al pasar desde la brida de aspiracin a la de impulsin.

Potencia hidrulica (P): es la potencia cedida por la bomba al fluido expresada habitualmente en C.V.:

DondeQ(1/seg) CaudalH(mcl) es el peso especfico del lquido

9Terminologa habitual (2)

Eficiencia o rendimiento hidrulico (): es el coeficiente resultante de dividir la potencia hidrulica por la potencia suministrada al eje de la bomba, por lo que representa el porcentaje de potencia que se transmite al fluido respecto del total suministrado al eje.

Carga neta de aspiracin. NPSH (Net Positive Suction Head): Es la carga de aspiracin total, determinada en la boca de succin de la bomba, menos la presin de vapor del lquido a la temperatura que circula, ambas expresadas en metros.

NPSHd (disponible): Es caracterstica del sistema. Es el Nla mxima energa disponible de un lquido en un punto del sistema, que se puede invertir en recorrer la lnea desde el punto hasta la boca de succin de la bomba, de forma que no se produzca cavitacin en la bomba. Es la diferencia entre la energa total del fluido en la aspiracin de la bomba y la presin de vapor del lquido.

Terminologa habitual (3)

NPSHr (requerido): Es una caracterstica de la misma. Es lamnima energa necesaria que debe tener un lquido en laentrada de la bomba, para que no se presente cavitacin.

NPSHd>NPSHr

Si no se obtiene el NSPH requerido se producir unavaporizacin ms o menos parcial del lquido, con el resultadode la formacin de bolsas de gas. El fenmeno se conoce con elnombre de cavitacin y puede ocasionar desperfectos mecnicosen la bomba al desaparecer las burbujas de gas cuando lapresin aumenta que posteriormente implosionan; al mismotiempo se produce un apreciable aumento de la vibracin y delruido, as como una disminucin de las presiones de descarga yde aspiracin, lo que puede provocar que la bomba se vace delquido.

Terminologa habitual (4)

Velocidad especfica (NS): es una correlacin entre la capacidad, altura y velocidad de una bomba a eficiencia ptima. Su expresin es:

Donde:N = rpmQ = m3 / segH = m.c.l.

10

Terminologa habitual (5)

Curvas caractersticas: es la representacin grfica de las variables mencionadas, caracterizando la bomba en funcin del caudal que trasiega.

Generalmente, son cuatro las curvas caractersticas que se utilizan para caracterizar la bomba: H(Q), P(Q), (Q) y NPSHr(Q).

Terminologa habitual (6)

Curvas correspondientes a una bomba centrfuga (Qnominal = 15,7 m3/h; H nominal = 44,2 mcl).

Ejemplo 1

Una bomba centrfuga tiene un rodete de dimensiones: r1 = 75 mm; r2 = 200mm ; 1 = 50 ; 2 = 40La anchura del rodete a la entrada es, b1 = 40 mm y a la salida, b2 = 20 mmSe puede suponer que funciona en condiciones de rendimiento mximo.Rendimiento manomtrico, 0,78Determinar, para un caudal q = 0,1 m3/seg lo siguiente:a) Los tringulos de velocidades; nmero de r.p.m. a que girar la bombab) La altura total que se alcanzar a chorro librec) El par motor y potencia comunicada al lquidod1) Las prdidas internas y elevacin de la presin al pasar el agua por elrodete, en el supuesto de que lasprdidas en el mismo son nulasd2) Las prdidas internas y elevacin de la presin al pasar el agua por elrodete, en el supuesto de que lasprdidas en el mismo son un 40% de las totales ; rendimiento de la volutae) Curva caracterstica