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6. BOMBAS

6.1. Tipos y aplicaciones

Las bombas son máquinas cuya función es la de tomar la energía mecánicaque le proporciona un motor térmico o eléctrico y la transmite a unfluido en forma de energía hidráulica, aumentando su velocidad y presión,permitiendo su transporte.

Atendiendo al principio de funcionamiento, las bombas se clasifican endos tipos: bombas volumétricas y bombas centrífugas.

Por sus características constructivas y de funcionamiento las bombasvolumétricas se utilizan para aplicaciones en las que se requieren elevadaspresiones de trabajo, con caudales de suministro relativamente pequeños,o como bombas dosificadoras. Son especialmente útiles en circuitoshidráulicos de transmisión de potencia.

Las bombas centrifugas son de aplicación más general; por su fiabilidad,sencillez de construcción y manejo se utilizan en multitud de aplicacionesen las que se requiere elevación, trasvase o circulación de líquidos.

6.2. Bombas volumétricas

Las bombas volumétricas funcionan realizando un ciclo periódico en elcual se obliga al fluido a pasar desde una cámara de aspiración (entradaa la bomba) hasta la cámara de impulsión o descarga, con el consiguienteaumento de presión.

El fluido es empujado a lo largo de su recorrido por medio de émbolos,palas, engranajes,… permaneciendo confinado en la cámara de trabajoen todo momento.

Las cámaras de aspiración e impulsión deben permanecer aisladas entresí en todo momento, aunque cuando se trabaja con grandes presiones,parte del fluido bombeado puede pasar de una cámara a otra a travésde las juntas, siendo la cantidad de fluido que retrocede muy pequeñaen comparación con el caudal de fluido bombeado.

6.2.1. Bombas volumétricas alternativas o de émbolo

El fluido es bombeado por un émbolo con movimiento alternativo,accionado por un mecanismo de levas o de biela manivela. La circulacióndel fluido a través de la bomba, es regulada por medio de válvulas quese abren y cierran convenientemente por efecto de la presión del propiofluido y con la ayuda de resortes.

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Este tipo de bombas es el que permite alcanzar mayores presiones, quepueden llegar a ser de miles de bares. Tienen el inconveniente de tenerque trabajar a pocas revoluciones, por lo que si se desean obtener caudaleselevados es necesario utilizar bombas de gran tamaño.

El caudal suministrado por este tipo de bombas es muy irregular, ya quedurante la fase de aspiración, cesa el suministro. Este inconvenientepuede reducirse si se emplean bombas con varias cámaras que actúande forma alternativa.

6.2.2. Bombas volumétricas rotativas

En este tipo de bombas se sustituye el movimiento alternativo del émbolopor el giro de piezas con formas especiales. Se eliminan los problemasderivados del uso de los mecanismos biela-manivela por lo que son mássencillas y permiten trabajar a mayores velocidades.

Estas bombas permiten alcanzar presiones de hasta 200 bar, suministrandoun caudal uniforme al poder trabajar a velocidades entre 3.000 y5.000 r.p.m.

Estás bombas no necesitan válvulas, por lo que son reversibles y se puedenutilizar como motores.

• Bombas de lóbulos:

Estas bombas impelen el fluido por medio de unos lóbulos que girandentro de una carcasa. Uno de ellos, llamado lóbulo motriz, es accionadodirectamente por un motor y empuja al otro, lóbulo conducido, sobreel que engrana.

No necesitan válvulas, entrando y saliendo el fluido a través de unastoberas. Pueden funcionar a velocidades más altas que las del émbolo,pero presentan mayores problemas de estanqueidad.

Bomba alternativa de émbolo

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• Bombas de engranajes:

Es un tipo particular de bomba rotativa, en el que las dos piezas quegiran son dos ruedas dentadas que engranan entre sí.

En la cavidad de aspiración, el fluido llena las cavidades entre los dientesde ambas ruedas, y lo desplazan por los arcos de circunferencia exterioreshasta la cámara de descarga.

Debido a las pequeñas dimensiones de las cavidades donde se aloja elfluido, no puede transportar líquidos que tengan sustancias sólidas ensuspensión, por lo que siempre deben ir acompañadas de filtros en laaspiración.

• Bombas de aletas:

Como su nombre indica, este tipo de bombas dispone de una serie dealetas que se alojan en las ranuras mecanizadas en un rotor que giraexcéntricamente respecto a la cámara del estator, también cilíndrica. Elajuste de las paletas sobre el estator se realiza por fuerza centrífuga.

El espacio comprendido entre dos aletas aumenta su volumen durantela fase de llenado, en la cámara de aspiración, y desplaza el fluido hastala cámara de impulsión al tiempo que se reduce el volumen de la cámarade trabajo.

Tienen la ventaja de que se puede variar la excentricidad del rotor,modificando el volumen de la cámara de trabajo, cambiando así lascaracterísticas de funcionamiento de la bomba (caudal y presión).

• Bombas helicoidales:

Uno o varios tornillos que engranan entre sí forman el rotor de estasbombas, en las que las cámaras de trabajo están limitadas por los filetesde los tornillos y las paredes del estator.

Bomba de dos lóbulos, bomba de engranajes y bomba de aletas

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6.3. Bombas centrífugas

Las bombas centrífugas funcionan aplicando a las partículas del fluidoun movimiento de rotación muy rápido con ayuda de un rodete accionadogeneralmente por un motor eléctrico. La energía cinética adquirida porel fluido en movimiento se transforma en energía de presión en el cuerpode la bomba, llamado difusor o caracol.

El uso de las bombas centrífugas está mucho más extendido que el delas volumétricas, ya que además de las ventajas económicas, presenta unaserie de ventajas mecánicas y de funcionamiento, entre las que cabedestacar las siguientes:

• Son máquinas rotativas.

• No tienen órganos articulados y los mecanismos de acoplamientoson muy sencillos.

• El sistema de accionamiento eléctrico y el acoplamiento con el motores muy sencillo.

• Se adaptan con facilidad a diversas condiciones de funcionamiento,sin necesidad de utilizar aparatos reguladores.

• El mantenimiento de una bomba centrífuga es muy sencillo, y sereduce a renovar al engrase, limpieza y cambio de los elementos deestanqueidad (prensa estopas).

Los elementos básicos que componen una bomba centrífuga son lossiguientes:

Partes principales de una bomba centrífuga

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Boca de aspiración:

Generalmente provista de una brida para conectar la tubería de aspiración;es el orificio por el cual el fluido accede al interior de la bomba por laaspiración que ésta genera.

Rodete o impulsor:

Pieza formada por un conjunto de álabes que giran dentro de una carcasacircular y que están conectados por medio de un eje al motor deaccionamiento.

Difusor o caracol:

Es el órgano fijo de la bomba que recoge el líquido que abandona elrodete, cambiando la dirección de su movimiento para dirigirlo a la bocade salida. Es un transformador de energía, transformando parte de laenergía dinámica que el rodete aplica al fluido en energía de presión.

Boca de impulsión: salida del difusor de la bomba que conduce la tuberíade impulsión y que se une a ella por medio de una brida.

6.3.1. Clasificación

• Según la trayectoria del fluido dentro de la bomba:

Bombas centrífugas: el fluido llega al rodete en dirección paralela al ejedel mismo, y lo abandona en dirección perpendicular al mismo. Sufuncionamiento se caracteriza por ofrecer una relación alturamanométrica/caudal alta.

Bombas axiales o de hélice: el fluido entra y sale de la bomba siguiendouna trayectoria paralela al eje de giro del rodete. El cociente alturamanométrica/caudal es bajo. Se utilizan para bombear grandes caudalesa baja presión.

Bombas helico-centrífugas: es un diseño intermedio a los dos anteriores,en que el fluido llega al rodete siguiendo una trayectoria paralela al ejede accionamiento y lo abandona formando un ángulo con el mismoinferior a 90 .

Tipos de bombas según trayectoria del fluido

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• Según la construcción del rodete:

De rodete abierto:

En esta clase de impulsor los álabes están unidos directamente al eje degiro, sin ningún plato en los extremos. Su uso está limitado a bombasmuy pequeñas, pero se puede manejar cualquier líquido, que puedallevar incluso sólidos en suspensión o abrasivos.

De rodete semiabierto:

Es un rodete similar al abierto, pero reforzado por medio de un plato,situado en la cara opuesta a la entrada de la bomba. Son especialmenteapropiadas, al igual que las de rodete abierto, para trabajar con líquidosviscosos, abrasivos y a elevadas temperaturas.

De rodete cerrado:

Los álabes se sitúan entre dos discos laterales. Es el que permite obtenermejores rendimientos. Debido al refuerzo que ofrecen estos discos, estetipo de impulsores puede soportar mejor los esfuerzos que se aplican aleje, así como las dilataciones y contracciones, lo que los hace apropiadospara trabajar a altas temperaturas. La posibilidad de obstrucción de loscanales cerrados del rodete hace que no sean apropiados para trabajarcon líquidos sucios.

• Según la posición del eje de accionamiento:

Bombas horizontales:

El eje de accionamiento está en posición horizontal y esto obliga a queel motor y la bomba estén al mismo nivel. Este tipo de bombas se utilizanpara trabajar en seco, llegando el líquido hasta la bomba a través de unatubería de aspiración. Como el fluido también debe lubricar los arosrozantes y las juntas del rotor, no pueden funcionar en vacío, y debencebarse antes de ponerlas en marcha par evitar averías.

Tiene la ventaja de ser más baratas y de fácil mantenimiento.

Bombas verticales:

El eje se monta en posición vertical, permaneciendo el motor casi siemprepor encima de la bomba, por lo que es posible mantener la bombasumergida en el fluido a bombear. Se utilizan en pozos, aplicacionesmarinas y bombeo de aguas sucias. Para grandes caudales resultan máseconómicas que las horizontales.

• Según la utilización de la bomba:

Bombas para elevación.

Bombas para circulación.

Bombas de velocidad.

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6.3.2. Curvas características

Las curvas que más nos interesan, por describir el funcionamiento yfacilitar la selección de la bomba adecuada para cada aplicación, son lasque representan la altura manométrica (o presión), la potencia y elrendimiento de la bomba, todos ellos en función del caudal.

• Curva altura manométrica – caudal:

Nos indica las distintas alturas manométricas que proporciona una bombapara cada uno de los caudales que atraviesa el rodete. La alturamanométrica representa le energía que proporciona la bomba, y seobtiene para esta gráfica curvas semejantes para cada velocidad de girodel rodete.

• Curva rendimiento – caudal:

En esta curva se representa el rendimiento global de la bomba. Suconocimiento es imprescindible para poder seleccionar la bomba másadecuada para cada instalación, ya que ésta deberá funcionar lo máscerca posible del punto de máximo rendimiento.

• Curva potencia – caudal:

Representa la potencia que deberemos aplicar en el eje de la bomba.

El caudal y la altura de impulsión manométrica que puede proporcionaruna bomba centrífuga quedan perfectamente definidas por la curvacaracterística de la misma. Ambas magnitudes, permanecerán invariablessiempre que se mantenga la velocidad de giro del rodete y la geometría

Curva altura manométrica - caudal

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del mismo, no viéndose modificadas por las características del fluidoimpulsado. En caso de trabajar con fluidos de distintas densidades, aigual altura manométrica, el líquido más denso ejercerá una mayorpresión sobre la boca de impulsión, y por tanto será necesario aplicarmayor potencia a la bomba. Las curvas de la altura y el rendimiento enfunción del caudal permanecerán invariables, viéndose modificadaúnicamente la de la potencia.

6.3.3. Punto de funcionamiento. Selección de la bomba

Hasta ahora hemos definido las características y el funcionamiento dela bomba centrífuga sin tener en cuenta las condiciones de trabajo a queva a ser sometida.

El trabajo de una bomba dentro de una instalación consiste en crear unvacío, de forma se aspire el fluido que será posteriormente impulsado.Las condiciones de presión y caudal que suministrará la bomba no sólodependen de las características de ésta, definidas con las curvas queproporciona el fabricante, sino que se verán condicionadas por laresistencia que debe vencer la bomba, que estará determinada por laaltura a que debe elevarse el fluido bombeado y la resistencia que ofrecela instalación al paso del mismo.

Del mismo modo que se obtiene una curva característica de la bomba,se puede dibujar una gráfica que represente las pérdidas que provocala instalación, expresadas en unidades de altura manométrica, en funcióndel caudal que circula por ella.

El punto de funcionamiento de una bomba se obtiene gráficamente porcomparación de ambas curvas, coincidiendo con la intersección de lasmismas.

Curva rendimiento - caudal

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Para seleccionar la bomba más adecuada para cada instalación, deberemostener en cuenta que este punto deberá estar situado en la zona queobtengamos un mayor rendimiento.

6.3.4. Instalación, puesta en marcha y controlde bombas centrífugas

En este apartado se tratarán una serie de cuestiones relativas a la instalacióny utilización de las bombas centrífugas.

• Cavitación:

Es un fenómeno que consiste en la vaporización de un fluido, atemperaturas inferiores al punto de ebullición y que se produce cuandola presión a la que éste está sometido es igual o inferior a la tensiónsuperficial del mismo.

La cavitación puede aparecer en la aspiración de las bombas cuandoéstas se encuentran situadas por encima de la superficie libre del líquidoen el punto de captación, provocando entre otros efectos indeseables eldescenso brusco del caudal impulsado y la rápida corrosión de loscomponentes de la bomba.

Las condiciones de aspiración y las pérdidas a lo largo de la tubería deaspiración son los determinantes en la aparición de este fenómeno.

Para poder determinar de antemano si va a producirse la cavitación enuna instalación es necesario definir dos nuevos conceptos:

Punto de funcionamiento

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Altura neta positiva disponible (NPSHd):

Es la energía de que disponemos, en forma de presión, para llevar elfluido hasta la entrada de la bomba. Esta presión será aquella a la queestá sometido el líquido, generalmente la presión atmosférica, salvo quese trate de fluidos presurizado dentro de un tanque o instalación cerrada,a la que tenemos que descontar la altura a la que está situada la bombacon respecto a la superficie libre del líquido, y las pérdidas producidasa lo largo de toda la tubería de aspiración.

Teniendo en cuenta que las pérdidas en la tubería son función del caudal,la altura neta positiva disponible disminuirá al aumentar el caudal.

Altura neta requerida (NPSHr):

Es un dato característico de la bomba y que debe facilitar el fabricantey que representa las pérdidas de presión que se producen en el interiorde la bomba debido al rozamiento del fluido con los álabes del rodete.Como en el caso anterior, su valor depende del caudal circulante.

Se puede demostrar que la condición de no cavitación es que la alturaneta positiva disponible sea mayor que la altura neta requerida. Igualandoambos datos podemos determinar cuál será la altura máxima de aspiraciónde una bomba centrífuga. Para bombas comerciales la altura máxima deaspiración es de 7 a 8 metros, si el fluido con el que trabaja la bomba esagua.

• Cebado de bombas:

Cuando las bombas no están funcionando, en el momento del arranque,el tramo de aspiración puede estar lleno de aire. Por su diseño, las bombascentrífugas no pueden aspirar aire con efectividad, por tanto, la bombano podrá crear la aspiración suficiente para que el líquido llegue hastael rodete y poder así entrar en funcionamiento normal, realizando eltrasiego del líquido.

El proceso de cebado consiste el llenado de la bomba y la conducciónde aspiración, para crear unas condiciones previas a la puesta en marchade la bomba que permitirán un funcionamiento normal de la misma.Esto no será necesario en aquellas bombas que estén instaladas de formaque se mantengan siempre llenas de líquido (bombas cuyo rodete estásituado por debajo de la superficie libre del fluido a trasegar).

El cebado pede realizarse de forma manual, a través de orificios dispuestospara tal fin o de forma automática, con la ayuda de bombas auxiliares(para instalaciones de grandes dimensiones), utilizando bombas auto-aspirantes o cualquier otro sistema que permita eliminar el aire contenidodentro de la bomba y la tubería de aspiración.

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• Regulación de bombas:

La regulación de la bomba consiste en variar su punto de funcionamientopara adaptarse a los requerimientos del usuario, generalmente paraobtener de ella el caudal deseado.

La regulación puede realizarse de dos formas:

Modificando de la resistencia que ofrece la tubería de impulsión,intercalando en ella una válvula de regulación o variando la velocidadde giro del rodete, utilizando para ello variadores de velocidad.

• Equipamiento para instalación de bombas:

Para el correcto funcionamiento de las bombas éstas deben ir acompañadasde una serie de equipos accesorios, entre los que cabe destacar lossiguientes:

En la tubería de aspiración:

Filtro colador para evitar la entrada de objetos extraños a la bomba.

Válvula de pie o válvula de retención que impide el vaciado de la tuberíade aspiración cuando la bomba deja de funcionar.

Instalación típica de bomba de elevación

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Válvula de aspiración, para permitir el acceso y desmontaje de la bombaen caso de avería.

En la tubería de impulsión:

Válvula de retención que impide el vaciado de la tubería de impulsióncuando la bomba deja de funcionar.

Válvula de impulsión (de compuerta o mariposa), para permitir el accesoy desmontaje de la bomba en caso de avería. También se utilizan paramaniobra en el arranque de la bomba.

Calderín de amortiguación para prevenir daños por causa del golpe deariete.

6.4. Bombas circuladoras

Las bombas circuladoras son bombas centrífugas que se utilizan eninstalaciones de producción de calor y que tienen como objetivo elmantener el agua, u otro fluido calorportador, en circulación dentro deun circuito de calefacción o de agua caliente sanitaria, venciendo lasresistencias (pérdidas de presión por rozamiento en tuberías y accesorios)que ofrece la instalación.

Estas bombas, por lo general, son de rotor húmedo, por tanto, el aguaimpulsada es la encargada de lubricar y refrigerar las partes móviles dela bomba. Si la bomba circuladora de una instalación se pone enfuncionamiento en seco puede sufrir graves averías.

Condiciones de generales de montaje de las bombas circuladoras:

• Se montarán entre dos válvulas de corte para facilitar su desmontajeen caso de avería.

Bomba circuladora

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• Deben situarse en tramos de tubería rígidos para evitar vibraciones.

• La tubería no debe soportar el peso de la bomba salvo en instalacionesindividuales en las que se utilicen bombas especialmente preparadaspara ello.

• Las conexiones de las tuberías con el circulador deben hacerse deforma que no se transmitan esfuerzos sobre la bomba (por estar lasbridas de unión desalineadas).

2

LOS VENTILADORES

CURVA CARACTERÍSTICAEl ensayo de ventiladores tiene porobjeto determinar la capacidad delaparato para transferir la potencia alaire que mueve.

El ventilador se hace funcionar a unrégimen de giro constante, tomandovalores de diferentes caudales movi-dos, según sea la pérdida de cargaque debe vencerse.

La curva característica de un ventila-dor se obtiene dibujando en unos ejesde coordenadas los distintos valorescaudal-presión, obtenidos medianteensayo en un laboratorio.

Para entender mejor el concepto decurva característica pondremos elsiguiente ejemplo

Supongamos un ventilador tubulartrabajando según indica la posición a)de la figura 1. Al medir el caudal deaire que proporciona, encontramosQ1 = 10.000 m3/hora.

Si repetimos el ensayo empalmandoun conducto de 10 m por el lado deadmisión (posición b) y medimos denuevo el caudal, nos encontramos conque ha bajado a Q2 = 8.000 m3/hora.

En otro ensayo, acoplamos un tubode 50 m de longitud (posición c), ycomprobamos que el caudal ha des-cendido a Q3 = 5.000 m3/hora.

Las experiencias anteriores nosdemuestran que no es suficiente cono-cer el caudal que es capaz de suminis-trar un ventilador a descarga libre(posición a), esto es, sin obstruccio-nes, para poder catalogarlo. Es nece-sario conocer qué caudales irá propor-cionando según sean las distintas pér-didas de carga que deba vencer.

En la figura 2 tenemos representadauna curva característica de un ventila-dor.

Observemos en primer lugar en lafigura curvas diferentes. Cada una deéllas representa un valor distinto y sulectura se hace en las diferentesescalas que están a la izquierda de lafigura.

10 m

b

50 m

c

aQ1 = 10.000 m3/h

Q1 = 8.000 m3/h

Q1 = 5.000 m3/h

Fig. 1

Fig. 2

PÉRDIDA DE CAUDAL CON LA LONGITUD

3

Tres están relacionadas con la pre-sión que da el ventilador para distin-tos caudales (son las denominadasPt, Pe, Pd).

Pe: es la Presión Estática

Pd: es la Presión Dinámica (debido ala velocidad)

Pt: es la Presión Total

Cumpliéndose en todo momento

Pt = Pe + Pd

Obsérvese que a descarga libre, esdecir cuando la Presión Estática (Pe)es nula, el ventilador da el máximocaudal que puede mover; en estepunto la Presión Total es igual a laDinámica (Pt = Pd).

Asimismo, cuando el ventilador estáobturado, es decir que da el mínimocaudal, la Presión Dinámica (Pd) esnula; en este punto, la Presión Total

es igual a la Estática (Pt = Pe).Otra curva que podemos ver en elgráfico es: la curva de potenciaabsorbida (W), que leeremos en laescala vertical situada más a laizquierda (en watios). Esta curva nosda la potencia que consume el motorque acciona el ventilador, y podemosver que presenta un máximo (en lafigura corresponde al punto de caudal3.000 m3/h).

También tenemos representada lacurva de rendimiento (η), que se leeen % en la escala vertical intermedia,se puede ver que el rendimiento delventilador depende del caudal queestá moviendo.

El conjunto de estas curvas recibe elnombre de característica de un ven-tilador.

La característica de un ventilador esla mejor referencia del mismo, ya quesiempre nos indicará su comporta-

miento según sea el caudal y la presión que esté dando.En los catálogos comerciales, sueledarse solamente una curva, que es lade mayor importancia la de PresiónEstática (Pe). Los servicios técnicossuministran más información si se lessolicita.

El punto ideal de funcionamiento delventilador, aquél para el que ha sidodiseñado, es el correspondiente almáximo rendimiento. Cuanto máscerca de este punto trabaje el ventila-dor, más económico será su funcio-namiento.

El punto R de la figura 1 se conocecomo punto de desprendimientos, yla zona a la izquierda de éste es defuncionamiento inestable. Debe, portanto, escogerse el ventilador demanera que el punto de trabajo esté a la derecha de R; de esta manera se evita la inestabilidad de funciona-miento.

Fig. 3

Observemos la figura 3 en que sehan representado las curvas caracte-rísticas de los tipos fundamentales deventilación, para poder comprendermejor su comportamiento.

Los tres ventiladores que se compa-ran tienen el mismo diámetro de rodete.

Podemos ver que, a igualdad de cau-dal impulsado (Q), los ventiladorescentrífugos dan más presión que loshelicentrífugos, y éstos a su vez másque los helicoidales.

También se observa que, los centrí-

fugos mueven caudales menores quelos helicocentrífugos, y éstos menosque los helicoidales.

Por tanto, puede aceptarse que losventiladores más adecuados cuandolos caudales sean grandes y las presiones que deban vencer seanpequeñas son los helicoidales. Estetipo de ventilador tiene además laventaja de la facilidad de instalación.

Los ventiladores indicados paramover caudales pequeños pero a elevada presión son los centrífugos;finalmente, un caso intermedio es elde los ventiladores helicocentrífugos.

4

PUNTO DE TRABAJOLa curva característica del ventiladordepende únicamente del ventilador, ysolamente puede variar si el ventila-dor funciona a una velocidad de rotación distinta.

Puede aceptarse en principio que lacurva característica es totalmenteindependiente del sistema de con-ductos al que se acople.

Sin embargo, hay que considerar queun ventilador puede funcionarmoviendo distintos caudales y comu-nicándoles distintas presiones, de talforma que todos los puntos posiblesde funcionamiento se hallen repre-sentados sobre la curva (Pe), Fig. 2.

Para saber exactamente en qué condiciones funcionará el ventilador,debemos conocer la curva resistentede la instalación, es decir, la curvaque relaciona la pérdida de carga dela instalación con el caudal que pasapor ella.

Podemos encontrar de forma fácil elpunto de trabajo de un ventilador simplemente superponiendo las cur-vas características del ventilador yresistente del conducto según seindica en la figura 4. Se puede comprobar que la pérdidade carga de una conducción varíaproporcionalmente con el cuadradodel caudal según la fórmula

P 2 = P 1Q2

Q1

por lo que, para encontrar la caracte-rística resistente y una vez hallada lapérdida de carga inicial ( P 1) a undeterminado caudal (Q1), bastará consuponer un segundo caudal (Q2),para hallar un segundo punto de lacaracterística resistente ( P 2). Sifuese necesario se podrían suponermás caudales con los que se hallarí-an, siempre para la misma instala-ción, nuevos puntos de pérdida decarga. Uniendo todos los puntosencontrados se representará lacaracterística resistente de la instala-ción estudiada.La intersección entre la curva delventilador y la característica resisten-te de la instalación nos dará el puntode trabajo.

EJEMPLO

Supongamos que en una conduccióncircula un caudal de aire de 6.000 m3/h, originando una pérdidade carga de 3,5 mm c.d.a.

La pérdida de carga que provocaráun caudal de 8.000 m3/h la encontra-remos mediante la siguiente expre-sión:

P 2 = 3,5 • 8000 2

6000

P = 1,342 x 3,5 = 6,2 mm c.d.a.

Si el caudal lo suponemos de 4.000m3/h la pérdida de carga será:

P 2 = 3,5 • 4000 2

6000

P = 0,6692 x 3,5 = 1,55 mm c.d.a.

Llevando todo este conjunto de valo-res sobre unos ejes de coordenadasobtendremos la característica del sis-tema tal como se muestra en la figura4.

De todo lo dicho hasta ahora pueden sacarse dos conclusionesimportantes:

1° Para cualquier proyectista, instala-dor o diseñador es indispensable queen el catálogo de ventiladores queesté consultando estén reflejadas lascurvas características correspondien-tes a los ventiladores.

2° Estas curvas características debenestar garantizadas por el fabricante ydar referencia expresa de la normali-zación que se ha utilizado paralograrlas.

Para determinar la curva característi-ca de los ventiladores es necesariodisponer de un laboratorio convenien-te debidamente equipado, contar conunos técnicos analistas muy prepara-dos y dedicar la atención y tiempopreciso para determinarlas, cuestiónésta delicada y muy laboriosa.

Es preciso también verificar los ensa-yos según una normalización deter-minada y tenerla en cuenta paracomparar dos aparatos entre sí yaque es de esperar una discrepanciade resultados, a veces notable, si nose ha utilizado la misma normaliza-ción para efectuarlos e incluso lamisma disposición de ensayo dentrode la misma norma.

P

C

0 QQ1

Q1

C = Característica del ventilador

P

N

0 QQ2

Q2

N = Punto del trabajo

P2

P

R

0 QQ1

Q

R = Característica del sistema

P

0 QQ2

R2

Q1 Q3

1

2

3R3

R1

Fig. 4

[ ] 2

[ ]

[ ]

Bombas utilizadas en sistemas de calefacción/refrigeración

16

Bomba de rotor seco

Rodete

Motor

Junta de superfi cie de contacto

Alojamiento de la bomba

Bomba de rotor húmedo

Cojinete deslizante

Cápsula

Rueda de rotor

Estátor

Alojamiento de la bomba

Rodete

Bombas de rotor húmedo, la opción más barata y sencillaEn una bomba de ”rotor húmedo” o ”motor encapsu-lado”, el agente bombeado circula por el interior de la cápsula del rotor, refrigerando el motor y lubricando los cojinetes. Las bombas de rotor húmedo son sencillas, no sufren fugas y su precio es relativamente bajo. Sin embargo, comparativamente, su vida útil es corta y su rendimiento energético bajo, por lo que los cálculos fi nales no son necesariamente favorables. Además, las bombas de rotor húmedo son sensibles a los residuos en el líquido bombeado y no admiten agentes agresivos.

Las bombas de rotor húmedo deben instalarse siempre con el eje del motor en posición horizontal. Esto es porque el motor se lubrica con el agente bombeado y un montaje vertical podría conllevar una lubricación insufi ciente. Además, para evitar obstrucciones, este tipo de bomba debe accionarse al menos cada dos semanas.

En general, las bombas de rotor húmedo suponen una inversión inicial menor, pero su rendimiento energético es peor respecto a las bombas de rotor seco. La UE ha establecido un sistema de clasifi cación energética para las bombas de circulación con rotor húmedo de hasta 2,5 kW. Hay disponibles opciones de clase A, pero suelen ser más caras.

Bombas de rotor seco, la elección más rentableEl motor es de tipo IEC estándar refrigerado por aire que puede llevar un eje extendido al que se fi ja el rodete o un eje de mangueta con un acoplamiento o extensión de eje. El eje de la bomba va sellado por una la junta de superfi cie de contacto, compuesto por dos anillos y un muelle que une los anillos a presión. Una fi na película de agua lubrica y refrigera la junta.

En un sistema de calefacción o refrigeración se usa una bomba centrífuga para mover el líquido desde el generador hasta los emisores de un edifi cio, venciendo la resistencia del caudal en el sistema de tuberías.

En esencia, la bomba está compuesta por una carcasa, un rodete y un motor eléctrico.

Wärme

0 %50 % 100 %

83 %

100 %

112 %

Calor

QCaudal

17

Curva de radiadorEs posible lograr un 83 % de calor útil máximo usando una sola de las dos bombas.

Bomba de cabezal doble FCT de Lowara

Comparativa de rendimiento(valores aproximados)

Bombas de rotor húmedo

Potencia nominal Ren

dim

ien

to

típ

ico

Ren

dim

ien

to

máx

imo

(C

lase

A

)

< 100 W 15 % 25 %

100 – 500 W 30 % 40 %

500 – 2500 W 40 % 50 %

Bombas de rotor seco

Potencia nominal Ren

dim

ien

to

típ

ico

Ren

dim

ien

to

máx

.

< 1,5 kW 55 % 65 %

1,5 – 7,5 kW 65 % 75 %

> 7,5 kW 70 % 80 %

El precio de compra de estas bombas es mayor, pero debe tenerse en cuenta que apenas suele suponer un 5 % del coste total del ciclo de vida. Los motores secos tienen un mejor rendimiento energético, son más fi ables y la dura-ción de sus cojinetes es mayor. Asimismo, como el líquido bombeado se mantiene fuera del motor, este diseño resul-ta menos sensible a los residuos y agentes agresivos.

En general, los motores secos son más resistentes y a la larga salen mejor en términos económicos.

Bombas de doble cabezal, más que una solución de reservaTanto las bombas de rotor húmedo como de rotor seco disponen de versiones de doble cabezal. Las bombas de circulación en línea suelen comercia-lizarse con uno o dos cabezales.

Históricamente, las bombas de doble cabezal tenían principalmente una función auxiliar en caso de avería de la bomba. En la actualidad, la versión doble se utiliza más para garantizar una mejor eco-nomía y un impacto medioambiental mínimo, ya que la segunda bomba se activa sólo cuando se alcanza la carga máxima. Las bombas actuales de primera calidad raramente fallan, pero por si acaso se pueden utilizar bombas de reserva. Y aunque una sola bomba únicamente proporciona poco más de la mitad del caudal necesario para mantener el ambiente interior en los días más fríos, el calor útil generado puede satisfacer el 83 % de la demanda (véase a continuación la curva de radiador). El control de una bomba de cabezal doble alterna la bomba en funcionamiento para garantizar el mismo número de horas de trabajo.

También se ahorra en tubería si se utiliza una sola bomba doble en vez de dos bombas de un único cabezal. En el caso de una bomba de dos cabezales, sólo hace falta un juego de tuberías, mientras que con las bombas de cabezal único hace falta el doble de tuberías. Asimismo, como la bomba de doble cabezal tiene mayor capacidad que la bomba senci-lla, se puede mejorar el sistema con unos mínimos cambios en las cañerías. Para los sistemas de refrigeración o sistemas con temperaturas de líquido por debajo de los 10 ° C no se recomienda la utilización de bombas de doble cabezal. Al ser mayor el alojamiento de la bomba, la mayor condensación puede provocar la acumulación de hielo en el alojamiento, la zona de la junta, etc.

BOMBAS CENTRIFUGAS18

Catedra de Máquinas Hidráulicas

En la figura anterior la potencia mínima corresponde a caudal nulo, típico de las bombas centrifugas, mientras que en las bombas axiales se da el caso inverso: potencia máxima a caudal nulo como indica la figura 13.

Figura 13

Curva de pérdidas de carga en el sistema

La curva de pérdidas de carga en el sistema indica la energía di sipada por fricción viscosa para distintos valores de caudal.Para la solución de los problemas relacionados con sistemas de bombeo, es conveniente trazar dicha curva cuya forma es aproximadamente cuadrática (fig. 14).

Figura 14

El cálculo de las pérdidas de carga es generalmente aproximado, pues difícilmente se conozca el valorexacto de la rugosidad interna de la tubería, así como las pérdidas de carga exactas en válvulas, codos, contracciones, etc.

Se destaca que cuando se analiza el sistema se debe considerar todas las pérdidas de carga del sistema, tanto las del lado de succi6n de la bomba, como las del lado de impulsión. No se tiene en cuenta en el sistema el tramo de la bomba comprendido desde la brida de entrada a la brida de salida de la misma. La curva de pérdida de carga J del sistema será:

MAQUINAS HIDRAULICAS19

Ing. Ariel R. Marchegiani

HsJJJ fL ÓJL : pérdidas de carga localizada (~Q2)ÓJf : pérdidas de carga por fricción en la conducción (~Q2)Hs : diferencia de niveles estáticos (en general es cte.)

Se verán a continuación algunos sistemas y sus curvas correspondientes:

Figura 15: distintos sistemas y sus curvas características

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-La base de cálculo para decidir qué bombas circuladoras de rotor húmedo pueden ponerse en circulaci n tras las echas l mite es el denominado ndice de ciencia

ner ética ste ndice se determina mediante un método de cálculo de nido en el decreto (CE) 641/2009. En este caso, se considera la potencia eléctrica media de la bomba determinada en irtud de un per l de car a en relaci n con una bomba de referencia, es decir, una bomba promedio de igual potencia hidráulica.Las especi caciones conciernen a todas las bombas de rotor húmedo en el ámbito de la calefacción y la climatización, no a las bombas de recirculación de A.C.S.

Las bombas de alta e ciencia, con su potencial de ahorro de hasta el 90 % en comparación con las bombas sin regulación, posiblemente son tan interesantes para los clientes que reempla-zarán a los viejos “derrochadores de energía” incluso antes de tiempo.

1/1/2020

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Bombas circuladoras para instalaciones de calefacción

y climatización

Bombas integradas en generadores de calor

Sustitución de bombas integradas en generadores de

calor existentes

Series de bombas de alta e ciencia Wilo-Stratos (derecha) y Wilo-

Stratos PICO (izquierda).

Pumpen Intelligenz.

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rDesde el 16 de junio de 2011

1 de enero de 2013-

1 de enero de 2015

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1 de enero de 2017

1 de enero de 2020

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212586/15T/1210/ES/STÜ

WILO Ibérica, S.A.C/Tales de Mileto, 32Pol. Ind. La Garena 28806 Alcalá de Henares(Madrid) T +34 91 8797-100F +34 91 8797-101wilo.iberica@wilo.eswww.wilo.es Wilo CentroC/Tales de Mileto, 32Pol. Ind. La Garena 28806 Alcalá de Henares(Madrid) T +34 91 8797116F +34 91 8797113wilo.madrid@wilo.es

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Con la directiva ErP 2009/125/CE la Unión Europea impulsa la protección del medio ambiente: el reglamento legislativo para los productos relacionados con el consumo de energía ("Energy related Products"), ErP, limita considerablemente también el consumo de energía de las bombas circuladoras de calefacción. La directiva ErP significa el final de las bombas sin alta eficiencia. Las bombas sin regulación son responsables del 20 % del consumo mundial de energía ¿Sabía que las antiguas bombas sin regulación son responsables del 20 % del consumo mundial de energía? Este volumen brinda grandes potenciales de ahorro: sólo para bombas de rotor húmedo empleadas en Europa, la reducción esperada representa 23 TWh del consumo de energía, 4 millones de euros en costes energéticos y 11 millones de toneladas de CO2 La directiva ErP exige un ahorro considerable para el consumo energético en Europa. Lo decisivo: esta regulación afecta además a las bombas de rotor húmedo, bombas de rotor seco y motores eléctricos de bombas de rotor seco. La Comisión de la Unión Europea ya definió en el 2009 una serie de requisitos mínimos de eficiencia en tres reglamentos. La directiva ErP endurece considerablemente los valores límite Lo que deben saber los proyectistas e instaladores: estos reglamentos endurecen parcialmente los valores límite de las clases de eficiencia energética en vigor hasta el 1 de enero de 2013 para bombas circuladoras de rotor húmedo. A la clase de eficiencia energética de motor EFF1 (IE2), antaño considerada la mejor, se le aplican también valores límite más estrictos en motores eléctricos de bombas de rotor seco. Ya a partir del 1 de enero de 2013, las bombas para aguas residuales deberán tener un índice de eficiencia mínima superior a 0,1. En 2015 este valor volverá a aumentar significativamente.

ROTOR HUMEDO

Empieza la cuenta atrás —la primera etapa de la directiva ErP entra ya en vigor a partir del 1 de enero de 2013: A partir de ese momento, ya no podrán comercializarse bombas de rotor húmedo externas que tengan un índice de eficiencia energético (IEE) de más de 0,27. La clasificación IEE sustituye las clases de eficiencia energética A – G en vigor hasta el momento. Por este motivo, los instaladores y proyectistas deberían ocuparse ya ahora de los modelos de mayor ahorro energético que se ofertan el mercado

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