El Concepto de La Bomba Sumergible FLYGT

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  • ndice I

    FLYGT

    ndice

    Introduccin

    1 Criterios de diseo: Esquema general

    2 Coste total de la vida de un bombeo

    3 Tipos de bomba y campos de aplicacin

    3.1 Clasificacin general de las bombas

    3.1.1 Bombas volumtricas3.1.2 Rotodinmicas3.1.3 Otras clasificaciones de las rotodinmicas

    3.1.3.1 BOMBAS DE FUNCIONAMIENTO EN SECO3.1.3.2 BOMBAS SUMERGIBLES3.1.3.3 BOMBAS MONOETAPA3.1.3.4 BOMBAS MULTIETAPA3.1.3.5 BOMBAS CON DIFUSOR DE VOLUTA3.1.3.6 BOMBAS CON DIFUSOR DE LABES DIRECTORES

    4 Tipos de impulsores y campos de aplicacion

    5 El concepto de la bomba sumergible FLYGT

    5.1 Campos de aplicacin de las bombas sumergibles

    5.2 Formas de instalacin de las bombas sumergibles

    5.3 Ventajas de las instalaciones con bombas sumergibles

    6 Descripcin general de una bomba

    6.1 Apartado elctrico. Motor6.1.1 Descripcin de un motor elctrico de induccin

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  • bombas sumergibles y estaciones de bombeoII

    FLYGT

    6.1.2 Esquema del bobinado de un estator6.1.3 Aislamiento de un motor6.1.4 Tipos de servicio6.1.5 Grados de proteccin ambiental6.1.6 Conexionado de un motor asncrono6.1.7 Seleccin correcta de un motor6.1.8 Problemas en un motor de induccin6.1.9 Parmetros caractersticos de un motor6.1.10 Refrigeracin de motores elctricos6.1.11 Cables elctricos

    6.2 Apartado hidrulico. Bomba

    6.3 Apartado mecnico. Acoplamientos6.3.1 Solicitaciones y diseo de ejes6.3.2 Problemas en ejes6.3.3 Rodamientos6.3.4 Elementos estticos de sellado6.3.5 Elementos dinmicos de sellado. Juntas

    mecnicas

    7 Materiales constructivos

    7.1 Materiales metlicos usados en la fabricacin de bombas

    7.2 Materiales plsticos y elastmeros usados en la fabricacin dealgunos componentes

    7.3 Deterioro de los materiales7.3.1 Corrosin de los metales7.3.2 Corrosin de los materiales polmeros7.3.3 Proteccin en agua residual urbana7.3.4 Proteccin en agua residual industrial7.3.5 Proteccin en agua de mar7.3.6 Desgaste de piezas

    8 Curvas y parmetros caractersticos en las bombas

    8.1 Potencia y rendimiento

    8.2 Curvas caractersticas de una bomba. Caudal-Altura,potencias, rendimientos, NPSH

    8.3 Curva del sistema (curva resistente). Punto de trabajo

    8.4 Curvas a distinta velocidad: variacin de frecuencia

  • ndice III

    FLYGT

    8.5 La zona de trabajo segura y eficiente.

    8.6 Curva del motor.

    8.7 Curvas de par e intensidad

    9 Sistemas hidrulicos multibomba

    9.1 Conexin de bomba en paralelo

    9.2 Conexin de bombas en serie

    10 Protecciones de un grupo moto-bomba

    10.1 Protecciones internas10.1.1 Sensores de temperatura10.1.2 Sensores de filtracin o de humedad

    10.2 Protecciones externas.10.2.1 Sistemas de proteccin estndar

    11 Sistemas de arranque de bombas

    11.1 Arranque directo

    11.2 Arranques indirectos: disminucin de la punta de intensidad enel arranque

    11.2.1 Arranque estrella-tringulo11.2.2 Arranque por autotransformador11.2.3 Arrancadores estticos (Arrancador suave)11.2.4 Variadores de frecuencia

    11.1 Arranque de bombas contra un sistema hidrulico

    12 Control de estaciones de bombeo

    12.1 Seccin de potencia12.1.1 Sistemas de conmutacin de energa12.1.2 Sistemas de proteccin fsica

    12.2 Seccin de control11.2.1 Control por hardware (cableado fsico)11.2.2 Control por software11.2.3 Programacin: abierta y cerrada11.2.4 Simple11.2.5 Controlador especfico o PLC11.2.6 Funciones de un sistema de control

  • bombas sumergibles y estaciones de bombeoIV

    FLYGT

    13 Variadores de frecuencia

    13.1 Comportamiento de la bomba trabajando con variador

    13.2 Descripcin de un variador

    13.3 Control del variador con varias bombas en paralelo

    13.4 Par constante y par variable

    13.5 Consideraciones en la seleccin de un variador

    13.6 Compatibilidad electromagntica

    13.7 Prdidas producidas por un variador

    13.8 Problemas causados por los variadores

    14 Diseo y dimensionamiento de un pozo de bombeo

    14.1 Volumen activo y tiempo ciclo14.1.1 Clculo del volumen activo mnimo en pozos con

    una bomba14.1.2 Clculo de volumen mnimo en pozos con dos o

    ms bombas.14.1.3 Clculo simplificado del volumen til de un pozo

    14.2 Diseo de pozos de bombeo con bombas sumergiblescentrfugas

    14.2.1 Criterios generales14.2.2 Diseo estndar de un pozo de bombeo con dos

    bombas14.2.3 Diseo de pozos de bombeo con varias bombas

    14.3 Diseo de pozos de bombeo con bombas sumergibles axiales

    14.3.1 Criterios generales14.3.2 Diseos estndar de estaciones de bombeo

    axiales14.3.3 Configuracin y dimensiones recomendadas14.3.4 Estaciones con varias bombas

    14.4 Efectos nocivos en los bombeos y elementos correctores

  • ndice V

    FLYGT

    14.4.1 Entrada de aire14.4.2 Distribucin de velocidad no uniforme14.4.3 Prerrotaciones14.4.4 Vorticidad14.4.5 Sedimentaciones y flotantes14.4.6 Cmara tranquilizadora14.4.7 Elementos correctores

    15 Depsitos de retencin: Funcionamiento y control

    15.1 Introduccin

    15.2 Sistemas de control

    15.3 Secuencia de procesos

    15.4 Conclusiones finales

    16 Fenmenos a tener en cuenta en el diseo de sistemasde bombeo

    16.1 Golpe de ariete16.1.1 Descripcin del fenmeno16.1.2 Definicin de los parmetros que intervienen16.1.3 Sobrepresiones y depresiones16.1.4 Proteccin contra el golpe de ariete

    16.2 Cavitacin16.2.1 Descripcin del fenmeno16.2.2 La cavitacin en las bombas. Concepto de NPSH16.2.3 Otras causas de la cavitacin en bombas

    16.3 Prdidas de carga16.3.1 Rgimen laminar y rgimen turbulento16.3.2 El nmero de Reynolds y la rugosidad relativa16.3.3 Coeficiente de prdidas de carga. Frmulas de

    clculo16.3.4 Frmulas empricas de clculo16.3.5 Prdidas de carga secundarias

    16.4 Vibraciones16.4.1 Fuentes de vibraciones en las bombas16.4.2 Formas de reducir los niveles de vibracin16.4.3 Niveles y medicin de la vibracin

    16.5 Ruido

  • bombas sumergibles y estaciones de bombeoVI

    FLYGT

    16.5.1 Procedencia del ruido en instalaciones debombeo

    16.5.2 Medida del ruido. La escala en decibelios16.5.3 Otras causas del ruido en bombas16.5.4 Recomendaciones para reducir el nivel de ruido

    16.6 Sumergencia16.6.1 La sumergencia en bombas sumergibles16.6.2 Clculo de la sumergencia mnima

    17 Prueba de bombas

    17.1 Pruebas en motores

    17.2 Pruebas en bombas

    17.3 Medicin de la presin

    17.4 Medicin del caudal

    17.5 Medicin de la potencia consumida

    17.6 Tolerancias permitidas en la prueba

    17.7 Funcionamiento el banco de pruebas

    17.8 Puesto de control. Sistema de adquisicin de datos

    17.9 Informe de los resultados obtenidos

    17.10 Calibracin

    ANEXO I: DETERMINACIN DE CAUDALES

    1. Determinacin del caudal de diseo en sistemas pequeos odomsticos

    2. Clculo de caudales para sistemas de alcantarillados sanitariosy pluviales

    2.1 Clculo de caudales sanitarios o de aguas residuales

    2.1.1 APORTES DOMSTICOS2.1.2 APORTES COMERCIALES2.1.3 APORTES INDUSTRIALES2.1.4 APORTES INSTITUCIONALES2.1.5 CAUDAL MEDIO DIARIO DE AGUAS RESIDUALES2.1.6 CAUDAL MXIMO HORARIO2.1.7 APORTES POR AGUAS DE INFILTRACIN Y CONEXIONES ERRADAS

  • ndice VII

    FLYGT

    2.1.8 CAUDAL DE DISEO

    2.2 Clculo de caudales pluviales o de drenaje

    2.2.1 EVALUACIN DEL CAUDAL DE DISEO

    ANEXO II: TABLAS DE PRDIDAS DE CARGA

    1. Coeficientes de prdidas de carga puntuales

    2 Monograma de clculo de la funcin equivalente

    3 Tablas para el clculo de en funcin de Re y K/D4 Prdidas de carga en mangueras

    5 Diagrama de Moody

    ANEXO III: OTROS EQUIPOS TFB - FLYGT

    1. Equipos para tratamientos terciarios: aplicaciones enreutilizacin de agua

    1.1 Membrana ultrafiltracin1.2 Sistema MBR y membrana ZeeWeed MBR

    2. Agitadores sumergibles

    3. Tamiz de escalera autolimpiante

    4. Difusores de burbuja fina

    ANEXO IV: TABLAS DE PRESIN DE SATURACIN (VAPOR) DELAGUA A DISTINTAS TEMPERATURAS

  • Introduccin

    introduccin

    IntroduccinEl objetivo de este libro es familiarizar al proyectista o diseador deinstalaciones de bombeo con la tecnologa de las bombassumergibles, as como dotarle de las herramientas de diseo y declculo que le permitan definir dichas instalaciones de la formams adecuada posible. El correcto diseo de una estacin debombeo debe ser integral, es decir, capaz de aunar la partehidrulica, mecnica y elctrica de modo que se garantice lafiabilidad del sistema, as como la duracin de todos suselementos.

    Es en este propsito, en el de instruir en el correcto diseo ydimensionamiento de los pozos o estaciones de bombeo, en elque, adems de los conocimientos tericos hidrulicosuniversalmente aceptados, TFB-Flygt puede hacer su mayor aporteen conocimientos empricos basados en ms de 56 aos deexperiencia en tecnologa sumergible y en sus ms de 4.000proyectos de instalaciones de bombeo funcionando en los cincocontinentes.

    En el presente libro, se describirn los distintos tipos de bombasexistentes, as como sus campos de aplicacin; si bien suscontenidos se centrarn en las bombas sumergibles, al tratarse dela tecnologa ms adecuada y rentable hoy en da eninstalaciones de bombeo de aguas residuales, drenajes, trasvasesde grandes caudales y numerosas aplicaciones industriales. Encualquier caso, la mayor parte de los apartados de este libro sonperfectamente aplicables a otros sistemas de bombeo diferentesal sumergible.

    En el mismo sentido, y dado que el bombeo es tan slo unapequea parte de los numerosos procesos que el tratamiento deaguas requiere, al final del libro se incluye un anexo con unresumen de las distintas tecnologas que TFB-Flygt ha desarrolladodurante los ltimos aos en este campo, principalmente en lo quese refiere a agitacin, aireacin, tamizado y tratamientos terciarioscomo la ultrafiltracin.

  • coste total de la vida de un bombeo 3

    Ca

    pt

    ulo

    2

    2 Coste total de la vida de unbombeo

    Uno de los criterios ms importantes a la hora de disear unaestacin de bombeo, es el criterio econmico. Sin embargo,en numerosas ocasiones, el proyectista tiene en consideracineste criterio tan slo de forma parcial, calculando ycomparando los costes iniciales o de inversin enequipos, instalacin y obra civil; y olvidando los costesposteriores, consumos, mantenimiento, costesprovocados por la falta de servicio mucho msimportantes en cuanto a la cuanta que los primeros.

    Como media, y dependiendo mucho del tipo deinstalacin y de servicio requerido, se puede decir quelos costes de inversin inicial suponen tan slo del 10 al30 % de los costes totales de la vida de un bombeo,siendo casi siempre, los costes debidos a los consumoselctricos y las posteriores labores de operacin de losequipos, los ms importantes en cuanta.

    Por tanto, para la correcta seleccin de una bomba, y porextensin, de un sistema de bombeo completo; es muyimportante comparar el LCC de las distintas opciones posibles,siendo el parmetro LCC (Life Cycle Cost), el coste total dela vida del bombeo, que a continuacin se desarrolla.

    Distribucin de costes en la vida de un bombeo.

    Coste de inversin

    Coste de operacin

    Coste de consumo energtico

    Costes varios

  • bombas sumergibles y estaciones de bombeo4

    FLYGT

    El coste total de la vida de un bombeo, comprende las siguientes partes:

    CvCceCopCinvLcc +++=

    Siendo:

    Cinv = Costes de inversin o costes iniciales.Cop = Costes de operacin.Cce = Costes de los consumos elctricos.Cv = Costes varios.

    A su vez, estos costes se dividen en los siguientes:

    Cinv = Cinv.c + C inv.b + Cinv.ea + Cinv.oc + CinstCop = Cm + Crep.Cv = Cma + Cf.Siendo:

    Cinv.c= Coste de inversin en conducciones.Cinv.b = Coste de inversin en bombas.Cinv.ea = Coste de inversin en equipos auxiliares.Cinv.oc = Coste de inversin en obra civil.Cinst.inst = Coste de instalacin.

    Cm = Coste de mantenimiento (preventivo).Crep. = Coste de las reparaciones.

    Cma. = Coste medioambiental.Cf. = Coste de los fallos o lucro cesante.

    Por tanto, el coste total de la vida de un bombeo ser:

    CfCmaCrepCmCceCinstocCinveaCinvbCinvcCinvLcc +++++++++= ....

    Para una correcta comparacin, sera necesario poner todos los costes a tiempoactual, es decir, no vale igual un euro gastado hoy, por ejemplo en una bombams cara, que un euro gastado dentro de 10 aos, por ejemplo, en unareparacin. Evidentemente, el dinero hoy vale ms que el dinero maana y parasumar y comparar todos esos costes es necesario homogeneizarlos, calculando elCoste presente o actualizado de todos ellos. Para actualizar dichos costes, se usa lamisma frmula que la del Valor Actual Neto (VAN) de una inversin.

  • coste total de la vida de un bombeo 5

    FLYGT

    La formula es:

    npiCnCnCp

    ))(1( +=

    Siendo:

    Cp = Coste presente o actualizadoCn = Coste en el ao n.i = Tipo de inters estndar.p = Inflacin media prevista.n = Nmero de aos.

    Por tanto, para calcular el Coste total actualizado (Ctp) de cada una de lasanteriores partidas, ser necesario hacer el sumatorio de todos los costesactualizados para cada uno de los aos (x) previstos del bombeo.

    = xCpCtp

    La interpretacin y valoracin de los costes anteriormente enumerados, es lasiguiente:

    1.- Cinv.c= Coste de inversin en conducciones.

    Es el coste de inversin en tuberas y accesorios. Influye sustancialmente en loscostes totales del bombeo de la siguiente manera:

    Las conducciones de menor dimetro son ms baratas en el momento dela inversin, pero producen mayores prdidas de carga, y por tanto unmayor consumo energtico en las bombas para poder superarlas. Comonorma general, usar dimetros menores puede ser rentable en bombeospuntuales o poco frecuentes (p.e bombeos de emergencia), sin embargo,en bombeos de uso frecuente, el emplear conducciones ms ampliassiempre es ms econmico a medio y largo.

    El empleo de accesorios de proteccin en las conducciones, como porejemplo ventosas, vlvulas antirretorno intermedias, dispositivos antiarieteencarece la inversin inicial; pero minimiza el riego de fallos, y por tantodisminuye los costes de reparacin y los originados como consecuencia dedichos fallos.

  • bombas sumergibles y estaciones de bombeo6

    FLYGT

    2.- Cinv.b = Coste de inversin en bombas.

    El coste de inversin en las bombas, es uno de los ms delicados de estudiar ya quede ste equipo dependern la mayora de los costes de operacin posteriores. Sonmuchos los factores que influyen, siendo los ms importantes los siguientes:

    Rendimiento: Un punto de servicio determinado (caudal y altura), puedeser proporcionado por varios modelos; es muy importante prestarleatencin a aquellos con mayor rendimiento, sobre todo hidrulico, ya quede ste parmetro dependern los consumos energticos posteriorescomo uno de los costes ms importantes en la vida de una bomba.

    Nmero de polos: Por lo general, las bombas con menos nmeros de polos,son ms baratas que las que disponen de un nmero mayor de stos; sinembargo, como las primeras giran a mayor velocidad que las segundas, enla misma proporcin aumentarn los posibles problemas demantenimiento, en particular los debidos al mayor desgaste de las partesmviles (rodamientos, impulsor, eje)

    Dimetro de la voluta y de la brida de salida: Una bomba con mayorvoluta, ser considerablemente ms cara que una dotada de una volutamenor; pero la primera permite velocidades menores del fluido dentro desta, y por tanto menores desgastes y vibraciones, disminuyendo de estamanera los costes de operacin posteriores. Aunque esta consideracin esimportante, influye menos en el coste total del bombeo que las anteriores.

    Tipo de Impulsor: Con independencia del precio del mismo, pocorelevante en comparacin con el cost...