Bombas centrífugas y de turbina para riego

Universidad Nacional de Colombia
Sede de Medellín

FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS

BOMBAS CENTRÍFUGAS Y DE TURBINA PARA RIEGO

JULIO CÉSAR ARANGO TOBÓN
Ingeniero Agrícola - M. Sc.
Profesor Asociado

1999

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INTRODUCCIÓN

El objetivo de este impreso universitario es guiar a los estudiantes de los cursos
de riego en el tema de las bombas centrífugas y de turbina, cuyo conocimiento es
fundamental en el diseño y operación de sistemas de riego a presión.

Este impreso universitario explica como operan las bombas y sirve como una guía
para su selección adecuada, mantenimiento y uso.

Se suministra en el impreso, información sobre los equipos de bombeo, como
debe ser su instalación. Se describen las partes que constituyen las bombas
centrífugas y de turbina. Se da una explicación sobre el concepto de ¨cabezas¨
(altura de elevación o aspiración); columna piezométrica (o de caída), potencial
hidráulico, desnivel, carga hidráulica, altura de impulsión real o manométrica,
condiciones de servicio y características de funcionamiento de varios tipos de
bombas centrífugas y de turbina. Se estudian las curvas de sistemas de altura de
elevación y su efecto en la capacidad de la bomba y su selección. Se incluye
también aspectos sobre impulsores de bombas, el cebado, la instalación,
operación y mantenimiento de las bombas centrífugas y de turbina.

Lo que finalmente se busca con este impreso es proporcionar conocimientos
prácticos y útiles de la aplicación, control, instalación, operación, mantenimiento e
identificación de fallas de las bombas centrífugas y de turbina.

Es bien importante indicar, que los fabricantes de bombas con la experiencia e
investigación, han mejorado mucho la variación de presiones de operación, la
eficiencia y el diseño mecánico e hidráulico de su producto, lo cual hay que tener
en cuenta, en el momento de tomar la decisión para el uso de un determinado
equipo.

Finalmente hay que considerar que el tipo de potencia utilizado para bombear ó
elevar agua depende del costo, disponibilidad y cantidad de agua que se quiere
bombear, desde luego que hay que buscar que las cantidades de agua requeridas
sean bombeadas con una cantidad mínima de energía.

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1. DEFINICIÓN DE BOMBEO

El bombeo puede definirse como la adición de energía a un fluido para moverse
de un punto a otro. No es, como frecuentemente se piensa, la adición de presión.
Porque la energía es capacidad para hacer trabajo, adicionándola a un fluido
obliga al fluido hacer trabajo, normalmente fluyendo por una tubería o elevándose
a un nivel más alto.

2. QUE ES UNA BOMBA

Una bomba es un aparato mecánico cuya única función es adicionar energía a un
fluido para que pueda realizar un trabajo.

3. TIPOS DE BOMBAS

Existen diferentes tipos de bombas de las cuales las principales usadas en los
campos agrícolas son las de émbolo o pistón y las centrífugas.

Las bombas movidas con la fuerza humana y animal todavía son usadas en
algunas regiones del mundo donde el sistema de riego está asociado con
explotaciones agrícolas de subsistencia.

A medida que fue desarrollándose la bomba centrífuga ella fue apartando del uso
la bomba de émbolo, ya que ella da solamente un caudal fijo a una altura variable.

A fines del año 1800, construyó Sulzer la primera bomba para un caudal de 1.250
m3 por hora y a una presión de 150 metros, que fue basado en una bomba de tres
etapas, la cual fue toda una revelación técnica en la construcción de bombas.

Desde entonces distintas fábricas tomaron estas ideas y hoy por hoy ya se puede
encontrar en el comercio una serie de variedad enorme en características
hidráulicas y mecánicas.

Las bombas pueden clasificarse en variadísimas formas dependiendo de:

♦ Su aplicación
♦ Tipo de fluidos que mueven
♦ Tipo de elementos motriz, etc.

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Las bombas movidas por mecanismos pueden ser clasificadas como bombas de
desplazamiento positivo y bombas de desplazamiento variable. Las bombas de
desplazamiento positivo (bombas de pistón, bombas de diafragma, bombas de
engranajes, bombas de tornillo, etc.) son raramente empleadas para riego.

Las bombas de desplazamiento variable incluyen a las bombas centrífugas, flujo
mixto, turbinas, bombas de hélice y al ariete hidráulico; las cuatro primeras son
utilizadas extensivamente para regar los cultivos.

Cada tipo de bomba tiene sus ventajas de acuerdo con las condiciones de
operación, tales como: altura de succión, altura total de bombeo, descarga,
eficiencia de operación y costos. Los sistemas de bombeo ( combinaciones de
bomba y motor) necesitan ser diseñados de acuerdo con las condiciones de
operación y requerimientos de agua. Un sistema de bombeo que funciona
adecuadamente bajo un conjunto de condiciones, tal vez no funciona bien bajo
otras condiciones.

Pero se puede decir que la clasificación más ajustada a la construcción en sí de
las bombas es aquella que las clasifica por la forma como transfieren el fluido en
su interior, desde la succión hasta la descarga.

De acuerdo con los principios de operación, las bombas se pueden clasificar en:

• Bombas de desplazamiento positivo. Consisten de una o más cámaras que
se llenan y vacían cíclicamente desplazando "Paquetes" de flujo a
intervalos regulares.

• Bombas rotodinámicas. Son aquellas en las cuales hay cambio de
momentum angular convirtiendo la energía de un impulsor rotativo en
aumento de velocidad y presión del fluido. En estas se tienen:

♦ Bomba de hélice o axial. En la que el fluido se mueve en la
dirección
del eje. Sus características más importantes son: Alto flujo y eficiencia,
baja cabeza.
Bomba centrífuga o radial. En la que el fluido se mueve
perpendicularmente al eje. Sus características más importantes son:
alta cabeza, flujo y eficiencia moderado.
♦ Bombas de flujo mixto. En la que el fluido se mueve con
componentes axiales y radiales; su comportamiento se halla entre la
axial y la radial.

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4. BOMBAS CENTRÍFUGAS

4.1 GENERALIDADES

Las bombas centrífugas son recomendadas para bombear desde ríos, lagos,
canales y pozos.

Las bombas centrífugas, como su nombre lo indica, emplean fuerza centrífuga
para elevar el agua hacia lugares más altos. Ellas también permiten la operación
de los emisores en los sistemas de riego por presión.

Una bomba centrífuga es una máquina que consiste de un conjunto de paletas
rotatorias encerradas dentro de una caja o cárter, o una cubierta o coraza. Las
paletas imparten energía al fluido por la fuerza centrífuga.

Despojada de todos los refinamientos, se puede decir que una bomba centrífuga
tiene dos partes principales:

♦ Un elemento giratorio, incluyendo un impulsor y una flecha.
♦ Un elemento estacionario, compuesto por una cubierta, estopero y
chumaceras.

La bomba centrífuga da un flujo sostenido a presiones uniformes sin variaciones
de presión. Provee la flexibilidad máxima posible, desarrollando una presión
específica máxima de descarga en cualquier condición de operación con caudal
controlado ya sea por variación de velocidad o estrangulación.

4.2 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO

En forma simple se puede explicar el funcionamiento de la bomba centrífuga en la siguiente forma:

Si se da vuelta a un balde lleno de agua con la ayuda de un cordel, el agua no
saldrá del balde. La fuerza centrífuga presionará el agua hacia su fondo. Si se le
hace un agujero en la parte del fondo se vera de que saldrá un chorro de agua, si
se mueve este balde a mayor velocidad, este chorro alcanzara una distancia
mayor, ya que la fuerza centrífuga ha aumentado.

Las bombas centrífugas son elementos que proporcionan al líquido una energía
basada en el principio de la fuerza centrífuga.

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En el caso de tener el nivel del líquido en el punto A, la sola abertura de las
válvulas en B y C, permitirían tener toda la tubería y la bomba, llena de líquido sin
necesidad de hacer ningún esfuerzo o trabajo, ( acción de vasos comunicantes) es
decir, el nivel del líquido se tendría también en el punto D.

Figura 1. Principios de funcionamiento de una bomba centrífuga

Si se hace girar el rotor R en el sentido indicado, el paquete P de líquido que se
encuentra en uno de los canales o conducto del rotor R adquiere una velocidad V,
que depende de la del rotor ( o sea W), en ese momento al estar el paquete P a
una distancia H del centro de giro del rotor, se efectúa sobre él una fuerza F que
tiende a alejarlo del centro de giro, es así como ese paquete P ha adquirido una
energía de velocidad, la cual es función de la velocidad del rotor, de la masa de
ese paquete y de la distancia a que se encuentre del centro de giro.

Esta energía posibilita al líquido para desplazarse dentro de la carcasa de la
bomba, y a medida que se aleja del centro del rotor adquiere más y más energía,
(E = ½ mv2) hasta alcanzar la necesaria para salir por S.

En caso de que se cierre la válvula en B, el giro del rotor seguirá incrementando la
energía de los paquetes de líquido que hay en la carcasa hasta que salgan de ella
y como es obvio, se creará un vacío dentro de la carcasa y así se esta entonces
en idénticas condiciones que cuando se invierte un tubo de vidrio en el cual queda
vacío el extremo, así que si en este preciso momento el nivel del tanque de
suministro se encuentra en A entonces será el fenómeno de la presión atmosférica
quién lleve nuevamente líquido a la carcasa, continuando esta sucesión de
acontecimientos mientras el rotor permanezca girando.

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4.3 CARACTERÍSTICAS

La carga máxima para una bomba centrífuga con una sola etapa esta entre 45 y
60 metros, algunos fabricantes dan especificaciones hasta de 170 metros. Estas
bombas pueden ser clasificadas como volutas de una etapa o con varias etapas,
de montaje vertical y horizontal; son construidas siguiendo una gran variedad de
arreglos de tipos de impulsor y otros detalles de construcción. Cada fabricante se
especializa en adaptaciones a los diferentes tipos.

Las bombas centrífugas son menos complicadas en su diseño con respecto a la
mayoría de las bombas mecánicas y además tienen la capacidad de operar bajo
amplio rango de condiciones. Estas bombas son relativamente baratas, fáciles de
instalar, mantener y están comúnmente acopladas a motores y pueden ser
colocadas estacionariamente ó ser portátiles. Se encuentran disponibles en una
gran variedad de tamaños, caudales y pueden ser seleccionadas para rendir altas
y bajas presiones.

4.4 VENTAJAS

• Acción continua sin puntos muertos, ni cambios de velocidad en el agua
elevada.

• Ocupan poco espacio, por lo que pueden ser montadas en bastidores
provistos de ruedas para su mejor transporte o instaladas en el interior de
pequeñas casetas.

• Cuando se trata de bombas importantes, su costo puede llegar a ser de un
tercio del presupuesto de una instalación equivalente de bomba de émbolo.

• Su conservación es mucho más económica.

• Como carece de válvulas las averías e interrupciones son muy poco
frecuentes.

• Las fundaciones son sencillas, porque no se producen choques ni
movimientos violentos.

• Son acoplables directamente a los motores.

Fácil disposición de la descarga en lugares muy apartados, cuando se trata de agotamientos.

• Pueden elevar líquidos turbios o sucios, con fangos o impurezas diversas, e
incluso arena.
4.5 PARTES FUNDAMENTALES

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Las partes constitutivas de una bomba centrífuga dependen de su construcción y
tipo. Esta es la razón de que se encuentren más de 150 partes componentes de
bombas. De éstas solo se trataran las que se encuentran en la mayoría de las
bombas y que tienen mayor ingerencia sobre el comportamiento final de esta. Por
lo tanto se dividen las partes fundamentales de una bomba centrífuga en:
Estáticas y dinámicas.

Estáticas:

Carcasa: Su función es encausar el líquido que sale del rotor y cambiar parte de
la energía de velocidad en energía de presión.

Plato obturador: Su función es sellar la zona húmeda de la bomba de las partes
externas o secas. Puede llamarse ¨plato sello¨ si el elemento básico de obturación
que encierra es un sello mecánico, o ¨plato estopa¨ sí el elemento básico que
encierra es la estopa.

Soporte de rodamientos: su función es la de servir de estructura de apoyo y
soporte de todas las fuerzas que son necesarias transmitir para hacer girar el
rotor.

Dinámicas:

Rotor ( o Impulsor): su función es la de transmitir la energía de velocidad al líquido.
La energía en parte también es de empuje producido por los álabes.

Eje: Su función es la de llevar hasta el rotor la energía del elemento conductor de
la bomba.

4.5.1 CARCASAS

4.5.1.1 Función

Como el rotor desaloja el fluido con alta energía cinética, es necesario transformar
esta en una energía de presión, esto se logra disminuyendo gradualmente la
velocidad del fluido por un aumento gradual del área.

4.5.1.2 Tipos

Carcasa según su función Tipos de carcasa

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Según la manera de efectuar la Voluta:
conversión de energía Simple
Doble

Difusor
Según su construcción De una pieza

Partida:
Por un plano horizontal.
Por un plano vertical.
Por un plano inclinado.

Según sus características de Simple
succión
Doble

Succión por un extremo:
Lateral
Superior
Inferior
Según el número de pasos De un paso

De varios pasos

4.5.1.3 Clasificación

• Según transferencia de energía:

♦ Carcasa tipo voluta: Se incluyen acá la carcasa tipo voluta simple, la
carcasa con doble voluta.

♦ Carcasa con alabes difusores

Las volutas derivan su nombre de la forma en espiral alrededor del rotor.

La voluta simple recoge el líquido dejado por el rotor y transforma su energía
cinética en presión al ir incrementando su área y así disminuyendo su velocidad.

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Figura 2. Reacción radial sobre el rotor

Carcasa con doble voluta. En una bomba que utiliza voluta simple se tiene una
fuerza resultante sobre el rotor, ya que la presión en la periferia de éste no es
uniforme.

Figura 3. Reacción radial sobre el rotor

En la Figura 2 debe notarse que la fuerza resultante solo es nula en la capacidad
de diseño; además obsérvese que la fuerza es mayor a caudal nulo.

La fuerza F es directamente proporcional a la cabeza y al diámetro del impulsor.

Una solución a este problema (Aparte desde luego de ejes y rodamientos más
grandes) es colocar una doble voluta la cual consiste básicamente en 2 volutas
colocadas a 180 o tal como se muestra en la Figura 3.

La anterior disposición hace que se creen dos fuerzas de reacción F1 y F2, las
cuales son opuestas y aproximadamente iguales. En este punto es importante
anotar que en las bombas con álabes difusores, no tienen problemas con fuerzas
radiales, ya que sus fuerzas se equilibran por la disposición misma del diseño.

Carcasa con álabes difusores

Consiste en una serie de álabes fijos que además de incrementar la presión puede
guiar el fluido de un impulsor a otro. Esta es la razón de que su aplicación más
importante sea la bomba multi-etapas.

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El hecho de que las bombas tengan álabes difusores en vez de voluta incremento
su eficiencia hidráulica, pero esto solo es significativo en bombas con varias
etapas, esta es la causa de que no se encuentren bombas de una etapa con
álabes difusores.

Desgraciadamente el uso de álabes difusores puede causar un comportamiento
inadecuado, ya que el flujo que sale del rotor necesita encontrar los álabes
difusores suavemente y esto solo se logra en un punto de la rata de caudal. Como
guía práctica una bomba con álabes difusores se debe operar en un rango del 5 al
10% del punto de diseño para que tenga una eficiencia aceptable.

Otro problema de los álabes difusores es que no permiten tanta versatilidad con
los rotores como en las bombas con voluta, ya que en estas últimas se puede
recortar un rotor hasta en un 25% sin pérdidas apreciables en eficiencia mientras
que en una con álabes difusores solo se llega a un 5% o 10%.

• Carcasas según construcción

En algunos casos dependiendo de la aplicación que va a tener la bomba, es
conveniente que su carcasa este divida, lo cual puede ser a través de un plano
horizontal, vertical, inclinado.

Las carcasas que están partidas por un plano horizontal tienen la gran ventaja que
puede ser inspeccionadas sin tener que quitar la tubería. Son usadas para
abastecimientos de agua en grandes cantidades.

Carcasas según sus características de succión

Las carcasas pueden ser de simple o de doble succión, correspondiendo a las
características del rotor que succionara por uno o ambos extremos.

La succión lateral, inferior o superior se escoge, únicamente para que se tenga
una mejor disposición de la bomba con respecto a la tubería sin que exista una
ventaja hidráulica de algunas de ellas sobre las otras.

Carcasa según el número de pasos

En este punto se debe notar que en bombas multi-etapas lo que varía no es la
carcasa en sí sino el número de ellas.

Una bomba multi-etapas, a groso modo no es más que un conjunto de bombas
colocadas en serie.

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Para que el conjunto mantenga una buena eficiencia es necesario utilizar carcasas
con álabes difusores, los cuales van seguidos de álabes directores que guían el
fluido a la siguiente etapa.

4.5.1.4 Materiales de las Carcasas

La mayoría de las carcasas de las bombas son hechas en hierro fundido. Sin
embargo existen ciertas limitaciones debido a su baja resistencia a la tracción, por
lo cual no se acostumbran usar ni para altas presiones ni para altas temperaturas,
en cuyo caso se utilizan de acero. Las carcasas en hierro se diseñan para
presiones máximas de 1.000 PSI y a 200 oC.

Para bombas que movilizan fluidos comestibles se usa generalmente el acero
inoxidable, ya que este no los contamina. Para trasiego de fluidos con cierto grado
de contaminación se usa el bronce.

4.5.2 Impulsores

4.5.2.1 Funciones y tipos

La función del rotor es imprimirle al fluido por él recibido un movimiento de
rotación, el cual a su vez hace que el líquido se desplace en dirección radial
debido a la fuerza centrífuga.
4.5.2.2 Clasificación

Los impulsores se clasifican según su función en:

Impulsor según su función
Tipo de impulsor

Tipo de Succión
Sim
ple
suc
ción

Doble succión

Forma de los álabes
Curvos radiales
Tip
o
Fra
ncis

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Álabes para flujo mixto
Tipo hélice

Dirección del
Flujo

Axial

Radial
Mixto
Axial

Construcción mecánica Abierto
Semi-abierto
cerrado

Velocidad Específica. Baja
Media
Alta

Impulsores según tipo de succión

En un impulsor de simple succión el líquido entra por un solo extremo, mientras
que el de doble succión puede considerarse como dos de succión simple
colocados espalda con espalda. El de doble succión tiene entrada por ambos
lados y una salida común.

El impulsor de succión simple se utiliza más ampliamente debido a que es más
fácil de fabricar y requiere de una carcasa más sencilla, no obstante para grandes
caudales es recomendable utilizar rotores de doble succión, sobre todo por
razones de NPSH. Los rotores de doble succión tienen además la ventaja de que
no se produce empuje axial.

• Impulsores según la forma de los álabes

Los impulsores de álabes de simple curvatura son de flujo radial y están sobre un
plano perpendicular. Generalmente son impulsores para grandes cabezas y bajos
caudales que deben manejar líquidos limpios sin sólidos en suspensión.

En un impulsor tipo Francis el álabe es más ancho y tiene doble curvatura; la
curva Q - H se hace más plana. El impulsor de flujo mixto permite manejar líquidos
con sólidos en suspensión.

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Por último se tienen los impulsores tipo hélice de flujo completamente axial
caudales altísimos y cabezas muy reducidas; pueden manejar líquidos y sólidos
en suspensión de tamaño relativamente grande.

Estos últimos son especialmente adecuados para bombas de drenaje en ciudades
y campos agrícolas, así como también en la industria camaronera.

Un tipo adicional de álabes son los del impulsor inatascable, los cuales se utilizan
para bombear aguas negras con sólidos grandes en suspensión.

En la actualidad se están desarrollando multiplicidad de rotores inatascables como
son los de vórtice, de álabe simple, álabe doble, etc.

Impulsores según su construcción mecánica

Un impulsor abierto es aquel en el cual los álabes están unidos a la manzana
central sin plato en los extremos lo cual hacen que sean débiles sobre todo
cuando son de diámetro grande, por lo cual, los llamados impulsores abiertos en
realidad son semiabiertos (con excepción de los axiales), ya que llevan un plato en
la parte posterior que les da resistencia.

Estos impulsores tienen la ventaja de que pueden manejar líquidos sucios y que la
inspección es más simple. Tienen la desventaja que se deben mantener
tolerancias muy estrictas con la carcasa para evitar recirculación.

Los impulsores cerrados pueden trabajar con tolerancias mayores entre ellos y la
carcasa, ya que el líquido va canalizado entre las tapas integrales localizadas a
ambos lados del álabe.

4.5.3 Rotores según su velocidad especifica

De la teoría de ¨SIMILITUD DINAMICA", que permite describir el funcionamiento,
de dos aparatos hidráulicos similares partiendo de las medidas de uno de ellos, se
han deducido formulas de afinidad y números específicos que caracterizan a una
serie de bombas geométricamente similares que tengan ese mismo número y las
han clasificado de acuerdo a las características que se deseen reproducir.

La velocidad específica es un número que relaciona: La velocidad de la bomba
con el caudal y la cabeza. Con este número se pueden clasificar los rotores de
succión simple.

Rotores de baja velocidad específica son de flujo radial, de media velocidad son
de flujo mixto y tipo Francis, de alta velocidad son de flujo axial o hélice.

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Material de rotores

Como en el caso de las carcasas la mayoría también de los rotores son fabricados
en hierro fundido, pero la limitante de este material aparte de ser la presión que
normalmente se controla con espesores de pared está en la velocidad periférica
máxima que pueden alcanzar con lo que los diámetros de ellos están ligados
estrechamente a la velocidad máxima admitida por la bomba.

Las velocidades máximas usuales ligadas a este tipo de material son 1750 RPM
hasta 3500 RPM.

La principal aplicación del hierro esta en la movilización de agua de relativa
limpieza, ya que cuando se bombean líquidos con material abrasivo es mucho
más recomendable los rotores fundidos en bronce.

Algunos otros materiales como el acero inoxidable son aplicados
fundamentalmente en bombas que movilizan líquidos agresivos o comestibles.

Rotores en materiales sintéticos se están desarrollando cada vez más dada la
perfección de sus acabados lo que garantiza un desempeño libre de los problemas
que conllevan los otros procesos de fundición en cualquiera de los otros
materiales mencionados.

Estos desarrollos han avanzado hasta obtener diámetros aproximados de 180
m.m., en materiales sintéticos, aplicándose fundamentalmente al área de bombas
para uso doméstico. En Colombia también se están dando los primeros pasos en
este campo basados en la experiencia de otros Fabricantes.

4.5.4 Anillos de desgaste

Debido a las diferencias de presión que se crean en las bombas, en algunos sitios
es necesario dejar tolerancias muy estrechas entre partes móviles y estáticas para
que no haya excesivas pérdidas; debido a estas tolerancias es casi seguro que allí
va a ocurrir rápidamente un desgaste. Si además de esto, la pieza en que
ocurriera el desgaste es costosa se hace necesario colocar una camisa de fácil
reemplazo en las zonas de desgaste, con el fin de reemplazar esta y reducir así
los costos de reparación. Un caso típico está en la zona de unión entre la
manzana de succión del rotor y la carcasa de la bomba, donde se montan a
presión o roscados anillos de fricción en el rotor o en la carcasa o en ambos.

Existen diversos tipos de anillos y deberá escogerse el más adecuado para la
condición de trabajo y líquido manejado. Esta selección se basa solamente en la
rigurosidad que se desee en las pérdidas por recirculación, ya que la otra
condición, la de asumir el desgaste, todos lo hacen igual de bien.

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De acuerdo a la forma que tengan, y a su capacidad para impedir el escape de
flujo los anillos se pueden dividir en:

a) Anillos planos
b) Anillos de forma de L.
c) Anillos de Laberinto

Deberá mirarse con atención la tolerancia que existe entre los anillos, puesto que
si es excesivo resultará en una recirculación considerable, y si es reducida, estos
pueden pegarse, sobre todo si los materiales tienen tendencia a pegarse entre si
como en el caso de los aceros inoxidables. Generalmente en las bombas estándar
se usa bronce y en el caso de aceros inoxidables estos deberán tener una
diferencia mínima de dureza, de 50 brinell.

La magnitud de la tolerancia es dada por gráficas ampliamente conocida por los
fabricantes de bombas, y el mantenerse dentro de ellos garantiza un mejor
desempeño de la unidad.

La utilización de materiales sintéticos (caucho) tratando de simular el
comportamiento de los retenedores de aceite, en las carcasas, en ninguna medida
puede considerarse como una solución, ni siquiera comparable con los anillos de
fricción de cualquier material metálico y de forma plana, ya que la caída de presión
es función de la longitud de interferencia entre los anillos de fricción y no de un
punto de contacto entre " Retenedor ¨ y la manzana del rotor.

4.5.5 Estoperos, empaques y sellos

El estopero es una cavidad concéntrica con el eje, en la cual van colocados los
empaques que impiden que el flujo se salga por el agujero por donde pasa el eje;
al mismo tiempo que impide que el aire entre al interior de la bomba.

Debido a que por una cara de los empaques llega la presión de la bomba, es
necesario ejercer una presión sobren estos para contrarrestarla y se hace con el
prensa-estopas. Gracias a estas presiones se crea una fricción alta entre los
empaques y el eje, lo cual hace que se aumente la temperatura y el consumo de
potencia.
Por todo esto es necesario lubricar todo el sistema de empaques. Esto se logra
mediante una pieza rígida llamada " Anillo Linterna " a la cual se le hace llegar el
líquido lubricador y refrigerante desde la misma carcasa o desde una fuente
exterior.

En general si:

a) El líquido es limpio y la altura de succión es negativa el líquido lubricante es
el mismo impulsado.

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b) El líquido es limpio y la altura de succión positiva no se necesita que este
conectada la zona de descarga de la bomba con el anillo linterna.

C) El liquido es limpio y la altura de succión es muy negativa se hace
necesario alimentar el anillo linterna con una fuente exterior.

Existen además casos especiales en la disposición de los estoperos, que
dependen de la aplicación particular:

a) Cuando se manejan líquidos limpios con succión negativa y se desea el
mínimo de contaminación en la corriente impulsada.

Cuando la succión es positiva, y se desea recoger el líquido que sale por el
estopero. Esto se hace por medio del anillo linterna.

Cuando se movilizan líquidos abrasivos y se desea proteger la
empaquetadura del prensaestopas.

d) Cuando se quiere reducir a un mínimo las pérdidas por escape.

e) Cuando se movilizan líquidos limpios con temperaturas de 105 -130oC.

La presión sobre los empaques se efectúa por medio de los prensaestopa, una
pieza metálica que se mueve por medio de tornillos.

Son diversos los materiales que se utilizan en los empaques de las bombas, pero los más comunes
son:

a) Empaque de asbesto, el cual es comparativamente suave y aconsejable
para aguas con temperaturas no muy elevadas.

b) Para presiones y temperaturas más elevadas y para algunos químicos se
utilizan empaques con una mezcla de fibra de asbesto y plomo o bien plásticos
con plomo, cobre o aluminio.

c) Para sustancias químicas muy exigentes se usan empaques de fibras
sintéticas como teflón.

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4.5.6 Sellos mecánicos

Como ya se dijo, cuando se utilizan prensaestopas es necesario dejar un pequeño
goteo que garantice la lubricación, lo cual puede ser molesto en algunas
ocasiones.

Cuando se quiera reducir al mínimo dicho goteo es necesario utilizar el sello
mecánico. Este último consta esencialmente de una parte estática y una parte
dinámica cuyas caras están pulidas con lapeado, siendo este último el secreto de
la alta eficiencia del sello.

El apriete de la parte dinámica contra la parte estática se regula por medio de un
resorte, lo cual es una gran ventaja, ya que no se necesita estar graduando
manualmente como en el caso del prensaestopas. En general un sello mecánico
bien escogido (con materiales adecuados al líquido movilizado) puede durar en
promedio 15000 horas sin gotear, y sin que necesite mantenimiento.

4.5.7 Ejes

El eje de una bomba hidráulica es la guía sobre la cual giran todas las partes
dinámicas de esta.

Estos ejes pueden ser de una o de varias piezas dependiendo de la relación
longitud /diámetro, pero en general solo en las bombas de pozo profundo en las
cuales esta relación es muy grande, se utilizan ejes seccionados unidos por
acoples.

Los ejes generalmente son hechos en acero, modificándose únicamente el
contenido de carbono según se necesite. En casos especiales se utilizan aceros
de alta aleación según la necesidad.

En la determinación del diámetro del eje debe tenerse en cuenta la potencia, el
peso de los elementos giratorios y el empuje radial, teniendo cuidado al mismo
tiempo que la velocidad crítica, la cual es función del diámetro este lo más alejada
posible de la velocidad de operación, ya que sí se opera cerca a.,ésta cualquier
fuerza pequeña será amplificada y podrá romper el eje.

Por último es de anotar que en ejes que tienen la relación longitud / diámetro muy
grande si necesita más de dos puntos de apoyo.

4.5.8 Cojinetes

El objeto de los cojinetes es soportar las cargas axiales y/o radiales de las partes
dinámicas, a la vez que las mantiene alineadas con respecto a las partes
estacionarías.

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Para lo anterior se usan generalmente rodamientos de bolas o de rodillos en todas
sus variantes; sin embargo en ocasiones se pueden utilizar bujes de material
blando con lubricación a presión, y en bombas verticales se puede utilizar bujes de
caucho (Neopreno) lubricados por el mismo líquido movilizado.

A continuación se muestran diferentes tipos de bombas con sus cortes
esquemáticos donde se puede comprobar la indicación dada al inicio de este
impreso, sobre la gran cantidad de piezas que pueden hacer parte de una bomba.

Figura 4. Bomba con rotor al extremo, mono-bloque, una etapa, succión final

4.6 CLASIFICACION

La bomba centrífuga se divide en dos tipos principales según la posición del eje de
la bomba: Horizontal llamada centrífuga y vertical llamada turbina.

Las bombas también se pueden dividir según especificaciones siguientes:

Según la posición del motor. A la bomba centrífuga el motor puede ser
acoplado directamente o por medio de una trasmisión mecánica (correa,
cadena, etc.).

En la bomba de turbina, el motor puede estar en la parte superior de la bomba
(fuera del pozo) y puede ser accionada también por transmisión o en su parte
inferior (sumergida en el agua).

Según su caudal y presión y lógicamente su potencia.

Se podría clasificar en la siguiente forma:

Tipo de bomba
Clasificación

Bomba Centrífuga

De baja potencia hasta 100 HP.

De mediana potencia, 100 a 250 HP, y

Grande sobre 250 HP.

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Bomba de turbina
De baja potencia hasta 100 HP.

De mediana potencia, entre 100 y 200 HP.

Grande, entre 250 y 500 HP, y

Muy grande de 500 HP arriba

Según el impulsor

Otra clasificación de la bomba es la forma de impulsar que puede ser de acción,
radial o axial, como así tenemos también impulsores cerrados, semi - abiertos o
abiertos.
5. BOMBAS DE HÉLICE Ó FLUJO AXIAL

Las bombas de hélice o flujo axial son seleccionadas para bombear grandes
volúmenes de agua en contra de cargas pequeñas. La capacidad oscila entre 40 y
6000 litros / segundo. La carga dinámica total (CDT = altura de bombeo + pérdidas
por fricción) casi siempre es del orden de 1 a 2 metros, pero por lo general no
sobrepasa los 10 metros, bajo ciertas condiciones de diseño.

El término de ¨flujo axial¨ implica que los impulsores elevan el agua y la empujan
perpendicularmente con respecto al plano de rotación, luego el flujo es paralelo al
eje de rotación.

6. BOMBAS DE FLUJO MIXTO

Las bombas de flujo mixto elevan el agua y la aceleran; estas bombas son
utilizadas para cargas intermedias con un amplio rango de caudales y por lo
general son instaladas en una sola etapa. Estas bombas pueden elevar agua bajo
condiciones de carga máxima con menos sumergencia a la requerida por las

22

bombas de flujo axial y altas velocidades pueden ser usadas sin peligros de
cavitación. La mayoría de las bombas de flujo mixto son instaladas bajo
condiciones donde la altura máxima de bombeo no supera los 15 metros, aunque
hay bombas con especificaciones para bombear con alturas un poco diferentes; la
capacidad de bombeo oscila entre 40 y 6000 litros / segundo.

7. BOMBAS DE TURBINA

7.1 GENERALIDADES

Las bombas de turbina son colocadas en los pozos profundos. Algunas veces se
les denomina como ¨bombas periféricas¨. Una turbina en esencia es una bomba
centrífuga que está diseñada para ser usada con una ó más etapas, lo cual
permite multiplicar la presión desarrollada de acuerdo con el número de etapas ó
tazones. Las turbinas para pozos profundos generalmente son de etapas
múltiples, para lo cual se colocan varios tazones, uno encima del otro. Cada
turbina recibe el flujo de agua y le aumenta la presión permitiendo llevar el agua
hacia grandes elevaciones. Las bombas de turbina pueden ser diseñadas para
caudales que varían entre 0.5 y 600 litros / segundo. Las bombas para pozos
profundos son instaladas con motores colocados en superficie utilizando un eje
largo que llega hasta los impulsores ó con motores eléctricos sumergibles
colocados en la parte inferior de las etapas de impulsores. Los motores
sumergibles son usados cuando el pozo carece de verticalidad y cuando al colocar
el motor en la superficie resulta en ejes demasiado largos ó cuando existe peligro
de inundaciones, además cuando las condiciones económicas son favorables.
7.2 TIPOS

La bomba de turbina o llamada bomba de pozo o bomba profunda succiona el
agua del subsuelo, río, lago, etc. Por lo general se pueden encontrar dos tipos de
dicha bomba:

• Motor en la parte exterior del pozo. Del motor cuelga el eje que impulsa la
bomba que está en la parte inferior. El eje es mantenido a lo largo de la
cañería de impulsión dentro del pozo con la ayuda de cojinetes que lo
centran en relación a la tubería de columna.

En este tipo de construcción de bomba se puede encontrar dos sistemas
de lubricación para el eje:.

Lubricación por agua. El eje pasa por cojinetes de goma que están ubicados en
cada columna. Cuando ésta llega a una profundidad mayor de 60 metros,
conviene valorar la elección de la bomba con lubricación de aceite.

23

Lubricación por aceite. Tiene cojinetes de bronce, por lo general, que están
ubicados dentro de una cañería de acero que se mantiene centrada en relación a
la columna en cada uno de ellos, en dicha cañería se encuentra aceite que es
alimentado por goteo de la parte exterior del pozo. Generalmente el largo de la
columna es de 3.05 m.

Bombas sumergidas cuyo motor está en la parte inferior de la bomba con lo cual
se evita la transmisión por medio del eje que es un ahorro de pérdida innecesaria
(mecánica e hidráulica). La bomba se encontrará dentro de una tubería que es el
pozo mismo cuya profundidad será mayor que la profundidad de la bomba ya que
ella tiene que permitir pasar las aguas del acuífero.

7.3 PARTES DE LA BOMBA DE TURBINA

En su parte superior se encuentra el motor. El motor está unido a una base que es
la base de la bomba, de esta base se atornillan las columnas según la profundidad
necesaria con relación al nivel del agua.

Al final de las columnas se encuentra la bomba de turbina que es una conexión de
una o más bombas centrífugas (etapas).

En su punto inferior se tiene el colador o el filtro para evitar que pequeñas piedras
o suciedad entren en la bomba y la deterioren.

Figura 8. Partes de la bomba de turbina

7.4 EL MOTOR

El motor generalmente deberá ser con eje hueco con el fin de poder regular la
bomba (subir o bajar el eje) con la ayuda de la tuerca.

En su parte superior se encuentra un rodamiento especial, cuyo papel es el de
sostener el peso del eje y los impulsores, más el peso del agua sobre ellos.

7.5 CABEZAL DE LA BOMBA

El cabezal de la bomba es aquel al cual se conecta la cañería de impulsión fuera
del pozo y la columna del pozo en su parte inferior.

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El cabezal es el que basará la bomba en el fundamento de ella, no se necesita
apernarlo a ella, ya que el peso de la bomba y el motor es considerablemente
alto, hay que cuidar de la estabilidad de la base sobre el fundamento.

Importante es nivelar la bomba de tal forma que el eje que pasa por el prensa
estopas esté centrado en relación a él.

El prensa estopas en sí, puede ser hermético o con la ayuda de cordel, que puede
ser a base de teflón o grafito.

7.6 REGULACIÓN DE LA BOMBA

Según el tipo de impulsor, se tendrá una posibilidad de regular la presión de la
bomba.

En impulsores cerrados, dicha regulación (la luz) es pequeña por el tipo de
construcción.

En la bomba con impulsor semi-abierto dicha regulación permite variación
considerable de la altura de elevación, ya que a medida que se va subiendo el eje
la luz aumenta, la pérdida hidráulica se agranda y lógicamente el rendimiento
decrece.
Ello tiene importancia cuando se comienza un pozo nuevo donde existe arena y en
lugares donde el sistema exige a intervalos cambiar las características Q - H.

Por lo general, la regulación al comenzar el trabajo se hará elevando el eje hasta
2/3 de juego posible y a medida que el agua está limpia de arena se bajará el eje
paulatinamente.

Para la regulación del eje, el fabricante generalmente, prescribe cual es lo esencial
de su elevación; en todo caso es necesario tomar en cuenta el alargamiento del
eje a causa del peso de él y los impulsores y el paso del agua sobre los
impulsores.

L=P*L/E*A

Siendo: L: El alargamiento del eje.
P : Peso del agua sobre superficie libre de los impulsores (kg)
L: El largo del eje en centímetros
E: Es el coeficiente y elasticidad del eje, para acero es: 215 Vg/cms2.
A : Es la succión del eje cm2

25

7.7 NIVEL DEL AGUA DE SUCCIÓN

Nivel del agua de succión tiene la misma importancia como para bombas
centrífugas. Es recomendable que por lo menos la bomba esté sumergida dos o
tres columnas debajo del nivel dinámico del agua o sea 20´ a 30'.

Para determinar el nivel dinámico del pozo es necesario hacer un bombeo de
ensayo. La altura manométrica se determinará en cuanto al nivel dinámico
solamente.

7.8 PÉRDIDA EN LA BOMBA DE TURBINA

Las pérdidas en la bomba de turbina son similares a la bomba centrífuga. Se
divide en pérdidas hidráulicas y mecánicas.

La potencia exigida en la entrada del eje de la bomba, ya calcula la pérdida de la
bomba misma.

Los cojinetes a lo largo del eje de la bomba tienen pérdidas mecánicas cuyo valor
se podrá encontrar en tablas.

A estas pérdidas mecánicas hay que agregar también las pérdidas del rendimiento
de soporte, que está en función al peso que él soporta. Por lo general se pueden
encontrar dichos datos en los catálogos del fabricante.

Las pérdidas hidráulicas se dividen en dos partes principales:

En la fricción del agua en la columna.

La pérdida de altura por la pérdida de velocidad (al pasar por los soportes de los
cojinetes que por lo general se pueden depreciar por ser pequeños)

Todas estas pérdidas para facilitar los cálculos, se apreciarán en HP.

7.9 POTENCIA DE LOS MOTORES

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Los motores eléctricos tendrán por lo general una potencia efectiva alrededor de
los 90% y ello dependerá de la carga que está sometido el motor mismo. Baja por
lo general hasta un 5% cuando la carga llega a un 50% del valor nominal.

En los motores a combustión se encuentran tres tipos de curva de carga:

Que es la máxima para cargas repentinas.

Para cargas a intervalos.

Para cargas continuas que por lo general se trabaja con ellas con la ayuda de un
gobernador que está en el motor y que regula la velocidad constante.

Para determinar la potencia real del motor a combustión, es necesario consultar al
fabricante, como así también el gasto de combustible para cada HP/hora.

7.10 REGISTRO DE LA BOMBA

Es recomendable al comprar la bomba anotar todas las características de ella en
un registro que también servirán para llevar anotado los ensayos de evaluación de
la eficiencia de la bomba.

Dichos ensayos es conveniente analizarlos en término medio cada dos años,
según el número de horas que trabaja la bomba.

Tabla 1. Resultados del análisis de la bomba.

Nombre de la finca______________ No de la bomba ___________Fecha_______

Fecha del análisis Observaciones

Caudal (m3/hora)

Lectura manométrica (m) presión impulsión

Nivel del agua (m) ( presión de entrada)

Rectificación altura (m)

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Perdidas hidráulicas succión

Altura total (m)

Potencia absorbida = 3600*10*(9) / (k t) Kwh

1.36*kwh = HP Bruto

HP Bruto = 0.9 * HP neto

- Pérdida radamiento motor

- Pérdidas mecánicas del árbol

Potencia en el árbol turbina ( centrífuga)

Eficiencia de la turbina (%) (centrífuga)

Potencia absorbida

Potencia absorbida

Perdida económica

Elevación rodete mm

7.11 ANÁLISIS PRÁCTICO DE LA BOMBA

Para hacer un análisis práctico de la bomba, se recomienda llevarlo a cabo según
Tabla 1.

• Observaciones a la Tabla 1.

La eficiencia de la turbina se calculara según la relación que existe entre los datos
de la curva característica de la bomba que se ha elegido y la potencia neta que se
ha encontrado en el eje en la entrada de la turbina:

De ello se podrá resumir la pérdida económica por cada m3 y multiplicarlo por las
horas de trabajo anual para apreciar la real pérdida anual.

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7.12 INSTALACIÓN DE LAS BOMBAS DE TURBINA LUBRICADAS POR AGUA

7.12.1 Pozo

Mida el pozo para asegurar que tiene la anchura y profundidad necesaria para
recibir la bomba. El pozo debe ser lo bastante ancho para que la bomba cuelgue
libremente sin ningún desalineamiento.

Si el pozo no está aplomado, el cabezal de la bomba debe colocarse de modo que
el eje de transmisión no tenga la misma inclinación que el revestimiento del pozo
sino vertical. Esto es muy importante. El cimiento deberá tener la suficiente
anchura para soportar el peso de la bomba sin hundirse.

7.12.2 Cimiento

Deberá construirse un cimiento de hormigón antes de instalar la bomba. Con el fin
de permitir la alineación del cabezal de la bomba con el pozo, mientras se
disponga el equipo de izar. Déjese un orificio en el cimiento, del tamaño adecuado
para que la brida de la columna superior, quede con bastante holgura.

7.12.3 Herramientas

Son necesarias las herramientas y equipo siguientes para conseguir una
instalación adecuada:

Torre, grúa con cabrestante de cadena, cabrestante de camión, equipo para pozos
o similar con un espacio mínimo de 12 pies (algo más para los conjuntos de cubo
grande) y la capacidad suficiente para manejar de un modo seguro el peso de la
unidad completa.

Dos abrazaderas de tubería o elevadores de tubo del tamaño adecuado a la
columna de la bomba.

Dos llaves pequeñas de tubería para juntar el eje, atornillándolo.

Herramientas manuales entre las que se incluya un cepillo de alambre, lima
triangular, llaves, etc.

7.12.4 Preparación

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Inmediatamente después de recibir la bomba compruébense sus elementos con la
lista de embarque. Infórmese de cualquier pérdida o desperfecto a la empresa de
transportes y a la fábrica. Téngase todas las piezas en un almacén seco que
reúna la condiciones adecuadas. Cuando se vaya a efectuar la instalación
desembálese el material y dispónganse los patines o cajas cerca del pozo.
Coloque los tubos de la columna, con el extremo del acoplamiento hacia el pozo.
Compruébense los ejes para ver si están rectos. Si existiera la menor duda de su
rectitud, desplácense éstos sobre largueros, ya que deben quedar lo más rectos
posible.

Colóquese un eje dentro de cada tramo de tubo vertical con el casquillo para el
cojinete hacia arriba. Atorníllese en el extremo opuesto.

Nota: Las bombas de turbina con acoplamientos cortos se envían montadas, por lo
general, con la excepción del motor. Para instalar estas bombas únicamente es
preciso levantarlas sobre el sumidero o depósito y hacerlas descender sobre el
cimiente. Enseguida móntese el motor o transmisión como se explicará más
adelante.

Notas Importantes:
Las roscas del tubo vertical son a la derecha; las del eje, hacia la izquierda.

Protéjanse todas las piezas de suciedad; especialmente, las roscas del tubo
vertical y del eje, los acoplamientos y todas las superficies, en movimiento.
Cualquier suciedad o sustancia extraña que se aloje entre los extremos de los ejes
o en otras partes puede causar la desalineación o funcionamiento defectuoso.

Trátese el eje con gran cuidado para evitar que se doble.

El eje y la columna deben quedar a tope sólidamente en los acoplamientos de otro
modo pueden surgir diferencias de longitud durante la instalación. Los extremos
de los ejes deben estar al nivel, del pequeño orificio que hay en el acoplamiento
de los ejes.

7.12.4.1 Instalación del conjunto del Cuerpo de Impulsores

Si la altura lo permite, atorníllese el filtro en el tubo de succión y éste al conjunto
del cuerpo antes de levantar el conjunto del suelo. Donde la altura libre sea
escasa o él conjunto largo, bájese el tubo de succión al pozo con el filtro unido y
sujétese con una abrazadera. Seguidamente, si la altura libre lo permite únase la
última sección del eje y la columna al conjunto del cuerpo. Levántese el conjunto
completo, teniendo un particular cuidado en no poner demasiado esfuerzo en el
cuerpo, y atorníllese el conjunto al tubo de succión. Si fuera necesario colocar una
abrazadera en el conjunto del cuerpo, asegúrese que éste se encuentra sobre la
junta y no sobre el casco de un impulsor.

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Aflójese la abrazadera que hay sobre la tubería de succión y bájese el conjunto al
pozo hasta que Ia abrazadera superior o el elevador descanse sobre la parte
superior de la tubería o del cimiento.

7.12.4.2 Instalación de la columna

Búsquese la columna y el eje, marcados con "Bottom Section" (sección inferior, sí
lo tiene).. Esta deberá instalarse justamente por encima del conjunto del cuerpo.
Sujétese el eje a mano o con una cuerda, poniendo un especial cuidado para no
doblar el eje. En las bombas más grandes, una abrazadera pequeña que ajuste
en el eje o un trozo de cuerda de cañamo ayudará a sostener el eje. Llévese el
extremo inferior de la columna o deslícese sobre un tablón para impedir que se
estropeen las roscas.

• Cerciorarse de que todas las roscas estén perfectamente limpias

Pinte las roscas de la tubería por el exterior con un buen lubricante de roscas.
Acéitese las roscas del eje y elimínese el exceso de aceite. Atornille el eje inferior
en el acoplamiento del eje de impulsores y aprietes. Seguidamente atornille la
columna dentro del adaptador de la columna o, si el adaptador lleva brida, fíjela
con tornillos. Baje el conjunto al pozo y sujételo con una abrazadera.

Coloque el conjunto de cojinete sobre el eje con el casquete de retención en la
parte superior y atornille fuertemente en su sitio en el acoplamiento de la columna.
Utilice la llave para apretar el cojinete que se acompaña, que éste quede a tope
con el extremo de la columna.

Repita este procedimiento hasta que haya sido instalada toda la columna. Cada
sección debe quedar rígidamente a tope en los acoplamientos. Los tramos
intermedios de la columna son regularmente de 10 pies para bombas hasta 2200
RPM y 5 pies para bombas para más de 2200 RPM. Los asientos de goma
deberán ir centrados en el casquillo de asiento de cada acoplamiento de la
columna. La sección superior de la columna tiene una brida para acoplar con el
cabezal de descarga. La parte superior del eje que pasa a través del prensa
estopas es generalmente de acero inoxidable y varios pies más largo que el tubo
superior.

7.12.4.3 Instalación del Conjunto del Cabezal

Sujete la bomba con abrazaderas bajo el acoplamiento superior de la columna.
Esto soportará la brida superior de la columna a varios pies por encima del
cimiento, donde será conveniente unir el cabezal de descarga. Quite el conjunto
del prensa estopas del cabezal. Puede ser necesario golpearlo ligeramente con un
mazo de madera. Coloque una doble cadena a través del cabezal y levántelo,

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sobre la bomba. Asegure que el asiento inferior del cabezal está limpio y de que
los pernos no han sufrido daño. Limpie el asiento superior de la columna y
colóquelo sobre el empaque del papel.

Alineen los pernos y la abertura del cabezal con los orificios de la brida superior y
hágase descender el cabezal cuidadosamente contra la brida superior. Asegure
que encaja la referencia y apriétense bien las tuercas de los pernos.

Enseguida, levante el conjunto de bomba completo y quiten las abrazaderas.
Hágase girar la unidad hasta qué la brida de descarga esté en la dirección
deseada y hágala descender al cimiento. Si el cabezal no descansa por igual
sobre el Cimiento, levante la unidad y colóquese cuñas de metal debajo de cada
esquina. La cabeza debe descansar sobre los cimientos de modo que en línea
con la columna y el eje. No nivelar nunca un cabezal de bomba sobre el cimiento
con un nivel de alcohol.

Coloque una junta de papel sobre los pernos del prensa estopas, Asegure que el
asiento está limpio y hágase descender el prensa estopas sobre el eje teniendo
cuidado de no estropear la empaquetadura. Aprieten bien las tuercas de los
pernos y aprieten a mano la tuerca del prensa estopas. Haga descender el tubo de
alivio del prensa estopas a través de la abertura del cabezal para devolver el agua
desviada al pozo nuevamente o bien, coloque el tuvo a través de la abertura de la
parte posterior del cabezal y de la tubería al drenaje. Si la bomba ha de funcionar
a presión, deje la válvula de alivio parcialmente abierta para aliviar la presión de la
empaquetadura superior.

Gire varias veces el casquete de grasa para lubricar el cojinete de la
empaquetadura y el del prensa estopas. Atornille el acoplamiento superior en el
extremo superior del eje que sale del prensa estopas. Coloque un paño sobre el
acoplamiento para evitar cualquier posibilidad de que entre suciedad o materias
extrañas mientras se monta el motor.

7.12.4.4 Instalación del motor o Transmisión

Véase la placa de identificación del motor para asegurar que es adecuado para la
corriente existente en la localidad y de que tendrá la velocidad necesaria para la
bomba. Utilicen los ganchos que van sobre el motor para levantar el motor
únicamente. No utilizarlos para levantar el motor y la bomba a la vez. Coloque el
motor sobre el cabezal de la bomba cerciorándose de que la base de aquel y la
parte superior de éste están limpios y de que la referencia ajusta perfectamente.
Atornille el motor en su sitio con los pernos o tornillos de tuerca que se incluyen en
el material. Quite la cubierta del motor y el acoplamiento de la transmisión
superior. Baje el eje a través del hueco del motor que tiene un chavetero en la
parte superior. Apriétese el acoplamiento del eje del cabezal. Es importante que

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los ejes queden a tope en el acoplamiento pero no debe utilizarse tanta fuerza que
pueda producir un error de alineación.

7.12.5 Alineación de la Bomba

Compruébese la alineación de la cabeza de la bomba sobre los cimientos,
observando el espacio que queda en torno al eje del cabezal en la parte superior
del motor. Si el eje del cabezal se inclina a un lado del eje hueco, coloque cuñas o
suplementos de metal entre el cabezal y el cimiento, en el lado opuesto, de modo
que el eje del cabezal quede exactamente en el centro.

La rectitud del eje del cabezal, eje del prensa estopas y el acoplamiento pueden
comprobarse instalando el acoplamiento de transmisión superior, elevando los
impulsores, y girando el conjunto de rotación 180º. Entonces quite el
acoplamiento de transmisión superior y el eje deberá permanecer en el centro del
eje hueco. Levante el conjunto de bomba completo y sin mover las cuñas, eche
una capa de cemento sobre el cimiento. Seguidamente deje bajar la bomba hasta
que quede descansando exactamente en la misma posición que antes. Vuelva a
comprobar la posición del eje en la parte superior. Después de que frague el
cemento, apriete los pernos del cimiento.

7.12.6 Compruébese la rotación

Haga las conexiones eléctricas al motor y compruébese la rotación antes de
instalar el acoplamiento de la transmisión superior. La rotación debe efectuarse
en sentido contrario a las agujas de un reloj cuando se mire desde parte superior
de motor. (Véase la flecha de la cabeza de la bomba). Se pueden accionar
momentáneamente los motores con trinquete anti-reversible empotrado sin que se
produzcan daños al conjunto del trinquete. Si la rotación es incorrecta inviertan
dos conexiones en el motor de tres fases.

7.12.7 Ajuste de los Impulsores

Coloque el acoplamiento superior sobre el eje e inserte la chaveta. Apriétese la
tuerca de ajuste hasta que los impulsores se levanten sobre los asientos de los
cubos y el eje gire libremente a mano. Después se levantará media vuelta
aproximadamente para cada 100 pies de columna. Es conveniente elevar más de
lo necesario para arrancar y después ir haciendo un ajuste más perfecto
gradualmente. Coloque el tornillo de seguridad y apriétese antes de arrancar la
bomba.

A fin de conseguir el funcionamiento óptimo, los impulsores deben de estar
ajustados de tal modo que marchen sin frotarse, no obstante, a la máxima presión.
Si se produce algún ruido o vibración desacostumbrada, detenga la bomba y
compruébese nuevamente el ajuste del Impulsor Se puede emplear un

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amperímetro para conseguir un ajuste muy preciso. Si el pozo contiene arena, se
elevarán los impulsores el doble, aproximadamente la primera vez que se pone en
marcha la bomba; efectuándose un reajuste después de haber limpiado el pozo. Si
el pozo no contiene el agua suficiente, para alimentar la bomba se deberán reducir
la capacidad de la bomba elevando los impulsores.

7.12.8 Pre-lubricación y arranque de la bomba

Antes de poner en marcha las bombas para pozos profundos, se deben lubricar
con agua los cojinetes de goma a prueba de cortes que estén por encima del nivel
estítico del agua. Conecte el depósito de pre-lubricación a la abertura del conjunto
del prensa estopas con las conexiones que se facilitan y llénese el depósito con
agua limpia. Deje que al menos la mitad del agua del tanque bañe el eje antes de
poner la bomba en marcha. Después se mantendrá la válvula abierta, permitiendo
que el agua de pre-lubricación continúe corriendo hasta que el agua procedente
de la bomba alcance la superficie. Deje que el depósito se vuelva a llenar antes
de cerrar la válvula. Cuando se trate de bombas grandes con nivel estático de
agua profundo, se llenará el tanque desde otra fuente suministradora para
proporcionar amplia lubricación, mientras que la bomba vaya alcanzando su
velocidad. Si se quieren operar estas bombas manualmente puede resultar más
conveniente instalar un barril de 30 a 50 galones para la pre -lubricación.

Las bombas que descarguen en sistemas de presión pre-lubrican normalmente
conectando un tubo cerca de la válvula de retención e instalando la válvula de
globo en esta línea. Se debe eliminar una pequeña ranura en forma de "V' en el
asiento de la válvula para impedir que se pueda cerrar accidentalmente. Por lo
general son suficientes de cuatro a cinco galones de agua por hora para mantener
los cojinetes húmedos y en condiciones para su operación automática. Si las
bombas funcionan con frecuencia y el nivel del agua es menor de 50 pies,
contados desde la superficie los cojinetes permanecerán por lo general
suficientemente húmedos para que el arranque se realice sin dificultades y sin
previa lubricación. Cuando se ponen en marcha las bombas con poca frecuencia,
o se dispone de una cantidad de agua para pre-lubricar bastante limitada, o se
trata de grandes instalaciones que se han de operar automáticamente, se debe
instalar una válvula accionada por un solenoide eléctrico en el conducto de pre-
lubricación con un relevador de acción retardada para que la bomba no se ponga
en marcha hasta que los cojinetes hayan sido debidamente lubricados.

Se debe colocar una válvula de compuerta en él conducto de descarga. Déjese la
válvula cerrada en unos tres cuartos cuando se arranca la bomba. Una vez que el
agua haya llegado a la superficie, se abrirá la válvula lentamente, para evitar el
bombeo excesivo del pozo y para mantener la carga sobre la bomba (si es
preciso),compruébese el prensa estopas y apriétese el cuello con una pequeña
Ilave, hasta que solamente un pequeño goteo de agua que mantenga la
empaquetadura lubricada.

34

7.12.9 Lubricación eje de la columna y cojinetes de los impulsores

En la bomba lubricada por agua, todos los cojinetes que están por debajo de la superficie quedan
lubricados por agua que recorre la bomba. Se debe de efectuar la pre-lubricación durante el
periodo de arranque, si el arranque tiene regulador de partida (timer) sino hay necesidad de
lubricar un tiempo anterior el arranque.

Se debe comprobar ocasionalmente el nivel del agua en el pozo cuando la
bomba esta funcionando. Si el nivel del agua se deprime por debajo de los
impulsores, se deberá instalar más columna y eje, o se deberá reducir la
capacidad de la bomba, ya sea elevando los impulsores o estrangulando la
descarga. Se debe de impedir que la bomba funcione, si el nivel del agua
desciende por debajo del filtro y la bomba interrumpe la succión.

Motor con Cojinetes. Lubricados con Grasa (lubricados en la fábrica antes de
efectuar el envio).

El motor tiene un encastre para la grasa y tapón de evacuación en cada caja de cojinete.

Una vez, cada seis meses, o una vez al año según las condiciones de
funcionamiento, se debe de volver a lubricar el motor del modo siguiente:

Quite el tapón de evacuación o eyector de grasa.
Aplique la pistola de presión al encastre de la grasa e inyecte lubricante nuevo
hasta que se haya forzado todo el viejo a salir del cojinete a través del tapón
evacuación del lubricante viejo, haciendo funcionar varias veces el émbolo hacia
atrás y hacia adelante hasta eliminar la grasa.
Ponga en marcha el motor durante cinco minutos aproximadamente para aliviar el
cojinete de exceso de grasa, utilizando el eyector en cuanto el motor comience a
funcionar para facilitar la eliminación de la grasa.
Reponga el tapón de evacuación o el eyector.

El motor tiene solamente un encastre para la grasa en cada caja de cojinete. Se
añadirá una pequeña cantidad de grasa una vez cada seis meses o una vez al
año, según las condiciones del funcionamiento. Quite después el encastre de la
grasa y opere el motor durante media hora antes de volver a poner en su sitio el
encastre, a fin de eliminar el exceso de grasa. Se debe de hacer funcionar el
cojinete en caliente (sin averiarle) hasta que haya expulsado el exceso de grasa.

7.12.9.1 Lubricación

El motor tiene cojinetes lubricados con aceite, transmisión por correas o por acoplamiento flexible.
Aplíquese aceite antes de ponerle en funcionamiento.

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Los motores lubricados con aceite y las transmisiones se envían sin aceite y se les
debe de aplicar el grado apropiado antes de ponerlos en funcionamiento.
Compruébese el nivel del aceite una vez a la semana, manteniendo la bomba en
vacío. Cámbiese el aceite una vez al año o cada 2000 horas de operaciones
según lo que ocurra primero. Cámbiese el aceite con mayor frecuencia cuando se
opere continuamente o cuando se trabaje con mucho polvo. Aunque se prefiere un
aceite de motor de turbina especial, se puede utilizar, provisionalmente, en casó
necesario, un aceite para motor SAF 20 o SAE 30.

El motor tiene los cojinetes superiores lubricados con aceite y los inferiores
lubricados con grasa. (Llénese el depósito superior de aceite antes de poner el
motor en funcionamiento. El cojinete inferior está engrasado en fábrica).

Transmisión de Angulo Recto

Apliqué el lubricante antes de ponerla en funcionamiento. Acúdase a las
instrucciones del fabricante, que por lo general recomiendan cambiar el aceite
una vez al año, o después de 2.000 horas de trabajo según lo que ocurra primero.
Úsese solamente un aceite de turbina apropiado conforme recomiendan los
fabricantes. Los aceites automotrices SAE no son satisfactorios para las
transmisiones de ángulo recto.

8. MEDICION DEL AGUA DE SALIDA DE LA BOMBA

La medición del agua de salida de la bomba se puede realizar en dos formas:

Por ayuda de medidores de agua: Medidor de pequeño caudal de 1/2 hasta 2¨
de tipo velocidad, el que actúa sobre un elenco horizontal, lo cual mueve los
engranajes y marca la medición. Para diámetros de 2' en adelante, se acostumbra
el medidor de tipo "Voltman" que tiene un reductor axial.

Si no existen medidores de agua, se puede medir el agua en la salida de la
cañería con la ayuda de tablas que se encuentran en libros de hidráulica.

Medición de la profundidad del nivel de agua en el pozo

La medición del nivel del agua en el pozo se puede realizar en dos formas:

Por medio de la bombita de aire.

Por medio de un tester de profundidad a base de un cable eléctrico alimentado por
batería y marcado a su largo con medidas de longitud.

Resumen de los diferentes tipos de bombas

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En la Tabla 2 se presenta un resumen de los diferentes tipos de bombas a los que
se ha hecho referencia en este documento:

Tabla 2. Resumen de los tipos de bombas requeridos bajo las diferentes
condiciones de bombeo.

Tipo de bomba Condición
Centrífuga De baja a grandes alturas de bombeo
con altura de succión sin exceder los
4.5 m, y caudal de bombeo bajo a
moderado
Hélice o flujo axial Poca elevación y gran capacidad
Flujo mixto Poca o moderada elevación y entre
moderada y alta descarga
Turbinas para pozos profundos ( con Pozos profundos con grandes cargas
varios tazones) de bombeo en un gran rango de
caudales generalmente entre bajo y
moderado

Selección de las bombas y de las unidades de potencia

La clave para hacer la selección correcta de la bomba radica en el conocimiento
del sistema en que trabajará la bomba. El ingeniero que especifica una bomba
puede hacer una selección errónea por no haber investigado los requisitos totales
del sistema ni determinar cuál debe ser el rendimiento de la bomba.

La selección de las bombas y de las unidades de potencia depende de:

♦ Cantidad de agua que debe ser bombeada o sea del caudal requerido
♦ Eficiencia de operación (Incluyendo las eficiencias de los componentes
individuales como lo son impulsores, engranajes, etc.)
♦ La carga de bombeo (altura de bombeo y requerimiento de presión)
♦ La carga dinámica total (CDT)
♦ Requerimientos de potencia
♦ Energía disponible (eléctrica, gasolina, diesel, etc.)
♦ Costos y beneficios de la inversión
♦ El tamaño de la finca, tipo de sistema de riego, y disponibilidad de mano
de obra.
♦ Condiciones de operación

Cantidad de agua para bombear

37

La cantidad de agua que se debe bombear depende del requerimiento del cultivo,
del área regada, de la eficiencia de aplicación del riego y el tamaño de la estación
de bombeo requerida depende de la cantidad de agua requerida y del tiempo de
bombeo.

Una primera aproximación al tamaño de la estación de bombeo requerida puede
ser tomada asumiendo que el requerimiento máximo de agua corresponde a
1 litro/segundo/hectárea bajo condiciones de riego continuo, se asume que las
lluvias son despreciables. Otra aproximación rápida consiste en asumir que los
requerimientos de agua del cultivo durante el periodo de crecimiento varían entre 3
y 8 mm/día. La cantidad de agua que debe ser bombeada puede ser calculada
usando la ecuación:
Q t = 28 A d (sistema métrico)
En donde:
Q = Caudal de la bomba en litros / segundo
t = Tiempo de bombeo en horas
A = Área en hectáreas
d = Lámina de riego en centímetros

Observe que en el sistema métrico una bomba descargando 1 litro por segundo
regará una hectárea con una lamina de 8.64 mm en 24 horas ( 0.36 mm por hora).
La estación de bombeo debe ser diseñada para entregar los requerimientos
máximos de agua incluyendo las pérdidas de aplicación. Estas pérdidas
determinan la eficiencia de aplicación. Un valor deseable de eficiencia de
aplicación es del 70%. Unos requerimientos diarios de 3 mm/día corresponde a
una aplicación bruta de 11.4 mm/día cuando la eficiencia del riego es del 70%. Las
pérdidas por conducción en los canales principales desde el pozo hasta los
campos de cultivo deben ser tenidas en cuenta. Estas pérdidas deben ser
inferiores al 10% si el canal está revestido o construido apropiadamente. En
sistemas manejados pobremente ó en canales sobre suelos permeables las
pérdidas pueden ser del 50% o más.

Al usar los métodos convencionales de riego por superficie, (un hombre puede
manejar un caudal de 30 a 100 litros / segundo), dependiendo de la disposición de
los campos y de los dispositivos disponibles para el control del agua. En terrenos
nivelados con cero pendiente y con diques, un hombre puede llegar a manejar
hasta 400 ó 500 litros por segundo si la lámina bruta de riego es de 4.3 mm/día y
el cultivo requiere de intervalos de 10 días con una bomba que descarga 25 l/s, el
tiempo requerido para regar 5 hectáreas es de:

4.3 * 5 * 28 = 24 horas
25

Si el agua de riego fuera aplicada solamente durante el período de 12 horas de
luz, el caudal de la bomba debería ser duplicado a 50 litros / segundo.

38

El sistema de bombeo debe ser diseñado para que proporcione las cantidades
adecuadas de agua durante los períodos de mayor requerimiento de riego.
Durante los períodos cuando los requerimientos son menores la bomba debe ser
operada menos tiempo.

Los sistemas de riego por aspersión y goteo pueden ser operados continuamente
o casi continuamente durante los períodos de máximo requerimiento de agua.
Algunos regadores usando riego por gravedad prefieren trabajar solamente
durante la luz del día. La conveniencia y las mayores eficiencias obtenidas durante
el día pueden compensar los costos adicionales incurridos al instalar una bomba
de doble capacidad a la requerida bajo riego continuo.

Eficiencia de operación del riego

A menudo no se le da mucha importancia a las eficiencias cuando se diseña un
sistema de bombeo. Una bomba recién instalada debe ser sometida a una prueba
de bombeo para determinar si el equipo está trabajando bajo las condiciones de
diseño. Las eficiencias de operación que difieren significativamente de las
eficiencias de diseño resultarán en un consumo excesivo de energía y/o pérdidas
en producción.
La definición básica de eficiencia es:

Eficiencia = resultado
entrada

Cuando se bombea agua para riego el resultado en la ecuación anterior es el agua
evapotranspirada por el cultivo. La entrada corresponde a la cantidad total de agua
bombeada ó aplicada al suelo. La cantidad total bombeada incluye las pérdidas
por conducción. En este impreso se denomina como eficiencia de aplicación del
riego a la relación entre la evapotranspiración y la cantidad de agua bombeada.

Eficiencia de aplicación del riego = ET
agua bombeada

Suponiendo que la entrada ó cantidad de agua que debe ser suministrada por la
bomba fue calculada usando una eficiencia de aplicación del 70%. Esto quiere
decir que por cada 100 litros de agua bombeada, 70 litros fueron usados por el
cultivo. Es prácticamente imposible obtener una eficiencia de aplicación del 100%.

La eficiencia de aplicación del riego no solamente depende del sistema de riego,
también está afectada por las condiciones de manejo del agua. La Tabla 2
presenta varios valores de eficiencia de aplicación en conjunto con la mano de
obra requerida y los costos relativos.

39

Tabla 2. Eficiencia de aplicación, costos relativos y requerimientos de mano de
obra para diferentes métodos de riego.

Manejo del Manejo bueno Manejo pobre Mano de obra Costos
riego % % requerida relativos
Surcos 50-75 30-50 Altos Bajo
Melgas 50-85 30-50 Medio - alto Bajo a medio
Aspersión 60-85 40-60 Bajos Altos
Goteo 60-85 50-60 Bajos Altos

Eficiencia del sistema de bombeo

La eficiencia del sistema de bombeo se define como:

Eficiencia=WHP/BHP

La potencia entregada por el motor a la bomba se conoce como potencia al freno
ó BHP; WHP es la potencia neta entregada al agua por la bomba.

Cuando se trata de un motor eléctrico la potencia entregada (EHP) al motor
eléctrico se mide en kilowatts ( 1HP = 0.76 kw). Al usar motores de combustión
interna, ó con algunas instalaciones eléctricas se utiliza un engranaje ó cabezal
para transmitir la potencia a la bomba, por lo tanto se tiene una eficiencia en el
cabezal o engranaje, Eg. Por lo general es del 95%.

Eg = Potencia entregada por el engranaje
Potencia entregada al engranaje

Además existen otras pérdidas de energía en los ejes, rodamientos y en otros
lugares que pueden disminuir la eficiencia.

Cuando no se usa un cabezal ó engranaje, la eficiencia de la bomba incluye la
eficiencia de los impulsores y de los ejes.

WHP = BHP * Ef. de la bomba (EB)

BHP = EHP * Ef. del motor (EM)

EHP = WHP/ (EM*EB)

En el caso de que las pérdidas en el engranaje sean consideradas
separadamente:

40

EHP = WHP / (EM + EB + Eg)

En donde EM, EB, Eg corresponden a las eficiencias del motor, bomba y
engranajes respectivamente.

Altura ó carga de bombeo

La presión total que la bomba debe ejercer sobre el agua para que fluya a través
de las tuberías, aspersores, etc. y la elevación de bombeo es referida como carga
dinámica total (CDT). La relación entre carga y presión es la siguiente:

Carga Presión

Sistema métrico 100 metros 10 Kg/cm2

Sistema inglés 100 pies 43.3 psi

La Figura 9 presenta la instalación típica de una bomba centrífuga tomando agua
de un canal o lago para descargarla a través de un sistema de aspersión. La carga
dinámica total (CDT) es una medida de la energía requerida por unidad de peso
de agua que debe ser agregada por la bomba y corresponde además a la suma de
las diferencias de elevación, cargas de velocidad y pérdidas por fricción ocurridas
entre el nivel del agua en el pozo y el sitio de la descarga.

La Figura 10 muestra los componentes de la CDT para una turbina que succiona
agua de un pozo y la entrega a un canal. El nivel estático corresponde al nivel del
agua en el pozo cuando la bomba no ha sido prendida. El nivel de bombeo
corresponde a la profundidad del nivel del agua en el pozo cuando la bomba está
en operación. El abatimiento es la diferencia en elevación entre el nivel estático y
el nivel dinámico de bombeo.

La carga dinámica total debe ser determinada con bastante precisión para diseñar
la estación de bombeo. La CDT en las Figuras 9 y 10 puede ser determinada
como se explica a continuación:

♦ Las diferencias en elevación entre el nivel de la descarga y el nivel de
succión; puede ser medida utilizando un nivel de Ingeniero, en los pozos
profundos puede ser determinada utilizando un aparato para medir la
profundidad del nivel de agua.

41

♦ Carga de presión es la presión requerida para operar los aspersores, en
riego por goteo es la presión requerida en el punto de salida del emisor.

♦ La carga de fricción puede ser determinada usando tablas, las pérdidas
por fricción dependen del diámetro de la tubería, longitud y tipo de tubería.

Siempre se desprecia la carga de velocidad por ser pequeña. Si la bomba de la
Figura 10, estuviera aplicando agua a través de un aspersor, sería necesario
incluir la presión de operación del aspersor en la CDT. Cuando se perfora un pozo,
se debe hacer una prueba de bombeo para determinar si el flujo deseado (Q)
puede ser obtenido; los correspondientes niveles de bombeo deben ser medidos.

La determinación de la carga de bombeo después de haber instalado la bomba y
durante su operación se explica en las pruebas de bombeo. La descarga (Q), las
pérdidas por fricción y la carga de presión puede ser determinadas como se
explicó anteriormente. En el campo un manómetro de reloj es instalado cerca de la
descarga de la bomba, la presión registrada corresponde muy cercanamente a la
presión en el punto de descarga. Para comprender más claramente los principios
de ingeniería, la carga dinámica total se puede expresar:

43

CDT = hp + hz + hv + hl

Donde:

hp = Carga de presión. Corresponde comúnmente a la presión de operación de los
aspersores. ( 1 pie = 0.433 psi, 1 m = 0.1 kg/cm2)

hz = carga de elevación, es la diferencia de elevación entre el nivel de bombeo y el
punto de descarga.

hv = carga de velocidad, puede ser visualizada como la distancia vertical hasta la
cual el agua fluiría como resultado de su velocidad y esta dada por la expresión:

hv = V2/ 2g
g = aceleración de la gravedad.

Debido a la posibilidad de que se presente el golpe de ariete y ocurran daños
estructurales, la velocidad en los tubos de riego debe mantenerse por debajo de
los 7 pies / segundo (2.13 m/segundo), por consiguiente la carga de velocidad es
mínima.

hl = carga de fricción. Esta es la presión ó carga que la bomba debe producir para
vencer la fricción. La fricción ocurre debido al contacto del agua que fluye con las
paredes de la tubería.

Potencia de salida de la bomba

La potencia de salida (energía / unidad de tiempo) de la bomba es la energía que
la bomba debe suministrar al agua en la forma de caudal y presión, esta cantidad
es conocida como potencia del agua (WHP); Q el caudal de salida en gpm y la
CDT en pies, la ecuación de WHP es:

WHP = ( Q * CDT ) / 3960

Cuando Q está expresada en l/s y la CDT en metros, la ecuación es:

WHP = (Q * CDT) / 76

La potencia requerida en el eje de la unidad de potencia para mover la bomba se
conoce como potencia al freno o BHP y se determina a partir de la eficiencia de la
bomba y la potencia del agua (WHP)

BHP = WHP/EB

44

La eficiencia de la bomba casi siempre está especificada por los fabricantes en
conjunto con las curvas características y corresponde a la eficiencia de laboratorio
que es determinada bajo condiciones controladas. Se utiliza una columna y eje de
longitud mínima y los impulsores son ajustado a la separación ideal. La eficiencia
de la bomba para una instalación determinada casi siempre se encuentra algunos
puntos por debajo del valor presentado en las curvas de los fabricantes.
Engranajes colocados en ángulo recto generalmente resultan en eficiencias del
95%. La potencia al freno del motor debe proporcionar la energía suficiente para
compensar estas pérdidas, además de las ocurridas en el eje de la bomba y
rodamientos las cuales se describen en los manuales. Si la curva del fabricante
indica una eficiencia del 80% y los WHP requeridos son 50HP entonces potencia
requerida por un engranaje en ángulo recto será: 50/ (0.80 *0.95) = 65.8 HP más
las pérdidas en el eje, rodamientos, desgaste y deterioro futuro se deben
considerar como un factor de seguridad. Un motor con un caballaje de 75 HP,
probablemente sea seleccionado. Con el uso y desgaste, la eficiencia del motor de
combustión interna también disminuye. El motor seleccionado deberá ser un poco
más grande que el especificado en los manuales y curvas de las bombas.

Energía disponible (eléctrica, gasolina, diesel, etc.)

Es necesario determinar el tipo de energía disponible para el funcionamiento de la
bomba.

Costos y beneficios de la inversión

Teóricamente, el mayor beneficio económico se obtiene cuando el sistema de
bombeo está diseñado para condiciones de operación continua, esta situación es
deseable si el área que se va a regar es relativamente grande y la agricultura de la
zona depende esencialmente del riego. Si las fincas son pequeñas y solamente
una fracción es regada, el agricultor puede deducir que es mejor usar una bomba
de mayor capacidad para poder regar con suficiente agua para que sea eficiente el
manejo. Si los repuestos y las facilidades de reparación no son adecuados, puede
ser deseable instalar dos bombas en reemplazo de una grande; esto permite cierta
seguridad en el suministro del agua evitándose así la pérdida de las cosechas
debido a fallas de la bomba ó del motor. La selección de la mejor bomba y motor
depende de la optimización del sistema. En sistemas de conducción de tuberías y
mangueras para riego por aspersión y goteo se debe tener en cuenta el costo y la
eficiencia del sistema incluyendo los requerimientos de mano de obra. Al
seleccionar tuberías de mayor diámetro se reducen las pérdidas por fricción y los
requerimientos de energía; sin embargo, los costos de la tubería aumentan.
Reduciendo el tiempo requerido para el riego se reduce la mano de obra, y en
contra posición se requiere un sistema de mayor capacidad y los costos de capital
son mayores. Existen varios programas para la optimización del sistema en
general. Sin embargo, en la práctica raramente se hace una buena evaluación de
las consideraciones necesarias para la optimización del sistema.

45

Condiciones de operación

Frecuentemente, las bombas son seleccionadas para ser utilizadas bajo un amplio
rango de condiciones de operación. Los requerimientos de agua de los cultivos
cambian con el estado de crecimiento, tipo de cultivo sembrado, variaciones
climáticas y otros factores. La altura de bombeo y la carga dinámica total están
sujetas a estos cambios. La altura de succión cambia con las fluctuaciones del
nivel freático y el abatimiento. En algunas zonas al bajar los niveles freáticos las
instalaciones se han vuelto obsoletas.

Las bombas generalmente son diseñadas para operar bajo un conjunto definido de
condiciones. Al apartarse de estas condiciones se tiene como resultado una baja
eficiencia y por consiguiente la bomba debe ser operada en el punto de diseño. Un
cambio de la velocidad ó de la carga puede aumentar las pérdidas por fricción y
por otros conceptos, causando una disminución de la eficiencia.

Al diseñar un sistema de bombeo es conveniente planearlo para que las
condiciones de operación de la bomba permanezcan constantes y los cambios en
los requerimientos de agua sean compensados al aumentar o disminuir las horas
de operación de la bomba. Si la bomba es seleccionada bajo condiciones de
operación que corresponden a la sección plana de la curva de eficiencia, entonces
pequeños cambios en la velocidad, descarga ó carga tendrán poco efecto sobre el
funcionamiento de la bomba. Si el nivel freático está bajando a un ritmo rápido, se
debe pensar en proporcionar varias etapas ¨tazones¨ en un futuro, lo mismo que
aumentar la potencia disponible para el bombeo.

La inversión más rentable es aquella en donde la bomba se diseña bajo
condiciones de operación continua; sin embargo, las bombas para la agricultura
son operadas continuamente solamente cuando los requerimientos de agua del
cultivo son mayores. Durante los otros estados del crecimiento las bombas son
operadas en intervalos que permiten suministrar el agua requerida por el cultivo.
Algunos agricultores prefieren regar solamente durante el día. En el diseño de un
sistema de bombeo se deben tomar decisiones que permiten economizar mano de
obra y energía.

Principios fundamentales a tener en cuenta en una instalación

En la succión:

• Lo más cercano posible al espejo del líquido se debe colocar la bomba.
• Tubería completamente hermética. Usar selladores
• Colocar la menor cantidad posible de accesorios de tubería

46

• Usar como mínimo el mismo diámetro de succión de la bomba. No permitir
nunca que se reduzca ese diámetro. Es más conveniente usar tubería de
mayor diámetro.
• Disponer una inclinación constante ( de unos 2º) de la succión de la bomba
hacia el sitio de succión.
• No describir con accesorios de succión ni tubos, formas que impidan el
total desalojo del aire de la tubería en el momento del cebado ( acción de
llenar la tubería de la succión y la carcasa de la bomba con el líquido a
bombear).
• Usar válvula de pie cuando la bomba no es autocebante
• Usar coladera o canastilla cuando la bomba es autocebante.
• No permitir que el extremo del tubo de succión llegue al fondo del pozo de
succión, ni que esté muy cerca de la pared lateral.
• Cuando se ha aumentado el diámetro de la tubería de succión con respecto
a la medida del de la bomba, conectar con una conexión excéntrica.
• Evitar la creación de bolsas de aire en la línea de succión.

En la descarga

• Usar diámetro de tubería generoso. Usar como mínimo uno de igual
diámetro que la descarga.
• Colocar los accesorios que facilitan el cebado.

Diseño de la tubería de succión

Cuando se bombea agua desde una pozeta, el diseño adecuado de la línea de
succión es esencial para obtener buenas condiciones de operación. Cuando una
bomba centrífuga es colocada con una línea de succión muy larga, con vueltas ó
con diámetro reducido, se puede presentar cavitación y las condiciones de
operación serán muy pobres, el mismo resultado se obtiene cuando la bomba es
instalada muy alta, por encima de la superficie del agua.

Otro factor critico para el diseño de la línea de succión consiste en la formación de
cámaras de aire; los diseños inadecuados pueden presentar ¨puntos altos¨
similares a la forma de un sifón en donde el aire queda atrapado provocando una
reducción de la capacidad de bombeo y de vez en cuando permitiendo el flujo de
grandes burbujas de aire. La bomba puede perder la cebada y no operar a la
eficiencia esperada ó producir una descarga errática. Recuerde que la línea de
succión por lo general está sometida a presiones negativas y no se pueden usar
válvulas de alivio.

47

Un diseño inadecuado de la tubería que entra a la bomba puede causar
turbulencia, creándose velocidades en espiral y perfiles de flujo no-uniforme, por
consiguiente la bomba no trabajará apropiadamente. Cuando el flujo entra en el
impulsor con perfiles de velocidad corridos hacia un lado, la carga excéntrica
sobre el impulsor causara un desgaste rápido de los rodamientos, desgastando los
asientos y creándose vibraciones.

Las pautas para el diseño de la línea de succión han sido formuladas teniendo en
cuenta estos problemas; al seguirlas cercanamente se obtendrá instalaciones
libres de problemas.

A continuación se resumen las pautas para la instalación de las líneas de succión:

♦ Mantenga la velocidad tan baja como sea posible, se obtiene
seleccionando diámetros más grandes.
♦ Evite curvas en la línea de succión, si son necesarias hágalas con radios
grandes.
♦ Mantenga la tubería de succión en posición horizontal ó con pendiente
constante hasta llegar a la bomba y evite puntos altos en la línea de
succión.
♦ Si va a reducir el diámetro de la tubería de succión use un tubo reductor,
la longitud del reductor debe ser por lo menos 2 veces el diámetro del
tubo.
♦ Si el reductor está colocado en una sección horizontal de la tubería, un
reductor excéntrico con el lado plano hacia arriba deberá ser instalado. Si
se usa un reductor convencional el tubo debe estar inclinado para evitar la
formación de cámaras de aire.
♦ Asegure que las uniones en la línea de succión son herméticas. De otra
manera, habría dificultad para el bombeo debido a la succión continua de
aire.
♦ Idealmente se debe colocar un tubo con longitud de 10 veces el diámetro,
a la entrada de la bomba para prevenir la formación de flujo en espiral.
♦ El tubo de succión debe ser de igual ó mayor diámetro al de la conexión
de succión de la bomba.
♦ No utilice mallas ó rejillas a la entrada de la bomba porque se pueden
tapar y reducir el flujo y la presión a la entrada del impulsor. Las rejillas y
mallas deben ser colocadas un poco retiradas del tubo de succión.
♦ Use una campana de entrada a la línea de la succión, si es posible. De lo
contrario, use una entrada que presente pérdidas mínimas.

En resumen, mantenga las velocidades dentro de la línea de succión tan bajas
como sea posible, minimice los cambios de dirección y las pérdidas, evite
secciones elevadas en forma de sifón y dirija el flujo hacia la bomba evitando que
sea flujo en espiral.

48

En general las turbinas y las bombas de hélice son utilizadas en situaciones en
donde no se requieren de tubería de succión ellas son generalmente colocadas en
pozetas de bombeo con las bombas sumergidas, de tal manera que no se
necesita tubería de succión. Como resultado, estas bombas traen una campana
de succión acoplada a la parte inferior de la bomba. Si estas bombas fueran
instaladas en condiciones que requieren de la instalación de una tubería de
succión se deberán seguir las mismas pautas de diseño presentadas para las
bombas centrífugas.

Ubicación de la bomba

La colocación de la bomba con relación al nivel del agua en la fuente (pozo,
reservorio, canal, etc) a partir de la cual se bombea el agua, es crítica. Si la bomba
está muy alta con relación al nivel de la fuente de agua, la bomba puede cavitar,
creándose cámaras de vapor de agua que estallan después de pasar a través del
impulsor. Este proceso conocido como cavitación puede destruir la bomba
provocar un deterioro rápido, resultando además en una baja eficiencia de
operación. Cuando la bomba está demasiado alta puede perder hasta la cebada.

La altura de colocación de la bomba con respecto al nivel del agua depende de la
elevación sobre el nivel del mar, propiedades del agua, pérdidas por fricción en la
línea de succión y de la carga neta positiva requerida por la bomba.

La carga neta positiva de succión, CNPS es la que provoca que el agua fluya a
través de la línea de succión hacia la bomba. La CNPS requerida es la presión
requerida en la entrada del impulsor para asegurar que el líquido no hervirá,
creándose por consiguiente cámaras de vapor que resultan en cavitación. La
CNPS está en función del diseño de la bomba. Este valor es suministrado por los
fabricantes, y varía con los diferentes fabricantes de bombas, con la capacidad y
con la velocidad de operación de la bomba.

La CPNS disponible representa la presión disponible para forzar el agua hacia el
impulsor y está en función del sistema en el cual opera la bomba. La CPNS
disponible determina que tan alto por encima del nivel del agua se puede colocar
la bomba y puede ser calculada para cada instalación. Cualquier instalación para
que opere exitosamente debe tener una CPNS disponible igual ó mayor que la
CNPSR de la bomba. Por consiguiente:

CPNS disponible > CNPS requerida

Cuando la bomba está localizada por encima del nivel del agua.

CNPS disponible = presión atmosférica, (ft) – altura estática de succión, (ft) –
pérdidas por fricción, (ft)- presión de vapor, (ft).

49

Cuando la bomba es colocada por debajo del nivel del agua.

CNPS disponible = presión atmosférica, (ft) altura estática de succión, (ft) –
pérdidas por fricción, (ft) presión de vapor, (ft).

Elementos mínimos necesarios de una instalación

Es importantísimo colocar la válvula de cheque o de retención, ya que previene
daños en la bomba por efecto del agua que se ¨represa¨ cuando la bomba es
apagada, y previene que el rotor gire en sentido contrario cuando se desocupe la
bomba, por defecto de la válvula de pie. La válvula de cheque normalmente se usa
cuando las alturas de descarga superan los 10 metros de altura dinámica total.

La válvula de compuerta tiene como finalidad la de servir de reguladora del caudal
cuando se requiera, así como impedir que el líquido se escape cuando se requiera
algún cambio o reparación de la bomba.

Las universales en la succión y descarga son importantes porque se acopla o
desacopla rápidamente la bomba en caso de requerirlo.

Curvas características de la bomba

La curva característica interpreta el trabajo de la bomba a diferentes caudales, a
diferentes alturas y su relación a la eficiencia o rendimiento de la bomba, a la
potencia exigida de la bomba y la succión permitida.

La cantidad de energía que una bomba proporcionará al agua, la bomba requerida
y la eficiencia son medidas en el laboratorio. Los resultados son presentados en
diagramas conocidos como ¨Curvas características¨. Ejemplos de curvas
característica se presentan en las Figura 11 al 14, las cuales incluyen bombas
centrífugas, turbinas, bombas de hélice y bombas de flujo mixto. Las bombas
deben ser seleccionadas para que se operen cerca de la parte más plana de la
curva de eficiencia de tal modo que un pequeño cambio de las condiciones de
trabajo no afecte significativamente la eficiencia de la bomba.

La carga dinámica total (CDT) que una bomba desarrolla es dibujada vs. la
descarga de la bomba. A menudo, se muestra más de una curva, cada curva
corresponde a un tamaño diferente de impulsor ó velocidad de rotación. Las
eficiencias de operación de una bomba bajo diferentes condiciones en conjunto
con las curvas de BHP son superpuestas sobre las otras curvas. Las curvas de la
bomba muestran la CDT que desarrollará la bomba. En las Figuras 15 y 16 la CDT
corresponde a la carga requerida para llevar el agua desde la fuente de

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