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índice I FLYGT índice Introducción 1 Criterios de diseño: Esquema general 2 Coste total de la vida de un bombeo 3 Tipos de bomba y campos de aplicación 3.1 Clasificación general de las bombas 3.1.1 Bombas volumétricas 3.1.2 Rotodinámicas 3.1.3 Otras clasificaciones de las rotodinámicas 3.1.3.1 BOMBAS DE FUNCIONAMIENTO EN SECO 3.1.3.2 BOMBAS SUMERGIBLES 3.1.3.3 BOMBAS MONOETAPA 3.1.3.4 BOMBAS MULTIETAPA 3.1.3.5 BOMBAS CON DIFUSOR DE VOLUTA 3.1.3.6 BOMBAS CON DIFUSOR DE ÁLABES DIRECTORES 4 Tipos de impulsores y campos de aplicacion 5 El concepto de la bomba sumergible FLYGT 5.1 Campos de aplicación de las bombas sumergibles 5.2 Formas de instalación de las bombas sumergibles 5.3 Ventajas de las instalaciones con bombas sumergibles 6 Descripción general de una bomba 6.1 Apartado eléctrico. Motor 6.1.1 Descripción de un motor eléctrico de inducción A-PDF Merger DEMO : Purchase from www.A-PDF.com to remove the watermark

El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

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índice I

FLYGT

índice

Introducción

1 Criterios de diseño: Esquema general

2 Coste total de la vida de un bombeo

3 Tipos de bomba y campos de aplicación

3.1 Clasificación general de las bombas

3.1.1 Bombas volumétricas3.1.2 Rotodinámicas3.1.3 Otras clasificaciones de las rotodinámicas

3.1.3.1 BOMBAS DE FUNCIONAMIENTO EN SECO3.1.3.2 BOMBAS SUMERGIBLES3.1.3.3 BOMBAS MONOETAPA3.1.3.4 BOMBAS MULTIETAPA3.1.3.5 BOMBAS CON DIFUSOR DE VOLUTA3.1.3.6 BOMBAS CON DIFUSOR DE ÁLABES DIRECTORES

4 Tipos de impulsores y campos de aplicacion

5 El concepto de la bomba sumergible FLYGT

5.1 Campos de aplicación de las bombas sumergibles

5.2 Formas de instalación de las bombas sumergibles

5.3 Ventajas de las instalaciones con bombas sumergibles

6 Descripción general de una bomba

6.1 Apartado eléctrico. Motor6.1.1 Descripción de un motor eléctrico de inducción

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Page 2: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

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6.1.2 Esquema del bobinado de un estator6.1.3 Aislamiento de un motor6.1.4 Tipos de servicio6.1.5 Grados de protección ambiental6.1.6 Conexionado de un motor asíncrono6.1.7 Selección correcta de un motor6.1.8 Problemas en un motor de inducción6.1.9 Parámetros característicos de un motor6.1.10 Refrigeración de motores eléctricos6.1.11 Cables eléctricos

6.2 Apartado hidráulico. Bomba

6.3 Apartado mecánico. Acoplamientos6.3.1 Solicitaciones y diseño de ejes6.3.2 Problemas en ejes6.3.3 Rodamientos6.3.4 Elementos estáticos de sellado6.3.5 Elementos dinámicos de sellado. Juntas

mecánicas

7 Materiales constructivos

7.1 Materiales metálicos usados en la fabricación de bombas

7.2 Materiales plásticos y elastómeros usados en la fabricación dealgunos componentes

7.3 Deterioro de los materiales7.3.1 Corrosión de los metales7.3.2 Corrosión de los materiales polímeros7.3.3 Protección en agua residual urbana7.3.4 Protección en agua residual industrial7.3.5 Protección en agua de mar7.3.6 Desgaste de piezas

8 Curvas y parámetros característicos en las bombas

8.1 Potencia y rendimiento

8.2 Curvas características de una bomba. Caudal-Altura,potencias, rendimientos, NPSH

8.3 Curva del sistema (curva resistente). Punto de trabajo

8.4 Curvas a distinta velocidad: variaciòn de frecuencia

Page 3: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

índice III

FLYGT

8.5 La zona de trabajo segura y eficiente.

8.6 Curva del motor.

8.7 Curvas de par e intensidad

9 Sistemas hidráulicos multibomba

9.1 Conexión de bomba en paralelo

9.2 Conexión de bombas en serie

10 Protecciones de un grupo moto-bomba

10.1 Protecciones internas10.1.1 Sensores de temperatura10.1.2 Sensores de filtración o de humedad

10.2 Protecciones externas.10.2.1 Sistemas de protección estándar

11 Sistemas de arranque de bombas

11.1 Arranque directo

11.2 Arranques indirectos: disminución de la punta de intensidad enel arranque

11.2.1 Arranque estrella-triángulo11.2.2 Arranque por autotransformador11.2.3 Arrancadores estáticos (Arrancador suave)11.2.4 Variadores de frecuencia

11.1 Arranque de bombas contra un sistema hidráulico

12 Control de estaciones de bombeo

12.1 Secciòn de potencia12.1.1 Sistemas de conmutaciòn de energía12.1.2 Sistemas de protección física

12.2 Secciòn de control11.2.1 Control por hardware (cableado físico)11.2.2 Control por software11.2.3 Programación: abierta y cerrada11.2.4 Simple11.2.5 Controlador específico o PLC11.2.6 Funciones de un sistema de control

Page 4: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeoIV

FLYGT

13 Variadores de frecuencia

13.1 Comportamiento de la bomba trabajando con variador

13.2 Descripción de un variador

13.3 Control del variador con varias bombas en paralelo

13.4 Par constante y par variable

13.5 Consideraciones en la selección de un variador

13.6 Compatibilidad electromagnética

13.7 Pérdidas producidas por un variador

13.8 Problemas causados por los variadores

14 Diseño y dimensionamiento de un pozo de bombeo

14.1 Volumen activo y tiempo ciclo14.1.1 Cálculo del volumen activo mínimo en pozos con

una bomba14.1.2 Cálculo de volumen mínimo en pozos con dos o

más bombas.14.1.3 Cálculo simplificado del volumen ùtil de un pozo

14.2 Diseño de pozos de bombeo con bombas sumergiblescentrìfugas

14.2.1 Criterios generales14.2.2 Diseño estándar de un pozo de bombeo con dos

bombas14.2.3 Diseño de pozos de bombeo con varias bombas

14.3 Diseño de pozos de bombeo con bombas sumergibles axiales

14.3.1 Criterios generales14.3.2 Diseños estándar de estaciones de bombeo

axiales14.3.3 Configuración y dimensiones recomendadas14.3.4 Estaciones con varias bombas

14.4 Efectos nocivos en los bombeos y elementos correctores

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índice V

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14.4.1 Entrada de aire14.4.2 Distribuciòn de velocidad no uniforme14.4.3 Prerrotaciones14.4.4 Vorticidad14.4.5 Sedimentaciones y flotantes14.4.6 Cámara tranquilizadora14.4.7 Elementos correctores

15 Depósitos de retención: Funcionamiento y control

15.1 Introducción

15.2 Sistemas de control

15.3 Secuencia de procesos

15.4 Conclusiones finales

16 Fenómenos a tener en cuenta en el diseño de sistemasde bombeo

16.1 Golpe de ariete16.1.1 Descripción del fenómeno16.1.2 Definición de los parámetros que intervienen16.1.3 Sobrepresiones y depresiones16.1.4 Protección contra el golpe de ariete

16.2 Cavitación16.2.1 Descripción del fenómeno16.2.2 La cavitación en las bombas. Concepto de NPSH16.2.3 Otras causas de la cavitación en bombas

16.3 Pérdidas de carga16.3.1 Régimen laminar y régimen turbulento16.3.2 El número de Reynolds y la rugosidad relativa16.3.3 Coeficiente de pérdidas de carga. Fórmulas de

cálculo16.3.4 Fórmulas empíricas de cálculo16.3.5 Pérdidas de carga secundarias

16.4 Vibraciones16.4.1 Fuentes de vibraciones en las bombas16.4.2 Formas de reducir los niveles de vibración16.4.3 Niveles y medición de la vibración

16.5 Ruido

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bombas sumergibles y estaciones de bombeoVI

FLYGT

16.5.1 Procedencia del ruido en instalaciones debombeo

16.5.2 Medida del ruido. La escala en decibelios16.5.3 Otras causas del ruido en bombas16.5.4 Recomendaciones para reducir el nivel de ruido

16.6 Sumergencia16.6.1 La sumergencia en bombas sumergibles16.6.2 Cálculo de la sumergencia mínima

17 Prueba de bombas

17.1 Pruebas en motores

17.2 Pruebas en bombas

17.3 Medición de la presión

17.4 Medición del caudal

17.5 Medición de la potencia consumida

17.6 Tolerancias permitidas en la prueba

17.7 Funcionamiento el banco de pruebas

17.8 Puesto de control. Sistema de adquisición de datos

17.9 Informe de los resultados obtenidos

17.10 Calibración

ANEXO I: DETERMINACIÓN DE CAUDALES

1. Determinaciòn del caudal de diseño en sistemas pequeños odomésticos

2. Cálculo de caudales para sistemas de alcantarillados sanitariosy pluviales

2.1 Cálculo de caudales sanitarios o de aguas residuales

2.1.1 APORTES DOMÉSTICOS2.1.2 APORTES COMERCIALES2.1.3 APORTES INDUSTRIALES2.1.4 APORTES INSTITUCIONALES2.1.5 CAUDAL MEDIO DIARIO DE AGUAS RESIDUALES2.1.6 CAUDAL MÀXIMO HORARIO2.1.7 APORTES POR AGUAS DE INFILTRACIÒN Y CONEXIONES ERRADAS

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índice VII

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2.1.8 CAUDAL DE DISEÑO

2.2 Cálculo de caudales pluviales o de drenaje

2.2.1 EVALUACIÒN DEL CAUDAL DE DISEÑO

ANEXO II: TABLAS DE PÉRDIDAS DE CARGA

1. Coeficientes de pérdidas de carga puntuales

2 Monograma de cálculo de la función equivalente

3 Tablas para el cálculo de λ en función de Re y K/D

4 Pérdidas de carga en mangueras

5 Diagrama de Moody

ANEXO III: OTROS EQUIPOS TFB - FLYGT

1. Equipos para tratamientos terciarios: aplicaciones enreutilización de agua

1.1 Membrana ultrafiltración1.2 Sistema MBR y membrana ZeeWeed MBR

2. Agitadores sumergibles

3. Tamiz de escalera autolimpiante

4. Difusores de burbuja fina

ANEXO IV: TABLAS DE PRESIÓN DE SATURACIÓN (VAPOR) DELAGUA A DISTINTAS TEMPERATURAS

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Introducción

introducción

IntroducciónEl objetivo de este libro es familiarizar al proyectista o diseñador deinstalaciones de bombeo con la tecnología de las bombassumergibles, así como dotarle de las herramientas de diseño y decálculo que le permitan definir dichas instalaciones de la formamás adecuada posible. El correcto diseño de una estación debombeo debe ser integral, es decir, capaz de aunar la partehidráulica, mecánica y eléctrica de modo que se garantice lafiabilidad del sistema, así como la duración de todos suselementos.

Es en este propósito, en el de instruir en el correcto diseño ydimensionamiento de los pozos o estaciones de bombeo, en elque, además de los conocimientos teóricos hidráulicosuniversalmente aceptados, TFB-Flygt puede hacer su mayor aporteen conocimientos empíricos basados en más de 56 años deexperiencia en tecnología sumergible y en sus más de 4.000proyectos de instalaciones de bombeo funcionando en los cincocontinentes.

En el presente libro, se describirán los distintos tipos de bombasexistentes, así como sus campos de aplicación; si bien suscontenidos se centrarán en las bombas sumergibles, al tratarse dela tecnología más adecuada y rentable hoy en día eninstalaciones de bombeo de aguas residuales, drenajes, trasvasesde grandes caudales y numerosas aplicaciones industriales. Encualquier caso, la mayor parte de los apartados de este libro sonperfectamente aplicables a otros sistemas de bombeo diferentesal sumergible.

En el mismo sentido, y dado que el bombeo es tan sólo unapequeña parte de los numerosos procesos que el tratamiento deaguas requiere, al final del libro se incluye un anexo con unresumen de las distintas tecnologías que TFB-Flygt ha desarrolladodurante los últimos años en este campo, principalmente en lo quese refiere a agitación, aireación, tamizado y tratamientos terciarioscomo la ultrafiltración.

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2 Coste total de la vida de unbombeo

Uno de los criterios más importantes a la hora de diseñar unaestación de bombeo, es el criterio económico. Sin embargo,en numerosas ocasiones, el proyectista tiene en consideracióneste criterio tan sólo de forma parcial, calculando ycomparando los costes iniciales o de inversión enequipos, instalación y obra civil; y olvidando los costesposteriores, consumos, mantenimiento, costesprovocados por la falta de servicio… mucho másimportantes en cuanto a la cuantía que los primeros.

Como media, y dependiendo mucho del tipo deinstalación y de servicio requerido, se puede decir quelos costes de inversión inicial suponen tan sólo del 10 al30 % de los costes totales de la vida de un bombeo,siendo casi siempre, los costes debidos a los consumoseléctricos y las posteriores labores de operación de losequipos, los más importantes en cuantía.

Por tanto, para la correcta selección de una bomba, y porextensión, de un sistema de bombeo completo; es muyimportante comparar el LCC de las distintas opciones posibles,siendo el parámetro LCC (“Life Cycle Cost”), el coste total dela vida del bombeo, que a continuación se desarrolla.

Distribución de costes en la vida de un bombeo.

Coste de inversión

Coste de operación

Coste de consumo energético

Costes varios

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FLYGT

El coste total de la vida de un bombeo, comprende las siguientes partes:

CvCceCopCinvLcc +++=

Siendo:

Cinv = Costes de inversión o costes iniciales.Cop = Costes de operación.Cce = Costes de los consumos eléctricos.Cv = Costes varios.

A su vez, estos costes se dividen en los siguientes:

Cinv = Cinv.c + C inv.b + Cinv.ea + Cinv.oc + CinstCop = Cm + Crep.Cv = Cma + Cf.Siendo:

Cinv.c= Coste de inversión en conducciones.Cinv.b = Coste de inversión en bombas.Cinv.ea = Coste de inversión en equipos auxiliares.Cinv.oc = Coste de inversión en obra civil.Cinst.inst = Coste de instalación.

Cm = Coste de mantenimiento (preventivo).Crep. = Coste de las reparaciones.

Cma. = Coste medioambiental.Cf. = Coste de los fallos o lucro cesante.

Por tanto, el coste total de la vida de un bombeo será:

CfCmaCrepCmCceCinstocCinveaCinvbCinvcCinvLcc +++++++++= ....

Para una correcta comparación, sería necesario poner todos los costes a tiempoactual, es decir, no vale igual un euro gastado hoy, por ejemplo en una bombamás cara, que un euro gastado dentro de 10 años, por ejemplo, en unareparación. Evidentemente, el dinero hoy vale más que el dinero mañana y parasumar y comparar todos esos costes es necesario homogeneizarlos, calculando elCoste presente o actualizado de todos ellos. Para actualizar dichos costes, se usa lamisma fórmula que la del Valor Actual Neto (VAN) de una inversión.

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coste total de la vida de un bombeo 5

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La formula es:

npiCnCnCp

))(1( −+=

Siendo:

Cp = Coste presente o actualizadoCn = Coste en el año n.i = Tipo de interés estándar.p = Inflación media prevista.n = Número de años.

Por tanto, para calcular el Coste total actualizado (Ctp) de cada una de lasanteriores partidas, será necesario hacer el sumatorio de todos los costesactualizados para cada uno de los años (x) previstos del bombeo.

∑= xCpCtp

La interpretación y valoración de los costes anteriormente enumerados, es lasiguiente:

1.- Cinv.c= Coste de inversión en conducciones.

Es el coste de inversión en tuberías y accesorios. Influye sustancialmente en loscostes totales del bombeo de la siguiente manera:

• Las conducciones de menor diámetro son más baratas en el momento dela inversión, pero producen mayores pérdidas de carga, y por tanto unmayor consumo energético en las bombas para poder superarlas. Comonorma general, usar diámetros menores puede ser rentable en bombeospuntuales o poco frecuentes (p.e bombeos de emergencia), sin embargo,en bombeos de uso frecuente, el emplear conducciones más ampliassiempre es más económico a medio y largo.

• El empleo de accesorios de protección en las conducciones, como porejemplo ventosas, válvulas antirretorno intermedias, dispositivos antiariete…encarece la inversión inicial; pero minimiza el riego de fallos, y por tantodisminuye los costes de reparación y los originados como consecuencia dedichos fallos.

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2.- Cinv.b = Coste de inversión en bombas.

El coste de inversión en las bombas, es uno de los más delicados de estudiar ya quede éste equipo dependerán la mayoría de los costes de operación posteriores. Sonmuchos los factores que influyen, siendo los más importantes los siguientes:

• Rendimiento: Un punto de servicio determinado (caudal y altura), puedeser proporcionado por varios modelos; es muy importante prestarleatención a aquellos con mayor rendimiento, sobre todo hidráulico, ya quede éste parámetro dependerán los consumos energéticos posteriorescomo uno de los costes más importantes en la vida de una bomba.

• Número de polos: Por lo general, las bombas con menos números de polos,son más baratas que las que disponen de un número mayor de éstos; sinembargo, como las primeras giran a mayor velocidad que las segundas, enla misma proporción aumentarán los posibles problemas demantenimiento, en particular los debidos al mayor desgaste de las partesmóviles (rodamientos, impulsor, eje…)

• Diámetro de la voluta y de la brida de salida: Una bomba con mayorvoluta, será considerablemente más cara que una dotada de una volutamenor; pero la primera permite velocidades menores del fluido dentro deésta, y por tanto menores desgastes y vibraciones, disminuyendo de estamanera los costes de operación posteriores. Aunque esta consideración esimportante, influye menos en el coste total del bombeo que las anteriores.

• Tipo de Impulsor: Con independencia del precio del mismo, pocorelevante en comparación con el coste total de la bomba, la seleccióncorrecta del impulsor influye de forma esencial en el coste total delbombeo ya que impulsores cerrados de mayor rendimiento, y por tanto demenor consumo; pueden ser mucho más conflictivos con respecto a losatascos, sobre todo en aguas residuales, disparando de esta manera loscostes debidos a mantenimiento, reparaciones, y sobre todo de lucrocesante, o costes generados como consecuencia de los fallos delbombeo.

• Materiales de la bomba: Dependiendo del tipo de agua que se quierabombear y de los sólidos que ésta contenga, puede ser más interesanteaumentar los costes de la inversión inicial empleando materiales especialesen la bomba (aceros inoxidables, epoxis…), disminuyendo de ésta maneralos costes operación o de fallo posteriores.

3.- Cinv.ea = Coste de inversión en equipos auxiliares.

Equipos auxiliares como variadores de frecuencia, arrancadores suaves,protecciones térmicas y de humedad, pueden suponer un importante coste inicial;pero verse ampliamente amortizados con disminuciones de consumo posteriores,como sería el caso de los variadores de frecuencia; o con la ausencia de averías

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imprevistas como sería el caso de todas las protecciones de la bomba. Estosequipos auxiliares y su incidencia en los costes totales del bobeo, se contemplanmás detenidamente en los posteriores capítulos.

4.- Cinv.oc = Coste de inversión en obra civil.

La selección de los equipos correctos puede disminuir considerablemente los costesde la obra civil, y por tanto los costes totales. Por ejemplo, el uso de bombassumergibles en vez de exteriores permite la simplificación del pozo de bombeo ypor tanto su abaratamiento.

En el mismo sentido, un pozo demasiado pequeño, y por tanto de menor inversióninicial, puede provocar demasiados arranques de las bombas que contiene y, portanto, su rápido deterioro, con el consecuente aumento de los costes demantenimiento y de fallo.

5.- Cinv.inst = Coste de instalación.

Este coste comprende desde la fijación de las bombas a sus soportes junto contodos los ajustes necesarios, hasta la puesta en marcha del sistema, incluyendopruebas y tomas de datos de funcionamiento.

En este caso, a la hora de seleccionar un tipo de bomba y de comparar sus costes,sobre todo si se es el constructor o instalador de los equipos, es necesario considerarla complejidad de su instalación; por ejemplo, una bomba vertical no sumergidarequiere unos ajustes y alineaciones de eje que una bomba sumergible no necesita,compensando de esta manera la diferencia inicial de precio entre ambas.

6.- Cce = Costes de los consumos eléctricos:

Este es el coste más importante, y por tanto al que se le debe prestar mayoratención. El consumo de una bomba es básicamente función del precio de laenergía, y por tanto de los horarios en que las operaciones de bombeo tienen lugaren el caso de que la tarifa eléctrica varíe con la hora, así como función delnúmero de horas en que ésta funciona, y función de la potencia requerida para elbombeo.

La expresión que recoge lo anterior es:

)(hPenefPcCce ××= ∑Siendo:

Pc = Potencia eléctrica consumida en el punto de servicio (kW).nef = Número de horas en funcionamiento en cada franja horaria de consumos (h).

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Pe(h) = Precio de la energía en función de la hora (€/kWh).

La potencia consumida, además del punto de servicio requerido (del caudal y dela altura), depende del rendimiento total de la bomba, valor que a su vez está enfunción del rendimiento hidráulico, mecánico y eléctrico de cada una de suspartes.

HmQgDPc ××××= ρ

Siendo:

D = densidad del fluido (Kg/m3)g = 9,8 m/sρ = rendimiento de la bomba.Q = Caudal (m3/s)H = Altura manométrica (mca)

El rendimiento hidráulico, por tanto, debe ser uno de los valores a tener más enconsideración a la hora de elegir una bomba determinada, ya que afecta deforma proporcional al consumo final del equipo.

En el caso de bombeo de aguas residuales, el rendimiento hidráulico disminuye conel tiempo como consecuencia de los distintos desgastes a los que la bomba seencuentra sometida, en concreto por las holguras y pérdidas que éstos provocan;por tanto un buen mantenimiento, y el cambio de algunas piezas críticas con ciertafrecuencia, contribuirá considerablemente a la disminución de los costesenergéticos.

A la hora de calcular dichos costes, se debe de tener en cuenta esta caída derendimiento en función del tiempo. Como media, se pueden aplicar los siguientescoeficientes correctores:

• Impulsor cerrado con impulsor con holgura ajustable: 1,4% de incrementoen los consumos estimados.

• Impulsor semiabierto con impulsor con holgura ajustable: 2,8% deincremento en los consumos estimados

• Impulsor cerrado con impulsor sin holgura ajustable: 2,9% de incremento enlos consumos estimados

• Impulsor semiabierto con impulsor sin holgura ajustable: 4,8% de incrementoen los consumos estimados

7.- Cm = Coste de mantenimiento (preventivo)

Este coste comprende todas las labores de mantenimiento, cambios de aceites,revisiones, cambios de rodamientos… que se realizan de forma programada, esdecir, no como motivo de una avería sobrevenida. En este coste hay queconsiderar el precio de los repuestos y consumibles, muchas veces propios del

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fabricante y por tanto con precios “cautivos”; pero sobretodo hay que considerarel coste de la mano de obra, u horas/hombre necesarias para las distintasoperaciones de mantenimiento. En este tiempo, influye sobretodo la facilidad deacceso a las partes que han de ser cambiadas o revisadas; por ejemplo; unabomba exterior de cámara partida radialmente tendrá un coste de mantenimientosuperior a una con la cámara partida de forma axial, o una bomba sumergible conacoplamiento automático, ya que la primera requiere unas operaciones dedesmontaje mucho más complicadas que las segundas.

El análisis de estos costes nos permitirá tomar la decisión correcta en la selección dela bomba, atendiendo al coste total de la vida del bombeo. Por ejemplo, enbombeos con líquidos abrasivos o conflictivos por cualquier razón, que requierannumerosas labores de mantenimiento o cambio de piezas de desgaste, serámucho más interesante una inversión basada en la facilidad del acceso al equipoen un equipo de más fácil acceso, que una que atienda únicamente al precioinicial de la bomba.

8.- Crep. = Coste de las reparaciones.

Este coste incluye todos aquellos incidentes o averías no previstas en un plan demantenimiento, siendo por tanto el más difícil de determinar; si bien, de formaestadística podemos conocer los ratios de número de averías y el coste de éstas enfunción del tipo de bomba empleado y de los elementos de protección de los quese ha dotado. De este modo se puede obtener una estimación de dichos costesque nos permita seleccionar el equipo y los elementos de protección másadecuados.

En este sentido, es recomendable trabajar siempre con los fabricantes con mayorexperiencia en el sector, de modo que disponga de numerosos datos y referenciasprevias que permitan prever este coste y tomar la decisión correcta.

9.- Cma. = Coste medioambiental.

Por coste medioambiental entendemos el coste de eliminación correcta de losresiduos generados, principalmente aceites. También incluye el tratamientoposterior de las aguas de refrigeración en el caso de que estas sean exteriores.

10.- Cf. = Coste del fallo o lucro cesante.

Este es el coste provocado por la falta de servicio de una bomba que se hayaaveriado de forma imprevista. Este coste puede ser insignificante o realmentegrave en función de la responsabilidad e importancia del servicio fallido, porejemplo la parada de una línea de producción, o las multas consecuencia de unvertido al río de aguas residuales por no haber podido trasladarlas a la depuradoracomo consecuencia del fallo de un bombeo.

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Este coste está directamente relacionado con la fiabilidad de los equipos. Portanto, en aquellas aplicaciones de responsabilidad y con un alto coste de fallo, escrucial emplear marcas de reconocido prestigio y suficiente experiencia que,además de garantizar la calidad de los equipos, puedan asegurar un serviciopostventa adecuado y cercano; ya que de esto último dependerá básicamente elplazo de las reparaciones, minimizando el tiempo en el que los equipos esténparados y por tanto el coste de fallo.

Delegaciones y puntos de servicio de TFB-Flygt en España

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3 Tipos de bomba y campos deaplicación

La correcta selección de un tipo de bomba, y por tanto el diseño de unainstalación de bombeo determinada, estará en función, esencialmente, delos siguientes aspectos:

1.- En función de las características de la toma se elegirá el tipode bomba a utilizar. Para sistemas en los que la admisión delfluido sea en carga a través de una conducción a presión,como por ejemplo salidas de embalses o circuitos cerrados, labomba más adecuada es la bomba exterior, o de cámaraseca, bien horizontal, bien vertical. En los casos en que la tomasea atmosférica; es decir, directamente de un canal, pozo ocámara de bombeo, las bombas más adecuadas serán lassumergibles.

2- En función del punto de funcionamiento, y de otrosparámetros importantes del servicio a desarrollar, como el tipoy la cantidad de sólidos a transportar, se escoge el tipo y lascaracterísticas del impulsor, así como el motor necesario parasatisfacer la demanda energética que aquel le requiere; endefinitiva, se define el modelo de la bomba.

3.- En función del tipo de fluido a transportar y de suagresividad por corrosión, abrasión…, se elegirán los materialesdel impulsor y del resto de las partes en contacto con el líquido.

Por tanto, en este capítulo y el siguiente, se analizarán losdistintos tipos de bombas y de impulsores existentes, sus ventajas y desventajas ysus campos de aplicación, con la intención de dotar al proyectista de criteriossuficiente para la correcta selección de los equipos en función de lascaracterísticas específicas y singularidades de su aplicación.

3.1 CLASIFICACIÓN GENERAL DE LAS BOMBAS

Una bomba, es una máquina que transforma energía mecánica, par porvelocidad, en energía hidráulica, caudal por presión. Es decir, su finalidadbásica es transmitir a un caudal dado una presión determinada, y ésto lo puedellevar a cabo de varias maneras. Esta forma de transmitir la energía al fluido,constituirá la primera clasificación de las bombas entre bombas volumétricas ybombas rotodinámicas.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo12

FLYGT

3.1.1 Bombas volumétricas:

3.1.1.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO:

En las bombas volumétricas, la máquina le transmite la presión al fluidomediante un cambio de volumen en el reducto donde éste se hallaba situado;

3.1.1.2 CLASIFICACIÓN:

Dependerá básicamente del tipo de movimiento del elemento móvil.

a).- ALTERNATIVAS: En las cuales el movimiento que produce el cambio devolumen que provoca el aumento de presión en el fluido es alternativo o devaivén. Estas bombas son tipo émbolo/pistón.

b).- ROTOESTÁTICAS: En las cuales dichocambio de volumen, es consecuencia de unmovimiento rotativo. Los elementos móviles, ypor extensión los tipos de bomba de éstaclasificación son:

• Bombas de engranaje.• Bombas de paletas.• Bombas de lóbulos.• Bombas de tornillo.• Bombas de membrana.• Pistones en estrella.

3.1.1.3 VENTAJAS:

• Se pueden alcanzar presiones tan altas como aguanten los materialesque las constituyen.

• Rendimientos de transmisión de la energía muy elevados, superiores al90%.

• Autoaspirantes, no necesitan ser cebadas.

Bomba dosificadora

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tipos de bomba y campos de aplicación 13

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3.1.1.4 INCONVENIENTES:

• Son considerablemente más caras y requieren más mantenimiento quelas centrífugas.

• Son más delicadas, y, por tanto, con mayor incidencia de fallos.• Menor potencia específica, son más pesadas y voluminosas que las

centrífugas para el mismo punto de servicio.• Sólo para caudales muy limitados.• Al funcionar a muy bajas vueltas requieren de fuertes reductoras,

complicando su mantenimiento y encareciendo considerablemente elconjunto.

• Al tratarse de un movimiento no continuo (alternativas) las distintas piezasen movimiento producen fuertes inercias que transmiten esfuerzosconsiderables al resto del equipo y a los anclajes. Por ello se limita eltamaño y peso de las piezas móviles, y como consecuencia el caudalque pueden mover.

• Si falla alguna válvula de seguridad, puede reventar el sistema porsobrepresión.

• En las alternativas, se transmiten pulsaciones al fluido y por tanto alsistema, siendo necesarios elementos compensadores como calderones.

3.1.1.5 CONCLUSIÓN Y CAMPO DE APLICACIÓN:

Se trata de bombas que no tienen limitación de presión (hasta 1.200 kg/mm2)salvo la que impongan los materiales; pero son muy limitadas en el caudal.Además son más caras y requieren mayor mantenimiento que las centrífugas.

Por tanto, su campo de aplicación fundamental son los trabajos especiales en losque se requieren muy fuertes presiones y caudales limitados (lanzas de agua,procesos industriales) o bien con fluidos viscosos o densos (fangos, aceite,hormigón) o ambos (sistemas de fuerza hidráulicos).

También tienen aplicación cuando, con independencia de la presión, se requierauna gran precisión en el caudal bombeado, sobre todo cuando éstos sonespecialmente pequeños, como es el caso de las bombas dosificadoras.

3.1.2 Rotodinámicas:

3.1.2.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO:

En las bombas rotodinámicas, la máquina le transmite la presión al fluidomediante cambios de velocidad y de dirección en las partículas del fluido, nohay cambios volumétricos de ningún tipo. Por tanto, la energía se transmite alfluido mediante un elemento móvil denominado rodete, impulsor o hélice,dependiendo de si se trata de una bomba radial o axial; pero en cualquier casosiempre rotativo.

Page 20: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo14

FLYGT

3.1.2.2 CLASIFICACIÓN:

La clasificación más general, y que se solapa con las demás, es la clasificaciónpor tipo de impulsor, o forma en que éste transmite la energía al fluido. Éstadiferencia entre:

a).- BOMBAS RADIALES: Estas bombas transmiten la energía al fluido enforma de velocidad y presión, mediante la fuerza centrífuga; para ello, sometena las partículas un cambio de dirección de 90ª, entrando a la bomba de formaparalela al eje, y saliendo de forma perpendicular a éste. Con este fin, empleanun elemento móvil, el rodete o impulsor, formado por uno o varios álabes desimple curvatura perpendiculares al eje de la bomba.

Este tipo de rodete es adecuado para presiones medio-altas (5-150 mca), ycaudales moderados.

b).- BOMBAS AXIALES: En estas bombas, la energía no se le transmitemediante un cambio de dirección de las partículas del fluido, sino mediante uncambio de velocidad como consecuencia del empuje físico que los álabesoriginan sobre las mismas, es decir mediante una fuerza superficial. Por tanto, enestas bombas el fluido entra y sale de forma paralela al eje. El elemento móvilque proporciona dicho empuje es el impulsor o hélice, formado por tres o másálabes de doble curvatura.

Este tipo de impulsor, o hélice es adecuado para presiones bajas (0,5-10 mca) ycaudales muy grandes.

c).- BOMBAS SEMIAXIALES: En estas bombas, la energía se transmite alfluido por el cambio de la velocidad y de dirección de las partículas, y por tantomediante una combinación de fuerza superficial y centrífuga. Son bombasmezcla de las dos anteriores, y su campo de aplicación estará entre ambos.

Bomba axialBomba centrífuga o radial

Page 21: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

tipos de bomba y campos de aplicación 15

FLYGT

3.1.2.3 VENTAJAS:

• Bombas más baratas de inversión y de mantenimiento.• El movimiento es continuo de rotación, y por tanto sin apenas inercias

salvo en el arranque. Son bombas que sufren y transmiten menosesfuerzos a los anclajes.

• Mayor potencia específica. Transmite la misma energía al fluido conmenos peso y volumen de equipo.

• Funcionan a altas vueltas, y por tanto no necesitan reductoras.Acoplamiento directo.

• No tienen capacidad de sufrir sobrepresiones. Sistemas más seguros.

3.1.2.4 INCONVENIENTES:

• Peores rendimientos que las volumétricas (60-90 %).• No son capaces de proporcionar muy altas presiones; pero si de mover

grandes caudales.

3.1.2.5 CONCLUSIÓN Y CAMPO DE APLICACIÓN:

Salvo para presiones muy elevadas y caudales muy reducidos, o densidades oviscosidades elevadas siempre se aplicarán bombas rotativas.

3.1.3 Otras clasificaciones de las rotodinámicas:

Este tipo de bombas, están sujetas a numerosas clasificaciones en función deltipo de impulsor, modo de montaje, número de etapas…, todas estasposibilidades se particularizarán a continuación, analizando sus ventajas ydesventajas de forma más concreta, así como los campos de aplicación másapropiados para cada tipo.

El esquema general de clasificación de las bombas es que se muestra en lapágina siguiente.

Page 22: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

tipos de bomba y campos de aplicación16

FLYGT

AlternativasVOLUMETRICAS

Rotoestáticas

RadialesAxiales

I

Semiaxiales

Verticales

Cámara partida radial

Funcionamiento en

seco Horizontales

Cámara partida axialEje largoPozo profundo

Motor sumergibleMotor exteriorDe voluta

Motor sumergibleMotor exterior

II

Sumergibles

De héliceMotor sumergible

Monoetapa

Impulsoresseguidos

III

Multietapa

Impulsoresopuestos yalternas

Con difusor de voluta

ROTATIVASÓ CENTRÍFUGAS

IV

Con difusor de álabesdirectores

Page 23: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

tipos de bomba y campos de aplicación 17

FLYGT

3.1.3.1 BOMBAS DE FUNCIONAMIENTO EN SECO

Son bombas en las que todas sus partes exteriores, tanto voluta como motor, seencuentran fuera del líquido.

3.1.3.1.1 Ventajas

• Todos sus elementos son visibles.• Son más económicas (el equipo, que no la instalación completa).

3.1.3.1.2 Desventajas

• Requiere una edificación como sala de bombas con suficiente espacio.• Son instalaciones más ruidosas.• Posibles fugas pueden inundar las instalaciones de bombeo.• No son autoaspirantes y requieren cebado, y por tanto sus arranques son

más complejos.• Mayores problemas de NPSH insuficiente y por tanto problemas de

cavitación.• Hay que tener cuidado de que no funcionen nunca en seco.

3.1.3.1.3 Campo de aplicación

Básicamente en todas las instalaciones con tomas en carga o circuitos cerrados.En el caso de que la toma sea atmosférica, cuando el funcionamiento sea muycontinuo y por tanto se arranquen en muy pocas ocasiones.

Bombas de funcionamiento en seco

Page 24: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

estaciones de bombeo18

FLYGT

3.1.3.1.4 Bombas de funcionamiento en seco verticales

Se trata de bombas exteriores con el eje vertical. El motor se sitúa directamentesobre la parte hidráulica con un acoplamiento corto.

3.1.3.1.4.1 Ventajas (respecto la horizontal)

• Necesitan mucho menos espacio horizontal (pero más altura).• Permite subir el motor de cota minimizando el riesgo eléctrico en caso de

inundación.

3.1.3.1.4.2 Desventajas(respecto la horizontal)

• Es necesario quitar el motor para acceder a la parte hidráulica, suelenrequerir instalaciones mecánicas auxiliares (pescantes o puentes grúas).

3.1.3.1.4.3 Campo de aplicación

• El de las bombas de funcionamiento en seco, cuando existanlimitaciones de espacio, riesgo de inundación y el mantenimiento notenga que ser muy frecuente.

• Cuando el acceso superior sea más sencillo (por ejemplo, mediantearquetas)

3.1.3.1.5 Bombas de funcionamiento en seco horizontales

Son bombas exteriores con el eje horizontal. La parte hidráulica es independientedel motor y se encuentran unidos por un acoplamiento más o menos complejo.

Bombas de funcionamiento en seco verticales

Page 25: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

tipos de bomba y campos de aplicación 19

FLYGT

3.1.3.1.5.1 Ventajas (respecto la vertical)

• Mantenimiento y revisionesmucho más sencillas alpoder desmontarse la partehidráulica sin necesidad dedesplazar el motor.

• Bancada sencilla yeconómica.

• Pocos esfuerzos axiales, y portanto con menor desgastede rodamientos.

3.1.3.1.5.2 Desventajas

• Requieren más espacio horizontal.• Susceptibles de ser dañadas en caso de inundación

3.1.3.1.5.3 Campo de aplicación

El de las bombas de funcionamiento en seco cuando no haya limitaciones deespacio y el mantenimiento tenga que ser muy frecuente (por ejemplo,trabajando con líquidos muy abrasivos) .

3.1.3.1.5.4 Bombas de funcionamiento en seco horizontales de cámarapartida axial.

Se trata de bombas exteriores con el eje horizontal y con la cámara o volutadividida de forma paralela al eje.

Bomba de funcionamiento en seco horizontal de Vogel

Bomba de cámarapartida de forma

axial.

Page 26: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo20

FLYGT

3.1.3.1.5.5 Ventajas (respecto a la cámara partida radial)

• Se pueden abrir sin tocar las conducciones de entrada y salida de labomba, facilitando y abaratando considerablemente las labores demantenimiento.

• Quedan visibles fácilmente todas las partes móviles de la bomba.

3.1.3.1.5.6 Desventajas(respecto a la cámara partida radial)

• Son más difíciles de construir, y por tanto más caras.• No son válidas para altas presiones. Problemas de estanqueidad en las

juntas de la cámara partida.

3.1.3.1.5.7 Campo de aplicación

• Aplicaciones que requieran un mantenimiento frecuente. Sobre todo paratamaños grandes y muy grandes.

• Instalaciones con las conducciones de entrada-salida en línea.• Bombas de doble aspiración.

3.1.3.1.6 Bombas de funcionamiento en seco horizontales de cámarapartida radial.

Bombas exteriores con el eje horizontal y con la cámara o voluta dividida deforma perpendicular al eje, de modo que la tapa de la bomba se embrida por unlado a la conducción de entrada, y por otro lado al cuerpo principal de lamisma. El impulsor se desmonta por la aspiración.

3.1.3.1.6.1 Ventajas (respecto a la cámara partida axial)

• Requieren menos NPSH y por tanto tienen menos problemas decavitación, ya que la aspiración es directa y la entrada del impulsor noestá atravesada por el eje.

• Más baratas.• Son más fáciles de acoplar en serie.• Aguantan presiones más altas.

3.1.3.1.6.2 Desventajas (respecto a la cámara partida axial)

• Labores de mantenimiento más complicadas ya que hay que desmontarlas conexiones para acceder al interior.

3.1.3.1.6.3 Campo de aplicación

• Bombas con conducciones de entrada-salida en ángulo de 90º.• Instalaciones que requieran que la bomba esté en voladizo.• Aplicaciones con líquidos sucios o viscosos.• Bombas multietapa.

Page 27: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

tipos de bomba y campos de aplicación 21

FLYGT

3.1.3.2 BOMBAS SUMERGIBLES

Bombas en las que todos o parte de sus componentes principales (voluta ymotor) se encuentran sumergidos.

3.1.3.2.1 Ventajas

• No requieren aspiración y por tanto no requieren cebado. Arranques muysencillos.

• Requieren una obra civil mínima (bombas con motor sumergido) al irsituadas dentro de la misma balsa, pozo o canal.

• Instalaciones menos ruidosas (bombas con motor sumergido).

3.1.3.2.2 Desventajas

• Requieren una sumergencia mínima.• Requieren mayor control y un mantenimiento más especializado.• Necesidad de ejes largos caros, difíciles de alinear y de alto desgaste

(bombas sin motor sumergible).• Son más caras de fabricación (pero no de coste total de la instalación)

3.1.3.2.3 Campo de aplicación

• En instalaciones donde la entrada del fluido no sea por una conducción apresión, sino atmosférica.

• En captaciones, toma del fluido directamente de la balsa, pozo o canal.• Al no requerir cebado, en instalaciones que haya que garantizar un arranque

rápido o con frecuentes arranques.

Bomba de cámara partida de forma radial

Page 28: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo22

FLYGT

• En pozos profundos ( bombas de lápiz)• En aguas sucias (bombas con motor sumergible).• En instalaciones provisionales, como drenajes de obras. (bombas con motor

sumergible).

3.1.3.2.4 Bombas sumergibles de pozo profundo (o de lápiz)

Se caracterizan por su diámetro exterior muy pequeño para que quepan enpozos estrechos, sobretodo sondeos.

Como la presión no la pueden aportar aumentando el diámetro del rodete, esnecesario que la consigan mediante numerosos impulsores, o turbinas en serie,suelen ser bombas de numerosas etapas, hasta 20.

Las etapas o turbinas son modulares, se pueden añadir o retirar segúnnecesidades.

El conjunto de bomba y tuberías de salida, cuelgan de un cabezal o linternasituada en el exterior.

3.1.3.2.4.1 Ventajas

• Son las únicas que pueden ir en pozo profundo debido a su estrechodiámetro y altas presiones requeridas.

3.1.3.2.4.2 Desventajas

• Son caras de compra y de mantenimiento.

3.1.3.2.4.3 Campo de aplicación

Sondeos y pozos profundos

Ejemplo debomba

sumergibleFlygt

Page 29: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

tipos de bomba y campos de aplicación 23

FLYGT

3.1.3.2.5 Bombas sumergibles de pozo profundo con eje largo

En esta bomba sumergible, la campana, o grupo de turbinas sesitúan sumergidas en el interior del pozo, y el motor permanece enel exterior, unidos ambos por un eje tan largo como laprofundidad del mismo.

3.1.3.2.5.1 Ventajas

• Mantenimiento del motor más fácil.• No es necesario sacar al exterior todo el conjunto de

bombas y conducciones.

3.1.3.2.5.2 Desventajas

• Necesita ejes muy largos, hasta 200 m; pero no esrecomendable superar los 30 m.

• Requiere mantenimiento de los cojinetes intermedios.Baja fiabilidad.

3.1.3.2.5.3 Campo de aplicación

Bombeos en los que no es posible la instalación de un motoreléctrico, y se emplean motores de explosión.

3.1.3.2.6 Bombas sumergibles de pozo profundo y motorsumergido

En esta bomba sumergible, tanto la parte hidráulica como el motor eléctrico seencuentran sumergidos, de modo que el acoplamiento entre ambos es directo ymuy corto.

3.1.3.2.6.1 Ventajas

• No necesitan ejes ni cojinetes, por tanto el mantenimiento de la partemecánica es mínimo.

3.1.3.2.6.2 Desventajas

• Como el diámetro del motor está limitado al diámetro del pozo, losbobinados son muy alargados con respecto al óptimo, disminuyendo elrendimiento del motor y la vida útil del mismo.

• Son más caras.• El mantenimiento y las revisiones son muy difíciles. El fallo es imprevisible.

Page 30: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo24

FLYGT

3.1.3.2.6.3 Campo de aplicación

Bombeos en pozos profundos (más de 30 m).Pozos en los que la alineación y verticalidad no seaperfecta (inclinados o curvos).

3.1.3.2.7 Bombas sumergibles de voluta

En este tipo de bombas todos o parte de suscomponentes principales (voluta y motor) se encuentransumergidos para aplicaciones en las que no haylimitación de espacio, por lo que pueden usar impulsoresde gran diámetro y voluta.

3.1.3.2.7.1 Ventajas

• Las descritas en el apartado correspondiente abombas sumergibles.

3.1.3.2.7.2 Desventajas

• Las descritas en el apartado correspondiente abombas sumergibles.

3.1.3.2.7.3 Campo de aplicación

• En aguas sucias (bombas con motor sumergible).• En instalaciones provisionales, como drenajes de

obras. (bombas con motor sumergible).• En general en instalaciones donde la entrada del

fluido no sea por una conducción a presión, sinoatmosférica como captaciones desde una balsa,pozo o canal.

• Al no requerir cebado, en instalaciones que haya quegarantizar un arranque rápido o con frecuentesarranques.

• Bombeo que requieran alturas medio-altas (5-70 mca) y caudales medio-bajos (hasta 2 m3/s).

3.1.3.2.8 Bombas sumergibles de voluta con motor exterior

Bombas en las que la parte hidráulica, la voluta se encuentra sumergida, y laparte eléctrica, el motor, permanece en el exterior.

Bomba sumergible de voluta

Page 31: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

tipos de bomba y campos de aplicación 25

FLYGT

3.1.3.2.8.1 Ventajas (frente al motor sumergible)

• Accesibilidad al motor.• No requieren el empleo de juntas

mecánicas.

3.1.3.2.8.2 Desventajas

• Requieren superestructuras, forjado sobrepozo y caseta de combas.

• El coste total de la instalaciónconsiderablemente mayor, incluyendo obracivil.

• Generan más ruido.• Requieren mantenimiento del eje y los

cojinetes.

3.1.3.2.8.3 Campo de aplicación

• En aguas sucias o instalaciones atmosféricas decaptación donde no sea posible instalar unabomba con motor sumergible (p.e.- sistemas deemergencia accionados por motores diesel).

• En desarenadores-desengrasadores dedepuradoras.

Bomba sumergible de voluta con motor exterior

Page 32: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo26

FLYGT

3.1.3.2.9 Bombas sumergibles de voluta con motor sumergido

Bombas en las que tanto la parte hidráulica, la voluta, como la parte eléctrica, elmotor, se encuentran sumergidas.

3.1.3.2.9.1 Ventajas (frente al motor exterior)

• Se minimiza la obra civil necesaria al no requerir ni forjados, ni muros deseparación ni caseta de bombas.

• Coste total de la instalación menor, incluyendo la obra civil.• Ruido en los bombeos prácticamente inexistente.• Elimina el riesgo de inundación en las áreas de bombeo.• No necesita ejes largos ni cojinetes.

3.1.3.2.9.2 Desventajas (frente al motor exterior)

• Requieren un mantenimiento más específico.• No permite la inspección visual de los equipos sin elevación de los

mismos.

Bomba sumergible de voluta con motor sumergido Flygt

Page 33: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

tipos de bomba y campos de aplicación 27

FLYGT

3.1.3.2.9.3 Campo de aplicación

• En aguas sucias y residuales.• En instalaciones provisionales, como drenajes de obras o minería.• En general en instalaciones donde la entrada del fluidos no sea por una

conducción a presión, sino atmosférica, como captaciones desde unabalsa, pozo o canal.

• Al no requerir cebado, en instalaciones donde haya que garantizar unarranque rápido o con frecuentes arranques.

3.1.3.2.10 Bombas sumergibles de hélice

Bombas en las que la impulsión del fluido tiene lugar dentro de la mismaconducción mediante una hélice situada en la misma, el mismo tubo hace decarcasa. El motor puede encontrarse dentro o fuera de la conducción.

3.1.3.2.10.1 Ventajas

• Instalaciones muy sencillas y por tanto muy económicas.

3.1.3.2.10.2 Desventajas

• La parte hidráulica no es fácilmente accesible y requieren desmontarparte de la conducción para su acceso (bombas con motor exterior).

3.1.3.2.10.3 Campo de aplicación

• Bombeos de grandes caudales (0,2-5m3/s) y pequeñas alturas (1-11 mca).• Grandes captaciones de canales y ríos.• Evacuación de pluviales.

3.1.3.2.11 Bombas sumergibles de hélice con motor exterior

Bombas en las que la hélice se encuentra dentro del conducto y el motor fueradel mismo.

3.1.3.2.11.1 Ventajas

• Fácil accesibilidad almotor paramantenimiento.

Bomba sumergible de hélice con motor exterior

Page 34: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo28

FLYGT

3.1.3.2.11.2 Desventajas

• Para acceder al impulso, es necesario desmontar la conducción.• Posibles pérdidas al exterior por la salida del eje.• Requieren al menos un codo en la conducción.

3.1.3.2.11.3 Campo de aplicación

Bombeos de grandes caudales (0,2-5m3/s) y pequeñas alturas (1-11 mca) dondeson necesarias conducciones metálicas con al menos un cambio de dirección.

3.1.3.2.12 Bombas sumergibles de hélice con motor sumergible

Bombas en las que tanto la hélice como el motor se encuentran sumergidosdentro del conducto.

3.1.3.2.12.1 Ventajas

• Instalaciones muy sencillas y portanto muy económicas. Conductosrectos y cortos.

• No requieren cámara de bombeo nininguna otra infraestructura.

• No tiene posibilidad de pérdidas nifugas.

3.1.3.2.12.2 Desventajas

• Es necesario sacar el conjuntomotobomba para acceder al motor.No permite la inspección visual delmismo.

• Mantenimiento más especializado.

3.1.3.2.12.3 Campo de aplicación

• Bombeos de grandes caudales (0,2-5m3/s) y pequeñas alturas (1-11 mca).

• Captaciones de canales o ríos.• Recirculaciones de depuradoras.• Evacuación de pluviales.

Ejemplo de bomba sumergible de hélice deFlygt

Page 35: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

tipos de bomba y campos de aplicación 29

FLYGT

3.1.3.3 BOMBAS

MONOETAPA

Bombas con un solo rodete oimpulsor..

3.1.3.3.1 Ventajas

• Más sencillas y robustas.• Más baratas.

3.1.3.3.2 Desventajas

• Limitación de presión.• Requieren mayor

espacio.

3.1.3.3.3 Campo de aplicación

• En bombeos de presión moderada.• En bombeos donde no haya problemas con la velocidad del impulsor (por

ejemplo, agua con abrasivos), y la presión deseada se puede proporcionaraumentando el diámetro del rodete o la velocidad del mismo.

3.1.3.4 BOMBAS MULTIETAPA

Bombas con varios rodetes o impulsores conectados en serie.

3.1.3.4.1 Ventajas

• Permiten alcanzar presiones mayores.• Proporcionan la presión con menor velocidad interna del líquido. Menos

desgastes.

Ejemplo de bomba monoetapa de Vogel

Ejemplo de bomba multietapa de Vogel

Page 36: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo30

FLYGT

• Requieren menor diámetro total.

3.1.3.4.2 Desventajas

• Más caras.• Requieren mayor mantenimiento.

3.1.3.4.3 Campo de aplicación

• En bombeos de alta presión.• En bombeos con poco espacio (pozo profundo).• En bombeos donde haya que limitar la velocidad fluido dentro de la bomba.

3.1.3.4.4 Bombas Multietapa con impulsores seguidos

Bombas con sus rodetes conectados en serie orientados en el mismo sentido demodo que la descarga de uno es la aspiración del siguiente.

3.1.3.4.4.1 Ventajas (con respecto a los opuestos)

• Requiere ejes menos largos.• Menos pérdidas de líquido y de presión de una fase a la siguiente.• Más sencillas constructivamente, por tanto más baratas.• Permite módulos acoplables. Más flexibles.

3.1.3.4.4.2 Desventajas (con respecto a los opuestos)

• Los empujes axiales generados por las diferencias de presión entre carasde los impulsores se suman, por tanto sus partes mecánicas, sobretodocojinetes y rodamientos sufren mucho más. Requieren mayormantenimiento o dispositivos especiales para compensar dichos empujes.

• La presión en la junta de la última etapa es la más alta. Mayor caudal defugas, mayor rozamiento y menor rendimiento.

3.1.3.4.4.3 Campo de aplicación

En bombas sencillas o de funcionamiento no muy continuo.

3.1.3.4.5 Bombas Multietapa con impulsores opuestos o alternos

Bombas con sus rodetes conectados en serie de modo que éstos van variando suorientación y su orden de forma que se compensen los empujes y las etapas demás bajas presiones coincidan con los extremos del eje.

Page 37: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

tipos de bomba y campos de aplicación 31

FLYGT

3.1.3.4.5.1 Ventajas (con respecto a seguidos)

• Esfuerzos axiales mucho menores, y por tanto menor desgaste derodamientos y cojinetes y menor mantenimiento.

• Menores esfuerzos requeridos a los anclajes. Bancadas más sencillas.

3.1.3.4.5.2 Desventajas (con respecto a seguidos)

• Ejecución más compleja y por tanto más caras.• Requieren mayor longitud del eje.• Mayores pérdidas de carga internas.

3.1.3.4.5.3 Campo de aplicación

En bombeos de alta presión de responsabilidad y de funcionamiento muycontinuo.

3.1.3.5 BOMBAS CON DIFUSOR DE VOLUTA

Bombas en las que el fluido evacuado por el impulsor se recoge en un caracol ovoluta única. En ésta es donde se transforma la energía en forma de velocidadcedida por impulsor en presión.

3.1.3.5.1 Ventajas

• Más sencilla de ejecución y por tanto más baratas.

3.1.3.5.2 Desventajas

• Difíciles de mecanizar y por tanto con malos acabados interiores.

Esquema y fotografía de una bomba con difusor de voluta

Page 38: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo32

FLYGT

• Peores rendimientos.• Gran tamaño, inviables en pozos estrechos.• Poco adecuadas para conexión en serie.• Presentan fuertes esfuerzos radiales para puntos de servicio distintos al de

diseño. Fatigas en el eje y vida menor de los rodamientos. En este sentidoa veces se construyen volutas partidas o dobles volutas que disminuyendichos esfuerzos.

3.1.3.5.3 Campo de aplicación

Bombas radiales con caudales moderados.

3.1.3.6 BOMBAS CON DIFUSOR DE ÁLABES DIRECTORES

Bombas en las que la canalización del fluido desde el impulsor tiene lugar por unaserie de álabes estáticos situados a su alrededor que hacen las veces de volutamúltiple.

3.1.3.6.1 Ventajas

• No sufren empujes radiales, mayor vida de rodamientos y eje.• Menor tamaño de la voluta, y por tanto de la bomba.• Mayor rendimiento.

3.1.3.6.2 Desventajas

• Más complejas de construir, y por tanto más caras.• No se pueden recortar los rodetes más de un 5-7%. Menor

flexibilidad de uso.• Mayores pérdidas a caudales pequeños.• La curva Caudal-Altura presenta un máximo, y por tanto

tiene zonas de inestabilidad y no pueden trabajar enparalelo.

3.1.3.6.3 Campo de aplicación

• Bombas axiales y semiaxiales paragrandes caudales.

• Bombas multicelulares.

Page 39: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

tipos de impulsores 33

Ca

pít

ulo

4

4 Tipos de impulsoresComo se ha visto hasta ahora, en el impulsor es donde setransforma la energía mecánica cedida por el motor, en energíahidráulica, es decir en un caudal sometido a una presióndeterminada. Por tanto, se puede decir que el impulsor es el almade la bomba, y la pieza de la que dependerán directamenteconceptos como el rendimiento, la fiabilidad y la necesidad demantenimiento de la misma.

Como resumen de las leyes de afinidad hidráulica que seanalizarán más adelante, se puede decir que:

• A mayor diámetro y mayor velocidad del impulsor,mayor es la presión que éste es capaz deproporcionar.

• A mayor anchura del impulsor Distancia entre laplaca base superior e inferior, mayor es el caudalque aporta, y mayor su capacidad para que lossólidos pasen a través de él sin atascarle.

En agua limpia, sin transporte de sólidos, aumentará elrendimiento de un impulsor cuando:

• Este sea cerrado, es decir, los álabes tengan unatapa superior y otra inferior que impidan lasrecirculaciones en el interior del impulsor.

• Cuando mayor sea el número de álabes,reduciéndose de esta manera las recirculacionesentre álabes.

Sin embargo, en aguas sucias, y más aun en aguasresiduales, el evitar atascos, obstrucciones o pérdidasacusadas de rendimiento como consecuencia del enredode sólidos en los impulsores, son aspectos mucho másimportantes que el rendimiento en sí mismo; por este motivo Flygtha desarrollado una serie de impulsores especiales, diseñadosespecíficamente para cada aplicación.

Por tanto, en los impulsores para aguas residuales, el reto de diseñoes alcanzar ese punto intermedio o de compromiso entre losparámetros que aumentan el rendimiento, rodetes multiálabe,cerrados, estrechos, etc. y los parámetros que minimizan laposibilidad de atascos y permiten el paso de los sólidos: rodetesabiertos o semiabiaertos, con el mayor paso de sólidos posible y portanto anchos y con uno o dos álabes.

Page 40: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo34

FLYGT

El diseño del impulsor, dependerá también considerablemente del punto de serviciode la bomba. Por ejemplo, para caudales grandes se requieren impulsores grandes,con mayores anchuras y por tanto con mayor paso de sólidos natural disponible, por loque para grandes caudales se admitirán diseños con mayor numero de álabes y conplacas superiores e inferiores; y como consecuencia con mayores rendimientoshidráulicos. Es en los caudales medianos y pequeños donde se requieren los diseñosmás especializados.

Es en este sentido donde Flygt puede aportarlos 40 años de experiencia bombeandolíquidos conflictivos, así como el considerableesfuerzo de investigación y desarrollo que secifra en la consecución de diseños especialespara el bombeo con aguas residuales, comoel del impulsor N, que logran aunar dosconceptos, en principio antagónicos, talescomo el máximo rendimiento y la mínimaposibilidad de atascos y obstrucciones.

Por tanto, el trabajo con aguas sucias o portantes de sólidos, bien residuales, bienáridos o abrasivos, hace que la correcta elección del impulsor sea uno de lasresponsabilidades más importantes del proyectista o diseñador de una instalación debombeo, ya que de ello dependerá la efectividad, la fiabilidad y la durabilidad de lainstalación.

En la anterior gráfica se muestra como afecta la existencia de sólidos al rendimientode los distintos tipos de impulsores, y lo importante que es este parámetro en el diseñode los mismos.

Impulsor serie N, diseño antiatascos de Flygt

R e n d im ie n to e n a g u a l im p iaR e n d im e n to e n p r u e b a

01 02 03 04 05 06 07 08 0

M o n o c a n a lc e r r a d o

B ic a n a l V o r t e x T o r n i l lo M o n o c a n a la b ie r t o

C o r t a d o r A n t ia t a s c o s

η

Relación del rendimiento de una bomba con el tipo de impulsor y de agua.

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tipos de impulsores 35

FLYGT

A continuación mostraremos los distintos tipos de impulsores disponibles, así como susaplicaciones más adecuadas.

Tipo de Impulsor Multiálabe- cerrado

Principales características ycampo de aplicación

Impulsor de alto rendimiento y poco paso de sólidos,adecuado para aguas sin sólidos y con poca probabilidadde atascos, en bombas pequeñas, y para aguas residualescon un grado de carga ligero para bombas mayores. Muyempleado en bombeos de aguas limpias, aguas deaporte, proceso o riego; y para aguas sucias en bombeosgrandes con protección de sólidos

Tipo de Impulsor Multiálabe- semiabierto

Principales características ycampo de aplicación

Impulsor de rendimiento medio y poco paso de sólidos,adecuado para aguas con abrasivos y con pocaprobabilidad de atascos por fibras o grandes sólidos. Muyempleados en labores de drenaje en obras y evacuaciónde infiltraciones.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo36

FLYGT

Tipo de Impulsor Monocanal o bicanal- cerrado

Principales características ycampo de aplicación

Impulsor de rendimiento medio-alto con gran paso desólidos, adecuado para aguas residuales desbastadas ycon un contenido de sólidos moderado. Muy empleado enpozos de bombeo de residuales con protección de sólidosy en plantas de depuración de aguas.

Tipo de Impulsor Impulsor vortex

Principales características ycampo de aplicación

Impulsor multiálabe abierto de inducción. El impulsor noocupa toda la sección de la voluta, tan sólo la partesuperior de ésta liberando de esta forma un gran paso desólidos y evitando en gran parte que el fluido toque yerosione el impulsor; todo ello a costa del rendimiento. Portanto, son impulsores de bajo rendimiento y gran paso desólidos, adecuados para aguas muy cargadas o cuandose quiera proteger el sólido (p.e. transporte de fruta). Muyempleado en industria y pozos de bombeo sin protección

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tipos de impulsores 37

FLYGT

Tipo de Impulsor Impulsor N autolimpiante

Principales características ycampo de aplicación

Impulsor semiabierto con sistema antiatascos consistenteen una placa base mecanizada en forma de espiral, demodo que expulse los sólidos conflictivos. Impulsor de altorendimiento y alta efectividad con aguas residuales. Muyempleado pozos de bombeo de residuales y en plantas dedepuración de aguas.

Tipo de Impulsor Impulsor triturador.

Principales características ycampo de aplicación

Impulsor multiálabe semiabierto con sistema trituración desólidos consistente en unos álabes cortantes y una placaadecuada a tal fin. Bajo rendimiento y poco paso desólidos. Empleado en sistemas de desagüe presurizados enusos domésticos. Permite la evacuación de fecales porconducciones de pequeña sección hasta la red generalde saneamiento

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo38

FLYGT

Tipo de Impulsor Impulsor cortador.

Principales características ycampo de aplicación

Impulsor biálabe abierto con sistema corte de fibras.Impulsor de bajo rendimiento que corta las fibras largas enpequeños fragmentos bombeables. Empleado en elbombeo de aguas residuales muy cargadas,principalmente purines y fangos agrícolas.

Tipo de Impulsor Impulsor axial o hélice.

Principales características ycampo de aplicación

Impulsor axial con tres o cuatro álabes de alto rendimientopara grandes caudales u pequeñas alturas. Empleadopara aguas limpias o poco cargadas, no obstante Flygtincorpora un diseño especial para estos impulsores basadola curvatura hacia atrás de los álabes y en el mecanizadode un canal de desahogo en el anillo de desgaste, quepermiten minimizan el riesgo de atasco en aplicacionescon aguas sucias. Los principales usos de este impulsor sonel abastecimiento de grandes caudales y la evacuaciónde pluviales e inundaciones.

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tipos de impulsores 39

FLYGT

Además de los distintos tipos de impulsor para los distintos usos posibles, el proyectista odiseñador de la instalación tendrá que prestarle gran atención a la selección delmaterial de los distintos elementos de la bomba, como se detallará en el apartadocorrespondiente; pero sobre todo deberá seleccionar cuidadosamente el material delimpulsor, ya que ésta es la pieza que más en contacto con el fluido a bombear está.

Dentro de los distintos materiales especiales para los distintos usos posibles, los másfrecuentes son los casos de bombeo de agua de mar, y de aguas con alto contenidode partículas abrasivas, como lodos industriales. En el primer caso, se recomienda elempleo de impulsores en acero inoxidable AISI 904, y en el segundo fundición con altocontenido en cromo.

Impulsor en acero inoxidable AISI 904 para aguade mar

Impulsor en fundición al cromo parabombeo de abrasivos.

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el concepto de la bomba sumergible Flygt 41

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5 El concepto de la bombasumergible Flygt

En 1947, Sixten Englesson, ingeniero de Flygt, desarrolla la primerabomba sumergible, la bomba B o “de jaula de loro”. Esta unidad, porlas numerosas ventajas que presentaba frente a los sistemasconvencionales de bombeo, pronto superó todas las previsiones defabricación y ventas. Comenzó siendo una revolución en aplicacionesde achique en obras de construcción y minas, y una década mástarde, lo fue de nuevo en el campo del bombeo de las aguasresiduales con el modelo de bomba C.

El concepto de bomba sumergible desarrollado por Flygt, se

resume en el diseño de un equipo de bombeo integrado queminimice la obra civil necesaria y que facilite el mantenimientoal máximo, reduciéndose de ésta manera los costes totales enla vida del sistema de bombeo, incluyendo los costes deexplotación.

Primera bomba sumergible desarrollada por Flygt en 1947, la“Parrot Cage” o Jaula de loro.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo42

FLYGT

En este sentido, Flygt desarrolla un sistema de acoplamiento automático de lasbombas, basado en unas barras-guía, que permite extraer la bomba e introducirla denuevo sin necesidad de acceder al pozo, y por tanto sin necesidad de vaciarlo.

Desde entonces, el concepto de bomba sumergible se ha impuesto frente a otrassoluciones de bombeo convencionales en numerosos campos de aplicación,principalmente en el bombeo de aguas sucias y residuales, en minería y construcción,en acuicultura, agricultura y alimentación, así como en considerables aplicacionesindustriales.

5.1 Campos de aplicación de las bombas sumergibles

En principio, el campo de aplicación principal de las bombas sumergibles englobatodos aquellos bombeos en que la toma o entrada del agua sea atmosférica, es decirdirectamente desde el pozo, arqueta, canal o balsa desde la que se quiere impulsar, yaque evitará costosas infraestructuras como se detallará en el siguiente apartado; noobstante, dentro de este vasto espectro, a continuación se enumerarán lasaplicaciones en las que es más ventajoso el empleo de las bombas sumergibles.

Además de las tomas atmosféricas, las bombas sumergibles pueden trabajar en secoconectándose a una conducción de entrada mediante una brida, haciendo el mismo

Esquema de montaje de una bomba sumergible

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el concepto de la bomba sumergible Flygt 43

FLYGT

cometido que una bomba convencional o de cámara seca. Estas instalaciones tienenlugar principalmente en zonas potencialmente sumergibles, bien por posiblesinundaciones naturales, bien por posibles fallos del sistema.

Los campos de aplicación más comunes para las bombas sumergibles son lo siguientes:

• Sistemas de transporte y tratamiento de aguas residuales y pluviales:

• Bombeos desde sótanos y garajes hasta la red de saneamiento.• Pequeños pozos de residuales hasta el colector principal.• Grandes pozos de bombeo hasta la entrada de la depuradora o emisarios

submarinos.• Elevación de aguas brutas en EDARs.• Bombeos desde tanques de homogeneización o de tormentas.• Recirculación de fangos activos en EDARs.• Recirculación de fangos digeridos en EDARs.• Bombeo de fangos primarios y secundarios hasta digestores o

almacenamiento.• Bombeos hasta y desde tratamientos terciarios.• Evacuación de pluviales a un emisario submarino en zonas costeras.• Protección contra inundaciones en general.

• Agricultura, acuicultura e industria.

• Tomas de agua de ríos hasta canales.• Trasvase entre canales.• Bombeos de alimentación de balsas de riego.• Alimentación de agua bruta de piscifactorías.• Recirculaciones de oxigenación de piscifactorías.• Bombeo y tratamiento de vertidos ganaderos.• Bombeo y tratamiento de vertidos industriales.• Abastecimiento de agua de proceso industrial.• Industria del ocio: Parques acuáticos y grandes acuarios.

• Construcción y minería.

• Drenajes de filtraciones en obras subterráneas.• Achique bajo nivel freático, o bajo el nivel del mar.• Achique de emergencia en instalaciones sumergidas.• Achique en el avance de una mina.• Evacuación de filtraciones entre galerías de una mina.• Bombeo de fangos y lodos

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estaciones de bombeo44

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el concepto de la bomba sumergible Flygt 45

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El campo de aplicación de una determinada bomba, además de por suscondicionantes de instalación, viene marcado por su punto de servicio, es decir sucapacidad de bombear un caudal determinado a una altura dada. Este aspecto serecoge en las curvas de caudal y altura Q-H, que en el caso de familias de bombas,no son curvas, sino superficies que indican todas las combinaciones de puntos deservicio posibles.

Por tanto, el campo de aplicación de las bombas sumergibles Flygt, como fabricantecon la mayor gama de producción del mercado, se recoge en las siguientes tresgráficas, diferenciando las bombas radiales pequeñas y medianas, las bombasradiales y semiaxiales grandes, y las bombas axiales.

BOMBAS RADIALES MEDIANAS Y PEQUEÑAS

CAMPOS DE APLICACIÓN

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el concepto de la bomba sumergible Flygt 55

FLYGT

BOMBAS RADIALES Y SEMIAXIALES GRANDES

CAMPOS DE APLICACIÓN

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo56

FLYGT

BOMBAS AXIALES

CAMPOS DE APLICACIÓN

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el concepto de la bomba sumergible Flygt 57

FLYGT

5.2 Formas de instalación de las bombas sumergibles:

Las bombas sumergibles admiten numerosas formas de instalación, siendo la máshabitual la instalación semipermanente sobre pedestal fijo y elevable mediante dosbarras guías (P), que combina las mínimas infraestructuras de obra civil requeridas poruna bomba sumergida dentro del mismo pozo de aspiración, con la posibilidad depoder extraerla para mantenimiento o sustitución sin necesidad de vaciarlo, ni deparar el servicio.

Este tipo de instalación es la más adecuada en sistemas fijos, como pozos debombeo de residuales, tratamiento de aguas o procesos agrícolas o industriales.

En el caso de aplicaciones eventuales, como drenajes de obras o achiques deemergencia, las formas de instalación más adecuadas son la portátil o transportable(S) con la evacuación a través de una manguera flexible. Existen otras instalacionesalternativas, mucho menos frecuentes que las anteriores (F, H y G)

Como se vio anteriormente, lasbombas sumergibles tambiénpueden trabajar en seco. En estoscasos las formas de instalaciónposibles son dos: horizontal overtical.

H

S

F

P

G

Z

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo58

FLYGT

Todas las anteriores instalaciones se referían a bombas radiales o centrífugas; en elcaso de las bombas sumergibles axiales, las formas de instalación soncompletamente diferentes ya que el mismo sistema de sujeción de la bomba, ya seade acero o de hormigón, hace de conducto de evacuación del agua bombeada.Para este tipo de bombas, las posibles formas de instalación en función de lascaracterísticas del bombeo, son las siguientes:

Bombeo en tubo de hormigón:el más sencillo y que necesita

menos componentes. Adecuadopara bombeos con nivel del agua

de salida constante.

Bombeo en tubería de acero:consiste en un tubo con aro

superior apoyado en la estructurade hormigón. Bajos costes de obracivil. Adecuado para bombeos connivel de agua de salida constante.

Bombeo entubado con codo:Para sistemas cerrados y nivel

máximo constante.

Bombeo entubado con codo y clapeta:Para sistemas cerrados y nivel máximovariable .La válvula de clapeta impide elretorno del agua cuando la bomba no

funciona

Bombeo entubado con codo y sifón:El sifón impide el retroceso del agua sin necesidad de

ninguna válvula intermedia.

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el concepto de la bomba sumergible Flygt 59

FLYGT

5.3 Ventajas de las instalaciones con bombassumergibles

Las principales ventajas que las bombas sumergibles presentan frente a otrassoluciones convencionales son las siguientes:

1. La bomba sumergible no requiere ninguna estructura adicional al pozo, niforjados ni caseta de bombas, por tanto, disminuye considerablemente los costestotales de la instalación teniendo en cuenta el coste de la obra civil.

2. La bomba sumergible permite mayor número de arranques por hora al estarmejor refrigerada; esto a su vez permite disminuciones del volumen de los pozosde bombeo de hasta un 50% con laconsiguiente disminución de los costesde obra civil.

3. Eliminación del problema de los ruidos yel calor producidos por los motores alencontrarse éstos sumergidos y bajonivel de rasante.

4. Al tratarse de un equipo compacto, norequiere alineación del eje bomba-motor tras su desmontaje, minimizandode esta manera los tiempos demantenimiento.

5. Permite el almacenamiento de bombasde refuerzo en almacén y la sustituciónde éstas sin parar la instalación debombeo, minimizando de esta manera

Bombas de flujo radial: tradicional depozo y sumergida

Bombas de flujo axial: tradicional ysumergida

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo60

FLYGT

los tiempos de parada de las estaciones.

6. No requiere sistemas de refrigeración auxiliares, ya que la bomba trabaja bajo elagua.

7. No requiere de valvulería de corte antes y después de la bomba, para suaislamiento del sistema en operaciones de mantenimiento. Bastaría con unaválvula antirretorno tras la descarga.

8. Instalaciones inmunes a inundaciones. No es necesario diseñar precaucionescontra éstas, ni sistemas de drenaje de emergencia y por tanto la obra civil seabarata.

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descripción general de una bomba 61

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6 Descripción general de una bomba

6.1 Apartado eléctrico. Motor

Vamos a dividir una bomba en tres partes bien diferenciadas:

• Parte eléctrica• Parte hidráulica• Acoplamiento entre ambas

6.1.1 Descripción de un motor eléctrico deinducción

El circuito magnético, tanto en su parte estatórica como en elrotor, esta construido de chapas de acero, troqueladas según loscasos, y apiladas formando un paquete. La carcasa, que sueleser de fundición, sirve de sostén al paquete de chapa queconstituye el núcleo estatórico y sobre ellas se fijan las tapaslaterales de cierre del motor, en las que se encuentran loscojinetes que sujetan el rotor.

El circuito eléctrico rotórico, se fabrica en dos versiones:

• Arrollamiento en cortocircuito (JAULA DE ARDILLA).• Rotor bobinado (ROTOR DE ANILLOS ROZANTES)

El rotor en jaula de ardilla recibe esta denominación por elinducido cuyo arrollamiento lo constituyen un conjunto de barrasde cobre, latón o aluminio, dispuestas sobre la periferia del rotoraxialmente, y unidas en cortocircuito sobre las caras laterales delpaquete rotórico, por dos anillos del mismo metal, formandofísicamente una jaula, de donde recibe el nombre.

En pequeñas potencias,los anillos que ponen encortocircuito losconductores, medianteuna forma adecuada,pueden servir de aletas derefrigeración. Paragrandes potencias sinembargo, aunque estetipo de construcción siguesiendo válido, las jaulas se

Rotor en jaula de ardilla con aletas de refrigeración en losanillos de cortocircuito

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo62

FLYGT

construyen más sofisticadas, dando origen a los llamados: “motores dedoble jaula” o de “ranura profunda” cuya finalidad es obtener en estasmáquinas, condiciones de arranque adecuadas para las potencias en quese mueven.

La velocidad del motor en sincronía con la red (velocidad síncrona) es función dela frecuencia de la red y del número de polos del motor:

polos de nºfrecuencia*120=n (en rpm)

El arrollamiento del estator puede tener diversas bobinas o grupos de bobinasintroducidas en varias ranuras. La disposición de estas bobinas está directamenteligada con el número de polos del motor. El número de polos es siempre unnúmero par. Un par de polos está formado por un polo norte y un polo sur.

Así pues, el número de polos nos indica en un momento la velocidad de unmotor determinado.

Barras rotóricas

Anillo de cortocircuito

Entrehierro

L1

L2

L3

Sección de un motor de 4 polos Onda de corriente de un motorde 4 polos

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descripción general de una bomba 63

FLYGT

Pero en un motor de inducción, la carga a vencer por el motor, es decir el par resistente,nos crea un desfase entre el campo inductor y el campo inducido, parámetro quedenominamos “deslizamiento”.

El deslizamiento es función del par resistente. Cuanto mayor es la carga, mayor es eldeslizamiento, y como consecuencia menor es la velocidad. En cambio, un motorgirando sin carga tiene una velocidad prácticamente de sincronía.

Lógicamente, la velocidad de un motor suele ser un indicativo aproximado de sulongevidad, es decir, parece claro que cuanto más lento sea un motor menos sufrirá,aunque conviene tener en cuenta que el rendimiento desciende cuando el número depolos es alto.

6.1.2 Esquema del bobinado de un estator

Para poder definir la situación exacta de las bobinas el estator se recurre al denominadodiagrama del bobinado. Este diagrama explica el recorrido de los hilos de cobre a travésdel núcleo ferromagnético, así como su conexión a los seis bornes de la placa U1, W1, V1y U2, W2, V2.

Además del propio diagrama, es necesario conocer los siguientes datos:

• Número de ranuras del núcleo• Número de hilos por ranura• Paso de la distribución de las bobinas respecto a las ranuras• Número de vueltas• Dimensiones de los hilos de cobre• Número de circuitos eléctricos por fase

Diagrama explicativo del bobinado de un estator

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo64

FLYGT

Otro dato interesante a la hora de comprobar si el bobinado está correctamenteconstruido, es la resistencia de las bobinas.

En el caso de un motor trifásico, si la resistencia de una de las bobinas correspondientesa las tres fases tuviese un valor superior a las otras dos, el motor estaría desequilibrado,observándose un consumo dispar entre las fases si la diferencia en el valor de laresistencia fuese mayor de un 10%, aproximadamente.

Si la diferencia fuese de un 5% o 6%, la reactancia sería muy alta pero el consumoapenas variaría.

Si el motor estuviese conectado en triángulo y una de las fases se encontrasedesequilibrada respecto a las demás, podría aparecer un sobrecalentamientoproducido por el efecto del tercer armónico.

6.1.3 Aislamiento de un motor

El estator tiene que estar totalmente aislado del entorno para su correctofuncionamiento. Cualquier derivación a tierra hará que no se produzca esa fuerzaelectromotriz inducida que hace que el rotor se mueva.

Para aislar el estator se recurre a una impregnación del mismo en un tipo especial debarniz o, según la calidad del aislamiento que se busque, en una resina de poliéster. Esteimpregnado y su posterior secado pueden realizarse de tres formas diferentes:

• Extendido con brocha y secado con corriente• Extendido con brocha y secado en horno• Inmersión en baño y secado en horno• Inmersión en baño y posterior secado por vacío• Impregnación paso a paso lentamente (Trickle)

El secado por vacío ha sido hasta la fecha el método de mejor calidad y fiabilidad enmotores para servicio continuo. Pero en los últimos años, la impregnación paso a paso(Trickle) ha obtenido mejores resultados. Se trata de ir impregnando lentamente duranteun largo tiempo en todos los puntos, mientras se va girando el estator lentamente.

Bobinados de motor

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descripción general de una bomba 65

FLYGT

La normativa IEC 34.1 (International Electrical Comission) establece una serie de clasestérmicas de aislamiento que tienen fundamentalmente la misión de definir:

• La temperatura máxima del motor (de su aislamiento)• El aumento máximo de temperatura que puede tener puntualmente el motor

Estas clases vienen denominadas por una letra concreta, clase A, E, B, F, y H. Sonaplicables tanto al hilo de cobre como al barniz o resina. Puede ocurrir que en un mismomotor, el hilo tenga una clase diferente a la del barniz, y suele ser normal que ésta seauna clase térmica superior a la del aislamiento de ese motor en particular. Por ejemplo,un hilo clase H utilizado en un motor clase F.

CLASE Incremento detemperatura (C) permitido

por las bobinas

Temperatura límite (C)

A 60 105E 75 120B 80 130F 105 155H 125 180

El aumento de temperatura de las bobinas se determina por el método de resistencia,midiendo el aumento de la resistencia con la temperatura. El aumento de temperaturase calcula por la siguiente fórmula:

( ) aa TTTRRRTT −++

−=− 11

1

122 235

Donde:

T2 = Temperatura en ºC de la bobina al final de la prueba

T1 = Temperatura en ºC de la bobina en el momento de la medición de resistencia inicial.

Ta = Temperatura en ºC del refrigerante al final de la prueba

R2 = Resistenacia en Ω de la bobina al final de la prueba

R1 = Resistencia en Ω de la bobina a la temperatura T1

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo66

FLYGT

En el caso de operación continua, con oscilaciones de tensión de +/-5% o con latemperatura del refrigerante siempre a menos de 30ºC, el aumento de temperaturapermitido puede aumentarse en 10ºC.

Según esto, existen dos clases de aislamiento que se utilizan normalmente en motores deinducción aplicados a bombas. Estas son aislamiento clase F y clase H. En la figurasuperior se explican cada una de estas clases. Básicamente, la clase F ha sido la másusual en los últimos años, aunque empieza a aparecer la clase H para alargar la vida útildel motor.

En cambio, en el hilo de cobre se viene utilizando en los últimos años la clase C (hasta230ºC), aunque el motor sea clase H (hasta 180ºC).

6.1.4 Tipos de servicio

Respecto al tipo de servicio, la normativa IEC 34-1 define diferentes tipos de servicio paralos cuales se diseñan las máquinas eléctricas:

• S1- Servicio continuo a carga constante de duración suficiente para alcanzar elequilibrio térmico.

• S2 - Servicio a carga constante durante un corto periodo de tiempo menor queel requerido para alcanzar el equilibrio térmico. Los tiempos normales son 10, 30,60 o 90 minutos.

• S3 - Servicio periódico intermitente que define una secuencia de ciclos idénticos,cada uno de los cuales incluye una fase de operación a carga constante y otrafase de un periodo de desenergización. La duración de los ciclos va en funciónde un porcentaje que puede ser 15, 25, 40, o 60%.

• S6 - Servicio periódico de operación continua. Una secuencia de ciclosidénticos, cada uno de los cuales incluye una fase de operación continua y otrafase de un periodo de operación en vacío (sin carga). Los factores de carga sonlos mismos porcentajes que en el caso del tipo S3 .

Clase F

Ambiente: max 40°C

Aumentode temperatura: 105°C

Margen “Hot spot”: 10°C155°C

Aumento deTemperatura: 125°C

Margen“Hot spot”: 15°C

Clase H

180°C

Ambiente: max 40°C

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descripción general de una bomba 67

FLYGT

6.1.5 Grados de protección ambiental

Un parámetro interesante en todos los equipos que sean objeto de una instalación es elgrado de protección ambiental que se requiera para cada caso. Las normas DIN 40050 yel BS 5490, y posteriormente nuestra norma UNE 20324, definen el grado de protecciónde los envolventes de material eléctrico de baja tensión. La denominación de gradoempieza por las letras IP. A continuación, siguen dos o tres letras, según las normas quesean, para definir:

• Primera cifra: Protección contra cuerpos sólidos.• Segunda cifra: Protección contra líquidos• Tercera cifra: Protección mecánica

La tabla que se muestra a continuación recoge todas las posibles denominaciones IP delos grados de protección.

Protección contrasólidos

Protección contralíquidos

Protección mecánica

IP Tests IP Tests IP Tests0 Sin protección 0 Sin protección 0 Sin protección

1 Protegido contra cuerpossólidos superiores a 50 mm.(Ej. Contactos involuntariosde una mano)

1 Protegido contra las caídasverticales de gotas deagua (condensación)

1 Energía de choque: 0,225julios

2 Protegido contra cuerpossólidos superiores a 12 mm.(Ej. Dedos de una mano)

2 Protegido contra las caídasde agua hasta 15 de lavertical

2 Energía de choque: 0,375julios

3 Protegido contra cuerpossólidos superiores a 2,5 mm.(ej. Herramientas, cables)

3 Protegido contra el aguade lluvia hasta 60 de lavertical

3 Energía de choque: 0,5julios

4 Protegido contra cuerpossólidos superiores a 1 mm.(ej. Herramientas finas,pequeños cables)

4 Protegido contraproyecciones de agua entodas las direcciones

5 Protegido contra el polvo(sin sedimentosperjudiciales)

5 Protegido contra ellanzamiento de agua entodas direcciones.

5 Energía de choque: 2 julios.

6 Protegido totalmentecontra el polvo 6 Protegido contra el

lanzamiento de aguasimilar a los golpes de mar

7 Protegido contra lainmersión entre un mínimode 15 cm. (parte alta) y unmáximo de 1 metro (partebaja)

7 Energía de choque: 6 julios

8 Protegido contra losefectos prolongados de lainmersión bajo presión

Page 73: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo68

FLYGT

Normalmente y de forma cotidiana, se suelen usar básicamente las dos primeras cifras,de tal forma que un motor comercial para trabajo en exterior puede tener como mínimoun IP 55 (protegido contra el polvo y contra lanzamiento de agua en todas direcciones).En cambio, para una bomba de tipo sumergible la protección será IP 68 (protegidatotalmente contra polvo y contra la inmersión bajo presión.)

6.1.6 Conexionado de una motor asíncrono

La conexión eléctrica de un motor con el elemento suministrador de potencia se realizamediante la placa de bornes.

La conexión interior de las bobinas a la parte inferior de la placa de bornes viene a serde la forma siguiente:

Conexión de bornes en triángulo Conexión de bornes en estrella

U1 V1 W1

W2 U2 V2

Conexión del cable de fuerza

Conexión del bobinado del estator

La conexión exterior delmotor en su placa de bornespuede realizarse de dosformas, en estrella o entriángulo. En una placaestándar, hay seis bornes endos filas de tres, siendo unafila para hacer la estrella

R S T

U1 V1 W1

W2 U2 V2

Conexión de bornes en estrella

R S T

U1 V1 W1

W2 U2 V2

Page 74: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

descripción general de una bomba 69

FLYGT

En estrella, la tensión entre fase y neutro es 3 veces menor que la tensión de línea (porejemplo 380 voltios es la tensión de línea entre fases y 220 es la tensión entre fase yneutro).

Si el motor está conectado en estrella y las bobinas de las tres fases tienen la mismaresistencia, la corriente por el neutro será nula, al ser esta corriente la suma de las tres.Entonces, podemos quitar el neutro.

Si las bobinas del motor son conectadas en triángulo, no existe neutro y la tensión delínea y la de fase son idénticas.

Los motores comerciales suelen ser bitensión. Solo en el caso de motores de grandespotencias tienen definida una única tensión. Los motores bitensión pueden conectarsede dos formas, una para cada tensión:

230/400. Si se conecta en estrella sería 400 voltios y en triángulo 230.

400/690. Si se conecta en estrella sería a 690 y en triángulo a 400.

L1

L2

L3

NL1+L2+L3=038

0 V

380

V

220

V22

0 V

L1

L2

L3

380

V38

0 V

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo70

FLYGT

Para mantener la misma potencia de motor, la tensión para la conexión en estrella otriángulo está en función de la diferencia en la intensidad consumida. La conexión enestrella proporciona a las bobinas la tensión de fase, mientras que la conexión triánguloproporciona la tensión de línea. Por ello, si la tensión de línea es 400 V y conectamos labomba en estrella, cada bobina recibirá una tensión de 230 V. Mientras si la conectamosen triángulo, la tensión que recibirá cada bobina será 400 V.

El consumo en cada bobina en conexión estrella será la intensidad de fase que es 3veces menor que la intensidad de línea. Pero si conectamos en triángulo, la intensidadde fase es la misma intensidad de línea. La fórmula de la potencia para una red trifásicaes:

P = 3 UL IL cos ϕ = 3 UL 3 IF cos ϕ = 3 UL IF cos ϕ

Si la tensión de línea es UL = 400V, mediante la conexión estrella conseguimos que a

cada bobina le lleguen 230 V, y el consumo será IL = 3 IF.

6.1.7 Selección correcta de un motor

Los datos de la placa de un motor nos indican los valores óptimos del mismo. Pero esextraño que un motor se use exactamente para esos valores. Cuando un motor eléctricose sobrecarga, el motor continuará trabajando al mismo tiempo que demanda unacorriente mayor. Una corriente mucho mayor que la nominal provocasobrecalentamientos, reduciendo significativamente la vida del motor.

Cuando un motor trabaja con una carga mucho menor que la potencia nominal, seproduce muy poco desgaste, pero el rendimiento es pobre con un factor de potenciaridículo. El motor es caro para su uso.

La solución más efectiva es siempre tener un motor de una potencia lo más parecido ala nominal. De todas formas, se pueden admitir ciertas desviaciones sin que afecten a lavida o al funcionamiento del motor. La tensión de suministro puede variar en ± 5% de lanominal. En los casos de una tensión muy baja, se permite un aumento de temperaturaen el bobinado de 10ºC comparado con la temperatura normal de funcionamiento.Una sobrecarga del 8% puede ser fácilmente soportada sin repercusiones importantes, yun consumo en exceso del 15% es aceptable.

6.1.8 Problemas en un motor de inducción

En cuanto a los problemas que nos podemos encontrar en un motor son básicamentedos:

• Quemado de bobinados de estatores

Page 76: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

descripción general de una bomba 71

FLYGT

• Desprendimiento de los anillos de cortocircuito

Respecto al quemado de bobinados, las razones pueden ser bien por fallos de corriente,o bien por fallos de tensión.

Las altas intensidades por encima de la nominal producen aumentos de temperatura enel bobinado. Esta temperatura no causa normalmente un fallo inmediato. En su lugar, seva destruyendo lentamente el aislamiento hasta que falle pasado un largo tiempo.

La foto que se muestra es una estator que ha tenido sobrecorriente en las tres fases. Espues un fallo simétrico en las tres fases, y se reconoce porque las bobinas de las tres fasesestán igualmente quemadas (color negro o marrón oscuro), y los mismos cambios decolor se encuentran en los extremos superior e inferior de las bobinas.

Este tipo de fallo es causado normalmente por una sobrecarga del motor, que puedeser el resultado de:

• Tensión baja• Impulsor bloqueado• Refrigeración escasa o nula (sistema bloqueado)• Fricción excesiva en rodamientos, casquillos, o impulsor• Densidad del líquido de bombeo demasiado alta.• Temperatura del líquido de bombeo demasiado alta

Otro tipo de fallo es el fallo por corriente asimétrica. Las bobinas de una o dos fases delmotor resultan quemadas. El fallo puede ocurrir cuando una de las fases de la red desuministro se desconecta, por ejemplo, un fusible que se funde. El motor continúatrabajando con mayor consumo en las otras dos fases.

Puede ocurrir que el motor soporte sin problemas un alto porcentaje de la intensidadnominal del mismo, especialmente porque la potencia nominal del mismo es alta encomparación con el consumo de trabajo, teniendo en cuenta también que los motoresse suelen diseñar con un factor de servicio de 1,1 veces la intensidad nominal (un 10%más). En estos casos, si se va una sola fase, puede pasar que el motor no se queme, y

Quemado de bobinados debido a una sobrecorriente

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo72

FLYGT

hagan falta dos fases para producir el fallo. Este fallo solo ocurre durante elfuncionamiento de la bomba, pues un motor parado no es posible arrancarlo en dosfases al carecer de par de arranque suficiente.Las fotos muestran este fallo asimétrico. Una o dos fases están quemadas mostrando uncolor más oscuro. La apariencia es también diferente si el motor está conectado enestrella o en triángulo.

Si el motor está conectado en estrella, las bobinas están conectadas a una faserelevante y al neutro. Esto significa que dos fases continuaran trabajando cuando latercera falte. Estas dos fases restantes trabajaran con altas corrientes haciendo que labomba funciones como si estuvieran las tres fases activas. La temperatura en esas dosfases aumenta y se corre el riesgo de quemarse.

En el caso de estar conectado en triángulo, cada bobina está conectada a dos fases ycada fase está conectada a dos bobinas. Esto significa que solo una fase continúa sutrabajo con un aumento considerable de corriente. En este caso se sobrecalienta solouna bobina.

Los dos casos vistos se muestran en esquema y en fotografía, con la suposición de queun fusible se ha fundido.

F

F

Quemada

Quemada

Color original

Bobinado conectado en estrella. Dos fases quemadas y la otra mantiene e

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descripción general de una bomba 73

FLYGT

Y en triángulo,

Los fallos achacables a la tensión pueden ser causados por:

• Sobretensión que produzca un cortocircuito• Baja calidad de material aislante. El aislamiento puede disminuir si el motor se

sobrecalienta o se sumerge en agua.• Fallo en la fabricación o en el rebobinado del estator.

Todos estos casos pueden producir cortocircuitos en una bobina o entre las chapasmagnéticas del núcleo. El núcleo ferromagnético puede quedar dañado también poresta causa. Es importante revisarlo para detectar un posible cortocircuito antes derebobinarlo.

F

F

Color original

Quemada

Color original

Bobinado conectado en triángulo. Una fase quemada y las otrasdos mantienen el color original

Page 79: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo74

FLYGT

Respecto al desprendimiento de los anillos de cortocircuito, un número excesivo dearranques consecutivos del motor puede fatigar por tensiones térmicas la unión entre lasbarras rotóricas y los anillos de cortocircuito. Las barras de cobre suelen ir soldadas a losanillos de cortocircuito, mientras que las barras de aluminio suelen ir fundidas con estos.Las soldaduras de las barras de cobre son normalmente más sensibles a la fatiga que launión de las de aluminio. Por ello, el número de arranques permitidos a la hora en unmotor con rotor de barras de cobre soldadas es inferior al mismo motor con rotor debarras de aluminio fundidas. Para el rotor con barras de cobre, el número de arranquespor hora suele estar en torno a los 6, mientras que para el rotor de barras de aluminiofundidas suele estar entre 12 y 15.Si las tensiones térmicas son considerables, se puede apreciar un tono azul o violeta en lasuperficie cercana a la grieta.

6.1.9 Parámetros característicos de un motor

Respecto al funcionamiento del motor,hablemos de dos parámetros importantescuyas gráficas definen perfectamente elcomportamiento del mismo durante lafase del arranque. Vamos a hablar dePAR MOTOR e INTENSIDAD DE MOTOR.

Par motor

NmPar máximo

rpm

Vsíncrona

Par de arranque

Par a plena carga

1500

Otra causa que puede originartensiones térmicas en estazona es la sobrecarga delmotor que puede producir unincremento del deslizamiento.Una rampa de arranqueexcesivamente larga en unarrancador estático, puedeproducir también estefenómeno.

Bobinado dañado por un cortocircuito

Page 80: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

descripción general de una bomba 75

FLYGT

En el momento del arranque, el par motor tiene un valor determinado, y sigue la curvapasando por un valor máximo hasta llegar a la velocidad de sincronía (1500), dondeempieza a aumentar el deslizamiento a razón de la carga volviendo atrás, hasta llegar alpunto de trabajo (plena carga).

La intensidad sigue su proceso de variacióna medida que transcurre el proceso delarranque. En el instante inicial, el motorrequiere una corriente superior varias vecesla corriente nominal. El tiempo de arranqueno debe ser excesivo para no tener unacorriente alta mucho tiempo y así producirsobrecalentamientos que reduzcansignificativamente la vida del motor.

6.1.10 Refrigeración de motores eléctricos

Con todo lo anteriormente expuesto, nos quedaría ver la forma que existe paramantener que la temperatura del motor sea la adecuada para su aislamiento, es decir,la refrigeración.

Según el tipo de motor, la aplicación y la solicitación el mismo, la refrigeración puede serde diferentes tipos. Para motores comerciales, la típica refrigeración por aletas fijas en lacarcasa exterior al mismo tiempo que un ventilador interior que gira solidario al eje-rotor,permite un incremento de temperatura aceptable según norma, para aplicaciones debombas a una temperatura ambiente normal. Para aplicaciones especiales en las queel motor se encuentre en un recinto cerrado a una temperatura muy alta, se puederecurrir a un sistema de refrigeración forzada exterior. Este sistema exterior tambiénpuede venir montado de fábrica con el motor de serie, que es el caso de algunosmotores de corriente continua.

Bomba Sumergible de 2,4 kw con aletasexteriores de refrigeración

A partir de esa potencia, se utiliza una refrigeración por camisa exterior, sirviendo lacarcasa del estator como superficie intercambiadora de calor.

I

Inominal

rpmVnominal

Iarranque

En las bombas sumergibles,podemos encontrar tambiéndiversos sistemas derefrigeración. Hasta una cierta potencia,(entre 10 y 13 Kw) las bombassumergibles suelen irrefrigeradas por aletasexteriores, ya que los motoresmás pequeños suelen estarmás sobredimensionados

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo76

FLYGT

El sistema puede ser de dos tipos. Uno de ellos utiliza el mismo líquido bombeado pararefrigerar el motor en circuito abierto (sistema integrado), como es el caso de la figura :

Sistema de refrigeración mediante el mismo agua bombeada en circuito abierto

Este tipo de refrigeración tiene una limitación en velocidad baja puesto que hay queconsiderar la obtención del caudal mínimo de refrigeración. Por otro lado, cuando setrate de agua residual, existe otro condicionante de velocidad baja para evitarsedimentaciones. Según estas dos condiciones, es aconsejable no bajar la frecuenciadel motor de entre 20 y 25 Hz según el modelo.

Sistema de refrigeración mediante fluido refrigerante en circuito cerrado

El otro tipo de refrigeración por camisa es utilizando un circuito cerrado con un líquidoespecial, como el que se muestra en la figura anterior. Este líquido puede ser agua conalgún aditivo anticongelante y anticorrosivo (como el glicol monopropileno) en

Tubo de cobrepara la

evacuación deaire de lacámara de

refigeración.

Los canalessuperiores del

impulsorbombean partedel caudal hacia

la camisa derefrigeración

para reducir latemperatura del

motor

DifusorCamisa interna Alojam iento junta

El refrigerante fluye por uncircuíto interno gracias a unahélice que gira a la velocidaddel eje, y que va solidaria al

cartucho de juntas.La zona más crítica es el

alojamiento de la junta, dondese ha puesto un difusor.

Además se ha instalado unacamisa interna con lo cual se

hacreado un hueco muypequeño entre la misma y elalojamiento del estator. Este

hueco asegura un caudalturbulento a una velocidad alta,

constante, que realiza unamejor evacuación del calor

Page 82: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

descripción general de una bomba 77

FLYGT

disolución al 30%. En este caso este mismo líquido puede ser utilizado incluso pararefrigerar las juntas mecánicas, en lugar del aceite convencional.

Si comparamos los diferentes sistemas de refrigeración que existen para motores enbombas, veremos que este último tiene unas buenas características y tiende a ser unasolución más usual en el futuro debido a su escaso consumo. El resultado de lacomparación puede verse en la gráfica adjunta. Se utiliza como base una bomba de 15Kw y se comparan la potencia requerida y las pérdidas del sistema.

Comparación de los consumos energéticos de los distintos tipos de refrigeración

El consumo de potencia del sistema integrado (líquido bombeado circulando dentro deuna camisa) es el necesario para crear una corriente de líquido a través de la camisa.

En el sistema interno el líquido es conducido por una bomba de hélice. La potenciarequerida es muy baja al no haber una altura de elevación en el sistema. El sistemainterno con aceite es aún más eficiente que el sistema integrado, pero el aceite tienemenor conductividad térmica que el agua, lo que necesita un sistema de tamañomayor. El aceite tiene mayor viscosidad que el agua, y esto aumentará la demanda depotencia del sistema.

Por último, se puede usar una refrigeración externa con una bomba auxiliar en casosextremos. El líquido refrigerante tendrá que entrar en la camisa por un lado y salir porotro, usando como posible sujeción de las mangueras flexibles el propio cable de fuerzadel motor. Para este sistema es esencial que la camisa no tenga fugas al medio a travésde la voluta. Este sistema tiene especial aplicación en los casos de bombeo de agua aaltas temperaturas (usos industriales) en los que la capacidad de refrigeración de lamisma es muy limitada.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

Inte

grad

o

Inte

rno

con

agua

Inte

rno

con

acei

te

Alet

as c

onve

ntila

dor

Alet

as a

gua

Agua

sin

alet

as

Potencia requerida

Pérdidas

?

La barra amarilla muestra elconsumo de potencia, esdecir, el coste de la energíausada.

La barra roja muestra lapotencia requerida para unsistema específico.

La diferencia será elrendimiento del sistema.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo78

FLYGT

Actualmente, Flygt ha desarrollado los tres sistemas para poder aportar la solución másadecuada a cada caso de bombeo.

6.1.11 Cables eléctricos

Los cables eléctricos utilizados en los motores pueden ser de diversos tipos atendiendo adiferentes factores. Por ejemplo, el cable para una bomba sumergible tiene unascaracterísticas determinadas que, para instalaciones convencionales no son necesarias,como son la sumergibilidad (baja absorción de agua), la flexibilidad (alta resistenciamecánica), y la resistencia a la presión en la zona de la entrada de cable a la bomba.

i t t i

Manguera flexible

Codo

Racor roscado

Tapones para evitar salida del agua derefrigeración hacia la voluta de la

bomba

Sistema de refrigeración con líquido axial

Para calcular la sección de cablede los conductores debemos teneren cuenta que la caída de tensiónno supere la reglamentaria y que elcalentamiento de los conductoresno sea excesivo. Despues delcálculo, se ajustará la secciónobtenida a la superior que existacomercialmente. Esta seccióncomercial se comprobará que laintensidad máxima que atraviesa elconductor no supere al valormáximo reflejado en el ReglamentoElectrotécnico de baja tensión

Cable tipo de las bombas Flygt

Page 84: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

descripción general de una bomba 79

FLYGT

En motores monofásicos, la sección se calcula por la fórmula siguiente:

ulI

uUlPmms

χϕ

χcos22)( 2 ==

Donde: l = Longitud del conductorP = Potencia absorbida de la redI = Intensidad absorbida de la redu = Caida de tensión admisible en la redU = Tensión de la redχ = Conductividad del material conductor, cuyo valor es:

56 siemens m / mm2 para el cobre35 siemens m / mm2 para el aluminio

Y para motores trifásicos,

ulI

uUlPmms

χϕ

χcos3)( 2 ==

En motores de pequeño y mediano tamaño, se puede calcular de forma rápida un valoraproximado de sección si consideramos una media de 5 A/mm2.

En cuanto al Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión, se especifica en el capítulo dereceptores (motores) que el cable debe estar dimensionado para admitir un 25% más dela tensión nominal.

Para las bombas sumergibles, la denominación comercial del cable que se debe utilizarvaría dependiendo del fabricante, existiendo una especificación más o menos uniformeque describimos a continuación:

• Capa exterior de goma de cloropreno (CR)• Aislamiento del conductor por goma etileno-propileno (EP)• Conductores de cobre• Tensión máxima para Europa 750 V (IEC 364-5-523)

Flygt ha incorporado también a su producción cables para aplicaciones especiales,tales como:

• Alta resistencia química y alta temperatura. La capa exterior y el aislamiento delconductor suele ser de goma de fluoretileno-propileno, siendo la máximatemperatura que resista el conductor de 150ºC.

Page 85: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo80

FLYGT

• Muy alta temperatura. En este caso se utiliza un revestimiento de silicona para lacapa exterior y el aislamiento. La temperatura máxima admisible para el conductorsería de 180ºC, y la temperatura ambiente máxima exterior sería de 145ºC.

• Alta tensión. Se pueden encontrar cables para bombas sumergibles de hasta 6KV.

Respecto a los tamaños de cable, existen diversas combinaciones de cables de fuerzay/o control, según el tipo de aplicación. Los cables de fuerza solamente pueden ser de 3o 4 conductores. Los cables de control solamente pueden tener desde 2 hasta 24 hilos.Y, por último, los cables de fuerza y control suelen llevar 2 hilos de control además de losde fuerza.

La denominación de los cables es como sigue:

3 x S Tres hilos de fuerza de la sección S cada conductor

4 G S Tres hilos de fuerza y un cuarto hilo para tierra(Ground)

7 x S Siete hilos de control de la sección S cada hilo. Lasección de los hilos de control suele ser de 1,5 mm2

4 G S + 2 x S’ Tres conductores de fuerza y tierra de la sección S másdos hilos de control de la sección S’

Para aplicaciones antideflagrantes, el reglamento de baja tensión no especificaclaramente si el cable debe de llevar armadura, y ni siquiera especifica la característicasde como debe ser el cable. Por otro lado, no existe en España un modelo decertificación oficial de cable antideflagrante.

El uso de la electrónica de potencia en las instalaciones de bombeo ha impuesto el usode cables apantallados en los que la malla exterior del conductor puede ser utilizada

1. Fuerza2. Tierra3. Control

Sección tipo cable sumergible Flygt

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descripción general de una bomba 81

FLYGT

como pantalla o como tierra, si se conectan uno o ambos extremos a tierra,respectivamente.

6.2 Apartado hidráulico. Bomba

6.2.1 Descripción del conjunto hidráulico

En este apartado se tratará de la parte en la que una energía cinética procedente delmotor cuya potencia se expresa en un par motor a una determinada velocidad, setransforma en una energía de presión cuya potencia se expresa en la entrega de uncaudal a una altura determinada.

En una bomba centrífuga, dicha transformación de energía se consigue mediante unelemento denominado impulsor solidario al eje de transmisión de par, y una voluta pararecoger redirigir el caudal hacia una salida.

Sección de rodete y voluta Rodete o impulsor

En una bomba centrífuga de flujo axial, la recogida del caudal y su posteriordireccionamiento es el propio tubo en el que se encuentra instalado el impulsor, que eneste caso es una hélice.

Carcasa de bomba axial Impulsor axial o hélice

Page 87: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo82

FLYGT

Para las bombas de flujo axial, se suele utilizar un anillo fijo al interior del tubo. Ladistancia entre la punta del impulsor y el anillo debe ser comprobada frecuentementepara causar menos pérdidas.

Igualmente, el rendimiento de las bombas de flujo radial se ve reducido notablemente siel hueco entre los dos anillos es excesivo.

6.2.2 Características de los impulsores

El rendimiento es mayor en un impulsor de canal cerrado que en uno abierto, y ademáseste rendimiento aumenta con el número de canales.

Por otro lado, el NPSH requerido aumenta normalmente si aumenta el caudal, perotambién, el NPSH se reduce con el aumento del número de canales en el impulsor, aconsecuencia de modificar el parámetro básico de diseño de la bomba, la velocidadespecífica de succión.

Para evitar lo más posible las llamadaspérdidas por cortocircuito en el interiorde la voluta, se dispone de los llamadosanillos de desgaste, que pueden llegar aser de dos tipos, fijos y giratorios. En lasbombas de flujo radial, se puedeencontrar un anillo fijo a la voluta quepuede ser de goma de nitrilo, bronce, ode un material que se desgaste enmayor grado que el impulsor y así hacerde elemento fungible. Y para proteger elimpulsor, se puede montar también unanillo giratorio solidario al impulsor paraevitar que se desgaste también elimpulsor.

Anillo de desgaste insertado en una bomba axial

Anillo de desgaste de bomba axial

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descripción general de una bomba 83

FLYGT

Esta velocidad específica de succión es un número que es función de las revolucionesde la bomba, del caudal, y la inversa del NPSH.

Para explicar este parámetro, empecemos antes a definir el número específico derevoluciones, que nace de las propias leyes de semejanza en las que:

3

2

1

2

1

2

1

==DD

NN

QQ

2

2

1

2

2

1

2

1

=

=

DD

NN

HH

5

2

1

3

2

1

2

1

=

=

DD

NN

PP

Si despejamos en primer lugar D1/D2, y sustituyendo el resultado en la expresión de P1/P2,obtendremos una expresión:

45

221

2245

121

11

−−

= HPnHPn

De esta ecuación tenemos que el producto 45

21 −

HPn es idéntico para todas las

bombas geométricamente semejantes, con lo que definiremos un parámetro ns que sellamará número específico de revoluciones o velocidad específica, el cual definirá untipo de hidráulica:

HQHnHPnns ==

−45

21

Como la potencia es igual al producto: P = Q*H, entonces:

43

21

*

H

Qnns =

Y entonces, la velocidad específica de succión será:

43

21

*

NPSH

QnS =

Donde: S = Velocidad específica de succión o número específico de revoluciones

Page 89: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo84

FLYGT

N = Velocidad de la bomba en rpm

Q = Caudal de la bomba en el punto de mejor rendimiento

La velocidad específica no es un parámetro adimensional, y por lo tanto ns será distintosegún el sistema de unidades que utilizado. Expresando n en rpm, P en CV, y H en m.c.a.,el número específico de revoluciones varía entre 35 y 1.800 aproximadamente, y lavelocidad específica de succión está en una valor entorno a los 9000.

Bomba de cámara partida y doble succión

Del mismo modo, si aumentamos el número de canales reducimos la fuerza radialdinámica (Rotating force) sobre el eje, Esto resulta en una disminución del momentoflector sobre el eje, y desde un punto de vista de fatiga, garantiza una longevidadmayor. Con un número mayor de canales, conseguimos también hacer que la curva Q-H se vuelva más plana (menos inclinada) resultando interesante para bombas de grancaudal, obtener un mayor alcance en caudal sacrificando algo de altura, para lamisma potencia hidráulica.

Impulsor policanal

En el diseño de un impulsor de canal cerrado se deben considerar todos estos factores ysopesarlos, con el fin de obtener un resultado satisfactorio. Por ejemplo, los impulsoresmás pequeños suelen ser monocanales para garantizar un paso de sólidos lo másgrande posible, siendo el resto de factores menos determinantes puesto que las bombaspequeñas suelen estar muy sobredimensionadas mecánicamente. En cambio, en losimpulsores grandes se busca un equilibrio entre los diversos factores que afectan.

En las bombas de cámara partida ydoble succión, el NPSH se reduce porel hecho de que manteniendo elmismo tipo de hidráulica, semantiene la velocidad específica desucción, y si dividimos por dos elcaudal de entrada (impulsor doble),el NPSH se reducirá según la fórmulavista.

Un mayor número de canales en el impulsorreduce el número de pulsaciones en sumovimiento de rotación respecto de lavoluta. Por el contrario, el paso de sólidos seve disminuido si el número de canalesaumenta, y al mismo tiempo, el riesgo deatascos aumenta con el número decanales

Page 90: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

descripción general de una bomba 85

FLYGT

6.3 Apartado mecánico. Acoplamiento

Nos referimos al acoplamiento de la parte eléctrica (motor) con la parte hidráulica(bomba) que consiste en los apoyos del o de los ejes (cojinetes o rodamientos) y elsellado de todos los elementos (juntas, empaquetaduras, etc.).

6.3.1 Solicitaciones y diseño de ejes

Los ejes son el elemento transmisión del par entre motor y bomba. Según el tipo debomba podemos encontrar diferentes configuraciones.

Ejes de motor e impulsor independientes unidosmediante un acoplamiento

Eje único de motor e impulsor

Los ejes pueden ser de distintos materiales según las solicitaciones de carga y lanaturaleza del líquido a bombear. Así pues, podemos encontrar ejes de:

• Acero común ST 52 (A52).• Acero al carbono F-113, F-114, etc.• Acero aleado F-125, F-127, etc.• Acero inoxidable AISI 329, 431, etc.

En el caso de agua con cierto potencial de ataque químico, se debería usar un eje deacero inoxidable. No obstante, no es extraño encontrar ejes de acero al carbono

En bombas de proceso, verticales,cámara partida, o multietapa, el eje dela bomba se une al eje del motorcomercial mediante un acoplamiento.

En bombas sumergibles, el. eje es únicoy va solidario al rotor del motoreléctrico incorporado.

Page 91: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo86

FLYGT

trabajando en aguas con elevada conductividad, cuando dicho eje no está expuestoal medio.

Los ejes se diseñan de acuerdo a dos criterios:

• Tensión. En una bomba, el eje recibe cargas radiales y axiales, por lo que losesfuerzos que se consideran son una mezcla de flexión y torsión. Como laflexión es a su vez una combinación de tracción y compresión a amboslados de la línea neutra, se descarta cualquier material que no aguantebien a tracción. De ahí que un eje no sea nunca de fundición, sino deacero.

• Fatiga. Se refiere principalmente a la longevidad del eje. Se calcula que eleje para un determinado número de ciclos.

En tensión, se calculan los esfuerzos máximos que puede tener un eje en las peorescircunstancias. El resultado se compara con el límite elástico o con la tensión de fluenciadel mismo, para así nunca llegar a la zona de deformación permanente.

Recordemos brevemente unos conceptos básicos de resistencia de materiales. Latensión que sufre un material al ser sometido a un esfuerzo de tracción o compresión esigual a la fuerza que se le aplica por unidad de superficie. La deformación que seproduce al aplicar esta tensión al material la denominamos δ. Y la deformación porunidad de longitud será ε. Así pues:

SF

=σ lδ

ε =

Si hacemos la gráfica de la tensión producida en función del alrgamiento unitario,obtendríamos lo siguiente:

σ

ε

σrotura

σúltima

σfluenciaLímite elástico

α

Deformación no permanente

Page 92: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

descripción general de una bomba 87

FLYGT

A la tangente del ángulo α la denominamos E, y es la constante conocida como elmódulo de elasticidad de Young:

ETan ==εσ

α (Para el acero es 2*106 Kg/cm2)

Normalmente, un eje en una bomba se diseña según solicitaciones de torsión por el parmotor y por el par resistente en las peores circunstancias (frenazo brusco) y segúnsolicitaciones de flexión por tener que soportar cargas radiales elevadas entre el impulsory la voluta. Así pues, el eje se diseña por tensión:

f

admisiblediseño C

σσ ≤ para esfuerzos de flexión (tracción y compresión)

t

admisiblediseño C

ττ ≤ para esfuerzos de torsión

siendo: σadmisible = Tensión normal de fluencia del materialτadmisible = Tensión cortante de fluencia del materialCf = Coeficiente de seguridad a flexiónCt = Coeficiente de seguridad a torsión

La fatiga es el proceso de debilitamiento experimentado por un material comoconsecuencia de una carga variable que se repite durante un número elevado deveces. En el mecanismo de la fatiga aparecen tres fases:

• Nucleación o iniciación de la grieta• Propagación de la grieta en los sucesivos ciclos• Rotura cuando la sección restante no es capaz de soportar el esfuerzo

La nucleación o comienzo de la grieta suele presentarse relativamente pronto en aquelo aquellos puntos donde aparezcan concentraciones de tensiones o donde existanimperfecciones en el propio material. Cuando los núcleos son inferiores a uno crítico,puede darse el caso de que la grieta no se propague.

De este mecanismo se deducen dos características de la rotura por fatiga,dependiendo del nivel de tensión aplicado.

• La rotura se presenta sin deformación propia• La sección de rotura presenta dos zonas bastante diferenciadas

Page 93: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo88

FLYGT

Secciones típicas de rotura por fatiga

Se diferencian las siguientes zonas:

• El área de propagación de la grieta o zona de fatiga, de aspecto mate y grano fino,por el proceso continuo de abrir y cerrar.

• El área de rotura brusca de aspecto brillante y grano grueso• La apariencia de la zona de rotura presenta diferentes formas de acuerdo con el

tipo e intensidad de las cargas, así como la magnitud de la concentración detensiones en la zona en cuestión. La tabla siguiente resume las diferentesposibilidades.

Zona de rotura(Grano grueso y brillante)

Zona de fatiga(Grano fino y mate)

Nivel de tensión altoNivel de tensiónreducido

Tracción ycompresión

cíclica

Flexiónunilateral

cíclica

Flexiónbilateralcíclica

Flexiónsimétrica ala rotación

Concentrador débillocal

Concentrador débilpor la periferia

Concentrador fuertepor la periferia

Moderadasobrecarga

cíclica

Considerablesobrecarga

cíclica

Moderadasobrecarga

cíclica

Moderadasobrecarga

cíclica

Considerablesobrecarga

cíclica

Considerablesobrecarga

cíclica

Page 94: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

descripción general de una bomba 89

FLYGT

6.3.2 Problemas en ejes

A continuación se exponen distintas imágenes de rotura de ejes causadas por diferentesmotivos Mientras la de la derecha es el resultado de una rotura por fatiga, la de laizquierda fue provocada por un golpeteo externo en sentido radial, rompiendo portensión.

En fatiga, la carga máxima suele considerarse como la mitad de la tensión de rotura enel caso del acero y 0,4 veces en el caso de la fundición de hierro:

σF = (0,4 ÷0,5) σR

A esta tensión máxima de fatiga se le unen una serie de coeficientes que influyen en elcomportamiento:

• Tipo de carga: Flexión (Tracción-compresión alternativa), Torsión.• Acabado superficial. De mejor a peor: Pulido, rectificado, mecanizado, laminado

en caliente, forjado, corrosión en agua dulce, corrosión en agua salada.• Tamaño del elemento. La tensión soportada por cada parte del diámetro.• Concentración de tensiones. Máxima en cambios de sección, alojamientos de

arandelas (cir-clips), etc.• Metalurgia del material. La calidad del material en bruto para fabricación es

fundamental. Y los tratamientos térmicos como el templado y el revenido puedenañadir defectos, si las temperaturas de tratamiento o bien los tiempos y modos deenfriamiento no son los adecuados.

La fatiga no es siempre un fenómeno lineal. Su variación con el tiempo llega a un puntoen el que la tensión de rotura por fatiga no varia con el tiempo.

Roturas por tensión y fatiga

Page 95: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo90

FLYGT

Variación de la tensión de rotura por fatiga

Hay un determinado número de ciclos de vida correspondiente a una determinadatensión, a partir del cual el eje siempre aguantará. Lo difícil es saber esa tensión paraelegir el material, puesto que cuando un eje se rompe por fatiga, suele ser porque recibeunas cargas cíclicas anormalmente altas, y no consideradas a priori.

Las vibraciones en una bomba suelen alterar notablemente estas cargas cíclicasproduciendo roturas por fatiga.

La rotura por tensión es muy inusual en bombas a no ser que tengan un ejeextremadamente largo. Suele resentirse antes el propio motor, el chavetero del eje, etc.Pero puede ocurrir que este rompa por acción de un golpeteo externo provocandocargas de rotura por cizallamiento anormales, no consideradas en el cálculo del eje atorsión a través de la τdiseño.

6.3.3 Generalidades de los rodamientos

La disposición y lubricación de los rodamientos varía totalmente según el tipo de bomba.En bombas de proceso, los rodamientos se encuentran en una cámara que

normalmente contiene aceite parafacilitar una lubricación porbarboteo. Entre esta cámara y lavoluta hay un espacio libredenominado linterna. En las bombasverticales los rodamientos pueden irincluidos en el motor (si éste disponede cojinetes de empuje axial), o bienen una caja de cojinetes aparte(Thrustpot), que es el caso paramotores de clasificación V1. Encambio, para bombas sumergibles, eleje de motor e impulsor es común ylos rodamientos se encuentran aambos lados del motor.

Duración en número de ciclos

0,5σR

0,9σR Si no se supera esta tensióncíclica, el eje siempre aguantará

σ

Posición de los rodamientos en una bomba nosumergible

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descripción general de una bomba 91

FLYGT

Los rodamientos se diseñan para un extensonúmero de aplicaciones, en función de lossiguientes parámetros:

• Condiciones de servicio: carga dinámica,velocidades, temperaturas, disposición deleje, etc.

• Exigencias de duración (factor Lh), precisión,ruido, lubricación, mantenimiento, montaje ydesmontaje, etc.

Las solicitaciones de carga de los rodamientos usados en bombas son de dos tipos:

• Carga radial. Una bomba centrifuga tiene siempre una carga radial por elhecho de impulsar el caudal de forma centrífuga sobre una voluta simétrica.En bombas de flujo axial las cargas radiales son despreciables, salvo en elcaso de desequilibrio de uno de los álabes.

• Carga axial. Se produce siempre un empuje axial en sentido opuesto a laubicación del motor, el cual es proporcional a la altura de elevación encada instante y a la superficie del plato superior.

Existen básicamente dos tipos de rodamientos: de bolas y de rodillos. Dentro de estos dostipos existen muchas configuraciones distintas según el caso. Los rodamientos de bolasabsorben solicitaciones medianas de tipo axial y radial. Los rodamientos de rodillosabsorben mejor las cargas radiales, a igualdad de tamaño, que los de bolas. En cambio,para cargas axiales importantes se usan rodamientos de bolas de contacto angular.

En bombas, se pueden encontrar multitud de disposiciones y combinaciones, inclusomontando ambos tipos de rodamientos juntos, según la combinación de esfuerzos a quevaya a ser sometido el eje.

Posición del rodamiento inferior en unabomba sumergible

Rodamientos de bolas

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo92

FLYGT

En algunos casos, se montan rodamientos con cierta compensación frente a variacioneslongitudinales, como los rodamientos de rodillos oscilantes (libres).

La lubricación define la vida de los rodamientos. La cantidad de grasa debe ser la justapara lograr una película de lubricación límite. La falta de grasa puede llegar a gripar elrodamiento, pero el exceso de la misma producirá un sobrecalentamiento delrodamiento que reducirá notablemente su vida útil.

Existen rodamientos que vienen de fábrica ya preengrasados y estancos para facilitar laslabores de montaje y desmontaje.

Las bombas sumergibles Flygt emplean varios tipos de engrase de rodamientos conobjeto de minimizar su mantenimiento y garantizar su fiabilidad.

6.3.4 Dimensionamiento y selección de rodamientos

Los rodamientos pueden dimensionarse para solicitaciones estáticas y/o solicitacionesdinámicas.

Una solicitación estática tiene lugar si el movimiento entre los aros de los rodamientos esnulo o muy lento (n<10min-1). En estos casos se examinará la seguridad contradeformaciones plásticas demasiado elevadas en los caminos de rodadura y en elloscuerpos rodantes. Bajo una solicitación a carga estática, se calcula el factor deesfuerzos estáticos fs como:

0

0

PC

fs =

Donde: C0 = Capacidad de carga estática (kN)P0 = Carga estática equivalente (kN)

El factor de esfuerzos estáticos fs se toma como valor de seguridad contradeformaciones plásticas demasiado elevadas en los puntos de contacto de los cuerposrodantes. El valor se reduce si las exigencias de suavidad de giro son más reducidas.Puede variar entre 0,7 (exigencias reducidas) y 2,5 (exigencias elevadas).

La capacidad de carga estática C0 viene indicada en las tablas de cada rodamiento(según fabricantes). Una solicitación de carga de esa magnitud producirá una presiónsuperficial p0 en el punto de contacto más solicitado entre los cuerpos rodantes y elcamino de rodadura.

La carga estática equivalente P0 es un valor ficticio que es la suma de las cargas radialesy axiales que tiene la misma solicitación en el punto de contacto más solicitado que lacarga combinada real. Para ello, el cálculo se apoya en unos factores X, Y, quepodemos encontrar en tablas del fabricante:

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descripción general de una bomba 93

FLYGT

P0 = X0Fradial + Y0Faxial

La mayoría de los rodamientos se solicitan dinámicamente. Sus aros giran relativamenteentre sí. Con el cálculo de dimensionado se examina la seguridad contra la fatigaprematura del material de los caminos de rodadura y de los cuerpos rodantes.

La duración nominal L10 según la norma DIN/ISO 281, pocas veces indica el tiempo deduración real. El método de la norma para el cálculo de la duración nominal se basa encálculos resistencia a la fatiga (formación de picaduras), con un lubricante nocontaminado. La fórmula de la duración es:

[ ]esrevolucionPCL

p6

10 10

=

Siendo: L10 = L duración nominal (106revoluciones)C = Capacidad de carga dinámica (kN)P = Carga dinámica equivalente (kN)p = Exponente de la duración

L10 es la duración nominal en millones de revoluciones alcanzada o rebasada por lomenos de un 90% de un lote de rodamientos iguales.

La capacidad dinámica C se indica en las tablas para cada rodamiento (según elfabricante). Una solicitación de carga de esa magnitud conduce a una duración L10 de106 revoluciones.

Al actuar al mismo tiempo una carga radial y una carga axial, se calcula la cargadinámica equivalente P. Es la carga suma de una carga radial y una axial que desde elpunto de vista de la fatiga, tiene el mismo efecto que la carga combinada real:

P = XFradial + YFaxial

Siendo X e Y los factores de carga que se pueden encontrar en las tablas de cadarodamiento.

Si la velocidad de giro del rodamiento es constante, la duración puede expresarse enhoras:

[ ]horasnLLL hh 60106

10 ==

Siendo: Lh10 = Lh duración nominal (h)

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo94

FLYGT

L = duración nominal (106 revoluciones)n = velocidad de giro (min-1)

Como resumen, es importante entender el concepto de duración nominal delrodamiento. Si un fabricante de una máquina ha elegido los rodamientosconvenientemente, y proporciona como dato de los rodamientos escogidos, la duraciónnominal en horas Lh10, esto no significa que los rodamientos vayan a durar ese tiempo ysea entonces el momento de cambiarlos. La duración es un parámetro para eldimensionamiento, según una norma. Es una vida útil esperada.

En una bomba, las solicitaciones pueden variar y no ser constantes siempre. En aguaresidual, puede variar la densidad, el número de atascos, etc. Si nos dicen que Lh10 paralos rodamientos de esa bomba es 100.000 horas, no es desde luego recomendableesperar ese tiempo para cambiar los rodamientos. Los rodamientos son piezas fungiblessusceptibles de fatigarse o desgastarse, lo que supone tener en consideraciónreemplazarlos en cada servicio anual o en un caso muy extremo cada Lh10/2 (50.000horas).

6.3.5 Elementos estáticos de sellado

Una bomba tiene muchos puntos críticos donde puede haber una posible fuga ofiltración. Algunos de estos puntos son críticos desde una visión de mantenimiento, otrospuntos son críticos desde una visión de limpieza, y otros puntos que afectan alfuncionamiento efectivo de la bomba.

Existen elementos de sellado de partes estáticas, y elementos de sellado que impidenfugas cuando existe una velocidad relativa entre los dos componentes a sellar, y que sonlos denominados sellos dinámicos.

Los elementos de sellado de tipo estático más típicos que se pueden encontrar enbombas son las juntas o anillos tóricos. Se trata de un elastómero en forma toroidal quepuede ser de varios materiales según la aplicación.

Los materiales de los anillos tóricos más usuales en las bombas Flygt son los siguientes:

Anillo tórico de nitrilo

Goma de nitrilo. Para un ph entre porencima de 3 y una temperatura máximalímite de 70ºC. Tiene buena resistencia a losaceites, gasolinas, productos alcalinos, ytiene poca tendencia a hincharse en agua.Su resistencia a la abrasión es buena. Pero,tiene escasa resistencia frente a ésteres,éteres, cetonas, tolueno y ácidos. Es decolor negro.

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descripción general de una bomba 95

FLYGT

Anillo tórico de nitrilo hidrogenado instalado

6.3.6 Elementos dinámicos de sellado

Con respecto a los elementos de sellado de tipo dinámico, existen distintos tipos condistintas disposiciones:

• Empaquetaduras o prensaestopas. Muy usual en bombas convencionales nosumergibles. Tienden a tener una filtración progresiva la cual se solucionatemporalmente apretando o prensando el paquete.

• Retenes de labio. El nivel de filtración es menor que el prensaestopa. Muy usadopara líquidos viscosos como el aceite.

• Junta o cierre laberíntico. Es un tipo de cierre usado en algunos tipos de bombasde proceso para la caja de cojinetes. En el interior hay un pequeño laberinto, enel que el nivel de fuga es casi nulo.

• Junta o cierre mecánico. Se basa en el deslizamiento relativo de dos piezastotalmente planas y sin apenas capacidad de desgaste, entre las que existe unafina película de fluido (agua o aceite) para habilitar la refrigeración ylubricación de las dos superficies. El nivel de filtración podríamos decir que esnulo, aunque realmente siempre existe una filtración mínima, según sea elasentamiento de una cara con otra. Este tipo de junta es el más adecuado parabombas sumergibles

Las juntas mecánicas pueden ser de distintos materiales según su aplicación:

• Carburo de Tungsteno con base de cobalto (WCCo). Tradicionalmente llamadoVIDEA. Para ph un por encima de 6 y hasta 13 y temperatura máxima 90ºC. Consisteen pequeñas partículas cementadas en conjunto con un material ligante como

Goma de nitrilo hidrogenada. Paraaplicaciones de ph menor de 3 ytemperaturas máximas de 90 ºC. Suspropiedades son similares a la goma denitrilo estándar. Es también de color negro.

Goma fluorcarbonada (Vitón). Para phentre 3 y 10 a una temperaturamáxima de 90ºC. Ofrece buenaresistencia a productos químicos(ácidos, disolventes, gasolinas, aceites,etc.), pero su resistencia en mediosalcalinos es limitada, así como suresistencia a la abrasión. Es de colorverde.

Anillo tórico de Vitón

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo96

FLYGT

base. En este caso el material ligante es el Cobalto (Co). Es duro, rígido y conducebien el calor. Tiene buenas propiedades mecánicas en cuanto al deslizamiento ybuena resistencia mecánica. Tiene también una capacidad muy buena parahacerse un repulido asimismo, por lo que resulta excelente de cara almantenimiento.

• Carburo de Tungsteno (WCCR) Para un ph por encima de 3 y hasta 14. El carburo detungsteno lleva como material ligante o base una aleación de cromo, níquel,molibdeno y otros metales. Este tipo de videa es resistente a la corrosión y resultaideal frente a altas conductividades y alto contenido en cloruros (agua de mar).

• Carburo de Silicio (RSiC). Existen tres tipos de carburo de Silicio el obtenido portransformación, el obtenido por síntesis, y el obtenido por adhesión y reacción. Es unmaterial muy duro y con buenas propiedades para el deslizamiento, así comobuena conductividad térmica, buena rigidez, y excelente resistencia a ph muy bajoy frente al ataque de cloruros. Cuando el líquido lleva partículas abrasivas, se sueleutilizar el carburo de silicio por ser más resistente al desgaste que la videa. Suslimitaciones radican en su fragilidad, requiriendo especial cuidado en sumanipulación y montaje. Los sellos de carburo de Silicio obtenidos por adhesión yreacción, tienen escasa resistencia en medios alcalinos.

• Oxido de aluminio, Al2O3 (cerámica). Es un material cerámico obtenido por síntesis.Tiene buena dureza y, por lo tanto, buena resistencia al desgaste. Al serquímicamente inerte, presenta buena resistencia a la corrosión. Se utilizan en casosde velocidades bajas o presiones reducidas, por su baja capacidad dedeslizamiento. De todas formas, su resistencia al desgaste y a la filtración lo hacen unmaterial a considerar en ciertas aplicaciones.

• Grafito (CSb). La estructura es porosa y se le puede añadir una impregnaciónmetálica de antimonio (Sb). Su resistencia a la corrosión es relativamente buena ysus propiedades para el deslizamiento son excelentes, pero es un material débilmecánicamente y no es suficientemente duro para usarlo en sellados exterioresfrente al medio. Es también muy frágil y debe tratarse con cuidado. Solo o encombinación con la cerámica se suele usar en juntas para aceite. Tanto el grafitocomo la cerámica tienen el límite de temperatura en 70ºC.

En una bomba sumergible, existe un compartimento tradicionalmente llamado “Cámarade aceite”. El aceite contenido en esta cámara (por supuesto biodegradable) tienecomo misión la refrigeración y la lubricación de los dos elementos de sellado que existenentre dicha cámara y el motor, y entre dicha cámara y el medio exterior. Estoselementos de sellado pueden ser desde retenes de labio hasta juntas mecánicas devidea.

También, la cámara de aceite actúa como almacén de agua antes de que se llegue afiltrar por la junta superior y dañar el motor.

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descripción general de una bomba 97

FLYGT

Sección de la parte de una bomba sumergible Flygt mostrando el posicionamiento de la junta mecánica yla cámara de aceite

La planicidad de una junta mecánica se mide en décimas de micra. Para poder mediresas distancias se utiliza un cristal plano, el cual se coloca sobre la superficie de cadaanillo (fijo y giratorio) de la junta mecánica.

Mediante una luz monocromática (una lámpara de sodio, por ejemplo) se muestran unaserie franjas que no son más que bandas de luz, las cuales se interpretan como líneas dealtitud en un mapa. Así, todos los puntos en la misma línea tendrán la misma altitud.

En el caso de una lámpara de sodio, la diferenciade altitud entre dos bandas de luz contiguas es h =0,3 micras. La máxima desviación en alturaadmisible será de dos bandas de luz, es decir, 0,6micras. La filtración a través de las juntasmecánicas se produce constantemente durante elfuncionamiento de la bomba. No es cierto que unsello mecánico no tenga ninguna fuga. Se trata dereducir la filtración a un mínimo que suponga unmínimo de mantenimiento.

Modelos de bandas de luz según la forma de lasuperficie del anillo

h

Anillo de junta

Cristal

plano

Luz monocromática

Plano y simétrico Cóncavo o convexo y simétrico

Cóncavo o convexo y no simétrico

Plano y no simétrico

Anillo giratoriode la juntasuperior

Anillo fijo de lajunta superior

Anillo fijo de lajunta inferior

Anillo giratoriode la junta inferio

Tapóninspección

Anillo tórico

Cámara de aceite

Medición de planicidad de una junta mecánica con lámpara de sodio

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo98

FLYGT

Existen diversos defectos que podemos encontraren la superficie de los anillos. Uno de los másimportantes es el fenómeno de la corrosión. Lacorrosión suele producirse en juntas de carburo detungsteno y es fácilmente identificable a través delos cortes que el material puede sufrir de formaradial a lo largo de todo su perímetro.

Otro tipo de defecto tiene su origen en lassobrecargas de origen térmico. Éstas puedenoriginar las llamadas termogrietas. Este tipo deproblema aparece como consecuencia defuncionar con la bomba en seco durante un tiempoexcesivo, o bien pueden ser consecuencia de unapresión excesiva entre las caras de contactoproducida por un montaje defectuoso, o por unapresión de trabajo de la bomba por encima de uncierto valor.

Por último, el denominado “Pitting” (picaduras) sesuele producir en juntas de grafito en bombas conun funcionamiento continuo ininterrumpido.

Ejemplo de corrosión en una junta decarburo - tungsteno

Ejemplo de picadura en una junta degrafito

Ejemplo de termogrieta

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo 99

Ca

pít

ulo

7

6 Materiales constructivos

6.1 Materiales metálicos usados en lafabricación de bombas

Los materiales a utilizar en la construcción de bombas dependenbásicamente del tipo de fluido a bombear, de modo que sufran undesgaste o deterioro aceptable para un nivel de fiabilidaddeterminado.

En general, siempre existen distintas posibilidades segúnel nivel de calidad que se requiera y el precio que seesté dispuesto a pagar por ello, no obstante, existenmateriales típicos para ciertas aplicaciones que hoy endía se usan como estándar.

Fundición Gris (GG-25)Es un material usado normalmente tanto en agua limpiacomo residual. La estructura está formada por grafito enforma libre y perlita. Sus buenas propiedades mecánicasy químicas así como su precio moderado le hacen unmaterial muy adecuado en ambientes medianamentecorrosivos. El ph del medio debe estar entre 6 y 14, y loscontenidos de cloruros no deben exceder los 200 mg/l. Sise usa para agua salobre o salada, se recomiendainstalar ánodos de sacrificio y aplicar pintura tipo resinaepoxi en todas las superficies en contacto con el aguapara evitar corrosión por picaduras u oxidación, de locontrario, la velocidad de corrosión en agua de marpuede ser muy alta. Dependiendo de la velocidad delagua circundante, la velocidad de corrosión secuantifica de la siguiente manera:

• Agua estancada a 0 m/s 0,14 mm/año• Agua en movimiento a 2-6 m/s 0,3 mm/año• Agua en movimiento a 10 m/s 1,5 mm/año

El régimen turbulento aumenta la velocidad decorrosión.

Fundición Nodular (GGG-40)Es un tipo de fundición de hierro especial de tipo dúctil con unacarga de rotura de 40 Kg/mm2. Su elevada maleabilidad permite suuso en piezas que estén sometidas a solicitaciones cíclicas de flexión,donde la fundición gris se agrietaría.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo100

FLYGT

Acero al carbonoDistinguimos aquí tres tipos de aceros usados en bombas. Los denominados aceroscomunes tipo ST 32, 42, o 52 (A32, A42 o A52, actualmente) suelen usarse raramente,salvo el ST 52 para algunos ejes de bombas de escasa potencia. Los denominadosaceros al carbono propiamente dichos son los F-114 o similar con resistencia a larotura en torno a lo 70-80 Kg/mm2, son usados para ejes. Y, por último, los acerosaleados con resistencias superiores se utilizan solamente en situaciones críticas.

Al igual que la fundición gris, admite variaciones del ph entre 6 y 14. No esrecomendable usarlo en aplicaciones de agua residual o en medios agresivos y/oabrasivos, salvo que las partes no estén en contacto con el medio.

Fundición blanca de alto contenido en cromoEs un tipo de fundición concebida para medios abrasivos por su elevada resistenciaal desgaste. Durante la solidificación, el cromo y el carbono se transforman encarburos. Esto proporciona al material una alta dureza, que a su vez le hace difícil demecanizar. El ph debe también oscilar entre 6 y 14. Se usa normalmente paraimpulsores de bombas de drenaje o para bombas de lodos, así como para hélicesde bombas axiales.

Aceros inoxidablesExiste una gran variedad de aceros inoxidables empleados en la fabricación debombas, según la agresividad del medio y según los esfuerzos solicitados a cadapieza. Los más comunes son los siguientes:

• AISI 304 - Acero al cromo-niquel con una resistencia a la corrosión moderada.Normalmente, se emplea para partes que siempre se encuentran sumergidas.

• AISI 316 - Acero austenítico al cromo-níquel-molibdeno con mejor resistencia a lacorrosión. El contenido de Mo le permite una resistencia frente ataques localesde corrosión (Picaduras). Se usa para piezas fabricadas a partir de productos delaminación (chapa, tubo, etc.) como por ejemplo asas, etc. El pH puede estarentre 0 y 14, pero tiene limitada su resistencia a la corrosión en agua de mar(corrosión por picaduras y grietas).

• AISI 329 - Acero de tipo dúplex (ferrita y austenita) con elevada resistenciaanticorrosión y con propiedades mecánicas superiores al 316. Se usa para piezasfabricadas en molde o de laminación, como carcasas fundidas, impulsores yejes. Este acero es resistente a ácidos, bases y la mayoría de las sales, incluso aaltas concentraciones. En teoría, el pH puede estar entre 0 y 14, pero suresistencia en agua de mar es reducida (corrosión por picaduras y grietas).

• AISI 431 - Acero de tipo martensítico con una resistencia a la corrosiónmoderada, pero con unas propiedades mecánicas superiores al resto de acerosinoxidables. Su elevada resistencia a cortadura le hace un material excelentepara la fabricación de ejes. Se suele utilizar templado y revenido en el caso deejes para obtener una mayor resistencia, disminuyendo así sus propiedadesinoxidables a cambio de ganar en resistencia mecánica.

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materiales constructivos 101

FLYGT

Su resistencia en agua de mar es pobre, y el pH debe estar entre 2 y 14. Suresistencia a la corrosión es buena en agua limpia, soluciones alcalinas y algunosácidos en baja concentración, y es moderada frente a ambientes más agresivos.

• AISI 904 - Acero superdúplex especial para aplicaciones con alto contenido decloruros. Se usa comúnmente para agua de mar.

• SS 2378 - Denominado comercialmente Proacid 254. Acero especial paraaplicaciones de medio muy agresivo donde haya un ataque químicoconsiderable (cloruros, bromuros, floruros, etc.), por su alto contenido deMolibdeno y Nitrógeno. Constituye una alternativa sin igual en agua de mar.

AluminioEs un material usado por su reducido peso y su facilidad para ser fundidomanteniendo unas tolerancias aceptables. Se encuentra protegido por una películaexterior de óxido, que le proporciona una resistencia a la corrosión suficiente cuandoel ph está entre 6 y 8,5, con algunas restricciones bajando hasta 4,5. No serecomienda para uso en instalaciones permanentes en agua de mar debido a subaja resistencia a la corrosión por picaduras. Su resistencia al desgaste es tambiénreducida.

Aluminio-bronceEs una aleación de cobre con un cierto contenido de aluminio. El ph puede estarentre 3 y 11, y su resistencia en agua de mar no contaminada es aceptable. En lamayoría de los casos, su resistencia frente a ácidos orgánicos débiles y compuestosorgánicos neutros es buena. No debe usarse para agua residual al no tener unabuena resistencia contra el ácido sulfhídrico.

6.2 Materiales plásticos y elastómeros usados en lafabricación de algunos componentes

El uso de materiales polímeros se ha hecho muy popular en las últimas décadas. Estosmateriales han probado tener mejores propiedades que los metales para trabajar enmedios agresivos y con partículas abrasivas. Los más comunes son:

Polietileno PEEs un termoplástico que resulta económico, parcialmente cristalino, y con un puntode fusión entre 115º y 140 ºC. Existen tres clases de polietileno:

• Polietileno de alta densidad (HDPE).• Polietileno de media densidad (MDPE).• Polietileno de baja densidad (LDPE).

El polietileno tiene una buena resistencia frente a productos químicos, con lasalvedad de los ácidos oxidantes y algunos disolventes. Sus limitaciones son su pobreconductividad térmica y la escasa resistencia frente a los rayos ultravioleta. Sumáxima temperatura de operación es 70ºC y con una exposición temporal puede

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo102

FLYGT

llegar a 100ºC. Se usa en ciertas partes de los cierres o juntas mecánicas y, porsupuesto, en tuberías.

Polipropileno PPEs un termoplástico parcialmente cristalino con un punto de fusión de 165ºC. Tienebuena resistencia a la fatiga y puede reforzarse con fibra de vidrio o con ciertosminerales. Sus limitaciones son la resistencia química frente a los halógenos, ácidonítrico concentrado y productos químicos oxidantes. Es un material difícil de pegar,salvo con métodos de adhesión específicos para ello. Se usa en reguladores de nivel.

Sulfuro de polipropileno PPSEs un termoplástico duro, rígido y parcialmente cristalino. Frecuentemente se refuerzacon fibra de vidrio. Puede usarse sin problemas hasta temperaturas de 200ºC, Suspropiedades mecánicas son relativamente buenas, aunque su resistencia al impactoes moderada. Se usa en las carcasas de los muelles de las juntas mecánicas.

Poliamidas (NYLON)Tienen buenas propiedades mecánicas. Son termoplásticos parcialmente cristalinosque pueden ser reforzados con fibra de vidrio o con minerales. Posee una buenaresistencia al desgaste (coeficiente de fricción bajo), buena resistencia frente agasolinas y aceites, disolventes con cloro y aromáticos, alcoholes y productosalcalinos, aunque no resiste frente a ácidos fuertes, lejías y peróxido de hidrógeno(agua oxigenada). Sus límites radican en la capacidad para absorber agua, lo quedeteriora sus propiedades mecánicas excepto su resistencia al impacto, queaumenta. Normalmente podemos encontrar tres tipos de poliamidas:

• Poliamida PA 6. Absorbe gran cantidad de agua.• Poliamida PA 66. Absorbe una cantidad de agua moderada.• Poliamida PA 12. Absorbe una cantidad de agua pequeña.

Las poliamidas se usan en impulsores de canal cerrado en pequeñas bombas.

Fluoruro de Polivinilideno PVDFEs un termoplástico parcialmente cristalino con buena resistencia química y bajoíndice de absorción de agua. El material se va extinguiendo por sí mismo, puedeusarse para aplicaciones entre –100º y +150ºC. Sus limitaciones son el precio ladificultad de obtenerlo por un molde por inyección. Se usa para pequeñas hélices.

Plástico Epoxi EPEs una resina, a veces reforzada con fibras, con buenas propiedades aislantes de laelectricidad, y una buena resistencia química. Su resistencia frente alcoholes y

algunos disolventes es baja. Se usa mucho para la fabricación de la placa deconexiones de los motores.

Poliuretano rígido PUREs un material que se usa para objetos de gran tamaño que pueden ser obtenidosde forma económica con moldes por inyección, por compresión, o por un simplemodelo de fundición. Tiene buena resistencia química, buena resistencia a la fatiga

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materiales constructivos 103

FLYGT

a bajas frecuencias, y una alta resistencia al impacto. Puede ocurrir que le afecte lahidrólisis en altas temperaturas.

Poliéster / Viniléster UP/VEEs un tipo de resina rígida, reforzadas a menudo con fibra de vidrio. Tiene buenaspropiedades aislantes de la electricidad. El viniléster es un tipo de poliéster con unaresistencia química excelente y buenas propiedades mecánicas. El poliéster essensible a la hidrólisis a altas temperaturas. Se usa para piezas en contacto con elmedio que puedan sufrir desgastes.

Poliuretano PUEstán disponibles en diversas variedades dependiendo de los elementosconstituyentes y del proceso de fabricación. Se usa en piezas de desgaste (fungibles)que necesiten una excelente resistencia a la abrasión y al rasgado o rallado. Esresistente a los rayos ultravioleta y al ozono. Sus limitaciones están en los mediosácidos, con altas temperaturas, siendo sensible a la hidrólisis. La temperatura máximarecomendada en agua es 50ºC.

Goma de cloropreno CRTiene una buena resistencia a la radiación ultravioleta y al ozono, al mismo tiempoque ofrece buena resistencia al calor. Su alta compresión a altas temperaturas, subaja flexibilidad a bajas temperaturas, y su pobre resistencia química frente aaceites, gasolinas y ácidos oxidantes, hace que se deban de tomar ciertasprecauciones. La temperatura máxima recomendada es 70ºC. Se usa mucho encables eléctricos flexibles.

Goma etileno-propileno EPDMComúnmente conocido por EPDM. Sus propiedades le hacen muy efectivo para suuso en exteriores. Su resistencia química frente a ácidos y alcalinos es buena. Suresistencia a la abrasión es también buena. No se hincha normalmente con el agua,y no suele afectarle la hidrólisis. Lo único en contra es su escasa resistencia frente aaceites y gasolinas. La temperatura máxima recomendada es 90ºC

RilsanEs una poliamida de estructura molecular de cadena larga, preparado en forma depolvo de muy baja granulometría, que se utiliza para realizar el recubrimiento yprotección de metales. El Rilsan tiene buena resistencia frente a la corrosiónatmosférica, marina e industrial, al mismo tiempo que posee una gran resistencia aesfuerzos mecánicos. Frente al ataque químico se defiende bien, siempre que latemperatura del líquido no se encuentre muy por encima de los 20ºC. Puedeaplicarse por inmersión en lecho fluido, por proyección electrostática, y por otrastécnicas especiales.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo104

FLYGT

6.3 Deterioro de los materiales

Para asegurar un funcionamiento libre de fallos y duradero, debemos ser conscientesde las posibles causas de la corrosión, así como del desgaste prematuro de loscomponentes en contacto con el medio.

En cuanto a la corrosión, diremos que un líquido será corrosivo dependiendobásicamente de su:

Contenido de oxígeno.Contenido de cloruros y/o sulfuros.Temperatura.PH.

Las estrategias que se siguen para combatir el efecto de la corrosión son:

• Selección de los materiales apropiados.• Diseño correcto del producto.• Métodos de protección superficial (Pinturas, revestimientos, etc.).• Métodos de protección eléctrica (catódica o anódica).• Instalación y mantenimiento correctos.• Investigación, desarrollo y pruebas.

6.3.1 Corrosión de los metales

El proceso de corrosión más común que se da en los metales es la corrosiónelectroquímica.

En este proceso, el metal se oxida en contacto con el líquido existiendo la presenciade oxígeno u otro agente oxidante. La materia oxidada está normalmente formadapor óxidos. Así, se forma una fina capa de sobre la superficie del metal, la cualpreviene de corrosiones futuras. Este es el caso del acero inoxidable, en el que esafina capa produce una barrera entre el acero y el medio. Sin embargo, el aceroinoxidable puede perder esta propiedad inerte con la rotura de esa capa poragentes químicos en ambientes muy agresivos, y así comenzar de nuevo el procesode la corrosión.

Cuando una disolución acuosa contiene iones recibe el nombre de electrolito,precisamente porque es capaz de conducir electricidad, ya que los iones presentesactúan como transportadores de corriente. En consecuencia, la capacidad delelectrolito para transportar corriente depende directamente de la cantidad de ionesdisponibles.

Los ácidos minerales, los compuestos alcalinos o cáusticos, y las sales solubles,comparten esta capacidad de dividirse en iones activos al ser disueltos o diluidos conagua. Ejemplos para ello son el ácido clorhídrico, el ácido nítrico, la sosa cáustica, ycentenares de sales minerales solubles. Todos los ácidos mencionados liberan, en

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materiales constructivos 105

FLYGT

solución acuosa, el mismo ionhidrógeno. Es precisamente el ionhidrógeno lo que constituye la esenciade la acidez.

H+: Iones hidrógeno

OH-: Iones hidroxilo

Disociación del agua

Incluso el agua pura contiene en sí mismo un muy pequeño número de iones: ioneshidrógeno e iones hidróxilo, siendo por tanto capaz de transportar una corrienteeléctrica. Al adicionar algunos productos con un fuerte poder de disociación, talescomo ácidos, sales o álcalis, la conductividad puede ser sustancialmenteincrementada.

Cuando el hierro se corroe, algunos átomos de metal pasan al electrolito, liberandodos electrones que permanecen en el material sólido, convirtiéndose entonces eniones hierro cargados positivamente (Fe++).

Los electrones comunican una carga negativa a la pieza de acero, y las zonas endonde los átomos de hierro están abandonando la superficie del acero, sedenominan ANODOS.

Si el ánodo se conecta a un elemento endonde los electrones sobrantes puedan serconsumidos en un proceso electroquímicodistinto, la corrosión del ánodo puedecontinuar. El lugar en donde los electronesson consumidos se denomina CATODO, y enél no tiene lugar ninguna pérdida dematerial.

Disociación del hierro

En el agua de mar, normalmente bien aireada,el oxígeno reacciona con el agua, tomandocuatro electrones del cátodo para formar ioneshidroxilo. Los iones hierro disueltos del ánodo ylos iones hidroxilo formados en la reaccióncatódica se mueven a través del electrolito endirecciones opuestas, y al encontrarsereaccionan formando un producto visible de la

Par ánodo-cátodo

H+ H+OH-

H+

H+OH-

OH-

OH- OH-

OH-H+

-ANODO

eee

ee

Fe++

Fe++

Fe++

Fe++

Fe Fe++ + 2e

V

CATODO

+

e

e

e

-ANODO

eee

ee

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo106

FLYGT

corrosión, el hidróxido ferroso (FeOH2), que precipita.

El oxígeno disuelto en el agua reacciona a su vez con el hidróxido ferroso (FeOH2)formado, que se convierte en hidróxido férrico (FeOH3), conocido comúnmentecomo herrumbre roja. La herrumbre puede formarse junto a la superficie del acero,en donde produce un cierto efecto de bloqueo, ayudando a la protección delmismo contra futuras corrosiones, o puede formarse lejos de la superficie del metal, lacual permanece susceptible a un deterioro progresivo.

El agua de mar es ligeramentealcalina y contiene unpequeño exceso de ioneshidroxilo, con respecto a losiones hidrógeno.Cuando los iones hidrógenopredominan, tal como en losácidos, los de corrosión sondiferentes de lo que se haexplicado anteriormente parael agua de mar.

En electrolitos ácidos, los iones hidrógeno se encargarán de descargar los electronessobrantes del cátodo.

Los iones hidrógeno toman unelectrón cada uno y se unen porparejas formando burbujas de gas.Cuando existe suficiente oxígenodisuelto en el electrolito, éste secombina con el hidrógeno formandoagua.

Formación de hidrógeno

eO H -

H 2 O

C A T O D O

+

e

eO H -

O H -

O H -

O 2

H 2 O

O 2 + 2 H 2 O + 4 e 4 O H -

CATODO

+

e

eH2

H+

H+

2 H+ + 2e H2

Formación de iones hidroxilo

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materiales constructivos 107

FLYGT

El hierro que se disuelve en elánodo de una pila de corrosiónácida, no formará herrumbre (almenos de forma inmediata) sinoque quedará disuelto en ellíquido como iones hierro,mientras haya suficiente agua ymientras quede exceso deácido.

Formación de agua

Cuando, por ejemplo, un ácido salpica el acero, el ácido disponible se consume, ycuando el agua se haya evaporado, se formará una copiosa cantidad de herrumbreque quedará depositada sobre la superficie del acero.

La corrosión tiene pues las siguientes características:

• Durante el proceso de fabricación del acero, el hierro metálico se separa deloxígeno, al cual está unido en el mineral de hierro.

• En este proceso se consumen grandes cantidades de energía en forma de calor,lo cual indica que el hierro tiene una tendencia natural a reunirse con el oxígenopara formar óxido de hierro, tendencia que se manifiesta en el fenómenoespontáneo de la corrosión.

• El proceso de corrosión es electroquímico.• Para completar el circuito eléctrico, se precisa de un electrolito, que consiste en

una disolución de iones en agua.• Debe disponerse siempre de un cátodo y un ánodo.

Por lo tanto, para que se produzca una rápida oxidación del hierro, es necesario queel ambiente que lo rodea contenga suficiente cantidad de:

• Oxigeno• Agua• Iones

Existen pues dos tipos de corrientes eléctricas en el proceso, una electrónica en elcircuito externo y otra iónica. Si establecemos otras corrientes en dirección opuesta aestas dos, obtendremos la llamada protección catódica (p. E.: los ánodos desacrificio).

La cantidad de metal consumido y la velocidad de disolución del mismo, dependende la intensidad de corriente, medida en amperios o miliamperios. Sin embargo, en

CATODO

+

e

eO2 H+

H+

4 H+ + O2 + 4e 2 H2O

eH+

H+

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo108

FLYGT

muchos casos es imposible medir la corriente local y confirmar mediante estamedida que se ha conseguido la protección catódica. En cambio, puedenestablecerse normalmente ciertos valores del potencial metal-electrolito en los que lacorrosión se produce.

Para conseguir la protección catódica en cualquier pila de corrosión, la diferenciade potencial del proceso debe ser contrarrestada por una diferencia de potencialde la misma magnitud, pero trabajando en sentido contrario.

A medida que una reacción de corrosión se va desarrollando, hay una ciertaacumulación de productos de reacción sobre el ánodo y el cátodo, lo cual produceuna disminución de la energía inicial. El potencial del ánodo tiende a derivar hacia eldel cátodo y viceversa.

Vamos a considerar a continuación las correspondencias que existen entre lacorriente y el potencial. Para analizar la variación del potencial con la corriente, omejor todavía con la densidad de corriente, debemos considerar por separado lascircunstancias que se producen en el ánodo y en el cátodo.

Curva de densidad de corriente en función del potencial

La corriente catódica (IC) negativa por definición, mientras que la corriente anódica(IA) es considerada como positiva.

Densidad decorriente

Potencial

IAFe Fe++ + 2e

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materiales constructivos 109

FLYGT

Curva densidad de corriente en función del potencial

Para tener una imagen general de lo que sucede en una pila de corrosión, debemosreflejar la suma de las dos corrientes anódica y catódica (IA+IC), que se producen acada potencial.

Curva densidad de corriente en función del potencial

Cuando la curva que representa IA+IC corta al aje de potenciales, no se producirácorrosión, y es precisamente mediante la sobre-imposición de una corriente igual a lasuma de las corrientes anódicas y catódicas, como se consigue detener la corrosión.

Por otro lado, la diferencia de potencial es determinante para el control de lavelocidad de corrosión galvánica. Dos metales con potenciales muy próximos se

Densidad decorriente

PotencialICO2 + 2H2O + 4e 4 OH-

2 H+ + 2e H2 (burbujas de gas)

Densidad decorriente

PotencialIC

IA

IA+IC

Fe Fe++ + 2e

O2 + 2H2O + 4e 4 OH-

2 H+ + 2e H2 (burbujas de gas)

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo110

FLYGT

corroerán muy lentamente, y al contrario, si la diferencia de potencial es importante,la corrosión será mayor.

De mayor importancia en la corrosión galvánica que las diferencias de potencial son,las superficies relativas a los dos metales. Esta correlación es la que gobierna ladensidad de corriente galvánica, y por tanto el grado de ataque corrosivo.

Si en una pila de corrosión, la superficie del cátodo se incrementa, la densidad decorriente en el ánodo aumentará, y la corrosión será más severa.

Los conceptos electroquímicos quehan sido utilizados para explicar lacorrosión en inmersión, sirventambién para explicar la corrosiónatmosférica de los metales. Laabsorción de una película dehumedad procedente de la lluvia odel rocío es suficiente para formarun electrolito.

La presencia de partículas depolvo y otros contaminantes, talescomo cloruros, sulfatos yamoniaco, actúan comoestimulantes del proceso decorrosión. Todo tipo de salessolubles incrementará la velocidadde corrosión porque proporcionanmás iones que transportan lacorriente eléctrica a través delelectrolito.

Si estos iones se encuentran debajode la película de pintura,contribuyen a la formación deampollamientos debido al principiode ósmosis, que es uno de losmétodos naturales de restablecerel equilibrio. Cuando laconcentración de sal es máselevada en uno de los lados de

CATODOANODO

CORROSION GALVANICA MODERADA

ANODO CATODO

CORROSION GALVANICA INTENSA

Pintura

IONESAGUA

OXIGENO

Calamina (cátodo) Calamina

ACERO (ánodo)1AMPOLLAMIENTO

Herrumbre

2

Herrumbre

CUARTEAMIENTO

3

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materiales constructivos 111

FLYGT

una membrana permeable, como lo es cualquier película de pintura, se produce unflujo de agua pura desde el otro lado de la membrana hasta que la concentraciónde sal a ambos lados se iguala.

Resulta indispensable limpiar la superficie a pintar de óxidos y calamina. La calaminaes una capa constituida por óxidos de hierro que se forman durante el proceso delaminación del acero. A pesar de tratarse de una película muy dura y bien adheridaa la superficie del acero, es también frágil y susceptible de cuartear y desconcharse.Incluso peor, porque siendo la calamina catódica con respecto al acero, produceuna corrosión galvánica acelerada en aquellos puntos en los que la rotura de lapelícula deja al acero al descubierto. Pintar sobre superficies con calamina aumentael riesgo de corrosiones por picaduras.

Vamos a clasificar y luego definir una serie de tipos de corrosión que se pueden daren las bombas en diversas circunstancias.

6.3.1.1 CORROSIÓN GALVÁNICA

Cuando dos materiales son conectados eléctricamente, y en contacto con unelectrolito, formarán un pila galvánica donde elmaterial más noble (menos electronegativo) es elcátodo y el menos noble (más electronegativo) elánodo. El ánodo se corroe. La velocidad decorrosión depende de:

El ratio entre la superficie catódica y anódica.Cuanto mayor sea la superficie frente a la delánodo (un “catodito” frente a un “anodazo”reduce los efectos de corrosión galvánica). Porejemplo, los tornillos de acero inoxidable(potencial –0,4) sobre la carcasa de fundición(potencial –0,44).

Ejemplo de corrosión galvanica. La cadenahizo de cátodo y el anillo de ánodo

La magnitud de la diferencia de potencial entre los dos materiales. Cuanto mayorsea ésta, mayor será la velocidad de corrosión

La conductividad del electrolito. Igualmente en medios líquidos con altasconductividades (alta concentración de sales), la corrosión será mucho más rápida.

6.3.1.2 CORROSIÓN POR PICADURAS

Ocurre fundamentalmente en materiales como el aluminio o el acero inoxidable.Estos materiales dependen de una fina película de óxido en su superficie para suprotección anticorrosión. Un daño mecánico en su superficie o una imperfección

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo112

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superficial, son puntos sujetos aoriginarse un ataque por picaduras. Elambiente salino, es frecuente este tipode corrosión, por acción del ion cloruroCl- procedente del cloruro sódico ClNa(sal común) del agua de mar. Este tipode corrosión ocurre cuando la piezaestá en contacto con el aire parcial ototalmente. Normalmente, la corrosiónpor picaduras no se suele producir con

la pieza permanentemente sumergida.Ejemplo de corrosión por picaduras

6.3.1.3 CORROSIÓN POR GRIETAS

Aparece en lugares en los que el líquido estáconfinado. Una vez que la grieta haaparecido, las condiciones en la grietacambian, por ejemplo, el pH baja y elcontenido de cloruros aumenta. Lacapacidad de corrosión del líquidoconfinado aumentará. Típica de esto es lacorrosión que se produce en la unión debridas de acero inoxidable en agua de mar.

Ejemplo de corrosión por grietas

6.3.1.4 CORROSIÓN POR TENSIÓN

Es un efecto combinado entre unesfuerzo de tracción, bien interno oaplicado exteriormente, y un ataque decorrosión local. Como resultado, elmaterial se agrietará y romperá. Estetipo de corrosión está generalmenteligado a aceros inoxidables austeníticosen contacto con fluidos con un ciertocontenido de cloruros. Sin embargo,estas grietas no suelen aparecer pordebajo de 60ºC.

Ejemplo de corrosión por tensión

El grafito y los aceros poco aleados, pueden ser susceptibles de un ataque de estetipo en soluciones de sosa cáustica a altas temperaturas y concentraciones.

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materiales constructivos 113

FLYGT

Para evitar esta corrosión por tensión, se debeneliminar los esfuerzos de tracción, por ejemplo,los tratamientos térmicos después de mecanizaro soldar, o bien

seleccionando un material adecuado (no aceroaustenítico como el AISI 316).

6.3.1.5 CORROSIÓN POR EROSIÓN

La corrosión por erosión es una combinación decorrosión electroquímica y de erosión mecánicapor la acción de un fluido a alta velocidad. Elataque está generalmente localizado en áreasen las que el fluido se encuentra en régimenturbulento, por ejemplo, un impulsor.

6.3.1.6 CORROSIÓN POR CAVITACIÓN

La corrosión por cavitaciónaparece en áreas de bajaspresiones donde se formanburbujas de vapor, queimplosionan contra unasuperficie, creando agujerosprofundos característicos delfenómeno. En muy comúnencontrarse con los filosexteriores de los impulsores yde las hélices con un efectoque básicamente es unamezcla de cavitación,desgaste y corrosiónelectroquímica.

Ejemplo de erosión por cavitación

6.3.1.7 CORROSIÓN Y FATIGA

El fallo de una bomba está causado frecuentemente por la fatiga. Cuando losmateriales están sujetos a cargas alternativas o cíclicas, aparecen microgrietas en lasuperficie o cerca de ésta. Si los esfuerzos son bastante altos, estas grietas sepropagan y crecen hasta una longitud crítica donde se produce la rotura. Losesfuerzos son una combinación del esfuerzo nominal y del esfuerzo local.

Corrosióon por erosión

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo114

FLYGT

Los esfuerzos locales estánconcentrados en los chaveteros,vértices acusados, zonas de materialno homogéneas, etc. Loscomponentes sujetos a esfuerzoscíclicos en un ambiente corrosivo,alcanzarán el límite de fatiga antesque en un ambiente no corrosivo.Por lo tanto, es más importante aúnevitar zonas con alto grado deconcentración de tensiones enambientes corrosivos.

6.3.2 Corrosión de los materiales polímeros

El ataque por corrosión en estos materiales, se entiende como el deterioro o roturadel material producido por productos químicos. En un polímero, resulta difícil saber asimple vista si el material está corroído, porque aparentemente suele estar en buenestado, aunque de hecho se encuentre frágil y haya perdido su resistenciamecánica. Los esfuerzos mecánicos aplicados en un ambiente químico, puedencausar grietas en la superficie, las cuales se propagan a través del material, biencomo resultado del esfuerzo mecánico, o bien en combinación con un ataquequímico continuo.

La corrosión de los polímeros puede dividirse en:

• Reacción química. Cambia la configuración de la cadena del polímero.• Interacción química. Son los efectos físicos producidos por la interacción con

el ambiente. Se puede producir hinchamiento, disolución, y fugas de losaditivos. La interacción depende de la difusión de las substancias en elpolímero, y del proceso en algunos casos reversible. Las substanciasorgánicas afectan normalmente a los polímeros por una interacción física,mientras que substancias como ácidos o bases fuertes resultan normalmenteen una rotura irreversible de los polímeros.

Las reacciones químicas en polímeros pueden ser originadas por situacionesambientales como las siguientes:

• Calor. La escisión de la cadena ocurrirá en polímeros que están expuestos auna temperatura superior a su límite máximo.

• Radiación Ultravioleta UV. La radiación UV puede causar la rotura de lacadena del polímero o entrecruza la misma, en presencia de oxígeno.

• Ozono. El ozono ataca a los polímeros no saturados (como la goma natural)que están bajo algún esfuerzo, causando grietas características.

Ejemplo de corrosión por fatiga

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materiales constructivos 115

FLYGT

• Agua. La absorción de agua a elevadas temperaturas produce hidrólisis enciertas cadenas de polímeros como los grupos uretanos y ésteres. La hidrólisisdebilita el polímero, desde que se altera la estructura vertebral del mismo.

• Productos químicos. El deterioro químico puede serproducido por productosque hinchen o disuelven el material, pero no alteren la estructura de lacadena del polímero.

La resistencia química depende de la estructura química de un polímero, y entermoplásticos, depende si éstos son amorfos (PC, PVC, PS, PMMA) o parcialmentecristalinos (PE, PA, PP, POM). Los polímeros parcialmente cristalinos son más resistentesa sustancias orgánicas y a disolventes que los polímeros amorfos. Las resinas (PUR, EP,UP) no pueden ser disueltas gracias a su estructura entrecruzada, aunque sonsusceptibles a hincharse y al deterioro por reacciones químicas como la hidrólisis.

6.3.3 Protección en agua residual urbana

Generalmente, el agua residual urbana se considera mínimamente corrosiva y sucontenido en oxígeno es cercano a cero. Así, la corrosión de la fundición y del aceroes reducida y no necesita una protección especial.

Sin embargo, en agua residual aireada, puede aumentarse esta corrosión y necesitarde una protección superficial como una pintura Epoxi. Si las aguas llevan uncontenido de cloruros por encima de los 200 mg/L, se recomienda la aplicación dela pintura Epoxi.

6.3.4 Protección en agua residual industrial

Se trata de un medio poco definido y su contenido afecta mucho a la capacidadcorrosiva. Si el pH está entre 5,5 y 12,5, y la temperatura máxima es de 50 ºC, sepuede usar una pintura Epoxi para proteger superficialmente los materiales normales:fundición y acero. Si la conductividad del medio es alta, se deben usar ánodos desacrificio.

Fuera del entorno de estos valores, se deben utilizar otros materiales como el aceroinoxidable.

6.3.5 Protección en agua de mar

El agua de mar se considera como uno de los fluidos más corrosivos para los metalesdebido a su alto contenido en iones cloruro Cl- y en oxígeno.

Los aceros inoxidables que se usan comúnmente, tales como el AISI 304, el 316 y el329, son en principio susceptibles a corroerse en agua de mar, aunque su longevidadserá mucho mayor que la fundición.

Page 121: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo116

FLYGT

Para trabajar con concentraciones de cloruros de alrededor de 20.000 mg/L, y conconductividades por encima de 7.000 µS/cm, conviene recurrir a utilizar acerosinoxidables especiales para este tipo de medios, como el AISI 904 o el SS 2378.

Pero, una bomba estándar fabricada en fundición puede usarse en agua de mar siestá convenientemente protegida. Esta protección constaría de dos partes:

• Imprimación con alguna resina tipo Epoxi.• Anodos de sacrificio.

Las pinturas Epoxi añaden resistencia contra ataques químicos a metales poconobles como la fundición o el acero al carbono, frente a un medio corrosivo. Se sueleutilizar un tratamiento de tipo marino, basado en el siguiente proceso:

• Chorreado fino grado 2 de las superficies a proteger.• Aplicación de una imprimación antioxidante con una fosfato o silicato de

Zinc.• Aplicación de la resina Epoxi con espesores entre 300 y 450 micras.

Las resinas EPOXI son productos muy especiales procedentes de la industriapetroquímica. Estas pinturas no son atacadas por el agua, pero tienen un ciertogrado de permeabilidad del vapor de agua. Los curados con poliamida tienenbuena resistencia a la exposición continua al agua, incluso a elevadas temperaturas.

Estas pinturas presentan mejor resistencia a los disolventes que otros tipos de pinturasde secado al aire, ya que son resistentes a los hidrocarburos aromáticos, a losalcoholes y a los ésteres. Los productos curados con aminas tienen una mejorresistencia a los disolventes que los curados con poliamidas.

En cambio, las pinturas epoxi tienen ciertas desventajas como el reblandamiento porel contacto con cetonas o con disolventes clorados. La aplicación de la pinturarequiere especial cuidado.

La aplicación de las pinturas puede ser a mano o con pistola. Con pistola seconsigue un acabado de mejor aspecto, aunque a mano puede llegarse a rinconesescondidos en los que la pistola tiene difícil acceso. Cada capa de pintura, bien amano o bien a pistola tiene un espesor medio de 30 micras.

La pintura Epoxi tiene un tiempo de secado de una semana aproximadamente.

Los ánodos de sacrificio son un tipo de protección catódica que utiliza un materialmás electronegativo que el material a proteger, es decir, menos noble. Se trata deque se forme un pila galvánica en la que se consume el ánodo de sacrificio y no elmetal a proteger.

Estos ánodos deben de tener el contenido de hierro muy bajo, porque de locontrario, el material de sacrificio no produciría una densidad de corrienteadecuada. El potencial del Zinc (el más usado) es –0,78, y el del acero al carbono yla fundición es – 0,44.

Page 122: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

materiales constructivos 117

FLYGT

La geometría de estos ánodos es importante, siendo los ánodos largos y estrechos losque mejor garantizan una buena distribución de la corriente.

La capacidad del material anódico se expresa en Amperios-hora por kilogramo(Ah/kg), indicando el número de amperios-hora disponible por kilo de materialanódico. Esta capacidad nos sirve para calcular la cantidad de material anódiconecesario para producir la protección catódica.

Los materiales más usados como ánodos de sacrificio son:

• Magnesio. Usado para aguas de elevada resistividad. No se usa en aguassaladas por consumirse demasiado rápido y poder dar origen a mezclasexplosivas de cloro/gas oxídrico. Su capacidad es de 1100 Ah/kg.

• Aluminio. Usado para temperaturas por encima de 60ºC, donde el Zinccambiaría su polaridad en relación al acero, siendo más noble. Su capacidad esde 1500 Ah/kg.

• Zinc. Es sin duda el más usado por su economía. Solo hasta temperaturas de 60ºC. Su capacidad es de 750 Ah/kg.

Para calcular la cantidad de Zinc necesaria para proteger una determinadasuperficie, hay que calcular previamente:

• El área superficial total que se desea proteger.• Determinar las zonas revestidas y no revestidas.• El área superficial exterior de la bomba (agua estacionaria en bombas

sumergidas) y el área interior de la bomba, donde el agua está en movimiento.• El área de tuberías, si es necesario, puesto que éstas también consumen

corriente.• La densidad de corriente protectora para las superficies interior y exterior, que es

función del material. Las densidades de corriente necesarias para unaprotección catódica correcta son:

MATERIAL Densidad de corriente(mA/m2) revestida

No revestida

Fundición de hierro,acero al carbono

15 70

Acero inoxidable 15 100Aleaciones de cobre 15 100Aluminio 15 50

El peso de Zinc necesario para proporcionar dos años de protección será:

100028640

CxxIxAxM =

Donde: I = Densidad ce corriente necesaria (mA/m2)A = Area a proteger (m2)C = Capacidad del material de ánodo (Ah/kg)

Page 123: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo118

FLYGT

Los ánodos deben hallarse en contacto eléctrico con el metal a proteger. Lacorriente pasa del ánodo al agua, y,a través del metal, al ánodo denuevo.

No es necesario que los ánodos seencuentren asegurados al metal aproteger, aunque es preferible. En sudefecto, podrá utilizarse un trozo dealambre o una tira de chapa.

El conductor deberá hallarse aislado,para no absorber corriente. Paraasegurar una buena distribución decorriente a todas las piezas de labomba, habrá que utilizar más de unánodo. Las esquinas, las chapasdivisorias, etc., impiden la correctadistribución de la corriente.

Esquema de corrientes en protección catódica

En las bombas de tipo sumergible, los ánodos se colocan tanto en el interior como enel exterior de la bomba. En el caso de no poder ubicar los ánodos en el interior de lavoluta, se debe colocarlos lo más cerca posible de la entrada.

En cuanto a la pintura exterior, bien sea de tipo resina Poliéster o bien de resina tipoEpoxi, no es en principio un problema. Los ánodos realizarán una proteccióncatódica en áreas donde la pintura se encuentre con desperfectos odiscontinuidades. Resulta importante eliminar la parte de pintura que reviste la zonadel metal donde va montado el ánodo. Y hay que dejar por supuesto el ánodo encontacto con el medio

Page 124: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

materiales constructivos 119

FLYGT

6.3.6 Desgaste de piezas

El desgaste puede producirse por:

• Adhesión• Abrasión• Corrosión• Fatiga superficial

El desgaste por adhesión ocurre cuando dos superficies se están deslizando unasobre la otra. El resultado es que pequeñas zonas se acaban soldando unas conotras y se expulsan fragmentos del material.

El desgaste por abrasión comienza cuando partículas duras se quedan atrapadasentre dos superficies desplazando material, o bien cuando una superficie dura sedesliza sobre otra blanda.

El desgaste por corrosión tiene lugar cuando el deslizamiento tiene lugar en unambiente corrosivo, y la película protectora de óxido se ha eliminado, empezando elataque por corrosión.

El desgaste por fatiga superficial aparece cuando se producen grietas superficialespor acción de cargas cíclicas sobre el material. La propagación de la grieta producepérdidas de fragmentos.

Existe otro tipo de desgaste como el producido por erosión que es análogo alproducido por abrasión. La diferencia es que la erosión deja una rugosidad mayor enel material restante.

Para prevenir el desgaste se debe hacer lo siguiente:

• Usar materiales con mayor resistencia al desgaste• Tratar térmicamente (templado, cementado, etc.) los materiales estándar,

cambiando sus propiedades de dureza.• Evitar el contacto directo de los materiales usando un líquido como el aceite

o el agua.

En este sentido, las bombas Flygt disponen de una amplia gama de materiales paraimpulsores, en función de la dureza del trabajo a realizar.

Page 125: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

curvas y parámetros característicos de las bombas 121

Ca

pít

ulo

8

8 Curvas y parámetroscaracterísticos de lasbombas

8.1 Potencia y rendimiento

Como hemos indicado anteriormente, una bomba estáconstituida por un motor eléctrico, una parte mecánica yuna parte hidráulica.

El motor eléctrico debe tener la capacidad suficiente parasatisfacer la máxima demanda de potencia que le exija elimpulsor, más las posibles pérdidas internas.

Conviene pararse a analizar y definir las diferentes potenciasy rendimientos que intervienen. La potencia consumida en eleje del motor (Peje) es siempre menor que la potenciaconsumida de la red (Pin). Esto se debe a las pérdidas que seoriginan en el interior del motor (en el bobinado de cobre yen el núcleo ferromagnético), en los rodamientos, cierresmecánicos y demás componentes mecánicos.

Potencia consumida

Pérdidas en elcobre

Pérdidas en elhierro

Pérdidashidráulicas

Potenciahidráulica

ParteHidráulica

Potencia en el eje

Motor

Page 126: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo122

FLYGT

perineje PPWP −=)(

Por tanto, conociendo la intensidad consumida por el motor (en amperios), latensión de la red (en voltios) y el factor de potencia (coseno de ϕ), se puedeobtener la potencia consumida por el grupo moto-bomba de la red, que a lapostre corresponde con la energía que pagaríamos a la compañía eléctrica (enKwh), según el tiempo de utilización.

( ) ϕcos3xUxIxWPin = La potencia a la salida de la bomba (Potenciahidráulica: Plíquido) es igual a la potencia en el eje, menos las pérdidas hidráulicasen el impulsor y la voluta de la bomba.

( ) phejelíquido PPWP −=

La potencia en el líquido (potencia hidráulica) es la que se necesita para elevarun determinado caudal de líquido de una determinada densidad, a una alturamanométrica concreta.

( ) ( ) ( ) ( )xgmKgxsmxQmHWPlíquido33 // ρ= (m/s2)

La relación entre la potencia en el eje y la potencia absorbida de la red, seconoce como el rendimiento del motor.

( )%in

ejemotor P

P=η

( ) motorineje xPWP η=

La relación entre la potencia en el líquido y la potencia en el eje, se conocecomo el rendimiento hidráulico de la bomba.

( )%eje

líquidobomba P

P=η

( ) ejebombalíquido xPWP η=

La relación entre la potencia en el líquido y la potencia absorbida de la red, seconoce como el rendimiento total del grupo motor-bomba.

Page 127: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

curvas y parámetros característicos de las bombas 123

FLYGT

( )%in

líquidototal P

P=η

( ) totalinbombamotorinlíquido xPxxPWP ηηη ==

Por último, también podemos calcular la potencia en el eje (Peje), y la potenciade la red (Pin), partiendo de la potencia hidráulica (Plíquido), y de los rendimientoshidráulicos (ηbomba) y del motor (ηmotor).

( )bomba

líquidoeje

PWP

η=

( ) ( ) ( ) ( )( )%

33 81,9//...

bombaeje

xmKgxsmxQacmHWPη

ρ=

( )motor

ejein

PWP

η=

( ) ( ) ( ) ( )( ) ( )%%

81,9//... 33

motorbombain x

xmKgxsmxQacmHWPηηρ

=

La potencia homologada es la máxima potencia permitida de salida en el ejebajo ciertas condiciones de funcionamiento, establecidas por las normas IEC(Comisión Eléctrica Internacional). Básicamente, se refieren a que tanto elaumento de temperatura como el par motor deben mantenerse dentro de unoslímites, en funcionamiento continuo.

8.2 Curvas características de una bomba. Caudal-Altura, potencias, rendimientos, NPSH

Las curvas más usadas para la definición de un grupo moto-bomba son lassiguientes:

• Caudal-Altura• Potencia consumida• Potencia en el eje• Rendimiento hidráulico• Rendimiento global• NPSH requerido

Page 128: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo124

FLYGT

Page 129: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

curvas y parámetros característicos de las bombas 125

FLYGT

La curva Caudal-Altura o curva característica, es la curva más importante de lasque describen el funcionamiento de una bomba. Esta curva recoge todas lasposibles combinaciones de Caudal (Q) y presión, o altura (H), que una bombadeterminada puede proporcionar, es decir refleja la función H=H(Q).

Dicha curva Q-H suele venir limitada en sus dos extremos, es decir se restringe elfuncionamiento de la bomba en las zonas correspondientes a caudales muybajos (zona alta) y a caudales muy altos (zona baja) con la intención deprotegerla de malfuncionamientos. Por ejemplo, en bombas de flujo radial, ypara grandes caudales, suele limitarse en la zona alta para evitarrecirculaciones en el impulsor, y en la zona baja por razones de excesivo NPSHrequerido que se traduce en cavitación. También es habitual limitar los extremosde la curva para garantizar que el impulsor no demande al motor más potenciaque la que éste pueda proporcionar.

Interpretación de la anterior curva característica:

Las dos curvas del gráfico superior, corresponden al consumo de potencia en losdistintos puntos de funcionamiento, la superior corresponde a la potenciaeléctrica; u la inferior a la potencia mecánica, siendo la diferencia entre ambasconsecuencia de las pérdidas en el motor.

Las dos curvas con máximo del gráfico inferior, corresponden a los dosrendimientos de la bomba, el hidráulico (superior), y el total (inferior) que incluyehidráulico y eléctrico.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo126

FLYGT

La curva con mínimo, corresponde al NPSH requerido por la bomba para losdistintos caudales; y por último, la curva descendente del gráfico inferior, es lacurva característica de la bomba.

El punto de máximo rendimiento P.M.R. suele estar marcado con una flecha ocon una pequeña cuña, indicando en valor el rendimiento hidráulico para esepunto

Los puntos de trabajo irán indicados con un número sobre la curva.

Las curvas teóricas de una bomba suelen estar basadas siempre en un fluido dedensidad y viscosidad constante, y sin aportación de materia sólida. En estecaso es agua limpia. Conviene tenerlo en cuenta a la hora de compararresultados de campo en agua residual con estas curvas teóricas.

En la cabecera de las curvas suelen venir una serie de datos técnicos que en elcaso de una bomba sumergible son tanto hidráulicos como eléctricos. Encuanto a los datos eléctricos, se puede ampliar la información con la carta delmotor y las curvas de par e intensidad, datos requeridos especialmente a lahora de dimensionar cuadros eléctricos de fuerza y maniobra con o sinarrancadores estáticos o variadores de frecuencia.

Por último, la altura H en algunos fabricantes de bombas americanos, vieneexpresada con un término llamado TDH (Total Dynamic Head). Este términoincluye tanto la energía contenida de forma estática (presión), como de formadinámica (velocidad) en el fluido bombeado.

La curva característica que se muestra en una bomba de flujo axial es tan solouna parte de la curva total; ya que ésta sufre una discontinuidad, creándoseuna zona inestable en el medio de la curva. La zona que se suele mostrar es laparte baja de la curva, justo después de la alteración, mostrando en trazodiscontinuo el resto de la misma.

8.3 Curva del sistema (curva resistente). Punto detrabajo

La curva del sistema o curva resistente es el resultado de sumar a la presiónestática requerida, todas las pérdidas de carga producidas en cada parte delsistema de transporte del fluido (tuberías, codos, válvulas...). Estas pérdidas sonproporcionales al cuadrado del caudal, teniendo por tanto la curva del sistema,forma cuadrática y respondiendo a la siguiente expresión:

)()( 2QHpHgQH +=

Siendo:

Hg = Altura geométrica, o diferencia de cotas entre la entrada y la salida.

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curvas y parámetros característicos de las bombas 127

FLYGT

Hp = Pérdidas de carga que son proporcionales al cuadrado de la velocidad, ypor tanto al cuadrado del caudal.

Por tanto, para calcular la curva resistente de un sistema de bombeo, se definela altura estática ó geométrica, se sitúa en la curva Q-H en el punto de caudalcero, y se calculan las distintas pérdidas de carga estáticas (codos, válvulas,conexiones, etc.) y dinámicas (rozamiento del líquido en las paredes interioresde la tubería) y se suman a la altura estática.

Por tanto, la intersección entre ambas, mostrará el punto de trabajo, o caudal yaltura en los que estará funcionando la bomba.

8.4 Curvas a distinta velocidad: variación defrecuencia

Una forma de modificar la curva característica de una bomba, es variar lavelocidad de giro del impulsor, solidario un motor eléctrico, empleando unvariador de frecuencia.

La velocidad en un motor asíncrono es, en primer lugar, función del número depolos del motor y de la frecuencia de la red. A esta velocidad teórica se laconoce por velocidad de sincronismo, y su expresión es:

polos de nºfrecuencia*120=n (rpm)

Una forma de variar la velocidad del motor es variar la frecuencia, y éste es elprincipio en el que se basan los variadores de frecuencia.

H (m)

Q (l/s)Q1

Hg

Hm1

Curva Q-H de una bomba

Curva del sistema parael caudal de una bomba

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo128

FLYGT

La principal consecuencia de la disminución de la velocidad de una bomba esla disminución tanto de caudal como de altura que ésta es capaz deproporcionar, es decir, la caída de la curva característica de la bomba.Antiguamente, la regulación de caudal se realizaba mediante la apertura ocierre controlado de una válvula reguladora aguas arriba de la bomba. Estesistema tenía en principio un coste inferior al del variador pero un considerablemayor consumo energético. Por ello, el ahorro proporcionado por un variadorjustifica a medio y largo plazo la adquisición del mismo, cuando los ajustes decaudal llegan a ser frecuentes.

En la gráfica anterior, se puede ver el “despilfarro” energético al utilizar unaválvula como sistema de regulación de caudal, en comparación con el uso deun convertidor o variador de frecuencia.

Comparativa de ajuste de caudal por cierre de válvula o por variación de velocidad

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curvas y parámetros característicos de las bombas 129

FLYGT

La siguiente figura, recoge las distintas curvas características de la mismabomba, así como la modificación del resto de las curvas (potencia, rendimientoy NHSH) en función de las distintas velocidades, o frecuencias aplicadas.

La siguiente figura, recoge las distintas curvas características de la mismabomba, así como la modificación del resto de las curvas (potencia, rendimientoy NHSH) en función de las distintas velocidades, o frecuencias aplicadas.En resumen, la razón principal de instalar un variador de frecuencia es el ahorrode energía, ya que las leyes de afinidad muestran que la potencia varía con el

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo130

FLYGT

cubo de la variación de velocidad. Además del anteriormente expuesto, existenotros dos motivos fundamentales para la instalación de un variador:

• Cuando se requiera un caudal relativamente constante aguas arribadistinto del nominal de las bombas. Usando un variador, se consigueeste efecto con el consecuente ahorro de energía, frente al sistematradicional de estrangulamiento.

• Cuando se quiera reducir pérdidas en el sistema. A veces, unaregulación parada / marcha resulta económicamente costosa cuandose tiene un sistema con mucha pérdida de carga con relación a laaltura geométrica (curvas de sistema muy pronunciadas).

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curvas y parámetros característicos de las bombas 131

FLYGT

8.5 La zona de trabajo segura y eficiente.

Aunque teóricamente una bomba sea capaz de proporcionar muchos puntosde trabajo, o combinaciones de caudal y altura; es muy importante que elproyectista diseñe el sistema para que los equipos siempre trabajen en ladenominada zona de trabajo segura y eficiente.

Ésta es la zona la curva que rodea al punto de máximo rendimiento. En estazona, además de alcanzarse las mayores eficiencias, se minimizan los esfuerzosradiales y por tanto las vibraciones y perturbaciones nocivas que éstosproducen sobre la bomba y el resto del sistema.

8.6 Carta del motor

La carta de motor es el documento que muestra los parámetros más relevantesde un motor eléctrico en función de la variación en la solicitación de carga quese demande. Éstos son:

• Potencia consumida• Velocidad• Intensidad• Rendimiento• Factor de potencia

H ( m )

Q ( l / s )

C u r v a sd es i s t e m a

Z o n a r e c o m e n d a d a

Z o n a c o n f l i c t i v a 1

Z o n a c o n f l i c t i v a 2

η ( % )

Q ( l / s )

N P S H r e q

Q ( l / s ) F r a d i a l ( N )

Q ( l / s )

F a x i a l ( N )

F ( N )

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo132

FLYGT

8.7 Curvas de par e intensidad

Estas curvas relacionan el par motor y la intensidad del motor en función de lavelocidad de giro del mismo. Se utilizan para estudiar el comportamiento delmotor frente a diferentes tensiones de alimentación. Para la elección del tipo dearranque, especialmente si es por un arrancador suave, es importantecomprobar estos datos antes de ajustar el mismo.

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9 Sistemas hidráulicosmultibomba

9.1 Conexión de bombas en paralelo.

Se entiende por conexión de bombas en paralelo, cuandoéstas descargan a una tubería presurizada común, ocolector. En este sentido, conviene diferenciarlo claramentede un sistema con varias bombas descargando a uncanal no presurizado común, caso en el que no afectael número de bombas en funcionamiento con relacióna la altura de trabajo.

Como ley fundamental de un bombeo en serie; para unaaltura de trabajo definida, los caudales de cada una de lasbombas se suman de acuerdo con su curva defuncionamiento.

Ejemplo de bombeo Flygt en paralelo

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FLYGT

Htotal = HBomba 1 = HBomba2 = ............. = HBomba N

Qtotal = QBomba 1 + QBomba2 + .............. + QBomba N

Cuando se diseña un sistema conectando bombas en paralelo, la curvaresultante de funcionamiento del conjunto se obtiene sumando loscaudales para una misma altura.

Al igual que con bombas independientes, el punto de trabajo será aqueldonde se cruzan la curva del sistema y la curva de las dos bombastrabajando en paralelo obtenida de la forma anteriormente descrita.

Cuando dos bombas funcionando en paralelo vierten a un únicocolector, comparten la misma curva de sistema, salvo el primer tramo,desde la bomba al colector, que suele ser despreciable. Dicha curva desistema es ascendente de forma cuadrática; por tanto, el caudal realobtenido por las dos bombas trabajando juntas será menor que el dobledel obtenido funcionando en solitario. La anterior diferencia dependeráde la inclinación de su curva de sistema.

H (m)

Q (l/s)Q1

Hg

Q2

Punto de trabajo de las dos bombas en paralelo

Hm

Ejemplo de curva con dos bombas funcionando en paralelo y su cruce con la curva de sistema

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sistemas hidráulicos multibomba135

FLYGT

Ejemplo de pozo Flygt para tres bombas funcionando en paralelo

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo136

FLYGT

9.2 Conexión de bombas en serie

Cuando se requiere trabajar a una altura considerable donde unabomba multietapa no se pueda instalar por diversos motivos, se puedenconectar varias bombas en serie para lograr el mismo efecto.

Conviene tener en cuenta que las bombas sumergibles no estándiseñadas para grandes alturas, por lo que este tipo de acoplamiento esa veces necesario. De la misma forma, en drenajes de minas es frecuenteque se unan bombas portátiles con el mismo fin.

En este tipo de conexión, el caudal es común a todas las bombas, peroen cambio se suman las alturas proporcionadas por cada una de ellas:

Htotal = HBomba 1 + HBomba2 + ..... + HBomba N

Qtotal = QBomba 1 = QBomba2 = ..... = QBomba N

Ejemplo de bombas sumergibles Flygt funcionando en serie

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sistemas hidráulicos multibomba137

FLYGT

En cuanto a la curva resultante de la conexión en serie de las bombas, seobtiene sumando las alturas para un determinado caudal.

Se pueden también realizar combinaciones serie-paralelo en casos en losque sea necesario mucho caudal a gran altura.

H (m)

Q (l/s)

Hg

Punto de trabajo de dos

bombas trabajando en serie

Hm

Q

Curva de dos bombas funcionando en serie

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo138

FLYGT

Estación de bombeo con bombas Flygt en serie-paralelo

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protecciones de un grupo moto-bomba 139

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11 Protecciones de un grupo moto-bomba

Se entiende como protecciones todos los sistemas internos yexternos al grupo moto-bomba que previenen un malfuncionamiento del mismo, incluyendo los diferentes sistemasde arranque de los equipos de bombeo. En este sentido,Flygt ha desarrollado muchos de estos sistemas para garantizarla fiabilidad de sus equipos y minimizar los tiempos de paradapor avería y mantenimiento.

11.1 Protecciones internas

Podemos encontrar una gran variedad de sensores y sistemasde detección de fallos para supervisión de las bombasinstalados en el interior de las mismas. Éstos se pueden clasificarsegún la función:

11.1.1 Sensores de temperatura

Es esencial definir si lo que se requiere del sensor es unarepuesta para prevenir que el elemento no sobrepase unadeterminada temperatura o, además, se quiere monitorizar latemperatura constantemente. Para detectar una temperaturalímite, existen dos sensores comúnmente usados en los motoresde las bombas:

• Sonda térmica (Tipo Clixon)• Termistor o PTC

Sección de una sonda térmica tipo

Se desplaza hacia abajo para abrir elcircuito a una temperatura específica

Dos cables a lasondaDiscos muelle de metales con

diferente coeficiente de expansióntérmica

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo140

FLYGT

Las sondas térmicas son el elemento mássencillo para detectar una temperaturalímite, y suelen colocarse normalmente doso tres unidades en los arrollamientos delbobinado del estator. Consiste en uninterruptor bimetal, de tal forma que,cuando éste dilate hasta un determinadonivel, se abra el circuito.

Pueden estar taradas a diferentestemperaturas que normalmente seencuentran en valores más o menospróximos a la temperatura máxima delaislamiento del motor. Por ejemplo, para unaislamiento clase F (155º C), las sondastérmicas pueden estar taradas entre 125 y140º C.

Es conveniente saber que, una vez disparada la sonda, hay que esperar un ciertotiempo hasta que desciende la temperatura y la sonda cierra el circuito de nuevo.

Los termistores o PTC (Positive TemperatureCoeficient) son semiconductores y seutilizan como alternativa a las sondastérmicas.

El termistor nunca puede ser utilizado paramedir temperatura, pues su variación deresistencia con la temperatura no es lineal.

Para poder monitorizar la temperatura del motor con cierta exactitud se utilizan losllamados PT-100. Consiste en una resistencia que varía más o menos linealmente conla temperatura. El sensor PT-100 se denomina así porque a 0º C mide 100 Ω.

Este sensor debe conectarse a un relé especial para este fin (o autómata,ordenador, etc.) para poder convertir los valores de resistencia en una señalanalógica de tipo estándar 4-20 mA, 0-20 mA o 0-10V.

Estos sensores pueden ser utilizados para monitorizar la temperatura de otroscomponentes del motor o la bomba, como por ejemplo los rodamientos. En estecaso, el sensor es de otra forma y se instala en contacto con la pista exterior delrodamiento.

Sondas térmicas

Termistor (PTC)

Sensor PT-100

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protecciones de un grupo moto-bomba 141

FLYGT

11.1.2 Sensores de filtración o de humedad

Son esenciales en las bombas de tipo sumergible para detectar o monitorizar lasfiltraciones producidas en los cierres mecánicos. Estas filtraciones pueden ser llevadashasta un límite en el que se produce el disparo de la alarma. Para esta aplicación, sesuelen utilizar sensores de tipo resistivo.

Al igual que ocurre con los sensorestérmicos, Flygt ha desarrollado ymejorado muchos de estos sistemas,siempre a la cabeza de latecnología sumergible para aguasresiduales.

Los sensores de humedad puedenser instalados en cámara seca, o enuna cámara de aceite. Para loprimero, lo más adecuado es el usode sensores resistivos de tipo flotante.En ellos se encuentran montadasresistencias de diferente valor, lo cualdefine diferentes etapas de filtrado.

En algunos casos se hace necesariopoder monitorizar el nivel de filtraciónen una cámara donde se encuentra aceite para lubricar y refrigerar las juntasmecánicas. En este caso, se realiza una medición del grado de humedad (cantidadde agua en el aceite).

Para realizar esta función se recurre asensores capacitivos. Estos sensoresactúan como un condensador cuyomedio dieléctrico es el propio aceitede la cámara. Al variar el contenidode agua filtrada en la cámara, laconstante dieléctrica del mediocambia también.

Este tipo de sensores capacitivosrequieren una alimentación paraobtener lecturas sobre la variación delnivel de filtración, sin embargo, losresistivos suelen ser pasivos. Enaplicaciones antideflagrantes, sedeben obviar este tipo de sensores porriesgo a generar una chispa.

Sensores resistivos de tipo flotante

Sensor capacitivo para medición de humedad encámara de aceite

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo142

FLYGT

11.2 Protecciones externas.

11.2.1 Sistemas de protección estándar

En primer lugar, conviene tener en cuenta las protecciones eléctricas que podemosencontrar en un cuadro eléctrico de fuerza. Estas protecciones son, en su concepto,independientes del sistema de arranque de las bombas, aunque veremos que suimplementación puede variar según los componentes que definen dicho sistema dearranque.

Ejemplos de esquemas eléctricos con diferentes tipos de protección

Page 147: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

protecciones de un grupo moto-bomba 143

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Estas protecciones son, fundamentalmente:

• Protección contra derivaciones a tierra (Protección diferencial).• Protección de línea contra cortocircuitos (Protección magnética).• Protección contra sobreconsumos o sobretemperatura (protección térmica).

Protección diferencial- Se realiza mediante un relé denominado “diferencial” quetiene como misión detectar si existe alguna derivación a tierra en el motor, y al mismotiempo proteger al personal de mantenimiento. Estos relés también pueden actuarcomo interruptores de corte por sobreconsumo.

Estos relés miden la corriente de entrada y la de salida y admiten una corriente defugas determinada, que según sea la finalidad de la instalación varía de acuerdo alreglamento de baja tensión. Así pues, dicha corriente de fugas es de 30 mA paraedificación, y de 300 mA para instalaciones industriales.

En algunos modelos de relé diferencial se puede regular el tiempo de retardo dedisparo, que normalmente puede ajustarse entre 0,1 y 1 segundo. Esto es importantepara instalaciones en las que se cree un pequeño efecto condensador momentáneoen la tirada de cables, previniendo un falso disparo por derivación.

Protección contra cortocircuitos- Tiene la misión de proteger la instalación frente aéstos. Previamente se ha calculado un valor denominado “Intensidad decortocircuito” Icc, que corresponde al aporte de todas las fuentes de generación dela red en el punto de suministro.

Todos los dispositivos de protección tienen una intensidad máxima que puedencortar, denominada “PODER DE CORTE”. El poder de corte de la protección debe seral menos igual a la corriente de cortocircuito Icc susceptible de ser producida en ellugar donde dicha protección esté instalada. Si la corriente de cortocircuito essuperior al poder de corte, el dispositivo no será capaz de desconectar y elcortocircuito durará más tiempo que el límite impuesto.

Si la estación de bombeo tiene su propio transformador, la intensidad decortocircuito está solo limitada por la impedancia de cortocircuito del propiotransformador Zcc, valor que se calcula a partir de las características que seencuentran en la placa del mismo, y que es función de la tensión de cortocircuitoUcc, y de la tensión e intensidad nominales del transformador:

100(%)cc

N

Ncc

UIUZ =

Y la intensidad de cortocircuito será:

(%)100

cc

Ncc U

II =

Page 148: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo144

FLYGT

La IN no suele venir en la placa del transformador, aunque si viene la potencianominal SN, entonces:

N

NN U

SI = (monofásico) N

NN U

SI3

= (trifásico)

Con lo que al final quedaría:

(%)100

ccN

Ncc UU

SI = (monofásico) (%)3

100

ccN

Ncc UU

SI = (trifásico)

Cuando el cortocircuito se produce al final de una línea, se tiene en cuenta laimpedancia del transformador más la de las líneas y cables que haya hasta el puntode cortocircuito. La resistencia de cortocircuito del transformador Rcc se calcula apartir del valor URcc, y la reactancia de cortocircuito del transformador Xcc será:

22cccccc RZX −=

Luego se calcularían las resistencias y reactancias de todos los conductores queatraviesa la corriente desde el transformador hasta el punto de la instalación debombeo. Una vez obtenidas todas las resistencias y reactancias, obtendríamos elvalor suma Zcctotal que se introduciría en la fórmula del cálculo de la intensidad decortocircuito Icc.

En la inmensa mayoría de los casos, nos tendremos que conformar con que elresponsable de las líneas facilite la corriente de cortocircuito en el punto en el que sedesea estudiar la instalación de bombeo.

Es también frecuente, que en lugar de la corriente de cortocircuito, se facilite lapotencia de cortocircuito Scc. En este caso, se calcularán la corriente y laimpedancia de cortocircuito empleando las siguientes expresiones:

N

cccc U

SI = (monofásico)N

cccc U

SI3

= (trifásico)

cc

Ncc S

UZ2

= (monofásico y trifásico)

Este tipo de protección frente a cortocircuitos puede ser de tres tipos:

• Fusibles• Disyuntores magnéticos.• Interruptores automáticos (Magneto-térmico)

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protecciones de un grupo moto-bomba 145

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Fusibles - Constituyen el elemento más sencillo de corte y pueden ser de varios tiposdependiendo de la finalidad.

Fusibles aM (fusibles de acompañamiento). Se utilizan en protección de motores deforma usual. Permiten el paso de la punta de corriente que se produce en elarranque, por lo que su valor de corte corresponde con la intensidad de arranquedel motor.

Fusibles gL. Son fusibles rápido de fusión. Se utilizan para protección de líneasconductoras y cables en general. El disparo puede ser diferente según la curva, y suvalor de corte puede estar entre 2,5 y seis veces la Inom.

Fusibles gR. Fusible rápido utilizado para protección de equipos electrónicos.

Fusibles gTr. Para protección de transformadores.

Disyuntores magnéticos- Tienen la función de dejar pasar la punta de arranque delmotor, y además deben ser elegidos con el poder de corte frente a cortocircuitosque corresponda, según lo mencionado anteriormente. En el mercado, se puedenencontrar disyuntores con un poder de corte de 3 KA, 4,5 KA, 6 KA, 10 KA, etc. Esimportante suponer a priori (si no se conoce) una intensidad de cortocircuito Icc yelegir el disyuntor para que corte con seguridad, aunque el disyuntor quedeinservible después de un cortocircuito. De este modo, 6 KA siempre será mejor que 3KA de poder de corte, y aunque sea un poco más caro, el disyuntor protegerá elmotor.

Interruptores automáticos - Están muy extendidos por su variedad y versatilidad, alpoder contar con las dos protecciones (magnética y térmica) en un solo elemento.

La protección térmica tiene un efecto de protección contra un exceso detemperatura en el motor. Dicho exceso de temperatura debe manifestarse como unexceso de consumo del motor, que es realmente lo que se detecta.

Resulta pues una medición indirecta de la temperatura, y esta detección lleva uncierto tiempo. Para ser más precisos en la misma se recomienda utilizar lasprotecciones internas del motor, anteriormente descritas.

Se pueden montar relés térmicos propiamente dichos, o bien interruptoresautomáticos con la doble función magneto-térmica.

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11 Sistema de arranque debombas

El controlar el arranque de las bombas tiene la ventaja delimitar las puntas de intensidad que en esta operacióntienen lugar, aumentándose de este modo, la vida útil delos bobinados y, por tanto, de los grupos moto-bomba.

Para ilustrar al proyectista sobre el sistema de arranquemás adecuado, en los próximos apartados se describiránlos distintos sistemas existentes, así como sus ventajas ydesventajas.

11.1 Arranque directo

El arranque directo es la forma más sencilla de arrancar elmotor de una bomba. Sin embargo, la punta de corrienteen el arranque que éste genera es considerable,pudiendo estar entre 5 y 7 veces la intensidad nominal delmotor, dependiendo del número de pares de polos deéste. Esta punta de corriente va reduciéndose hasta queel motor alcanza el régimen nominal, operación que duraaproximadamente un segundo. Un motor de inducciónestá perfectamente preparado para soportar las tensionestérmicas que se generan en ese tiempo. Sin embargo,cuanto más numeroso sea este tipo de arranque, más sedeteriorarán los bobinados y disminuirá la vida útil delequipo.

Para poder comparar con otros sistemas de arranque quelimitan esta punta, hay que tener en cuenta durantecuanto tiempo se mantiene la sobreintensidad. La puntamultiplicada por el tiempo que dura, nos da la energíaque contribuye a la fatiga térmica del aislamiento delmotor, lo cual está directamente relacionado con suduración.

Con independencia del grado de protección del que se quieradotar a la bomba, el arranque directo no se puede aplicar en todoslos casos por las siguientes razones:

• Normativa local. Limitación a partir de determinadaspotencias.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo148

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• Debilidad de la fuente de suministro. La elevada punta dearranque en directo puede afectar a otros equiposconectados a la red.

11.2 Arranques indirectos: disminución de la punta deintensidad en el arranque.

Los sistemas existentes, para arrancar un motor de formas suave, disminuyendo lapunta de arranque, son los siguientes:

• Arranque estrella-triángulo• Arranque con autotransformador (obsoleto)• Arrancador estático (suave)• Variador de frecuencia.

Como principio general, para reducir la punta de corriente se recurre a regular latensión, ya que tanto el par motor como la intensidad son proporcionales alcuadrado de la tensión.

T/Tnom=(U/Unom)2 I/Inom=(U/Unom)2

La relación entre la tensión regulada y la tensión nominal la denominamos “tapping”.Podemos entonces relacionar el “Tapping” con el par motor y con la intensidad

Al reducir la intensidad reduciendo la tensión, también se reduce el par de arranque,lo que no es muy relevante, ya que, al principio de un ciclo de arranque, el parresistente en una bomba centrífuga es pequeño.

Curvas motor en función de la variación de la tensión

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sistemas de arranque de bombas 149

FLYGT

Para poder acelerar el motor, necesitamos un par de aceleración. Esta es ladiferencia entre el par motor y el par resistente.

El par resistente es proporcional alcubo de la velocidad.

Existe un tiempo de conexiónhasta el 100% del “Tapping”(tensión de línea). Paraconectarse a la tensión de red, sedebe haber alcanzadopreviamente casi la velocidadnominal del motor. En estemomento, el motor se encontraráen condiciones de régimen, y laintensidad en el arranque sehabrá reducido notablemente.

El “tapping “ más bajo posible se determina por la curva de par resistente y la curvade par motor. El motor no podrá acelerar si la curva de par resistente intercepta a lacurva de par motor. La conexión a la tensión de línea se hará a baja velocidad yresultará en una alarma de sobreintensidad. Es el caso de un “tapping” demasiadobajo y un tiempo de conexión muy corto.

En cambio, un tiempo de conexión demasiado alto produciría que el motorfuncionara a tensión reducida, con falta de magnetización, caída de rendimiento ysobrecalentamiento, con el consiguiente disparo de la protección interna.

Par de aceleración

Situación óptima de conexión a la tensión de línea, en un caso hipotético del 65% de “tapping”

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo150

FLYGT

Ejemplo de tiempo de conexión a la tensión de línea demasiado corto.

11.2.1 Arranque estrella-triángulo

El arranque estrella-triángulo consiste en disminuir temporalmente la tensión querecibe el motor. Primero se le conecta en estrella, con lo que el bobinado recibe la

tensión de fase Vf = Uo / 3 , y una vez que éste ha comenzado a moverse y vencidoparte de la inercia, se le conecta en triángulo, de modo que la tensión que recibesea la nominal Uo hasta alcanzar las condiciones de funcionamiento normal.

En otras palabras, el bobinado del motor puede estar conectado bien en estrella obien en triángulo. La conexión del motor en triángulo corresponderá alfuncionamiento de la bomba a pleno régimen, y la de estrella al artificio empleadopara disminuir provisionalmente la tensión en el arranque.

Arranque en estrella Arranque en triángulo

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sistemas de arranque de bombas 151

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El paso de la conexión de estrella a triángulo se realiza cuando el motor se encuentracerca del régimen nominal. De este modo se habrá conseguido que la intensidad de

arranque se divida por 3, y la tensión por 3 .

Este sistema presenta una serie de desventajas. En primer lugar, la conexión a latensión de línea se realiza de forma mecánica, lo que a menudo puede representarun tiempo de conexión corto. Además, el motor debe venir preparado con másterminales para poder realizar la conmutación de estrella a triángulo.

11.2.2 Arranque por autotransformador

El arranque por autotransformador es un sistema prácticamente obsoleto. Unautotranformador es básicamente un transformador con diferentes arrollamientos enel secundario proporcionando diferentes tensiones de salida, siendo éstasconmutables.

Este sistema proporciona “tappings” estándar que normalmente están sobre el 58%,65%, 75% y 85%. La bomba arranca a una tensión reducida según el “Tapping”seleccionado, y después de un cierto tiempo se conecta a la tensión de línea (100%Tapping).

11.2.3 Arrancadores estáticos (Arrancador suave)

Los arrancadores estáticos o arrancadores suaves son quizás el sistema más utilizadoen los últimos años. Es un sistema que permite un arranque a tensión reducida comoel estrella-triángulo o el autotranformador, aunque más sofisticado. Con este sistemase puede cambiar la tensión continuamente, trabajando con una aceleracióncontinua. De esta forma, se ajusta el par motor para que sea sensiblemente superioral par resistente en cada momento, produciéndose de esta manera una aceleraciónprogresiva o suave del impulsor.

Básicamente, está constituido por tres pares de tiristores contrapuestos. Para crearuna rampa de aceleración o deceleración se controla la puerta de los tiristores. Untiristor es, básicamente, un semiconductor de potencia formado por una estructuraPNPN. Funciona como un diodo en el que se puede controlar la puerta, realizandouna regulación del paso de corriente.

El montaje de los tiristores se realiza en tres bloques, uno por fase, que se conectanen antiparalelo. La estructura completa del arrancador puede verse en la figura dela página siguiente:

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FLYGT

Los tiristores producen un efecto rectificador que solo coge un trozo de la ondasinusoidal, de esta manera se controla la energía facilitada al motor, y por tanto, lavelocidad del mismo.

La parada puede ser a rueda libre, actuando como un contactor, o bien controlada,reduciendo la tensión progresivamente con la consecuente disminución progresivade la velocidad.

En un arrancador estático se pueden ajustar tanto el tiempo de arranque como laintensidad máxima permitida. El tiempo de arranque necesario depende del diseñodel sistema hidráulico, pero es recomendable para evitar un calentamiento excesivono sobre pasar los 30 segundos de rampa. La intensidad máxima puede fijarse al300% de la consumida a pleno régimen.

En impulsiones en las que se pueda producir un golpe de ariete considerable, espreferible reducir la velocidad gradualmente antes de desconectar la bomba. Estafunción la realiza perfectamente un variador de frecuencia ya que mantiene el parmotor mientras reduce la velocidad.

L1

L3

L2

U

W

V M~

Entradatrifásica

Salida a motorPulsos de disparo

a tiristores

CONTROLAJUSTES:

Rampa de aceleración

Rampa de deceleración

Tensión de arranque

Intensidad nominal

Intensidad límite

Realimentación

Esquema de un arrancador suave

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sistemas de arranque de bombas 153

FLYGT

En un arrancador estático, la reducción de velocidad se produce comoconsecuencia de la reducción de la tensión, lo que incrementa el deslizamiento.Como ya hemos visto, el par motor caerá con el cuadrado de la variación de latensión, y en bombeos con una altura geométrica elevada existe un riesgo de que elmotor se “cale”. Esto se debe a la desfavorable característica Par-velocidad de unmotor de inducción con rotor en jaula de ardilla, con respecto al control develocidad reduciendo la tensión.

Algunos fabricantes de arrancadores suaves utilizan un sistema, no exento de riesgos,para evitar este fenómeno. La idea básica es dejar al motor deslizar hasta una zonainestable de la curva de par-velocidad, y entonces aumentar la tensión para subir elpar y no dejar que el motor pare. Si los parámetros de parada no se introducencorrectamente, el equipo de arranque acelerará y parará alternativamente elmotor. Esto causará transitorios de intensidad considerable que podrían dañar elmotor y otros equipos cercanos.

Duty PointU= 100 %

U= 80%

U=65 %

nsnn

T (Nm)

Load Curve

Mot

or T

orqu

e 10

0%

Motor T

orque

80%

Motor Torque 65 %

Speed

Curva par-velocidad en función de la tensión aplicada

L1

L2

L3

3 M

Ejemplo de modificación de la onda por un arrancador suave

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo154

FLYGT

Por otro lado, los arrancadores estáticos son muy sensibles a los picos de intensidad yde tensión, como ocurre en general con la electrónica de potencia. Al mismotiempo, hay que tener en cuenta que son una fuente de armónicos importante quepuede producir sobrecalentamiento en el motor. Esto se debe a la variación de lapotencia de entrada y a la utilización de semiconductores. Para cumplir con lasnormas CEM de compatibilidad electromagnética se deben instalar inductancias delínea.

11.2.4 Variadores de frecuencia

11.2.4.1 CONSIDERACIONES GENERALES

Incluimos el variador de frecuencia en este capítulo puesto que es un sistema dearranque, además de un regulador de la velocidad. La forma en la que éste actúaen el arranque de las bombas consiste en ir aumentando la velocidad de las mismasde forma gradual mediante la variación de la frecuencia que alimenta al motor.

La descripción detallada de un variador, así como la forma en la que actúa sobre lasbombas de trata detalladamente en el capítulo de variadores.

11.3 Arranque de bombas contra un sistemahidráulico

El tiempo para arrancar una bomba puede dividirse en 2 partes:

• El tiempo en alcanzar la velocidad de régimen nominal. Depende delmomento de inercia de las partes giratorias y del par de aceleración(diferencia entre el par motor y el par resistente). Suele estar entre 0,1 y 1segundo, según el tamaño de la bomba.

• El tiempo para que el sistema alcance su estabilidad. Esto es el tiempo paraacelerar la columna de agua en las conducciones, hasta que el fluidoalcance sus condiciones de velocidad normales. Este tiempo suele estarentre 1 segundo y 1 minuto, dependiendo de si el sistema está cargado ovacío.

Las curvas de funcionamiento de la bomba y del sistema tienen un comportamientodistinto durante la aceleración.

De acuerdo con las leyes de afinidad, la curva de la bomba cambia durante laaceleración del motor.

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sistemas de arranque de bombas 155

FLYGT

En un sistema de impulsión vacío, la columna de agua cambiará durante laaceleración.

El comportamiento de la bomba frente a un sistema depende totalmente del tipo debomba. Así, vamos a estudiar lo que ocurre con bombas de flujo radial y de flujoaxial frente a sistemas de impulsión cargados y vacíos.

11.3.1 Arranque de una bomba centrífuga de flujo radial contraun sistema cargado

Permite arrancar la bomba con “tappings” relativamente bajos. El consumo depotencia en el arranque resulta reducido para caudales pequeños y aumenta con elcaudal.

QQ

nn

nn

PP

nn

1

2

1

2

1

2

2

1

2

1

2

3

1

=

=

=

=

HH

1

2

1

2

ηη

Curva de la bomba a varias velocidadesen un arranque

Evolución de las curvas de sistema y de par en el arranque de un bombeo

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo156

FLYGT

Debido a la inercia del fluido en las conducciones, la altura durante la aceleraciónno seguirá a la curva del sistema. No se entrega caudal hasta que la bomba seencuentra a un régimen en el que la altura a caudal cero de la bomba sea mayorque la altura geométrica (estática). Algo de líquido se empieza a bombear cuandose rebasa la altura estática, y la cantidad dependerá del volumen del sistema. Peroel punto de trabajo para pleno régimen estará, en la mayoría de los casos, cercanoal punto de caudal cero y máxima altura (1). En la gráfica se puede ver que la curvade arranque se cruzará con la curva de la bomba cuando la potencia en el eje seatodavía baja. Esto implica que el par es también bajo. El punto de trabajo se moveráentonces descendiendo por la curva de la bomba (2). En las gráficas, se muestran lospuntos de máximo régimen (1) y de trabajo final (2) que es cuando el sistema estáestable. La curva azul de la gráfica representa a una segunda bomba arrancandoen paralelo contra el mismo sistema.

Esto implica que:

Tarranque ∼ L (longitud de la tubería de descarga)Tarranque ∼ D2 (diámetro de la tubería de descarga)

Cuando tenemos varias bombas conectadas con una tubería común, el peor casoes cuando arranca la última bomba. El sistema se encuentra en movimiento cuandootra bomba arranca, y el punto de pleno régimen para esa bomba estará más a laderecha al haber más caudal. Entonces, el consumo será mayor en el arranque delas últimas bombas que en el de las primeras.

11.3.2 Arranque de una bomba centrífuga de flujo radial contraun sistema vacío

Si el sistema está vacío, no hayaltura estática. Habrá que irlacreando durante la aceleraciónde la columna de líquido. Laintersección de la curva dearranque (1) con la de labomba tendrá lugar más a laderecha (2) que el punto deservicio normal, y por tanto en lazona donde el caudal y lapotencia consumida sonmayores. Al producirse el puntode pleno régimen en una zonade alto consumo, la utilizaciónde la rampa de los estáticos, esdecir, utilizar un “tapping”determinado no será posible. Secuencia de arranque de una bomba

contra un sistema vacío

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sistemas de arranque de bombas 157

FLYGT

El punto de trabajo final (3) se alcanzará cuando el sistema esté lleno (en carga). Eltiempo total de aceleración será largo.

11.3.3 Arranque de una bomba centrífuga de flujo axial contraun sistema en carga

Generalmente, no es factible. En algunos casos resulta imposible aún con arranquedirecto. Las bombas de flujo axial tienen las características de la potencia opuestas alas de flujo radial. La potencia consumida es alta para caudales bajos, y disminuyecon el aumento de caudal.

La curva de una bombaaxial tiene dos zonas. Unaparte, a caudales altos ybaja altura, es la zona detrabajo para la cual sediseña la bomba (2). Yotra parte, para alturasconsiderables y caudalesreducidos, donde no seconcibe la operacióncontinuada, al ser unazona inestable y deconsumos superiores a lapotencia del motor (1).

La potencia en el puntode caudal cero ymáxima altura puedellegar a ser dos veces lapotencia nominal. Portanto, el arranque debombas axiales siemprese diseña contra sistemasvacíos.

En las curvas comerciales, no se muestra la zona inestable de la bomba para noprovocar errores de cálculo por parte del diseñador del sistema.

11.3.4 Arranque de una bomba centrífuga de flujo axial contraun sistema vacío

Es la manera más recomendada para arrancar una bomba de flujo axial. La curvade arranque se cortará con la curva de la bomba en una zona estable y de bajoconsumo de potencia (1), (2) y (3), según se muestra a continuación en la gráficaadjunta.

Curvas de sistema en el arranque de una bomba axial contra unsistema cargado

Page 161: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo158

FLYGT

11.3.5 Arranque de una bomba centrífuga de flujo radial contrauna válvula cerrada

Tradicionalmente, el arranque de las bombas centrífugas contra válvula cerrada hasido muy utilizado, pues simula el efecto de una de una tubería de impulsión encarga, y su apertura gradual en el tiempo puede no solo graduar el consumo, sinorealizar un arranque progresivo para ir a cortar a la curva de la bomba en elmomento más idóneo. Las válvulas normalmente suelen ser de tajadera con unactuador de tipo eléctrico o hidráulico.

Pero hay que ser conscientetambién de que tiene susrepercusiones negativas parala bomba. En primer lugar, siarrancamos a caudal cero,por supuesto el consumo esmínimo, pero el esfuerzohidráulico radial sobre elimpulsor es máximo.

Por otro lado, convienerecordar que a caudal cero,nos movemos en una zona deinestabilidad en al curva Q-H,en la que se producenrecirculaciones en losimpulsores que causanvibraciones.

En instalaciones en cámara

F (N)

Q (l/s)

Fmax

Fuerza axial sobreel impulsor Fuerza radial sobre el

impulsor

Solicitación de esfuerzos de un impulsor radial enfunción del caudal.

Curvas de sistema en el arranque de una bomba axial contraun sistema vacío

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sistemas de arranque de bombas 159

FLYGT

seca, sin realizar una amortiguación adecuada de las vibraciones, y con un númerode arranques/hora elevado, se puede llegar a fatigar el eje y acabar rompiendo.

En instalaciones en las que exista una válvula de retención, es mejor arrancar labomba contra la impulsión cargada, y así lograremos un consumo reducido, un nivelde vibraciones aceptable, y una fatiga menor de los elementos mecánicos.

Solo en el caso en el que no pueda montarse dicha válvula de retención,recurriríamos a un arranque contra una válvula cerrada, tratando de reducir almáximo el tiempo de funcionamiento de la bomba en la zona de caudal cero.

En los casos en los que se quiera, por seguridad redundante, arrancar a válvulacerrada pese a tener una válvula de retención, se recomienda montar otra válvulade retención adicional y arrancar con la válvula de tajadera o compuerta abierta,porque tanto la bomba como el actuador de la válvula prolongarán su vida útil.

Page 163: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

control de estaciones de bombeo 161

Ca

pít

ulo

12

12 Control de estaciones debombeo

Este apartado del libro incorpora dos secciones claramente diferenciadas:

• Control - Refiriéndose a las reglas defuncionamiento de la estación y como ésta ha de reaccionarante distintas situaciones.• Alimentación y suministro de energía (secciónpotencia) - Refiriéndose a los elementos de potencia que hande suministrar la energía a los sistemas de bombeo, y quetambién han de protegerlos de los posibles fallos eléctricos.

Dependiendo del tamaño de la instalación y de lasposibilidades de manejo que de ella se desean, cada una deestas secciones tendrá un mayor peso específico en el diseño.Se describirán por separado puesto que se pueden combinarentre ellas sin problema. De esta manera podemos llegar atener situaciones donde el control es muy simple, pero sinembargo maneja equipamientos y sistemas de alimentaciónmuy complejos y viceversa. Sin embargo en la actualidadambas partes están en pleno desarrollo tecnológico con locual es cada día más habitual encontrarse con estacionesmás y más complejas tanto en la sección del control como enla sección de la potencia. No se debe confundir complejascon complicadas de utilizar puesto que las herramientas quepone a nuestra disposición la tecnología de hoy en díaproporcionan instalaciones más inteligentes y fáciles de usar,con sistemas de autodiagnóstico y aviso de posibles fallos.Además gracias a los sistemas de comunicación industrialserán cada vez menos los cables necesarios a la hora derealizar las supervisión y el control de los equipos de bombeo.

12.1 Sección de potencia

Es difícil diferenciar de forma clara que partes pertenecen al control y quepartes pertenecen a lo que denominaremos potencia o suministro de energía.Por tanto, en adelante, se considerará como perteneciente a la sección depotencia cualquier elemento por el que pase físicamente la corriente quealimenta al equipo.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo162

FLYGT

12.1.1 Sistemas de conmutación de energía

• Interruptores - Estos equipos permiten de forma manual (y en algunoscasos, de forma motorizada y automática) cortar el suministro eléctrico.Tienen además la propiedad de poder realizar estos cortes enmomentos clave que puedan afectar al conjunto del armario, comopueden ser cortocircuitos.

• Contactores – Son elementos que actúan como interruptores,permitiendo el paso de la energía o no según la señal mandada desdela sección de control.

• Arrancadores estáticos o suaves. - Estos sistemas permiten arrancar yparar los equipos de forma “suave”. Una de sus principales ventajasradica en reducir la intensidad de arranque de los motores, quenormalmente llegan hasta seis veces la intensidad nominal, a niveles deuna vez y media la intensidad nominal. Estos sistemas suelen funcionaratacando la tensión a la que se alimenta el motor y modificándola.

• Variadores de frecuencia - Estos sistemas permiten lo mismo que losarrancadores estáticos, pero mientras los anteriores actúan solamentedurante el proceso de arranque, los variadores funcionan durante todoel tiempo que dura el ciclo de bombeo. En este caso los variadoresactúan modificando la frecuencia y la tensión con la que se estáalimentando a los equipos. De esta manera, disminuyendo lafrecuencia, se puede ralentizar el giro de los motores eléctricos, ymodificar la cantidad de agua bombeada. La función demodificación de la tensión de alimentación a través de unos elementosdenominados transistores de potencia (IGBT), permite realizar la mismafunción que la cumplida por los arrancadores estáticos. Cabe destacarsin embargo que los variadores de frecuencia tienen la posibilidad demantener la tensión de alimentación en un determinado punto, cosaque los arrancadores no son capaces de hacer.

Salida de agua enel paso inferior de

Villaviciosa, elkilómetro de

autopista máscaro de Europa,

controlado por unFMC 630, 5

bombas de 85Kw. Y dos de 8,5

Kw de Flygt.

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control de estaciones de bombeo 163

FLYGT

12.1.2 Sistemas de protección Física

• Diferenciales - El propósito de estos sistemas radica en proteger a losequipos contra desequilibrios en las corrientes consumidas. Existen devarias calibraciones. Las calibraciones de 30 mA. son habituales paraconsumos domésticos; es decir que derivaciones de esta cuantíaproducirán un corte de suministro de electricidad. Sin embargo, naplicaciones industriales, donde la maquinaría es bastante más pesada yel entorno más agresivo a menudo nos encontramos con que estacalibración es demasiado pequeña, lo cual la hace demasiado inestableprovocando cortes indeseados en el suministro eléctrico. Por ello, amenudo nos encontramos con calibraciones superiores, generalmentede 300 mA. También cabe destacar los diferenciales rearmables, quecierran el circuito solos, de forma que el corte no sea permanente,evitando de ésta manera que una línea o un grupo quede fuera dejuego por razones no justificadas como pueden ser picos de tensión en lared.

• Protección térmica - Estos elementos protegen a la bomba contra unconsumo alto por encima del nominal, de duración T, pero no losuficientemente alto como para que se considere un cortocircuito. Lacalibración de estos elementos sigue una curva, donde el tiempoadmisible depende del exceso de intensidad consumida. De estamanera un consumo ligeramente superior al consumo nominal tardarámucho tiempo en hacer actuar al sistema, mientras que un consumo muypor encima del consumo nominal hará que el sistema salteautomáticamente en un tiempo mucho menor que en el caso anterior.

• Protección magnética - La protección magnética protege a los equipos yla instalación en general contra los cortocircuitos que pudiesen ocurrir,evitando así que intensidades muy superiores a las que se especificaronen el diseño inicial estén circulando por el armario.

• Protección magneto-térmica - Esta protección hace las veces deprotección magnética y térmica, reemplazando así a los doscomponentes anteriores.

Al no ser el propósito de este libro el de un tratado eléctrico, no describiremos enprofundidad los elementos enumerados anteriormente, salvo los variadores defrecuencia, que se desarrollan en un capítulo aparte, debido a la importanteimplantación que están teniendo en estos últimos tiempos en el mundo debombeo.

12.2 Sección de control

Vamos a definir sección de control como los elementos incluidos en el cuadro,por los cuales no pasa la alimentación principal de los equipos de bombeo, peroque deciden o marcan las pautas de funcionamiento y comportamiento delequipo de bombeo.

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FLYGT

La tendencia hoy en día es que ambas secciones (control y potencia) estén másunidas, y que su diferenciación resulte más difícil gracias a la incorporación de laelectrónica dentro de los elementos de potencia. De esta manera, cada día esmás habitual encontrarse con arrancadores estáticos o con variadores defrecuencia que incorporen sistemas de control, aunque hoy por hoy éstos siguensiendo bastante básicos.

Dentro de la sección de control encontraremos los siguientes elementos(ordenados por su grado de complejidad):

• Relé - un relé no es más que un interruptor comandado. De esta manera,activando su bobina podemos abrir y o cerrar sus contactos auxiliares.Existen desde un contacto hasta más de ocho contactos. En la mayorparte de los casos son el paso entre un sistema automático, como puedeser un ordenador industrial o un PLC, y los componentes de potencia.Existen relés que actúan de distintas maneras a los impulsos recibidos,como por ejemplo relés que actúan de forma retardada, relés que sedesactivan de forma retardada, relés bi-estables, etc.

• PLC (Programable Logic Controller) - Un PLC es una unidad programableque integra y simplifica gran parte de las maniobras realizadas por relés.

• Ordenadores industriales - Un ordenador Industrial es el más avanzado delos sistemas de telecontrol. Los ordenadores industriales funcionan bajosistemas operativos industriales como pueden ser el MS-DOS industrial.Esto les confiere la indudable ventaja de poder ejecutar un programa através de interrupciones en vez de estar obligados a ejecutar todos lospasos del programa de principio a fin. Suelen estar dotados de formaestándar con más memoria que los PLC, y están concebidos en muchos

casos para operar de formaautónoma, recogiendo losdatos a lo largo del día,guardándolos de forma local yluego, transmitiéndolos por lanoche.

12.2.1 Control porhardware (cableadofísico)

En este tipo de controlparticipan de formapredominante los relés. Es lainteracción de los mismos en susdistintas modalidades lo quepermite la alternancia de lasbombas, y los tiempos de pausamínimos entre arranquesimpuestos por el fabricante de

Estación de bombeo controlada por un armario dondeel control es realizada por cableado. Es notable la

falta de información proporcionada.

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control de estaciones de bombeo 165

FLYGT

las mismas. Cabe destacar que estos sistemas son muy fiables, puesto que noestán sujetos a fallos electrónicos, pero sin embargo sí que están sujetos a fallosde componentes individuales del sistema. Es en este aspecto dondeencontramos una de las mayores pegas de los mismos, puesto que el fallo dealguno de estos componentes, por muy crítico que sea, puede no ser detectadohasta mucho después de haberse producido. Además una vez detectado elfallo, su localización dentro del propio armario puede ser bastante complicadapor el elevado numero de relés y sistemas parecidos que se requieren para poderrealizar un control medianamente avanzado. Esto supone un elevado número dehoras de funcionamiento incorrecto del sistema, así como de análisis yverificación por parte del servicio de mantenimiento.

Además de la complejidad de su mantenimiento, las mayores desventajas deestos sistemas son los siguientes:

• Limitación de posibilidades - La complejidad de estos sistemas crece deforma exponencial con los requisitos de los mismos. De forma muy rápidallegamos al punto donde ya no es viable realizar un control mediantecableado.

• Complejidad de modificaciones - Al estar el sistema controlado a travésde un cableado de distintos componentes, cualquier modificación de laactuación del mismo necesita una modificación del propio cableado delarmario. Esto requiere la acción de un especialista, y muchas horas detrabajo “in-situ” con poco valor añadido, horas que son, sin embargo,caras debido al nivel de formación del personal que realiza la ejecución.

Otro ejemplo de estación por cableado con mayor nivel de información visual.

Page 168: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo166

FLYGT

• Limitación en posibilidades de autodiagnóstico - Los armarios con controlcableado mediante elementos físicos poseen sistemas de aviso para loselementos hidráulicos. Es habitual encontrar en estos armarios múltipleslámparas indicando el funcionamiento correcto o no de las bombas,mixers, etc. Sin embargo, no suelen incluir sistemas de autodiagnósticodel propio armario. Por ello los elementos que realizan el control: relés,temporizadores etc. pueden sufrir fallos que pasarán desapercibidos, apesar de que la gravedad de los mismos pueda causar averías muyimportantes en los equipos hidráulicos. Estos fallos no controladospermitirán que el armario funcione de forma “descontrolada” hasta quesean detectados agravando aun más la situación.

• Es complicado que un sistema de este estilo posea un correcto sistemade autodiagnóstico. De esta manera es habitual encontrar lámparaspara indicar el fallo de alguna bomba o equipo hidráulico, pero ningúnelemento que verifica a los elementos que controlan a los equiposhidráulicos, aunque el fallo de estos puede provocar daños irreparablesen las maquinas que están controlando.

• Limitación en los avisos al personal de mantenimiento - Estos sistemasacostumbran a dar una señal de fallo a través de uno o varios pilotos enla puerta del armario, sin embargo cabe preguntarse ¿de qué sirve unpiloto que nadie va a ver hasta transcurridas un par de horas o enalgunos casos un par de días después de encenderse por la alarma?

12.2.2 Control por software

En el apartado anterior vimos algunas de las limitaciones principales de realizar uncontrol por hardware. En este aspecto, y durante los últimos años, se ha visto unaautentica revolución industrial que trata de sustituir la mayor parte de loselementos necesarios para realizar un control por hardware por un sistemabasado en software. De esta manera, el sistema basado en software estarámontado sobre algún tipo de ordenador / controlador que disponga de entradasy salidas. El software se encargará de relacionar estas entradas y salidas según laprogramación efectuada. Al estar basado sobre software, esta claro que lamodificación de la actuación del sistema, de sus reacciones etc., será muchomás sencilla que en el caso precedente puesto que normalmente no hará faltarecablear ningún elemento, con la ventaja de poder realizarse por controlremoto, evitando así inútiles y costosos gastos de desplazamiento. A pesar de seresta ya una ventaja extremadamente importante, la ventaja principal radica enlas actuaciones posibles mediante un control de software.

Estas pueden llegar a ser mucho más sofisticadas que aquellas realizadas a travésde un control por hardware por la sencilla razón de que cada interacción norequiere un elemento físico sino un par de líneas más de programación. Lasprincipales ventajas que aporta un sistema basado en software son:

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control de estaciones de bombeo 167

FLYGT

• Posibilidades de auto-diagnostico y aviso de fallos. Hoy en día los sistemasmás avanzados del mercado pueden distribuir alarmas directamente a losmóviles de los operarios e inclusive adaptarse a sus horarios para siempreconseguir transmitir la alarma. La información enviada puede además sermuy completa, enviando en el caso de los equipos de Flygt por ejemplo:

• Nombre de la estación• Hora de la incidencia• Indicación exacta de la avería• Indicación sobre cual es el equipo averiado• Prioridad de la alarma transmitida

Esta información permite al receptor evaluar la necesidad de una actuacióninmediata o no. Los sistemas más avanzados, como es el caso de losempleados por Flygt, realizan de todas maneras una filtración previa de lasalarmas transmitidas, de tal manera que las que reciban los operarios sean lasque requieran atención inmediata.

• Registro de las alarmas - Todas las alarmas deben quedar registradas tantoen el puesto central como en una memoria independiente del ordenadorindustrial o del PLC (son muy pocos los equipos del mercado que ofrecenesta posibilidad). De esta manera es posible mantener un control sobre lasincidencias y averías de la instalación muy útil a la hora de realizar unmantenimiento preventivo.

• Registro de todos los parámetros importantes del sistema - Los sistemas decontrol avanzados permiten el registro de forma continua de los distintosparámetros del pozo de bombeo, como son:

• Niveles• Horas de funcionamiento• Números de arranque• Intensidades consumidas

El grado de complejidad de los equipos determina el número de parámetrosque pueden quedar registrados en los mismos. Según sea el sistema, estetiene capacidad de almacenar estos datos de forma local o no. En el casode que no (la mayoría de los equipos del mercado), el autómata requeriráuna conexión permanente con el ordenador central para transmitir todos losdatos. Estas comunicaciones permanentes se pueden realizar de variasformas:

• Vía radio (para sistemas complejos y potentes se requerirán licenciasy proyectos independientes)

• Vía línea dedicada (un cable físico que una todas las estaciones)

Muchas veces, contar con este tipo de infraestructura es extremadamentecaro y conlleva grandes demoras en la obtención de las licencias o líneasrequeridas, lo cual es muy gravoso para las pequeñas urbes. Además,mantener este tipo de infraestructuras y asegurar su funcionamiento, no es

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo168

FLYGT

tarea fácil. En el caso por ejemplo de la radio, una nueva construcción, osimplemente el crecimiento de un árbol cerca de la antena emisora puedeacarrear innumerables problemas. Las nuevas tendencias dentro delmercado apuntan hacia una adquisición de datos de forma local, con unalmacenamiento de los mismos en el propio sistema de control. Estos datosson transmitidos una o dos veces al día a través de redes existentes comopueden ser la red móvil GSM o la línea telefónica normal. Salvo para latransmisión de alarmas, y conexiones deseadas por el usuario del puestocentral, el autómata no contacta con el puesto central durante el transcursode la jornada, resultando comunicaciones muy baratas.

Si a esto añadimos que el mantenimiento de estas redes se efectúa porprofesionales de la telecomunicación, sabemos que tendremos unacomunicación extremadamente fiable y muy económica. En cuanto a lamemoria disponible en los autómatas de hoy en día, esta puede llegar hastados megas de forma habitual, sin embargo existen sistemas con hasta ochomegas donde podemos estar sin transmitir datos al puesto central durante unmes sin perder los valores históricos almacenados en el sistema, como es elcaso de Flygt.

Es importante también tener en cuenta que los autómatas donde la memoriasea un modulo externo, requieren un mayor número de horas deprogramación, simplemente para incorporar la misma dentro del sistema,horas que no aportan valor añadido al programa final, y que de la mismamanera que éste, tendrán que ser revisadas para comprobar posibles fallosdentro del funcionamiento.

• Sinóptico integrado en el autómata - Los sinópticos integrados en elordenador industrial tienen varias ventajas claras sobre sus homónimoscableados en las puertas de los armarios:

• Funcionan con LED (Diodos de Emisión de Luz), los cuales tienen unavida asegurada de más de 50.000 horas con la clara ventaja que ellosupone.

• Cualquier modificación del programa en el ordenador quedaráautomáticamente reflejada en el sinóptico, evitando de nuevocostosos desplazamientos. Es raro encontrar equipos en el mercadoque incluyan el sinóptico de control directamente. Normalmentehace falta comprar estos equipos de forma separada y comunicarloscon el autómata principal. Esto tiene sus ventajas e inconvenientes.

• Se puede elegir el interfaz deseado, sin embargo, su programaciónes independiente del autómata, requiriéndose horas adicionales, yexistiendo la posibilidad de que no todas las actualizaciones delsoftware del autómata se vean reflejadas en el sinóptico / panel decontrol.

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control de estaciones de bombeo 169

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12.2.3 Programación: abierta y cerrada

Existen múltiples lenguajes de programación de sistemas de automatización. Lamayor parte de las empresas que fabrican equipos tienen el suyo propio, lo cualcomplica el mantenimiento de dichos sistemas. Sin embargo cabe destacar dostipos muy distintos:

• Programación abierta - Es la que permite realizar exactamente laaplicación que desea el cliente. Si encima está basada sobre programasestándar, éstos pueden ser usados como base, ahorrando así muchashoras de programación. Su modificación mediante programación sueleser sencilla y rápida, aunque esto también depende del lenguaje deprogramación utilizado:• Lenguaje tipo LADDER: Muy sencillo de aprender y manejar, pero

complicado a la hora de realizar modificaciones. Una gran mayoríade los sistemas se basan en este tipo de lenguaje gráfico, pero paraaplicaciones de gran tamaño tiene limitaciones muy importantes.

• Lenguaje orientado a objetos: Tipo de lenguaje moderno dondecada función es tratada como un ente independiente. Elmantenimiento y modificación de las aplicaciones en este tipo delenguaje suele ser mucho más sencillo. Con ellos es con lo que seprograma hoy en día en el mundo de la informática a la hora derealizar grandes operaciones (Microsoft, Oracle).

• Programación cerrada - Estos tipos de aplicación suelen ser fáciles demodificar “in-situ” pero hasta un determinado punto. Son eficaces paraaplicaciones sencillas, pero rápidamente requieren modificaciones

Armario estándar para elarranque de dos bombasen directo y controlado

por un FMC para lasegunda fase de

ampliación realizada parael Excmo. Ayto. de Sitges.

Aquí se puede ver lasimplicidad que implica

una estandarizacióncorrecta y un sistemacompleto de control.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo170

FLYGT

“anormales” para poder realizar la tarea especificada que se salga fuerade lo normal. Es un sistema que en la práctica presenta grandesinconvenientes.

12.2.4 Simple

Todo lo que hemos visto hasta ahora es muy interesante, pero sin embargo lo querealmente preocupa al personal de mantenimiento encargado de un sistema esque este sea fiable, fácil de utilizar y útil a la hora de estar operando con elmismo. De esta manera, es importante destacar la importancia de los siguienteselementos:

• Sinóptico de funcionamiento -Puesto que permiten aloperario de forma rápidadeterminar que es lo que estápasando en la estación.

• Sinóptico de alarmas - Estepermite al usuario comprobarde forma muy rápida si haocurrido una alarma o no, y siesta sigue activa.

• Interfaz de usuario hombremáquina - Permite al operariodirectamente comprobar “in-situ” los distintos valores defuncionamiento del sistema,los valores de nivel,consumos… etc. y modificarlos parámetros defuncionamiento directamenteen la estación y sin necesidadde equipos especiales.

La cantidad de información que dan estos elementos está íntimamente ligadacon la programación realizada, que es la que al final va a determinar laverdadera potencia del sistema.

Estos tres elementos no suelen estar presentes en la mayor parte de los sistemasofertados hoy en día. Sin embargo el tenerlos presentes hace que el control seauna parte intrínseca de las tareas del personal de mantenimiento. Permitir alpersonal de mantenimiento realizar operaciones sobre el autómata y susparámetros, involucra en un grado mucho mayor a las personas que han deasegurar el funcionamiento día a día de la estación y de optimizarlo, haciéndoloparte de su trabajo. Según las observaciones realizadas, esto lleva a tener unpersonal de mantenimiento más pro-activo e involucrado en su tarea,asegurando así un funcionamiento óptimo.

Armario de la primera fase realizada para el Excmo.Ayto. de Sitges donde vemos lo simple del manejo del

sistema, solo dos selectores 0-Auto-Man, uno porbomba.

Page 173: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

control de estaciones de bombeo 171

FLYGT

12.2.5 Controlador específico o PLC

Existen diversas formas de realizar un sistema de telecontrol, pero todo parte de labase de los equipos que se vayan a utilizar. De esta base es de donde surge lapregunta que encabeza esta sección. Ambos sistemas tienen ventajas einconvenientes que, a continuación, analizaremos en profundidad.

• PLC genérico. La gama de PLCs existente en el mercado, así como suspotencias de proceso, su expansibilidad o su manejo, esextremadamente amplia. Son elementos que podemos encontrar enmuchas aplicaciones, dentro de múltiples segmentos. Esto hace fácilencontrar gente con conocimientos para programarlos, y asimismo,encontrar piezas de repuesto. Por el contrario son unidades que tienen amenudo vidas cortas, con constantes actualizaciones y cambios en eldiseño.

• • Controlador especifico. Son controladores adaptados a las necesidades

de la aplicación, con sus entradas y salidas configuradas para lasaplicaciones más comunes. En este segmento cabe destacar dosdiferencias importantes:

• Controladores específicos realizados por los propios fabricantes de losequipos a controlar.

• Controladores específicos realizados por otras empresas de servicios.

Los primeros a menudo son realizados como complementos de losequipos hidráulicos suministrados, y son contemplados desde el punto devista del fabricante como la solución óptima para el control de susproductos en funcionamiento. El desarrollo de los mismos es realizado a lapar que el de los equipos hidráulicos, participando en ambos los técnicosespecialistas en hidráulica así como los ingenieros de programación. Losrepuestos de estos sistemas se mantienen en stock durante periodosmucho más largos (hasta 10 años) para poder servir a los clientes deforma adecuada. Los controladores específicos realizados por otrasempresas de servicios son adaptaciones de los PLC genéricos y por lotanto lo dicho en el punto anterior es aplicable a los mismos.

Lo más importante a tener en cuenta dentro de esta decisión es que el éxito dela solución final depende del software. Un PLC genérico programado de formacorrecta podría acercarse a las prestaciones de un buen controlador específico,siempre y cuando el programador tuviera un profundo conocimiento dehidráulica, de electricidad, de electrónica, de motores eléctricos, de losproductos a controlar, y unos profundos conocimientos de informática yprogramación.

Las soluciones proporcionadas por los fabricantes de equipos de bombeo, sobretodo los que llevan más de 15 años trabajando sobre las mismas, ofrecen, en lamayor parte de las ocasiones soluciones estándar que sirven para el 99 % de lasaplicaciones.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo172

FLYGT

12.2.6 Funciones de un sistema de control

Las funciones de un sistema de control idóneo son las siguientes:

• SUPERVISION - El sistema debe supervisar de forma totalmente automática elfuncionamiento de las estaciones de bombeo y garantizar unaprovechamiento óptimo de la capacidad de la E.D.A.R mediante lainteracción en tiempo real con otras estaciones de bombeo.

• MEDICIÓN - El sistema debe medir los niveles de aguas residuales dentro delos pozos, el consumo eléctrico de las bombas conectadas, el caudalbombeado, la frecuencia de reboses del aliviadero, la duración de losreboses, y el consumo eléctrico. Además, el sistema debería ser capaz dellevar a cabo mediciones cuantitativas externas, como temperatura, nivel deacidez o nivel de turbidez.

• CONTROL - El sistema debe medir el consumo energético y el caudal de lasbombas, así como el funcionamiento del sensor de nivel.

• ALARMA - En caso de averías o fallos, el sistema debe enviar de maneradirecta a través del sistema central mensajes de aviso, de manera que lapersona de guardia sea siempre consciente del estado de funcionamientodel sistema. Del mismo modo, sería idónea la existencia de alarmas demantenimiento.

• REGISTRO - El sistema debe almacenar todas las alarmas con hora y fecha ymantener una estadística completa del funcionamiento del bombeo, talescomo número de arranques y horas en funcionamiento de las bombas,volumen bombeado, volumen desaguado por el aliviadero, tiempo dedesagüe o tiempo transcurrido desde el último mantenimiento.

• COMUNICACIÓN - El sistema debe estar permanentemente comunicado conlos siguientes elementos del sistema:

• con una estación central, para una óptima gestión defuncionamiento y gestión avanzada de alarmas.

• con otros ordenadores de estaciones de bombeo parainfluenciarse mutuamente durante emergencias, o para optimizarlos caudales de entrada de una EDAR.

• con otros sistemas mediante protocolos de comunicaciónintegrados (AquaCom, Comli y Modbus) o sistemas SCADA.

El ordenador para estaciones de bombeo FMC-200 de Flygt cumple a laperfección con todas estas funciones. Es una combinación de hardware FMC-200y un programa de control de estación de bombeo especialmente adaptadopara los alcantarillados y estaciones de bombeo españoles: el FMC-200 (2xAR, obombeo puro de agua residual) ó el FMC-201 que combina AR (sección debombeo de agua residual) y AP (sección de bombeo de pluviales o pozos

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control de estaciones de bombeo 173

FLYGT

híbridos donde la sección de agua residual esta separada de la pluvial)

El FMC200 es el ordenador estándar de estaciones de bombeo (controlador debombas) para la gestión, aviso de alarmas y registro de estadísticas paraestaciones de bombeo con un máximo de 2 bombas. Dispone de 4 entradasanalógicas, de las cuales una está reservada para mediciones de nivel, dos paramediciones de caudal/corriente de bomba y la última es una entrada generalpara, por ejemplo, un medidor externo de calidad o un medidor de cantidades

Especificaciones técnicas

• Procesador Industrial AMD ELAN SC400

486, 32 bits, 66 Mhz.

• Memoria RAM dinámica de 8 Mb.

• 4 Mb Flash/EEPROM utilizado como

memoria para la aplicación y

almacenamiento lento de datos.

• 256 kb Flash / EEPROM usados como

unidad C, bios y ROM para DOS

• 8 Mb DRAM para memoria de

funcionamiento.

• 128 kb SRAM para almacenamiento

de datos súper rápidos

• Memoria secundaria de 1 Mb.

• Ranura preparada para módem

PCMCIA.

• 2 puertos de comunicación RS-232

para envío de datos.

• Entrada para tarjeta PC-CARD.

• 1 puerto de comunicación RS-232

para servicio técnico.

• 16 entradas digitales, aisladas

individualmente.

• 8 salidas digitales, 6 de rele y 2 de

estado sólido.

• 4 entradas analógicas, aisladas

individualmente.

• Pantalla de cristal líquido de 32 caracteres (2 líneas de 16 caracteres).

• Panel frontal con sinóptico de funcionamiento monitorizado mediante LED.

• Panel de alarmas con 16 LED de información.

Unidad FMC con software especial realizado para elExcmo. Ayto. de Coruña. Controla 4 bombas de 190

Kw. y 3 bombas de 60 Kw. En este caso el FMCposee módulos de ampliación de señales, un RIO S-27, (caja verde a su lado) y un S-48, caja plateada

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variadores de frecuencia

Ca

pít

ulo

13

13 Variadores de frecuenciaEsencialmente, un variador de frecuencia permite el control dela velocidad de la bomba; y por tanto del caudal y de la altura,actuando sobre la frecuencia que le llega al motor eléctrico. Portanto, además de para suavizar los arranques, los variadores defrecuencia nos permiten hacer regulaciones exactas del caudalque deseamos enviar en un momento dado. Esto permite:

• Mantener constante el caudal de agua que se estábombeando (independiente de la cota dentro delpozo).

• Mantener constante el nivel en el pozo independientedel caudal que se tenga que bombear.

El primer punto tiene mucha aplicación por ejemplo en lasdepuradoras, donde los tratamientos biológicos sonespecialmente sensibles a las variaciones fuertes del caudalrecibido. Usando los variadores este valor se puede mantenerprácticamente constante (mientras haya suficiente aguaretenida en el bombeo). El segundo punto es importante porejemplo en las piscifactorías donde se ha de mantener un nivelconstante en el embalse regulador que envía el agua a loscriaderos con el fin de asegurar que estos siempre tengan unflujo de agua limpia constante independiente del número decriaderos conectados al sistema:

13.1 Comportamiento de la bombatrabajando con variador

La velocidad de un motor asíncrono es proporcional afrecuencia. El caudal varía de forma proporcional a lavelocidad. La altura y el NPSH son proporcionales al cuadradode la velocidad. Por último y como consecuencia de lo anterior,la potencia es proporcional al cubo de la velocidad. Pero elrendimiento hidráulico se mantiene pese a que se reduzca la velocidad.

Estas son las llamadas LEYES DE AFINIDAD:

=

2

1

2

1

nn

QQ H

Hnn

1

2

1

2

2

=

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo176

FLYGT

ηη1

21=

PP

nn

1

2

1

2

3

=

Todos los puntos sobre la curva Q-H (Caudal-Altura) se mueven a lo largo de unacurva cuadrática con rendimiento constante hacia el origen.

El punto de trabajo essiempre laintersección de lacurva Q-H con lacurva del sistema. Si elsistema tiene unaaltura geométricadefinida, elrendimiento hidráulicovariará puesto que losdiversos puntos detrabajo paradiferentes frecuenciasno seguirán la curvacuadrática antesmencionada.

Se recomienda quecuando se elija unabomba para trabajar

con variador, tenga el punto de trabajo a pleno régimen en el lado derecho delpunto de máximo rendimiento en la curva Q-H. Así, podremos tener rendimientosaceptables cuando reduzcamos la frecuencia.

En la figura de la izquierda se aprecia la variación del punto de servicio sobre la curva de sistema(verde) y curva isorendimiento (amarilla). A la derecha la variación de las curvas de potencia y de

rendimiento con la velocidad.

Rendimientos hidráulicos a diferentes velocidades

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variadores de frecuencia 177

FLYGT

Algunas curvas de bombas pueden tener limitado su trazado. Esto puede ser bienpor limitaciones de potencia, o bien por limitaciones hidráulicas donde se causanvibraciones producidas por la recirculación interna en el impulsor. Reduciendo lafrecuencia eliminamos la limitación de potencia, pero no la hidráulica.

13.2 Descripción de un variador

El proceso de transformar la frecuencia de la red en una frecuencia variable serealiza en dos etapas:

Rectificar la corriente alterna sinusoidal en una corriente continua.Crear artificialmente una corriente alterna a una frecuencia deseada. Esto serealiza cortando la onda continua en pequeños pulsos que se aproximan a unaonda sinusoidal.

La nueva onda sinusoidal se crea variando el ancho de los pulsos. La frecuenciacon la que el transistor que la genera es conectado y desconectado sedenomina frecuencia de conmutación. Cuanto más alta es la frecuencia deconmutación, mejor resulta la sinusoide creada.

Por tanto, un variador se divide básicamente en los siguientes tres bloques:

Rectificador. Convierte la tensión de entrada de alterna senoidal a continuapulsatoria.Regulador de tensión. Filtra la tensión pulsante proveniente del rectificador y laregula.Inversor. Transforma la tensión continua regulada en una onda pulsante.

Existen tres tipos de variadores de frecuencia:

VSI. Inversor de la fuente de tensión. Se generan pulsos de frecuencia positiva ynegativa y amplitudes variables (PWM). Se usa frecuentemente para bombeos.

Rectificador Inversor

Esquema y curvas de ondas tipo de un variador de frecuencia

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo178

FLYGT

CSI. Inversor de la fuente de intensidad. El CSI tiene un diseño simple y robusto yresulta muy fiable, pero la señal de salida tiene mucho ruido eléctrico. También,induce transitorios de tensión en el motor.

Control por vector de flujo. Tiene una regulación muy fina incluso logrando plenopara cero revoluciones. Es un sistema muy sofisticado que se usa paraaplicaciones de precisión como molinos de papel, etc. En bombeos, resultademasiado caro puesto que además no se hace realmente uso de susprestaciones.

El tipo PWM (Pulse WidthModulation) es el másextendido en bombeos. Usauna tensión constante enpulsos generados por untransistor de potencia bipolar(IGBT). Un transistor bipolarestá compuesto por unaestructura NPN (o PNP). Eltransistor IGBT es un transistorbipolar de puerta aislada.

13.3 Control del variador con varias bombas enparalelo

Existen dos formas de controlar un sistema de bombeo con los variadores cuandose trabaja con varias bombas en paralelo. La primera es mediante controlseparado, en el que la regulación de la velocidad se aplica a una sola bomba, ylas demás siguen funcionando a pleno régimen.

Este sistema es más económico, pero en algunos casos es conveniente utilizar uncontrol común por variador puesto que tanto el rendimiento del motor como eldel variador cambiarán al reducir la frecuencia. Este último consiste en la

Esquema de un variador tipo PWM

0 100 200 300 400 500 6000

5

10

15

20

[l/s]

[m]

0 100 200 300 400 500 6000

5

10

15

20

Control separado Control común

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variadores de frecuencia 179

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regulación de la velocidad de todas las bombas simultáneamente, por tantorequiere variadores de mayor capacidad y más caros.

En estaciones de bombeo, es más común utilizar un único variador trabajandosobre una sola bomba, dejando el resto de las bombas a 50 Hz. El variador puedeconmutar a otras bombas opermanecer fija a una bombadeterminada, no obstante el variadordebe ser conectado manualmente aotra bomba cada cierto tiempo conel fin de que se equilibre el númerode horas de todas ellas.

La bomba conectada al variadorfuncionará siempre la primera,regulando el caudal desde el mínimorequerido (colchón). Cuando estabomba llegue a 50 Hz pornecesidades de la demanda, seincorporarán del resto de las bombasde forma alternativa.

13.4 Par constante y par variable

Las características de un motor eléctrico cambian con la frecuencia. El par motores función de la tensión de entrada y de la frecuencia, según la siguienteexpresión:

T k U

f ≈

* 2

Existen dos maneras de regular la tensión de salida del variador. Una es que latensión sea proporcional a la frecuencia y la otra es que la tensión sea

proporcional al cuadradode la frecuencia. Así, el parserá también proporcional ala frecuencia o al cuadradode ésta, según el caso. Estoes lo que, generalmente, seconoce como PARCONSTANTE y PAR VARIABLEo CUADRATICO. En lagráfica se puedecomprobar la variación delpar motor con la frecuenciay con el cuadrado de lafrecuencia. La curva de parresistente corta a lasdiferentes curvas de par

VARIADOR

Regulación decaudal(Colchón)

B1

B2

B3

MANDO

DIRECTO

50 Hz

Esquema de funcionamiento de un sistemaregulador por control separado

Comparación de curva de par constante y variable

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo180

FLYGT

motor según la frecuencia, para los dos tipos de control. En el caso de control detensión proporcional a la frecuencia, el par máximo se encuentra siempre almismo nivel, pero sin embargo, el corte con el par resistente se produce en unazona donde el deslizamiento ha cambiado. Si el deslizamiento cambia, elrendimiento cambia también.

Para trabajar con bombas, Flygt recomienda el uso del control de tensiónproporcional al cuadrado de la frecuencia (PAR VARIABLE o PAR CUADRATICO)ya que se mantiene el rendimiento y una correcta magnetización del motor. Perohay que tener en cuenta que el par será menor a bajas frecuencias y cuando searranca una bomba hay que definir una frecuencia mínima en la que el parmotor sea suficiente para superar el par resistente.

Para obtener el mejor rendimiento a distintas velocidades, se hace necesariomantener un nivel de magnetización apropiado para cada velocidad del motor.Para un variador funcionando a par constante, el ratio entre la tensión y lafrecuencia V/F debe ser constante, como ya indicamos anteriormente. Un ratioV/F producirá una magnetización excesiva a baja velocidad. Esto generarápérdidas innecesarias en el hierro y en el cobre. Resulta mejor parametrizar elvariador a par cuadrático o variable. De esta manera se reducen las pérdidas.

Con referencia a la selección de un variador, conviene tener en cuenta que enel caso de bombas centrífugas, suele ser el mismo modelo de variador el queproporciona las dos formas de parametrización, ya sea par constante o variable,aunque con potencias distintas, es decir, que por ejemplo se puede encontrar unvariador que a par constante sea de 23 Kw y a par variable sea de 30 Kw.Lógicamente y si es el mismo equipo, el sobreconsumo permitido a par constanteserá superior (50%) al permitido a par variable (alrededor de un 15%).

13.5 Consideraciones en la selección de un variador

Un motor de inducción siempre trabajará mejor alimentado con una fuente detensión que produzca una onda sinusoidal pura, que normalmente es el caso de

una red eléctricacomercial. En un motor enperfecto estado, noexisten armónicos y laspérdidas se mantienenbajas. Cuando se leconecta a un variador, sele alimenta con unafuente que produce trozosde onda no sinusoidal, almismo tiempo quearmónicos de todos losórdenes. Estos armónicosinducen más pérdidas,mostradas en forma deOnda de salida de un variador de frecuencia

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variadores de frecuencia 181

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sobrecalentamiento en el motor.

Hace unos años, se recomendaba escoger un motor que tuviera un margen deun 15% de potencia de reserva si fuese a ser conectado a un variador. Hoy endía, los variadores han evolucionado de tal forma que la onda producida esparecida a la ideal, produciendo menos pérdidas. De esta forma, no seríanecesario reservar ese margen. En los variadores modernos, las pérdidascausadas en el motor por los armónicos generados por el variador varían entre el5% y el 10%, lo que corresponde a una caída del rendimiento del motor entre el0,5% y el 1%, solamente.

Para elegir un variador de frecuencia, es necesario conocer los siguientes datos:

Potencia nominal del motorTensión nominalIntensidad nominalAplicaciónRatio Par max./Par nom. (debe ser como mucho 2,9)

Algunas veces, se desea trabajar con el variador por encima de la frecuencia dered. En estos casos, hay que tener en cuenta que la potencia del motor aumentacon el cubo de la velocidad. La temperatura del motor aumentará también. Perolo más significativo es que el par motor caerá como función de 1/f al pasar de lafrecuencia de red.

Esto se produce como consecuencia de que la tensión ha llegado al valormáximo que es la de red, es decir, el par se mantendría solo en el caso de que leacompañe un aumento de la tensión, que ya no es posible. Por tanto, el motorestará sobrecargado, y en un tiempo breve saltará la protección porsobreconsumo (térmica) del propio variador.

Por otro lado, el NPSH aumenta con la frecuencia de acuerdo con las leyes deafinidad. Si se desea sobrepasar la frecuencia de la red, se deben tomar ciertasprecauciones:

Comprobar la potencia nominal del variadorComprobar que el variador y el motor están dimensionados para la sobrecargaque se produceComprobar la frecuencia base del variador.Si es posible, elegir un motor diseñado para una frecuencia superior (por ejemplo60 Hz).Comprobar posibles problemas de cavitación por el aumento del NPSH.

Otro capítulo importante es la refrigeración del motor. Se debe comprobar lamínima frecuencia de trabajo del motor para tener una temperatura aceptable.

En agua residual existe otro punto muy importante a comprobar. Son los posiblesatascos que se producen en los impulsores como consecuencia de lassedimentaciones creadas en el pozo por las bajas velocidades de la bomba.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo182

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En cuanto a las frecuencias de uso del variador, es importante comprobar que nocoincide ninguna de ellas con alguna frecuencia natural del sistema hidráulico.De este modo, se eliminará el riesgo de vibraciones. Algunos variadores vienencon una función especial para suprimir un cierto grado de frecuencias.

13.6 Compatibilidad electromagnética

Vamos a hablar del capítulo de compatibilidad electromagnética. Existen trestipos de perturbaciones que pueden afectar al funcionamiento de los equiposelectrónicos:

Perturbaciones de baja frecuencia (hasta 5 MHz)Perturbaciones de alta frecuencia (desde 30 MHz)

Las perturbaciones de baja frecuencia se transmiten por conducción, mientrasque las de alta frecuencia son transmitidas por radiación.

Dentro de las perturbaciones de baja frecuencia distinguimos dos grupossignificativos:

Armónicos. Son señales sinusoidales con amplitudes y fases diferentes que sonresultado de la descomposición matemática de la onda fundamental, de la cualson asimismo múltiplos. Normalmente hablamos hasta el armónico 40 quecorresponde a 2 KHz.Emisiones conducidas. Van desde unos 150 Khz hasta 5 Mhz

Las perturbaciones más importantes que afectan a la forma de una onda son losarmónicos. Se trata de perturbaciones de frecuencia relativamente baja. Susefectos se dejan sentir por lo general hasta un máximo entre 2.000 y 2.500 Hz ysuelen ser los responsables del sobrecalentamiento de transformadores y líneas dedistribución. Originan corrientes y pérdidas elevadas en el neutro de algunasinstalaciones, disparos por sobrecorriente de algunas protecciones, disparo derelés diferenciales. No obstante, a pesar de lo que algunas veces se afirma, raravez son la causa de fallos en equipos electrónicos, autómatas, etc. Estos últimossuelen ser debidos más a fenómenos de alta frecuencia.

El origen de los armónicos hay que buscarlo en la presencia de las llamadascargas no lineales. Estas cargas conectadas a una red de corriente alternasenoidal, absorben una corriente periódica pero no senoidal. Ejemplos de estascargas son los siguientes:

Convertidores estáticos (arrancadores, variadores, rectificadores, cargadores debaterías, etc.).Equipos monofásicos que trabajen con un rectificador en la entrada y uncondensador y un filtro (ordenadores, impresoras, autómatas, etc.).Instalaciones de iluminación de lámparas de descarga.Hornos de arco y equipos de soldadura.

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variadores de frecuencia 183

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Transformadores, reactancias con núcleo de hierro, etc., cuya curva demagnetización no es lineal.

Para estudiar los armónicos hay que recurrir a métodos como el de Fourier, paradescomponer una función periódica acotada en una suma de funciones seno ycoseno con frecuencias múltiplos enteros de la fundamental. Una función f(t) deperiodo T, su frecuencia fundamental será f = 1/T, y su pulsación será ω = 2πf,dicha función puede expresarse como:

)cos(..................)cos()cos()( 22110 nn tAtAtAAtf ϕωϕωϕω +++++++=

El valor de amplitud Ao es constante e indica el valor medio o componentecontinua de la magnitud periódica. La amplitud A1 y frecuencia f, es lacomponente fundamental. Y las siguientes amplitudes A2.........An con frecuencias2f...........nf, se denominan componentes armónicas o simplemente armónicos.

Las normas definen la compatibilidad electromagnética CEM como la aptitud deun dispositivo, aparato o sistema para funcionar en su entorno electromagnéticode forma satisfactoria y sin producir perturbaciones intolerables a cualquier otrodispositivo del entorno.

Así pues, el variador debe ser “inmune” (inmunidad electromagnética) a lasperturbaciones de la red, y además debe eliminar las perturbaciones que élmismo pueda producir y afecten a otros equipos.

Para lograr su inmunidad, los variadores suelen llevar instaladas aguas arriba (sinohay que incluirlo en el cuadro) inductancias de línea para supresión dearmónicos, y filtros RFI para eliminación de Radiofrecuencia.

Para lograr eliminar sus propias perturbaciones se debe instalar a la salidainductancias de línea y filtros RFI, al mismo tiempo que tomar las siguientesprecauciones:

• Poner cable apantallado en la fuerza del motor, conectando esta pantalla auna buena tierra, garantizando la equipotencialidad de las tierras existentes.

• Los cables de los sensores de control deben ser trenzados y apantalladospara disminuir el efecto de distorsión de emisiones radiadas.

• Mantener una cierta distancia entre los cables de fuerza y los de control.Cuanto mayor es la longitud de los cables mayor debe ser la distancia deseparación

• Reducir lo más posible la superficie de las masas• Los cables de fuerza y de control deben ir por diferente canaleta, si no están

apantallados• Conectar lo conductores no utilizados a masa por los dos extremos• Los cables que conduzcan señales diferentes no deben nunca cruzarse a 90º

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo184

FLYGT

13.7 Pérdidas producidas por un variador

El uso de un variador de frecuencia produce una serie de pérdidas que hay quetener en cuenta:

• Pérdidas en el propio variador• Pérdidas en los filtros de armónicos• Pérdidas por armónicos en el motor• Pérdida de rendimiento en el motor por mover su punto de trabajo al

cambiar la frecuencia• Variación del rendimiento hidráulico en la bomba al no seguir la curva

cuadrática

El rendimiento de un variador a la frecuencia nominal está entre el 97 y 98%, perose reduce cuando bajamos la frecuencia.

Esta situación supone solamente las pérdidas generadas en el motor por elvariador. Tendríamos que contar también con las pérdidas de rendimiento en elmotor generadas por la variación de su propio punto de trabajo.

Introducimos el llamado factor de rendimiento del variador, el cual incluye estaspérdidas según el punto de trabajo del motor. El rendimiento del motor se calculadesde la curva de motor a la frecuencia nominal, y entonces se ajusta parafrecuencias bajas usando este factor de corrección.

Las pérdidas de un variador no son constantes, ni siquiera son fáciles dedeterminar. Comprenden una parte constante y otra parte dependiente de lacarga.

Las pérdidas constantes son las pérdidas por refrigeración (ventilador), laspérdidas en los propios circuitos electrónicos, etc.

Curvas de rendimiento de un variador de frecuencia, La gráfica de la derecha incluye eltrabajo del motor

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variadores de frecuencia 185

FLYGT

Las pérdidas variables que dependen de la carga son las pérdidas producidas enlas conmutaciones y en los semiconductores de potencia (transistores).

13.8 Problemas causados por los variadores

El empleo indiscriminado de los variadores de frecuencia, sin un estudio previo(sobre todo en los de gran potencia), puede ocasionar graves perturbaciones enla red eléctrica.

Estas perturbaciones pueden ser debidas a los armónicos de intensidadgenerados por el rectificador, transmitiéndose aguas arriba los fallos o problemasque éstos pueden producir, son los siguientes:

• Problemas en el funcionamiento de los dispositivos de regulación.• Disparo intempestivo de las protecciones diferenciales.• Disparo intempestivo de las protecciones magnetotérmicas.• Elevadas caídas de tensión en el momento del arranque del

convertidor.• Pérdidas adicionales y calentamientos más altos en las baterías de

condensadores.• Resonancias en equipos con condensadores.• Pérdidas adicionales en máquinas conectadas aguas arriba.• Incremento del ruido en transformadores y máquinas eléctricas

rotativas• Averías en los transformadores de distribución.• Generación de campos adicionales al principal en motores

eléctricos.

También puede haber perturbaciones debidas a la emisión de ondaselectromagnéticas en el cable que conecta el variador con el motor, producidasen la etapa de salida del variador:

• Efectos parásitos en sistemas de telecomunicaciones.• Efectos parásitos en máquinas que funcionan con telemando.• Efectos parásitos en el cableado de maniobra.

Todos estos fenómenos se deben a las interferencias electromagnéticas queproducen los variadores, bien sean conducidas o bien radiadas, como ya hemosvisto en el capítulo de compatibilidad electromagnética.

Vamos a analizar los armónicos producidos por el rectificador de entrada. Uno delos parámetros que define el rectificador es su número de pulsos, es decir, elnúmero de impulsos positivos de la onda de salida que podemos contabilizar enun periodo de la onda de entrada, que en el caso de la corriente de red dichoperiodo sería de 20 ms.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo186

FLYGT

Para saber el orden de los armónicos generados por el rectificador, se utiliza laexpresión:

1±= Kpn

Donde: n = orden de los armónicos generadosp = número de pulsos del rectificadorK = 1, 2, 3, 4, 5..........

Por ejemplo, para un rectificador de 6 pulsos, el orden de los armónicos sería 5, 7,11, 13.........

Para valorar la cuantía de la distorsión armónica existen diversos parámetros,siendo uno de los más empleados la tasa de distorsión armónica (TDH), tanto detensión como de intensidad:

=

2

IITDHI n ∑

=

2

UUTDHV n

Donde: TDHI = Tasa de distorsión armónica de intensidadTDHV = Tasa de distorsión armónica de tensiónI = Intensidad del armónico fundamental (50 Hz)V = Tensión del armónico fundamental (50 Hz)In = Intensidad del armónico nUn = Tensión del armónico n

Mediante un analizador de redes, podemos evaluar la tasa de distorsiónarmónica en una instalación de bombeo.

380 V

-380 V

U1

U5U7

U11

U13

Onda de tensión principal con sus armónicos principales

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variadores de frecuencia 187

FLYGT

Resulta muy común encontrar una red eléctrica que en algunos puntos llegue al30% de TDH en intensidad, y al 5% de TDH en tensión, considerándose estosvalores como aceptables aún cuando puedan parecer excesivos.

Otro problema que puede aparecer en instalaciones con variadores defrecuencia es la resonancia con los equipos de compensación de energíareactiva. El variador se comporta como una fuente generadora de armónicos,situándose en paralelo con la red alimentación y la batería de condensadores.

La frecuencia de resonancia viene dada por la expresión:

LCPSfC

cc 121

21

ππ==

Donde: f = Frecuencia de resonancia (Hz)Scc = Potencia de cortocircuito de la red (KVA)PC = Potencia de la batería de condensadores (KVA)L = Inductancia de la red (Henrios)C = Capacidad del banco de condensadores (Faradios)

Hasta ahora, hemos analizado los problemas que pueden originar los variadoresde frecuencia sobre la propia red eléctrica, pero además, el variador defrecuencia tiene también efectos negativos sobre las bombas (motores) queconviene tener en consideración.

En primer lugar, puede existir un deterioro progresivo del aislamiento del motor.Los variadores modernos tienen un tiempo muy corto de incremento de latensión.

5000=dtdV

V/µs

Estas subidas rápidas de la tensión causarán esfuerzos indebidos en el materialaislante del bobinado, ya que la tensión en el mismo no será distribuidauniformemente.

Con una fuente de tensión sinusoidal, la tensión se distribuye igualmente en todaslas vueltas de la bobina. Con un variador, hasta el 80% de la tensión se quedaráentre la primera y segunda vuelta. Dado que el aislamiento entre hilos constituyeun punto crítico, esto puede resultar negativo para la vida del motor.

Un incremento rápido y breve de la tensión puede también generar un fenómenode reflejo de la tensión en el cable del motor. Este fenómeno duplicará la tensiónen los terminales del motor. En un motor alimentado por un variador a 690 voltios,

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo188

FLYGT

la tensión en bornes del motor podría llegar a los 1900 voltios entre fases. Laamplitud de la tensión depende de la longitud del cable del motor y del tiempode incremento de la tensión. Con tiempos muy cortos, se puede dar que encables de 10 a 20 metros tengamos una reflexión plena.

Para asegurar el correcto funcionamiento y longevidad de un motor alimentadopor un variador, se debe preparar dicho motor para este fin. Los motorestrabajando a tensiones por encima de 500 voltios, deben llevar un aislamientoreforzado como con una resina especial libre de burbujas o cavidades.

Otra forma de proteger al motor es insertar un filtro entre variador y motor. Estefiltro decelerará la subida rápida de la tensión a valores aceptables:

5000=dtdV

V/µs descenderá a 500-600 V/µs

Por otro lado, la rotura de una bomba puede a menudo estar relacionada con elfallo producido en un rodamiento. Además del excesivo calentamiento,lubricación insuficiente, o fatiga del metal, la corriente eléctrica a través de unrodamiento puede ser la causa el deterioro del mismo, especialmente en motoresgrandes.

Este fenómeno es causado generalmente bien por una asimetría del circuitomagnético que induce una pequeña tensión en la estructura del estator, o bienpor una corriente de secuencia cero. Si la diferencia de potencial entre laestructura del estator y el eje llega a un cierto valor, se produce una pequeñadescarga eléctrica entre los elementos giratorios y la pista del rodamiento, lo cualdañará finalmente por fatiga el rodamiento. Estas son las llamadas corrienteserráticas.

El uso de variadores fomenta este tipo de problemas en rodamientos. La técnicade conmutación de un variador moderno provoca una corriente de secuenciacero, que bajo ciertas circunstancias, encuentra un camino a través delrodamiento. Para evitar este problema, un método fácil y sencillo es poner unobstáculo para estas corrientes, como un recubrimiento aislante sobre la pistaexterior del rodamiento.

Page 190: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

diseño y dimensionamiento de un pozo de bombeo 189

Ca

pít

ulo

14

14 Diseño y dimensionamiento de unpozo de bombeo

En la mayoría de los casos, el pozo de bombeo, ademásde ser el lugar donde se sitúan físicamente las bombas,cumple una importante función de regulación,compensando las diferencias entre el caudal entrante y elsaliente; por esta razón, para el correctodimensionamiento del mismo se han de tener enconsideración más aspectos que las meras dimensiones delas bombas, como el volumen mínimo requerido y lasdistancias mínimas entre los distintos elementos que loconstituyen, para garantizar el correcto funcionamientode las bombas.

El diseño, por tanto de un pozo de bombeo, se ha de regirpor los siguientes criterios:

• Fiabilidad: Asegurar que el diseño no va ha generarproblemas en los equipos, como entradas de aire,vórtices, cavitación o excesivo número de arranquesde las bombas como consecuencia de pozosdemasiado pequeños.

• Economía: Mínima obra civil; y por tanto mínimovolumen y profundidad posible, así como diseños quereduzcan los consumos energéticos.

• Flexibilidad: Diseñar implantaciones que permitanfuturas ampliaciones de capacidad con las mínimasmodificaciones posibles.

Para el correcto diseño y dimensionamiento de los pozosde bombeo, el proyectista deberá dar los siguientes pasos:

• Determinación del volumen mínimo.• Diseño del pozo de bombeo: Determinación de las

dimensiones mínimas e implantación de las bombasdentro de él.

• Instalación de elementos especiales.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo190

FLYGT

La determinación del volumen mínimo se desarrolla ampliamente en elposterior apartado; siendo solamente necesario su cálculo en aquelloscasos en los que tengamos un colector de entrada que vierta un caudalvariable a una cámara de bombeo o pozo. En otros casos, la toma esdirectamente desde un canal o balsa; y por tanto no es necesario elcálculo de dicho volumen mínimo.

El volumen mínimo de un pozo, garantizará que las bombas no arranquendemasiado frecuentemente lo que origina un rápido deterioro por elcontinuo sobrecalentamiento de sus bobinados y será, por tanto, crucialpara asegurar la fiabilidad de la instalación. Dicho volumen mínimo,dependerá principalmente de la potencia, la capacidad y el número delas bombas instaladas; pero también dependerá de la secuencia depuesta en marcha de las mismas, es decir del orden que estas sigan en suarranque.

La secuencia más favorable y que permite mínimos volúmenes es aquellaque solapa los distintos volúmenes requeridos por cada una de las bombasy que alterna sus arranques. Los posteriores métodos de cálculo paradeterminar dichos volúmenes mínimos, estarán basados únicamente enesta secuencia.

Tras haber calculado los volúmenes mínimos, se diseña el pozo de bombeodeterminando las distancias mínimas entre los distintos elementos que loconstituyen (bombas, paredes, fondo, cámara tranquilizado) de modo quese garantice el correcto funcionamiento de las bombas. Para ello se usaránlas tablas y gráficos anexos. Estas separaciones mínimas son empíricas yresponden básicamente a la experiencia que TFB-Flygt ha acumulado enlos últimos 56 años diseñando pozos de bombeo.

En este apartado de diseño, es cuando hay que tener en consideración loscriterios de diseño definidos al principio; por ejemplo, dotando al pozo deequipos redundantes o de reserva instalados (y no en almacén) cuando lafiabilidad sea importante, y por tanto los costes de fallo grandes; odotando al pozo de elementos de autolimpieza cuando queramosminimizar las labores de mantenimiento y el número de operariosnecesarios.

El apartado de diseño y dimensionamiento del pozo, se divide en dosbloques: bombas radiales o centrífugas, y bombas axiales debido a lasgrandes diferencias, tanto dimensionales como de funcionamiento, queexisten entre ellas.

Y por último, se planteará la necesidad de dispositivos especiales paraevitar fenómenos negativos en el bombeo, como predotaciones, entradasde aire o sedimentaciones. Estos efectos nocivos y los dispositivosnecesarios para su minimización se explican detenidamente en elcorrespondiente apartado.

Page 192: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

diseño y dimensionamiento de un pozo de bombeo 191

FLYGT

En resumen, las dimensiones definitivasdel pozo que el proyectista ha de definiren su diseño, serán aquellas que haganla obra civil más económica y quegaranticen tanto el volumen mínimo,como las separaciones y distanciasmínimas anteriormente definidas.

14.1 Volumen activo ytiempo ciclo

Se entiende por volumen activo, alcomprendido entre el nivel de arranquede las bombas, hasta su nivel de paro; ypor tiempo ciclo el tiempo quetranscurre entre su puesta en marcha ysu parada. Este tiempo es el quequedará limitado en función del máximonúmero de arranques por horapermitidos, y por tanto, es el quedeterminará el volumen mínimo del pozode bombeo.

Los factores que determinan el volumen activo del pozo de bombeo son:

• Tc – Tiempo ciclo de la bomba• Qp – Capacidad de la bomba• Qin – Caudal de entrada al pozo

El mínimo tiempo ciclo viene determinado en la siguiente expresión por el máximonúmero de arranques por hora permitido:

Los niveles de arranque y de parada de la bomba representan las cotas de esevolumen activo.

El valor M para las bombas pequeñas suele estar alrededor de los 15arranques/hora, aunque para motores de gran potencia suele verse reducidohasta los 5 como máximo. Por tanto, al proceder al dimensionamiento del pozode bombeo, se recomienda consultar al cliente sobre el criterio a seguir. El criterioconservador es válido cuando se desee garantizar la fiabilidad del sistema altiempo que se minimizan el desgaste y el mantenimiento de las bombas. El criterioajustado, es posible cuando se deseé minimizar el volumen de los pozos, y portanto el coste en la obra civil de los mismos, aún en detrimento de la durabilidadde los equipos.

Volumen activo del pozo

seg. 3600M

Tcmin =

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo192

FLYGT

En función de dichos criterios, se determinará el máximo número de arranquespermitido, según la siguiente tabla.

POTENCIA(Kw) N° arranques / horaCriterioconservador Criterio ajustado

0,5 – 7,5 10 187,5 – 11 8 1511 – 22 6 1222 – 37 6 1037 – 110 6 9110 – 160 5 8>160 5 7

14.1.1 Cálculo del volumen activo mínimo en pozos con unabomba

Para hallar el volumen activo óptimo para ese tiempo ciclo mínimo, definimos lossiguientes términos:

Fase de llenado:

Fase de vaciado:

Entonces, el tiempo ciclo queda definido por la expresión:

Para hallar el tiempo ciclo mínimo, derivamos esta función respecto delcaudal de entrada que es el parámetro que definirá constructivamente elpozo.

inLL Q

VT =

inpinVLLinC

inpV

QQV

QVTTQT

QQVT

−+=+=

−=

)(

−+=

inpinc QQQVT 11

( )( )

20

11

22

22

QpQQQQdQdT

QQQV

dQdT

ininpinin

c

inpinin

c

=⇒−=⇒=

−+

−=

Page 194: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

diseño y dimensionamiento de un pozo de bombeo 193

FLYGT

Por tanto, esta función tiene un mínimo para:

El volumen activo óptimo (mínimo) del pozo queda pues definido por laexpresión:

4

minmin QpTcV ×=

Por tanto, el volumen mínimo o activo de una estación de bombeo concaudal de entrada variable se determina a través de la capacidad de labomba y del tiempo ciclo mínimo.

Normalmente, se calcula el volumen activo de una sola bomba aunque secoloquen dos bombas en el pozo para hacer el sistema redundante. Conesto se quiere indicar que una sola bomba es capaz de hacer el trabajo,aunque puede ocurrir que nuestra aplicación requiera utilizar más de unabomba al mismo tiempo.

14.1.2 Cálculo de volumen mínimo en pozos de dos a másbombas

En una estación de bombeo con varias bombas idénticas, el volumenrequerido es mínimo si, en vez de sumar los volúmenes activos de cada unade las bombas, se sitúan los niveles de arranque y paro de modo que losanteriores volúmenes se solapen entre sí.

De este modo, se garantiza el número máximo de arranques por hora paracada bomba y se minimiza el volumen total del pozo. Por tanto la forma decalcular dicho volumen total será determinando el volumen mínimo de unade las bombas con las anteriores expresiones y sumarle los volúmenes

ppc

p

QVQT

Q 4*)2/(2

Qin =⇒=

0

100

200

300

400

500

600

0 100 200 300 400 500 600

Caudal de entrada[l/s]

Tiem

po c

iclo

[s]

V=16

V=22

Vmin=Tcmin*Qp/4

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo194

FLYGT

consecuencia del producto ∆H x S, siendo ∆H la diferencia de nivel elegidaentre arranques, y S la superficie de diseño del pozo. ∆H deberá ser losuficientemente grande como para eliminar arranques accidentales de lasbombas causados por olas superficiales o falta de precisión en los sensoresde nivel. Como norma general debe estar comprendida entre 150 mm. Y200 mm.

Por tanto, bajo esta hipótesis de arranques, el volumen total requerido enun pozo con n bombas y un incremento entre niveles de arranque de ∆H esde:

SHnVVtot ×∆×−+= )1(min

En donde S es la superficie del pozo y Vreq es el volumen requerido parauna sola bomba. ∆H debería ser lo suficientemente grande para evitararranques no deseados como consecuencia del alejamiento de lasuperficie del agua.

Aplicando la alternancia cíclica de las bombas, se consigue que en vez dearrancar la primera siempre la misma bomba, lo haga la que lo hizo conmayor anterioridad, de ésta manera, se maximizan los tiempos entrearranque para un equipo determinado obteniéndose una reducciónsignificativa del volumen total de pozo requerido. En este caso, el volumenrequerido para una bomba es igual al volumen preciso cuando no hayalternancia dividido por el número total de bombas en el ciclo completo,n. Así, el volumen total del pozo puede determinarse por analogía al casosin alternancia como:

SHnn

ValtVtot ×∆×−+= )1(min.Los siguientes esquemas muestran como la alternancia en el arranque delas bombas influye directamente en la duración del ciclo de bombeo ociclo mínimo. Para una estación con tres bombas, las posiblescombinaciones de arranque son:

Page 196: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

diseño y dimensionamiento de un pozo de bombeo 195

FLYGT

Cada bomba arrancará al cabo de tantos ciclos como bombas haya. Enuna estación de bombeo con 5 bombas, las combinaciones de arranquecon alternancia cíclica se muestran a continuación:

Además de minimizar los volúmenes requeridos, la alternancia cíclica tienelas siguientes ventajas:

• Utilización plena de las dimensiones mínimas.

• Reducción de los costes de obra civil.

• Reducción del tiempo de retención, evitando olores,sedimentaciones, atascos, etc.

• Permite el cambio de bombas por otras de mayor capacidadsin aumentar el volumen de la estación.

• Equilibrio en el tiempo de funcionamiento de todas las bombas.

Si una estación de bombeo consta de varias bombas de diferentecapacidad, el volumen requerido para cada bomba o grupo de bombasidéntico debe determinarse separadamente.

El volumen de pozo requerido combinado dependerá de las exigenciasoperativas de la estación de bombeo y debe analizarse individualmenteen cada caso.

Existen otras secuencias de arranque de las bombas menos favorables querequieren mayores volúmenes sin alternancia o sin solape de volúmenesque no se desarrollarán en este capítulo pues se encuentran en clarodesuso. Por tanto, se puede concluir que si se opta por la secuencia dearranque de bombas con alternancia y con volúmenes solapados, elvolumen mínimo de un pozo de bombeo en función del número debombas, de la potencia de las mismas y de la superficie elegida es elsiguiente:

T Tcycl1

151

=

TT

cycl225

2=

TT

cycl335

3=

TT

cycl445

4=

T Tcycl5 5=

T T nk

V knkcycl

kck= =

* * Vkcycl

Qin< Qp

Qp < Qin< 2Qp

2Qp < Qin< 3Qp

3Qp < Qin< 4Qp

4Qp < Qin< 5Qp

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo196

FLYGT

Volumen mínimo (de diseño) de un pozo de bombeo:

SHnMnQpVtot ×∆×−+

××

= )1(900min.

Donde:

Q = caudal nominal de una bomba en m3/sM = número máximo de arranques permitido en función de la potencia ydel grado de protección elegido según tabla.N = número de bombasS = superficie del pozo en m2∆H= Distancia entre niveles (0,15 – 0,2 m.)

14.1.3 Cálculo simplificado del volumen útil de un pozo

Con independencia de las anteriores expresiones, el volumen útil de unpozo de bombeo puede ser diseñado de forma simplificada calculando elvolumen mínimo y las dimensiones básicas con las siguientes gráficas ydotándole de los elementos mostrados en la siguiente implantación tipo.

Los datos necesarios son:

• El caudal total de la estación de bombeo, y por consiguiente delnumero de bombas y el caudal nominal de éstas. Si no se conoce, sepuede estimar en función de la población y de la dotación según elanexo “Cálculo de caudales”

• El numero de arranques horario admitido por el grupo según elsiguiente cuadro:

POTENCIA N° arranques / hora(Kw) Criterio conservador Criterio ajustado0,5 – 7,5 10 187,5 – 11 8 1511 – 22 6 1222 – 37 6 1037 – 110 6 9110 – 160 5 8>160 5 7

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diseño y dimensionamiento de un pozo de bombeo 197

FLYGT

CÁLCULO SIMPLIFICADO DEL VOLUMEN ÚTIL DE UN POZO DE BOMBEO

1

10

100

10001 10 100

Caudal nominal total de bombeo (l/s).

Volu

men

útil

(m3)

2 arranques/hora

5 aranques/hora

10 arranques/hora15 arranques/hora

A ltu r a ú t i l d e p e q u e ñ o s p o z o s c ir c u la r e s

0

2

4

6

8

1 0

1 2

0 1 2 3 4A ltu r a ú t i l n e c e s a r ia .

Vo

lum

en

úti

l e

n

D iá m e tr o 1 m

D iá m e tr o 2 m

D iá m e tr o 1 ,2 m

D iá m e tr o 1 ,5 m

D iá m e tr o 1 ,8 m

Page 199: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo198

FLYGT

Mplantación y dotación tipo para pozos de bombeo pequeños

Page 200: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

diseño y dimensionamiento de un pozo de bombeo 199

FLYGT

14.2 Diseño de un pozo de bombeo con bombassumergibles centrífugas

14.2.1 Principios generales

Lo ideal es que la llegada del agua a las bombas sea uniforme, constante,sin vórtices y sin penetración de aire. La falta de uniformidad puedeocasionar que el funcionamiento del impulsor se aparte de las condicionesideales y que, por tanto, tenga un menor rendimiento hidráulico. Un caudalinconstante puede causar que fluctúe la carga sobre el impulsor yprovocar ruidos, vibraciones e incluso problemas con los rodamientos.

Los vórtices en la aspiración de la bomba pueden originar un cambiosignificativo en las condiciones operativas del equipo, produciendocambios en su caudal, potencia consumida y rendimiento. Tambiénpueden acabar en reducciones de presión en la aspiración que originen laentrada de burbujas de aire. Ésta y otras formas de penetración del airepueden causar reducciones en el caudal del agua, fluctuaciones en lacarga del impulsor, y cargas de impacto local en varias partes del sistema,creando ruidos y vibraciones, con los consiguientes daños físicos.

El diseño del pozo no sólo debería ofrecer una afluencia apropiada delíquido a las bombas, sino también impedir la acumulación de sedimentosy costra superficial. Han de tenerse en consideración los siguientes puntos:

El caudal de agua en la entrada del pozo deberá dirigirse hacia lasaspiraciones de las bombas, de modo que la corriente llegue a ellas sinvórtices y con pérdida de energía mínimas.

Para evitar la formación de torbellinos superficiales que permitan lapenetración de aire en el pozo, las paredes deberán construirse de modoque se eviten zonas muertas. Un tabique correctamente colocado en laentrada puede reducir la tendencia a la formación de vórtices y torbellinospuntuales. La profundidad del agua deberá ser lo suficientemente grandecomo para impedir la formación de torbellinos.

A pesar de que debería evitarse una turbulencia excesiva, una ciertaturbulencia contribuye a impedir la formación de torbellinos y sucrecimiento.

Los sedimentos, que pueden dar lugares a olores, no deberían acumularsedentro del pozo. Tienen que evitarse las zonas muertas o en las que lavelocidad del agua disminuya en un grado tal que pueda ocasionarsedimentación. Un suelo con pendiente y chaflanes o escalonescontribuyen a evitar sedimentaciones.

La costra superficial, el fango flotante y pequeños residuos puedenacumularse en cualquier zona relativamente tranquila de la superficie delagua.

Page 201: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo200

FLYGT

Los materiales sedimentados y flotantes deberán desalojarse a través de lasbombas. Periódicamente, el nivel del agua deberá bajarse al mínimocomo operación de limpieza.

El tramo entre la entrada del pozo y la aspiración de la bomba deberá serlo suficientemente largo como para que el aire arrastrado pueda elevarsehasta la superficie antes de que la corriente llegue a la bomba. La energíadel agua al entrar deberá disiparse lo suficiente como para que en el pozono se formen velocidades excesivamente altas e irregulares. Un modo deconseguirlo es haciendo que el agua entrante choque contra algúnobjeto, como un tabique intermedio.

El pozo deberá ser tan pequeño y simple como sea posible, con objeto dereducir al mínimo los costes de construcción, siempre que se garantice queel número de arranques por hora de las bombas no sea superior alespecificado por el fabricante.

14.2.2 Diseño estándar de un pozo de bombeo con dosbombas

Éste es un diseño básico de pozo de bombeo desarrollado y ensayadosobre modelos por Flygt, de modo que se puede garantizar que cumplecon los condicionantes de diseño anteriormente definidos.

La entrada de aire a causa del salto de agua se reduce al mínimomediante un tabique de partición. La corriente del colector choca y sedesliza por el tabique de la cámara de entrada. Ésta tiene salidas en elfondo que limitan el caudal en un cierto grado, dando así tiempo al airepara que se escape. Si a pesar de ello se ha arrastrado aire hasta lacámara de bombeo, ésta se elevará por la cara inferior del suelo inclinadode la cámara de entrada hasta llegar a la superficie libre. Se impide lapenetración secundaria de aire en la entrada de la cámara de bombeodebido a que el fondo de la cámara de entrada está ubicado de modoque sus salidas queden siempre por debajo del nivel de agua mínimo de lacámara de bombeo.

El tabique de partición frente a la desembocadura del colector es losuficientemente alto como para asegurar que la corriente no rebose. Lassalidas en el fondo de la cámara de entrada están alineadas con lasbombas; hay una salida para cada una. Por tanto, la corriente que seacerca a las bombas en la cámara de bombeo está uniformementedistribuida. Esta disposición contribuye a evitar vórtices en la entrada.

La bomba está unida a un codo de salida anclado a una placa basemediante un plinto. La base forma una pared detrás de la entrada de labomba, reduciendo así al mínimo los posibles vórtices formados debajo dela bomba por una afluencia asimétrica del agua. La tubería de descargavertical está situada cerca de la pared trasera del pozo con el fin dereducir la susceptibilidad de rotación del agua, y de anular cualquiertendencia a la formación de torbellinos detrás de la bomba.

Page 202: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

diseño y dimensionamiento de un pozo de bombeo 201

FLYGT

Las dimensiones y equipamiento mínimo recomendados para el pozoestándar de Flygt son las siguientes:

Dimensiones:

Dimensiones en cm. de la cámara de bombeo

Población P a b c d e f g

Caudal Qde cadabombaen l/s

21 A 40 40 50 75 100 50 70 50 0,1541 A 60 40 50 75 100 50 70 110 0,3161 A 80 75 100 150 200 50 20 55 0,6181 A 100 75 100 150 200 50 20 55 0,76

101 A 150 75 100 150 200 50 20 70 0,76151 A 200 75 100 150 200 50 20 100 1,15201 A 250 75 100 150 200 50 20 135 1,53251 A 300 100 125 190 250 35 10 10 1,91301 A 350 95 125 190 250 45 15 30 2,30351 A 400 95 125 190 250 60 20 175 3401 A 500 112 150 225 300 50 15 155 3,82501 A 600 150 200 300 400 35 10 100 4,60601 A 700 150 200 300 400 40 15 120 5,35701 A 800 150 200 300 400 45 15 140 6,12801 A 900 150 200 300 400 50 15 160 6,90901 A 1000 150 200 300 400 55 20 170 7,651001 A 1500 190 250 375 500 55 20 165 11,461501 A 2000 225 300 450 600 50 15 150 15,302001 A 3000 300 400 600 800 130 20 170 22,923001 A 4000 300 400 600 800 130 20 170 30,604001 A 5000 375 500 750 1000 45 15 140 38,205001 A 6000 375 500 750 1000 55 20 165 45,856001 A 7000 375 500 750 1000 65 20 190 53,507001 aª 8000 375 500 750 1000 75 25 220 61,158001 A 9000 375 500 750 1000 80 25 245 68,809001 a 10000 375 500 750 1000 90 30 275 76,40

E = separación de la cámara de rotura según los gráficos del siguienteapartado.e= nivel de alarmaf = nivel de marcha 2g = nivel de marcha 1

Equipamiento mínimo:

• Recinto de hormigón armado de resistencia característica 175 kg/cm2y acero AE-42

• Tapas rectangulares de 60x80 cm. De chapa de acero estriada de 0,5cm de espesor, previstas de enganches para la cadena de izado de labomba.

• Válvula de retención a la salida de cada bomba, dispuesta en latubería de acero galvanizado.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo202

FLYGT

• Cuadro eléctrico en el puesto de control, provisto de alarma acústicay visual de parada e interruptores de arranque y parada para cadabomba. Funcionamiento alternativo automático medianteinterruptores de nivel, susceptible de regulación manual.

• Tubo conectado con el exterior para ventilación del recinto.• Válvula de compuerta en arqueta de fábrica de ladrillo macizo R-100

kg/cm2 de 25 cm de espesor, dispuesta sobre solera de 15 cm deespesor de hormigón en masa de resistencia característica 125 kg cm3,enfoscada y bruñida interiormente.

14.2.3 Diseños alternativos

En modelos a escala y en instalaciones prototipo a tamaño natural se hanensayado muchas variantes del pozo estándar antes descrito.

Las dimensiones básicas del pozo se indican con las letras A hasta la F enlas figuras 4,5 6, y dependen de la descarga diseñada para la bomba. Lasdimensiones recomendadas en este diagrama son óptimas para el caudalespecificado, y se han comprobado en la práctica.

Cualquier divergencia de estas recomendaciones que pueda incrementarla velocidad de la corriente puede conducir a que se formen torbellinos ya la penetración del aire. Por el contrario, unas velocidades demasiadobajas pueden causar sedimentación.

La única cota que puede incrementarse de una forma segura es A, lalongitud de acceso a la bomba. Los índices “min.” y “max.” mostradoscon las dimensiones indican, respectivamente, la falta de tolerancias paraulteriores reducciones o aumentos en dichas dimensiones.

Notas

1.- Dimensión B: la separación entre las volutas de las bombas deberáser de 200 mm. Como máximo.

2.- Dimensión C: la separación entre la pared lateral y la voluta de labomba deberá ser de 100 mm. Como mínimo.

3.- Dimensión F: la profundidad mínima del agua en la cámara debombeo, es decir, el nivel de parada de la última bomba, no deberáser inferior a la cota F; asimismo, el nivel no deberá ser inferior al extremosuperior de la voluta de la bomba. También deberán satisfacerse lascondiciones NPSH (capacidad de aspiración neta positiva) requeridopor la bomba.

4.- Todas las cotas para ubicar la bomba y la conexión de descarga enrelación con el fondo del pozo deberán ser facilitadas por el fabricantede la bomba.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo 203

:

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diseño y dimensionamiento de pozos de bombeo204

FLYGT

14.2.3.1 POZO CON CONDUCTO DE ENTRADA ELEVADO

Hay dos formas de disposición alternativa: cuando la entrada estáelevada, dependiendo de la posición del colector, que denominaremosentrada frontal, y la entrada lateral.

Entrada frontal – El diseño de esta forma de instalación puede usarse parauna sola bomba o para los sistemas más usuales, que tienen variasbombas. Ocupa un espacio mínimo y es la base de instalaciones máscomplejas.

Entrada lateral – Este diseño de pozo, es para las desembocaduras delcolector situadas a un lado del pozo. Debido a que la cámara de entradadebe tener espacio para el conducto del colector, deberá seraproximadamente un 25% más ancha que el diámetro del conducto. Laaltura del tabique de partición debería ser como mínimo ¾ del diámetrodel colector. En otro caso, el pozo es idéntico al descrito en la entradafrontal.

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diseño y dimensionamiento de un pozo de bombeo 205

FLYGT

14.2.3.2 POZO CON CONDUCTO DE ENTRADA BAJO

En esta forma de instalación, el colector, o bien se encuentra por debajodel nivel de agua normal en el pozo, o el pozo es abastecido mediante uncanal abierto. Si no hay un salto de agua en la corriente entrante, no seproduce una penetración intensa de aire. En consecuencia la cámara deentrada puede simplificarse mucho debido a que su única función esdistribuir uniformemente el caudal a las bombas. También aquí se distingueentre entrada frontal y lateral.

Entrada frontal - Si el tubo de entrada a la estación está situadofrontalmente, no se necesita una cámara de entrada dividida. De todasmaneras, la corriente de agua tiene que distribuirse uniformemente a todaslas bombas mediante una transición en forma de difusor. La cámara debombeo es igual que antes. En algunos casos, el líquido se distribuye mejorcon particiones entre las bombas o un tabique transversal con aberturas aun nivel bajo.

Entrada lateral – En la siguiente figura se muestra el conducto de entradaen el fondo del pozo. La cámara de entrada está constituida solamentepor el tabique vertical de partición. Las aberturas de descarga en eltabique de partición están situadas cerca del fondo del pozo. El extremosuperior del tabique de partición o parte del mismo deberá estar pordebajo del nivel de arranque más alto de cualquiera de las bombas, parapermitir el transporte de material flotante hasta la cámara de bombeo.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo206

FLYGT

14.2.3.3 DISEÑOS ALTERNATIVOS

Los principios de diseño del pozo estándar rectangular pueden servir debase para el desarrollo de instalaciones alternativas.

La longitud precisa para la disposición de pozo básica cuando el númerode bombas es superior a seis puede presentar problemas. En tales casospuede ser más apropiado un pozo doble, como el que se muestra en lassiguientes figuras.

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diseño y dimensionamiento de un pozo de bombeo 207

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Otra alternativa al diseño del pozo cuadrado clásico, es el pozo circular,especialmente interesante en pozos grandes y profundos, ya queestructuralmente los muros circulares son mucho más resistentes, y portanto apropiados para tales casos. En la siguiente figura se muestra unadisposición especial, con la cámara de entrada frente a las bombas.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo208

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15.3 Diseño de pozos de bombeo con bombassumergibles axiales

15.3.1 Criterios generales

De los diversos tipos de bombas, las bombas de hélice son las más sensibles a lascondiciones de entrada del agua. En teoría, el agua, a la entrada de la bombadebe ser uniforme y continua, sin turbulencias, vórtices ni entradas de aire.

• Un flujo no equilibrado en la toma de la bomba puede reducir sueficacia, ocasionar cargas irregulares sobre las palas de la hélice ytambién ruido y vibraciones. Un flujo discontinuo también pude producircargas irregulares, ruido y vibraciones.

• Las turbulencias de la entrada pueden modificar en forma adversa lacarga, flujo, eficacia y potencia. También puede aumentar la posibilidadde vórtices, que a su vez ocasionan discontinuidad de flujo y puedenproducir ruido, vibraciones y cavitación. Los vórtices que se originan enuna superficie libre pueden alcanzar potencia suficiente para arrastraraire y sólidos flotantes hasta el interior de la bomba.

• La entrada de aire puede reducir el caudal y el rendimiento, vibración yel consecuente daño físico.

Las condiciones de flujo en la entrada de la bomba se establecen en la zonacontigua a la entrada. Existen tres zonas de importancia: entrada, cámara deaspiración y pozo.

Entrada - La función de la entrada es hacer llegar agua a la estación debombeo a partir de una fuente de suministro tal como una alcantarilla, un canalo un río. Por lo general, la entrada cuenta con una arqueta común y unacompuerta. En general, la entrada debe ser perpendicular a la línea de bombasy debe estar situada simétricamente con respecto a las mismas. La velocidad deentrada no debe exceder los 1,2 m/s.

Cámara de aspiración – la función de esta cámara consiste en llevar el flujo hastael pozo o pozos, de modo tal que resulte continuo y uniforme. Si bien esteapartado no puede incluir todas las posibilidades de disposición de una cámarade aspiración, las siguientes recomendaciones pueden servir de orientación.

• La transferencia al pozo, ya sea de modo divergente, convergente o conun giro, siempre debe tener como consecuencia un flujo uniforme a laentrada de la bomba. Se deben evitar las pendientes que den mayorvelocidad y las separaciones en las capas de agua que van por loslaterales.

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diseño y dimensionamiento de un pozo de bombeo 209

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• No se debe permitir la interferencia de obstáculos que generen vórticesen la zona contigua a la entrada de la bomba.

• Se debe evitar la entrada de aire.

Pozo – en la práctica, solo se puede estandarizar el diseño del pozo para uncierto tipo de bomba dada. Las dimensiones del pozo se determinan en funcióndel tamaño de la bomba y de su caudal. Un pozo bien diseñado es indispensablepara la correcta aspiración de las bombas. No obstante, el solo contar con unadecuado diseño para el pozo no garantiza lograr las correctas condiciones deflujo. Una mala entrada al pozo puede perturbar el flujo del mismo y la aspiraciónde la bomba.

15.3.2 Diseños estándar de estaciones de bombeo axiales

15.3.2.1 CON TUBO DE HORMIGÓN

En este modelo de diseño, la bomba se asienta sobreun cilindro de hormigón. El soporte de la bomba estáformado por un tubo corto embebido en elhormigón. De esta forma alternativa, el pozo puedecontar con una sección transversal rectangular porencima del tubo de la bomba. El extremo superior delconducto supera el máximo nivel del canal de salida,a fin de evitar que el agua retroceda hacia el pozocuando la bomba se para. Este sistema resultaadecuado para los casos en que el líquido sebombea a un punto de descarga con un nivel deagua casi constante.

15.3.2.2 CON TUBO DE ACERO DE

DESCARGA LIBRE

Este sistema consiste en un tubo de acero apoyadosobre la estructura de soporte. El tubo tambiénpuede apoyarse en el fondo mediante un trípode ouna placa divisora inferior. El extremo superior deltubo debe situarse por encima del máximo nivel deagua en grado suficiente para evitar su retorno.

Con tubo de hormigón

Con tubo de acero dedescarga libre

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo210

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15.3.2.3 CON TUBO DE ACERO Y CODO

DE DESCARGA

El codo utilizado en esta instalación permite ladescarga en un conducto cerrado con unasuperficie de agua libre. Por lo demás es similar alos casos anteriores. Si la tapa empleada en laparte superior del tubo de la bomba es abierta, sela debe colocar a una altura suficiente para evitarlos reboses. Una solución alternativa consiste enusar una tapa hermética. Si el nivel de agua en lasalida varía considerablemente, pudiendo éstaquedar sumergida en algunas ocasiones, se debeinstalar una válvula para evitar el retorno.

15.3.2.4 CON TUBO DE ACERO Y VÁLVULA ANTIRETORNO

Esta aplicación incluye un codo de descarga, ya sea abierto en la parte superioro equipado con una tapa. El acceso a la bomba es fácil y rápido. El codo dedescarga debe colocarse a una altura suficiente que supere las pérdidas decarga en el ramal de salida y en la válvula antirretorno, para cuando el nivel deagua en el canal de descarga cubra la salida. Como alternativa se puede utilizaruna tapa hermética.

Con tubo de acero y codo dedescarga

Con tubo de acero y válvulaantirretorno

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diseño y dimensionamiento de un pozo de bombeo 211

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15.3.2.5 CON TUBO DE ACERO Y SIFÓN

Si la bomba trabaja encombinación con unsifón, resulta eficaz eluso de un codo dedescarga, con tapahermética y parte curvadesmontable, queproporciona un rápidoacceso a las bombas.Un sifón en una línea dedescarga requiere eluso de una válvula deruptura de sifón quepermita la entrada deaire cuando se detienela bomba.

15.3.3 Configuración y dimensiones recomendadas

Las dimensiones para pozos aquí recomendadas se basan en los resultados depruebas con modelos a escala reducida y a tamaño natural de las bombasFlygt, realizados con el fin de estudiar el comportamiento de las bombas dehélice en función del tamaño del pozo y la profundidad del agua. El objetivo fuela máxima reducción de ambos sin perjudicar la eficiente y segura operación dela bomba. En las dimensiones del pozo se aceptan tolerancias del 10%, siempreque el efecto combinado de tales diferencias no resulte en velocidadessignificativamente superiores a las obtenidas con el pozo estándar.

El principio básico de diseño se basa en utilizar un pozo independiente para cadabomba, individualmente diseñado para los diversos modelos de bombas ycondiciones de operación. Un pozo para varias bombas siempre consta de variascámaras independientes. Las tres variantes básicas recomendadas para el pozoson las siguientes:

• Configuración A: pozo abierto estándar.• Configuración B: toma compacta cerrada• Configuración C: toma cerrada tipo tubo de aspiración.

La importancia del flujo en la zona contigua a la entrada varía en los tres casos: laconfiguración A precisa un flujo de entrada casi uniforme y una mayorprofundidad o sumergencia, mientras que la configuración C es la menosexigente en ambos aspectos.

Configuración A-1

Es la más sencilla de construir y, por lo tanto, a menudo es la primera alternativaconsiderada. Sin embargo, dado que requiere una mayor sumergencia y

Con tubo de acero y sifón

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo212

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posiblemente una zona de canal de entrada más prolongada que las otras dosconfiguraciones, el costo total de una estación diseñada para la configuración Apuede ser superior al de las otras dos opciones.

La variante básica de laconfiguración A indicada como A-1,es la menos eficaz para controlar lafalta de uniformidad en el flujo quese aproxima a la bomba. Enconsecuencia, normalmente sólo serecomienda para instalaciones concondiciones óptimas de canal deentrada, tales como las que se danen una estación con una solabomba y canal, y canal de entradarecta.

Para las estaciones con varias bombasen las que se dan diversas condicionesde operación, son preferibles lasconfiguraciones A-2 y A-3. Ambasincluyen dispositivos tales comoseparadores o placas divisorias paraaliviar los efectos de pequeñasasimetrías en el flujo de entrada. Paralas bombas de baja elevación, la

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diseño y dimensionamiento de un pozo de bombeo 213

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configuración A-1 no se recomiendaen ningún caso. En un pozo abiertocomo el de la configuración A, lasumergencia mínima necesaria parala entrada a la bomba es unafunción del caudal, el diámetro de laentrada de la bomba, y ladistribución del flujo en laaproximación, Flygt proporcionaráese dato para cada caso de diseño.

Configuración B

Es una toma cerrada cuya forma ha sidoadaptada para construirse en hormigón.Las características geométricas y elasiento de la pared posterior, han sidodiseñados para permitir una suaveaceleración y giro del flujo en su entradaa la bomba. Dado que este tipo deconfiguración es menos propensa a losvórtices de la superficie, la sumergenciarequerida a la entrada es menor que enla configuración A. No obstante, nodeberá ser menor que 1,5 D.

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Configuración C

Es una toma de tipo tubo de aspiración – también conocida con el nombre detoma por succión forzada - y está diseñada para construirse tanto en acerocomo en hormigón. La toma puede reducir la falta de uniformidad y lasturbulencias en el flujo deaproximación. Esta toma resulta máseficaz que la configuración B debido aque la pared delantera inclinada estádiseñada para prevenir elestancamiento del flujo de la superficie.Las características geométricas de estatoma proporcionan una suaveaceleración y giro a media que el aguallega a la bomba. La sumergenciamínima de la entrada no debe serinferior a 1D.

Nota para todas las configuraciones:

En algunos casos, la sumergencia mínima de la entrada a la bomba indicada enlas tablas resulta insuficiente para satisfacer las exigencias del NPSH. Por lo tanto,el proyectista deberá realizar esta comprobación aparte.

15.3.4 Estaciones con varias bombas

Las estaciones de bombeo generalmente están equipadas con dos o másbombas. Los sistemas con bombas múltiples ofrecen una mayor capacidad,mayor flexibilidad de operación y mayor fiabilidad. Este tipo de estación debediseñarse sobre la base de módulos de pozos individuales.

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diseño y dimensionamiento de un pozo de bombeo 215

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Dado que el flujo de entrada de cada módulo debe presentar la mayoruniformidad posible, el diseño de la cámara de entrada que alimenta losmódulos individuales es de suma importancia, y debe seguir las pautasrecomendadas.

Las tomas de tipo tubo de aspiración son las que resultan menos sensibles a lafalta de uniformidad en el flujo de aproximación, que siempre se produce en lospozos de bombas múltiples. Esta falta de uniformidad puede deberse a un flujodivergente o rotativo en la cámara anterior, o la operación de una sola bombacon carga parcial. Por lo tanto la configuración tipo C casi siempre es la elecciónpreferida. Dado que la configuración A es la más sensible a la aproximación nouniforme, ésta precisa una cámara de entrada más prolongada y paredesdivisorias de mayor extensión entre los pozos individuales que las configuracionesB o C. Si se utiliza la configuración A para más de tres bombas, la longitud de lapared divisoria debe ser de por lo menos 2/3 del ancho total del pozo. Si seproduce retención de flujo cerca de la entrada del pozo, debido a la presenciade rejas o compuertas, la longitud del pozo debe aumentarse – a 6D o más –dependiendo del grado de retención.

Como se muestra en la gráfica de la siguiente página, dos son lasconfiguraciones típicas de bombas múltiples que comúnmente se encuentran: laentrada frontal por el centro del pozo (disposición preferida), y la entrada laterala la línea media del pozo.

Entrada frontal - La entrada debe situarse en posición simétrica respecto de lasbombas. Si el ancho de la entrada es inferior al ancho total de los pozos, lacámara debe tener una divergencia simétrica. El ángulo de divergencia no debeexceder los 40° para la configuración B o la C. Para la configuración A, el ángulototal de divergencia no debe superar los 20°. La pendiente en la base de lacámara de entrada debe ser inferior a 10°. Si no se cumplen estos criterios, sedeben utilizar paredes divisorias o deflectores para mejorar la distribución del flujo.

Entrada lateral - Si el flujo de entrada es lateral y perpendicular al eje del pozo(paralelo a la línea de bombas), una cámara tranquilizadora puede ayudar aredistribuir el flujo en la forma indicada en el dibujo. En la cámara se produce unasustancial pérdida de carga necesaria para disipar la mayor parte de la fuerzacinética del flujo de entrada. Como alternativa se pueden utilizar sistemas dedeflectores para reorientar el flujo, pero esto hace necesaria la producción demodelos a escala reducida a fin de determinar la correcta forma, posición yorientación de los deflectores. La distancia entre el pozo y la cámara o losdeflectores debe ser suficiente para permitir que se disipen los remolinos y queescape el aire retenido antes de que el agua llegue a la entrada de la bomba.

La experiencia de los diseños que ya se encuentran en uso proporciona valiososdatos para el diseño de nuevas estaciones múltiples de bombeo. La adaptaciónde diseños existentes y totalmente probados a menudo puede brindar solucionesa problemas complejos sin siquiera tener que recurrir a modelos a escalareducida. Flygt cuenta con amplia experiencia basada en muchos proyectos deéxito.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo216

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Esquema de entrada lateral y entrada simétrica respectivamente.

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diseño y dimensionamiento de un pozo de bombeo 217

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15.4 Efectos nocivos en los bombeos y elementoscorrectores

15.4.1 Entrada de aire

Por lo general, el agua limpia o residual suele llevar aire debido a diversosfactores que en algunos casos resulta difícil evitar. Por esta razón, y puesto que noes fácil evitar entradas parciales de aire, la idea es eliminar la máxima cantidadde aire posible antes de llegar a la bomba, de una forma progresiva y endeterminadas zonas del recorrido.

Por ejemplo, los vertederos con cascadas producen burbujas de aire durante elchoque con la lámina de agua inferior. La cantidad de aire depende de lacontundencia del choque, que es función de la altura de salto “e” y del caudal.El alcance “S” dependerá de la velocidad Ve.

S = ve ( 2e / g ) 0,5 de = 0,75 dc

La forma de eliminar este aireparcialmente consiste encolocar una barrera que dividael pozo en las proximidades delcanal de entrada y permita elpaso del agua solo en la partesumergida a una determinadaprofundidad. El aire quedaríafrenado en la parte de lacascada evitándose su paso ala siguiente etapa. El muro quehace de barrera se colocará auna distancia algo menor alalcance S. Se produce conesto, una disipación de la

energía al mismo tiempo que una disipación de la aireación producida.

S

e

de

dc

Dimensionado de un salto de agua

E

Ejemplo de barrera antiburbujas en un canal de pruebas de Flygt

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo218

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Los canales de reparto en sus cambios de dirección pueden verse afectados porla barrera, dependiendo de la velocidad del fluido. Por tanto habrá que tenerloen cuenta en el diseño.

15.4.2 Distribución de velocidad no uniforme

La distribución de velocidad de la masa de agua debe mantenerse lo másuniforme posible a lo largo del recorrido. Se debe evitar cualquier situación quepuede conducir a cambios de velocidad puntuales y locales, o bien tratar dereconducir el agua a una velocidad homogénea.

La pérdida de contacto de la masa de agua con las paredes circundantesproduce un efecto de flujo negativo en esas zonas.

En el caso de agua limpia, este efecto debe corregirse justo en ese precisomomento para mantener la distribución de velocidades homogénea, si bien notiene ninguna otra consecuencia.

α

α

Max

α

Min

α

Ejemplos de canales de entrada a pozo con distintos tipos de barreraantiburbujas y direccionadoras de flujo

Ejemplos de flujos negativos y zonas muertas

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diseño y dimensionamiento de un pozo de bombeo 219

FLYGT

En el caso de agua residual, este flujo negativo produce sedimentacionespuntuales que a la postre serán fuente de olores, infecciones, etc.

No debemos olvidar nunca que en agua residual, el agua es el medio para llevartodo aquello que queremos tratar a posteriori. Y todo lo que el agua residual llevaconsigo debe ser conducido hasta su destino.

15.4.3 Prerrotaciones

El efecto causado por las prerrotaciones del líquido en su entrada a la aspiraciónde la bomba tiene manifestaciones diversas dependiendo de la magnitud dedicha prerrotación así como de su sentido de giro.

Para explicar este fenómeno vamos a recordar algunos conceptos de mecánicade fluidos aplicados a máquinas hidráulicas.

Las bombas centrífugas se rigen por laecuación de EULER que relaciona lasituación cinética del fluido a la entraday a la salida del rodete o impulsor de lasiguiente manera:

g

UCUCuH u )( 1222 ×−×

=

Se define a continuación el triángulo de velocidades a la entrada de la bomba.En condiciones normales sin prerrotaciones de ningún tipo, el triángulo sería elsiguiente:

Como indicamos anteriormente, no solo hay que analizar la contundencia de laprerrotación o la inercia de la masa hidráulica antes de tocar el impulsor.También el sentido de giro de dicha prerrotación puede afectar de diferenteforma y los resultados son totalmente opuestos.

r2

r1

c2

c1w2

w1

u2

u1

Ui = ω i r

C1Velocidad

absolutadel fluido

U1: Velocidad periférica del rodete

W1: Velocidad relativa del fluido

90°= α1

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo220

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Establecemos dos tipos de prerrotación equivalentes a los dos sentidos de giro.Partiendo de la base de que la bomba gira en una determinada dirección,llamaremos CORROTACION a la prerrotación girando en ese mismo sentido, yCONTRARROTACION a la prerrotación que se aproxima al impulsor de la bombagirando en sentido contrario.

Entonces, el triángulo de velocidades a la entrada de la bomba quedarámodificado según sea corrotación o contrarrotación.

El incremento de altura que produce la prerrotación sobre la salida de la bombaes función de la velocidad axial del fluido, de la velocidad angular del mismo ydel ángulo de prerrotación a la entrada de la bomba. Este ángulo puede ser

positivo o negativo según se trate de corrotación o de contrarrotación. Laconsecuencia directa de la prerrotación es una altura ∆H que se adiciona o seresta según sea el caso.

Donde: Va = Velocidad del caudal a la entradaωp = Velocidad angular del impulsorr = Radio interior del paso del impulsorg = Aceleración de la gravedadθ = Angulo de prerrotación

CU1 U1

W1

α1

C1

θ < 0

W1

U1Cu1

C1W0

α1

θ > 0

Corrotación

Q < Q0 H < H0

Contrarrotación

Q > Q0 H > H0

P

r

ω p

Va

∆ HVa . ω p .r

2 . g= .tg θ

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diseño y dimensionamiento de un pozo de bombeo 221

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El efecto sobre la curva Caudal-Altura (Q-H) característica de una bomba lopodemos ver en la gráfica siguiente en la que se estudia el caso de tener unaángulo de prerrotación de +/-10º . La curva Q-H se desplaza paralelamente haciaarriba o hacia abajo según sea contrarrotación o corrotación, respectivamente.

La corrotación produce una falta notable de efectividad de la curva, haciendoparecer incluso que se trata de otra bomba. La contrarrotación asimismoproduce un alto consumo en el motor al mismo tiempo que puede producirvibraciones y formación de burbujas.

Un ángulo de prerrotación θ admisible sería entre 2º y 3º. Al final, la ∆H no debesuperar el 1% de la altura total de trabajo.

En el caso de que lo supere, conviene utilizar dispositivos antirrotación; comopequeñas placas verticales situadas debajo de la entrada de la bomba o en laboca de ésta que redireccionen el flujo hacia el impulsor.

15.4.4 Vorticidad

Otra fuente de perturbaciones para el correcto funcionamiento de las bombasson los vórtices que se producen en un pozo de bombeo.

En numerosos ensayos y pruebas llevados a cabo en los laboratorios de Flygt, sehan definido seis tipos distintos de vórtices superficiales, los cuales enumeramos acontinuación, en función de su intensidad.

- 10 º

20

21

22

23

24

25

800 850 900 950 1000

H (m

)

Q (l/s)

+ 10 º

Efecto de las prerrotaciones en la curva característica Q-H

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo222

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• Tipo 1 – Movimientosuperficial y bajo superficie. Hoyueloapenas detectable.• Tipo 2 – Hoyuelo superficialbien definido. Núcleo giratorio difuso.• Tipo 3 – Núcleo másdesarrollado, organizado y definido através de toda la columna de agua.• Tipo 4 – Aspiración deflotantes. Núcleo e aire parcial en lasuperficie• Tipo 5 – Núcleo de aireintermitente o burbujas de vapor en elnúcleo.• Tipo 6 – núcleo de aireplenamente desarrollado.

Los vórtices superficiales resultanperjudiciales cuando su núcleo es losuficientemente fuerte como paraintroducir aire e inducir fuerzasfluctuantes en el impulsor, causandovibraciones y un funcionamientoadverso. Por otro lado, existen otrostipos de vórtices no superficiales ydifícilmente detectables que hay quetener en cuenta seriamente cara aldiseño del pozo de bombeo.

El oleaje que pueda haber en el pozo, y por pequeño que sea, produce entradade aire durante el choque de la lámina de agua con la pared. El mismo efectoaunque sumergible produce el denominado vórtice de pared.

Los vórtices de suelo pueden tener su origenen el movimiento de masas sedimentadas porefecto de la succión de la bomba, aunque esdifícil conocer su verdadero origen. Adiferencia de los vórtices superficiales, lapresión en un vórtice sumergible puede caerpor debajo de la presión atmosférica y teneruna repercusión de mayor importancia sobrela bomba

El vórtice por interacción se produce por la proximidad de dos bombasfuncionando al mismo tiempo. Por esto se debe respetar las distancias deseguridad recomendadas.

Vórtice superficial

Vórtice de suelo

Vórtice por interacción

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diseño y dimensionamiento de un pozo de bombeo 223

FLYGT

Los vórtices superficiales como los sumergibles no preocupan en exceso si elnúcleo y su giro asociado se van disipando antes de alcanzar la brida de labomba.

En instalaciones entubadas de bombas de flujo axial, en las cuales se bombeancaudales considerables, los vórtices pueden aparecer de la siguiente manera:

15.4.5 Sedimentaciones y flotantes

Respecto a las sedimentaciones, la velocidad debe ser suficiente para transportarlas arenas o posibles residuos, evitando bancos de sedimentos en el pozo.

Los flotantes tales como trapos,bayetas, escombros, etc., acumuladosen la superficie forman balsas dematerial aumentando el riesgo deatascos en el impulsor en operacionesde vaciado.

Los pozos deben diseñarse para evitarvelocidades lo suficientemente bajasque generen sedimentaciones y poseerlos elementos necesarios paraminimizar la aparición de flotantes.

Vórtices superficiales

Vórtices asimétricos Vórtices sumergibles

Experimento de eliminación desedimentaciones en un pozo de pruebas Flygt

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo224

FLYGT

15.4.6 Cámara tranquilizadora

En el momento en el que el agua llega al pozo de bombeo, hay que tratar deque el agua se aproxime a las bombas sin prerrotaciones, a velocidad uniforme ycon la mínima cantidad de aire posible. De aquí nace el concepto de cámaratranquilizadora.

El agua debe ser tranquilizada después de una entrada del colector en cascada(muro de contención), se debe eliminar el aire contenido (tabique sumergido), ydebe ser distribuido hacia las bombas de forma uniforme y equitativa (ventanasinferiores).

15.4.7 Elementos correctores

En ocasiones, tal vez debido a limitaciones en el espacio, instalación de bombasnuevas en estaciones viejas, o condiciones difíciles de entrada a la bomba, no sepueden satisfacer todos los requisitos de diseño simple y correcto descritos hastael momento. En estos casos el pozo puede ser dotado de alguna de las mejorasque se muestran a continuación.

Por lo general, la turbulencia alrededor del tubo de la bomba se produce acausa de una distribución asimétrica de la velocidad en el flujo de aproximación.Es preciso hallar la forma de mejorar esta simetría. La subdivisión del flujo deentrada mediante paredes divisorias, y la introducción de paredes deorientación, deflectores o de resistencia al flujo son algunas de las opciones paralograrlo. En forma alternativa, una reducción de la velocidad de flujo, porejemplo, mediante el incremento de la profundidad de agua en el pozo, puedeayudar a minimizar los efectos negativos de la aproximación asimétrica.

Las asimetrías relativamente pequeñas en el flujo pueden corregirse mediante lainserción de placas separadoras entre el tubo de la bomba y la pared trasera del

Nmin

Nmax

E

D

F 8 to 10°

Cámara tranquilizadora en un pozo de pruebas Flygt

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diseño y dimensionamiento de un pozo de bombeo 225

FLYGT

pozo, y sobre el fondo, por debajo de la bomba. Estas placas impiden laturbulencia alrededor del tubo y evitan la formación de vórtices próximos a lasparedes. Estas medidas están incorporadas en la mayoría de nuestrasconfiguraciones estándar.

Los vórtices con entrada de aire pueden formarse tanto en la entrada de labomba como aguas arriba de la misma. Se forman en la entrada si la velocidadde entrada es demasiado alta o si la profundidad del agua es demasiado baja;y se forman aguas arriba si la velocidad es demasiado reducida. En cualquierade estos casos los vórtices pueden eliminarse mediante la introducción deturbulencia adicional en el flujo de superficie colocando, por ejemplo, unavigueta transversal o deflector en la superficie del agua. Dicha vigueta debepenetrar en el agua hasta una profundidad equivalente a un cuarto del diámetrodel tubo, y debe colocarse en un punto que se encuentra entre 1,5 y 2 diámetrosaguas arriba del tubo. Si el nivel de agua varía considerablemente, una planchaflotante resulta más eficaz.En algunos casos, una plancha flotante aguas arriba del tubo, elimina los vórticescon entrada de aire. Esta plancha puede ser una placa o una rejilla. Ambasversiones impiden la formación de vórtices de superficie. Otra alternativa consisteen el uso de una placa inclinada semejante a la ilustrada en la configuración depozo C.

Placas separadoras parapared trasera y de fondo

Torbellino de pared trasera sóloprovocado por un separador de fondo

Deflector de superficie para laeliminación de vórtices

Placa o rejilla flotantepara eliminar vórtices

Placas para bloquearla turbulencia

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo226

FLYGT

Los vórtices sumergidos pueden formarse casi en cualquier parte dentro del pozo,y a menudo resultan difíciles de detectar desde el exterior. Su existencia solopuede evidenciarse a través del funcionamiento defectuoso de la bomba o e laerosión de las palas de la hélice. Se pueden detectar con mucha más facilidaden modelos a escala reducida, y se pueden eliminar si se impide la formación depuntos de estancamiento en el flujo. El sistema de flujo, puede ser alterado, porejemplo, mediante la adición de un cono central, o un separador con forma deprisma debajo de la bomba, o mediante cantos y chaflanes entre las paredeslindantes, tal como en algunas de las configuraciones estándar sugeridas.

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depósitos de retención. Funcionamiento y control 227

Ca

pít

ulo

15

15 Depósitos de Retención.Funcionamiento yControl

15.1 Introducción

En algunos casos, la entrada de agua en un proceso,como por ejemplo una EDAR, o depuradora de aguasresiduales, ha de ser con un caudal constante y deforma lo más homogénea posible; sin embargo, lasentradas desde la red de colectores raramente son tanhomogéneas, y mucho menos en situaciones singularescomo tormentas o vertidos incontrolados puntuales. Enesos casos, es necesario dotar al sistema de una balsa odepósito de retención que hará las veces de pozo deentrada; pero con algunas singularidades que requeriránun diseño especial.

El diseño de los depósitos de retención habrá de cumplirtres objetivos:

• Tener un volumen tal que permita elalmacenamiento del caudal deseado.

• Estar dotado de los elementos suficientes queimpidan la sedimentación y almacenamiento delos sólidos en suspensión que el agua transportaevitando así olores indeseables.

• Estar dotado de los elementos o sistemas quepermitan la autolimpieza de las balsas una vezque éstas han quedado vacías.

Para cumplir el primer objetivo, se calcula el volumen dela balsa restando al caudal de entrada previsto elmáximo de salida que admite la depuradora (o el proceso posterior),y multiplicando la diferencia por el tiempo que se ha estimado desobrecaudal. Como este sobrecaudal será variable en función deltiempo, en realidad, para obtener el volumen total sería necesariointegrar dicha función, pero se puede simplificar el cálculodividiendo el sobrecaudal en tramos temporales y sumándolos acontinuación

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo228

FLYGT

En el caso más habitual, el sobrecaudal suele ser recogido por la red depluviales, o colectores, debidos a tormentas; y por tanto se determinamultiplicando el índice pluviométrico máximo de la zona por la cuenca derecogida y corrigiéndolo con el coeficiente de escorrentía; que tendrá en cuentael tiempo que esa agua tarda en llegar hasta la balsa, en función de la distanciay de la rugosidad o características del terreno y las conducciones.

Para cumplir el segundo objetivo, evitar problemas de olores y sedimentacionesindeseadas, al depósito de retención se le ha de dotar de elementos mecánicosque, por un lado remuevan el agua, dificultando la sedimentación, queintroduzcan aire, minimizando de esta manera los efectos anaeróbicos causantesde los malos olores y que permitan el lavado o limpieza de los pozos una vez quehan cumplido su misión. A continuación procederemos a la descripción de dichosequipos, así como a la enumeración de funciones que han de cumplir a travésde las pertinentes secuencias de programación.

Existen dos puntos clave a la hora de realizar un depósito de retenciónautolimpiante. El funcionamiento óptimo y correcto del depósito dependerá deestos dos puntos:

• Elección correcta de equipos, tanto en lo referente a potencia como enlo referente a configuración, para la geometría deseada.

• Sistema de control.

La elección errónea de equipos y configuración puede llevar a depósitos que nolimpien de forma correcta, y que tengan un gasto energético importante.

Depósito de retención con sistema de autolimpieza

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depósitos de retención. Funcionamiento y control 229

FLYGT

Un control mal hecho del sistema conllevara reboses más contaminantes de losdeseados, e insuficiencia de parámetros para la correcta gestión yparametrización del sistema.

15.2 Sistemas de Control

Los siguientes puntos son los que Flygt considera como necesarios dentro de unsistema de control para poder llevar a cabo de forma correcta, no solo elproceso de limpieza, sino todo el mantenimiento de los equipos y de los depósitosde retención.

1.- Acceso a todos los parámetros de funcionamiento de la instalacióndirectamente in-situ, sin necesidad de accesorios externos como pueden serordenadores portátiles. Los parámetros a controlar deben ser, entre otros:

• Registro de alarmas acaecidas en el sistema, como mínimo las últimas900, epecificándose en cada una la fecha y hora de incidencia.

• Niveles existentes en cada una de las instalaciones en cadamomento.

• Niveles de arranque y parada de cada uno de los equipos y de losdistintos protocolos que puedan necesitarse para el correctofuncionamiento del sistema.

• Niveles de alarma, especificándose al menos dos niveles de alarmapor nivel alto, y dos niveles por nivel bajo. De la misma forma, cadauno de estos niveles deberá conllevar distintas actuaciones por partedel ordenador industrial FMC que lo controle.

• Valores de ajuste de la calibración de cada uno de los sensores denivel.

• Histéresis de alarmas de nivel para evitar una repetición continua dealarmas por un mismo fenómeno.

• Consumo en amperios de cada una de las bombas, así como laposibilidad de parametrizar que valores deben dar una alarma deconsumo elevado, y que valores deben dar una alarma porconsumo bajo, así como las actuaciones que debe realizar el sistemade control ante tales casos.

• En el caso de alarma por un consumo bajo se deberá poder detenerla bomba durante un tiempo x (parametrizable in-situ) antes devolver a intentar ponerla en marcha.

• Tiempos mínimos entre arranques de equipos (protección tanto de lared como de los propios equipos).

• Posibilidad de definir un rango de arranque aleatorio para evitar laformación de incrustaciones en las paredes del sistema.

• Bloque automático entre distintos equipos.• Alarmas de prueba.• Definición de intervalos de servicio de los equipos.• Dar un nombre distinto e identificativo a cada una de las estaciones

remotas.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo230

FLYGT

2.- Disponer de sinóptico frontal que permita al operario distinguir:

• Si han ocurrido alarmas. Además deberá poder saber si una alarmaactiva ha sido visualizada por otro operario o no.

• Conocer el estado en el que se encuentra el sistema controlado.• Conocer el estado en el que se encuentra la unidad de control, si

está pendiente de la transmisión de alarmas y como se encuentra anivel de conexión con los modems.

3.- El sistema debe estar preparado para poder sustituir de forma rápida cualquierequipo averiado y poner en marcha el sustituto de forma automática. Estoincluye tanto a las unidades remotas como al puesto central de información.Para ello el sistema deberá almacenar todos los datos de funcionamientodirectamente en las estaciones remotas, así como en el puesto central, siendoposible descargar los datos de forma bidireccional según considere oportuno elexplotador.

4.- Las unidades remotas deberán disponer de memoria interna dividida en lassiguientes tres secciones. El propósito de dicha memoria será el de asegurar quelos datos históricos y los parámetros de funcionamiento no se pierdan en el casode un fallo del puesto central (debe ser capaz de almacenar los datos comomínimo una semana):

• Parámetros de funcionamiento (descritos en el punto 1) y todos losdatos concernientes con la monitorización del sistema. La unidadremota deberá poder almacenar de forma local al menos lossiguientes datos con una resolución mínima de cada cinco minutos:

• Niveles existentes en la instalación.• Corriente consumida por cada uno de los equipos.• Valores analógicos como niveles de oxigeno.• Duraciones de reboses.• Números de rebose.• Alarmas: Las ultimas 900 alarmas como mínimo, dentro de un registro

separado, con los datos enumerados en el punto 1.• Reboses, su número, duración y si la geometría final lo permite, su

volumen calculado de forma automática sin necesidad decaudalímetros. Esta sección debe de ser realizada a prueba dearranques en frío de las unidades.

Para realizar correctamente todo esto, cada estación remota debe de contarcon al menos 7 Mega bytes de memoria interna.

5.- Enviar mensajes de alarma SMS a los operarios con las siguientesparticularidades:

• Se deben poder identificar áreas operativas por si existen distintosexplotadores para distintas áreas.

• Se deben poder implementar horarios de operarios para cada áreaoperativa con el fin de enviar el mensaje siempre a la persona queesté de guardia en el momento de la incidencia.

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depósitos de retención. Funcionamiento y control 231

FLYGT

• Especificar prioridades de alarma de tal forma que algunas no seantransmitidas por SMS sino que simplemente queden reflejadas en elpuesto central.

• Incluir en el mensaje el nombre de la estación, el nombre del equipo(si este procede), un texto explicativo de la alarma acaecida y lahora real en la cual ésta ha ocurrido.

• Obligar al operario a dar una llamada perdida al sistema con el finde que éste sepa que el operario ha recibido la alarma. Sitranscurrido un tiempo el operario no realiza esta llamada, el sistemarepetirá de nuevo el mensaje. Si después de varios intentos no harecibido la llamada perdida, entonces el sistema deberá ser capazde coger a otro operario de una lista y realizar la misma operacióncon el, y así sucesivamente hasta con diez operarios distintos.

6.- Realizar informes (en html), gráficos y permitir tener una visión en tiempo realde las unidades y del estado general del sistema.

• Debe ser sencillo comparar la información proveniente de distintasestaciones remotas en un mismo informe / gráfico.

• El sistema debe permitir filtrar las alarmas y sacar listados de díasconcretos, por código de alarma y por prioridades, así como depoder ver en cualquier momento las alarmas que estén activas.

7.- La puesta en marcha del puesto central debe de ser sencilla y no requerirningun especialista para su realización. La instalación de una estación remotadebe realizarse con responder simplemente 7 preguntas distintas, permitiendo asía un cliente poner en marcha un sistema averiado sin necesidad de ayudaexterna.

8.- Disponer de una autonomía suficiente en el suministro de energía como parapoder transmitir alarmas cuando ocurra un fallo en la alimentación, ya sea en lazona de control como en la zona de potencia, y tener ambas posibilidadescontempladas a la hora de realizar la programación.

9.- Disponer de sistemas alternativos de funcionamiento en caso de un fallo delsistema de control automático.

Por simplicidad de la instalación, todo lo concerniente a las estaciones remotas,debe poder ejecutarse directamente desde un solo ordenador actuando comopuesto central, permitiendo así la sustitución inmediata de los equipos en caso deavería.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo232

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15.3 Secuencia de procesos:

Flygt dispone de una amplia experiencia en el tema del control de depósitos deretención. Solamente en Holanda más de 1.200 intalaciones avalan laprofesionalidad de la compañía. El proceso que propone Flygt permite la limpiezade todo el sistema sin necesidad de ningun tipo de aportación de agua limpia opretratada. Se usa la propia agua que ha sido almacenada como agente delimpieza. A continuación se describe la secuencia del proceso de limpieza tal ycomo lo realiza Flygt A.B. a nivel mundial,

15.3.1 Proceso de retención

Durante el proceso de retención, ningun equipo susceptible de causar unaalteración en el proceso de sedimentación debe de ser activado. El objetivo deesta medida radica principalmente en conseguir que cualquier rebose quepueda ocurrir debido a un llenado total del sistema de retención, contenga elmenor numero de contaminantes posibles. Por lo tanto, mientras el sistemadetecte que en el colector principal existe un nivel excesivo, todos los equiposestarán bloqueados.

15.3.2 Proceso de limpieza

El objetivo final del sistema propuesto es el de no requerir ningun tipo de acciónhumana dentro del proceso de limpieza, así como conseguir una limpieza totalde los depositos (paredes y suelo) sin ningun tipo de elemento mecánico móvil, ysin ningun tipo de aportación de agua limpia o pretratada. A la misma vez, setrata de alimentar a la EDAR con agua lo más mezclada posible en terminos decontaminantes en suspensión, evitando así picos de agua extremadamentecontaminada, picos que son muyperjudiciales para el proceso biológicode la depuradora. Para ello, el procesode limpieza ha de llevarse a cabo con lautilización de unos equipos de propulsiónde agua cuya finalidad es crearcorrientes que produzcan un efecto debarrido dentro de los depositos. Los másadecuados se describen a continuación:

FLO JET DE LIMPIEZA AIRE / AGUA:

Se distingue del Flo-Jet de oxigenaciónen la forma de la tobera y la relación demezcla agua aire conseguida. Estáespecificamente desarollado para estetipo de procesos. Flo Jet aire/agua

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depósitos de retención. Funcionamiento y control 233

FLYGT

El modo de funcionamiento consiste en crear un chorro de agua turbulento quelogra incrementar la distancia de proyección del agua en un ratio de 1/2comparado con lo que sería un proceso de impulsión normal y corriente,cnsiguiendo así una reducción drástica del tamaño de la bomba requerida asícomo del consumo energético.

FLO JET DE LIMPIEZA AGUA /AGUA:

Se diferencia del flo-jet aire/agua en que no succionaagua sino que causa laturbulencia requerida en elproceso de limpieza a traves demezclar el agua a velocidadesdistintas de una forma muyparecida a como se realizanestos procesos en los aviones dereacción.

La utilización de un equipo uotro esta sujeto a lasdimensiones de los depósitos alimpiar. La elección incorrectade este tipo de equipoprovocaría la aparición decorrientes de agua queimpidiesen la limpieza deldeposito. Flygt ha desarollado métodos basados en su propia experiencia parael cálculo de que equipos son necesarios, y cuales deben de ser sus puntos deinstalación.

El proceso de limpieza de un depósito de retención se divide a su vez en tres fasesindependientes, según se describe en las siguientes páginas.

PROCESO DE LIMPIEZA: FASE I MOVIMIENTO GENERAL DE LA MASADE AGUA

Una vez que el sistema detecta que ya no existe peligro de rebose en el colectorprincipal, pone en marcha los flo jets. En este momento, los equipos no funcionande forma continua, sino que se realizan pulsos de quince minutos de duracióncon quince minutos de pausa. El objetivo principal de este proceso es el deponer en movimiento toda la masa de agua, y remezclar los sedimentos quepuedan existir en el fondo.Con ello se persiguen dos objetivos principales:

Flo Jet de limpieza agua/agua

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo234

FLYGT

• Remover todo lo sedimentado con el fin de que en el momento en elque se comienze con el achique, el agua que vaya a la depuradora sealo más homogenea posible, evitando así picos importantes decontaminación que afectarían de forma sensible la zona del biológico dela depuradora.

• La limpieza de las paredes. Al poner en movimiento la masa de agua, seimpide la adhesión de residuos a las paredes del depósito.

En el caso del uso flo-jets con mezcla aire / agua se consigue además unaoxigenación de la masa de agualo suficientemente importantecomo para evitar el comienzo delproceso anaerobico, y por lotanto los malos olores que sederivan de tal proceso.

Este proceso dura hasta que sealcanza la cota de comienzo dela fase II que se describe acontinuación y que pone enmarcha de forma constante losequipos de limpieza.

Asimismo, durante esta primerafase, si el sistema dispone de unosflo jets de oxigenación, estos sepondran en marcha en funciónde los niveles de oxigenoobtenidos a traves de medidoresde oxigeno. Sin embargo estosflo-jets no podran sustituir a los flo-jets de limpieza en lo referente almovimiento de la masa de aguapuesto que no tienen un empujeequiparable.

Esquema de funcionamiento de un Flo Jet agua/agua

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depósitos de retención. Funcionamiento y control 235

FLYGT

15.3.3 Proceso de limpieza: FASE II Empuje de solidos en elsuelo

Una vez alcanzada por el sistema de achique una cota específica (determinadapor Flygt), el sistema pondra en marcha las unidades de forma permanentecreando las corrientes descritas en los siguientes diagramas.

El objetivo principal de estas mismas es el de conseguír arrastrar hacia la zona dedesaguë, situada donde esta el flo-jet el mayor número posible de solidos gruesosque puedan haber quedado en el suelo. En esta sección del proceso, lo que selogra es la limpieza del final del deposito deretención, así como de sus esquinas. Elproceso de achique continua, pero estáregulado de tal forma que se puedadetener en un momento dado si no seestuviese obteniendo una limpieza eficazde estas zonas. Observamos quecomparado con la siguiente sección, elalcanze del chorro de limpieza es muchomayor. Esto se debe a que como todavíahay agua en el deposito, las corrientescreadas por el flo-jet “deslizan” sobre lacota existente permitiendolas llegar hasta elfinal del depósito. En la siguiente fase,donde el nivel de agua en el depósito esbastante inferior, la proyección de agua es menor, pero esto se debe al procesofísico descrito, y no a ningun tipo de variación del motor de la bomba, ni a ninguntipo de variador de frecuencia.

15.3.4 Proceso de limpieza: FASE III proceso de barrido de lossolidos.

Aquí la cota de agua es sensiblemente inferior ala cota de agua en la FASE II. En esta fase seproduce un efecto de barrido, donde el aguaimpulsada hacia delante y que está retornandoempuja el chorro de agua saliente del flo-jet deun lado al otro tal y como se puede ver en elsiguiente diagrama:

El efecto sería parecido al de un operario conuna manguera moviendo el chorro de lado alado, pero sin la necesidad de ningun tipo deelemento móvil para realizarlo. Esta fase finalasegura la limpieza final correcta de todo eldeposito de retención.

Movimiento finaldel agua impulsada

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo236

FLYGT

15.3.5 Proceso de limpieza de los conductos que llevan el aguahasta el pozo de bombeo, o en tuberías utilizadas comosecciones de retención

Para los casos donde nos encontremos ante situaciones de tuberías, o colectoresque participan en el proceso de retención, pero que no sean parte de losmismos, existe el riesgo de tener un movimiento insuficiente de agua paralevantar los sedimentos del fondo. Muchas veces, estas secciones no sonaccesibles ni siquiera para el propio personal de mantenimiento. El problema conestas zonas es que no está asegurado que con la pendiente de 1.5 % todos losresiduos pesados, que suelen ser los ultimos en ser arrastrados, seanefectivamente arrastrados hasta el pozo de bombeo o la salida del sistema. Paraello Flygt propone una solución simple, y a la misma vez eficaz. Los procesos delimpieza son iguales a los anteriores con las mismas ventajas, pero el sistema varíaligeramente .

En los canales de retención se suele acumular sedimentación ya que no suelehaber suficiente velocidad para poner en suspensión los sólidos. La soluciónradica en coger agua desde el punto más bajo y bombearla al punto más alto.Esto incrementa la velocidad en el canal produciendo así la turbulencianecesaria para resuspender los sólidos que luego pueden ser bombeados fuerapara un tratamiento posterior, evitando su sedimentación en las zonas cerradas.No debe olvidarse que en este proceso el agua usada para llevar a cabo lalimpieza es agua del pozo de bombeo final que esta ya bien mezclada y es

Ejemplo de sección de conducción empleada como depósito de retención. Sistema de limpiezarecomendado por Flygt

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depósitos de retención. Funcionamiento y control 237

FLYGT

homogénea en cuanto a contaminantes. Se recomienda el uso de bombas conimpulsor de tipo N para este tipo de proceso al quedar así asegurado sufuncionamiento bajo cualquier circunstancia.

15.4 Conclusiones Finales

El proceso de limpieza automatizado descrito en los párrafos anteriorescontrolado mediante unidades de control FMC permite parametrizar el sistemapara obtener unos resultados extraordinarios al tratarse de un proceso continuoque se ejecuta desde el momento en el que finaliza el rebose hasta el momentoen que finaliza el achique. De la misma manera, este proceso conlleva grandesahorros en cuanto a que el agua utilizada en el mismo es el propio aguarebosada, y no agua limpia aportada al sistema que luego debe de ser tratadade nuevo al ser mezclada con agentes contaminantes.

En lo referente a los procesos del área de la sección biológica de la depuradora,la homogenización del agua aportada implica beneficios indudables en loreferente a los procesos biológicos, permitiendo mantener en esta sección unambiente constante en cuanto a los parámetros de oxigenación ycontaminantes se refiere.

El uso de los flo-jet aire / agua conlleva además la indudable ventaja de realizaruna oxigenación limitada a la misma vez que se realizan las distintas fases delimpieza. Esto significa:

• Ahorros importantes energéticos y en tamaño de posibles sistemas deaireación auxiliares si estos pertenecen al proyecto de ingeniería.

• Eliminación de la mayor parte de los olores al retrasar de forma considerableel comienzo del proceso anaeróbico en el agua acumulada dentro deldepósito, culpable de la aparición de la mayor parte de los oloresdesagradables.

El sistema que hemos visto es un sistema de ingeniería completo. Hay dos partesesenciales que van a garantizar totalmente el funcionamiento de la instalaciónen su conjunto:

• Las bombas Flygt y sus eyectores junto con el know-how de suposicionamiento, potencia y distribución para la correcta creación de flujosde limpieza.

• El sistema electrónico de control con el know how especifico para este tipode aplicaciones.

Obviamente ambos sistemas, debido a la importancia que tiene su correctofuncionamiento, tienen que ser Flygt y estar totalmente integrados para que lainstalación en su conjunto pueda ser considerada como una instalación Flygt conla garantía que ello supone.

Page 239: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo238

FLYGT

Teniendo en cuenta el alto coste de estos proyectos (terrenos, obra civil,colectores, tuberías…) el porcentaje de la inversión total que representan los dosequipos mencionados anteriormente es mínimo, y sin embargo son los que van agarantizar el correcto funcionamiento de toda la instalación y a justificar lainversión realizada. La elección errónea de eyectores y / o equipos así como suposicionamiento, o un telecontrol incorrecto llevarán a un fracaso seguro de lainstalación.

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fenómenos a tener en cuenta en el diseño de un sistema de bombeo 239

Ca

pít

ulo

16

16 Fenómenos a tener en cuentaen el diseño de sistemas debombeo

16.1 Golpe de ariete

Instintivamente explicamos el fenómeno del golpe de arietecomo el “choque” de la columna de agua contra las paredesde una conducción, cuando ésta se detiene repentinamente.Esta detención puede tener lugar por distintos motivos:

• Al cerrar o abrir una válvula.• Al arrancar o parar una máquina hidráulica, bien

voluntariamente o bien como consecuencia de unfallo en la misma.

16.2 Descripción del fenómeno

Poniendo el ejemplo del cierre repentino de una válvula, y envirtud del principio de conservación de la energía, al disminuirla energía cinética, ésta se va transformando en un trabajo decompresión del fluido que llena la tubería, y en el trabajonecesario para dilatar esta última. El resultado es que seproduce una sobrepresión, a la que llamaremos golpe deariete positivo.

Si por el contrario, se abre una válvula rápidamente, se puedeproducir una depresión, a lo que llamaremos golpe de arietenegativo.

El golpe de ariete es un fenómeno transitorio y por tanto derégimen variable, como consecuencia de que en la realidad latubería no es rígida ni el líquido es incompresible del todo.

Para explicar este fenómeno, usaremos un sistema muy sencillocompuesto por la descarga de un embalse a través de unaconducción dotada de una voluta en su extremo final.

Suponiendo un cierre instantáneo de la válvula final, en ésta seorigina una onda de presión que se propaga con unadeterminada velocidad, la cual en el instante considerado tienedirección contraria a la del fluido. Se ha producido en realidaduna onda elástica (de presión) que se propaga por la tubería, se

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240bombas sumergibles y estaciones de bombeo

refleja en el embalse aguas arriba y vuelve a la válvula, y de nuevo alembalse. Este proceso se repite sucesivamente, originandosobrepresiones y depresiones en la tubería, la cual se dilata y contrae alpaso de la onda.

16.2.1 Definición de los parámetros que intervienen

El primer estudio establecido por Michaud nos proporcionaba el cálculo de lasobrepresión máxima a través de la fórmula:

gTLVH 2

Donde:∆H = Golpe de arieteL = Longitud de la impulsiónV = Velocidad del aguag = Aceleración de la gravedadT = Tiempo de parada

Posteriormente, Joukowski introdujo por primera vez los cálculos de lasobrepresión máxima que se produce en un cierre total y en un cierre parcial deuna válvula, a partir de la inercia que se genera cuando el fluido decelera:

tVmFi ∆

∆−= z2 v2 v1 ≈ 0 P1 = Patmosférica

Donde: ∆t no es el tiempo de parada, sino el tiempo finito que transcurre paraque una cierta masa lAm ρ= de fluido que ocupa una longitud detubería finita, reduzca su velocidad un cierto valor ∆v.

vd δ

L

c

Tubería dilatada

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fenómenos a tener en cuenta en el diseño de un sistema de bombeo 241

FLYGT

En un cierre total vv −=∆

En un cierre parcial vvv −=∆ '

Según esto, la fórmula de Joukowski para el cálculo de la sobrepresión máximaquedaría como sigue:

cvH ρ=∆ Para cierre instantáneo en tubería elástica

( )'vvcH −=∆ ρ Para cierre parcial en tubería elástica

La celeridad de la onda de presión en una tubería elástica es, según Joukowski:

EeDE

E

c0

0

1+=

ρ

Donde: c = Celeridad de la onda elástica del fluido, en m/s E0 = Módulo de elasticidad de volumen del fluido, en N/m2

ρ = Densidad del fluido, en Kg/m3

D = Diámetro de la tubería, en mE = Módulo de elasticidad del material de la tuberíae = Espesor de la tubería, en m

El numerador de la expresión es la celeridad de la onda elástica en el fluido. En elcaso del agua sería:

==ρ

00

Ec 1.425 m/s

La velocidad o celeridad de propagación de la onda depende de la elasticidadde las paredes de la tubería y de la compresibilidad del líquido. Suele tener unosvalores constantes en tuberías con agua:

Tuberías de acero: 1.100 m/s Tuberías de PVC: 170 m/s Tuberías de HDPE: 290 m/s Tuberías de LDPE: 130 m/s

Tomando como valor medio del módulo de elasticidad de Young para tubería deacero el valor 2,5 x 1011 N/m2, la expresión de la celeridad quedaría resumida en:

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo242

FLYGT

+

=

eD

c5,050

000.10

Pero el cierre de una válvula no es instantáneo. Para analizar el cierre lento,vamos a suponer que la tubería es rígida y el cierre uniforme. La fuerza de inerciaserá:

dtdvAL

dtdvmFi ρ−=−=

Si el movimiento es uniforme y la sobrepresión máxima, quedaría:

ctLvH ρ

=∆ Para cierre lento y uniforme en tubería rígida

Introduciendo un coeficiente K entre 1 y 2 (normalmente inferior a 1,5) paraincorporar el efecto de la elasticidad de la tubería, tendremos la fórmula:

ctLvKH ρ

=∆ Para cierre lento y tubería elástica

De esta última ecuación, se deduce que el golpe de ariete es tanto mayor:

• cuanto mayor sea la longitud de la tubería• cuanto mayor sea la velocidad del líquido en la tubería• cuanto más rápido sea el cierre de una válvula

Más tarde, Allievi completó los trabajos de Joukowski, y dedujo que paraoperaciones bruscas, la sobrepresión debía ser calculada por la fórmula:

gaVH =∆

Donde: a = Celeridad o velocidad de la onda por la conducción.V = Cambio de velocidad en el caudal

Estimando que la parada es brusca si el tiempo de parada T es menor de:

aLT 2

<

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fenómenos a tener en cuenta en el diseño de un sistema de bombeo 243

FLYGT

Cuando el tiempo de parada fuese mayor, habría que utilizar la fórmula deMichaud.

Las dos expresiones de cálculo de la sobrepresión máxima se igualan cuando el

tiempo de parada es: aLT 2

=

Es importante destacar que la fórmula de Michaud no considera ni lacompresibilidad del agua, ni que la velocidad del agua no es lineal a lo largo deltiempo T.

Por esta razón, llamaremos Longitud crítica Lc a la longitud de tubería desde elfinal de la impulsión donde coinciden ambas fórmulas (punto crítico)

Siguiendo con la teoría de Allievi, la celeridad se calcula por la fórmula:

+

=

ξω 1

1

EeD

g

a

Donde: ω = Peso específico del agua = 1000 Kg/m3

ξ = Módulo de elasticidad del agua = 2,07 x 108 Kg/m2

E = Módulo de elasticidad del material de la tuberíae = Espesor de la tubería

Y sustituyendo en la expresión anterior los valores de ω y ξ obtenemos unaexpresión más sencilla:

eDK

a+

=3,48

900.9 en la que

EK

1010=

Donde:D = Diámetro de la tubería

En impulsiones, el cierre de una válvula de retención de bola o de clapeta, sigueun proceso que depende mucho de cada sistema, por lo que es difícil hablar deuna variación del tiempo de parada con respecto a algo. Para poder definirmejor cuando usar cada expresión de cálculo, vamos a convertir la expresión deltiempo de parada despejando en su lugar la longitud de la tubería:

2aTL =

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo244

FLYGT

Cuando2aTL < , la impulsión se considera corta, y para el cálculo de la

sobrepresión se utilizará la fórmula de Michaud.

Cuando 2aTL > , la impulsión se considera larga, y el cálculo de la sobrepresión

se realizará por la fórmula de Alleivi, desde el punto crítico al origen, y por lafórmula de Michaud el resto longitud de tubería.

En cuanto al cálculo del tiempo de parada, se puede usar, con bastanteaproximación, la fórmula deducida por Mendiluce:

mgHKLVC

JHg

KLVCT +≈

+

+=

2

Donde: Hm = Altura manométrica

Esta fórmula es experimental y los valores de los coeficientes dependen deensayos.

El coeficiente K representa el efecto de la inercia de la bomba, y sus valoresdependen de la longitud de la impulsión. Éstos están definidos en la siguientetabla:

Para L < 500 m K = 2Para L ≈ 500 m K = 1,75Para 500 < L < 1.500 m K = 1,5Para L ≈ 1.500 m K = 1,25Para L < 1.500 m K = 1

El coeficiente C es función de la pendiente hidráulica LHm , y tendrá los

siguientes valores:

• Para pendientes crecientes de hasta el 20%, C = 1• Para pendientes crecientes entre el 20% y el 40 %, C=1÷0• Para pendientes superiores al 50 %, es conveniente utilizar solo la

fórmula de Allievi, por la rapidez de la parada.

Después de esta exposición de los parámetros que intervienen en el fenómeno yde su cálculo, vamos a analizar el tema desde un punto de vista práctico.

En una estación de bombeo, la situación más peligrosa que se puede dar es elcierre de una válvula de retención después de haber parado la bomba,especialmente cuando ha ocurrido un fallo de tensión eléctrica.

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fenómenos a tener en cuenta en el diseño de un sistema de bombeo 245

FLYGT

16.2.2 Sobrepresiones y depresiones

Vamos a definir la línea de presión manométrica en una impulsión:

Donde:H=P/ρg + ZP= Presión estáticaZ= Nivel sobre una línea arbitraria

En una situación en equilibrio, la bomba arranca y va incrementando la presiónen la impulsión.

En el caso de tener una subpresión, P/ρg es negativo,

Cuando se para la bomba y la válvula cierra, se producen unos transitorios depresión, lo que significa que la línea manométrica varía con el tiempo,dependiendo de la situación a lo largo de la tubería.

Z

HP/ρg

Linea manométrica

Perfil de la tubería

ZH

P/ρg

Linea manométrica

Perfil de la tubería

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo246

FLYGT

Las sobrepresiones Hmax y depresiones Hmin determinan los diferentes estados dela línea manométrica a lo largo de la tubería, durante el fenómeno oscilatorio.

La sobrepresión puede ser aproximadamente el doble de la presión estáticaP/ρg.

Las subpresiones son realmente mucho más peligrosas que las sobrepresiones, yson especialmente peligrosas en tuberías plásticas que suelen ser más sensibles ala fatiga. Si la presión en algún punto de la tubería baja por debajo de la presiónde vaporización, se forman burbujas entre la columna de líquido y la tubería. Siestas burbujas colapsan contra la pared interior, se puede llegar a dañarseriamente la tubería.

Los factores de riesgo que intervienen son:

• Perfil de la tubería. La magnitud de la depresión depende del perfil de laconducción.

• Longitud de la tubería. Una tubería más corta aumentará la línea de bajapresión

• Momento de inercia. Un mayor momento de inercia disminuirá la caídade la línea de presión

• Velocidad de propagación de la onda. Velocidades de propagaciónaltas aumentan las altas presiones.

Hmin

Hequilibrio

Hmax

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fenómenos a tener en cuenta en el diseño de un sistema de bombeo 247

FLYGT

16.2.3 Protección contra el golpe de ariete

Los métodos de protección del sistema frente al golpe de ariete más usados sonlos siguientes:

• Volantes de inercia en los motores (obsoleto).• Arrancadores estáticos y variadores de frecuencia.• Chimeneas de equilibrio.• Calderín antiariete.• Válvulas de cierre lento.• Válvulas de admisión/expulsión de aire (sí puede ser también de escape

de burbujas).• Válvulas de seguridad o de descarga.• Válvulas de retención intermedias.

Los volantes de inercia acoplados a los motores constituían una solucióntradicional y efectiva al problema, prolongando la parada de la bomba,aumentando su momento de inercia. En la actualidad, los volantes de inerciahan sido sustituidos por el control electrónico de los motores, bien sea conarrancadores suaves o bien con variadores de frecuencia. El efecto de ambos essimilar, tratando de parar la bomba de una forma suave y progresiva.

Las chimeneas de equilibrio, chimeneas abiertas al exterior de una altura superiora la existente en la conducción en ese punto, son un buen sistema paraamortiguar el golpe de ariete, aunque constructivamente resulte muchas vecesinviable por su elevado coste. Su función es, al estar abiertas, permitir laexpansión del agua, evitando de esta manera las sobrepresiones que podríanllegar a tener lugar.

El calderín antiariete es undepósito que alberga unareserva de líquidoconectada a la tuberíade impulsión. Suele teneruna vejiga llenanormalmente de aire quese comprime durante elfuncionamiento de labomba. Dicho reducto deaire comprimido, actúacomo amortiguador encaso de golpe de ariete,minimizando de estamanera las sobrepresionesoriginadas.

Cuando la bomba para y la válvula cierra, se inyecta agua al sistema durante labaja presión, y se comprime el aire durante la alta presión. Para evitar unasubpresión en la tubería, el calderín debe reaccionar muy rápidamente a través

Grupo de cuatro calderines antiariete

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo248

FLYGT

de una conexión corta y con las menores pérdidas de carga posibles.

En algunas instalaciones se han instalado válvulas de compuerta o de retenciónde cierre lento para disminuir el efecto del golpe de ariete. Estas válvulas puedenser de accionamiento manual como una válvula de retención con contrapeso yamortiguador, o bien automáticas como las válvulas de tajadera con actuadoreléctrico o neumático.

En las automáticas, se puede ir reduciendo el caudal antes de que pare labomba. En las que llevan actuador eléctrico, hay que tener en cuenta quecualquier fallo de tensión en la instalación puede convertir la parada en unproceso brusco.

Las ventosas o válvulas de admisión/expulsión de aire son el elemento máseconómico, fácil de instalar, y efectivo frente a bajas presiones que se puedemontar. Unicamente, hay que recordar que requieren un mantenimiento ylimpieza periódico.

Se suelen montar en distintas posiciones a lo largo de la tubería donde la bajapresión es más acusada. Normalmente, la experiencia nos va indicandoaproximadamente el lugar de instalación, a la vista de los resultados de otrasinstalaciones, si bien, como mínimo, han de colocarse en los lugares donde seprevean las mayores subpresiones.

Cuando se produce la bajapresión, se facilita la entradade aire para evitar lavaporización. Durante laimpulsión, el aire tiene que salira través de la misma válvula o,en su defecto, a través de unaválvula de escape de aire.

Existen en el mercado unasválvulas llamadastrifuncionales que, además delas dos funcionesadmisión/escape, llevan unaderivación con un elementodesaireador (por flotador)para eliminación de laburbuja.

En teoría, las válvulas de seguridad o de descarga deben ir montadas en lospuntos donde la sobrepresión es muy acusada. Pero, en la práctica, realmente,las válvulas de seguridad suelen ir instaladas delante de la válvula de retenciónaguas arriba, principalmente en alguna zona de la estación de bombeo donde

Ventosas o válvulas de admisión

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fenómenos a tener en cuenta en el diseño de un sistema de bombeo 249

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se pueda habilitar un retornoal pozo de bombeo, con elfin que la descarga no seproduzca en cualquier lugar.

Estas válvulas sólo realizanuna amortiguación de lasobrepresión mediante unmuelle, y se suelen usar paraimpulsiones con caudalespequeños y sobrepresionesmodestas. Normalmenteestas válvulas son PN10 por loque es difícil poderlas ajustara más de 8 o 9 bares.

Por último, se pueden disminuir los efectos del golpe de ariete partiendo lacolumna de líquido en varios tramos, ya que como se ha dicho con anterioridad,la sobrepresión es menor si la longitud de la tubería disminuye. Esta partición serealiza mediante válvulas de retención.

Las válvulas de retención pueden ser montadas a lo largo de la tubería,añadiéndose una ventosa delante de cada una.

Sección de una válvula de seguridad

Válvula de bola Válvula de clapeta simple Válvula de doble clapeta

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo250

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16.3 Cavitación

16.3.1 Descripción del fenómeno

Es un fenómeno que se produce cuando la presión en algún punto o zona de lacorriente de un líquido desciende por debajo de la presión vapor del mismo. Lacavitación puede producirse tanto en estructuras estáticas como tuberías,venturis, máquinas hidráulicas o bombas y turbinas.

Para analizar el fenómeno de cavitación vamos a partir de una bombacentrífuga que aspira de un depósito abierto a la atmósfera. Entre la lámina deagua (punto 1) y la tubería horizontal a la entrada de la aspiración de la bomba(punto2), hay una cota z2.

Si aplicamos la ecuación de Bernoulli entre estos dos puntos tendremos:

2

222

21

211

22z

gv

gPH

gv

gP

r ++=−+ − ρρ

Calderín Antiariete

Ventosa

Válvula de retención

Esquema de montaje de elementos antiariete

Plano de referencia

1

2

z2

v2

v1 ≈ 0 P1 = Patmosférica

Vacuómetro Manómetro

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fenómenos a tener en cuenta en el diseño de un sistema de bombeo 251

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Donde:P1 y P2 = Presiones absolutas en los puntos 1 y 2Hr1-2 = Pérdida de carga entre los puntos 1 y 2

Como el depósito está abierto a la atmósfera, la P1 = Presión atmosférica

Entonces:

212

21

222

2 −−−−

−= ratmos Hz

gvv

gP

gP

ρρ

La P2, teóricamente, se podría bajar hasta el cero absoluto; pero, en la práctica,existe un límite inferior previo; que es la presión de vapor del fluido.

Dicha presión del vapor depende de la temperatura. Así, por ejemplo, el aguaentra en ebullición a 100ºC cuando la presión es 1,0133 bares. Pero el aguatambién puede hervir a 25ºC, basta que la presión absoluta baje hasta el valor0,03166 bares.

De la última ecuación se deduce que la presión P2 será tanto menor y, enconsecuencia, el peligro de cavitación tanto mayor, en los siguientes casos:

• Cuanto menor sea la presión atmosférica.• Cuanto mayor sea la altura de velocidad creada en la zona

de depresión.• Cuanto mayor sea z2.

• Cuanto más se eleve la bomba con relación al nivel inferior.• Cuanto mayores sean las pérdidas Hr1-2 de carga en la

aspiración.

Según se ha dicho anteriormente, cuando la corriente de líquido en un punto deuna estructura estática o de una máquina alcanza un valor inferior a la presiónde saturación del vapor, el líquido se evapora y se originan en el interior dellíquido “cavidades” de vapor (de ahí el nombre de cavitación).

∆H

P ≤ Ps

Ejemplo de cavitación forzada por descenso de presión

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo252

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Estas cavidades o burbujas de vapor arrastradas por la corriente llegan a zonasdonde reina una presión muy elevada, y allí se produce una condensaciónviolenta del vapor.

Esta condensación del vapor a su vez produce una elevación local de la presiónque puede sobrepasar los 1.000 bares. En el interior del fluido existen zonas en lasque reina un gradiente fuerte de presiones que aceleran las burbujas y producenun impacto en el contorno. Se dice que las burbujas sufren una “implosión”. Esteefecto es bastante más devastador que una explosión, dañandoconsiderablemente los materiales sobre los que tiene lugar. El aspecto delmaterial afectado por la cavitación es el de un material fuertemente erosionadoen unos puntos concretos, formando profundas depresiones o agujeros.

16.3.2 La cavitación en las bombas. Concepto de NPSH

La cavitación en las bombas produce dos problemas fundamentales:

• Disminución del rendimiento• Erosión y destrucción de materiales

Por otro lado, la aparición de la cavitación en bombas está relacionada con:

• El tipo de bomba (mejor cuanto más baja sea la velocidad específica).• Instalación de la bomba (la cota del eje de la bomba sobre el nivel de

líquido en el depósito, debe ser elegida para evitar la cavitación).• Condiciones de servicio de la bomba (el caudal de la bomba nunca

debe exceder el máximo permisible para que no se produzcacavitación).

La altura total a la entrada de una bomba referida a una cota determinada zE

será:

gc

gPH EE

E 2

2

+=ρ

En el interior de la bomba hasta que el líquido llegue al rodete donde se lecomunica un incremento de altura, HE disminuirá a causa de las pérdidas. Siademás, la corriente se acelera localmente y/o aumenta la altura geodésica, lapresión PE disminuirá. Como esta presión debe mantenerse igual o mayor que lapresión de saturación del líquido a la temperatura de bombeo para evitar lacavitación, la altura total en la aspiración disponible HEd será:

gc

gPPH EsE

Ed 2

2

+−

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fenómenos a tener en cuenta en el diseño de un sistema de bombeo 253

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Por otra parte, aplicando la ecuación de Bernoulli entre el eje de la bomba E y lalámina de agua en el depósito A, y despreciando la energía cinética en eldepósito, se tiene:

gc

gPHH

gP EE

ErAsA

2

2

+=−− − ρρ

Con lo que la altura de aspiración disponible será:

ErAssA

Ed HHgPPH −−−

−=

ρ

La altura de aspiración disponible HEd se denomina en los países anglosajonesNPSHdisponible (Net Positive Suction Head), expresión que se ha generalizado entodo el mundo.

Para evitar la cavitación: HEd ≥ ∆h

Donde ∆h es un parámetro que significa la caída de altura de presión en elinterior de la bomba, y depende del tipo de bomba y de su construcción. Lacavitación empezará en el momento en que HE alcance el valor mínimo:

HEd = ∆h

que es la altura de aspiración necesaria y se denomina NPSHrequerido

En términos actuales, para que la bomba no cavite:

NPSHdisponible ≥ NPSHrequerido

El NPSHdisponible se calcula a niveles prácticos como:

NPSHdisponible = Hatmosférica + Hpozo – Hpérdidas – Hsaturación

Donde: Hatmosférica = Presión atmosféricaHpozo = Distancia desde la lámina de agua hasta el eje del

impulsorHpérdidas= Pérdidas de carga en la tubería de aspiraciónHsaturación = Presión de vaporización (saturación del vapor) del

líquido

16.3.3 Otras causas de la cavitación en bombas

En la realidad, con esta regla no podemos asegurar que la bomba no vaya asufrir cavitación, porque existen otras zonas peligrosas de trabajo,independientemente del NPSH disponible.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo254

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Estos casos de tipo especial pueden resumirse en dos:

• Cavitación por burbujas creadas a partir de distorsiones en el flujo deaspiración.

• Cavitación producida por recirculaciones en la salida del impulsor. El flujoa la entrada de la bomba debe ser lo más recto, uniforme posible.Cualquier distorsión próxima a la ubicación del impulsor en el canal deaspiración, puede producir depresiones que fomenten el fenómeno de lacavitación.

Las conducciones de aspiración deben ser lo más rectas posible. Si se ha decolocar un codo a la entrada, éste deberá ser de un radio uniforme. Las válvulasde tajadera que se suelen poner para independizar la bomba del pozo enintervenciones de mantenimiento, debe ser montada a más de un metro de labrida de aspiración de la bomba, y, desde luego, se debe evitar embridarla a labomba.

El caso de las imágenes que se muestran resume este tipo de cavitación. En elrebaje del asiento de la tajadera de la válvula, se produce un flujo negativo delcaudal, por el cual se forman burbujas de vapor que implosionan al chocarcontra el impulsor, debido a la escasa distancia entre la válvula y la bomba. Elefecto resulta devastador. Para suavizar el efecto de la cavitación, se deberíamodificar el asiento de la tajadera de la forma descrita en la ilustración sobreestas líneas.

Tajadera

Suavizareste picoEliminar esta parte

Impulsor con erosión por cavitación producida por la proximidad de la válvulade tajadera

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fenómenos a tener en cuenta en el diseño de un sistema de bombeo 255

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También, si trabajamos con unabomba centrífuga en la zona de lacurva característica Q-H donde laaltura es máxima, se producen unaserie de recirculaciones en la salidadel impulsor que favorecen zonaslocales de bajas presiones se puedellegar a producir tal gradiente que sefavorezca la cavitación, como puedeobservarse en la fotografía.

Conviene tener en cuenta que,trabajando con un variador defrecuencia, se debe comprobar queno se alcanza esta zona deperturbaciones cuando se reduce lavelocidad.

Una forma de conocer cuando la cavitación está teniendo lugar, sin necesidadde comprobar posibles erosiones en las piezas internas de la bomba, esdetectando las caídas de rendimiento que el fenómeno de la cavitaciónproduce.

Se considera que la bomba empieza a cavitar cuando el rendimiento disminuyemás de un 3% con respecto al rendimiento esperado

Es conveniente tener presente siempre la corrosión como un fenómeno muynocivo para el material, sobre todoen el caso de fundición de hierro. Lacavitación puede ser a veces eldetonante, empezando así unapequeña erosión que más tarde ycon ayuda de la corrosión puedellegar a formar agujeros enormes enlos álabes del impulsor, causandodesequilibrios dinámicos que semanifiestan en forma de vibracionesy producen en la bomba filtraciones,calentamientos, e incluso roturas dealgunos elementos como ejes.

16.4 Pérdidas de carga

Se entiende por pérdida de carga la energía perdida en los rozamientos delfluido contra las paredes de las conducciones y en turbulencias en general alpasar por los distintos elementos del sistema (válvulas, codos, estrechamientos).

Comienzo de corrosión con pérdida de material porcavitación

Impulsor con daños de cavitación en la zona de altapresión como consecuencia de recirculación interna

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Estas pérdidas de energía se traducen en pérdidas de presión y, por tanto, seránecesario que el sistema de bombeo proporcione esta presión extra para poderdar el servicio deseado.

HpHgHm +=

Siendo:

Hm = Altura manométrica o presión que tiene que dar la bomba en total.Hg = Altura geométrica o diferencia de cotas entre la entrada y la salida.Hp = Pérdidas de carga

Ya que las pérdidas de carga Hp son consecuencia directa de los rozamientos,se puede concluir que éstas dependerán de:

• La velocidad del fluido, ya que )( 2VHpHp = , y por tanto del caudalque pasa por una sección dada, o de la sección elegida para un caudaldeterminado.

• La rugosidad de la conducción, material y estado de la misma.• La longitud.• Los elementos singulares, (válvulas, estrechamientos, codos)

El cálculo de las pérdidas se puede realizar de forma teórica usando las fórmulasque se describen a continuación, si bien, para mayor comodidad del proyectista,TFB-Flygt recomienda el uso del programa Flyps, que se adjunta en este libro.

16.4.1 Régimen laminar y régimen turbulento

La circulación de un fluido por un conducto puede ser ordenada, estratificada,como clasificada en capas que no se mezclan entre sí, y no se alteran con eltiempo. Este movimiento se denomina REGIMEN LAMINAR.

Cuando el movimiento resulta caótico, y las partículas se muevendesordenadamente, y las trayectorias de las partículas se entrecruzan formandopequeños remolinos no periódicos, el movimiento se denomina REGIMENTURBULENTO.

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En el caso de régimen laminar, se presenta una velocidad máxima en el eje delconducto, y una velocidad mínima en la superficie de contacto con las paredesinteriores.

En el caso de régimen turbulento, y, aunque las partículas se muevandesordenadamente sin seguir una trayectoria determinada, también podemosdecir que presenta una velocidad máxima en el eje del conducto, y otra mínimaen la periferia (que no es nula).

Un líquido adoptará uno u otro régimen dependiendo de:

• Velocidad media de circulación del líquido por la tubería.• Diámetro interior de la tubería.• Viscosidad cinemática del líquido.• Rugosidad de las paredes del tubo.

16.4.2 El Número de Reynolds y la Rugosidad relativa

Un físico Inglés de finales del siglo XIX llamado Reynolds, llevó a cabo una serie deexperimentos con un tubo de cristal de boca abocinada y que terminaba en unaválvula. En el tubo entraba el agua por la válvula a una velocidad controlada.

Un pequeño depósito contenía un colorante fuerte que se inyectaba a laentrada del tubo a través de una boquilla. Al abrir la válvula, aumentaba elcaudal, y con él, la velocidad. Abriendo poco a poco la válvula, el hilo decorriente era, al principio, una línea recta (corriente laminar). Luego, con laválvula suficientemente abierta, empezaban a formarse remolinos aguas abajojunto a la válvula, mezclándose allí el colorante con el agua. Y finalmente, losremolinos se propagaban por todo el tubo, quedando todo el tubo coloreado(corriente turbulenta).

Con estos experimentos, Reynolds definió un número adimensional con objeto decuantificar y diferenciar el tipo de régimen o corriente. Así pues, introdujo elNUMERO DE REYNOLDS:

Depósito de colorante

Tubo de cristal

Válvula paracontrol delnúmero deReynolds

Esquema del experimento de Reynolds

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo258

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υvD

=Re

Donde:v = Velocidad del fluidoD = Diámetro de la tuberíaυ = Viscosidad cinemática del fluido

Viscosidad cinemática del agua (cst) a diferentes temperaturasT ºC 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100ν 106 1,792 1,31 1,006 0,80 0,66 0,56 0,48 0,41 0,36 0,33 0,30

El problema era encontrar un valor del número de Reynolds crítico querepresentase la transición entre régimen laminar y turbulento. Esto resultabacomplicado de asociar con un número en particular según los experimentos. Loque sí se consiguió ver con claridad es que a partir de ciertos valores elmovimiento quedaba perfectamente definido:

• Para Re > 12.000 la corriente era necesariamente turbulenta.• Para Re ≤ 2.000 la corriente era necesariamente laminar. Re = 2000 se

considera el número de Reynolds crítico inferior.

Con el número de Reynolds, tres de los cuatro parámetros que condicionan eltipo de régimen quedan asumidos. Respecto al Re crítico superior, podemosafirmar que no existe y que depende estrictamente de la rugosidad de la tubería.

Las superficies internas en los tubos presentan irregularidades de diferentes formasy alturas. Para cuantificar esta rugosidad introducimos la RUGOSIDAD ABSOLUTA(K), que se mide en milímetros.

La RUGOSIDAD RELATIVA se define como el cociente entre K y el diámetro de latubería D.

MATERIAL RUGOSIDAD K (mm)Acero galvanizado nuevo 0,15Acero laminado nuevo 0,05Acero laminado oxidado 0,15 - 0,25Aluminio nuevo 0,015 - 0,06Latón, cobre 0,001 - 0,02Policloruro de vinilo PVC y Polietileno PE 0,007 – 0,01Poliéster reforzado de fibra de vidrio PRFV 0,01Fibrocemento nuevo 0,03 - 0,1Fibrocemento viejo 0,1Hormigón nuevo centrifugado 0,5Hormigón viejo, con adherencias 2 - 4Hormigón nuevo moldes groseros (rugoso) 1 - 3Fundición de hierro nueva 0,5Fundición de hierro vieja 1,5 – 3Fundición de hierro nueva, revestida de asfalto 0,2

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16.4.3 Coeficiente de pérdidas de carga. Fórmulas decálculo

A finales del siglo XIX, Darcy y Weisbach demostraron que la pérdida de carga enuna tubería era directamente proporcional al cuadrado de la velocidad mediaen la tubería y a la longitud de la misma, e inversamente proporcional aldiámetro de la misma:

gv

DLHrp 2

2

λ= (Hrp comúnmente se denomina J)

Siendo: λ = Coeficiente de pérdida de carga (fricción) de la tubería

Este factor λ es función de la velocidad, del diámetro, de la densidad absoluta,de la viscosidad dinámica, y de la rugosidad absoluta. Este factor esadimensional, y es función de variables adimensionales:

=

DKvDf ,

ηρ

λ

Rugosidad relativa (K/D)Número de Reynolds (Re)

El cálculo del coeficiente λ de pérdidas de carga se realiza de varios modossegún el tipo de régimen y la rugosidad de la tubería:

1. Régimen laminar con tuberías lisas y rugosas (Fórmula de Poiseuille): Enrégimen laminar, λ no es función de la rugosidad.

Re64

2. Régimen turbulento y tuberías lisas para 2.000 < Re < 100.000 (Fórmula deBlasius):

41

Re

316,0=λ

3. Régimen turbulento y tuberías lisas para Re > 100.000 (Fórmula de Kármán-Prandtl):

8,0)(Relog2110 −= λ

λ

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo260

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Los trabajos de Nikuradse, en los que ensayó con tuberías comerciales o derugosidad natural, relacionando λ con el número de Reynolds y con la rugosidadrelativa, sirvieron para deducir posteriormente fórmulas más reales y aproximadas.

4. Fórmula de Colebrook-White: En la zona de transición de laminar a turbulento(en la que todavía λ=f(Re,K/D), es la fórmula universal de pérdida de cargaen conductos industriales, excepto en régimen laminar.

+−=

λλ Re51,2

71,3log21

10 DK

5. Fórmula de Kármán-Prandtl: Para números de Reynolds muy elevados entuberías muy rugosas (casos extremos):

74,12

log2110 +=KD

λ

Como normal general se suele utilizar el siguiente criterio:

• Para Re < 2.000 Fórmula de Poiseuille• Para Re > 2.000 Fórmula de Colebrook-White

A continuación, vamos a ver varios procedimientos de cálculo del coeficiente depérdidas de carga λ:

1) Procedimiento de cálculo por correcciones sucesivas:Se trata de un proceso iterativo en el que se empieza por un valor λ1,y se sustituye en el segundo miembro de la ecuación, obteniéndoseotro λ2 en el primer miembro. Si se aplica λ2 en el segundo miembro,obtendríamos otro valor λ3, y así sucesivamente. Después de tres ocuatro iteraciones, se suele dar con un coeficiente muy aproximado

2) Procedimiento de cálculo mediante tablas:Éstas relacionan el coeficiente de pérdidas de carga λ, con elnúmero de Reynolds Re, y con la rugosidad relativa K/D. Elprocedimiento es el siguiente:

• Se calcula previamente el número de Reynolds.• Se determina el valor de K/D.• Se busca en las tablas un valor de λ, entrando por la

rugosidad relativa K/D, hasta encontrar en la tabla unanúmero de Reynolds Re lo más aproximado al calculado.

3) Procedimiento de cálculo por el diagrama de Moody:Es un diagrama construido en papel doblemente logarítmico, que esla representación gráfica de dos ecuaciones, la de Poiseuille y la deColebrook-White.

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fenómenos a tener en cuenta en el diseño de un sistema de bombeo 261

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Es un diagrama adimensional, por lo que es compatible concualquier sistema de unidades. Incorpora una línea de trazos quedefine y separa la transición de la zona de turbulencia total. Elprocedimiento es el siguiente:

• Se toma el valor de la rugosidad absoluta K, según elmaterial.

• Se calcula la rugosidad relativa K/D.• Se calcula el número de Reynolds.• Se lee el valor λ del diagrama.

16.4.4 Fórmulas empíricas de cálculo Se utilizan hoy en día una serie de fórmulas empíricas como las que hemos vistopara el cálculo de pérdidas de carga, que relacionan la velocidad, con lapérdida de carga unitaria, y con el diámetro. Estas fórmulas utilizan unoscoeficientes determinados según el caso.

Una fórmula muy común para el cálculo en tuberías suele ser:

54,063,0355,0 sCDv = Fórmula de Hazen-Williams

Y, despejando la pérdida de carga para unidades métricas, la fórmula de Hazen-Williams quedaría así:

LDCvHJ rp

167,1852,1

815,6 −

==

Donde C es un coeficiente función de la rugosidad y que se recoge en lasiguiente tabla para los materiales más comunes:

MATERIAL COEFICIENTE C (Hazen-Williams)Fundición nueva 136Fundición vieja 120Fundición revestida 150Cemento 140Hormigón nuevo 130Hormigón viejo 100Cobre, latón 130Acero galvanizado nuevo 138Acero inoxidable nuevo 150Acero inoxidable viejo 108Acero soldado 100Acero viejo (en malas condiciones) 60 - 80Polietileno PE y PVC nuevo 150Polietileno PE y PVC viejo 108PVC 108Poliéster reforzado con fibra de vidrio 108

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16.4.5 Pérdidas de carga secundarias

Hasta ahora, hemos visto las pérdidas de carga que se producen comoconsecuencia del rozamiento con las paredes del conducto, fundamentalmente.A estos tipos de pérdidas las llamaremos primarias.

Las pérdidas de carga que son pérdidas de forma, y que tienen lugar en loscambios de sección y dirección de la corriente, en las contracciones,ensanchamientos, codos, diafragmas, válvulas, etc., las llamaremos secundarias.

Estos elementos o accesorios de tuberías, producen una perturbación de lacorriente que origina remolinos y desprendimientos que intensifican las pérdidastotales. Estas pérdidas se pueden calcular por dos métodos:

• Por una fórmula especial con unos coeficientes.• Por el método de la longitud equivalente.

La ecuación fundamental de las pérdidas secundarias relaciona un coeficienteadimensional ζ, y la velocidad:

gvHrs 2

2

ζ=

El coeficiente ζ depende del tipo de accesorio y existen valores tabulados paradiferentes ángulos, diámetros, etc.

El segundo método de cálculo es el método de la longitud equivalente. A dichalongitud X, se le denomina longitud equivalente y su uso simplificaconsiderablemente los cálculos de pérdidas de un sistema, ya que tan solo seránecesario sumar las distintas longitudes equivalentes a la longitud de laconducción principal y aplicar la fórmula general:

( )gv

DLL

H er 2

2∑+= λ

16.5 Vibraciones

Las vibraciones en maquinaria pueden tener serias consecuencias. Elconocimiento del fenómeno, junto con unas reglas de diseño de instalaciones debombeo, pueden ayudar a reducir los daños en el equipo y en lasconducciones.

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fenómenos a tener en cuenta en el diseño de un sistema de bombeo 263

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Cuando se diseña una máquina, el objetivo del ingeniero es mantener los nivelesde vibración dentro de un margen aceptable, particularmente en los puntosdonde puede afectar al funcionamiento del equipo. Las consecuencias que sepueden evitar son la fatiga excesiva, el ruido y el desgaste, así como el deteriorode otras partes del sistema, sobre todo, soportes y anclajes.

16.5.1 Fuentes de vibración en las bombas

Las fuentes principales de una vibración son siempre las asimetrías, bien delmaterial o bien de las fuerzas que actúan sobre las partes móviles, y por tanto, lasprincipales fuentes de una vibración son:

• Desequilibrio de las partes giratorias, especialmente del impulsor.• Fuerzas hidráulicas asimétricas causadas por la voluta.• Fuerzas hidráulicas asimétricas causadas por un impulsor monocanal.

La frecuencia y tipo de la vibración en una bomba dependerá sobre todo de:

• La velocidad de giro.• El número de álabes del impulsor. Las fuerzas hidráulicas que ocurren

cuando el álabe pasa por zonas en las que existe una presión irregular seven multiplicadas por el número de éstos.

• El número de guías de la voluta.

La magnitud de las fuerzas responsables de las vibraciones dependefundamentalmente del punto de trabajo. Las bombas se diseñan para que éstassean mínimas en el punto de máximo rendimiento para un caudal determinadodenominado caudal nominal.

Posibles desequilibrios en motor o impulsor

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo264

FLYGT

16.5.2 Formas de reducir los niveles de vibración

Las reglas generales para mantener los niveles de vibración dentro de valoresaceptables son las siguientes:

1. Todas las partes del sistema deben ser lo suficientemente rígidas y estarcorrectamente ancladas. Con esto, intentaremos que las perturbaciones quese generan no se transmitan al resto del sistema.

2. Recomendaciones de instalación:• Incluir una base de un peso adecuado, de al menos dos veces el

peso de las partes giratorias.• Anclar la bomba firmemente a la estructura.• Usar un soporte flexible entre la estructura y el suelo, como una

alfombra o unos pies de goma.• Usar juntas flexibles para las tuberías.• Anclar las tuberías al suelo o a otra estructura sólida.

3. Utilizar soportes horizontales y verticales puesto que las vibraciones nodependen de la gravedad.

4. Las tuberías deben tener un soporte a la distancia de 1/3 de la longitudcrítica de tuberías desde la bomba. Esta es la longitud en la que ocurre laprimera frecuencia natural.

Relación de las fuerzas que producen vibraciones con el punto defuncionamiento

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fenómenos a tener en cuenta en el diseño de un sistema de bombeo 265

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5. La longitud de la tubería debe ser menor del 70% de la longitud crítica.

6. Las partes pesadas de la tubería como válvulas deben tener sus propiossoportes.

7. Las tuberías deben estar ancladas si se utiliza algún tipo de fuelle o manguitoantivibración.

8. El uso de un variador de frecuencia puede excitar un amplio rango defrecuencias, por tanto, cuando se empleen estos elementos hay que tenerespecial cuidado con las vibraciones que se producirán.

16.5.3 Niveles y medición de la vibración

La normativa ISO 2372 define una serie de niveles de vibración como aceptables,según el tamaño de la máquina, la cual está clasificada en cuatro clases distintas(ver tabla).

La norma ISO 2372 también realiza la clasificación de los soportes como sigue:

• Soporte flexible: La frecuencia natural fundamental del sistemamáquina/soporte es más baja que su frecuencia principal de excitación.

• Soporte rígido: La frecuencia natural fundamental del sistemamáquina/soporte es más alta que su frecuencia principal de excitación

El nivel aceptable de vibraciones es cuanto mayor cuanto mayor es la máquinaque la produce. La tabla expuesta en la siguiente página recoge estos niveles.

Manguito antivibración Soporte de válvula

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo266

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Severidad devibración

Límites de rango de velocidad y clases de maquinariaNorma ISO 2372 - 1974

Máquinaspequeñas

Máquinasmedianas

Máquinas grandesCMVP50Mm/s RMS

Clase I Clase II Soporte rígidoClase III

Soporte flexibleClase IV

0,280,450,711,121,802,804,507,10

11,2018,0028,0045,0071,00

Una bomba será considerada como clase II, y tomaremos el valor de referenciade 7,1 mm/s como nivel de vibración máximo admisible.

La medición se realizará sobre los apoyos del eje (rodamientos) en las tresdirecciones del espacio.

En algunos casos, un nivel acusado de vibración se puede deber a un problemade succión de la bomba. Para determinar si la vibración se origina en laaspiración de la bomba, se puede realizar un barrido mediante un analizador defrecuencias.

16.6 Ruido

El ruido en instalaciones de bombeo depende de las propiedades hidráulicas,mecánicas y acústicas de la bomba y de la instalación. La bomba no es la únicafuente de ruido, los componentes que están conectados a ella tambiénproducen ruido. El proyectista debe diseñar el sistema de modo que dichosniveles de ruido se mantengan por debajo de los permitidos por la legislación, enfunción de la zona donde se sitúen el pozo de bombeo y las instalacionesauxiliares.

Bueno

Satisfactorio

Insatisfactorio

Inaceptable

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fenómenos a tener en cuenta en el diseño de un sistema de bombeo 267

FLYGT

16.6.1 Procedencia del ruido en instalaciones de bombeo

El sonido emitido en una instalación de bombeo procede de vibraciones de laestructura de la bomba y los distintos componentes conectados a ella. La emisiónde ruido depende de una variedad de factores:

• El motor y el impulsor usado.• Punto de trabajo de la bomba.• El fluido bombeado.• Las propiedades mecánicas y acústicas de todo el sistema.

El primer paso para controlar el nivel de ruido es identificar sus fuentes y entenderla forma de generar este ruido. El lugar más efectivo para controlar el ruido es supunto de origen. Si esta aproximación no es factible, el ruido de la máquinapuede ser redirigido o absorbido. Sin embargo, algún ruido es inherente alproceso mecánico.

16.6.2 Medida del ruido. La escala en decibelios

El ser humano puede detectar un rango de amplitud de sonda de sonido desde20 millonésimas de Pascal hasta 200 Pascales. Así, si midiéramos el sonido enPascales, manejaríamos cifras muy grandes. Para evitar esto se usa la escala endecibelios.

El decibelio no es una unidad absoluta de medida. Es un ratio entre una cantidadmedida y un nivel de referencia acordado. La escala en decibelios es logarítmicay usa el umbral del oído de 20 µPa como nivel de referencia, es decir, 0 dB.Cuando multiplicamos la presión del sonido en Pa por 10, añadimos 20 dB a laescala en decibelios. Así, 200 µPa corresponden a 20 dB, 2000 µPa corresponde a40 dB, y así sucesivamente. La gráfica al final de este apartado muestra laequivalencia entre µPa y dB en los ruidos que normalmente encontramos en lavida real.

Las muchas fuentes que pueden crear ruido en una bomba y en su instalaciónson expuestas a continuación: ruido a baja frecuencia se refiere a ruido confrecuencias inferiores a la frecuencia de paso de una álabe del impulsor. Ruido aalta frecuencia es ruido a frecuencias superiores a dicha frecuencia. Las fuentesde ruido en principio serán:

• El paso del álabe del impulsor por la lengüeta de la voluta crea no solofuerzas alternativas que actúan sobre la voluta y el impulsor, sino que tambiéncrea pulsos de presión en el agua. La excitación ocurre a una frecuencia quees el producto de la frecuencia de rotación de la bomba por el número deálabes. Si se utilizan álabes–guía (flujo axial) se debe considerar el número delos mismos, multiplicándolo por el anterior producto. Esta excitación puedeser fuerte en amplitud de tal forma que produce vibración y ruido. Laexcitación resulta especialmente fuerte para impulsores monocanal. La

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo268

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frecuencia del ruido es baja, como un estruendo y con frecuencia es emitidodesde la estructura conectada a la bomba.

• El ruido por cavitación es debido a las burbujas de vaporimplosionando constantemente sobre el impulsor y la voluta, y aveces dentro del propio líquido. La frecuencia del ruido porcavitación es alta, y cubre un ancho de banda. Puede variar en eltiempo y producir un sonido como pulsos.

• El motor eléctrico produce ruido a causa del campoelectromagnético generado entre estator y rotor, el cual producefuerzas alternativas en el estator. El estator vibra y emite ruido comoun gemido. Los variadores de frecuencia pueden aumentar el nivelde ruido.

Escala de ruidos

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fenómenos a tener en cuenta en el diseño de un sistema de bombeo 269

FLYGT

16.6.3 Otras causas del ruido en bombas

Además de los “ruidos” normales de las bombas, tienen lugar otros ruidos debidosa desgastes y defectos en máquinas y sistema.

• El desequilibrio de las partes giratorias de la bomba produce vibración yruido, como ya hemos indicado. La frecuencia del ruido es baja y suenacomo un estruendo.

• Los atascos en los impulsores reducen el caudal y producen desequilibriosque se manifiestan en forma de ruido y vibración.

• Las llamadas pérdidas de cortocircuito o recirculaciones en los anillos dedesgaste por el “desgaste” de los mismos, pueden producir un ruido quees agudo y puede variar con el tiempo.

• Los rodamientos pueden emitir ruido cuando la lubricación es deficienteo sufren un desgaste excesivo. La frecuencia del ruido es alta.

Por otro lado, vamos a distinguir las causas del ruido debido a las instalaciones:

• Las prerrotaciones del fluido en la entrada de la voluta pueden afectar elbombeo y causar vibración y ruido. La frecuencia es baja como unestruendo.

• La turbulencia en las válvulas puede causar ruido en éstas. El ruido esagudo.

• La formación de vórtices crea un canal que conduce el ruido hidráulicode la voluta hacia la superficie, ruido que de otra manera sería absorbidopor el agua.

• La interacción entre el líquido y la tubería causa vibración en las tuberíasy excita el aire de alrededor. Cuanto más turbulento sea el caudal, másgrande es la excitación y más alto es el ruido.

• La resonancia hidráulica puede ocurrir si una bomba inducefluctuaciones de presión y éstas son reflejadas por el sistema de tuberías,de tal forma que se suman en fase con los pulsos de salida de la bomba.Los niveles de vibración y ruido llegan a ser bastante altos.

• El sonido es transmitido mecánicamente a los componentes conectadosa la bomba. Estos componentes pueden ser mejores emisores de ruidoque la bomba misma. La reducción del ruido mecánico transmitidopuede hacerse empleando algún tipo de aislador de vibraciones.

El sonido puede ser transportado por el aire, la estructura, o el líquido. El sonidode la bomba puede propagarse a una distancia con escasa atenuación antesde que se propague por el aire y sea audible. Para una instalación en húmedo, lamayoría del sonido directo de la bomba y de las tuberías adyacentes, se irradiaen el interior del agua. Ya que la transmisión acústica entre agua y aire es pobre,la mayoría el sonido permanece en el agua. En instalaciones en seco, la bombairradia el sonido directamente al aire. Sin embargo, el sonido transmitidomecánicamente existe en ambos tipos de instalación.

La mayoría de las estaciones de bombeo están hechas en hormigón, un materialque absorbe poco el sonido. Debido a la escasa amortiguación del sonido, tiene

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo270

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lugar una cantidad de reverberación importante. Esta reverberación se añade alpropio ruido por la presión de la bomba.

16.6.4 Recomendaciones para reducir el nivel de ruido

Las reglas para realizar una instalación de bombeo lo más silenciosa posible sonlas siguientes:

• El punto de trabajo de las bombas debe estar lo más cercano posible alpunto de diseño de las mismas. Se debe eliminar por completo el hechode que el NPSH sea insuficiente.

• El pozo y la red de tuberías deben ser diseñados desde un punto de vistahidráulico y no sólo constructivo.

• Dinámicamente, la estructura de instalación de la bomba debe ser laadecuada para eliminar vibraciones.

• El sonido transmitido mecánicamente de la bomba debe ser reducidoaislando primero la bomba del suelo por medio de soportes flexibles(silent-blocks), y segundo, las tuberías, mediante el uso de fuelles o juntasamortiguadoras.

• El sonido propagado por el líquido desde la bomba a lo largo de latubería puede reducirse usando amortiguadores de pulsaciones depresión.

• Las vibraciones inducidas por el líquido a la estructura pueden serreducidas eliminando cambios bruscos de dirección en la tubería al ladode la bomba. La radiación del ruido desde las tuberías puede reducirseusando amortiguadores acústicos o materiales de absorción acústicamontados en la tubería.

• Parte del ruido de las válvulas puede eliminarse colocando las válvulaslejos de los codos para evitar una excesiva turbulencia y presionesirregulares.

• En general, la amplificación del sonido en una estación de bombeopuede reducirse usando amortiguadores acústicos.

El nivel de sonido por presión en cualquier punto de un campo de sonido es eltiempo medio de la perturbación de presión acústica pdist , y se define como:

= 2

2

log10ref

distp p

pL

El nivel de referencia en cuanto a sonido por presión es pref = 20 µPa. El oídohumano es más sensible a altas que a bajas frecuencias. El nivel de sonido porpresión por lo tanto se pondera a diferentes frecuencias para ajustarse al oído. Elmétodo más común de ponderar es el sistema A, indicado por una “A”, porejemplo, dB(A). Le emisión de ruido de una máquina se establece como el nivelde potencia de sonido de la misma. Este nivel se define como:

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fenómenos a tener en cuenta en el diseño de un sistema de bombeo 271

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=

refW W

WL log10

“W” es la potencia de sonido de la fuente y el nivel de referencia es:

Wref = 10-11 W

El nivel de potencia de sonido en bombas se mide de acuerdo a la norma ISO9614-2. El procedimiento consiste en instalar la bomba sobre un apoyo y fijarla aun soporte que se desliza. El nivel de agua se mantiene a un mínimo paraasegurar la máxima cantidad de emisión acústica por el aire. El nivel de sonidopor presión correspondiente a una distancia de 1 metro desde la bomba seobtiene por cálculos según la norma ISO 11203.

16.7 Sumergencia

Se entiende por sumergencia la profundidad mínima a la que debe encontrarsela entrada del agua para evitar fenómenos indeseables y nocivos, como laentrada de aire en las bombas.

16.7.1 La sumergencia en bombas sumergidas

Parece, por simple referencia al nombre, que el concepto de sumergencia estárelacionado únicamente con la bomba de tipo sumergible. Pues bien, en partees así, aunque nos referimos con el nombre de sumergencia a la cota que sedebe de respetar entre el nivel de agua en el pozo y la aspiración de la bomba, yesto es algo que existe tanto para instalaciones en cámara húmeda como encámara seca.

Para bombas sumergidas de flujo tanto radial como axial, la sumergenciamáxima suele ser un dato del fabricante, aunque como dato de orientaciónhablaremos de 20 metros para evitar filtraciones a través de la entrada de cable.Para casos en los que se requiera mayor sumergencia se montarían tacosespeciales. La sumergencia mínima suele estar justo en la parte alta de la voluta,siempre que se compruebe que el NPSHreq < NPSH disponible para esa cota.

Vamos a ver en primer lugar la sumergencia para bombas en seco, yposteriormente trataremos el tema de las bombas entubadas que necesitan deuna sumergencia mínima, pese a estar sumergidas.

16.7.2 Cálculo de la sumergencia mínima

La sumergencia mínima se calcula en base al Número de Froud (Fr). Recordemosque este número proviene de las leyes de semejanza hidráulica y se trata de unnúmero adimensional que define una situación o fenómeno en el que existe unafuerza dependiente de un gradiente de presiones y afectada por la gravedad.

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo272

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La sumergencia debe ser:

S = 1,7 Fr siendo gDvFr =

Donde: v = Velocidad de aspiraciónD = Diámetro interior de la tuberíag = Gravedad

Con la condición de que además:

S ≥ 1,75 Dinl (Diámetro interior de la tubería de aspiración)

La sumergencia mínima se puede obtener de las siguientes gráficas:

Sumergencia mínima en función del diámetro y el caudal de entrada

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prueba de bombas 273

FLYGT

Ca

pít

ulo

17

17 Prueba de bombasCada producto fabricado de acuerdo a la norma ISO9001, debe cumplir con unos requerimientos según lapolítica de calidad de Flygt, establecida en unosprocedimientos de funcionamiento interno de laempresa.

El objetivo de dicho procedimiento es que todos losequipos sean sometidos a una serie de pruebasdurante y después de su proceso de fabricación, paraasegurar una calidad determinada.

17.1 Pruebas en motores

En los motores de inducción, las pruebas que Flygt llevaa cabo las siguientes:

Prueba dieléctrica. Consiste en una medición delaislamiento del motor de acuerdo a la norma IEC 34-1"Rotating Electrical Machines, Part I": Rating andperformance”. La prueba se realiza con una Megger omedidor de aislamiento.

Se le aplica una tensión que será 2 x Unominal + 1.000Voltios, y se mide el aislamiento de cada fase a tierra,teniendo que ser el resultado infinito Ω. El tiempo de laprueba dependerá de la potencia del motor.

Pruebade resistencia. Se mide la resistenciade cada bobina decada fase. Las tresresistencias deben serla adecuadas y,además ser igualespara que el motoresté equilibrado.

Dependiendo delvalor de la resistencia,

se pueden utilizar varios equipos de medida. La resistencia de unabobina es menor cuanto mayor es la potencia del motor. Pararesistencias de un valor que puede llegar a la diezmilésima deOhmio, se debe utilizar un

Comprobación de aislamiento en motores

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo274

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puente de Thomson o un doble puente de Winston, con objeto de garantizar laprecisión de las medidas.

Prueba de funcionamiento en vacío. Se trata de poner el motor en marcha sinaplicarle carga alguna, es decir, girando en vacío. Se toma la medida intensidada tensión y frecuencia nominal

Prueba de funcionamiento en carga. Es básicamente igual a la anterior, pero se levan aplicando cargas sucesivas en un banco de pruebas.

Prueba de ruido. Se realiza según la norma ISO 9614 2. Se mide el ruido en dBA a1 metro de distancia del producto.

Prueba de vibraciones. Se trata de medir la velocidad de la vibración en las tresdirecciones X, Y, Z, comprobando que no supere un determinado valor (enbombas es normal 7,1 mm/s).

17.2 Pruebas en bombas

En bombas, Flygt realiza las siguientes pruebas:

Prueba hidrostática de la voluta. Sesomete a la voluta a una presión interior,introduciendo agua y manteniendo unapresión de 2 Pmax durante un tiempodeterminado, según la norma que seelija. El propósito de la prueba escomprobar que no existen fugas através del material.

Prueba de apriete o estanqueidad. Estaprueba es propia de las bombas de tiposumergible. Se trata de someter al

conjunto moto-bomba a una presióninterior, introduciendo aire ysacándolo posteriormente creando unvacío.

Si esta subpresión se mantiene duranteun tiempo, el resultado de la pruebaes positivo. Flygt dispone para este finde un equipo denominado NOLEK.

Prueba de funcionamiento. Se realizade acuerdo a la norma ISO 2548 /C, obien la nueva norma que la sustituye,la ISO 9906 A.

Prueba de estanqueidad en motores

Bancada de pruebas Flygt para bombassumergibles

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prueba de bombas 275

FLYGT

La prueba ha de realizarse en un banco de pruebas diseñado y montado deacuerdo a la norma mencionada. Se pondrá en funcionamiento la bomba y seprobará la misma regulando la pérdida de carga aguas arriba o aguas abajo(dependiendo de la presión), para así obtener el punto de trabajo requerido dela bomba.

Se toman uno o varios puntos de trabajo,midiendo el caudal y la presión, y se comparancon la curva característica, comprobando si elresultado se encuentra dentro de la toleranciaque marca la norma. Asimismo, se pueden tomarlos parámetros eléctricos y realizar la comparacióncon los datos teóricos.

El banco de pruebasdebe tener en cuentauna serie deprecauciones para evitarque ocurran distorsionesen las mediciones que serealicen, sobre todo en loreferente a la limpieza y elestado de lasconducciones. Una vezobtenidos los datos

hidráulicos y eléctricos reales, y comparados con losteóricos, será posible determinar los rendimientos de labomba, comprobando igualmente, que sean válidoscon respecto a la norma aplicada. Para ello se utilizanfiltros de bolsa, que eliminan los pequeños sólidos quepuedan quedar sedimentados. Mediante un retel paralimpiar piscinas se pueden recoger los flotantes.

Si se introducen en el banco bombas que provienen de medios agresivos comola industria o la minería, puede afectar seriamente al estado de los materiales dela instalación, por ello el pH del agua, y sobre todo la conductividad, soncomprobaciones que se realizan periódicamente para evitar oxidaciones ycorrosiones dentro del banco que puedan afectar a las mediciones tomadas.

17.3 Medición de la presión

De acuerdo con las normas ISO 2548 /C yISO 9906 A, la medición de la presión debehacerse justo a la salida del codo dedescarga, exactamente a una distanciaequivalente a dos veces el diámetro interiorde la tubería.

Montaje de una bombaFlygt para pruebas

Filtro de bolsa

Tomas de presión en bancadas Flygt

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo276

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La medición de lapresión se realiza através de unosconductos de φ 8mm (6 mm de φinterior) de unmaterial plásticotransparente comoel PVC.

Para no correrriesgos en cuantoa posiblesobstrucciones delos conductos demedida, Flygt

toma 4 muestrasen distintasposiciones a 90ºuna de otra, a lolargo de toda lacircunferenciadel diámetro dela tubería.

Las cuatro señales de presión se aúnan en un tubo de acero inoxidable AISI 316 Len el que se ha instalado un manómetro calibrado para inspección visual, y untransmisor de presión electrónico para la toma de datos desde el puesto decontrol. Este transmisor de presión puede ser de dos tipos:

Diferencial. Con lo que existen dos tomas de presión, una la lectura de la presiónde bomba, y otra la presión a la cota de aspiración, es decir, la altura de lalámina de agua sobre el eje del impulsor.

Absoluto. Solo dispone de una toma de presión para la medida. Habrá quesuplementar la distancia entre la posición del transductor del manómetro hasta lalámina de agua.

purgador

manómetro

Al tura de la toma igual a 2diametros de la tubería

purgador

manómetro

Al tura de la toma igual a 2diametros de la tuberíaPlano de referencia

Situación normalizada de los manómetros de pruebas según ISO 2548

Medida y homogeneización de la presión en las distintas tomas

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prueba de bombas 277

FLYGT

17.4 Medición del caudal

Se realiza mediante caudalímetros electromagnéticos. Su principio de operaciónse basa en la medición de la velocidad media de un fluido conductor de laelectricidad en un tubo no magnético.

Esta medición se basa en el principio de Faraday, según el cual, la inducción deuna tensión entre dos puntos (dos electrodos de medida) extremos de unconductor (la línea de líquido que une los dos electrodos), se mueve cortando laslíneas de flujo de un campo magnético creado por una bobina. La medición dela distorsión introducida por el movimiento del fluido no permite determinar lavelocidad del mismo.

Las ventajas de este sistema demedición de caudal son lassiguientes:

• No le afectan ni la densidadni la viscosidad del fluido.

• Pérdida de carga nula• Cambio de rango sencillo• Error aproximado de 1% Esquema y fotografía de un medidor de caudal

electromagnético

Esquema en planta de una bancada de pruebas Flygt

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo278

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En ninguna norma se establece un criterio concreto de la disposición de uncaudalímetro electromagnético en el banco de pruebas, si bien, Flygtrecomienda que para medir caudal con una precisión aceptable mediante estesistema en un conducto cerrado, se debe dejar 11 veces en tramo recto eldiámetro de la brida de entrada al caudalímetro.

En su defecto, se deberá dotar el tramo recto de tubería antes del caudalímetrocon un direccionador en cruz que posea una longitud de 2 a 3 veces el diámetro,de modo que se evite cualquier posibilidad de rotación del fluido

En el mismo sentido, y con objetode mantener una pérdida decarga aceptable, Flygtrecomienda que los codos usadospara una aplicación de medidasean de un radio de 1,5 veces eldiámetro de la tubería, y que laentrada del caudal en la balsa seefectúe a través de un cono de 9.

17.5 . Medición de la potencia consumida

Se realiza a través de un Vatímetro electrónico de gran precisión. Para obteneruna medición de consumo de potencia activa (Kw), es totalmente necesario

medir el consumo en amperios en las tresfases. De lo contrario, resulta muycomplicado poder calcular el factor depotencia del motor en el punto de trabajode la bomba en cuestión. No es correcto,según esto, utilizar el factor de potencianominal del motor como dato fijo.

Recordemos que el factor de potencia esfunción de la carga del motor, así pues elconsumo en Amperios se mide en las tresfases, con la bomba funcionando en supunto de servicio, realizando la media

aritmética acumulada de las tres. Para medir las tres fases se utilizan unostransformadores de señal /5 (0-5 Voltios).

El variador de frecuencia nos permite probar la bomba a diferentes velocidades,pero hay que tener en consideración que, como vimos en el capítulocorrespondiente, la corriente que produce un variador no tiene exactamenteuna característica senoidal. Por esta razón, la medición puede resultar confusa, simedimos aguas abajo del variador, pero, por otro lado, no debemos medirnunca aguas arriba, pues de esta manera adicionamos las pérdidas del variadora la propia medición.

.

Conos de descarga dentro de la balsa de pruebas

Vatímetro electrónico usado por Flygt

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prueba de bombas 279

FLYGT

Para medir con cierta exactitud lapotencia consumida del motor, sedeberá hacer una conmutacióna red y medir el consumo estandola bomba trabajando en by-passcon el variador y conectada a lared eléctrica. Pero sí esextremadamente importantemedir la potencia consumida adiferentes frecuencias, existen enel mercado instrumentos demedida que suavizan la señal no senoidal producida por el variador y laasemejan a una señal de red. Entre este tipo de aparatos se encuentra elanalizador de potencia.

17.6 Tolerancias permitidas en la prueba

Las tolerancias de medida admisibles para bombas fabricadas en serie, según lanorma ISO 2548, son las siguientes:

Hadmisible = Hmedida ± 6% (Presión)Qadmisible = Qmedida ± 8% (Caudal)Padmisible = Pmedida + 8% (Potencia)

En cambio, la nueva norma ISO 9906 es un tanto menos rigurosa. Admite dosescalones diferentes en cuanto a la potencia de la bomba:

bombas fabricadas en serie con un motor de accionamiento de 10 Kw o más:

Hadmisible = Hmedida ± 7% (Presión)Qadmisible = Qmedida ± 9% (Caudal)Pmotor admisible = Pmedida + 9% (Potencia consumida motor)Pbomba admisible = Pmedida + 9% (Potencia consumida bomba)ηadmisible = ηmedido – 7% (Rendimiento)

bombas cuyo motor de accionamiento tenga menos de 10 kw:

Hadmisible = Hmedida ± 8% (Presión)Qadmisible = Qmedida ± 10% (Caudal)

17.7 Funcionamiento del banco de pruebas

Para conseguir situar los puntos de trabajo sobre una curva característica,necesitamos crear una pérdida de carga progresivamente que simule la alturamanométrica que se le exige a la bomba. Dicha pérdida de carga se creamediante la regulación fina de una válvula, que puede ser de dos tipos:

Medición de intensidad en las tres fases

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo280

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• Regulación Abrir-Cerrarcon señal 4-20 mA derespuesta de posición.

• Regulación conposicionador 4-20 mA.

• En este caso, tendríamosla capacidad deposicionarvoluntariamente laválvula mediante unaseñal previa en el puntoque se requiera.

El circuito debe ser lo más estanco posible para evitar pérdidas de presión y fugasde caudal, cerrando a tope todas las válvulas que no intervengan en el proceso.

El aire debe desaparecer del circuito para no distorsionar las mediciones que serealicen y obtener lecturas incorrectas. Para ello, se deben disponer una o variaspurgas de aire colocadas estratégicamente a lo largo del circuito.

17.8 Puesto de control. Sistema de adquisición dedatos

El puesto de control puede ser unpupitre de mando que contenga todoel sistema de adquisición de datos. Sepuede disponer de un concentrador deseñales que puede ser un simpleautómata o PLC, para más tardemostrar los resultados en una pantalla oen un plotter o impresora mediante unordenador.

Desde el PLC o autómata, se distribuyenlas señales a dos ordenadores paradistintos fines:

• Ordenador de control del banco.Recibe las señales de loscaudalímetros, transmisores depresión, posición de válvulas, etc. ymanda a las válvulas posicionarsesegún la pérdida de carga que sedesee crear. Es un software decontrol y adquisición de datos delbanco.

Posicionamiento de la válvula de control

Pantalla de programa de Flygt para controlde banco

Pantalla de programa de Flygt para la obtención decurvas características reales

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prueba de bombas 281

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• Ordenador de prueba de funcionamiento. Consiste en un programa especialen el que se encuentra la base de datos de las curvas características de lasbombas Flygt. Se reciben todas las señales de medición (Presión, caudal,tensión, frecuencia, intensidad y potencia). En este software, podemosescoger la norma según la cual se realizará la prueba (ISO 2548, ISO 9906, DIN1944, etc.).

La prueba se realiza sobre la misma curva de la bomba a comprobar, lo que nospermite su comparación continua con las mediciones reales. Se puede inclusollegar a construir una curva de funcionamiento real de la bomba.

17.9 Informe de los resultados obtenidos

Finalmente, y según la norma ISO 2548, los resultados de la prueba realizadadeben ser expuestos en un informe, que debe ser firmado por ambas partes; esdecir, por el fabricante o realizador de la prueba, y por el comprador o surepresentante. El informe, según la norma, debe contener los siguientes datos:

• Lugar y fecha de la prueba.• Nombre del fabricante, tipo de bomba, número de serie, y año de

construcción.• Características garantizadas, condiciones de operación durante la prueba.• Especificación del motor.• Descripción de la prueba realizada, así como la instrumentación usada con

la última fecha de calibración.• Lecturas observadas.• Evaluación y análisis de los resultados.• Conclusiones:

• Comparación de los resultados obtenidos con las característicasgarantizadas.

• Determinar si las garantías que cubren ciertas áreas específicas han sidocumplidas totalmente, parcialmente, o no se han cumplido en absoluto.

• Recomendación de si la bomba puede ser aceptada o rechazada ybajo qué condiciones.

Pantalla del programa de Flygt para la obtención de curvas características reales

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo282

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• Si las características garantizadas no fueron cumplidas totalmente, ladecisión final de aceptación de la bomba será por parte del cliente.

• Declaración de las acciones que surgieron durante la prueba, si se realizaalgún acuerdo especial entre fabricante y comprador.

El siguiente informe recoge los resultados de una prueba en la que existe unpunto de trabajo para el que se desea probar la bomba. La prueba se realizasobre la propia curva característica de la bomba.

Informe de prueba de Flygt. Tipo 1

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prueba de bombas 283

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Otro tipo de prueba consiste en fijar la bomba en distintos puntos de trabajopara poder obtener una curva de funcionamiento real.

Informe de prueba Flygt. Tipo 2

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo284

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17.10 Calibración

Toda la instrumentación de medida y pruebas debe ser calibradaperiódicamente, y comparar los valores con un estándar internacional demedida.

De acuerdo con la norma ISO 9001, existe un procedimiento operativo quedescribe el protocolo de calibración realizado por el fabricante. En esteprocedimiento se especifica el método para calibrar o para estimar cuando elequipo de medida debe llevarse al fabricante para calibrarlo, así como lacadencia de las comprobaciones de este tipo.

Protocolo de calibración

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anexos285

Anexos

ANEXO I: DETERMINACIÓN DE CAUDALES

1.- Determinación del caudal de diseño ensistemas pequeños o domésticos

Para la el cálculo simplificado de los caudales de evacuaciónde viviendas, o pequeños colectivos; se pueden usar lassiguientes tablas y gráficos, de la forma descrita en el posteriorejemplo:

Caudales de base unitarios (en l/s)Bañera 1,50Ducha 0,50Lavabo 0,75Bidé 0,50Fregadero 0,75Pila 0,75Urinario 1,00Sanitario 1,50Tejado por m2 de superficie en plano 0,05 l/sm2Pavimento por m2 de superficie 0,05 l/sm2

DIAGRAMA DE SIMULTANEIDAD

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 50 100 150 200

Número de aparatos

Coe

ficie

nte

de s

imul

tane

idad

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo286

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EJEMPLO PRÁCTICO: Cálculo del caudal (Q)

Para un inmueble de 10 apartamentos, compuesto cada uno de ellos por:

Un sanitario + dos lavabos + una bañera + un fregadero, y con una superficie (enplano) de tejado de 100 m2, así como un acceso al parking de 200 m2,tendremos un aporte de:

Para aguas usadas:

10 Sanitarios 1,5 l/s x 10 = 15 l/s20 Lavabos 0,75 l/s x 20 = 15 l/s10 Bañeras 0,75 l/s x 20 = 15 l/s10 Bidets 0,5 l/s x 10 = 5 l/s10 Fregaderos 0,5 l/s x 10 = 7,5 l/s

Total = 60 aparatos y 57,5 l/s

Para 60 aparatos leemos en la curva anterior un coeficiente de simultaneidad de0,12. Por tanto el caudal de diseño de aguas usadas será:

57,5 l/s x 0,12 = 6,9 l/s

Para aguas pluviales:

Superficie de tejado + superficie de acceso al parking 100 m2 + 200 m2 = 300m2

Por tanto, el caudal de diseño de aguas pluviales será:

0,05 l/s m2 x 300 m2 = 15 l/s

En el caso de redes unitarias, el caudal de diseño total será la suma de losanteriores:

Caudal total : 6,9 + 15 = 21,9 l/s (78,8 m3/h)

Selección del diámetro de la canalización de impulsión

Sabiendo que:

• La sección interior de la tubería no debe ser inferior a la sección de paso dela bomba

• La velocidad del agua en la conducción debe estar comprendida entre 0,6m/s (para respetar la velocidad mínima para evitar decantaciones) y 1,8 m/s(para evitar pérdidas de carga muy grandes).

Adoptaremos un diámetro interior de 150 mm, que implica una velocidad delagua por su interior de 1,28 m/s; comprendida entre los anteriores valores.

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anexos 287

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2.- Cálculo de caudales para sistemas dealcantarillados sanitarios y pluviales

IntroducciónEn este anexo se plantea la metodología que debe seguirse para estimar loscaudales de diseño de los sistemas de alcantarillados tanto de aguas residualesurbanas como de pluviales. En el caso de que las redes sean separativas, esdecir, independientes en función del origen residual o pluvial de las aguas; cadacaudal y cada sistema de conducciones, se calculará por separado según lossiguientes apartados. Cuando el sistema de colectores sea común, caso de unared unitaria, el cálculo del caudal de diseño se realizará sumando los caudalesde residuales y de pluviales calculados previamente por separado.

2.1 .- Cálculo de caudales sanitarios o de aguasresiduales.

Las aguas residuales urbanas están constituidas por la suma de sus aguasdomésticas, industriales, comerciales e institucionales.

La estimación del caudal medio se hará sumando las diferentes contribucionescomo se describe a continuación.

2.1.1 APORTES DOMESTICOS (AD)El aporte doméstico estará dado por la siguiente expresión:

o

Donde:

• AD: Caudal medio diario de aguas residuales domésticas en litros porsegundo (l/s)

• R: Coeficiente de retorno

• D: Densidad bruta de población en Habitantes por hectárea (Hab/ha)

Page 289: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo288

FLYGT

• A: Area residencial bruta en hectáreas (ha)

• P: Población servida (Hab). P = D*A

• C: Consumo por habitante en litros por habitante y por día (L/hab-día)

Coeficiente de retorno (R) - Es la relación entre el agua limpia consumida y lavertida a la red de saneamiento. Salvo que haya razones que lo justifiquen, seestimará en el 90%.

Consumo por habitante (C) - El valor del consumo diario de agua por habitante,conocido como la dotación por habitante, dependerá del nivel socioeconómico de la población asentada en la zona, según el siguiente cuadro:

Nivel Socio - económico Dotación o consumo por habitante

(Lts/hab-día)

Bajo 200

Medio 240

Alto 320

2.1.2 APORTES COMERCIALES (AC)Debido a la población fluctuante de los sectores comerciales durante las horasdel día y durante los días de la semana, los valores de densidad máxima depoblación y de consumo por habitante son difíciles de evaluar. Sin embargo,para propósitos de diseño se adopta un caudal medio diario de 2.0 litros porsegundo por hectárea, suponiendo un porcentaje alto de retorno.

AC=2.0 L/s.Ha

2.1.3 APORTES INDUSTRIALES (AI)Los aportes industriales deberían determinarse para cada vertido en particular yaque éstos varían muy sustancialmente de acuerdo con el tipo y tamaño de laindustria, así como con el grado de recirculación de aguas y los procesos detratamiento. Sin embargo, para pequeña industria localizada e polígonos deindustria ligera, para estimar el aporte industrial puede utilizarse un caudal de 1.5litros por segundo por hectárea de zona industrial.

AI=1.5 L/s.Ha

Page 290: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

anexos 289

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2.1.4 APORTES INSTITUCIONALES (AIT)Los aportes de aguas concentradas tales como cuarteles, hospitales, escuelas,hoteles, universidades y establecimientos similares, deberán manejarse comoaportes domésticos calculados con una densidad de población de 500habitantes por hectárea, un consumo de 250 litros por habitante por día y uncoeficiente de retorno de 90%, que equivale a adoptar 1.3 litros por segundo porhectárea del área bruta de la concentración especial.

AIT= 1.3 L/s.Ha

2.1.5 CAUDAL MEDIO DIARIO DE AGUAS RESIDUALES

El caudal medio diario de aguas residuales (QMD), estará dado por la sumatoriade los diferentes aportes determinados de acuerdo con lo anteriormenteexpuesto.

2.1.6 CAUDAL MAXIMO HORARIOEl caudal máximo horario del día máximo (QMH), se determinará multiplicando elcaudal medio diario (QMD) por un factor (f) comprendido entre 2 y 3: f=2 paracaudales pequeños (menores de 50 l/s); 2 para caudales grandes (superiores a400 l/s); y la intrapolación entre 3 y 2 para los caudales comprendidos entre 50 y400 l/s.

2.1.7 APORTES POR AGUAS DE INFILTRACIÓN YCONEXIONES ERRADAS

2.1.7.1 APORTES DE AGUAS DE INFILTRACION (QI)

Los aportes por infiltración dependerán de la localización de las conduccionesrespecto al nivel freático de la zona y al estado de conservación de las mismas.Se estimará multiplicando el Coeficiente de infiltración de la zona (Ci) por lasumatoria de las longitudes de los distintos tramos de conduccióncorrespondientes a cada zona en km (A).

Page 291: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo290

FLYGT

El coeficiente de infiltración Ci, será el producto del coeficiente de terreno (Ctr),por el factor de corrección en función del estado de las conducciones (Cec).

Éstos serán los siguientes:

1.- Coeficiente de terreno Ctr:

Zonas de Alta infiltración (A) - Son aquellas áreas planas o llanos cuya diferenciade nivel con las laderas o lomas cercanas (a menos de 1 km) sea superior a 100metros o estén en cercanías de un río, lago, pantano o similar. El coeficiente deterreno se estima en estas zonas en 4 litros por segundo por km de conducción.

Zona de Media infiltración (M) - Son aquellas áreas planas o llanos cuyadiferencia de nivel con las laderas o lomas cercanas (a menos de 1 km) seamenor de 100 metros y no estén en las cercanías de un río, lago, pantano osimilar. El coeficiente de terreno se estima en estas zonas en 3 litros por segundopor km de conducción

Zonas de Baja infiltración (B) -Son todas aquellas zonas con pendientes superioresal 5% o con niveles freáticos especialmente profundos, y por tanto alejados enmás de 10 m de la cota de las conducciones. El coeficiente de terreno para estaszonas deberá ser de 2 litros por segundo por km de conducción.

2.- Factor de corrección en función del estado de las conducciones:

Éste se estima en los siguientes términos:

1.- Conducciones nuevas y con sellado fiable: Cec = 0,4

2.- Conducciones nuevas y con sellado dudoso: Cec = 0,8

3.- Conducciones viejas pero en un estado aceptable: Cec = 1

4.- Conducciones viejas y en mal estado: Cec = 1,4

2.1.7.2 APORTES POR CONEXIONES ERRADAS (QCE)

Aunque se trate de redes separativas de residuales y de pluviales,frecuentemente aparecerán conexiones erradas, las cuales correspondenbásicamente a la incorporación de los desagües pluviales (bajantes de lostejados y los patios) no controladas a la red sanitaria; en estos casos, se debeevaluar tales caudales y adicionarlos al caudal de diseño de aguas negras.

En general, para los sistemas de alcantarillados separados, las redes internas sonproyectadas en forma independiente desde el interior de las edificaciones, portal razón no debería presentarse aportes por conexiones erradas en los colectores

Page 292: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

anexos 291

FLYGT

sanitarios. Sin embargo, como medida preventiva del diseño se debe considerarcomo mínimo los siguientes aportes:

Sector (S) Coeficiente de conexiones erradas(CCe)

(1): Residencial 0,001 L/s por hab

(2): Comercial, institucional o Industrial 0,20 L/s por Ha

El caudal por conexiones erradas (Qce) se determinará multiplicando elcoeficiente de conexiones erradas (Cce) por la población (P) en las zonasresidenciales; o por la superficie en las zonas comerciales, institucionales oindustriales.

2.1.8 CAUDAL DE DISEÑO

El caudal de diseño de los colectores de aguas residuales (Qn) se obtendrásumando al caudal máximo horario del día máximo, los aportes por infiltración ypor conexiones erradas así:

Donde:

Qn: Caudal de diseño en litros por segundo

QMH: Caudal máximo horario en litros por segundo

Qi: Caudal debido a infiltraciones en litros por segundo

Qce: Caudal por conexiones erradas en litros por segundo

Con independencia de los anteriores cálculos, para núcleos urbanos pequeños,se puede usar el siguiente gráfico para la estimación del caudal de bombeo deresiduales de una población en función de la población y de la dotación:

Page 293: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeos292

FLYGT

C a p a c id a d d e b o m b e o e n f u n c ió n d e la p o b la c ió n y d e la d o t a c ió n .

0

5 0 0

1 0 0 0

1 5 0 0

2 0 0 0

2 5 0 0

3 0 0 0

3 5 0 0

0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0N ú m e r o d e p e r s o n a s .

Cap

acid

ad d

el b

ombe

o (l/

min

)

D o ta c ió n : 4 0 0 l / p e r s .d ía

D o ta c ió n : 3 5 0 l / p e r s .d ía

D o ta c ió n : 3 0 0 l / p e r s .d ía

D o ta c ió n : 2 5 0 l / p e r s .d ía

D o ta c ió n : 2 0 0 l / p e r s .d ía

Page 294: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

anexos 293

FLYGT

2.2 Cálculo de caudales pluviales o de drenaje.

En este capítulo se plantea la metodología que debe utilizarse para estimar loscaudales de diseño de los sistemas de drenaje urbano, o de pluviales.

2.2.1 Evaluación del caudal de diseño

La estimación de los caudales se hará utilizando las siguientes expresiones:

Donde:

C: Coeficiente de escorrentía, número adimensional que se debe estimar deacuerdo con lo especificado en el siguiente apartado.

A: Área de drenaje en hectáreas (ha).

I: Intensidad de la lluvia en litros por segundo por hectárea (l/s.ha). Este dato seobtendrá consultando las estadísticas pluviométricas disponibles, en concreto losde máxima precipitación puntual o aguacero, y de duración media de latormenta. Habida cuenta las grandes diferencias pluviométricas entre zonas,para grandes sistemas de drenajes es importante identificar este dato de formafiable; sólo en aquellos casos en los que no sea posible acceder a datos losreales, se puede estimar una intensidad media en 0,05 l/s.m2.

Para su determinación, se tomará el dato más desfavorable para un periodohistórico o de retorno comprendido entre 2 y 25 años en función del tamaño dela cuenca de drenaje; y por tanto de la responsabilidad del sistema colectorfrente a riegos de inundación. Esta relación entre la cuenca y el periodo deretorno se concreta más adelante.

En el caso de que el sistema colector sea muy extenso; y por tanto con grandesdistancias entre unos puntos de la red y otros; no se debe aplicar toda lasuperficie de drenaje en la anterior fórmula para el cálculo de los caudales dediseño; ya que no coincidirán en el mismo tiempo como consecuencia delretraso existente entre los caudales lejanos con respecto a los cercanos. En estoscasos, se calcularán los tiempos de transporte para los distintos caudales enfunción de la distancia y las pendientes de los distintos tramos; y se sumarán todosaquellos cuyos tiempos de llegada al bombeo sean inferiores a la duraciónmedia estimada de la tormenta en un periodo el periodo de retornoconsiderado.

Para el cálculo de los tiempos de transporte de los distintos caudales, se deberíausar la fórmula de Manning; si bien, se puede hacer una aproximación aplicandoa un aporte tipo para cada tramo velocidades entre 0,5 y 2,5 m/s en función delas pendientes y el caudal de la avenida.

Page 295: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo294

FLYGT

COEFICIENTE DE ESCORRENTIA (C)

El coeficiente de escorrentía es función del tipo de suelo, la impermeabilizaciónde la zona, la pendiente del terreno, y otros factores que determinan la fracciónde lluvia que se convierte en escorrentía. Para un área metropolitana estándar seadoptarán los siguientes valores:

Sector y Coeficiente de Escorrentía (C)

• Comercial: 0.90

• Desarrollo residencial con casas unifamilires contiguas y predominio dezonas duras: 0.80

• Desarrollos residenciales con bloques multifamiliares contiguos y conzonas duras entre ellos: 0.70

• Desarrollos residenciales con casas unifamiliares contiguas y predominiode jardines: 0.60

• Residencial con casas rodeadas de jardines: 0.50

• Desarrollos residenciales con bloques multifamiliares apreciablementeseparados: 0.50

• Áreas recreativas con predominio de zonas verdes y cementerios tipojardines: 0.30

Para las áreas industriales, institucionales o para las comerciales y residencialesque incluyan áreas clasificables en más de un sector, el coeficiente deescorrentía del área en estudio se estimará como el promedio ponderado dadopor la siguiente expresión:

Determinación del Período de Retorno (P) de cálculo.

A efectos de diseño, el período histórico, o de retorno para el cual se hadeterminado el caso de lluvia más desfavorable, se fijará en función de lassiguientes características del área de drenaje:

• Para tramos iniciales con áreas tributarias menores de 2 hectáreas: 2 años

Page 296: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

anexos 295

FLYGT

• Para tramos del sistema con áreas tributarias comprendidas entre 2 y 20hectáreas, donde el caudal que exceda al diseño tenga la posibilidad deevacuación natural por alguna ladera o vaguada: 5 años

• Para tramos del sistema con áreas tributarias comprendidas entre 2 y 20hectáreas, donde el caudal que exceda al de diseño no tenga la posibilidadde evacuación natural por alguna ladera o vaguada: 10 años

• Para tramos del sistema con áreas tributarias comprendidas entre 20-200hectáreas, donde el caudal que exceda al de diseño no tenga la posibilidadde evacuación natural por alguna ladera o vaguada: 25 años

• Para tramos del sistema con áreas tributarias mayores de 200 hectáreas,donde el caudal que exceda al de diseño no tenga la posibilidad deevacuación natural por alguna ladera o vaguada: 50 años

Page 297: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo296

FLYGT

ANEXO II: TABLAS DE PÉRDIDAS DE CARGA

Para el cálculo de las pérdidas de carga de una conducción, TFB-Flytgrecomienda el uso del programa Fyps adjunto a este libro. También se puedendeterminar manualmente calculando las pérdidas lineales en las conducciones, yañadiéndole las pérdidas puntuales en los distintos elementos y accesorios.

• Para la determinación de las pérdidas puntuales, se pueden usar o lastablas recogidas en este anexo, o el monograma de longitudesequivalentes, también facilitado a continuación

• Para la determinación de las pérdidas de carga lineales, se puedeaplicar las fórmulas descritas en el capítulo de pérdidas de carga,extrayendo el valor λ, o coeficiente de rozamiento del diagrama deMoody o de las tablas adjuntas. También, como simplificación aplicablea la mayoría de los casos, régimen turbulento y conduccionescomerciales, se puede usar la siguiente gráfica:

Ábaco para el cálculo simplificado de pérdidas de carga (m/km) en conducciones comerciales, en función delcaudal (l/s), la velocidad (m/s),ó el diámetro interior de la conducción (mm)

Page 298: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

anexos 297

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1.- Coeficientes de pérdidas de carga puntuales

SALIDA BRUSCA DE UN DEPOSITO

l

d

δ

v

δ/d

l/d 0,008 0,016 0,024 0,032 0,04 0,048

≥ 0,5

0,3

0,2

0,1

0,05

0,02

0,01

0,005

0,88

0,85

0,81

0,75

0,68

0,62

0,58

0,55

0,78

0,75

0,70

0,65

0,58

0,55

0,53

0,51

0,68

0,65

0,67

0,58

0,54

0,52

0,51

0,60

0,57

0,56

0,54

0,52

0,54

0,53

0,52

0,51

0,51

gvJ2

2

ζ=

SALIDA SUAVE DE UN DEPOSITO

dv

r

r/d ζ

0,020

0,04

0,08

0,12

0,16

>0,2

0,50,37

0,26

0,15

0,09

0,06

<0,03

gvJ2

2

ζ=

ENSANCHAMIENTOS BRUSCOS Y SUAVES

v1 v2Dd α

gv

Ddm

gvJ

21

2

21

2221

−== ζ

m

5

αº

7,5

10

15

20

25

0,80,13

0,14

0,16

0,27

0,43

0,62

2,5

30

180

0,81

1

Page 299: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo298

FLYGT

ENTRADA LATERALQr

Ql

Q

gv

gvJ rl 22

22

ζζ +=

αº90º 60º 45º

0

0,2

0,4

0,6

0,8

-0,8

-0,25

0,30

0,70

0,45

-0,8

-0,25

0,15

0,45

0,60

-0,8

-0,25

0,10

0,30

0,95

QQl

αº

v

αº90º 60º 45º

0

0,2

0,4

0,6

0,8

0,1

0,25

0,2

0,05

-0,2

0,1

0,35

0,37

0,27

0,1

0,1

0,4

0,5

0,55

0,53

QQr

gv

gvJ rl 22

22

ζζ +=

Qr

Ql

Q

αº

v

αº90º 60º 45º

0

0,2

0,4

0,6

0,8

0,95

0,7

0,5

0,35

0.34

1,05

0,85

0,7

0,65

0,65

1,05

0,95

0,95

1

1,15

QQl

SALIDA LATERAL

αº45º-90º

0

0,2

0,4

0,6

0,8

0,03

-0,02

0

0,1

0,2

QQr

CODOS RECTOS

δº

ζ

22,5º 30º 45º 60º 75º 90º

0,17 0,2 0,4 0,7 1 1,5

Q δº

gvJ2

2

ζ=

Page 300: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

anexos 299

FLYGT

T simétrica

Q

Qa Qb

Q

Qa Qb

2

3,01

+=

QQa

raζ

2

3,01

+=

QQb

rbζ

+=

QQ

QQ ba

ra

2

32ζ

+=

QQ

QQ ab

rb

2

32ζ

CODOS en CURVA

δº

r

d

δº90º60º45º

1

1,5

2

3

4

0,33

0,29

0,27

0,26

0,26

0,41

0,36

0,35

0,35

0,35

0,48

0,43

0,42

0,42

0,42

dr

22,5º 135º 180º

0,11

0,1

0,09

0,08

0,08

0,19

0,17

0,16

0,15

0,15

0,25

0,22

0,21

0,20

0,19

gvJ2

2

ζ=

VALVULA DE RETENCION DE BOLA

gvJ2

2

ζ=

ζ = 0,1÷0,5 (Abierta)

Page 301: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo300

FLYGT

VALVULA DE MARIPOSA

βºgvJ2

2

ζ=

βº

ζ

<5º 10º 20º 30º 40º 45º

0,25÷0,30 0,52 1,54 3,91 10,8 18,7

50º 60º 70º

32,6 118 751

VALVULA DE COMPUERTA (TAJADERA)

l

dl/d ζ

1/80

2/8

3/8

4/8

5/8

6/8

0,120,15

0,26

0,81

2,06

5,52

17gvJ2

2

ζ=7/8 98

VALVULA DE RETENCION DE CLAPETA

gvJ2

2

ζ=

βº

ζ

10º 20º 30º 40º 50º

5,25 2,40 2,0 1,85 1,80

60º 70º 80º

1,55 0,90 0,5

βº

Page 302: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

anexos 301

FLYGT

2.- Monograma de cálculo de la función equivalente

Page 303: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo302

FLYGT

3.- Tablas para el cálculo de λ en función de re y K/D

λ K/D=0.00005 0.0001 0.00025 0,0005 0.001

.0197 68666 72424 86651 128834 4871040

.0198 67015 70600 84093 123405 1895410

.0199 65417 68837 81642 118332 1168350

.0200 63870 67134 79294 113585 840325

.0201 62370 65488 77041 109134 653555

.0202 60919 63898 74882 104952 532992

.0203 59512 62358 72806 101017 448748

.0204 58148 60870 70814 97312 386626

.0205 56826 59429 68898 93814 338888

.0206 55544 58034 67056 90507 301069

.0207 54300 56684 65284 87380 270405

.0208 53093 55376 63577 84417 245027

.0209 51923 54110 61935 81606 223683

.0210 50786 52882 60352 78939 205507

.0211 49683 51691 58826 76402 189821

.0212 48611 50537 57354 73989 176164

.0213 47571 49418 55934 71690 164168

.0214 46560 48333 54564 69499 153545

.0215 45578 47279 53241 67408 144078

.0216 44624 46257 51963 65412 135591

.0217 43696 45264 50728 63503 127938

.0218 42794 44301 49534 61678 121007

.0219 41916 43364 48379 59931 114701

.0220 41063 42455 47862 58257 108936

.0221 40233 41572 46182 56654 103655

.0222 39426 40713 45136 55114 98792

.0223 38640 39879 44123 53637 94304

Page 304: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

anexos 303

FLYGT

λ K/D=0.00005 0.0001 0.00025 0,0005 0.001

.0224 37875 39067 43141 52218 90152

.0225 37130 38277 42190 50855 86298

.0226 36405 37510 41269 49545 82712

.0227 35699 36763 40376 48283 79367

.0228 35011 36037 39509 47069 76242

.0229 34341 35329 38668 45900 73317

.0230 33688 34641 37853 44773 70571

.0231 33052 33970 37061 43686 67992

.0232 32431 33318 36292 42638 65562

.0233 31827 32682 35546 41627 63272

.0234 31237 32062 34821 40651 61110

.0235 30663 31459 34116 39707 59064

.0236 30102 30871 33431 38796 57128

.0237 29555 30297 32766 37915 55291

.0238 29022 29739 32199 37063 53548

.0239 28501 29194 31490 36239 51891

.0240 27994 28663 30877 35442 50315

.0241 27498 28145 30281 34670 48815

.0242 27014 27639 29702 33922 47384

.0243 26541 27146 29137 33197 46018

.0244 26079 26664 28587 32494 44714

.0245 25629 26195 28053 31813 43467

.0246 25189 25736 27531 31153 42274

.0247 24759 25289 27024 30512 41132

.0248 24339 24852 26529 29891 40037

.0249 23928 24425 26046 29287 38988

.0250 23527 24003 25576 28701 37981

.0251 23135 23601 25113 28132 37014

.0252 22752 23203 24671 27579 36085

Page 305: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo304

FLYGT

λ K/D=0.00005 0.0001 0.00025 0,0005 0.001

.0253 22377 22814 24235 27042 35191

.0254 22011 22435 23810 26519 34331

.0255 21653 22063 23395 26011 33504

.0256 21302 21701 22990 25517 32706

.0257 20960 21346 22595 25036 31938

.0258 20624 20999 22209 24569 31197

.0259 20297 20660 21832 24113 30482

.0260 19976 20328 21465 23670 29792

.0261 19662 20004 21105 23239 29126

.0262 19354 19686 20754 22818 28482

.0263 19053 19376 20412 22409 27860

.0264 18759 19072 20077 22010 27258

.0265 18471 18774 19749 21621 26676

.0266 18188 18483 19429 21242 26112

.0267 17912 18198 19116 20872 25566

.0268 17641 17919 18811 20512 25038

.0269 17376 17647 18512 20160 24526

.0270 17116 17379 18219 19817 24029

.0271 16861 17117 17933 19482 23548

.0272 16612 16861 17654 19155 23081

.0273 16368 16610 17380 18836 22628

.0274 16128 16363 17112 18525 22188

.0275 15893 16122 16850 18221 21761

.0276 15663 15886 16593 17924 21346

.0277 15438 15655 16342 17634 20943

.0278 15217 15428 16096 17350 20551

.0279 15000 15205 15856 17073 20170

.0280 14787 14987 15628 16802 19799

.0281 14579 14773 15389 16538 19439

Page 306: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

anexos 305

FLYGT

λ K/D=0.00005 0.0001 0.00025 0,0005 0.001

.0282 14375 14564 15163 16279 19088

.0283 14174 14358 14941 16026 18747

.0284 13977 14157 14724 15778 18414

.0285 13784 13959 14512 15536 18091

.0286 13595 13765 14303 15299 17776

.0287 13409 13575 14099 15068 17469

.0288 13227 13389 13899 14841 17169

.0289 13048 13206 13702 14619 16877

.0290 12872 13026 13510 14402 16593

.0291 12700 12850 13321 14190 16316

.0292 12531 12677 13136 13981 16045

.0293 12364 12507 12955 13777 15781

.0294 12201 12340 12777 13578 15524

.0295 12041 12177 12602 13382 15272

.0296 11884 12016 12431 13191 15027

.0297 11729 11858 12263 13003 14787

.0298 11578 11703 12098 12819 14553

.0299 11429 11551 11937 12639 14324

.0300 11282 11402 11778 12462 14101

.0301 11138 11255 11622 12289 13883

.0302 10997 11111 11469 12119 13669

.0303 10858 10970 11319 11953 13461

.0304 10722 10831 11172 11790 13257

.0305 10588 10694 11027 11630 13058

.0306 10456 10560 10885 11473 12863

.0307 10326 10423 10745 11319 12672

.0308 10199 10298 10608 11168 12485

.0309 10074 10171 10473 11020 12303

.0310 9951 10046 10341 10874 12124

Page 307: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo306

FLYGT

λ K/D=0.00005 0.0001 0.00025 0,0005 0.001

.0311 9830 9923 10211 10732 11949

.0312 9711 9801 10083 10591 11778

.0313 9594 9682 9958 10454 11610

.0314 9479 9565 9835 10319 11446

.0315 9366 9450 9714 10186 11285

.0316 9255 9337 9595 10056 11127

.0317 9145 9226 9478 9929 10973

.0318 9038 9117 9363 9803 10822

.0319 8932 9009 9249 9680 10674

.0320 8828 8903 9138 9559 10528

.0321 8725 8799 9029 9440 10386

.0322 8624 8697 8922 9323 10246

.0323 8525 8596 8816 9209 10110

.0324 8427 8497 8712 9096 9975

.0325 8331 8399 8610 8985 9844

.0326 8237 8303 8509 8876 9715

.0327 8144 8209 8410 8769 9588

.0328 8052 8116 8313 8664 9464

.0329 7962 8024 8217 8561 9342

.0330 7873 7934 8123 8459 9222

.0331 7785 7845 8030 8359 9105

.0332 7699 7758 7939 8261 8990

.0333 7615 7672 7850 8164 8877

.0334 7531 7587 7761 8069 8765

.0335 7449 7504 7674 7976 8656

.0336 7368 7422 7589 7884 8549

.0337 7288 7341 7505 7794 8444

.0338 7210 7262 7422 7705 8341

.0339 7132 7183 7340 7617 8239

Page 308: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

anexos 307

FLYGT

λ K/D=0.00005 0.0001 0.00025 0,0005 0.001

.0340 7056 7106 7260 7531 8140

.0341 6981 7030 7181 7446 8042

.0342 6907 6955 7103 7363 7946

.0343 6834 6881 7026 7281 7851

.0344 6763 6809 6950 7200 7753

.0345 6692 6737 6876 7121 7667

.0346 6622 6666 6803 7043 7577

.0347 6553 6597 6730 6966 7489

.0348 6486 6528 6659 6890 7402

.0349 6419 6461 6589 6815 7317

.0350 6353 6394 6520 6742 7233

.0351 6289 6329 6452 6669 7150

.0352 6225 6264 6385 6598 7069

.0353 6162 6200 6319 6528 6989

.0354 6100 6137 6254 6459 6911

.0355 6038 6076 6190 6391 6834

.0356 5978 6014 6127 6324 6758

.0357 5918 5954 6064 6258 6683

.0358 5860 5895 6003 6192 6609

.0359 5802 5836 5943 6128 6537

.0360 5745 5779 5883 6065 6466

.0361 5688 5722 5824 6003 6396

.0362 5633 5666 5766 5942 6327

.0363 5578 5610 5709 5881 6259

.0364 5524 5556 5652 5822 6192

.0365 5471 5502 5597 5763 6126

.0366 5418 5449 5542 5705 6061

.0367 5367 5396 5488 5648 5997

.0368 5315 5345 5435 5592 5934

Page 309: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo308

FLYGT

λ K/D=0.00005 0.0001 0.00025 0,0005 0.001

.0369 5265 5294 5382 5536 5873

.0370 5215 5243 5330 5482 5812

.0371 5166 5194 5279 5428 5752

.0372 5118 5145 5229 5375 5692

.0373 5070 5097 5179 5322 5634

.0374 5023 5049 5130 5271 5577

.0375 4976 5002 5081 5220 5520

Page 310: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

anexos 309

FLYGT

4.- Pérdidas de carga en mangueras

Page 311: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeos310

FLYGT

5.- Diagrama de Moody

Page 312: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeos 311

FLYGT

ANEXO III: Otros equipos TFB – Flygt

1.- Equipos para tratamientos terciarios:aplicaciones en reutilización de agua

En muchas partes del mundo, la disponibilidad del agua ha llegado a ser unabarrera para el desarrollo municipal y el crecimiento industrial. La preocupaciónpública sobre la salud y el medioambiente, además de las limitaciones desuministro de agua potable en muchas regiones, han creado una necesidad detecnologías innovadoras que pueden generar efluentes filtrados de alta calidadque sirvan para la reutilización.

1.1.- MEMBRANAS DE ULTRAFILTRACIÓN

Las membranas de ultrafiltración (UF) separan las partículas y materia coloidal delagua. Comparada con la filtración granular convencional, la tecnología UF esmás eficiente en términos de tamaño de la planta, así como en la eliminación debacterias y virus. Para controlar la eficacia de los sistemas UF, se utilizan métodoscualitativos tales como la determinación de la turbidez o el índice de la densidaddel sedimento (SDI).

La UF ha llegado a ser mucho más aceptada y económicamente viable en losúltimos años porque las membranas son menos caras de producir, los sistemas sonmás fáciles de controlar y los operadores aceptan esta nueva tecnología. Sucontrol por parte de los PLCs, garantiza un mejor funcionamiento con muchosmenos contratiempos.

El crecimiento en la utilización de membranas de UF ha surgido no sólo por lasmejoras tecnológicas que aporta, sino por las mejoras económicas en proyectosvistos de forma global:

Los sistemas de membrana integrados, tales como UF y ósmosis inversa (OI),poseen formas de control útiles, minimizan los vertidos de agua sucia residual,y ofrecen la posibilidad de reutilización del agua.

La posibilidad de combinar las membranas en un proceso de tratamiento, daopción a que el agua sea reutilizada más tarde, en vez de comprarcontinuamente ‘agua nueva’ y pagar más por su vertido.

CONFIGURACIONES DEL PROCESO

Para la reutilización del agua, se ha utilizado con éxito la UF en combinación conlos procesos biológicos que tratan el agua residual. Hay dos configuracionesbásicas para combinar el proceso biológico con la UF.

Page 313: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo312

FLYGT

En la primera configuración, los dos procesos están integrados en una sola etapaen un bioreactor (MBR) de membranas. Esta configuración ofrece sinergias realesentre los dos procesos. Debido a que las membranas mantienen la biomasa en elbioreactor, el proceso biológico puede estar funcionando bajo condiciones quemaximizan la eliminación de carbono orgánico y nutrientes.

La segunda configuración, llamada filtración terciaria, coloca la UF tras unproceso biológico. Esta configuración es más práctica cuando se reutiliza el aguade una planta biológica existente. Además, debido a que las membranas estánfiltrando un agua con una concentración más baja de sólidos en suspensión,éstas pueden funcionar frecuentemente con mayores flujos.

APLICACIONES

El tratamiento biológico y la UF proporcionan una excelente calidad de agua enmuchas aplicaciones de reutilización. También constituyen un pretratamientofiable para la OI, cuando se precise la eliminación de contaminantes disueltos osales. La industria está empezando a ser una de las aplicaciones más atractivas yen crecimiento, donde la motivación para la reutilización es incluso másimportante, debido al coste del tratamiento del agua residual producida ademásdel coste que genera la compra y tratamiento del agua de proceso.

De esta forma, en la industria hay siempre una posibilidad de reciclar aguaporque hay muchas áreas dentro de la planta donde el agua puede reutilizarse(torres de refrigeración, equipos de lavado, agua de alimentación a calderas), yeso requiere diferentes niveles en la calidad del tratamiento.

Muchas otras aplicaciones de UF con membranas para la reutilización del aguase encuentran hoy en áreas municipales e industriales, donde la normativa devertido del agua residual y de la reutilización del agua tienen que serforzosamente cumplidas debido a la escasez de agua.

Membranas de UF ZeeWeed®

Las características claves de las membranas sumergidas de UF ZeeWeed®, seilustran en la gráfica que se muestra a continuación. La membrana es una fibrahueca filtrante desde el exterior hacia el interior bajo una ligera succión. Elmódulo es ‘sin cubierta’ y está sumergido directamente en el agua que debefiltrarse. Se utiliza aire para limpiar la suciedad de la superficie de la membrana ylimpiar los haces de membranas de fibra hueca. Las operaciones dealimentación y purga se hacen al nivel del tanque.

Page 314: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

anexos 313

FLYGT

Los productos ZeeWeed® son membranas de UF asimétricas que rechazan todoslos sólidos en suspensión y coloidales, incluyendo los virus. Están hechas depolímero hidrofílico tolerante al cloro. La misma membrana se usa en las dosconfiguraciones de membrana- la Serie ZeeWeed® 500 y la Serie ZeeWeed® 1000.

Serie ZeeWeed® 500

La Serie ZeeWeed® 500 está construida con un refuerzo interno, constituyendo asíuna fibra hueca de mayor diámetro. El diámetro exterior de las fibras huecas esde 1.9 mm y son flexibles y con alta resistencia a la tensión – dos propiedades quepermiten la limpieza con aire en aplicaciones difíciles. A su vez, los módulos sonestructuras rectangulares que contienen delgados haces de fibras huecas. Estasfibras se montan verticalmente entre los colectores permitiendo el movimiento, lapenetración del aire y renovación de agua dentro del haz.

Los módulos son ensamblados lado por lado en casetes, dejando espacio para lacirculación de agua y la limpieza con aire. Los casetes tienen integradoscolectores, para recoger el permeado y distribuir el aire; son bloques que sesumergen dentro del tanque de filtración y están conectados con los colectoresde aire y de permeado.

Muchas generaciones de casetes de la Serie ZeeWeed® 500, han idointroduciéndose a lo largo de los años. Utilizando la misma membrana y eltamaño de los casetes para asegurar la compatibilidad, se han hecho mejorasen los módulos, los casetes y el sistema de aireación.

Serie ZeeWeed® 1000

La Serie ZeeWeed® 1000 es la quinta generación de membranas sumergidasZeeWeed®. Se dirige hacia aplicaciones con concentraciones de sólidos en

Afuera-adentroMódulo sin cubierta externa-

Tanque abierto

Suave succión

Limpieza con aire

Alimentación y purga alnivel del tanque

Aire

Alimentación

Purga

Figura 1: Principio de operación de la membrana sumergida ZeeWeed®

Page 315: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo314

FLYGT

suspensión bajas, y está basada químicamente en la misma membrana toleranteal cloro utilizada en las Series ZeeWeed® 500.

La construcción de los sistemas de las Series ZeeWeed® 1000 se basa en unelemento de membrana paralelepípedico con fibras huecas montadas entre doscolectores verticales. Las fibras huecas proporcionan una alta densidad en elempaquetamiento del módulo. Las coberturas recogen las fibras, dejandosolamente la parte inferior y superior abiertas para crear un canal de flujo verticalen los haces de fibras.

Los casetes (Figura 2b) son construidos acoplando elementos en vertical yhorizontal. En vertical, la estructura estándar tiene tres elementos, pero en lostanques poco profundos, pueden ajustarse fácilmente estructuras de uno o doselementos. El casete que se ilustra en el siguiente gráfico contiene 48 elementosen tres filas.

Un elemento puede ser extraído del casete, deslizándolo como si fuera un libro enuna estantería. Cada estructura de elementos está conectada al colector depermeado que se extiende horizontalmente sobre el casete. Cuando se comparacon las Series ZeeWeed® 500, la Serie 1000 representa una reducción significativade la planta y del consumo de energía. Además, su diseño le permite adaptarsea tanques de varias dimensiones para aumentar la capacidad de plantas detratamiento convencionales existentes.

Figura 2: (a) Casete Serie ZeeWeed® 500; (b) Casete Serie ZeeWeed® 1000

Page 316: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

anexos 315

FLYGT

Las unidades de membrana de las Series ZeeWeed® 500 y ZeeWeed® 1000 soncomplementarias.

La Serie ZeeWeed® 500 se dirige hacia aplicaciones con alto contenido ensólidos, tales como:

• El proceso ZeeWeed® MBR donde las membranas están inmersas dentro de8.000- 15.000 mg/L de biomasa;

• Mejora de los procesos de coagulación donde los sólidos coagulados sonseparados directamente por la membrana;

• Espesamiento de fangos en plantas residuales convencionales; y• Filtración con membrana de doble etapa, donde se requiere una alta

recuperación (más del 98%).

La Serie ZeeWeed® 1000 se dirige hacia aplicaciones con bajo contenido ensólidos incluyendo:

• Filtración de agua superficial:• Pulido de agua estancada; y• Pretratamiento de agua de mar para ósmosis inversa.

Aunque ambas membranas pueden usarse para filtración terciaria de aguaresidual, la Serie ZeeWeed® 500 se prefiere para plantas pequeñas cuando elcaudal es variable, y se preveen desajustes resultantes de la calidad del efluente.Además, se adapta bien a aplicaciones donde tratamientos biológicos (porejemplo, pulido para la eliminación de DBO/DQO) o químicos (por ejemplo,precipitación de fósforo) complementarios sean requeridos.

Sistema MBR y membrana: ZeeWeed® MBR

El proceso ZeeWeed® MBR consiste en un reactor biológico integrado con unsistema de membranas de UF. La membrana reemplaza al clarificadorconvencional de una planta de fangos activos como la última barrera para elcontrol de la biomasa.

El primer beneficio de los sistemas MBR es que producen un efluente terciario demejor calidad (Tabla 1). Las membranas de UF reemplazan los clarificadoresprimarios y secundarios, proporcionando separación de sólidos por filtración envez de por gravedad. En un sistema convencional biológico, el funcionamiento yla eficacia están limitados por la capacidad del clarificador de separar los sólidospor gravedad de la corriente del licor mezcla. Esto es función de la eficiencia delos operadores y de la variabilidad hidráulica y de la carga orgánica. Cuando seproduce un trastorno del sistema, los sólidos se pueden perder y elfuncionamiento de la planta puede estar comprometido.

Page 317: El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

bombas sumergibles y estaciones de bombeo316

FLYGT

Tabla 1: Calidad típica del efluente en ZeeWeed® MBR

Parámetro Calidad del EfluenteDBO5 < 2 mg/L

TSS < 2 mg/LAmoniaco < 1 mg/L

NT < 10 mg/L*PT < 0.1 mg/L**

Turbidez < 0.2 NTUSDI < 3

* con zona anóxica** con adición de coagulante

La ventaja del uso de membranas por UF en procesos MBR:

El efluente está libre de sólidos en suspensión, independientemente de laeficacia del biotratamiento. El efluente está libre de protozoos y quistes, ytiene una reducción significativa de bacterias y virus, proporcionando unefluente que puede también ser aceptado para normas futuras más estrictas.

Un efluente libre de sólidos en suspensión asegura que el fósforo insoluble esretenido dentro del bioreactor, asegurando además una alta calidad delefluente. Esto también se traduce en menor dosificación de coagulante yaque sólo requiere la eliminación del fósforo microfloculado, lo que permite eldesarrollo de plantas que tienen requisitos estrictos de vertido de fósforo.

Los niveles en el efluente de DBO, nitrógeno, fósforo y sólidos en suspensión,son muy bajos, cumpliendo así criterios de tratamiento terciario sin necesidadde filtros adicionales.

Un beneficio secundario es que los sistemas MBR constituyen plantasextremadamente pequeñas, tan pequeñas como 1/10 parte del tamaño de lasplantas convencionales para la reutilización de agua residual. Esta planta depoca ocupación se consigue porque el sistema combina clarificación, aireacióny filtración dentro de un proceso en una sola etapa, como se ilustra en la Figura 3.Como no se necesita la decantación del fango, los procesos MBR son diseñadoscon sólidos en suspensión en el licor mezcla de 8.000 a 15.000 mg/L, lo que setraduce en reactores biológicos mucho más pequeños. Al ser el sistema MBRpequeño, se puede meter en un edificio con lo que no se ve, además deintegrarse al entorno.

Operando a niveles de MLSS de 15.000 mg/L, el proceso MBR se convierte en unsistema medioambiental significativamente más eficaz, que mejora la eliminaciónde la materia orgánica reduciendo la producción de fangos. La mayoría de lossistemas MBR operan eficazmente con cortos Tiempos de Retención Hidráulica(HRT), y están diseñados para proporcionar largos Tiempos de Retención deSólidos (SRT). En aplicaciones comerciales, el sistema completo se localizanormalmente dentro un edificio, cerca de la fuente de agua residual, lo quereduce los costes de instalación e infraestructura.

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En las plantas municipales de mayor tamaño, los procesos MBR son diseñadostípicamente con menores HRT (2 a 8 horas), mayores SRT (10 días a 40 días) yvolúmenes significativamente menores de bioreactor.

Los sistemas MBR ZENON se basan en casetes de membrana modulares, los cualesestán ensamblados con módulos de membrana individuales. Este diseño modularpermite a las plantas existentes incrementar la capacidad más de 4 veces con lamisma planta simplemente sumergiendo las membranas de UF directamente enlos tanques existentes. Una planta típica MBR será diseñada con un espacioadicional en el tanque de membranas. Este espacio extra permite una instalaciónmás fácil de casetes adicionales que se podrían acomodar para futurasexpansiones y aumentos de caudal.

Figura 3: Proceso ZeeWeed® MBR frente a los procesos convencionalesde tratamiento de aguas residuales

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bombas sumergibles y estaciones de bombeo318

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3.2.- Agitadores sumergibles

Con el mismo concepto de la bomba sumergible, FLYGT inventó en el año 1.978el agitador sumergible: un motor sumergible cuyo eje accionaba una hélicepropulsora y mezcladora.

Los agitadores sumergibles, adiferencia de los montados enseco, ofrecen un alto grado derendimiento además de una granflexibilidad en cuanto a lacolocación y orientación delchorro.

La aplicación fundamental de losagitadores es la homogeneizaciónde depósitos, ya sea para mezclarfluidos de diferentes característicaso mantener partículas ensuspensión. Dentro de los procesosde tratamiento de aguas; tienenaplicación en: reactores biológicosy digestores de fangos y depósitos

de regulación, de almacenamiento y de estabilización del pH. También tienenaplicación en otros procesos industriales como: procesado de pasta de papel,mezcla de fluidos y minerales, mezcla de cal, mezcla de bentonita,intercambiadores de calor, tanques deenfriamiento, prevención de formación dehielo etc.

Dentro de los agitadores sumergibles, TFB-Flygt también ha desarrollado una gama deagitadores lentos de gran diámetro de paladenominados aceleradores de corriente o de“banana”. Estos equipos tienen especialaplicación en los tratamientos biológicos deaguas tipo carrusel, donde el objetivo esgenerar un movimiento continuo de la masatotal de agua, para hacerla pasar de la zonaaireada aireada a la zona anóxica con lamenor energía posible,

Esquema de flujo producido por un agitador en undepósito circular

Agitador banana para grandesvolúmenes

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3.3.- Tamiz de escalera autolimpiante

El tamiz de escalera es un equipo especialmente diseñado para la extracción desólidos contenidos en aguas urbanas e industriales de manera automática y deefecto autolimpiante.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: SISTEMA DE TRABAJO A LA DEMANDA

El tamiz de escalera está compuesto por un conjunto de láminas en toda lalongitud del mismo, unas móviles y otras fijas intercaladas, que se soportanmediante un bastidor.

Cuando se inicia el funcionamiento del tamiz, todas las cuchillas móviles inicianun movimiento ascendente, desplazando el manto hacia la parte superior hastallegar a la zona de descarga.

Su sistema de trabajo adecuado a la demanda (ya sea cuando se genera unadiferencia de nivel aguas arriba / abajo, o simplemente cuando el fluido alcanzaun nivel determinado aguas arriba), permite que los sólidos contenidos en elfluido se depositen sobre el tamiz, formándose así el manto que es el querealmente realiza el tamizado. También es posible temporizar el funcionamientodel tamiz.

PRINCIPALES VENTAJAS DEL TAMIZ DE ESCALERA FLYGT:

• Robusto sistema de motorreductor ytransmisión, dando lugar a una larga vida delequipo. Sistema fiable y sencillo.

• Sistema de alineación y apriete en elmontaje de las cuchillas, garantizandouna mayor rigidez del conjunto.

• Detector de arranque y parada de lascuchillas móviles con prevención delefecto “rolling back” de los residuos.

• Capacidad de tamizado con un pasoinferior a la distancia entre cuchillas,gracias a la formación del manto deresiduos.

• Protección de seguridad mediantecubierta incluida, con sistema deseguridad a la apertura de la puerta deinspección

Representación gráfica del tamiz de escalera deFlygt

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3.4.- Difusores de burbuja fina

Para el tratamiento biológico de un proceso de fangos activos de unadepuradora es fundamental la selección de un sistema de aireación de bajoconsumo, ya que la energía consumida por este sistema supone entre un 50 y un80% del total de la energía consumida.

Los sistemas de aireación mediante difusores de burbuja fina constituyen elmétodo más eficiente para la transferencia de oxígeno.

El sistema de aireación propiamente dicho consiste en una soplante que insuflaaire a través de una tubería de alimentación a las parrillas de difusores de burbujafina. La parrilla de difusores consta de una bajante que une la tubería dealimentación con el colector de la parrilla. Dicho colector distribuye a las líneas yéstas , a su vez, a los difusores.

Todas las piezas y tuberías de la parrilla están fabricadas en PVC que contieneuna concentración mínima del 2% de dióxido de titanio con el fin de evitar elenvejecimiento del PVC por efecto de los rayos ultravioletas del sol.

Al mismo tiempo la fijación de las tuberías al fondo del depósito se realiza consoportes de acero inoxidable, especialmente dimensionados para aguantar losesfuerzos de empuje de la parrilla así como las cargas alternativas originadas por

Bajante Colector

Línea aire

Soporte Purga

Difusoor

Parrillas de difusores de burbuja fina Flygt

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las vibraciones y pulsaciones de caudal emitidas por la soplante. Estos soportes sefijan al fondo del depósito mediante un taco de expansión y son regulables enaltura para poder nivelar toda la parrilla.

La membrana difusora del aire es de EPDM reforzado y es la encargada degenerar las microburbujas de aire. La calidad del material, el diseño de la mismay el número de perforaciones determinarán su vida útil.

El rendimiento de transferencia de oxígeno (SOTE Standard Oxygen TranserEficiency) vendrá determinado fundamentalmente por, entre otros, los siguientesfactores:

• Tiempo de permanencia o contacto de la burbuja en el licormezcla.

• Sumergencia del difusor (altura de lámina de agua por encimadel mismo).

• Caudal de aire por difusor y más directamente pormicroperforación.

• Densidad de difusores

La membrana del difusor está con las microperforaciones cerradas si la soplanteno está en funcionamiento, evitando así el retorno del fluído hacia el interior delas tuberías. Es en el momento de funcionar la soplante cuando el aire que seacumula adquiere una determinada presión que abre la microperforaciones dela membrana originándose las burbujas finas.

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ANEXO IV: Tablas de presión de saturación (vapor)del agua a distintas temperaturas

Temperatura(ºC)

Presión desaturación (Bar)

Temperatura(ºC)

Presión desaturación (Bar)

1 0,006566 24 0,02982

2 0,007055 25 0,03166

3 0,007575 26 0,03360

4 0,008129 27 0,03564

5 0,008718 28 0,03778

6 0,009345 29 0,04004

7 0,010012 30 0,04241

8 0,010720 31 0,04491

9 0,011472 32 0,04753

10 0,012270 33 0,05029

11 0,013116 34 0,05318

12 0,014014 35 0,05622

13 0,014965 36 0,05940

14 0,015973 37 0,06274

15 0,017039 38 0,06624

16 0,018168 39 0,06991

17 0,019362 40 0,07375

18 0,02062 41 0,07777

19 0,02196 42 0,08198

20 0,02337 43 0,08639

21 0,02485 44 0,09100

22 0,02642 45 0,09582

23 0,02808 46 0,10086

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anexos 323

FLYGT

Temperatura(ºC)

Presión desaturación (Bar)

Temperatura(ºC)

Presión desaturación (Bar)

47 0,10612 69 0,2984

48 0,11162 70 0,3116

49 0,11736 71 0,3253

50 0,12335 72 0,3396

51 0,12961 73 0,3543

52 0,13613 74 0,3696

53 0,14293 75 0,3855

54 0,15002 76 0,4019

55 0,15741 77 0,4189

56 0,16511 78 0,4365

57 0,17313 79 0,4547

58 0,18147 80 0,4736

59 0,19016 91 0,7281

60 0,19920 92 0,7561

61 0,2086 93 0,7849

62 0,2184 94 0,8146

63 0,2286 95 0,8453

64 0,2391 96 0,8769

65 0,2501 97 0,9094

66 0,2615 98 0,9430

67 0,2733 99 0,9776

68 0,2856 100 1,0133