Bombas Es un instrumento capaz de transformar energía mecánica en hidráulica, donde el motor accionado eléctrica o mecánicamente le transfiere energía a la bomba que luego transformará de mecánica a hidráulica. Tipos de bombas Dentro de las energías hidráulicas según Bernoulli, tenemos energías de velocidad, posición y presión, que luego se irán transformando según las distintas bombas. Bombas de movimiento rectilíneo Son utilizadas mayormente en la actividad ganadera. Estas bombas de movimiento rectilíneo, se mueven a partir del principio básico de impulsión de un pistón dentro de un cilindro, para hacer la impulsión o succión del agua. Hay cilindros que aspiran, elevando el agua a partir de un émbolo en el centro, con una suela, que al subir se abre una válvula y cuando baja por medio de la araña deja pasar el agua por medio de la válvula que se encuentra abierta. Cuando comienza el movimiento ascendente una válvula se abre y la otra se cierra, este proceso se produce por la fuerza generada en la parte superior del molino. El caudal que puede generar este tipo de bombas, está basado en el volumen del cilindro, el diámetro y el largo. Además, es necesario conocer el número de carreras del pistón por tiempo, por lo tanto cuando más número de carreras y más volumen, mayor será el caudal que va a poder aportar este tipo de bombas, y también encontramos cilindros de doble circuito. Bomba tipo tornillo de Arquímedes Tienen más de 400 años, no son habituales en esta zona y para que funcionen tiene que haber aguas superficiales, ya que no son de gran altura de elevación, pudiendo elevar un gran caudal a baja altura. Se pueden usar para elevar agua, en el caso de tener el motor en la parte superior, o colocar un motor en la parte de la base y utilizarlo para producir energía. Destaca su uso en el bombeo de aguas residual a baja altura, fangos de retorno o efluentes tratados. Las bombas de tornillo están inclinadas un ángulo normalizado de 30º a 38º; en el caso de 30º la bomba tiene mayor capacidad pero ocupa más espacio que si se emplea un ángulo de 38º. Se limita la altura de bombeo a unos 7 m. Bombas de diafragma Su funcionamiento se efectúa por medio de un diafragma de goma, accionado por un sistema bielamanivela. El diafragma realiza en primer lugar una aspiración, que provoca la apertura de la válvula de entra-da al subir la biela. Contrariamente, cuando ésta desciende, se produce una compresión que abre la válvula de impulsión, provocando la salida del agua. Cuando la napa está a una profundidad mayor de 6 m, deberá colocarse este equipo de bombeo dentro de un pozo, pero en este caso hay que tener en cuenta que la capacidad de elevación es muy inferior a la del cilindro. Este tipo de bomba se puede emplear en el suministro de agua en viviendas y para desagotar pozos, dado que por sus características no poseen mecanismos que sufran mayor desgaste y pueden bombear en seco sin daños para la bomba. En pequeñas explotaciones se puede recurrir a su utilización para el abastecimiento de agua para ganado, debido al bajo costo de adquisición comparado con otros mecanismos de extracción. No son utilizadas para altos caudales y altas presiones, pero si son utilizadas dentro de lo que es riego para inyección de fertilizantes en un sistema de riego por goteo, por lo tanto el caudal que vayan a suministrar va a depender del número de carreras del pistón y del volumen. Bombas rotativas Dentro de este grupo se encuentran la de engranajes, la de paletas rígidas, la de paletas flexibles y la de rotor helicoidal. Son usadas principalmente como bombas de trasvasamiento de líquidos distintos al agua, líquidos pesados o viscosos y suspensiones en industrias y en equipos de pulverización. Poseen una capacidad de aspiración limitada, funcionando preferentemente como elevadoras. Por sus características, es muy extraño su empleo en aguadas, por lo que no las describiremos. Un compresor rotativo de paletas es un tipo de compresor en el cual el rotor gira en el interior de un estátor cilíndrico. Durante la rotación, la fuerza centrífuga extrae las paletas de las ranuras para formar células individuales de compresión. La rotación reduce el volumen de la célula y aumenta la presión del aire. Se utilizan mucho en la maquinaria agrícola son de altas presiones pero no de altos caudales, es decir, en riego o elevación de agua no son utilizadas. Bombas centrífugas Dentro de estas tenemos distintos tipos, pero en general se caracterizan por tener un movimiento rotativo en vez de rectilíneo. Estas bombas están conformadas por platillos o alavés o elementos impulsores, que presentan distintas formas, pero se denominan centrífugas por que giran sobre un eje por medio del cual ingresa el agua y por el movimiento rotativo que le da la paleta, impulsan al agua a dirigirse hacia los extremos a través de la fuerza centrífuga. Es por esto que se denominan bombas centrífugas debido a que el agua ingresa por el centro y se desplaza hacia fuera produciendo dicho movimiento. Existen tres tipos: Bombas centrífugas radiales, donde el agua ingresa por el centro y es desplazada por los alabes o paletas en la misma dirección que los radios del círculo, es decir, que la dirección de los filetes líquidos copia el radio de la carcasa. Dentro de las bombas radiales tenemos distintos tipos: Bombas radiales de eje horizontal El agua ingresa por el centro y es impulsada en forma radial hacia el elemento de salida, obligando a salir al agua mediante los radios de ese círculo. Están incluidas en el grupo de la centrífuga tipo caracol, y la denominación de horizontales se refiere a la posición del eje que mueve el impulsor. Su uso está limitado al bombeo de napas superficiales. Cuando se instala esta bomba en un pozo para acercarla a la napa, de disponer de energía eléctrica, el motor se coloca en el pozo acoplado directamente a la bomba. Si la transmisión la efectúa un motor a explosión Bomba radial de eje horizontal de doble succión Las bombas de doble aspiración son utilizadas en aplicaciones industriales que requieren una capacidad elevada para garantizar fiabilidad, alto rendimiento y un bajo coste operativo del proceso. Bombas de succión doble. Son aquellas provistas de uno o más impulsores de succión doble. Es la combinación de 2 impulsores de succión simple dispuestos espalda con espalda en una sola fundición. En este caso, el fluido bombeado entra al impulsor simultáneamente por ambos lados, mientras que los 2 conductos de succión de la carcasa están comunicados a un pasaje de succión común y a una sola boquilla de succión. Para el diseño de bombas de servicio general de carcasa seccionada axialmente, de un solo paso, el impulsor de doble succión se ve favorecido porque se encuentra teóricamente en equilibrio axial hidráulico y porque la mayor área de succión de un impulsor de este tipo permite a la bomba una menor carga neta absoluta de succión. Bombas radiales de eje vertical Cuando la distancia al nivel del agua es grande, puede emplearse este tipo de centrífuga, que se coloca en el antepozo para acercarla a la napa. La posición del eje en sentido vertical facilita su accionamiento desde la superficie, donde se instala el cabezal, que mediante un eje de acero instalado generalmente en el interior de un caño protector, acciona la bomba (fig). La fuente de energía puede ser un motor eléctrico o de explosión. La profundidad del pozo, cuando la napa es muy profunda, puede hacer muy costoso este sistema respecto a otros equipos. Los caudales que proporcionan estas bombas son los mismos que los dados en la tabla 12-5 para bombas centrífugas horizontales. Bombas axiales El movimiento que genera el rotor lleva el agua desde el centro del eje hacia los laterales pero en este caso el agua ingresa de forma paralela al eje y se desvía a una forma transversal al eje Por lo cual la dirección de los filetes líquidos se da de manera más paralela que en el caso de las bombas radiales. Bombas mixtas El flujo es intermedio entre radial y axial (flujo Mixto). En las bombas de flujo mixto el líquido entra axialmente en el rodete y se descarga en una dirección entre la radial y la axial. Todos estos tipos de bombas hoy en día ya no se encuentran en uso debido a que como deben ser colocadas a una determinada profundidad para extraer el agua, se producen muchas pérdidas en la transmisión. Dichas pérdidas, están relacionados al largo del eje que se encuentra conectado desde la parte superior, hasta la bomba a una determinada profundidad, sufriendo esfuerzo de torsión y fatiga, producidos por la vibración del eje. Electrobomba sumergible A raíz de los problemas mencionados arriba surge este tipo de bombas. Una electrobomba sumergible, es un conjunto de elementos impulsores que se encuentran de manera solidaria a un elemento transmisor de potencia, es decir el motor. Cada uno de esos elementos es una bomba centrífuga radial. En cuanto a su funcionamiento, la electrobomba sumergible es una centrífuga tubular, pero en este caso el motor eléctrico se halla unido al extremo inferior del equipo, con lo que se evita el problema del eje de transmisión de gran longitud. Por ello estos equipos fueron diseñados especialmente para aquellos casos en que la napa a utilizar es muy profunda. Entregan una cantidad de agua hasta cinco veces mayor, con la misma potencia requerida, que los bombeadores a varilla o bombas con sistema de eyectores. Por lo tanto, el precio mayor de esta bomba se amortiza con el menor gasto de electricidad. La electrobomba trabaja sumergida dentro de la napa. La distancia de inmersión es la diferencia entre el nivel de succión dinámico y la entrada del agua a la bomba, siendo común considerar la mitad del largo de la bomba como el nivel de entrada. La electrobomba está unida al caño de elevación, al costado del cual desciende el cable eléctrico sumergible que conduce la energía al motor, y también un cable de acero que sostiene a la bomba (cuerda de seguridad) y permite su extracción de la perforación para reparaciones El agua ingresa dentro de la bomba por diferencia de presiones al realizar vacío, por lo tanto, el agua ingresa al generarse un diferencial de presiones que hace que el agua pueda entrar. Dicho impulso está dado por la presión atmosférica qué depende de la altura respecto del nivel del mar, cuanto más columna de aire hay arriba, y me encuentro más cerca del nivel del mar, tendré mayor columna de aire, por lo cual habrá mayor presión atmosférica. Si nos desplazamos hacia la cordillera, hay mayor altura en el terreno pero menor columna de aire y la presión absoluta disminuye. Esta presión es fundamental para el diseño de las bombas. En definitiva las electrobombas sumergibles son un conjunto de bombas centrífugas conectadas en serie o en paralelo. Para hidráulica, conectar en serie o en paralelo tiene distintas implicancias. Para elegir una bomba con respecto a la altura de elevación de agua, supongamos 55 m desde el nivel freático, en condiciones ideales, requeriría 5,5 bombas, dado a que cada una eleva 10,33 m. Ahora sí lo trasladamos a una condición real, cada uno de los impulsores en vez de tener una capacidad de elevación de 10,33 m tendrá alrededor de 6-7 m de altura de elevación, por lo tanto necesitaremos por lo menos 9 o 10 impulsores, esto es así en el nivel freático, respecto del nivel dinámico serán algunos metros más. Curvas características de diferentes bombas Es lo más importante que debemos conocer de una bomba. El primer gráfico corresponde a bombas centrífugas radiales. el segundo a bombas centrífugas mixtas, y el tercero a bombas centrífugas axiales. Las curvas características relacionan los parámetros de caudal y altura manométrica. La curva Hm representa como varía la altura de elevación en función del caudal. La curva de potencia. La curva de eficiencia. La diferencia principal que tiene una bomba radial con respecto a una bomba axial, es que en una bomba radial apenas ingresa agua a la carcasa de la bomba, la primera transformación energética que se produce es un aumento en la velocidad del agua, debido a que es impulsada hasta los laterales de la bomba, y cuando el agua se encuentra saliendo se transforma en energía de presión, por lo tanto, a las bombas se las caracteriza por el término altura de presión, que nos define hasta qué altura se podrá elevar el agua, por lo tanto entender la forma que sigue la curva es importante para elegir una bomba. Cada bomba presenta su respectiva curva característica, que debe ser provista por el fabricante para poder analizarla. Por más que dos bombas tengan la misma potencia, sus curvas no serán iguales. La curva de altura manométrica de la bomba radial incrementa al inicio y luego comienza a decrecer. Si la comparamos con la bomba axial esa curva es decreciente en todo su recorrido, las implicancias que tiene ese decrecimiento continuo de la altura manométrica respecto al caudal, es que al dimensionar un sistema partiendo de una determinada necesidad de elevación del agua, las bombas radiales, nos permiten trabajar con altas presiones en un determinado rango de caudal , en cambio, las bombas axiales no, salvo en aquellas ocasiones en que los caudales a elevar sean muy bajos, ya que se incrementa más el caudal y a este tipo de bombas se le dificulta mantener la presión, por lo que se la denomina bombas de altos caudales con bajas alturas manométricas, en cambio a las radiales, se las denomina bombas de presión. Por lo que la implicancia que tiene una bomba radial es la generación de presión y una bomba axial desagotar en tiempos relativamente cortos. Por ejemplo, para inundar un cultivo de arroz utilizaríamos una bomba axial, es decir de altos caudales debido a que posee el agua relativamente a baja altura manométrica, pudiendo inundar todo el cultivo en poco tiempo. Cuando compramos una bomba centrífuga, las curvas características vienen para el paquete entero de bombas y no para cada una, pero cuando trabajamos con bombas en serie como la electrobomba sumergible al mantener el diámetro y las revoluciones por minuto, el caudal es constante, por lo tanto al añadirle elementos impulsores aumentar la altura de presión y no el caudal. Las bombas conectadas en paralelo son aquellas que vuelcan sus caudales a un acueducto principal aumentando el caudal total y manteniendo constante la altura manométrica. Las curvas de potencia de la bomba radial incrementa en todo su recorrido, en cambio, en la bomba axial la curva de potencia decrece en todo su recorrido al igual que la altura manométrica, estableciendo que se requiere menor potencia. Cómo definir la elección final de una bomba En el primer cuadro se relaciona la altura manométrica en función del caudal, si se modifica el número de revoluciones para una misma bomba se modifica el caudal. Para elegir con todos estos gráficos cual es la bomba adecuada para el sistema que voy a desarrollar, hay que hacer lo siguiente: Calcular las necesidades del sistema. Una vez calculada nos dirigimos a las curvas características. Ejemplo *Caudal 100 litros por segundo. *30 metros de altura manométrica. De acuerdo a esto, nuestra bomba, de las que nos ofrece el comercio, cuando vamos a elegir, tendría que tener 100 litros por segundo y elevar el agua a 30 m de altura manométrica, por lo tanto, la bomba tendría que ser una bomba funcionando a 880 rpm. El rendimiento que le debo asignar a la bomba, va a depender del caudal y de las revoluciones por minutos, por lo tanto para la bomba de 880 rpm y a 100 litros por segundo, tengo aproximadamente un rendimiento de 70%. La potencia en base al caudal de 100 litros por segundo y 880 rpm, tendría una potencia de alrededor de 50 o 60 C.V. Por lo tanto, mi bomba es la que surge de 30 m de altura manométrica y 100 litros por segundo de caudal, es decir, la bomba que funciona a 100 litros por segundo, 30 m de altura manométrica, cercano a las 880 rpm, con una eficiencia del 70%.
