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Sistemas de Impulsion

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SISTEMAS DE IMPULSION

INDICE Materia Pgina

1. Introduccin........................................................................................... 1 2. Tipos de Bombas................................................................................... 1 2.1 Bombas centrfugas o radiales........................................................ 1 2.2 Bombas axiales o helicoidales........................................................ 3 2.3 Bombas de flujo mixto................................................................... 3 3. Fuentes de Energa................................................................................ 4 4. Clculo de la Altura Manomtrica o Dinmica (H).............................. 4 4. 1 Altura esttica................................................................................ 4 4.2 Prdidas por friccin....................................................................... 6 4.3 Prdidas singulares..........................................................................7 4.4 Requerimientos de presin (P) del sistema.................................... 9 4.5 Altura representativa de velocidad (V/2g).................................... 10 5. Fenmeno de Aspiracin..................................................................... 10 5.1 Altura terica de succin...............................................................11 6. Potencia de la Bomba...........................................................................11 7. Curvas Caractersticas ............................ .................................. .........13 8. Conexin de Bombas .............................. ........................................... 13 8.1 Bombas en serie ............................... ........................................... 14 8.2 Bombas en paralelo.......................... ........................................... 14 9. Seleccin de Bomba ............................... ........................................... 15 9.1 Consideraciones generales sobre instalaciones y funcionamiento . 15 9.1.1 Curvas caractersticas........................................................... 15 9.1.2 Cavitacin ............................................................................ 15 9.1.3 Golpe de ariete ..................................................................... 15 9.1.4 Cebado.................................................................................. 15 9.1.5 Potencia para bombas elctricas........................................... 16 10. Cmo Calcular la Potencia de la Bomba .......................................... 16 1 0. 1 Estimacin del dimetro ........................................................ 16 10.2 Prdidas de energa por friccin .............................................. 17 10.3 Prdidas singulares .................................................................. 17 10.4 Requerimientos de presin ...................................................... 18 10.5 Altura representativa de velocidad .......................................... 19 10.6 Energa de la bomba o altura manomtrica total (Hmt) .......... 19 1 1. Uso de las Curvas Caractersticas.................................................... 20 12. Accesorios Mnimos que se Deben Considerar en un Sistema de.... 24 impulsin 13. Apndice ........................................................................................... 26 14. Literatura Recomendada ................................................................... 27

SISTEMAS DE IMPULSION1. INTRODUCCION Un sistema de impulsin consiste bsicamente en captar agua desde un determinado lugar y elevarla o impulsarla a otro punto, ubicado por lo general a un nivel ms alto. Al momento de realizar el diseo de un sistema de impulsin, se deben tener presentes mltiples factores como por ejemplo; disponibilidad de artculos en el mercado, costos, calidad, garanta de los elementos, fonna de instalacin, etc. los que indicarn las dimensiones ms apropiadas de los elementos a utilizar, en especial las caractersticas y dimensiones de la bomba y tuberas. 2. TIPOS DE BOMBAS Existen tres tipos de bombas comnmente usadas en la captacin de aguas: 1) Centrfugas o radiales 2) Axiales o helicoidales 3) De flujo mixto 2.1 Bombas centrfugas o radiales Son las ms populares y a veces las nicas existentes en el mercado. Se caracterizan por hacer uso de la fuerza centrfuga para impulsar el agua; razn por la cual, el agua sale perpendicular al eje de rotacin del labe o rodete. Este tipo de bomba proporciona un flujo de agua suave y uniforme. Se adapta a trabajos a velocidades altas, las que son normales en motores elctricos. Son especialmente indicadas para elevar caudales pequeos a gran altura. Las partes de una bomba se muestran en la siguiente figura.

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FIGURA 1. Bomba centrfuga con motor elctrico. a.-Vista lateral; b.- Vistafrontal

FIGURA 2. Partes de una bomba

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Segn la numeracin de lafigura 2 se tiene la siguiente descripcin: TABLA 1. Denominacin de partes y piezas para bombas centrfugas unicelulares

2.2 Bombas axiales o helicoidales No hacen uso de la fuerza centrfuga para elevar el agua, sino que empujan el agua tal como un ventilador impulsa el aire que lo rodea, razn por la cual el agua sale paralela al eje de rotacin del impulsor. Son especialmente indicadas, para elevar grandes caudales a baja altura, pudiendo elevar hasta 11 m3/seg a alturas de 1 a 6 metros. 2.3 Bombas de flujo mixto Para aprovechar las ventajas de sencillez y poco peso de las bombas helicoidales y aumentar la altura de elevacin, se modifica la forma de los rabes de la hlice, dndoles una forma tal que imparten al agua una cierta fuerza centrfuga. Alcanzan su mejor rendimiento con gastos entre 30 y 3.000 litros/segundo y alturas de elevacin de 3 a 18 metros. Casi la totalidad de las bombas comercializadas en Chile corresponden a las del tipo centrfuga, existiendo modelos especficos para caudal y otros para altura de presin.

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3. FUENTES DE ENERGIA Las fuentes de energa posibles de utilizar son, las que tengan un costo de operacin e instalacin lo ms econmico posible y acorde a las condiciones del sector donde se pretende instalar el sistema, destacndose entre ellas las siguientes: Energa elica Energa solar Energa elctrica monofsica Energa elctrica trifsica Combustin (bencinera, parafina o diesel)

La eleccin de una u otra alternativa queda a criterio del consultor, el cual deber verificar la disponibilidad de alguna de ellas, la existencia de equipos comerciales que generen la energa, existencia de repuestos, seguridad de operacin y mantencin del sistema. En la presente cartilla divulgativa se entregan recomendaciones sobre la eleccin del equipo de impulsin, el que deber ser accionado por alguna de las fuentes energticas antes mencionadas. 4. CALCULO DE LA ALTURA MANOMETRICA O DINAMICA (H) La presin de una bomba o energa mecnica transmitida al lquido debe ser tal, que peemita al agua vencer los siguientes factores:

La altura esttica (diferencia de nivel entre la toma y entrega del agua). Las prdidas de carga por friccin del fluido con la tubera (HF). Prdidas por singularidades o accesorios (Hs). Los requerimientos de presin si, por ejemplo, se hace funcionar un equipo de riego presurizado (P). La altura representativa de velocidad (V2/2g).

4.1 Altura esttica Se denomina altura esttica (figura 3) a la diferencia de altura entre el punto de toma de agua y donde se entrega. Se divide en a) Carga esttica de aspiracin. b) Carga esttica de elevacin.

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FIGURA 3. Esquema de cargas estticas en un sistema de bombeo

Carga manomtrica total = Carga esttica total + Carga dinmicaFIGURA 4. Esquema de carga dinmica en un sistema de bombeo

En los siguientes puntos se explicarn las diversas metodologas para el clculo de la carga dinmica, mostrada en la figura 4, la cual estar compuesta por las prdidas por friccin, singularidades, altura de velocidad y presin de trabajo de los accesorios que se incluyan en la red de impulsin.

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4.2 Prdidas por friccin (HF) Prdida por friccin se define a la prdida de energa producto de la resistencia que la caera opone al paso del agua. La frmula general tiene la siguiente expresin: HF =J*L Donde: J = Prdidas de carga por cada metro de tubera, expresada en metros. L = Longitud de la caera de conduccin, en metros. Puede calcularse utilizando la ecuacin de Hazen y Williams, la cual es la ms ampliamente utilizada en Chile:

j=

Q 1.85_______ (0.28 . C)1.85 . d 4.86

Donde: Q Caudal a transportar (m3/s). d Dimetro interior de la tubera (m). C Coeficiente de rugosidad de Hazen y Williams. Estas prdidas deben calcularse para la seccin de aspiracin y elevacin respectivamente, teniendo en consideracin lo siguiente: No confundir la altura de aspiracin, que va desde el nivel del agua hasta el eje de la bomba con la longitud de la tubera de aspiracin que es el recorrido desde el chupador hasta la entrada a la bomba. No confundir la altura de elevacin, que va desde el eje de la bomba hasta el punto donde se entregar el agua con la longitud de la tubera de elevacin, que es el recorrido desde la salida de la bomba hasta donde se entregar el agua.

TABLA 2. Coeficiente de rugosidad de Hazen-Williams para diferentes materiales.

Ejemplo: 6

Detenninar la prdida de carga en una tubera de 100 metros de largo de acero de 120 mm de dimetro interior, en la cual se transportan 17 lt/s ( 1.000 litros = 1 m3) De la tabla 1 se obtiene que el coeficiente de rugosidad de Hazen y Williams para el acero, el cual es C =140, por lo tanto, la expresin queda escrita como:

j = _____0, 01 7 1,85_______ = 0.0179 [ m/m ] (0,28 . 140)1,85 . 0,120 4,86 Esto significa que se pierden 1, 7 cm de presin por cada metro de tubera. En este caso se utilizan 100 m de tubera, por lo tanto, la prdida de energa por friccin es de 1, 7 m. Una

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