Sistemas de bombeo de agua Presentado por Ing

Sistemas de bombeo de agua • Presentado por: • Ing. Edson Cossio • Gerente Tecnico • Flow Tech Ingeniería & Servicios

Clasificación de bombas Las bombas se clasifican en función a su construcción y comportamiento hidráulico. Existen: -Bombas rotativas, de engranajes o tornillos. -Bombas de pistones, diafragma o émbolos. - Bombas Centrifugas y Periféricas

Bombas centrifugas y periféricas Las bombas de mayor utilización, a nivel agricola, son las bombas centrifugas y las periféricas. A continuación, se presentan los tipos de bombas en función a diseño, especificaciones y desempeños hidraulicos. BOMBAS PERIFERICAS • Las bombas periféricas, son las alternativas mas económicas, cuando se desea impulsar cantidades pequeñas de agua a través de grandes longitudes de tubería. Combinando diámetros de tubería optimos, según perdida de carga, y un buen calculo hidráulico de selección de potencia y bomba, son la alternativa mas precisa para manejo de bajos caudales y presiones medias entre 30 y 50 m. Sus caudales no superan los 4 m 3/h. Sus potencias no superan los 1, 5 k. W o 2 HP.

Bomba periférica

Desempeño de bombas periféricas

Bombas centrifugas • Las bombas centrifugas son las mas utilizadas a nivel industrial, domestico, comercial y agrícola. • Se subclasifican en: - Bombas de una etapa, monorodete o de un solo impulsor - Bombas multietapa, de varios rodetes o impulsores

Bombas de una etapa

Bombas de una etapa de riego a grandes caudales

Bombas de alto caudal • Las bombas de alto caudal son bombas que pueden llegar a impulsar grandes cantidades de agua de 15 a 50 m 3/h en los rangos de presión de 5 a 30 m como máximo. • A mayor caudal en sus curvas, menor altura. • Tienen diámetros que van desde DN 1 ½” hasta 3”. • Son utilizadas principalmente para realizar trasvase de un estanque o canal a una amplia área agrícola. • Sus curvas son similares al de las motobombas a gasolina o diesel comerciales. • En esta familia, se encuentran bombas de impulsor abierto, que permiten impulsar agua que no siempre sea clara y limpia. El paso de sólidos es de hasta 20 mm.

Curva de bombas de caudal

Bombas de una etapa caudal y presión - Son bombas que tienen una curva casi llana - Permiten bombear diferentes caudales a casi una misma presión - No tienen grandes variaciones de presión. - Caudales desde los 6 m 3/h hasta los 20 m 3/h. - Presiones de 20 a 60 m - Tienen curvas similares a las bombas normalizadas pero a menor escala. - Acopladas siempre a motor de fabrica (monoblock)

Bombas de una etapa de caudal y presión

Curvas de bombas de una etapa de caudal y presion

Bombas normalizadas de una sola etapa • Las bombas normalizadas de una sola etapa, son bombas fabricadas según norma DIN, EN, ANSI en su construcción y desempeño. • Se pueden acoplar a motores de 1400 rpm o 2900 rpm para tener diferentes desempeños con la misma bomba. A menor revolución las bombas se comportan como una bomba de caudal. A mayor revolución impulsan una menor cantidad de agua pero a una mayor altura. (Ecuaciones de afinidad) • En general tienen curvas llanas. • Solo bombean aguas claras y limpias • Se pueden acoplar a motores a combustión para mover grandes cantidades de agua en lugares en los que no es disponible la energía electrica.

Gama de curvas de bombas normalizadas

Selección de bombas normalizadas H [m] ø 260 mm 64 % 80 -1 67 % 70 % ø 247 mm 71. 7 % ø 235 mm 70. 2 % 70 ø 222 mm 70 % 68. 8 % 67 % 60 67. 3 % 64 % 50 40 30 20 P [k. W] 40 36 32 28 24 20 16 12 8 4 0 0 20 40 60 80 100 120 140 Q [m³/h] 160 ø 260 mm ø 247 mm ø 235 mm ø 222 mm NPSH 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Q [m³/h] NPSH [m] 12 10 8 6 4 2 0

Bombas de un impulsor

Bombas multietapas • Las bombas multietapa tienen varios impulsores , lo que permite que sus presiones de operación sean mucho mayores a las de una etapa. • Son principalmente utilizadas para impulsar agua a través de grandes longitudes o alturas. • Sus curvas son mas oblicuas, lo que significa que pueden impulsar grandes alturas pero no grandes caudales. • Los rangos de operación van de los 3 a los 50 m 3/h y las presiones de los 26 a los 210 m de altura manométrica total de impulsión. • Para rangos superiores existen bombas de eje libre para ensamblar sobre base y acoplar a motor eléctrico. • Solo trabajan con aguas claras y limpias.

Rango de operación

Bombas multietapas verticales y horizontales

Bombas multietapa • Las bombas multietapa son mucho mas eficientes que las bombas de un solo impulsor. • En general al comparar una bomba multietapa en un punto de operación utilizan un motor de menor potencia comparados con una bomba de una sola etapa. • Esto nos permite reducir costos de instalación al realizar una buena selección de bomba cuando tenemos puntos de operación de grandes alturas y caudales medios (en la parte electrica y/o electronica). Ej. Elevar agua de un rio por una colina.

Bombas sumergibles Las bombas sumergibles se clasifican en : -Bombas de pozos profundos -Bombas de achique o de altos caudales

Bombas sumergibles de pozos profundos • Son bombas fabricadas para ser inmersas en pozos profundos perforados. (el motor es fabricado para trabajar totalmente sumergido) • Se comercializan como bombas para, pozos de 4”, 6” 8” y 10” de diámetro. • Los caudales de producción del pozo determinan el diámetro de perforación del mismo. • Son también bombas multietapa, y tienen los mismos rangos de operación las bombas multietapa superficiales. Caudales de 1 a 100 m 3/h y presiones de los 30 a los 250 m.

Bombas sumergibles de pozo profundo

Bombas sumergibles de achique • Son bombas para ser utilizadas principalmente para achique de aguas de lluvias, o aguas cargadas. • Pueden ser utilizadas para realizar trasvase para sacar agua de un estanque hacia un terreno agrícola. • Tienen la ventaja de que en instalación solo requieren de la tubería de impulsión y el equipo se coloca directamente en la fuente de agua. • Tienen curvas muy similares a las bombas de caudal, pero sus precios de este tipo de equipos es mucho mayor. • Pueden bombear, a diferencia de la mayoría de las bombas, y por su construcción con impulsores abiertos, sólidos en suspensión.

Bombas sumergibles de achique

Selección de bombas

Datos y Equivalencias Presión: FUERZA POR SUPERFICIE 1 Pascal = 1 Newton / m 2 = 1 Kg / m. seg 2 H = 10 m. c. a. = 1 Kg/cm 2 = 0, 981 bar (casi 1 bar) = 1 atmósfera = 98. 100 Pa (casi 105 Pa =100 k. Pa) = = 735 mm Hg = 14, 22 Libras/pulgadas 2 Altura de Caudal: VOLUMEN POR TIEMPO m. c. a. : metros Q = 1 m 3/h = 1. 000 litros/hora = 16, 6 litros/minuto = = 0, 278 litros/segundo columna de Potencia: ENERGÍA POR TIEMPO elevación H = 10 mca agua Bomba P = 1 HP 0, 75 k. W = 1, 01 CV P = 1 KW 1, 34 HP (ó 1, 36 CV) Eficiencia: RELACIÓN % ENTRE LA POTENCIA QUE ENTREGA DIVIDIDO LA QUE ABSORBE Por ejemplo, η = 0, 75 k. Wx 100/1, 07 k. W = 70% H=p/ g Para agua: H[m] = p[bar] x 10, 2

VALORES FUNDAMENTALES: Qn es el caudal nominal de la bomba y se lo define como aquel en donde su eficiencia es máxima. También existe un mínimo recomendado. Hn es la altura nominal y se la define como aquella en donde se produce el caudal nominal. H << Dos bombas deben compararse en sus puntos nominales >> Curva de la bomba Hn Curva Q x H b Q Qmin Qn bmáx Eficiencia de la bomba b = PH / Pb : es la relación entre la Qn Q potencia hidráulica que entrega y la potencia que absorbe del motor.

H Curva de la bomba Característica del sistema (cañerías) Hn Punto de Trabajo Pb Qn b Q Q Curva Q x H Potencia de la bomba Eficiencia de la bomba Q NPSH (ANPA) Qn Q

OTROS DATOS A TENER EN CUENTA: Qmin es el caudal mínimo a cual debe someterse una bomba y se lo calcula como un porcentaje del caudal nominal Qn , normalmente es el 10% de éste. PT es la presión de trabajo [bar] o también denominada presión máxima de funcionamiento, y es la suma de la presión de entrada y la máxima de salida. H Siempre debe ser : H T > H máx + H i Curva de la bomba Hmax Recordar que: p[bar] = H[m. c. a. ] / 10, 2 10 m 1 bar = 1 atm = 1 kg/cm 2 = 14, 7 p. s. i. (“Lbs”) Q Qn Qmin Depende de la temperatura del líquido 30% 20% 10% 40 60 80 100 120 t C También hay una presión de entrada (Hi) máxima permitida Válvula cerrada =>Hmax Hi

Instalacion de bombas: Bombas en serie H B 1 + B 2 B 1 ó B 2 Q

Bombas en paralelo Característica del sistema H B 1 + B 2 B 1 ó B 2 Q´´ 2 Q´ Q´´

Como se puede adaptar la bomba a los distintos cambios de sistema Modulando por medio de una válvula Reduciendo diámetro del impulsor Regulando la velocidad de la bomba

Modulación con válvula H Pérdida Hph Q BGA-RB

Relación entre Q, H, P ante cambios x Q, H, P Diámetro del x Q, H, P impulsor 32 8 28 7 24 6 20 5 16 4 12 3 8 2 4 1 Velocidad del impulsor xd 1. 25 1. 75 2 1. 25 1. 5 xn 1. 752 BGA-RB

Regulación de velocidad H[m] UPS 25 -40 4 3 2 Affinity laws 1 0 0 Speed 3 2 1 0. 5 1 1. 5 2 n 1 n 2 n 3 2. 5 3 Q [m³/h] P 1 [W] IN [A] n [min ¹] 80 55 30 0. 38 0. 28 0. 17 1850 1200 750 BGA-RB

AGUA = 1 Potencia Hidráulica PH [HP] = Q[m 3/h] x H[m] x / 270 PH [KW] = Q[m 3/h] x H[m] x / 367 P 4 P H Rendimiento de la BOMBA b = PH / Pb B Potencia de la BOMBA (“absorbida”): P 3 Pb = PH / b Potencia del MOTOR (“entregada”): P 2 Pb P 1 : Potencia absorbida por el motor en [W]: P 1 [monofásica] = I. V. Cos P 1 [trifásica] = 3. I. V. Cos Rendimiento del MOTOR M = P 2 / P 1 = P 2 / M Rendimiento del “GRUPO”: G = b. M M

H Q BGA-RB

H PT Sistema (cañería) HMT BOMBA Q Q

H HG [m] HMT Hf “Carga Positiva” Hst Q HG 0 Q 1 [m 3/h]

H HG [m] HMT Hf Hst HG Q “Carga Negativa” 0 Q 1 [m 3/h] BGA-RB

“TABLA EJEMPLO” DE PÉRDIDAS DE CARGA Cañerías normales de hierro galvanizado • • Las cifras superiores indican la velocidad del agua en m/seg. Las cifras inferiores indican la pérdida de carga en metros por 100 m de tubería recta horizontal. Los codos indican en metros horizontales. m 3/h 1, 8 2, 1 1/2” 3/4” 1” 1 1/4” 2, 56 1, 40 0, 87 69, 34 16, 50 2, 99 91, 54 2, 4 m 1 1/2” 2” 0, 49 0, 37 0, 23 5, 27 1, 37 0, 70 0, 22 1, 64 1, 02 m/s 0, 58 0, 43 0, 26 21, 75 6, 94 % 1, 81 0, 91 0, 29 1, 87 1, 16 0, 66 0, 49 0, 30 27, 66 8, 82 2, 29 1, 16 0, 36 Codos 1, 0 1, 1 m 1, 2 1, 3 1, 4 Válvulas de 4, 0 m 5, 0 retención BGA-RB

Ejemplo de pérdidas de carga Esquema fuera de escala Codo 90 Caudal Q = 2, 1 m 3/h 7 m = 1” DATOS Cañería normal de = 1” con tres codos de 90 y una válvula de pie. Largo total de la tubería, LT = 10 m Tabla de pérdidas: Para 2, 1 m 3/h 6, 94% ; cada codo 1, 1 m y la válvula 4, 0 m Válvula de retención

Ejemplo de pérdidas de carga ( Curva Característica del Sistema ) Pérdidas de carga = Perdidas porcentuales x (Largo total + codos + válvulas). Hf = 6, 94% x Lequivalente = 6, 94% x 17, 3 m Hf = 6, 94% (10 m + 3 x 1, 1 m + 4 m) = 6, 94 / 100 (10 + 3, 3 m + 4 m) = = 0, 0694 x 17, 3 m H Hf = 1, 2 m En este caso la altura manométrica total, será: HMT = 8, 2 m. Característica del sistema Los requerimientos de la bomba son: Punto de Trabajo Q=2, 1 m 3/h y H = 8, 2 m 1, 2 m Curva de la Bomba 7 m 2, 1 m 3/h Q

Elementos de instalación de bombas -Paquete hidráulico - Tableros de control eléctrico

Paquete hidráulico de bombas superficiales y tablero de control eléctrico Las bombas con superficiales requieren: -Válvula de pie chupador - tubería de succión y descarga - Llave de corte en succión y descarga - Uniones patentes de montaje en succión y descarga - Válvula de retención en descarga -Hidrotanque, manómetro y presostato en sistemas automáticos -Tuberías en succión y descarga

Tablero de control eléctrico El sistema del tablero eléctrico debe incluir: -Disyuntores de corte para bomba y elementos de control en caso de utilizacion de PLC o reles programables. (Siempre) - Contactor de arranque para automatizacion y control (siempre) - Rele Térmico (siempre) -Reles falta de fase y de secuencia de fase en zonas en las que la tension es variable - Selector de marcha-paro o selector de manual-automático - pilotos de marcha y falla (siempre) -Variadores de velocidad y o arrancadores suaves (automatismo avanzado) -PLCs o reles programables para automatismos complejos (automatismo avanzado) Elementos externos que se colocan en el tablero -Flotador eléctrico para protección contra marcha en seco o mejor utilizar rele de nivel (siempre) -Presostatos (en caso de automatismos basico) o flotador para llenado -Tablero IP 55 o IP 65

Esquema de instalación de bomba sumergible Los elementos necesarios para la insstalaciion de una bomba sumergible de pozo profundo es: -Bomba sumergible - Motor sumergible -Tuberia de impulsión -Tapa de pozo -Abrazadera de cables -Codo de salida -Union patente -Llave de corte para control de caudal -Válvula de retencion cada 50 m de altura manométrica equivalente -Hidrocel manometros y presostatos en caso de automatismo -Tabllero de arranque

Tablero de control eléctrico de bombas sumergibles El sistema del tablero eléctrico debe incluir: -Disyuntores de corte para bomba y elementos de control en caso de utilización de PLC o reles programables. (Siempre) - Contactor de arranque para automatización y control (siempre) - Rele Térmico (siempre) -Reles falta de fase y de secuencia de fase en zonas en las que la tensión es variable - Selector de marcha-paro o selector de manual-automático - pilotos de marcha y falla (siempre) -Variadores de velocidad y o arrancadores suaves (automatismo avanzado) -PLCs o reles programables para automatismos complejos (automatismo avanzado) Elementos externos que se colocan en el tablero -Rele de nivel de 3 niveles para evitar la marcha en seco(siempre) -Presostatos (en caso de automatismos básico) o flotador para llenado -Tablero IP 55 o IP 65

Tipos de arranque de bombas Al momento de instalar una bomba superficial o sumergible se puede: -Arranque monofásicos directos (Mayor consumo) - Arranques directos trifásicos (220 VΔ 380 V Y) (Mayor Consumo) -Arranques estrella triangulo (380 V-660 V)(Reduce el pico de arranque) -Arranques con partidores suaves (Reduce el pico de arranque de 2, 7 a 3 veces la corriente nominal) (produce arranque y parada suave de bomba que elimina el golpe de ariete) - Variadores de velocidad (El pico de arranque es la corriente nominal del motor) (elimina golpe de ariete y ahorra del 30 al 50% el consumo de energía eléctrica, es la nueva tendencia a nivel mundial, la aplicación de bombas inteligentes)

Dimensionamiento del transformador Los transformadores de distribución deben tener el tamaño adecuado para cumplir con los requerimientos de KVA del motor sumergible. Cuando los transformadores son muy pequeños para suministrar la carga, hay una reducción en el voltaje del motor. La Tabla 4 presenta la potencia indicada del motor para corrientes monofásicas y trifásicas, los KVA total efectivos que se requieren y el transformador más pequeño requerido para sistemas trifásicos abiertos o cerrados. Los sistemas abiertos requieren de transformadores más grandes ya que sólo se usan dos. En caso de que se agreguen cargas externas al motor, se agregarán directamente a los requerimientos de tamaño de KVA de la batería de transformadores.

Dimensionamiento del Generador La tabla 5. Muestra la capacidad de los generadores a nivel del mar. Para la selección del generador a altura, es necesario revisar el catalogo de los generadores y su derating por altura. A partir de los 1000 m se debe sobredimensionar el generador en función al arranque pido En caso de uso de variadores de velocidad, se debe tomar en cuenta el arranque nominal, para poder calcular la potencia del generador y el derrateo por altura.

Accionamiento de bombas por motor a combustion interna Las bombas en lugares demasiado alejados, donde no sea posible la instalación de red electrica, es posible la utilizacion de bombas accionadas por motores a gasolina o diesel. -Para caudales grandes y presiones bajas existe la gama de motobomba agricolas de las marcas Honda, Hyundai y otras, que vienen de fabrica y ya tienen curvas de operación establecidas. Generalmente utilizan gasolina para realizar el bombeo, por lo que pueden llegar a elevar grandes presiones, por las rpm superiores a los 3600. -Para caudales y presiones que no puedan cubrir dichas bombas, se puede fabricar equipos accionadas por motores a diesel o gasolina, para ello es necesario aplicar las ecuaciones de afinidad, establecer el numero de vueltas por minuto (1700 a 2400 rpm a diesel, y 3600 a 4000 rpm a gasolina) para alcanzar los puntos de operación requerido por nuestro sistema. - Se debe tomar un derrateo de una perdida del 40 % en la eficiencia del trabajo al utilizar motores a combustion es decir que si por calculo necesitamos una bomba de 10 HP se requiere colocar un motor de 17 HP. -Las bombas que se utilizan para este caso son bombas de eje libre (normalizadas, multietapas, autocebantes) - Los materiales requeridos para ensamblar estos equipos se enlistan a continuacion.

Sistema de motobomba a combustión interna -Bomba de eje libre con el punto de operación del sistema calculado. -Motor a combustión interna. (Diesel o Gasolina) - Base para montaje de bomba y motor y su alineamiento de ejes. (SKID) - Acople flexible de unión de eje de bomba y motor. - Chata sobre la que se ensamblaría el equipo (en caso de que se deba transportar el equipo por diferentes lugares) El costo de fabricación de estos equipos es alto comparado con una bomba accionada por motor eléctrico, y sus costos de operación deben ser evaluados contra el beneficio de la inversión

Tema: Sistemas de clasificación de bombas Subtema: Sistemas autónomos Sistemas de bombeo a energía solar y eolica - Son sistemas de bombeo autónomos donde se combina la energía solar o eólica para accionar un motor que pueda accionar una bomba eléctricamente. - Producen muy bajos caudales - Se utilizan para sistemas acumulativos de agua - El costo inicial de inversión es elevado comparado con un sistema equivalente eléctrico

Tema: Sistemas de clasificación de bombas Fabricantes de bombas con representación en el país Bombas centrifugas En el pais se tiene presencia de las siguientes marcas: -Pentair con la marca nocchi. www. nocchi. it bombas centrifugas, perifericas, de eje libre, y sumergibles de carcamo -Pedrollo, bombas sumergibles, centrifugas, perifericas y normalizadas. www. pedrollo. com. Las bombas de marca citypumps y linz son de la misma fabrica pedrollo y tambien tienen representacion. - Caprari, bombas de eje libre multietapas y normalizadas. Bombas tipo turbina para pozos profundos. - Bombas sumergibles y motores sumergibles Franklin Electric de industria americana para pozos profundos. www. franklinelectric. com. - Bombas multietapas y sumergibles Goulds Pumps, industria americana, con bombas tipo turbina para grandes caudales y presiones. www. gouldspumps. com. - Bombas Grundfos industria danesa, bombas multietapa, normalizadas y sumergibles. www. grundfos. com. - Bombas Thebe industria brasilera, bombas normalizadas, autocebantes, multietapas. www. thebe. br. -Bombas Schneider do Brasil, bombas de eje libre, multietapas, autocebantes. - Bombas Mark Peerles. -Bombas KSB - Motobombas gasolina y diesel HONDA, Wacker y Hyundai