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I. Introducción

Al planificar un sistema de bombeo se debe tener en cuenta una serie de factores, desde

aquellos de orden práctico como la disponibilidad de equipos en el mercado, servicio técnico y

repuestos, costos, garantías, etc. y los aspectos técnicos del equipo propiamente tal.

Existen tres tipos de bombas en la captación e impulsión de aguas:

Centrífugas o radiales: son las más conocidas y a veces las únicas existentes en el mercado.

Se caracterizan por hacer uso de la fuerza centrífuga para impulsar el agua, razón por la cual

ésta sale de la bomba en forma perpendicular al eje del rodete.

Este tipo de bombas proporciona un flujo de agua suave y uniforme y se adapta para trabajos a

alta velocidad como los motores eléctricos. Son apropiadas para elevar caudales pequeños a

grandes alturas.

Bombas axiales o helicoidales: no hacen uso de la fuerza centrífuga sino que mueven el agua

en forma similar como lo hace un ventilador para mover el aire, el agua sale en forma paralela

al eje de rotación del impulsor. Son especialmente indicadas para elevar grandes caudales (11

m3/seg) a baja altura ( hasta 6 m.c.a.).

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Bombas de flujo mixto: aprovechan las ventajas de las bombas helicoidales (sencillez y poco

peso) y se modifica la forma de los álabes dándole una forma tal que le imparten al agua una

cierta fuerza centrífuga. Alcanzan su mejor rendimiento con caudales entre 30 y 3000 lt/seg y

alturas de 3 a 18 m.c.a.

Considerando que en los equipos de riego localizado, generalmente, se usan las bombas de tipo

centrífugas, en este capítulo, el análisis se centrará en éstas.

En una bomba centrífuga el motor hace girar un eje en el cual va montado el impulsor que está

encerrado en la carcaza.

El agua ingresa a la bomba por el centro de la misma y al girar el rotor le imprime velocidad

que al salir de la bomba se transforma en presión. (Figura 1).

II. Parámetros de Funcionamiento.

Generalmente se consideran como parámetros que miden el funcionamiento de una bomba:

• Velocidad específica: es un parámetro que permite comparar el funcionamiento de las

bombas y se calcula usando la velocidad, el caudal y la presión que genera la bomba en

aquella zona de máxima eficiencia. Se calcula mediante la siguiente relación:

Ve = RPM * Q 0,5 * H –0,75

Donde: Ve = Velocidad específica

RPM = Velocidad de giro del álabe

Q = Caudal (m3/seg)

H = Presión (mca)

• Caudal que es capaz de mover, expresado en las unidades pertinentes que pueden ser

lt/seg o m3/seg.

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• Presión que le imprime al caudal, expresada generalmente en metros columna de agua

(m.c.a.).

• Altura neta de succión positiva. En una bomba centrífuga, cuando el agua penetra a la

tubería de succión se observa un aumento de velocidad del agua; este aumento trae consigo

una disminución en la presión. Si la presión es menor que la presión de vapor del agua a

esa temperatura, ésta se evapora y el flujo será de líquido y burbujas de vapor. Al seguir

moviéndose, el agua, por el impulsor se lleva a una zona de mayor presión donde las

burbujas de vapor se revientan causando ruido y llegando a causar daños al impulsor y

bajan la eficiencia de la bomba. A este ruido que se percibe se conoce como cavitación.

Para prevenir esta formación de burbujas en la tubería de succión, la presión absoluta debe

ser mayor a la presión de saturación en un valor DH, lo que se conoce como “Altura de

Succión Positiva Neta Disponible” la sigla en inglés corresponde a NPSH (Net positive

succion head) y se calcula con las siguientes relaciones:

ANSP = C + (V2/2g) + 0,5 Di

C = 10*Po*w-1 - S - 10*Pv*w-1

Si se trabaja a una presión atmosférica normal y una temperatura del agua de

18°C, la ANSP se puede calcular con la relación

ANSP = 10 – S - (V2/2g) - 0,5 Di

Y finalmente la profundidad de succión de la bomba será:

Sr = 10 – ANSP - Hz

Donde:

ANSP = Altura neta de succión positiva

V = Velocidad del agua (m/seg)

g = Aceleración de gravedad

Di = Diámetro interior de la tubería de succión, m.

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S = Altura máxima de succión recomendada por el fabricante, m.

Sr = Altura de succión real

Hz = Pérdidas de carga en la succión, m.

III. Curvas Características

Las curvas de las bombas son presentaciones gráficas que relacionan la presión, el caudal y el

rendimiento de las mismas; en algunos casos se agrega información sobre la potencia

requerida y la altura de succión. Estas curvas se presentan en la figura 2.

Curva Presión- Caudal

En esta curva se representa en las ordenadas la presión total que genera la bomba y en el eje de

las abcisas el gasto, las unidades de presión generalmente son metros de columna de agua y las

de caudal lt/seg. Esta curva tiene pendiente negativa, indicando la relación inversa que existe

entre presión y caudal. Estas curvas se presentan para diferentes diámetros de impulsor.

Curva Gasto- Potencia.

Esta curva relaciona el caudal elevado con la potencia que consume la bomba. La menor

potencia se consume con el gasto mínimo o nulo, lo que significa cerrar la válvula de salida. En

grandes equipos de bombeo, para disminuir el consumo de energía los equipos parten con las

valvulas cerradas, abríendolas de a poco.

Curvas de Eficiencia

Las curvas de eficiencia normalmente se trazan sobre las curvas de Caudal potencia,

naturalmente que esta curva es muy importante ya que a mayor eficiencia significa menor

consumo de combustible para conseguir un mismo efecto.

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IV. Formas de Conexión de las bombas.

Dos o más bombas se pueden conectar en diferentes formas de acuerdo al objetivo que se

requiera:

Conexión de Bombas en Serie:

Al conectar dos o más bombas se logra un aumento proporcional de la presión total o final

del sistema. De esta forma existe una tubería de succión insertada en la fuente de agua y la

salida de la primera bomba se conecta a la entrada de la siguiente, y así sucesivamente. Así si se

tienen tres bombas conectadas en serie, entonces:

Caudal: QTOTAL = QA = QB = QC

Presión: HTOTAL = HA + HB + HC

Q entrada = Q A Q salida = Q A

H total = H A + H B + H C

Conexión de bombas en paralelo:

Si dos o más bombas se acoplan en paralelo se logra como resultado un aumento del caudal

elevado, sin un aumento de la presión. En este caso cada bomba tiene su chupador inserto en

Q AH A

Q AH B

Q AH C

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la fuente de agua y se conectan todas las salidas a una común. De la misma forma, si se tienen

tres bombas acopladas en paralelo, entonces:

Caudal: QTOTAL = QA + QB + QC

Presión: HTOTAL = HA = HB = HC

Q A

Q B

Q C

Q salida = Q A + Q B + Q C

V. Leyes de afinidad en bombas

En ocasiones debe modificarse la velocidad de giro de una bomba, lo cual naturalmente tiene

efectos en el caudal, en la presión y en el consumo de potencia, y se rigen por las siguientes

relaciones:

• El caudal varía proporcionalmente con la variación de la velocidad:

Q2/Q1 = RPM2/RPM1

H A

H B

H C

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• La altura o presión varía con el cuadrado de la variación de velocidad:

H2/H1 = (RPM2/RPM1)2

• La potencia consumida varía con el cubo de la variación de velocidad

HP2/HP1 = (RPM2/RPM1)3

También se pueden efectuar modificaciones a los diámetros de los rodetes, que tienen

los mismos efectos que las variaciones de velocidad, siendo las relaciones:

• El caudal varía proporcionalmente con el cambio de diámetro:

Q2/Q1 = D2/D1

• La altura o presión varía con el cuadrado del cambio de diámetro:

H2/H1 = (D2/D1)2

• La potencia consumida varía con el cubo del cambio de diámetro:

HP2/HP1 = (D2/D1)3

En las relaciones anteriores Q, H, HP y D, representan caudal, presión, potencia y

diámetro del rodete para dos condiciones de operación, indicadas con los subíndices 1

y 2 respectivamente.

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VI. Dimensionamiento de la bomba

Los parámetros a determinar son:

Caudal: queda determinado por el diseño del proyecto, tamaño de las subunidades de riego

que funcionarán en forma simultánea, en otros casos estará limitado por el caudal máximo

disponible de acuerdo al estudio hidrológico, o bien en un pozo profundo el caudal queda

determinado por las pruebas de bombeo correspondientes.

Presión: se deben determinar las siguientes partidas, que sumadas corresponden a la presión

que debe generar la bomba:

• Altura de succión, m.

• Altura de elevación, m.

• Pérdidas de carga en la succión. m

• Pérdidas de carga en la impulsión: considerando fittings, filtros,

equipos de quemigación etc; m.

• Presión de trabajo: la requerida por goteros, cintas microaspersores

etc.; m.

Potencia requerida: la potencia del motor requerida para mover el caudal determinado a la

presión establecida se puede estimar mediante la siguiente relación:

Q (lt/seg) * H (m)

P = -----------------------------

102 * Ef,

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VII. Estimación del costo de operación

Los costos de operación de los equipos de bombeo se pueden determinar mediante las

siguientes relaciones:

• Para motores a combustión interna:

CHB = Q (lt/seg) * H (mca) * Cc (lt/HP/hora) * V ($/lt)

75 * Eb

• Para motores eléctricos.

CHB = Q (lt/seg) * H (mca) * C ($/KWH)

100,57 * Eb * Eme

En las relaciones anteriores los significados son:

CHB = Costo horario de bombeo, $/hora

Q = Caudal

Cc = Consumo de combustible

V = Costo del combustible

C = Costo de la energía eléctrica

Eb = Eficiencia de la bomba

Eme = Eficiencia del motor eléctrico