BOMBAS PARA USO AGROPECUARIO
BIBLIOGRAFIA REBOSIO A. Elevación del agua por medios mecánicos.. Publicación de la Cátedra de Hidrología. Jun. 1983. SCHENZER, D. Bombas para Usos Agropecuarios Curso de Actualización Profesional. Montevideo. 24 de junio al 9 de julio de 1997. TARJUELO, J.M. El riego por aspersión y su tecnología. Madrid. España. 1995 JENSEN, M.E. Design and operation of farm irrigation systems. 1983 PÉREZ FRANCO, D. Curso de Actualización: Selección de Bombas y Tuberías para uso agrícola. Montevideo, Nov. 1998.
INTRODUCCIÓN Son utilizadas en: Levantes desde fuentes de aguas superficiales Pozos Métodos de riego presurizados Bombas: son máquinas que entregan energía a un líquido.
4 2 3 1 H3 H2= HB Energía específica suministrada por la bomba Energía específica = Energía/unidad de peso = carga = altura Energía específica de la bomba = (Z+P+V 2 /2g) 3 (Z+P+V 2 /2g) 2 HB = (Z 3 Z 2 ) + (P 3 P 2 ) + (V 32 /2g V 22 /2g) Z 1 + P 1 + V 12 /2g + HB = Z 4 + P 4 + V 42 /2g + hf HB = Z4 - Z1 + hf
CLASIFICACION De movimiento circular o rotodinámicas Flujo radial o centrífugas: Simples Eje horizontal Eje vertical Múltiples Eje horizontal Eje vertical Sumergibles Flujo mixto o helicoidales Flujo axial o hélice De desplazamiento positivo o volumétricas Movimiento rectilíneo alternativo: Embolo o pistón Movimiento oscilante Rotoestáticas: Engranaje Dispositivos elevadores o gravimétricas
Constitución de una bomba centrífuga
Rotor centrífugo Rotor helicoidal Rotor axial
Turbina de eje vertical MOTOR EMPAQUETADURA DESCARGA FORRO COJINETE TUBERÍA EJE UNIÓN IMPELENTE TAZA FILTRO
Detalle de columna y tubería de las bombas tipo turbina de eje vertical UNIÓN EJE COJINETE CAMISA SOPORTE LUBRICACIÓN POR AGUA LUBRICACIÓN POR ACEITE
Bomba sumergible Impulsión Conductor trifásico Bomba Aspiración Filtro Motor
CARGA O ALTURA TOTAL DE LA BOMBA Carga a la entrada de la bomba H1= Patm - Hgs hfs Carga a la salida de la bomba H2= Patm + Hgi + hfi Hgi Hg HB = H2 H1 Hgs 1 2 HB = H2 H1 = Patm + Hgi + hfi - Patm + Hgs + hfs HB = Hg + hfs + hfi + hop varían con el Q 2
Curva del sistema H D1 D Hg D2 D 2 >D>D 1 Q Hinst.= Hg + Σ Ki Q 2 hf = f* L/D* v2/2g ; h loc = K v2/2g
H Curva del sistema Hg ΣKi Q 2 (fricción) Hg = f(q) Hg Hg Hinst.= Hgeom. + Σ Ki Q 2 + Hg (para ese Q) Q
Cálculo de potencia P u ( Kgm/s) = Q (l/s) * H (m) * γ (Kg/l) P u = potencia útil de la bomba γ del agua= 1 Kg/l P eje = Pu / ef bomba ef bomba = Pu / Peje 1 CV 75 Kgm/s 1 HP 76 Kgm/s 1KW 102 Kgm/s 1 CV 0.736 kw 1.Eficiencia volumétrica = Q / Q t 2.Eficiencia hidráulica = H / H t 3.Eficiencia mecánica = P t / P eje ( 85 a 98 %) ( 80 a 90 %) ( 95 a 98 %) ef. bomba = ef v * ef h * ef m 65 85 %
30 25 20 15 CURVAS CARACTERÍSTICAS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS 90 80 70 60 50 40 30 Carga (m)- Potencia (Hp) Eficiencia (%) 21 10 5 0 79 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Caudal (l/s) Carga (m) Potencia (Hp) Eficiencia (%)
TIPO CARGA DE SUCCION CARGA TOTAL CAUDAL Centrífuga Media Alta Medio Flujo mixto Media-baja Media Medio-alto Axial Baja Baja Alto Axial de instalación vertical Axial sumergible
H Bombas de flujo mixto H Bombas axiales Presión Eficiencia Presión Eficiencia Potencia Potencia Q Q
Punto de funcionamiento de la bomba H H1 h P I C.del sist. al cerrar la válvula Curva del sistema P P H (rpm ) Hg H (rpm) P eje ef Q1 Qp Q
Cavitación H 1 = Patm+Z1-hf a-1 H 2 = Patm+Z2+hf 2-b Z1 a 1 2 b Z2 P atm P min P min P atm P min P vapor P atm cavitación
No cavita si se cumple que: Npsh No cavita Inherente a la instalación Npsh disp > Npsh req T(ºC) Pv (mca) Q Npsh req Cavita Inherente a la bomba Es la 4ª curva característica (viene en catálogos) Npsh d 0 0.0623 5 0.0889 10 0.1252 15 0.1739 20 0.2387 25 0.3239 30 0.4344 35 0.5768 40 0.7579 45 0.9868 50 1.2730 60 2.0657
Npsh req = altura o carga necesaria para llevar el agua hasta el rotor. Npsh disp = P atm - Hg s - Pv hf s Npsh disp > Npsh req 10.33-0.125- Hg s - hf s > 2.8 m Ejemplo: Q = 100 m 3 /h Npshr = 2.8 m 7.4 m > Hg s + hf s Las pérdidas de carga y la diferencia de altura en la succión no pueden superar los 7m Hg s P atm hf s
2.8 m
Formas de evitar la cavitación: Disminuir las pérdidas de carga en la succión suficientes codos de radio amplio disminuir la distancia entre la bomba y el nivel del agua Disminuir la altura geométrica en la succión Elegir una bomba que para el Q que requiero tenga una Npshr menor Disminuir el Q (si es admisible para mis requerimientos)
ALGUNAS CONSIDERACIONES ADICIONALES SOBRE LA INSTALACIÓN DE LA BOMBA Impedir la entrada de aire a la bomba sumergencia adecuada montaje adecuado de la succión Evitar puntos altos en la succión Cono de reducción excéntrico Válvula de pie Debe estar cebada Se coloca agua por un orificio en la parte superior de la bomba Bomba de vacío Bombas autocebantes (rend. bajo no > 40%) Requisitos en la tubería de impulsión Válvula de retención Válvula de regulación de caudal (imprescindible en las centrífugas)
INSTALACION: ESQUEMA DE INSTALACION : 1) Cono difusor excéntrico. 2) Tubería de aspiración ascendente. 3) Curva de radio amplio. 4) Válvula de pie con criba. 5) Válvula de compuerta. 6) Válvula de retención. 7) Cono difusor concéntrico. 8) Tubería de impulsión
Centrífuga horizontal Axial horizontal Centrífuga horizontal multietapas
Tipos de transmisión Caja multiplicadora
LEYES DE AFINIDAD O DE SEMEJANZA DE LA BOMBA Sirven para: 1. Predecir el comportamiento de una misma bomba cuando le variamos las rpm. 2. Predecir el comportamiento de una bomba homóloga pero de distinto tamaño. 1. Una misma bomba al variar las rpm. Cuando D= D1. Q / Q1 = rpm / rpm1 H / H1 = (rpm / rpm1)2 P / P1 = ( rpm / rpm1)3 Se cumplen para puntos de funcionamiento homólogos
H Ejemplo: conozco la curva Q-H para rpm = 2900 y quiero conocer la curva rpm = 3150 A A 1 B1 B 3150 rpm 2900 rpm Q Rpm =2900 Rpm = 3150 Q (m 3 /h) H (m) P (HP) Ef.(%) Q (m 3 /h) H (m) P (HP) Ef.(%) 0 61 8.5 0 0 72 11 0 20 61 12 34 21.8 72 15.5 34 40 60.5 15 58 43.6 71.4 19 58 60 59 19 69 65.4 69.6 24.3 69 80 56.5 23 74 87.2 66.7 29.5 74 100 52 26 74 109 61.4 33.3 74 120 45 30 68 130.8 53 38.5 68 f = 1.09 f = 1.18 f = 1.28
61.5 52 109 74
2. Variar el tamaño del rotor de una misma bomba (o semejante) (rpm =rpm 1 ) Q / Q1 = (D/D 1 ) 2 H / H1 = (D/D1) 2 P / P1 = ( D/D 1 ) 4 se cumplen para puntos de funcionamiento homólogos Se tornean sólo los álabes Máximo 15% Baja el rendimiento de la bomba
46 69 15.5
ACOPLAMIENTO DE BOMBAS Acoplamiento de bombas en paralelo H (m ) 40 35 30 25 20 17 15 10 5 0 58 0 20 40 60 80 100 120 Q (l/s)
ACOPLAMIENTO DE BOMBAS Acoplamiento de bombas en serie 60 50 40 H (m) 30 20 33 10 0 0 10 20 30 40 50 60 Q (l/s)
SELECCIÓN DE UNA BOMBA 1- Con el Q y H seleccionamos el tipo de bomba Caudal: ETc (máx): 6.5 mm/d Area a regar: 7 hectáreas Jornada de riego: 18 h/d Eficiencia del método de riego: 0.66 Carga: Altura geométrica total hf (fricción y localizadas) en succión e impulsión Presión operativa del equipo de riego 38.3 m 3 /h= 10.6 l/s Hg=7m total 2 m Cañón autopropulsado de 233 m de tubería en el tambor 5 m 300 m Tubería de impulsión: 4, aluminio 0,75m 50 m Tubería de admisión: 4 de diámetro, aluminio (2 m de largo)
Requerimiento de carga del sistema en las dos situaciones Situación 1de mayor requerimiento Q (m 3 /s) Q(l/s) H entr. cañón (m) Hg 1 (m) Hf sit. 1 (m) H total Sit.1 0 0 0 7 0.0 7.0 0.0106 10.6 60 7 7.81 74.8 0.0118 11.8 74 7 9.51 90.5 0.0129 12.9 88 7 11.24 106.2 H total 1= 35483*Q 1.852 + Hg1+H ent. cañón Situación 2 de menor requerimiento Q (m 3 /s) Q (l/s) H entr. cañón (m) Hg 2 (m) hf sit. 2 (m) H total Sit. 2 (m) 0 0 0 2.75 0.0 2.75 0.0106 10.6 60 2.75 1.15 63.9 0.0118 11.8 74 2.75 1.41 78.16 0.0129 12.9 88 2.75 1.66 92.41 H total 2 = 5241.9*Q 1.852 +Hg2+Hent.cañón
Curva de familias de bomba 38.2
H sist (m) 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Caudal (l/s) Q de riego Eficiencia
Motores 1) P eje bomba (Kgm/s) = Q (l/s) x H (m) ef. bomba Tipo de transmisión Eficiencia Directa, cardán, unión flexible 1 Bandas planas 0.8 Correas en V 0.9 2) P eje motor = P eje bomba Ef. transmisión 3) P cons.= P eje motor ef. motor Motores eléctricos Eficiencia 1 a 5 CV 0.86 5 a 10 CV 0.88 10 a 25 CV 0.89 > de 25 CV 0.90
Consumo en motores de combustión interna y eléctricos Se saca del catálogo del motor. A título orientativo, según Israelsen: Motores a gas-oil Motores a nafta Motores eléctricos 0.259 l/cv/h 0.339 l/cv/h 0.858 KWh/CV/h