5.3 Cércamos de bombeo

5.3.1 lntroduccion .

Uno de los serios problemas que enfrenta el pais en Ia actualidad es el de la explosion de · • -

poblacion existente, de acuerdo al censo del presente ario es aproximadamente de 85 millones de = · -

se pronostica que para el afio 2010 la cantidad rebasara los 120 millones. Estos habitantes, de . • »

tendencias observadas en las Ultimas décadas se concentraran fundamentalmente en los grandes I

urbanos; aunque también I0 haran en pequerios nocleos de poblacion dispersos en todo el territorio · ` `

los cuales habré que atender y satisfacer en sus necesidades mas apremiantes, para que puedan su •- i ’

Dentro de éstas necesidades sobresale Ia dotacion de agua, ya sea para el consume human,

campo y la industria, 0 para la generacion de energia, la cual generalmente se provee a través de — ~— -

bombeo y redes de tuberias, que captan y conducen el agua desde una fuente natural de aprov

hasta un Iugar determinado para su utilizacion. En estos sistemas de abastecimiento, es comim —

tanques de succion 0 carcamos de bombeo para su funcionamiento.

Para cubrir en gran medida estas necesidades, la lngenieria Hidraulica por medio de . =

coadyuva en diferentes formas en Ia solucion de los problemas. Una de ellas, por citar alguna de »

importancia, es en el disefio de las plantas generadoras de energia eléctrica; tales como term -

nucleoeléctricas. Estas plantas requieren de grandes masas de agua para operar Y enfriar sus

generadores de esta energia, y que, en Ia mayoria de los casos, se mueven a través de grandes y ·

sistemas de bombeot Es precisamente, el paso de agua por estos sistemas to que origina Ia ··»

estudiar los carcamos de bombeo como una parte de ellos.

El problema central de un sistema de bombeo es aumentar su eficiencia; tarea que corre · ·

Ingenieria, ya que, aumentar la eficiencia de Ia bomba, es quehacer de la Ingenieria Mecanica. El a ‘

eficiencia del resto del sistema, es competencia de la lngenieria Civil. =

Se tiene comprobado que, cuando el fiujo es inestable y existen variaciones en el nivel de Ia —

del agua en los carcamos, se provoca que el patron de flujo este modificandose y que la sum · ·

trabajo sea menor a la critica. Lo anterior propicia Ia formacion de vortices, tanto superfi ` »»¤

sumergidos, los cuales introducen aire 0 vapor de agua en la campana de succion, provocando pri = `

una baja en Ia eficiencia del equipo. Posteriormente, se presenta el efecto de cavitacion, el cual a ' `

tiempo relativamente corto, pero suficiente para degradar los componentes de las bombas. Generandc

problemas no solo por el paro de suministro de agua, sino destruyendo ademas los alabes Y carcazzs

equipos de bombeo. A la vez origina altos costos para su reparacion.

Por otra pane, y aun cuando no arrastra aire, pueden Ilegar a generar alias vibraciones que · ~

peligro la estabilidad de la tuberia de succion.

En el presente trabajo, que es el resultado de una investigacion bibliografica, se revisa desde Y

de vista hidraulico, los problemas mas comunes que se presentan en los carcamos de bombeo utiliz . i.

plantas generadoras de energia eléctrica, indicando los criterios de optimizacion del funcionamiento '

tomando en cuenta Ia experiencia de los proyectos Y Ia construccion de modelos de este tipo llevados I

en México.

Algunos de los sistemas normales de clasificacion de carcamos de bombeo son los siguientes: ,

• Por capacidad (metros ctlbicos por segundo, metros cilbicos por dia 0 Iitros por segundo). ~ -

• Seguin Ia fuente de energia (electricidad, motores diesel, etc.).

• Por el metodo de construccion empleado (in situ, prefabricadas, etc.). ·

• Por su funcion u objeto especifico. _

‘ _` in a table 5.3.1.1 se presenta una clasificacién de los cércamos de bombeo segun su capacidad y el

` rmmsmctivc nermalmente utilizado. Como puede verse, hay un solape considerable en I0 que se refiere

Q capacidades entre las estaciones prefabricadas y las de construccién convencicnal.

‘pci6n general de los sistemas de bombeo

lh sistema de bombeo es un conjunto de elementos constituido por los conductos y los medios

de elevacion del agua, asi como de una serie de estructuras e instalaciones, que se utilizan para

r energia de presion y energia cinética al agua; y conducirla de alguna fuente natural de

iento hasta el sitio de descarga; estos sislemas se utilizan para diferentes usos, ya sean para

dotacion de agua potable, manejo de aguas negras y pluviales y para Ia industria, destacando en este

los sistemas de enfriamiento que se emplean en plantas lermoeléctricas y nucleoeléctricas (figura

requiriendo todos estos sistemas disenos especiales muy distintos unos de otros. Su diseno hidraulico

r los efectos del comporlamiento del flujo hacia y en el carcamo, el flujo a través de la bomba, de

os hacia ei condensador y en Ia descarga, los cuales se derivan principalmente de los gastos

' para cada uno, y que determinaran el tamafio y dirnensiones del sistema. Las panes que los

en general son las siguientes:

_`Captaci6n.

Conduccién.

llallas Y Rejillas.

Carcamos.

· Campana y tuberia de succién.

_ Equipo de bombeo.

_ ` Tuberia de descarga.

, h Bcmbas auxiliares.

• Dispcsitivos de control y alivio.

• Caseta de operacién. __ `

• Sub—estaci6n eléctrica.

• Alumbrado.

• Patio de maniobras.

• Proteccién a las instalaciones.

• Accesos. ’

5.3.2.1 Captacién

Para alimentar al sistema, primeramente habra que ubicar Ia fuente de abastecimiento Ia que

el mar, una laguna 0 algun rib; y dependiendo del Tip0 de esta, habré que disenar Ia obra de Toma.

una estructura que nos permitiré extraer y controlar el agua en el mcmento y voluman que se req `

5.3.2.2), ésta deberé proyectarse procurando no modificar relativamante el regimen de dicha fuente,

habré que realizar los esludios necesarios para conocer las caracteristicas mas generales de ésta, T

mareas, ccrrientes, oleaje, batimetria, velocidades, temperaturas e inclusive fauna acuética axis

{ipc se clasifican en sumergidas Y supemciales, las cuales deberan cumplir en su operacién basim

siguiente:

-

• Que capten y regulen los gastos necesarios para el sistema; aun cuando se presenten

bajamar 0 de estiaje extraordinarios.

• Que reduzcan al maximo las pérdidas de energia por entrada y conduccion.

• Que eviten a través de rejillas, Ia entrada de cuerpos extranos, tales como troncos, escombros 0

Adicionalmente a estas condiciones Y cuando se trate de una toma sumergida en un océanu.

disenarla de tal suerte que la entrada tenga un doblez normal al lecho donde este asentada,

apertura con una tapa horizontal de tamafio y forma tales que el agua entrante viaje horizon

velocidad suficiente para ahuyentar a los peces; ya que estos animales solo pueden detectar B nit

horizontales, no asi las verticales.

_ ..l..r..»l ‘‘‘‘` "`"" iuccion

` ··¤ ksteriormente a la obra de toma, habra que diseftar la conduccion, la cual puede ser una tuberla, para

bocatoma sumergida 0 de un canal de acceso cuando la bocatoma sea superficial (por el tema bajo

se describira I0 referente al canal de acceso que es I0 mas usual en las Plantas termoeléctricas y

' s).

las funciones principales del canal de Ilamada son:

A Ccnducir el agua de mar hasta el carcamo, desde un punto en donde exista la menor cantidad pcsible

rtarena en suspension. r

Savir de tanque sedimentador. La poca arena en suspension que entre por Ia boca del canal debera.

Tedimentarse dentro del mismo, para evitar que Ilegue a las bombas. Requiriendo de dragado periodico

.pa mantener la profundidad del proyecto.

Ibgular el gasto que sera entregado al carcamo, mediante cornpuertas y canales internos mismos que

an su diserio debe considerarse el patron de fluio requerido.

lallas y rejillas

En la parte inrnediata a las compuertas de control de flujo del canal de acceso, se construyen

especiales para la Iimpieza del agua (figura 5.3.2.3), el cual consiste de rejillas con rastrillo (figura

y mallas giratorias (figura 5.3.2.5), que sin/en para retener Ia basura y cuerpos flotantes e inclusive

gne pudieran llegar, evitando que estos cuerpos extrarios pasen al carcamo de bombeo y que puedan

' dos por las bombas con el consiguiente daho a las mismas.

Estas rejillas y mallas son de formas y tamarios variados que dependen del tipo de cuerpos que vayan a

del gasto que estara circulando y de Ia forma de su instalacion, operacion, limpieza y mantenimiento.

`on debera ser paralela al flujo para evitar choque directo con I0s cuerpos circulantes.

El proyectista debera estar enterado de la dimension del "pas0 de esfera" de Ia bomba, la cual

al diametro mayor de un cuerpo, que se admita pasar por los alabes 0 impulsores sin daftar la

y en funcion de esta dimension fijar Ia separacion maxima de loa barrotes de Ia rejilla 0 el area de paso

las y evitar precisamente que se introduzcan cuerpos mayores.

L ` will Cércamos de bombeo

E] cércamc de bombeo 0 pozo de succién (figura 5.3.2.6), es un tanqua enterrado, que se comunica con

'én de alimentacién (por ejemplo con el canal de Ilamada) Y en el cual se aiojan las succiones de las

Los hay ccmunes, que dan servicio a varias bombas y simples que dan servicio a una sola. Su

"n, funcionamiento y disefm se trataré an los temas posteriores.

Campana y cclumna de succién

La campana de succion es un aditamento abocinado instalado en el extremo inferior de Ia tuberia de

" que conecta directamente a la bomba (figura 5.3.2.7) es alli donde se transforma el flujo de superficie

entiujo a presién. EI objeto principal de esta entrada abocinada es eliminar Ia separacion del flujo que

con una entrada de borde agudo, esto asegura qua el flujo sea uniforme a través de toda la seccion

` rsal de Ia admision, por lo que las pérdidas de cargas asociadas con Ia admision seran minimas.

La tuberia o columna de succion, es medida a partir de la zona del impulsor hasta el eje de la tuberia de

rga cuando Ia tuberia es vertical y cuando sea horizontal se mediré desde la pared posterior del carcamo

‘ 0 hasta Ia brida de succion, de Ia bomba. Sera unica para cada bomba y su posicionamiento al igual que

iw la campana de succion sera vertical u horizontal, dependiendo del arreglo que se le de al carcamo;

mmpliendo estrictamente con Ia sumergencia requerida para el correcto funcionamiento de Ia bomba.

5.3.2.6 Equipo de bombeo

Debldo a la imponancia que representa el equipo de bombeo en los carcamos, a contin

presentan sus aspectos mas principales.

Este equipo esta conformado por el conjunto b0mba»motor instalado a Io large del propio s`

bombeo y su 0bjet0 es de proporcionar energia cinética y de presién al agua, para llevarla de un nivel '

uno superior.

Una bcmba hidraulica es un transformador de energia, ya que la energia mecanica reclbida a

una flecha rotatoria, procedente de algun motor (eléctrico 0 de combustible), la transforma en energia '

de presion y posicién del agua al entrar a las tuberlas.

La bomba consta basicamente de dos componentes; carcasa e impulsor, la primera es fija y

la parte envolvente de la bomba, y a la segunda se Ie llama impulsor o émb0l0 y es de hecho el cora `

maqulna ya que al girar hace que el agua clrcule a lravés de éste. (Figura 5.3.2.8)

Las bombas se dividen comunmente por su principio de funcionamiento en dos tiposz las de despla

positivo, que funcionan por cambios de volumen, el cual pasa a través de uri contorno movil (embolo si

que al girar obliga al fluido a avanzar a través de la méquina; y las rotodlnamicas, que como su nombre lu'

son aquellas que suministran energla al liquido mediante la accién del impulsor, elemento rotatorlo c

per alabes y cuyo funcionamienlo se basa en las ecuaciones de Euler.

Existen para cada tipo de las bombas descritas anteriormente, una clasificacion que depende del `

de flujo en su paso por el impulsor 0 émbolo.

· ria de descarga

· descarga comprende basicamente al conjunto de tuberias y dispositivos adonde se entrega el agua

= desde Ia salicla de las bombas hasta el lugar donde se inicia Ia distribucion del agua; el diseno de su

` y su espesor, son funcion del gasto, presiones y resistencia del material que la constituye. En esta

- donde son colocados los principales dispositivos de control y alivio.

~ · bas auxiliares

Eslas bombas, como su nombre lo indica auxilian, a las propias instalaciones, recayendo principalmente

y · . el lavado de mallas y como equipo contra incendio.

Dispositivos de control y alivic

- • les dispositivos de control y alivio de un sistema de bombeo, son los siguientes;

Z r Ia de aire—vacio.

la de drenajet

e la de descarga.

— la de no retorno.

E < la aliviadora de presion

" ara de aire.

zmque unidireccional.

anque de oscilacion.

— Cavitacion

La cavitacion es un fenomeno muy importante de Ia mecanica de los fluidos y de particular influencia en

` namiento de toda méquina hidraulica.

V En las ultimas décadas la tecnologia del diseoo de turbinas y bombas centrifugas ha tenido un avance

nte, el cual sumado a los incrementos en los costos de fabricacion, ha llevado a desarrollar equipos con

· - velocidades especificas para minimizar esta lnfluencia, Io que determina un incremento en el riesgo de

" > as en Ia succion, especialmente cuando operan fuera de su condicion de diseno.

Cuando una persona se encuentra ante el problema de seleccionar una turbina 0 bomba adecuada,

· . ; Imente recurre a aquella que Ie brinda el mayor rendimiento, con Ia menor inversion inicial.

Si en la etapa previa solo se suministran los valores de caudal, la altura de impulsion y el fluido la

,:ix>cion del equipo quedara en manos del fabricante que tratara de cotizar el equipo de menor precio. Pero,

gm existiran otros parametros que deban ser tomados en cuenta? Claro que si, nadie como el usuario ha de

mrncer la instalacion por Ia cual ha de operar la bomba y es mas, es probable que el sistema diseoado para la

succlon, debido za una solucion eoonémica exigida, haga que no se encuentre en el mercado la buntli

pueda garantizarle en rendimiento sin problemas en el futuro.

5.3.3.1 Definiciones }

Por cavitacion se entiende la formacion de bolsas de vapor locallzadas dentro del liquido, _>

siempre en las proxlmldades de las superflcles solldas que Iimitan el liquido. '

En contraste con la ebulliclon, Ia cual puede ser causada por Ia lntroduccion de calor 0

reduccion de Ia presion estatica ambiente del liquldo, Ia cavitaclon es una vaporizaclon local 1H

lnducido por una reducclon hidrodlnamica de Ia presion. (Flgura 5.3.3.1).

Esta zona de vaporlzaclon local puede ser estable 0 pulsante, y esto altera usualmente el

del flujo. Este fenémeno se caracterlza, entonces, por la formaoion de bolsas (de vapor y gas) en d

junto a los contornos de una corrlente flulda en rapldo movimlento.

La condiclon flsica fundamental para la aparicion de la cavitacion es, evldentemente, que la

el punto de formaclon de estas bolsas caiga hasta la tension de vapor del fluido en cuestion. P

diferencias de presion en maquinas que trabajan con llquido son normalmente del mismo

preslones absolutas, es claro que esta condlcion puede ocurrlr facllmente y con agua frla, donde la

vapor es de alrededor cle 20° C sobre el cero absoluto.

Las regiones de depresion local solo pueden existir como consecuencia de Ia accion

movimiento, y una forma de esta accion proviene de la inevitable conversion de la presion en energia

Las consecuencias o, mejor dicho, los fenomenos acompanantes de Ia cavitacion, tal como

solidos en las superficies limites (Ilamado erosion por cavitacion 0 PlTTlNG), ruidos generados sobre

espectro de frecuencias (frecuencia de golpeteo; 25.000 cls), vibraciones, perdidas y alteracicts

propiedades hidrodinamicas pueden - con pocas excepciones — ser consideradas como perjudicids `

tanto indeseables. Por Io tanto este fenomeno debe ser evitado 0, como minimo, puesto bajo control. `

Los efectos no perjudiciales de la cavitacion incluyen su uso para limpieza, 0 en _

condensacion donde Ia cavitacion puede ser utilizada como regulador de flujo. ‘

"

La cavitacion destruira toda clase de solidosz los metales duros, concreto, cuarzo, metales mths A

Sin embargo Ia cavitacion no constituye un fenomeno inevitable, sino un efecto que debe ser juzgado y

desde el punto de vista economico.

En el caso de las turbomaquinas hidréulicas la cavitacion es un factor determinante, marcando el limite

' para el tamario de Ia maquina y también el limite mas alto para Ia velocidad del flujo medio (velocidad

` del rotor).

De este modo, para una dada altura y un dado caudal la maquina con el mas alto Numero Especifico

` Especifica) tendré menores dimensiones, menor peso y mas bajo costo; pero por otro lado, la

" marca un limite superior para la velocidad especifica que no debe ser excedido. La cavitacion se

at el proceso de formacion de burbujas y en el de implosion de las mismas.

Resistencia a la traccién y nucleacién

De acuerdo a lo expuesto surge el interrogante de como aparecen estas burbuiasr

A fin de producir una cavidad en un liquido, debe primero ser estirado y posteriormente desgarraclo. Si

“ es considerado como un solido, esto es inducido por un esfuerzo de traccion. Por lo tanto, la facultad

Iquido de soportar este esfuerzo de traccion es llamado "resistencia a la traccion". La Figura 5.3.3.2

` la capacidad del agua de tener una presion negativa (Ejemplo: esfuerzo de traccion)

Estos son valores minimos teoricos para agua absolutamente pura. Asi, bajo ciertas condiciones el

pura puede soportar muy altas tensiones de traccion, o presiones negativas, mucho mas bajas que la

de vaporizacion. Esta clase de agua, capaz de soportar tensiones de traccion de mas de 250 bar a

ura ambiente, (125.000 veces mas bajas que la presion de vapor) puede ser producida solamenle en

`os altamente especializados.

' Bajo tensiones cle traccion un Iiquido generalmenie se separa a ia presion de vapor. EI hecho de que

iones de traccion antes mencionadas, y que el comienzo de ia cavitacion se produzca con el arribo a Ia

" de vapor, conduce a la suposicion de que las impurezas deben esiar presentes en ei Iiquido. Estos son

' ente Ilamados NUCLEOS. EI inicio de la cavitacion se debe a dichos puntos de rotura dei Iiquido

s "cavidades" (de aqui el nombre del fenomeno).

La tension necesaria para "romper" 0 "fracturar" el iiquido, es decir vencer a las fuerzas de cohesion

culares es, como se dijo anteriormente, enorme.

V Calculos teoricos, como los de Fisher los cuantifican, para el agua pura a 10°C en 1000 bar; aunque

~¢aIad0s experimentales como los de Briggs I0 han Iogrado a 277 bar. Pero el fenomeno de cavitacién ocurre

mstzsamente a bajas presiones, ello quiere decir que en ia practica los Iiquidos ya estan "desgarrados". A estas

fracturas previas se las denomina "nocleos de cavitacion" mencionados anteriormente, y son los in" · ~· `~ `

proceso. V

Estos nucleos son diminutas burbujas de gases adheridas a materiales solidos present-!. l .

Iiquidos, burbujas retenidas en fisuras en los conductos de transporte del mismo, 0 gases absorbih

liquido.

Estos nocleos al ser sometidos a una zona de baja presion oomienzan a expandirse. Si ' {

disminuyendo la presion en una magnitud tal que se alcance la presion de vapor del fluido a la =

respectiva, entonces el liquido que rodea a este nocleo (micro burbuja) se vaporiza y comienza a • »·

que se hace visible en forma de burbuja

Si en el Iiquido hay disuelto otros gases, ellos tambien pueden colaborar en formar esta •· "

difusion de los mismos, cuando las condiciones fisicas (de presion y temperatura) Io permitan. I`

5.3.3.3 Tipos de cavitacion

Por Io dicho precedentemente hay dos tipos de cavltacion, uno con flujo y otro estando ’

estatico:

1) Cavitacion por flujo. _

2) Cavitacion por ondas. .

Ejemplos del tipo 1) los tenemos en tuberias donde la presion estatica del Iiquido alcanb

proximos al de la presion de vapor del mismo, tal como puede ocurrir en la garganta cle un tubo > `

entrada del rodete de una bomba centrifuga 0 a Ia salida del rodete de una turbine hidraulica de rea ` `

Los ejemplos del tipo 2) aparecen cuando estando el Iiquido en reposo, por el se propagan ¤ · ·

las ultrasonicas denominandose Cavitacion Acustica, o tipicas ondas por reflexion sobre paredes 0 ~

libres debido a ondas de compresion o expansion fruto de explosiones y otras perturbaclones como esi

del golpe de ariete, denominadas Cavitacion por Shock.

5.3.3.4 Contenido de aire

Los altos contenidos de gas parecen favorecer el comienzo de la cavitacion, debldo a que • " i

mayor cantidad de burbujas. Por otra parte un contenido Ievado de aire (presion parclal de aire) d`

velocidad de implosion. 1

Con un contenido bajo de gas se demora el comienzo de la cavitacion, ya que la resis -

traccion del agua en este caso comienza a jugar un papel considerable. Para un contenido de un 10%

de saturacion la cavitacion comienza al alcanzar la presion de vapor. Con elevados contenidos cb `

presion para el comienzo de Ia cavitacion es superior a la preslon de vapor, ya que en este caso el • =·

de las burbujas esta favorecido por Ia difusion de gas en el liquido. ·

5.3.3.5 lmplosion de la burbuja .

La bolsa, ya aumentada de tamario, es arrastrada a una region de mayor presion y finalmert

mejor dicho, I|\/IPLOTA. Esta accion periodica esta generalmente asociada a un fuerte ruido crepitante. '

El aumento de tamano de las burbujas 0 bolsas reduce los pasajes aumentando asi la v • ` V '_

escurrimiento y disminuyendo por Io tanto mas aun la presion. Tan pronto como la presion en la · ’

supera la tension de vapor después de pasar la seccion mas estrecha, se produce la condensacion y el - _

de la burbuja de vapor. La condensacion tiene Iugar instantaneamente. EI agua que rodea a las bu • `

estallan, golpean entonces las paredes u otras partes del fluido, sin amortlguacion alguna. " `r`—

Teniendo en cuenta la condensacién del vapor, con distribucibn espacial uniforme y ocurriendo en Un

muy corlc, puede ser iomado por cierlo que \as burbuias no colapsan concéntricamentc.

En estes estudies puede ser temado come valido que las cavidades ne celapsan cencéntricamente en

` d de una pared. Se forma un 4micro—]et 1que checa con la superficie selida donde trasmiie un impulse

"n, come se ve en la Figure 5.3.3.3.

Tema de entrada

La iema de entrada es ia estructura hidraulica de mayor importancia de un sistema de aduccion, que

ra un sisiema de generacien de energia hidroelectrica, riege, agua petabie, etc.

Les diferentes tipos de toma de entrada han side desarrellades sobre la base de estudios en rnedelos

s, principalmente en aquelles aplicades a curses de agua con gran lransperle de sedimentos.

` En el case de sistemas en cuencas de montana, debide a las condiciones tepografioas, las

des de desarrellc de embalses son limitadas. Por tal motive, es usual la derivacien direcla de les

s de agua requeridcs y oenducirles a traves de canales, galerias ylo tuberias, para atender la

que se presenta en el sistema de recepcién (agua petable, riego, energia, etc).

Cada intervencien sobre el recurso hidrico, erigina alteracienes en el regimen de caudales, aguas abaie

estructura de captacien, por lo que su aplicacion debera considerar al misme tiempo la satisiaccion de la

definida per el proyecte y les impactes sobre secteres ubicados en niveles interieres.

Ccndicienes de operacién en carcamos de bombeo

El fiujo en el carcamo debe idealmente cumplir con las cendicienes que a centinuacien se indican. La

ia entre estas condiciones y las reales determinara el grade de ocurrencia de prebiemas en el

' miento.

1 Uniformidad

En una seocion transversal convenientemente definida de la camara, la magnitud y la direccion de las

' ades en todos les puntes de la seccion deben ser iguales. La falta de esta condicien se debe

lmente a la asimetria de la eslructura cen respecte a la direocion del fluje y a la geemetria particular del

I 0, prevocande un giro de ia masa liquida hasta la entrada de la campana, asl como en cases graves, la

ion de vertices sumergides Y de vertices superficiales cen el censiguiente acarree de aire.

5.3.5.2 Permanencia

La magnitud y Ia direccion de las velocidades no deben variar en funcion del tiempo ya ·· ,_ ~·

velocidades con respecto al tiempo generan fuerzas irregulares, no equilibradas, en el impulsor; esto ~ '

aparicion de vibraciones las cuales con el tiempo pueden danar los cojinetes y otras partes de la bonln. .- `

5.3.5.3 Unicidad . J

El flujo debe ser de una sola fase; es decir no debe de haber arrastre de aire 0 de vapor. La ` - ' `

aire en el flujo puede deberse a varias causas; sumergencia insuficiente, altas velocidades y • ~

formacion de burbujas de vapor de agua y de aire disuelto es el resultado de bajas presiones · -

general a los vortices sumergidos y a las altas velocidades cerca de Ia campana de succion, pre = '

cavitacion en el impulsor y en otras partes de Ia bomba, con graves consecuencias en casos extremes. ` V

5.3.5.4 Vorticidad y

No deben presentarse vortices superficiales de los tipos ll y lll; ni vortices sumergidos de ks

C, ya que el efecto de estos sobre Ia eficiencia de las bombas puede ser serio, debido a la introd ». "

0 vapor a la succion, como a la rotacion de la misma masa liquida. En este Ultimo aspecto y de - · .

direccion de la rotacion del vortice y el del impulsor de Ia bomba, puede aumentarse 0 ·

erraticamente la carga sobre el equipo, Io que se traducira en esfuerzos adicionales y sobre todo en ' `

5.3.5.5 Pre-rotacién

El flujo que llega al impulsor de la bomba no debe presentar un giro excesivo, los principales ·

de bombas aceptan una pre-rotacion menor a las 5 r.p.m.

5.3.5.6 Simetria =

El perfil de velocidades en cualquier seccion transversal al flujo, debe ser simetrlco con u »

del canal.

5.3.5.7 Turbulencia r

La turbulencia generada por pilas 0 cualquier otra discontinuidad en el flujo debera ser . ”

antes de que esta entre a la campana de succion.

5.3.5.8 Separacion de columna

Deberé evitarse la separacion de la columna de agua en la campana de succion en la zona ` Z _

5.3.6 Caracteristicas de los cércamos de bombeo .

5.3.6.1 Descripcion _ V·~

El carcamo de bombeo es una estructura geometrica simple, los mas comunes son •·

prisméticos. Este es un deposito del cual se succiona el agua con las bombas y de hecho es · '

transforma el flujo de superficie libre a un flujo de presion; sus dimensiones se determinan can Z

funcionamiento hidraulico, al nomero y tamano de las bombas que se vayan a instalar y del pr •· 7

empleado en Ia construccion. » _*’ _r

Los carcamos se dividen en carcamos humedos y carcamos secos, la figura 5.3.6.1 ilustra un » _ H

humedo con varias bombas verticales suspendidas sobre el mismo, este carcamo es llamado asi, · ~·

zona de impulsores se encuentra sumergida en Ia masa de agua que se esta bombeando, este tipo de carcamo

en las plantas ganeradoras da energia eléctrica ya que por sus dimensiones y caracteristicas de

4. msulta el mas adccuado para Ia instalacién da su equipc.

h Figura 5.3.6.2, sa muastra un arreglo con los ejcs da las bombas horizontalas y dos carcamos,

' carcamc humado donde se aprccia el tubo de succién invertido hacia abajo, para permitir una

‘ mayor. Y el 0tr0 cércamo saco, donda su ubica al conjunto B0mba—M0t0r y los dispositivos de

` .¤¤¤S¤i¤y€@qd€ ¢s¢@@rma u0@;¤&d@,mé9ma$-,aa,r rrrr aa p

5.3.6.2 Localizacién

Cuando se presenta una demanda de agua en algun lugar y que de acuerdo a las condiciors ,_

se requiera atender esta con equipo de bombeo, de hecho se establece el sitio de descarga sin ~·¤ · 7

cual sera el del carcamo. Analogamente cuando se ubica la fuente de aprovechamiento que se · ·~

tendra la localizacion de Ia obra de toma, de ahl que la ubicacion del sitio sobre el cual se ha de c0 ¤ “~ _

carcamo ya sea junto, cerca 0 lejos de estas estructuras, se determinara a través de los siguientcs

previosz ·

• Estudios técnicos. i

• Visitas de inspeccion.

• Anteproyeclo. ’

Conociendo los resultados de los estudios anteriores, se estara en posibilidades de =-—·

ubicacion del carcamo y obras afines, para lo cual el suelo debera ser estable, sin peligro de de

de los cruces con arroyos y de facil acceso.

Es importante que Ia ubicacion de una estacion de bombeo se seleccione solo después ~

estudios extensos y detallados de las necesidades actuales y futuras del area que sera senrlda por V

de los factores economicos del diseno del sistema y ubicacion de la estacion, y del impacto en d

local.

Se dara cuidadosa atencion, especialmente en areas no desarrolladas 0 parcialmente u •< '

crecimiento futuro probable debido a que la ubicacion de la estacion de bombas, determinara en m · _

el desarrollo completo del area. l.a parte estética {ambien influira en la seleccion del sitio en fomia

ubicacion de la estacion no afecte adversamente el area vecina. r,

Algunos de los detalles que deben considerarse durante la ubicacion de un carcamo de b · - i`

• Condiciones del sitio. i~

• Propietarios del terreno. {

• Drenaje del terreno y de la localidad. .

• Tipo de trafico.

• Accesibilidad vehicular.

• Disponibilidad de servicios, energia (tension y carga), Agua Potable, Teléfonos, etc. V

La profundidad de las tuberlas, o canales de llegada determinan Ia profundidad de la es · `V

Estacion Elevatoria por debajo del nivel del terreno y determinan tambien en consecuencia el nivel dd '

camara de operacion. Todas las Estaciones deben disefiarse de tal manera que sean resistentes a · ·

de flotacion que pueden producir las inundaciones. Todas las entradas y aberturas no sellables de h

deben quedar ubicadas por lo tanto en alturas sobre el nivel maximo de inundaciones esperado. .

La seleccion final de la ubicacion debe ser el resultado del balance adecuado de las necesidads l

economicas y ambientales. y

En relacion con Ia construccion de las estaciones se sugieren las siguientes recomend • »

• El edificio de bombas debera emplazarse fuera de la zona de avenidas extraordinarias c • >» _

protegido, para evitar la entrada del agua en el mismo. ‘·

• Se dispondra, en la entrada a la camara de torna, una rejilla que retenga las lmpurezas gruesas a

de la tuberla de aspiracion y capacidad de Ia bomba. ~

• Los conductos de succion construidos generalmente en fierro 0 en acero, estaran provwi

correspondiente valvula de pie y accesorios necesarios para acomodar su seccion al orificio de B LV »

5 q§ci0 destinado a proteger las bombas, debera ser de facil acceso, bien iluminado bien aireado y con

` 1;::0 suficienle cle modo que se pueda circular libremente alrededor de los equipos, Se construlra,

·~ que la variacién de la eapa frealica la permita, en el nivel superior al de la maxima cota alcanzada

1 _ §. »

nmdran en cuenta tanto en el estudio como en la obra, los cimientos, obras de aislamiento del equipo

_ » yterreno para evitar las posibles consecuencias debidas a las vibraciones de las maquinas.

~ caudal es pequeno y los equipos de poco volumen, éstos podran ubicarse en pozos registros del

mntrales enterradas seran de material impermeable y sus paredes interiores y pavimentos Iisos y

- . Las canalelas que en el suelo siwan de paso a las lineas eléctricas 0 tuberlas, se cubriran con

~ eslriada 0 rejilla de celdas de aluminio.

` gmertas seran de amplitud suficiente para dar paso a las piezas de mayor lamano. En caso contrario

~ - eran salidas especiales.

instalaran puentes—grua para el manejo de las piezas, en las instalaciones cuya importancia asl I0

` · fl.

Dispositivos complementarios

~ ' de los carcamos de bombeo requiere de los siguientes dispositivos auxiliares:

. 0 electrodes para el accionamiento de las llaves de comando de los motores ubicados en funcion a

naximos y minimos de agua en el carcamo,

V < para agotamiento de aguas de condensacién, de infiltracién 0 de tiltracion que eventualmente pueden

~ - en el pozo seco,

· grua, tecle u otro mecanismo para la suspension del conjunto elevatorio.

Profundidad del carcamo de succién

» la profundidad del carcamo a panir del nivel del terreno, sera determinada por tres etapas, las cuales en

· cendente son:

3 .. e de la solera del atluente.

= e ncia entre niveles maximcs y minimos es del orden de 1.0 m, admitiéndose 0.10 m, por encima y por

l -.a para activar alarma cuando fuese necesaria. En pequenas estaciones, se puede reducir este rango,

4. . un minirno de 0.60m.

y » ra requerida para la instalacion de la bomba y piezas especiales, manteniéndose el nivel minimo de

Irma de proporcionar condiciones para que la bomba opere siempre ahogada

Construccién de las estaciones de bombeo

Materiales de las tuberias.

En la tabla 5.3.6.1 se lndican algunos materiales de uso mas generalizado en las luberias de impulsion.

1) Recubrimiento.

` Las luberias de impulsion suelen construirse, normalmente, a profundidades relalivamente pequeftas.

l momienda dlsponer un recubrimiento minimo de 0.9 m para minimizar Ia sobrecarga de impacto, aunque

tzseable que el valor adoplado sea algo superior

2) Anclaje.

’ Las tuberias han de anclarse para resistir los empujes que se producen en ciertos puntos tales como

:¤*oios de direccién, codos y conexiones con ramales.

3) Control del golpe de Ariote.

Los sistemas do control normalmente empleados son: V

• Valvula de ratencion situada an la descarga de las bombas, dotada de contrapeso y '

ayudar la maniobra de cierre.

• Valvula de retencion do resorts: siluada en Ia clescarga do las bombas.

• Valvula de retenclon do cualquiera de los dos tipos anteriores junto con la valvula rogul

presion.

• Vélvula do control positivo situada on la doscarga, enclavada do manera que so abra a

prefijada durante el arranque y so ciorre a volocidad predeterminada después del corte de

Valvulas do purga y admision da alre situadas en la estacion do bombeo y en los puntos

tuberia do impulsion para llmltar el desarrollo do prosionas inforiores a la atmosfera. »

Todas las estaciones do bombeo, excepto las situadas on climas calidos, deben toner una '

de calefaccion con control automatico para evitar el riesgo de congelacion del agua durante Ia époa

cémara seca do estaciones con personal permanento es conveniente toner una temporatura agra _

.\ will Zaefaccion y ventilacion.

`

Lz ixstalacion de ventilacion de las camaras de aspiracion y seca debe estar totalmente independizada

oriticios de paso de tuberias a cables eléctrioos han de estar perfectamente impermeabilizados para

' h estanqueidad a prueba de gas. Las camaras de aspiracion deben incluir sistemas de ventilacion

` bien distribuidos en todo el recinto, la salida del aire foizado se realiza por Ia parte superior de la

. Ia camara seca debe tener una buena ventilacion, ya sea con ventiladores que fuercen el aire 0 lo

` 0 bien mediante ambos métodos, lo cual se utiliza en grandes estaciones.

_ · hstrumentacion de las estaciones de bombeo.

Ia instrumentacion de las estaciones de bombeo incluye los controles automaticos para el

" nto secuencial de las bombas, los controles automaticos y manuales para el mismo proposito y las

Panel de control.

“E panel de control es donde se centraliza toda la instrurnentacion de control. Debe incluir los siguientes

‘ »¤ or del nivel del agua en la camara de aspiracion.

»: or de funcionamiento del medidor de caudal

- ptores para la seleccion de Ia secuencia del bombeo que permita fijar el orden de funcionamiento de

bombas activas y las de reserve.

3 i les de funcionamiento para cada bomba incluyendo:

_ . ptor de tres posiciones (manual, paro, automatico). _

* . e les luminosas indicadoras de funcionamiento 0 parada.

·~ »• oles de la velocidad variable (cuando las bombas sean de este tipo):

— Control manual automatico de celeridad

- lndicador de la velocidad Metcalf & Hedi

Diseho hidréulico del carcamo

V Para lograr el funcionamiento hidraulico optimo del carcamo de bombeo, su diseno contemplara

t de lo enunciado el uso que se le vaya a dar, esto es, que sus dimensiones se determinan en base al

s de agua que estara circulando y por ende al numero y tamano de las bombas, por lo que en su diseno

• se debe elegir una geometria especial, sobre todo cuando se instalen en el, bombas centrifugas de eje

El diseno de un carcamo de bombeo prismatico, puede ser observado en el arreglo mostrado en la

I 5.3.7.1.

. Es conveniente mencionar también que un diseno incorrecto de los carcamos, puede tener

¤ ones de gran alcance en el funcionamiento general de la estacion de bombeo, de ahi que el diseno de

a y carcamo se presenta atinadamente para una solucion a traves del analisis de un modelo hidraulico.

V Con la idea de atender en el presente trabajo, lo relacionado al funcionamiento hidraulico de los

n os de bombeo prismaticos, en adelante solo se tratara con el flujo y el control del agua, desde su

= a a Ia estacion de bombeo hasta su entrada a Ia bomba, los liquidos bajo consideracion son agua y aire,

qua circulando y el aire estando por encima de Ia superficie y en algunos casos atrapada en forma de

‘ jas bajo el agua.

Por lo anterior, el movimienfo del Iiquido antes de Ia succion resulta especialmente critico, por Io que

. az bomba solo retendra su mejor funcionamiento cuando el flujo que llegue a ella cumpla con un conjunto

-511:10 de condiciones hidraulicas.

La falta de cumpllmiento de tales condlciones tiene efectos que pueden llegar a

caracterlstlcas de operacién de todo el conjunto de bombeo, causar severos danos a las bombas, V

de importantes lnverslones y costos por conceptos de mantenlmlento, reparacicnes y modlflcaciones,

de la falta de servlclo y clejando inclusive de generar Ia energla compmmetida. *

5.3.7.1 Normatividad y estudios para diserio ,

El funclonamiento hidréulico de un carcamo de bombeo esta estrechamente relacionado V

geometrla de las paredes, las superflcles que l0 llmitan y con algunos parametros de flujo, por lc: qu

aspectos deberan considerarse en el diseno, 0 correcclon inclusive, de un cércamo cle bombeo.

6) Es recomendable que el agua tlegue simulténeamente a todas las bombas con baja ve `

flujo recto y uniforme, las velocidades cerca de las bombas deberén ser alrededor de 30 c

recomiendan cambios en ei tamano dei tube de succién. '4

7) N0 es recomendable ia instalacién de las bombas en Iinea, a menos que Ia relacién entre H

bomba sea bastante grande y las bombas esten separadas por un margen longitudinal amplio.

Hay que aclarar que Ia ccnfiabilidad de estas guias de proyectc es Iimitada sobre todo en ei caso Q i

bombas que son mes susceptibles de experimenter vibraciones y funcionamiento irregular que las _

gncidad debido a que sus caracteristicas mecénicas no aumenia con respecto a estas, en Ia misma

" que las cargas y los esfuerzos hidrodinémicos.

¤.

Ademas de las reccmendaciones que se han establecido en los centros de investigadin ` ~· 1

mencionados, que son de caracter preliminar para casos generales, deben tomarse en cuenta las s‘ ` y i

1) El canal de acceso sera en lo posible recto, para que llegue directamente hacia las · ·

curvas y las obstrucciones son perjudiciales desde el momento en que causen corrientes y r ·

tendencia a f0rmar vortices. T

2) La velocidad en el canal de acceso que alimentan al cércamo donde succionan las bombas 5

baja, por Io que no podra e>$ceder de 60 cm/seg. °

3) Si el carcamo funcionara con varias bombas habra que disefiar muros divisorios 0 >»r

paralelos al eje principal de la estructura, los cuales serviran para reducir velocidades y para e •< ~· ’

cruzados cuando se tenga mas de dos bombas y que al menos una no esta en operacion. Habra ·

especial atencion en disenar Ia geometria de los extremos de estos muros, sobre todo Ia "nariz' qa: L

aguas abajo ya que esta zona representa un alto riesgo de generar vortices.

4) EI flujo de agua no debe pasar de una bomba para llegar a la siguiente siempre que estn ,

evitar. Si las bombas tienen que estar Iocalizadas en la linea de flujo, se debera construir una celdilta _

de cada bomba.

5) En I0 posible, la trayectoria del flujo debera ser en forma que reduzca el arrastre alterno de

tras la bomba. .

Todas las recomendaciones enunciadas son de gran utilidad en el diseno de carcamos, sin ; `

la practice I0 mas recomendable en el dimensionamiento del carcamo humedo, es cons` L V ,

dimensiones minimas las que resulten mayores de comparar los resultados obtenidos del nom . V

figura 5.3.7.2, y las dimensiones minimas de instalacion que exige el proveedor de las bombas, .

considerar otras necesidades de espacio para montaje y maniobras.

Para el caso de correccion de carcamos construidos, el mismo Standars Hidraulic Institute "

siguientes recomendaciones (figura 5.3.7.4):

1) Reduccion de la velocidad de entrada haciendo pasar el flujo por un conducto con un I

planta de gran tamano 0 cambiar la direccion y Ia velocidad de entrada por medio de separadores. _

2) Cambiar la localizacion de las bombas en relacion con la toma A_

3) Cambiar la direccion del flujo agregando separadores en el piso y en la pared posterior del `

bajo el eie de Ia bomba. .

4) En caso de carcamos con bombas multiples separadas por paredes, procurar que ésxr

extremos redondos u ojivales. =

5) Eliminar las paredes de separacion. ‘

6) Eliminar los cortes rectos en las esquinas, haciendo rellencs para obtener contornos suaves 2

7) Reducir la velocidad de flujo y elirninar las turbulencias. `

8) Colocar tarlmas reticulares de madera alrededor de la columna de la bomba. `

9) Usar esferas flotantes grandes para impedir los vortices superficiales. _

10) Cubrir la pared posterior del cércamo, para reducir la posibilidad de Ia formacion de vortices ·`

11) Cambiar la direccion de la entrada del flujo, gradualmente, por medio de paletas cuwas pai.

Es muy importante subrayar que estas recomendaciones son el resultado de promedios ob = ‘ t

diferentes tipos de bombas, por l0 que se insiste en que solo sean tomados como dalos preliminares ~= _

las variaciones de operacion de cada carcamo.

El segundo método usado para proyectar un carcamo de bombed; es mediante un estudio e • > ‘ `

Ya que en este diseno al igual que en muchos fenomenos hidraulicos la experimentacion en modelos

que proporcionara informacion que el analisis teorico no es capaz de proporcionar. , `

5.3.7.1.2 Estudios para disefic `

En general, el lngeniero Civil sabe que para estudiar y proyectar cualquier estructura de 7

Hidréulica, se requiere ademas de conocer su funcionamiento, conocer las caracteristicas del flujo y »

que habra de circular a traves de esta, asf como los tipos y formas de las fronteras fisicas 0 virtuales • -

que considerar para su disefio de tal forma que cuando se le requiera que presente algun proyecto =——

este realizara primeramente un anteproyecto de conjunto, en el cual habra que predecir algunas ~·

técnicas optimamente economicas, basandose para ello en su experiencia de obras similares, por _

razonamiento; 0 probando su diseno propuesto sobre un modelo e inclusive combinando estas ·· ,

solucion; para que una vez comprobada Ia eficacia de la estructura proceda a disenar el proyecto deli ’

Esto es, que el funcionamiento de cualquier estructura hldraulica puede ser estudiado y s' V

tres formas de modelos, los cuales obviamente tienen sus ventajas y sus Iimitaciones, estos modelos —· r

• Modelos Analogicos.

• Modelos l\/latematicos.

• Modelos Fisicos Reducidos.

Consideraciones para el disefioz

1) Se buscara por una parte que el tiempo de un ciclo de bombeo entre arranques consecutivcs, V

incrementos de velocidad de una bomba sea un valor que no ocasione fallas por sobre »

sistema de arranque al ser demasiado frecuentes, y por otra parte que no sea tan grande ·-

causar problemas de septicidad.

2) Aunque la retencion hidréulica en el carcamo se basa en los caudales medios, los gastos

maximos determinaran el tamano del carcamo.

3) Se deben obtener resultados favorables para cualquier combinacion de gastos influentes y de »

4) Para bombas grandes el tiempo de un ciclo de trabajo no debera ser menor de 20 minutos.

que para bombas mas pequenas el tiempo de un ciclo hidraulico puede reducirse hasta 10 m`

5) Se recomienda que el maximo tiempo de retencion hidraulica en el carcamo no sea mayor de 2

de preferencia se deben tener tiempos menores de 30 minutos. `

6) No existe un método unico para dimensionar tos carcamos que sea aplicable a todas las co • ' 7

7) Por estar al final del drenaje, las bombas deben tener capacidad suficiente para absorber los · _

en los caudales recibidos del influente.

8) Cuando se trata de un carcamo pequeno, en Ia practica se recomienda tener un volumen ·

igual a dos veces el gasto maximo del influente en Iitros por minuto, solamente para protegerd `

de arranque de un sobrecalentamienlo y fallas causadas por paros e lnicios demasiado frecuers ;

9) En las grandes instalaciones la capacidad efectiva del carcamo humedo es conveniente que no ~ f

de 10 minutos del gasto promedio en 24 horas, no es conveniente que el carcamo sea muy ..,

porque se tienen problemas de operacion y mantenimiento (se deposita material arenoso y organico en

_ uceso ya aumenta la cantidad de grasas y otras sustancias en los muros laterales y la superficie.

Los oarcamos pueden ser estrechos, pero no menor de 1.2 metros para tener un rapido acceso y

cuando la operacion continua es muy importante, es conveniente dividir el carcamo en dos

secciones, apropiadamente interconectados para tacilitar reparaciones, limpieza y hasta

ampliaciones.

Las caracteristicas de la curva diaria del caudal; las alturas de succion y descarga; el tipo y cantidad de

y piezas especiales y la eficiencia de las bombas, determinaran la potencia total requerida del equipo.

que la disponibilidad de fondos economicos, condicionara el que se tenga 0 no la distribucion de

con distintas capacidades de tal forma que para cualquier combinacion de caudales influentes y de

no se exceda el numero de arranques permisibles en un tiempo dado y no se generen condiciones

' s por retenciones prolongadas del agua dentro del caroamo.

Es bastante comun adoptar como 10 el numero maximo de arranques horarios de la bomba, de modo

periodo de una parada y del tiempo de funcionamiento de la bomba sea de 6 minutos.

' ando;

= Capacidad util del pozo.

= Descarga que llega al pozo.

= Descarga bombeada (Caudal de bombeo).

= Periodo de parade de la bomba.

= Periodo de funcionamiento.

_ = Periodo de retencion de las aguas residuales en el pozo (10 minutos).

2 = 6 minutos.

que;

C = qP1

Eo. 5.3.7.1

0 = (Q CUP;

' o de funcionamiento de la bomba para el caso de descarga minima en el pozo se calcula:

de funcionamiento;

C

P1 = »{* Ec. 5.3.7.2

Qmax qmin

' de parada

C

P1 = ——

qmm Ec. 5.3.7.3

P3 = Periodo de retencion

sma de P1 y P2, corresponde al ciclo de operacion de la bomba entre dos arranques consecutivos.

Sumergencia minima

En el caso de las turbomaquinas sera conveniente hallar una expresion del coeiiciente de cavitacion en

"n de parametros hidraulicos conocidos de la maquina, poniendo especial enfasis en las leyes de similitud

incluyen a las presiones o saltos, ya que la cavitacion es una funcion de estas condiciones.

1 Obviamente, la cavitacion se producira en el Iado de baja presion del rotor. Por lo tanto la altura o

ia disponible en esa parte de Ia maquina, /—\LTUR/-\ DE ASPIRACION (hs) es de vital importancia. Luego,

pa una determinada velocidad angular y determinado caudal el comportamiento de la maquina a la cavitacion

as una funcion de esta altura de aspiracion (hs).

La altura de aspiracién puede definirse como Ia distancia vertical entre el eje de Ia méquina yaiv

agua, aguas abajo de la méquina. Esta sera positive si el eje se encuentra por encima del peio at

negativa en caso contrario Figura 5.3.8.1.

La Comisién Electrotécnica Internacional especifica Ia manera correcta de considerar Ia `

aspiracién para lcs diferentes tipos de turbines de reaccién.

La altura "geodésica" de aspiracién de Ia figura 5.3.8.1 no determina por si soia Ia a `

cavitacién, sino Ia denominada "aitura dinamica de aspiraci6n" que se puede determinar aplicando la

de Bemoulli entre los puntos A y B de Ia bomba de Ia figura 5.3.8.1.

Siendoz ·

PA = Presién absoluta en el puntc A. _

CA = Velocidad del fluido en el puntc A.

Js = Pérdlda de carga en el tubo de aspiracién. V

Pat = Presién atmosférica (preslén en el puntc B).

hs = Altura geodésica de asplracién

Llamandc Altura Préctlca de Aspiracién 1a Hs = hs + js y despejando PA* /y, se tiene:

EA 2 3 HS E2 EQ

v v 29

Sin embargo el punto A no es necesarlamente aquel en que se obtendra Ia menor presién '

la maquina. Ese valor minimc se producira en algun puntc M dentro del rotor. Entre A y B habra una V

de presién que, condicionada por el sistema de trazado de alabes, para maquinas homélogas 0 '

dependera de la dlferencla de velocidades entre los respectlvos puntos. Tomando c como v ' A

comparacién podremos escribir: V

ll P` P' 2

Y _ J--i=k& Ec. 5.3.8.2.

_ Y Y 29

P' P' 2 P 2

-*1:A-lfizi-HS-(1+k)& @.5.3.8.4

Y Y 29 Y 29

Cuando la presion PB* alcanza el valor de la tension de vaporizacion Pv*, el Iiquido comienza a

, iniciéndose la cavitacion.

A Designando a Ia altura correspondiente al inicio de la cavitacion como 'altura de aspiracion critica"

tiene:

pv Pai Ci

—=-A-isc —(1+k)— Ec. 5.3.8.5

Y Y 29

iendo términos

P; pv ci

—:—-HSC -(1+k)-—:HSvC Ec.5.3.8.6

V Y Y 29

Por lo tanto podra obtenerse una altura dinamica de aspiracion:

P P`

-24-HS =H5v Ec. 5.3.8.7

Y Y

la altura practica de succion debera ser menor que la critica, para que no se evidencie la cavitacion.

Si se divide la altura dinamica de aspiracion critica por el cambio total de energia a través de la

’ , H, se obtiene una citra adimensional denominada "Numero de Thomas" 0 "Numero de cavitacion"

Nj ri 2 n 2 H 2 H

G: ;(1+k)&.:.l EC_5_3_g_g

H 2gH H

Ianto se puede decir que;

Y h — h — H

om, :-Liila oc Ec. 5.3.8.9

La citra de cavitacion asi definida se transforma en un parametro indicativo del margen de seguridad de

' miento de la maquina con respecto a la cavitacion. l\/lientras om sea mayor que oc los efectos de la

"n no se haran sentir.

Tanto el valor de ha, como el valor de hv deberan corregirse de acuerdo a las condiciones locales del

donde se produce el fenomeno.

, El valor de ha, variara de acuerdo a Ia altitud tal como se ve en la siguiente tabla.

Luego, para obtener un valor mas acenado de 0 se deberan tener en cuenta dichas correccions. ‘

Volviendo a Ia ecuacion anterior, si se observa el segundo miembro, donde CA puede su · `

cualquier otra velocidad fluida caracteristica, pone de manifiesto claramente que el coeficiente de . ~

un paramelro de similitud de funcionamiento de las maquinas a Ia cavitacion. En puntos homologos QI.

funcionamienio, dos maquinas geometricamente semejantes se caracterizan por el mismo valor de 0,..

tanto, Ia cifra de cavitacion critica variara en funcion del niimero especifico,

El proyectista encargado de realizar el anteproyecto de un sistema de bombeo tiene como ·· `

valores de presion y caudal. EI primer problema que se le plantea, es la determinacién del tipo de •·

fijacion de Ia velocidad de giro. Como se sabe, a mayor velocidad menor tamafio de Ia maquina. Sin » `

como ya se dijo, la necesidad de evitar la cavitacién pone un limite al incremento de velocidad. Luego. V

inleres poder conocer de manera rapida el valor del coeficiente de cavitacion 0 que asegure la no • •- » '

Ia cavitacién. g

5.3.9 Clasificacién de cércamos, atendiendo a su capacidad de flujo

Estaciones muy pequehas, menos de 6 L/seg. (100 gallmin). Se usan generalmente »

neumaticos 0 bombas desmenuzadoras para servir desde 1 a 50 edificios aislados, com Iineas de ~ _

menores de 100 mm (4 pulgadas). Se puede permitir un solo eyector 0 una sola bomba, pero se pr = 7-

de unidades duplicadas por razones de confiabilidad. Se usan estaciones tanlo del tipo paqux, V

construidas en sitio. "

Estaciones pequef1as16 a 20 l./s (100 a 300 gal/min). Generalmente se usan bombas i . -· ~

capaces de manejar solidos de 65 mm de diametro y preferiblemente de 80 mm. (2,5 y 3 · ”

descargando en Iineas de 100 mm (4 pulgadas). Se requieren bombas dobles excepto en casos »· ·» `

con bombas dimensionadas para manejar el flujo maximo. Se deben tomar previsiones para · - (

l futuro, tales como; el operar bombas en paralelo, proporcionar mayor capacidad al impulsor de las

rniziales, incrementar Ia capacidad de la bomba, 0 dejar espacio para acomodar una tercera bomba.

Tatu las estaciones prefabricadas como las que se construyen en sitio usan foso humedo

M . L te, y los motores se instalan tanto sobre el terreno como enterrados 0 sumergidos. Las succiones

·¢ son sumergidas. EI uso de bombas sumergidas se limita a una altura de succion préctica con un

' ~¢ 4,5 a 5,5 m (15 a 18 pies). Se pueden usar eyectores neumaticos en Iugar de bombas, pero no

ta flexibilidad para acomodar futuras expansiones. En climas calidos se puede usar el equipo

a la intemperie.

Bmciones medianas, 20 a casi 200 l/s. (300 a 3000 gal/min). Generalmente se usan bombas

` ~ e. duplicadas, corr posible prevision para aumentar en el futuro la capacidad de la bomba. Cada

hmdré capacidad en exceso del oaudal maximo de disefro. Este tamafro es el mas popular en las

- prefabricadas pero tambien se usa ampliamente en estaciones construidas en sitio. En el pasado, se

ape las estaciones de aguas residuales se instalaran en foso seco, pero con la nueva tecnologia

se da atencion cuidadosa al uso de bombas sumergibles, bombas suspendidas en fosos homedos y

» de tomillo.

· las consideraciones para la seleccion de bombas para bombeo de aguas pluviales son similares a las

~ residuales.

' Btaciones Grandes, sobre 200 I/s. (3.000 gal/min). Se pueden usar dos bombas, pero la eficiencia de

· ' sobre las variaciones de uso de tres 0 mas bombas. Las capacidades se deben cuando la bomba

are fuera de servicio. las otras pueden manejar los caudales maximos. En estaciones prefabricadas no

~ · n I/s (6000 gal/min)

Disenos Especiales

_ W • o de carcamo de bombeo como diseno especial.

En el afro de 1980 la Comision Federal de Electricidad de México errcomerrdo al IPN (Instituto

· »• Nacional), la realizacion de los estudios de optimizacion en modelo hidraulico de una camara de

-· de una serie de cuatro del carcamo de bombeo de Ia planta termoelectrica de Marrzanillo, Col. Esta se

- el interior de Ialaguna de Coyutlén sobre el Iitoral del Estado de Colima en el Océano Pacifico.

Para lograr el objetivo planteado, fue de suma importarrcia Ia realizacion de varias alternativas de

·- hidraulioos, de los cuales se tuvieron que elegir dos, siendo necesarias las siguientes condiciones

— de flujo para el modelo:

"l]~ Uniformidad. En una seccion transversal oonveniente definida de la camara, la magnitud y la direccion

de las velocidades err todos los puntos de la seccion deberr ser iguales. *

A Permanerrcia. La magnitud y la direccion de las velocidades no deben variar en furrcion del tiempo.

1 Tipo de Flujo. EI flujo debe ser de urra sola fase, es decir, no debe de haber arrastre de aire 0 de vapor.

4) Verticidad. No deben presentarse vortices superficiales de ningrlrn tipo.

5} Prerrotacion del Flujo. El flujo que Ilega al impulsor de Ia bomba no debe presentar urr giro excesivo.

· Varios fabricantes de bombas consideran aceptable urra prerrotacion merror de 5 rpm.

V El modelo fue proyectado bajo Ia ley de similitud de Froude y las recomendaciones expuestas

» ' mente, adoptando una escale de lineas de 1:8. En la figura 5.3.10.1 se muestra la instalacion empleada.

La primera serie de errsayos de tipo prelimirrar indico que el nivel de agua corr mayor probabilidad de

~ · oir problemas fue a Ia cota -1t18 m. mismo que se utilizo en el resto de los ensayos. La uniformidad del

campo de velocidades de acceso al acampana, tanto, tanto en el espacio como en el tiempo, sc ‘

mediante Iecturas de velocidad con micromolinete an una seccién situada a una distancia D, aguas `

ajc de Ia bomba, utilizando trazadores de colorante e hilos dc algcdén sujetcs al piso del '

permanencia de las velocidades se obsarvé a través de las lecturas continuas del micromolinete

intervalo establccidu. Los hilos sujetos al piso indicaron de manera aproximada las Iineas de corrienb

cuyc movimiento mostré el grado de permanencia. Asimismo los hilos delatamn la formacién nh ‘

sumergidos. _

EI cumpiimiento de Ia sa condicion (prerrotacion) se hizo visible con ayuda de una cruceta `

formada por cuatro élabes pianos verticales, Ia que fue colocada en ei sitio aproximado a la

impulsor, habiéndose observado que Ia prerrotacion se encuentra en las condiciones admisibles. `

Ei anélisis de Ia informacion obtenida condujo a las siguientes conclusionesg a) aun

alternativa Ii presenta mayor grado de uniformidad que Ia alternative 1, manifiesta un aumento notable cd _

de L, b) mientras que de acuerdo al grado de verlicidad ia alternativa I alcanza mejor calificacion. FV

razones, en Ia primera fase del estudio se definio la alternativa i como ia més conveniente.