BOMBAS EN SISTEMAS DE TUBERÍAS
51
CAPÍTULO 4 BOMBAS EN SISTEMAS DE TUBERÍAS
Transcript of BOMBAS EN SISTEMAS DE TUBERÍAS
CAPÍTULO 4 BOMBAS EN
SISTEMAS DE TUBERÍAS
Bombas en Sistemas de Tuberías
Bombas de flujo axial: generan un caudal alto con una baja presión
Bombas de flujo mixto: tienen características que semejan algo intermedio a los dos casos
Las bombas rotodinámicas se clasifican de acuerdo a la forma de sus rotores (impulsores) en:
Bombas centrífugas (flujo radial) Presenta una presión relativamente alta con un caudal bajo
Bomba flujo axial
Bomba flujo mixto
Los tipos de bombas pueden ser definidos en forma más explícita utilizando un parámetro dimensional llamado "Velocidad Específica" (Ns):
Donde:Q = Caudal en galones americanos por minuto (gpm).H = Altura total de la bomba en pies.N = Velocidad rotacional en revoluciones por minuto (rpm)
La expresión para velocidad específica se encuentra teniendo en cuenta consideraciones de similaridad dinámica, en conjunto con técnicas de análisis dimensional como las utilizadas en el Capítulo 1 para deducir la ecuación de Darcy-Weisbach
(4.1)75.0
5.0
HNQ
Ns
En la siguiente tabla se muestra una clasificación general de las bombas rotodinámicas, tomando como criterio la velocidad específica.
TIPO DE BOMBA RANGO DE Ns
CENTRIFUGA 500 a 2000
FLUJO MIXTO 2000 a 7000
FLUJO AXIAL 7000 a 15000 Los rangos anteriores se deben interpretar como una guía rápida para establecer que tipo de flujo es el más probable en una determinada bomba. Para un diseño de bomba dado, la velocidad específica puede cambiarse si se aumenta o disminuye la velocidad de rotación de la bomba. Los valores típicos de ésta están dados por las velocidades de los motores, las cuales son: 450, 900, 1800 y 3600 rpm.
Para seleccionar la velocidad del motor que mejor se adapte a una bomba dada, se deben balancear dos factores opuestos:
Una alta velocidad de rotación implica problemas de desgaste en los cojinetes de ejes y problemas de cavitación y transientes hidráulicos.
Una velocidad alta produce una velocidad específica alta (ver ecuación 4.1) y para valores de Ns menores a 2000 (Bombas rotodinámicas centrífugas rápidas) se logra un aumento en la eficiencia.
Línea de Gradiente Hidráulico en Sistemas Bomba-Tubería
La presencia de bombas en sistemas de tuberías afectan las líneas de energía total y de gradiente hidráulico del flujo.
El aumento se refleja en la altura manométrica en cada punto, con lo cual se afecta la forma y pendiente de las líneas de energía total y de gradiente hidraúlico.
Las bombas son máquinas hidráulicas cuyo objetivo es convertir energía mecánica de rotación en energía cinética o potencial del fluido dentro del sistema. El efecto es añadir energía por unidad de peso (altura de velocidad o altura de presión) al flujo.
Una bomba colocada en un sistema de tubería simple. La bomba añade energía al flujo y por consiguiente eleva las
líneas de energía total y de gradiente hidráulico.
La figura muestra las líneas de energía total y de gradiente hidráulico para un sistema de bombeo, el cual incluye una bomba única colocada sobre una tubería simple (diámetro y rugosidad absoluta constantes).
En el diagrama es claro que la bomba debe vencer la altura estática HT más las pérdidas menores y las de fricción. Tal como se mencionó antes:
(4.2)
ggp
ggp
H ssddm 22
22 vv
En donde:
gg
p
gg
pH ssdd
m 22
22 vv
(4.2)
smfs
ss hhg
zg
p 2
v 2
1
dmff
dd hhhg
zg
pdd 21
2
2 2
v
mfsffm hhhhzzHdd 2112
y:
Luego:
Teniendo en cuenta la figura 4.1 se puede reducir esta última ecuación :
Donde:HT = altura topográfica que debe ser vencida por la bomba.
En la ecuación (4.2), se está suponiendo que:
es decir, que el diámetro de la tubería permanece constante en el sistema. No se incluyen pérdidas menores en la bomba en sí ya que éstas se tienen en cuenta en la eficiencia de ésta.
(4.3) mfTm hhHH
ds vv
CURVAS DE UN SISTEMA BOMBA-TUBERÍA 1. Curvas de la Bomba
Esquema de las curvas de la bomba y
de eficiencia de la bomba. Usualmente
estas curvas se obtienen en laboratorio.
Las curvas de altura total contra caudal y contra eficiencia son suministradas por los fabricantes de las bombas. La primera de éstas (Q vs. Hm) se conoce como la curva de la bomba.
La curva de altura total (Hm) contra caudal, (Curva de la bomba) para una bomba centrífuga se puede expresar en la siguiente forma funcional:
Los coeficientes A, B y C pueden ser calculados tomando tres puntos (Q, Hm) de la curva del fabricante y resolviendo la ecuación (4.4) para cada uno de ellos.
La potencia consumida por una bomba cuando está enviando un caudal Q (en m3/s) con una altura Hm (metros), con una eficiencia conjunta bomba-motor es:
CBQAQH m 2
mHgQP 1
(4.4)
Ejemplo 1
Determinación de la Curva de una Bomba
Los datos suministrados por el fabricante de una bomba son los siguientes:
CAUDAL ALTURA (lps) (m) 40 83.26 100 63.58 180 11.07
Con estos puntos es posible calcular la ecuación que describe la curva de operación de la bomba:
CBQAQH m 2(4.4)
Lo primero que debe hacerse es plantear la ecuación (4.4) para los tres puntos (mínimo número de datos) utilizando unidades consistentes, es decir, que pertenezcan a un solo sistema de unidades (SI, por ejemplo). Haciendo esto se obtienen las siguientes tres ecuaciones con tres incógnitas (A, B, y C):
Restando (b) de (a) se obtiene:
Restando (c) de (b) se obtiene:
(c)
(b)
(a)
C.B.A.
C.B.A.
C.B.A.
1801800711
1001005863
0400402683
2
2
2
(d) - B.A..
..B..A..
060008406819
100401004058632683 22
(e) - B.A..
..B..A..
080022405152
180101801007115863 22
Multiplicando (e) por - 0.75 se obtiene:
Finalmente sumado (d) más (f):
entonces:
Luego:
(f) 06.00168.0383.39 BA
A... 00840383396819
87
3750
2345
C
.B
A
8737502345 2 Q.QH m
Esta última ecuación es la ecuación para la bomba que debe ser suministrada por el fabricante.
2. CURVAS DEL SISTEMA Si se utiliza la ecuación (4.3), la cual es una ecuación de conservación de energía (o ecuación de Bernoulli) para el sistema bomba-tubería, se obtiene lo siguiente:
Donde nuevamente se ha supuesto que:
Factorizando la altura de velocidad:
mfTm hhHH (4.3)
g
kgd
lfHH
imi
iiTm 22
22 vv
ds vv
gk
d
lfHH
imi
iiTm 2
2v
Finalmente, reemplazando la velocidad por el caudal dividido por el área de la tubería se llega a:
Curva del sistema en un sistema bomba-tubería. Su forma depende de la geometría y del material de la tubería y de la
altura topográfica que debe ser vencida por la bomba
2
2
2gA
Qk
d
lfHH
imi
iiTm
(4.5)
3. Punto de Operación de la Bomba Una vez construidas las curvas de la bomba y la del sistema es fácil encontrar el punto de operación de la bomba, es decir el caudal que está siendo enviado y la altura aumentada por la bomba. Dicho punto de operación es el corte de las dos curvas anteriores:
Punto de operación de la bomba. Es el cruce entre las curvas de la bomba y del sistema en que ésta se encuentra
operando.
H ( )m m h (%)
Q (l/s)
HmR
A
QR
EficienciaCurva de la bomba
Curva del sistema
A = punto de operación de la bombaH = Cabeza suministrada por la bombaQ = Caudal enviado por bomba
mR
R
5. Limitaciones en la Altura de Succión
En el caso de bombas el fenómeno de cavitación puede ocurrir tanto en la tubería de succión como en los alabes del impulsor. Esto es particularmente grave en el caso de bombas localizadas por encima del nivel de succión.
La cavitación, en el caso de bombas, además de producir daños físicos y ruidos molestos puede llegar a reducir notablemente el caudal descargado.
Con el fin evitar todos estos efectos es necesario "impedir" que la presión a la entrada de la bomba sea menor que un cierto límite el cual a su vez es influido por una posterior reducción adicional de presión en el impulsor.
representa la altura absoluta a la entrada "por encima de la presión de vapor pv". Este término se conoce como altura Neta Positiva de Succión o NPSH (del inglés Net Positive Suction Head):
Si ps es la presión a la entrada de la bomba, entonces pabs :
g
pps
v
g
ppNPSH s
v
g
pH
g
pNPSH s
a
v
(4.6)
(4.7)
pa = presión atmosféricapv = presión de vaporHs = altura " manométrica " de succión
Donde:
Esta última altura está definida de acuerdo con la siguiente ecuación:
(4.7)
La NPSH que requiere una bomba específica es un dato usualmente suministrado por el fabricante. En caso de que este no exista tiene que ser encontrado en condiciones de laboratorio.
emfsss hg
hhH 2
v2s
En los últimos años las bombas sumergibles se han vuelto muy populares especialmente en los rangos de caudales bajos y medios. Esta solución elimina el cálculo de la NPSH ya que los problemas de cavitación se eliminan o reducen notablemente. Similarmente se eliminan problemas de enfriamiento de los cojinetes, rodamientos y motor de la bomba.
Esquema de la tubería de succión en un sistema bomba-tubería con el fin de ilustrar la NPSH
Ejemplo 2: Cálculo de la NSPH
Datos del problema: NPSH, recomendada por el fabricante de 4.25 m Q = 110 l/s d = 300mm La tubería de succión:
l = 16.5 m ks = 0.0015mm (PVC) km = 2.4, (incluye la entrada, el cheque y el codo).
Calcular la máxima altura a la que pueda ser colocada la bomba por encima del nivel de la superficie del agua en el tanque de suministro. Suponer que la presión atmosférica es 90000 Pa y que el agua se encuentra a una temperatura de 15ºC.
Para el agua a 15º C se tienen las siguientes propiedades:
Papsmvmkg 2.166610141.11.999 v263
El primer paso consiste en calcular las pérdidas por fricción y las pérdidas menores en la tubería de succión para el caudal de bombeo dado:
El factor de fricción se calcula siguiendo el diagrama de flujo 2a o 2b
42
222
24
2v
dgQ
dl
fgd
lfh
sf
61053.0
0000015.0 d
ks
610141.13.011.044
Re
dvQ
8 2
2
5 gQ
dl
fhsf (a)
01371.0f
fdk
fs
Re
51.27.3
log21
10
409370Re
Luego al reemplazar en la ecuación (a) se obtiene:
Por otro lado:
m
.
.
.
..h
sf 819
110
30
5160137508
2
2
5
mhsf 093.0
42
22
42
222
308192
110442
2
4
2
..
..h
dg
Qk
gkh
s
s
m
mmm
v
m.hsm 2960
Los anteriores valores y los otros datos del problema se reemplazan en la ecuación 4.7
De donde
Luego la bomba debe colocarse máximo 4.28 m. por encima del nivel del agua en el tanque de suministro
emfsss hg
hhH 2
v2s (4.7)
mmmmmmhs 81.91.999
2.1666278.0
3.081.92
11.040862.025.4
81.91.99990000
42
22
m.hs 254
g2v v
2
p
hg
hNPSHg
ph
ss ms
fa
s
6. Bombas en Sistemas de Tuberías En el proceso de diseño prima finalmente el criterio económico; en los costos, se combinan los costos de la tubería con los de la bomba.
• Costos de la tubería: Estos incluyen el costo material de la tubería, de sus accesorios y válvulas (controles y cheques) y los costos de excavación, si el sistema va enterrado, y de instalación. Normalmente, estos costos crecen de manera exponencial con el diámetro de la tubería.
• Costos de la bomba: Estos incluyen el costo de la bomba en sí, de sus instalaciones (caseta de bombeo, transformadores en el caso de motores eléctricos, tanques de combustible cuando se trata de motores a gasolina o Diessel) y los costos de operación. Tales costos crecen exponencialmente con la potencia de la bomba
Si las dos curvas se combinan se obtiene el punto de costo mínimo para un sistema bomba-tubería. Los costos se calculan para el caudal de diseño.
La localización del punto óptimo de la figura depende de las curvas de costo de las tuberías y de las posibles bombas. Igualmente hay que tener en cuenta la eficiencia
de la bomba en el punto de operación escogido.
7. BOMBAS EN TUBERIAS SIMPLES Siempre que sea necesario diseñar un sistema de tubería simple con bombeo, las combinaciones se presentan de tal forma que diámetros pequeños de tubería requerirán bombas de alta potencia y, por consiguiente, diámetros grandes de tubería requerirán bombas de menor potencia. El diseño consiste en seleccionar la alternativa óptima desde el punto de vista de costos.
Para seleccionar esa alternativa óptima es necesario construir las curvas del sistema para todos los posibles diámetros, mediante la utilización de la ecuación 4.5:
en la cual se varía el caudal para cada diámetro, a fin de obtener un conjunto de puntos (Q, Hm). se estudian los costos de las combinaciones bomba-tubería y se selecciona la alternativa con menor costo. En este análisis hay que incluir, además, los costos de operación y mantenimiento de la bomba, por lo cual ésta debe tener una alta eficiencia para el punto de operación (QD , HmR).
(4.5)2
2
2gAQ
kdl
fHH imi
iiTm
Diagrama de flujo 7. Selección de la combinación óptima bomba-tubería.
INICIO
Leer Qd, ks, km, HT, Q1, Qma1
i = 1Q = 0
Calcular Hmi (Diag. Fl. 3)
Imprimir Hmi, Q
?Qmax > Q max
Siguiente d
PARE
i=i+1
Leer posibles d
SI
NO
Q = Q + Q
?d > d max
Para cada d escoger bomba
Hacer análisis decostos
Escoger alternativade costo mínimo
SI
NO
Ejemplo 3
DISEÑO DE TUBERÍAS SIMPLES CON BOMBEO Para el acueducto del municipio de Tenjo es necesario bombear 120 l/s de agua. Datos:
H = 37 m km = 5.2 l = 286 m d = 100, 150 y 200 mm. ks = 0.0000015 m = 1.17x10-6 m2/s.
Los costos de las tuberías son:
Una vez obtenidos estos datos, se calculan las curvas del sistema utilizando la ecuación 4.5:
Con esta última ecuación se llega a los siguientes resultados:
Diámetro(mm)
Costos($)
100 720000
150 1415000
200 3680000
2
2
2gA
Qk
d
lfHH
imi
iiTm
(4.5)
2
2
225
28637
gA
Q.
d
mfmH m
Con los datos de Q y Hm encontrados se selecciona la bomba requerida. En los catálogos del fabricante se encuentran los siguientes datos:
La combinación de los costos de bomba-tubería muestra que la alternativa óptima es la tubería de 150 mm con la segunda bomba. El proceso, utilizando el Diagrama de Flujo 7, lleva a los resultados que se ilustran detalladamente en las siguientes tablas y gráficas.
Diámetro Q Hm
(mm) (m3/s) (m)
100 0,12 479
150 0,12 103
200 0,12 54
Diámetro Bomba Costo
(mm) C B (Q) A (Q2) ( $ )
100 Hm = 850 -1457 -15467 4963000
150 Hm = 180 -89,4 -4750 3280000
200 Hm = 87 0,27 -2345 2749000
BOMBA 1 BOMBA 2 BOMBA 3Q H H H d1 f1 Hm d2 f2 Hm d3 f3 Hm
(m3/s) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m)
0 850 180 87 0.100 0.00000 37 0.150 0.00000 37 0.200 0.00000 370.005 842.3283 179.4343 86.9427 0.100 0.02063 38 0.150 0.02287 37 0.200 0.02468 370.01 833.8833 178.6310 86.7682 0.100 0.01747 42 0.150 0.01895 38 0.200 0.02011 37
0.015 824.6649 177.5903 86.4764 0.100 0.01628 47 0.150 0.01764 38 0.200 0.01871 370.02 814.6732 176.3120 86.0674 0.100 0.01544 53 0.150 0.01668 39 0.200 0.01766 38
0.025 803.9081 174.7963 85.5411 0.100 0.01483 62 0.150 0.01599 41 0.200 0.01691 380.03 792.3697 173.0430 84.8976 0.100 0.01436 71 0.150 0.01546 42 0.200 0.01633 38
0.035 780.0579 171.0523 84.1368 0.100 0.01398 83 0.150 0.01503 44 0.200 0.01587 390.04 766.9728 168.8240 83.2588 0.100 0.01367 96 0.150 0.01468 46 0.200 0.01548 39
0.045 753.1143 166.3583 82.2635 0.100 0.01340 110 0.150 0.01437 48 0.200 0.01514 400.05 738.4825 163.6550 81.1510 0.100 0.01317 126 0.150 0.01411 50 0.200 0.01486 40
0.055 723.0773 160.7143 79.9212 0.100 0.01296 143 0.150 0.01388 53 0.200 0.01461 410.06 706.8988 157.5360 78.5742 0.100 0.01278 161 0.150 0.01368 55 0.200 0.01438 42
0.065 689.9469 154.1203 77.1099 0.100 0.01262 181 0.150 0.01349 58 0.200 0.01418 430.07 672.2217 150.4670 75.5284 0.100 0.01248 203 0.150 0.01333 61 0.200 0.01400 43
0.075 653.7231 146.5763 73.8296 0.100 0.01234 225 0.150 0.01317 65 0.200 0.01383 440.08 634.4512 142.4480 72.0136 0.100 0.01222 249 0.150 0.01304 68 0.200 0.01368 45
0.085 614.4059 138.0823 70.0803 0.100 0.01211 275 0.150 0.01291 72 0.200 0.01354 460.09 593.5873 133.4790 68.0298 0.100 0.01201 302 0.150 0.01279 76 0.200 0.01341 47
0.095 571.9953 128.6383 65.8620 0.100 0.01191 330 0.150 0.01268 80 0.200 0.01329 480.1 549.6300 123.5600 63.5770 0.100 0.01182 359 0.150 0.01258 85 0.200 0.01318 49
0.105 526.4913 118.2443 61.1747 0.100 0.01174 390 0.150 0.01248 89 0.200 0.01307 51
SISTEMA 1 SISTEMA 2 SISTEMA 3
BOMBA 1 BOMBA 2 BOMBA 3Q H H H d1 f1 Hm d2 f2 Hm d3 f3 Hm
(m3/s) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m)
0.11 502.5793 112.6910 58.6552 0.100 0.01166 422 0.150 0.01239 94 0.200 0.01297 520.115 477.8939 106.9003 56.0184 0.100 0.01159 456 0.150 0.01231 99 0.200 0.01288 530.12 452.4352 100.8720 53.2644 0.100 0.01152 491 0.150 0.01223 104 0.200 0.01279 540.125 426.2031 94.6063 50.3931 0.100 0.01145 527 0.150 0.01215 109 0.200 0.01271 560.13 399.1977 88.1030 47.4046 0.100 0.01139 564 0.150 0.01208 115 0.200 0.01263 570.135 371.4189 81.3623 44.2988 0.100 0.01133 603 0.150 0.01201 121 0.200 0.01255 590.14 342.8668 74.3840 41.0758 0.100 0.01127 643 0.150 0.01195 126 0.200 0.01248 600.145 313.5413 67.1683 37.7355 0.100 0.01122 685 0.150 0.01188 133 0.200 0.01241 620.15 283.4425 59.7150 34.2780 0.100 0.01117 728 0.150 0.01182 139 0.200 0.01235 640.155 252.5703 52.0243 30.7032 0.100 0.01112 772 0.150 0.01177 145 0.200 0.01229 650.16 220.9248 44.0960 27.0112 0.100 0.01107 817 0.150 0.01171 152 0.200 0.01223 670.165 188.5059 35.9303 23.2019 0.100 0.01103 864 0.150 0.01166 159 0.200 0.01217 690.17 155.3137 27.5270 19.2754 0.100 0.01099 912 0.150 0.01161 166 0.200 0.01212 710.175 121.3481 18.8863 15.2316 0.100 0.01095 961 0.150 0.01156 173 0.200 0.01206 730.18 86.6092 10.0080 11.0706 0.100 0.01091 1011 0.150 0.01152 181 0.200 0.01201 740.185 51.0969 0.8923 6.7923 0.100 0.01087 1063 0.150 0.01147 188 0.200 0.01196 76
SISTEMA 1 SISTEMA 2 SISTEMA 3
Bombas en sistemas de tuberías. alturas de las tres bombas y de los tres sistemas de tuberías (diámetros de 100, 150 y 200 mm) en función del caudal.
Curvas de las tres bombas y de los tres sistemas del ejemplo 4.3. La bomba 1 corresponde al sistema 3 (d = 200 mm); la bomba 2, al sistema 2 (d = 150 mm); y la
bomba 3, al sistema 1 (d = 100 mm).
Representación a otra escala de las combinaciones bomba 1-sistema 3 y bomba 2-sistema 2
Caudal (m3/s)
Costos combinados de bombas y tuberías. Costos totales de las combinaciones bomba-sistema. Es claro que la alternativa óptima es la arrojada por la combinación de la
- bomba 2 con el sistema 2 (d = 150 mm).
Los resultados de este ejemplo indican que:
• Los costos de la alternativa bomba 1-sistema 3 ascienden a la suma de $6'429.000.
• La alternativa bomba 2-sistema 2 tiene un costo de $4'695.000.
• La alternativa bomba 3-sistema 1 costaría $5'683.000.
• Por consiguiente, la alternativa óptima desde el punto de vista de los costos es la que representa la bomba 2 y la tubería de 150 mm. Obviamente, este ejemplo no es completo debido a que siempre que se haga un análisis de este tipo se deben incluir los costos de operación (energía) y mantenimiento de las bombas a lo largo de la vida útil del proyecto.
Ejemplo 4
Escogencia de una bomba cuando el sistema ya existe
Para aumentar el caudal de suministro de agua potable, en el acueducto de la ciudad de Santa Marta, Colombia, se decidió perforar una batería de 8 pozos que producen un caudal firme de 240 l/s.
El agua se bombearía a través de una tubería, también preexistente, de asbesto-cemento:- H = 37.1 m l = 935.3 m d = 500 mm. - ks = 0.00003 m = 1.007x10-6 m2/s.- km = 437 m (109 uniones, 6 codos, 1 salida, 1 entrada, 1 expansiòn de 200mm a 500mm, 1 válvula de compuerta y 1 válvula de cheque)
Para la bomba IHM-12x40 PE cuyas curvas se adjuntan, se debe calcular la potencia consumida y el punto de operación del sistema bomba tubería, teniendo en cuenta que se deben instalar 2 bombas iguales (en paralelo).
Con los datos dados se puede calcular la curva del sistema, variando el caudal entre 0 y 300 l/s y utilizando las siguientes ecuaciones:
Donde:
mfTm hhHH (4.3)
(b) 2
4437
2v
437
(a) 2
4
2v
1.37
42
22
2
2
22
5
2
dgQ
h
gh
gQ
dl
fh
gdl
fh
mH
m
m
f
f
T
El factor de fricción se calcula mediante la ecuación de Colebrook-White:
Al reemplazar las anteriores ecuaciones en la ecuación 4.5 se obtiene la siguiente expresión:
Con la ecuación (c), variando el caudal entre 0 y 0.3 m3/s, se obtiene la curva del sistema. La siguiente tabla muestra los resultados de este cálculo y la figura 4.12 ilustra la curva resultante para el sistema existente. En esta última es claro el valor de la altura topográfica que debe ser vencida por la bomba.
fd
k
fs
Re
51.2
7.3log2
110 (1.67)
(c) 34968
13722
2
2
2
5 gd
Q
g
Q
d
lfm.H m
Q V Re f ∑hm ∑hf Hm
(m3/s) (m/s) (m) (m) (m)
0 0,000 0 0,020 0,000 0,000 37,100
0,01 0,051 25288 0,025 0,058 0,006 37,164
0,02 0,102 50575 0,021 0,231 0,020 37,351
0,03 0,153 75863 0,019 0,520 0,043 37,663
0,04 0,204 101151 0,018 0,924 0,072 38,096
0,05 0,255 126439 0,017 1,444 0,108 38,652
0,06 0,306 151726 0,017 2,080 0,150 39,330
0,07 0,357 177014 0,016 2,831 0,199 40,130
0,08 0,407 202302 0,016 3,697 0,254 41,051
0,09 0,458 227589 0,016 4,680 0,315 42,095
0,1 0,509 252877 0,015 5,777 0,382 43,260
0,11 0,560 278165 0,015 6,990 0,456 44,546
0,12 0,611 303453 0,015 8,319 0,535 45,954
0,13 0,662 328740 0,015 9,764 0,620 47,484
0,14 0,713 354028 0,015 11,323 0,711 49,134
0,15 0,764 379316 0,015 12,999 0,808 50,907
Q V Re f ∑hm ∑hf Hm
(m3/s) (m/s) (m) (m) (m)
0,16 0,815 404603 0,014 14,790 0,910 52,800
0,17 0,866 429891 0,014 16,696 1,019 54,815
0,18 0,917 455179 0,014 18,718 1,133 56,951
0,19 0,968 480467 0,014 20,856 1,253 59,209
0,2 1,019 505754 0,014 23,109 1,378 61,587
0,21 1,070 531042 0,014 25,478 1,510 64,087
0,22 1,120 556330 0,014 27,962 1,646 66,708
0,23 1,171 581617 0,014 30,562 1,789 69,451
0,24 1,222 606905 0,014 33,277 1,937 72,314
0,25 1,273 632193 0,014 36,108 2,091 75,299
0,26 1,324 657481 0,013 39,054 2,250 78,405
0,27 1,375 682768 0,013 42,116 2,415 81,632
0,28 1,426 708056 0,013 45,294 2,586 84,980
0,29 1,477 733344 0,013 48,587 2,762 88,449
0,3 1,528 758632 0,013 51,995 2,944 92,039
Tabla 4.2 Cálculo de la curva del sistema
Tanto en la tabla 4.2 como en la figura 4.12 resultó que la altura total que debe ser generada por la bomba (o bombas) es de 72.3 m, de los cuales 37.1 m corresponden a la altura topográfica; 1.94 m, a las pérdidas por fricción y 33.31 m, a las pérdidas menores, cuando el caudal es de 240 l/s.
Figura 4.12 Curva del sistema existente (d = 500 mm)
Con la información acerca del caudal requerido y altura del sistema se procede a determinar la curva de la bomba, buscando un esquema conformado por tres bombas en paralelo (dos operando y una en reserva). La bomba escogida resulta ser una bomba centrífuga de eje horizontal, modelo 12x40 P.E., marca IHM, de 1750 rpm cuyas curvas de operación se muestran en la figura.
Dado que dos bombas operan simultáneamente, el caudal que fluye por cada una de ellas es de 120 l/s, lo cual equivale a 7200 l/min. En la figura 4.13 se observa que la eficiencia de la bomba para las condiciones de operación establecidas es del 78 %.
La potencia que debe ser transferida al flujo es:
kWP
msm
sm
mkg
P
QgHP
11.85
3.7281.912.010002
3
3
Figura 4.13 Curva de la bomba IHM 12 x 40 PE
Luego, la potencia en el eje debe ser:
Si se supone una eficiencia en el motor del 90 %, la potencia consumida por cada una de las bombas es:
kW.P
kW..
P
P.
P
eje
eje
eje
14109
1185780
1780
1
kWP
kWP
PP
con
con
ejecon
27.121
14.10990.0190.01
Luego la estación de bombeo debe tener una subestación eléctrica con una potencia de 240 kW como mínimo.
Curvas del sistema y de dos bombas en paralelo.
