Estaciones de Bombeo

La necesidad de bombeo del agua viene dado por los condicionantes topográficos y por las necesidades de transportar las aguas de un punto a otro, entre los que no existe la necesaria diferencia de NIVEL para que pueda realizarse el vertido por gravedad.

ESTACIONES DE BOMBEO DE AGUA POTABLE

 Una vez que se ha decidido la necesidad de utilizar una estación de bombeo, debe seleccionarse el lugar donde se va a ubicar y deben considerarse los siguientes factores: Accesibilidad (Instalación y mantenimiento) Restricciones respecto a uso de suelo. El diseño de la estación de bombeo debería ser multidisciplinario

•Ing. Civil•Ing. Eléctrico•Ing. Mecánico

Desventajas que presenta una estación de bombeo

Inversión inicial.

Gasto de energía.

Gastos de mantenimiento y operación

Riesgo de inundación cuando no se dispone de cota suficiente para prever un aliviadero de seguridad.

Para el diseño de la estación de Bombeo debemos considerar los siguientes

aspectos:

El equipo de bombeo

Los accesorios complementarios

Las edificaciones y las fundaciones

La estación elevadora en su sentido más general está formada por los siguientes elementos que deberán definirse y justificarse en el estudio:

a) Cámara de toma reguladora de la aspiración

b) Conductos de aspiración.

c) Edificio destinado a proteger las bombas.

d) Bombas.

e) Impulsión.

f) Controles.

g) automatización

TIPOS DE ESTACIONES DE BOMBEO

La selección depende de varios factores: •Capacidad-caudal•Tipo de bombas•Costo•Consideraciones ambientales•Consideraciones estéticas

CLASIFICACION

TIPO DE CONSTRUCCION

1.Prefabricado con equipo de bombeo tipo paquete y sus controles.

2.Construidos según requerimiento del propietario 3.Equipo de bombeo tipo paquete para ser instalado en registros o en estructuras bajo tierra.

LOCALIZACION DE LAS BOMBAS

1.Dentro de un cárcamo húmedo

2.Dentro de un cárcamo seco

3.Sobre la superficie de la tierra (Superficial)

4.Debajo de la superficie de la tierra (Enterrado)

LOCALIZACION DEL MOTOR Y EL ACOPLAMIENTO

1.Sobre la superficie dentro de una superestructura

2.Enterrada, dentro de un cárcamo seco

3.Enterrado, dentro de un cárcamo húmedo (Sumergibles)

LOCALIZACION DE MOTORES EN ESTACIONES DE BOMBEO SUPERFICIALES

1. En caseta de bombeo

2. A la intemperie

TIPOS DE BOMBAS USADAS EN ESTACIONES DE BOMBEO

1. Vertical

2. Sumergible

3. Centrífuga

Características de las bombas

Las bombas serán del tipo comercial existente que mejor se acomode a las circunstancias particulares de la obra.

La elección y justificación del tipo de bomba se hará a partir de las curvas características de las misma, escogiendo en las condiciones normales de marcha y con el mejor rendimiento posible aquellas que proporcionen el caudal y la altura manométrica exigibles.

Caudal de Bombeo

El gasto a considerar debe ser el correspondiente al consumo máximo diario.

Cuando se toma en cuenta el tiempo de bombeo.

Qb = Qm(24/N)

Número de unidades

Depende fundamentalmente del gasto de bombeo y de sus variaciones, debiendo, además, suponerse un margen de seguridad, previendo equipos de reserva para atender situaciones de emergencia.

Altura Dinámica (TDH)

Es la suma de la carga de succión más la carga de impulsión.

VELOCIDAD ESPECÍFICA

La velocidad específica (Ns) es un índice de diseño adimensional, que se utiliza para clasificar los impulsores (impeller) de las bombas así como su tipo y proporciones.

Se define como la velocidad, en revoluciones por minuto (rpm) para el cual operaría un impulsor de geometría similar si fuera de un tamaño tal que proporcione un galón por minuto contra un pié de carga.

Esta definición tiene significado en el diseño de ingeniería y se utiliza para predecir ciertas características de la bomba.

La velocidad específica determina la forma general o clase de impulsor, como se muestra en la figura.

A medida que la velocidad específica crece, la relación

del diámetro exterior del impulsor D2 respecto al

diámetro de la entrada del mismo decrece. La relación

es igual a 1.0 para un impulsor de flujo axial.

Los impulsores de flujo radial desarrollan carga

principalmente a través de la fuerza centrífuga. Las

bombas de velocidades específicas grandes desarrollan

carga pate por fuerza centrífuga y parte por fuerza

axial.

Una velocidad específica alta indica un diseño de bomba con

generación de carga más bien por carga axial y menos por

fuerza centrífuga.

Un flujo axial o bomba de propela con una velocidad

específica de 10,000 o mayor, genera su carga

exclusivamente a través de fuerzas axiales.

Los impulsores de tipo radial se diseñan para bajo caudal y

carga alta mientras que los impulsores de flujo axial se

diseñan para caudal alto y cargas pequeñas.

Las velocidades específicas de los tipos de bomba estarán comprendidos en los siguiente límites:

0< n ≤ 40 r.p.m. Bomba de embolo.40<n ≤ 140 r.p.m. Bomba centrifuga lenta. 140< ≤ 300 r.p.m. Bomba centrifuga rapida.300<n ≤ 600 r.p.m. Bomba helicoidal.600<n ≤ 1,500 r.p.m. Bomba turbo hélice.

Cuando n, sobrepase los 1,500 deberá reducirse la velocidad de la bomba prevista de antemano y dividir el caudal en dos o más bombas.

Siendo n1= n*Q1/2

H3/4

n1= velocidad específica r.p.m.

n = velocidad, r.p.m.

Q = caudal, m3/s, en el punto de máximo rendimiento.

H = altura, m, es el punto de máximo rendimiento.

CARGA NETA DE SUCCION POSITIVA(NET POSITIVE SUCTION HEAD, NPSH)

El Instituto de Hidráulica define NPSH como la carga de succión total en pies (absoluta), determinada en el punto de succión (referido al nivel medio del mar) menos la presión de vapor absoluta del líquido.

Dicho de otra manera, es el análisis de las condiciones de energía en la succión de la bomba para determinar si el líquido se vaporizará en el punto de menor presión de la bomba.

La presión de vapor es una característica única de cada fluido y se incrementa cuando se aumenta la temperatura.

Cuando la presión de vapor del fluido alcanza la presión del medio que lo circunda, el fluido comienza a vaporizarse o a “hervir”. La temperatura a la que se alcanza esta vaporización ocurre decrece si disminuye también la presión en el entorno.

Un líquido aumenta en gran medida su volumen cuando se vaporiza. Un pié cúbico de agua a temperatura ambiente se convierte en 1700 píes cúbicos de vapor a la misma temperatura.

Es obvio, según lo expresado que si queremos bombear un fluido efectivamente debemos mantenerlo en forma líquida.

El NPSH es simplemente una medida de la carga presente en la succión para prevenir la vaporización excesiva en el punto de menor presión de la bomba.

El NPSH es una función del diseño de la bomba. Cuando el líquido pasa de la succión al ojo del impulsor, la velocidad se incrementa y la presión disminuye. Existe también pérdida de presión debida a la turbulencia que se produce cuando el líquido choca con el impulsor. La fuerza centrífuga del impulsor incrementa la velocidad pero decrece la presión.

El NPSH requerido es la carga positiva en pies (absoluto) que se requiere en el punto de succión para contrarrestar esta caída de presión en la bomba y mantener la mayor parte del líquido por debajo de su presión de vapor para limitar la pérdida de carga (energía) debida al bloqueo de las burbujas producidas por la cavitación a un 3%.

El criterio de la caída de presión de un 3% para la NPSH requerida se utiliza a nivel mundial y se basa en la incertidumbre para la determinación del punto exacto de caida de presión.

El NPSH requerido varía con la velocidad y la capacidad de cada bomba en particular.Las curvas características de las bombas que proporcionan los fabricantes de bombas proveen información sobre el NPSH.

El NPSH disponible es una función del

sistema en que operará la bomba. Es el

exceso de presión en el líquido en pies

(absoluto) comparado con la presión de

vapor cuando el líquido llega a la succión

CAVITACION Es un término usado para describir el fenómeno que ocurre en una bomba cuando no existe suficiente NPSH disponible.

La presión del líquido se reduce a un valor igual o por debajo de su presión de vapor y comienzan a formarse pequeñas burbujas. Cuando esas burbujas comienzan a moverse a través del impulsor a un área de mayor presión, colapsan rápidamente.

El colapso o “implosión” es tan rápido que puede ser oído como si usted estuviera bombeando grava.

En bombas con energía de succión alta, la cavitación puede producir fatiga en el impulsor y dañarse.

El ruido es la forma más fácil de reconocer que existe cavitación. Además del daño en el impulsor, una cavitación excesiva puede provocar reducción en la capacidad debido al vapor presente en la bomba.

También, puede haber pérdida de energía o comportamiento inestable y por lo tanto, el consumo de energía es inestable también. Obviamente pueden dañarse los rodamientos, sellos, etc.

La manera de prevenir los indeseables efectos de la cavitación en bombas con bajas cargas de succión es asegurarse que el NPSH disponible en el sistema sea mayor que el NPSH requerido por la bomba.

Las bombas con carga se succión altas, requerirán un margen para el NPSH por encima del NPSH requerido. Los estándares del Instituto de Hidráulica (ANSI/HI9.6.1) sugieren utilizar de 1.2 a 2.5 veces el NPSH requerido.

La potencia absorbida por la máquina se calculará mediante la fórmula:

Donde: P = c*W*Q*H 76η

W = peso específico del líquido ( Kg/dm’)Q = caudal a elevar en 1/s.H = altura menométrica en metros.η = rendimiento en porcentaje.P = potencia absorbida, (H.P.).c = 1,25 coeficiente si se trata de aguas negras.c = 1,00 coeficiente en otros casos de impulsión de aguas.

Accesorios Complementarios

Válvulas Controles EléctricosSupresores de golpe de ArieteJuntas DresserVálvulas de RetenciónManómetrosLíneas de DescargaEtc.

Duración de vida de una bomba.

La universidad de Queensland (Australia), ha propuesto tres índices de corrosión que permiten determinar la duración de la vida de una bomba, denominando:

• Buena, cuando la vida útil de los componentes supere los 12 años.

• Dudosa, posible corrosión. Se recomienda inspecciones frecuentes.

• Peligrosa. La vida de los componentes será inferior a 12 años.

CONSIDERACIONES ESTETICAS Y DE SEGURIDAD

1. Estructura compatible con el entorno

2. Ventilación adecuada para los trabajadores

3. Materiales a prueba de vandalismo

4. No dañar la “vista” de vecinos

5. Drenaje superficial

6. Control de ruido, material acústico

7. Alumbrado exterior, consistente con el vecindario

8. Parqueo y accesos

Deben considerarse los siguientes factores:

*Toda la subestructura debe ser capaz de soportar la fuerza

ascencional debida al agua en el subsuelo

*Para estaciones de bombeo en profundidades mayores a 9

metros, debe construirse un piso intermedio (mezanine) para

incrementar la rigidez estructural y proporcionar apoyo a los

ejes y tuberías. Esta área adicional puede usarse como sitio

de almacenamiento.

*Para las excavaciones, rellenos, bombeo para abatir el nivel

freático y fundaciones, se deben conducir estudios de

Mecánica de Suelos.

*Todas las entradas y aberturas que no se puedan sellar deben estar por encima del nivel de inundación

*Toda subestructura debe construirse de concreto reforzado, con recubrimiento mínimo de 7.5 centímetros, con juntas de construcción en vaciado por etapas (water stop)

*Para estaciones de bombeo prefabricadas puede aceptarse fibra de vidrio o metálicas.

*Los diseños deben contemplar medios prácticos para remover el equipo instalado, por ejemplo abertura para extraer cada bomba por separado o una abertura general para maniobrar. Monorriel o puente móvil motorizado o no, etc.

*Todas las entradas a la estación, específicamente

escaleras, deben contar con barandales y protecciones,

escaleras (pie) antiderrapantes, etc. El material debe ser

aluminio o acero inoxidable.

*Debido a que las estaciones de bombeo están

continuamente expuestas a ambientes corrosivos, deben

ser equipados con dispositivos de ventilación positiva. Las

paredes interiores deben ser recubiertas con material

especial, pintura epóxica, cloruro de polivinilo, etc. El piso

de las estaciones de bombeo deben tenr una pequeña

pendiente para que el agua sea conducida al cárcamo.

*Debe considerarse un acceso al interior del cárcamo para

remover arena, basura, grasa, etc.