ABASTECIMIENTO DE AGUA SISTEMAS DE BOMBEO Y LÍNEAS DE IMPULSIÓN 1 INTRODUCCIÓN Cada vez son más frecuentes los sistemas de abastecimiento que disponen, en algún componente del sistema, de uno o varios sistemas de bombeo. El tema es sumamente amplio; un sistema de bombeo incluye: la estación de bombeo; la línea de impulsión y los tanques inferior y superior; y todo el equipamiento eléctrico, instrumentación y telecomunicaciones. Todo proyecto debe basarse en catálogos e información del fabricante.

ABASTECIMIENTO DE AGUA SISTEMAS DE BOMBEO Y LÍNEAS DE IMPULSIÓN 2 MAGNITUDES Conceptos principales: Capacidad; Altura Rendimiento y potencia Curva característica de una bomba. Capacidad: Caudal bombeado por unidad de tiempo; l/s. Altura: En un sistema de bombeo, es la altura a la que puede elevar un líquido, se mide en metros de columna del líquido bombeado.

ABASTECIMIENTO DE AGUA SISTEMAS DE BOMBEO Y LÍNEAS DE IMPULSIÓN 3 MAGNITUDES Altura geométrica de aspiración. Es la diferencia de cotas entre el nivel del líquido en la aspiración y el eje del rodete de la bomba. Positiva, cuando el líquido esta por sobre el nivel del rodete; Negativa, cuando esta por debajo. Altura geométrica de elevación. Es la diferencia de cotas entre el nivel del líquido en la descarga y el eje del rodete de la bomba. Altura geométrica total: Es la diferencia entre las cotas de los niveles del líquido en la descarga y la aspiración;

ABASTECIMIENTO DE AGUA SISTEMAS DE BOMBEO Y LÍNEAS DE IMPULSIÓN 4 MAGNITUDES Pérdidas por rozamiento. La carga que debe suministrarse al sistema para vencer la fricción del flujo de agua a través de la tuberías. Altura de velocidad. Es la energía cinética contenida en el líquido, es igual a V 2 /2g Pérdidas de carga singulares/locales. Es la carga que debe suministrarse para vencer la resistencia o pérdidas que se producen en piezas especiales y válvulas. Se estiman como una fracción de la altura de velocidad; k V 2 /2g. Altura manométrica total. Es aquella contra la que trabaja la bomba durante su funcionamiento. Es la suma de todas las alturas, pérdidas por rozamiento, altura de velocidad y pérdidas locales.

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7 MAGNITUDES Rendimiento y potencia. El rendimiento de las bombas suele variar dentro de un intervalo comprendido entre el 60 y un 85% (Metcalf). Las pérdidas en el interior de la bomba pueden ser volumétricas (fugas) y mecánicas (fricciones). La potencia de una bomba está dada por : ɤ QH/75n Curva característica de una bomba. La altura a la que la bomba puede impulsar los diversos caudales a velocidad constante se establece en ensayos de los fabricantes. Actuando sobre la válvula de descarga de la bomba, se va midiendo la altura correspondiente; simultáneamente se mide el rendimiento y la potencia absorvida, todo lo cual se presenta en el mismo gráfico. Estas gráficas se denomina curvas características de la bomba

ABASTECIMIENTO DE AGUA SISTEMAS DE BOMBEO Y LÍNEAS DE IMPULSIÓN 8 MAGNITUDES Tomado de Metcalf & Eddy.

ABASTECIMIENTO DE AGUA SISTEMAS DE BOMBEO Y LÍNEAS DE IMPULSIÓN 9 EQUIPO DE BOMBEO BOMBAS: Una máquina que hidráulica que transmite al líquido la energía suficiente para garantizar un flujo, mediante la transformación de la energía (generalmente mecánica). La transmisión de energía se manifiesta en forma de incremento de presión, para mover el agua a un punto más elevado. Existen diferentes tipos de bombas; se pueden clasificar desde diferentes puntos de vista. Desde el punto de vista operativo, se clasifican en (Fernández) bombas de émbolo; centrífugas y especiales.

ABASTECIMIENTO DE AGUA SISTEMAS DE BOMBEO Y LÍNEAS DE IMPULSIÓN 10 EQUIPO DE BOMBEO Bombas de émbolo: El fluido es desplazado mediante un pistón que se mueve en el interior de una cavidad cilíndrica mediante la acción manual, del viento o un motor, ejerciendo una fuerza directamente sobre el fluido. Son adecuadas para caudales pequeños. Bombas centrífugas: Las bombas más utilizadas en sistemas de agua son la centrífugas. El elemento transmisor de energía es el rodete, que transmite la energía mecánica (del motor) al fluido en forma de energía cinética (de velocidad), que se convierte dentro de la bomba en presión.

ABASTECIMIENTO DE AGUA SISTEMAS DE BOMBEO Y LÍNEAS DE IMPULSIÓN 11 EQUIPO DE BOMBEO

ABASTECIMIENTO DE AGUA SISTEMAS DE BOMBEO Y LÍNEAS DE IMPULSIÓN 12 EQUIPO DE BOMBEO Fuente:

ABASTECIMIENTO DE AGUA SISTEMAS DE BOMBEO Y LÍNEAS DE IMPULSIÓN 13 DESARROLLO DEL PROYECTO ELEMENTOS NECESARIOS 1. CONCEPCIÓN BÁSICA DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO; 2. DEFINICIÓN DE ETAPAS DE CONSTRUCCIÓN; 3. LOCALIZACIÓN Y DEFINICIÓN DEL ÁREA REQUERIDA 1. TOPOGRAFÍA; 2. LEVANTAMIENTOS PREDIALES DEL ÁREA. 3. ESTUDIOS GEOTÉCNICOS. 4. COTAS DE NIVELES DE AGUA (ALTURA DE BOMBEO). 5. DISPONIBILIDAD DE ENERGÍA.

ABASTECIMIENTO DE AGUA SISTEMAS DE BOMBEO Y LÍNEAS DE IMPULSIÓN 14 DESARROLLO DEL PROYECTO ACTIVIDADES NECESARIAS 1. DETERMINACIÓN DE CAUDALES DE DISEÑO, CONSIDERANDO LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN DEL SISTEMA; CAUDAL MÁXIMO, CAUDAL MÍNIMO (ACTUALES Y FUTUROS). No es práctico mantener períodos de bombeo de 24 horas, se debe incrementar el caudal en función de las horas de bombeo, hay que buscar el de mínimo costo. Qb = QMD x 24/N N = número de horas de bombeo.

ABASTECIMIENTO DE AGUA SISTEMAS DE BOMBEO Y LÍNEAS DE IMPULSIÓN 15 DESARROLLO DEL PROYECTO ACTIVIDADES NECESARIAS 2. UBICACIÓN Y DISPOSICIÓN DE LA ESTACIÓN DE BOMBEO. En lugares limpios, secos, iluminados, ventilados, drenados. Espacio apropiado para desarmar la bomba; Bases de concreto semienterradas; la ubicación de los pernos están dados por el fabricante; La operación no debe causar molestias a los vecinos;

ABASTECIMIENTO DE AGUA SISTEMAS DE BOMBEO Y LÍNEAS DE IMPULSIÓN 16 DESARROLLO DEL PROYECTO ACTIVIDADES NECESARIAS 3. DEFINICIÓN DEL TRAZADO DE LAS TUBERÍAS –SUCCIÓN E IMPULSIÓN; 4. DEFINICIÓN DEL NÚMERO DE BOMBAS Normalmente son dos, de la misma capacidad, que deben trabajar alternadamente. Potencia de la bomba: HP =  Q H / ( 75  ) 5. DIMENSIONAMIENTO DE LA TUBERÍA DE SUCCIÓN E IMPULSIÓN:

ABASTECIMIENTO DE AGUA SISTEMAS DE BOMBEO Y LÍNEAS DE IMPULSIÓN. 17 LÍNEAS DE IMPULSIÓN - BOMBEO Para instalaciones que no operan de manera continua: Se obtiene en primer lugar un rango de diámetros, de los cuales se escogerá el óptimo-desde el punto de vista económico. Fórmula de Bresse: D = 1,3  1/4 Q 1/2 = N/24; N = Número de horas de bombeo por día. Q = caudal en m3/s. Velocidad en el rango entre 1,0 a 3,0 m/s. (López Cualla) Con esto se calcula un diámetro D como una primera aproximación, luego se estudia para los diámetros más próximos, superior e inferior (rango de valores)

ABASTECIMIENTO DE AGUA SISTEMAS DE BOMBEO Y LÍNEAS DE IMPULSIÓN. 18 LÍNEAS DE IMPULSIÓN - BOMBEO Se calcula la altura manométrica para cada diámetro. Pérdidas en la tubería y pérdidas en los accesorios. Se calcula las potencias de las bombas requeridas; en función del caudal y de la altura manométrica; Se calculan los consumos de energía; Costos anuales de amortización e intereses, Costos de operación Comparando, se obtiene el diámetro de la tubería que será la más económica.

ABASTECIMIENTO DE AGUA SISTEMAS DE BOMBEO Y LÍNEAS DE IMPULSIÓN 19 DESARROLLO DEL PROYECTO Tubería de succión: El diámetro de la tubería de succión nunca debe ser menor al diámetro de la tubería de impulsión ni menor al diámetro del orificio de entrada a la bomba. Las velocidades, según la Norma Brasileña NBR 12214/1992 define los siguientes límites: Velocidad máxima de succión. D nominalvelocidad (m/s)(López Cualla) 50 MM0,70 M/S0,75 750,801, ,90 1, ,00 1, ,101,60

ABASTECIMIENTO DE AGUA SISTEMAS DE BOMBEO Y LÍNEAS DE IMPULSIÓN 20 DESARROLLO DEL PROYECTO Velocidad mínima de succión: Tipo de material transportadoVelocidad MATERIA ORGÁNICA0,30 M/S SUSPENSIONES ARCILLOSAS0,30 SUSPENSIONES ARENOSAS0,45 López Cualla señala un valor de 0,45 m/s. Hay que diseñar la tubería lo más recta posible, evitando codos, uniones, tes, reduciendo las pérdidas. En el caso de que la tubería de succión sea mayor al diámetro de entrada a la bomba, se debe colocar una reducción excéntrica.

ABASTECIMIENTO DE AGUA SISTEMAS DE BOMBEO Y LÍNEAS DE IMPULSIÓN. 21 PÉRDIDAS DE CARGA POR ACCESORIOS Pérdidas por entrada; por ampliación, k depende de la relación entre las áreas de ampliación antes y después y de rapidez de la ampliación(del ángulo β) ;perdida por reducción, k depende de la relación de los diámetros; por cambio de dirección gradual, k depende de la relación r/d; por cambio brusco de dirección; pérdidas por obstrucción, depende del tipo y de la abertura dejada; pérdida por bifurcación, k depende del ángulo y si es entrada o salida; y pérdida por salida.( Ref. Bombas para agua potable, OMS/OPS)

ABASTECIMIENTO DE AGUA SISTEMAS DE BOMBEO Y LÍNEAS DE IMPULSIÓN 22 DESARROLLO DEL PROYECTO Cavitación: Se presenta cuando la presión en la succión está cercana a la presión de vapor, se crean burbujas de aire, que al entrar en zonas de mayor presión se rompen de manera abrupta. Magnitudes relacionadas con la succión: 1. Presión barométrica: p a 2. Presión de vapor de agua; temperatura; p v 3. Altura geométrica de succión: H g 4. Pérdidas de carga (en las piezas y en la tubería)- Hf s El parámetro de control de la cavitación se denomina NPSH «Net Positive Suction Head» requerida y disponible. La requerida corresponde a la diseño de la bomba, es una característica propia de cada bomba, variable con el caudal de bombeo; la disponible es función del diseño de bombeo, y corresponde a: NPSHd = (p a – p v ) – H man Succión ( desnivel + perdidas + altura de velocidad) (p a – p v ) = en función del lugar (altura y temperatura del agua)

ABASTECIMIENTO DE AGUA SISTEMAS DE BOMBEO Y LÍNEAS DE IMPULSIÓN 23 DESARROLLO DEL PROYECTO A nivel del mar la altura máxima de succión es de 760 mm de Hg que equivale a 10,33 m; el valor se corrige en función de la elevación, a razón de 1,2 m/ 1000 m. A 2600 msnm, pa= ¿? Presión de vapor: varía en función de la temperatura del agua. Para evitar el riesgo de cavitación, se debe cumplir que NPSHd sea superior a la NPSH. Según López Cualla, debe ser mayor en por lo menos un 20%; y en todo caso se debe cumplir que NPSHd – NPSHr mayor a 0,50 m

ABASTECIMIENTO DE AGUA SISTEMAS DE BOMBEO Y LÍNEAS DE IMPULSIÓN. 24 DESARROLLO DEL PROYECTO. Tipos y selección de válvulas. Válvulas de control de caudal (de compuerta, mariposa); Válvulas de purga (no es muy frecuente, sólo si la línea es muy larga); Válvulas de retención (para impedir que el flujo en la tubería pueda ser en los dos sentidos), a colocarse antes de la bomba –evitar el golpe de ariete sobre la bomba-; otra válvula, en la tubería de succión, para evitar la pérdida de agua; válvulas de alivio; válvulas de aire de simple y doble acción.