Introduccion a las máquinas elevadoras de liquidos para el regadío. (BOMBAS)

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOMAS DE ZAMORA
FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS AGRARIAS
CÁTEDRA DE HIDROLOGÍA AGRÍCOLA
APUNTES DE MÁQUINAS ELEVADORAS DE LÍQUIDOS
Ing. Jorge BORDIGONI
Marzo de 1997.

2. MÁQUINAS ELEVADORAS DE LÍQUIDOS :
Existen cuatro grupos de máquinas elevadoras de líquidos.
1- Máquinas elevadoras simples. Se eleva agua entregando un trabajo.
2- Máquinas elevadoras por presión directa de otro fluido.
3- Máquinas elevadoras que utilizan la fuerza viva de otro fluido.
4- Máquinas elevadoras que mediante la entrega de un trabajo aspiran e
impulsan un fluido. Bombas.
1- Máquinas elevadoras simples :
Son los
sistemas más antiguos
y los de menor
eficacia. En general
han caído en desuso.
Entre los más comunes
encontramos :
Balde volcador
Trabaja en un
pozo abierto y por
medio de soga y
roldana eleva un
balde que vuelca
directamente en un
bebedero.
El baldee se
abre por su parte -Balde volcador trabajando en un pozo a primera napa.
inferior para Concarán. San Luis.-
cargarse nuevamente
cuando desciende al
pozo. Eleva caudales reducidos, para consumo humano o animal.
Noria o cangilones
Constituido por una serie de baldes
montados en una cinta sin fin cuya curva
inferior se sumerge en el agua y la
superior descarga los baldes.
En estos tipos de instalación
también están en desuso.
Noria o cangilones
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3. Noria a rosario
Esta noria en lugar de baldes lleva
discos de cuero en el sin fin que al
pasar por un tubo elevan el agua hasta
la salida o boca.
Noria a rosario
Rueda elevadora
Consiste en una gran rueda con
baldes y se mueve por la energía del
agua en movimiento. (Canal, arroyo, río,
etc.).
Rueda elevadora a baldes
2- Máquinas elevadoras por presión directa de otro fluido.
Sifón
De gran utilización en la infraestructura de irrigación, ya sea en
canales como aliviaderos, como manera de distribuir agua en las parcelas
(en melgas o surcos).
Consiste en un tubo de doble rama. En todos los casos es necesario
cebarlo para que funcione.
Sobre la superficie libre de los depósitos actúa la presión
atmosférica p0.
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4. 3-.Máquinas elevadoras que utilizan la fuerza viva de otro
flido.
Ariete hidráulico.
Es una máquina que
trabaja por la diferencia de
nivel de los líquidos. Es
utilizado en zonas de
serranías o donde axista un
pequeño desnivel o salto.
El principio de
funcionamiento se basa en la
utilización del golpe de
ariete producido por el cierre
brusco de una válvula. Eleva
caudales reducidos.
Elementos : consta de un caño
de alimentación y uno de
rebalse y este último lleva
una válvula de rebalse, un
pulmón y de él sale el caño de descarga.
Alimentación : la caída o salto no debe ser menor de 0,60m. El largo
del caño de alimentación debe ser entre 5 y 10 veces la altura del salto.
El diámetro debe ser el doble del caño de descarga.
Descarga : la altura de la descarga debe ser entre 6 y 12 veces la
altura de la caída de agua. Los caudales varían entre 1/7 a 1/24 partes del
agua suministrada (el resto se va por la válvula de rebalsr).
Funcionamiento : el agua corre por la cañería de alimentación y cuando
toma suficiente velocidad cierra bruscamente la válvula de la cañería de
rebalse originando un golpe de ariete. Una parte del agua pasa al pulmón
venciendo la válvula de retención del mismo. La presión del aire del
pulmón, eleva el líquido por la descarga.
4-.Máquinas elevadoras que mediante la entrega de un
trabajo aspiran e impulsan un fluido. Bombas.
Permite el traslado de grandes volúmenes a considerables distancias y
alturas o presiones, lo que las hace insustituibles en instalaciones de
riego y en abastecimiento para uso ganadero, entre otros usos.
Las bombas las podemos clasificar de la siguiente manera:
Émbolo
Alternativas
Diafragma.
Engranajes.
Rotativas
Eje horizontal o vertical
No sumergidas
Eyectores
Centrífugas
Eje vertical
Sumergidas
Electrobombas.
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5. FUNDAMENTO DEL FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS
La fuerza que impulsa al agua dentro de la tubería de aspiración y de
allí al cuerpo de la bomba, es debida a la presión atmosférica p0 cuya
altura representativa vale p0/peso específico del líquido. Esta altura
deberá ser mayor a:
1- Altura representativa de la presión de vapor saturado a la
temperatura que se encuentre el líquido.
2- Altura geométrica de Ha, medido desde el nivel del líquido hasta la
parte más alta del cuerpo de la bomba.
3- Pérdidas de carga en la tubería de aspiración. Incluye pérdidas por
frotamiento, pérdidas por cambio de dirección, entre otras.
4- pérdidas de carga por presencia de válvulas.
Los valores de altura representativa de la presión atmosférica varían
con la altura sobre el nivel del mar. Por ejemplo, para cero metros, la
presión es de 10,33m.c.a. y para 2.500 metros, la presión será de 7,7
m.c.a.
Las alturas representativas de la presión de vapor varían de 0,05
m.c.a. para agua a 5 ºC hasta 10,33 m. con agua a 100 ºC.
Por lo visto, la tubería de aspiración se diseñará con el mayor
diámetro posible para disminuir al mínimo las pérdidas de carga en la
aspiración. La velocidad en el tubo de aspiración se fijará en 1m/seg.
En definitiva las condiciones para una buena aspiración será:
γ
p0/γ > ps/γ + Ha + Ja + J válvulas.
γ
Concepto de ALTURA MANOMÉTRICA
Las bombas, una vez
aspirado el líquido, lo
impulsan a una
determinada altura o le
confieren una
determinada presión de
trabajo. En la impulsión
las resistencias totales
a vencer son:
1- Altura
geométrica a vencer Ha.
2- Pérdidas de
carga contínuas.
}Pérdidas en la
impulsión
3- Pérdidas de
carga localizadas
La sumatoria total de las alturas a vencer por la bomba, tanto en la
aspiración como en la impulsión, se llama ALTURA MANOMÉTRICA y será igual a
la sumatoria de las alturas geométricas de aspiración e impulsión más las
pérdidas de carga en la aspiración y la impulsión.
Hman= Ha + ja + Hi + ji
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6. Bombas alternativas: El Molino.
La elevación del líquido se realiza mediante el movimiento de un
émbolo que se mueve con movimiento alternativo.
En general son dispositivos que permiten extraer caudales no demasiado
importantes y en el caso del molino de viento su uso es exclusivamente
ganadero.
Componentes:
Consta de 3 partes fundamentales que son
• Rueda y Máquina.
• Torre
• Cilindro
La rueda está compuesta por aspas, que constituyen la superficie
efectiva de captación de la energía del viento.
La rueda comunica su movimiento a la máquina transformando el
movimiento rotativo en alternativo.
La estructura que soporta al molino y que le da altura es la torre.
Finalmente tenemos el cilindro que es la
bomba propiamente dicha con los
componentes que se pueden ver en la
figura respectiva.
Las bombas de émbolo requieren
mucho mantenimiento ya que tiene muchas
partes móviles, además de tener una
carrera “muerta” que es la de
aspiración.
Para evitar esto se pueden utilizar
bombas alternativas de doble efecto.
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7. Los rendimientos y características de los molinos se pueden apreciar
en la siguiente tabla:
Caudales aproximados y diámetros de caños, cilindro y varilla en molinos.
Altura Rueda de 6 pies Rueda de 8 pies Rueda de 10 pies Rueda de 12 pies Rueda de 14 pies Rueda de 16 pies
de la
eón
eleva- Cil. Caño Var. Caudal Cil. Caño Var. Caudal Cil. Caño Var. Caudal Cil. Caño Var. Caudal Cil. Caño Var. Caudal Cil. Caño Var. Caudal
ción
5 3¼ 1½ 1/2 1200 5 2½ 1/2 4000 6 3 5/8 6000
10 3 1½ 1/2 800 4 2 1/2 2600 5 2½ 5/8 4200 6 3 5/8 6300
15 2½ 1¼ 1/2 500 3½ 1½ 1/2 1700 4 2 1/2 2600 4½ 2 1/2 3500 5 2½ 1/2 4800
20 3 1½ 3/8 1400 3½ 2 1/2 1900 4 2 1/2 2800 4½ 2 1/2 3700
30 2¾ 1¼ 3/8 1200 3¼ 1½ 3/8 1700 3½ 2 1/2 2100 4 2 1/2 2900
40 2½ 1¼ 3/8 1000 3 1½ 3/8 1400 3¼ 1½ 3/8 1800 3¾ 2 1/2 2600 4 2 1/2 3200
50 2¼ 1¼ 3/8 800 2¾ 1¼ 3/8 1200 3 1½ 3/8 1500 3½ 2 3/8 2200 4 2 1/2 2900
60 2½ 1¼ 3/8 1000 2¾ 1½ 3/8 1300 3¼ 1½ 3/8 1900 3¾ 2 1/2 2600
70 2½ 1¼ 3/8 1100 3 1½ 3/8 1600 3½ 2 1/2 2200
80 2¼ 1¼ 3/8 900 2¾ 1½ 3/8 1300 3¼ 1½ 3/8 1900
100 2¾ 1½ 3/8 1400
Bombas a diafragma.
Su funcionamiento se debe a
un diafragma de goma accionado
por un sistema biela-manivela.
Sus características pueden verse
en la figura siguiente.
Rendimiento y características de las bombas a diafragma:
MODELO 1 2 3 4
Rendimiento horario 1300 l 2200 l 4500 l 6800 l
Elevación 13 m 12 m 10 m 8 m
Caño aspiración 1” 1” 2” 2,5”
Caño elevación 0,75” 1” 1,5” 2”
Velocidad máxima 180 rpm 180 rpm 160 rpm 160 rpm
HP requeridos 1/4 1/3 3/4 1,5
BOMBAS ROTATIVAS.
Dentro de las rotativas veremos solo las bombas centrífugas.
Bombas centrífugas.
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8. Son empleadas para elevación de grandes volúmenes de agua y pueden
acoplarse tanto a motores eléctricos como térmicos. Estas bombas admiten un
régimen de giro elevado.
Estas bombas solo tienen como parte móvil un elemento fundamental
denominado rotor que como su nombre lo indica, gira a alta velocidad
originando una fuerza centrífuga que impulsa el líquido a presión.
Ese rotor gira dentro del cuerpo de la bomba que según su forma puede
ser en caracol o tipo turbina.
Cuando es en caracol el impulsor
está ubicado en el cuerpo de una bomba
en forma de espiral y es
característico de las bombas
centrífugas no sumergidas.
Dentro de las no sumergidas
existe un tipo de bomba cuya altura de
aspiración puede superar la altura
representativa de la presión
atmosférica; es decir que pueden
ubicarse en superficie para extracción
de agua desde una napa profunda (más
de 10,33m teórico desde la
superficie).
Estas bombas son la bombas de
eyectores, cuyas características se
muestran a continuación.
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9. Rendimiento de bombas de eyector con eyector de doble caño (l/hr)
Potencia Diámetro Diámetro Profun-
Profundidad de aspiración didad
Requeri- Perfora- Caños de
eleva-
da ción al ción
HP eyector 10 15 20 25 30 35 máxima
0,5-1 4” 1 ¼-1 ½” 1.900 1.300 800 - - - 10
1,5 4” 1 ¼-1 ½” 3.500 3.400 2.100 1.600 1.100 - 15
2 4” 1 ¼-1 ½” 4.700 4.200 2.600 1.800 1.250 - 10
3 5” 1 ½-2” 6.000 5.000 3.600 2.700 1.800 - 15
3 6” 2-2 ½ 9.000 7.000 4.700 4.000 2.800 - 15
5,5 6” 2-2 ½ 13.500 9.500 7.000 5.500 4.000 2.500 20
7,5 6” 2-2 ½ 17.500 12.500 9.700 8.000 6.000 4.000 25
7,5 8” 2 ½-3” 23.000 17.500 13.500 9.800 7.700 6.000 25
12 8” 2 ½-3” 31.500 22.000 16.500 13.500 11.000 8.800 35
Las bombas sumergidas son del tipo de turbina en donde los impulsores
están rodeados por álabes difusores. Tienen por particularidad adaptarse a
napas muy profundas, elevando grandes caudales a gran altura. Es decir son
bombas especialmente adaptadas a instalaciones de riego ya que pueden
extraer agua de pozos muy profundos ya que los cuerpos de la bomba están
sumergidos en el agua de la perforación.
Los cuerpos de la bomba se denominan rotores y en el caso de este tipo
de bombas son en general de rotores múltiples.
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10. Características y rendimiento de Bombas tubulares
Diámetro interior Régimen Caudal
mínimo del encamisado (r.p.m.) (m3/hr)
(pulg.)
4 2800 5-20
6 1400-2000 5-25
6 1750-3450 10-75
8 1400-2000 30-130
8 1400-2900 70-180
10 1400-2000 120-300
12 1400-1800 200-400
12-14 1400-1800 350-550
16-18 1200-1500 400-800
Cálculo de la Potencia al eje de la bomba.
Para el cálculo de la potencia se utiliza la expresión:
Q ⋅ Hm ⋅ γ
CV =
75 ⋅ η
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11. donde:
Q caudal en metros cúbicos/segundo
Hm altura manométrica en metros.
γ peso específico en kg por metro cúbico.
75 factor de conversión a caballos vapor.
η rendimiento de la bomba.
Por otra parte las bombas centrífugas, responden a la siguiente
relación entre caudal, altura manométrica, potencia absorbida y el número
de revoluciones por minuto (r.p.m.).
Q n Hm 2 n2 N3 n3
= 2
= 2 3
= 3
Q1 n1 Hm1 n1 N1 n1
Caudal Altura manométrica Potencia.
Para la elección de una bomba centrífuga recurrimos a las curvas
características que provienen de los ensayos de las mismas y que grafican
en general la relación entre la altura manométrica a vencer, el caudal a
transportar y el rendimiento de la bomba.
Obviamente la elección será por aquella bomba que venza la altura de
carga requerida en el proyecto, que transporte el caudal de diseño y lo
haga con la eficiencia más alta ; lo que permitirá utilizar la menor
potencia posible.
Un ejemplo de curvas características de las bombas centrífugas podemos
observarlas en las siguientes figuras.
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