SISTEMAS DE BOMBEO

SISTEMA DE BOMBEO DE TANQUE A TANQUE:

Este sistema cosiste por ejemplo en un tanque elevado en la azotea del edificio; con una altura que permite la presión de agua establecida según las normas sobre la pieza mas desfavorable.

Desde el tanque elevado se hace descender una tubería vertical de la cual surgirá para cada piso, una ramificación a los apartamentos correspondientes al mismo, dándose de esta forma el suministro por gravedad. Este sistema requiere del estudio de las presiones de cada piso, asegurándose con este que las mismas no sobrepasen los valores adecuados.

En la parte inferior de la edificación existen un tanque, él puede ser superficial, semisubterráneo o subterráneo y en el que se almacenará el agua que llega del abastecimiento público . Desde este tanque un número de bombas establecido (casi siempre una o dos) conectadas en paralelo impulsarán el agua al tanque elevado. 

COSIDERACIONES GENERALES PARA EL CÁLCULO:

El cálculo del sistema de bombeo de tanque requiere de dos pasos previos, del cálculo de la dotación diaria (y caudal de bombeo) y de la carga dinámica total de bombeo. Sin embargo se hace necesario la coordinación de algunos parámetros , los cuales se explican en los párrafos siguientes:

·         Cuando fuere necesario emplear una combinación de tanque bajo, bomba de elevación y estanque elevado, debido a presión insuficiente en el acueducto público , y/o a interrupciones de servicio frecuentes, el volumen utilizable del estanque bajo no será menor de las dos terceras (2/3) partes de la dotación diaria y el volumen utilizable del estanque elevado no será menor de la tercera(1/3) parte de dicha dotación.

·         La tubería de aducción  desde el abastecimiento público hasta los estanques de almacenamiento, deberá calcularse para suministrar el consumo total diario de la edificación en un tiempo no mayor de cuatro (4) horas, teniendo como base la presión de suministro, diámetro y recorrido de la aducción.

·         La tubería de bombeo entre un estanque bajo y el elevado deberá ser independiente de la tubería de distribución, calculándose el diámetro para que pueda llenar el estanque elevado en un máximo de dos (2) horas, previendo en esta que la velocidad esté comprendida entre 0.6 y 3.00 m/seg.

·         Los diámetros de la tubería de impulsión de las bombas se determinan en función del gasto de bombeo, pudieron seleccionarse conforme a la siguiente tabla

·         Puede estimarse el diámetro de la tubería de succión, igual al diámetro inmediatamente superior al de la tubería de la impulsión, indicada en la tabla anterior.

·         En la tubería de impulsión e inmediatamente después de la bomba, deberán instalarse una válvula de retención y una llave de compuerta.

·         En el caso de que la tubería de succión no trabajare bajo carga ( succión negativa) , deberá instalarse una válvula de pie en su extremo, para prevenir el descebado de las bombas.

·         La capacidad del sistema de bombeo deberá ser diseñado de manera tal , que permita el llenar el estanque elevado en un tiempo no mayor de dos (2) horas.

·         Siendo la Altura dinámica total de bombeo ADT la resultante de la sumatoria de:

1.       Diferencia  de cotas entre el sitio de colocación de la válvula de pie y la cota superior del agua en el tanque elevado.

2.       Las fricciones ocurridas en  en la succión de la bomba, descarga de la misma y montante hasta el tanque elevado.

3.       Presión residual a la descarga del tanque elevado (2.oo a 4.00m)

Nota: La selección de los equipos de bombeo  deberá hacerse en base a las curvas características de los mismos y de acuerdo a las condiciones del sistema de distribución.

DIMENSIONAMIENTO DE LAS BOMBAS Y MOTORES:

 La potencia  de la bomba podrá calcularse por la fórmula siguiente:

            Q(ips)* H(metros)

CV= --------------------------

              75* (N%100)

En donde:

CV = potencia de la bomba en caballos de vapor ( para caballos de fuerza usar una constante de 76 en lugar de 75)

Q = Capacidad de la bomba

ADT = Carga total de la bomba

N= Rendimiento de la bomba, que a los efectos del cálculo teórico se estima en 6%.

Los motores eléctricos que accionan las bombas deberán tener un margen de seguridad que las permita cierta tolerancia a la sobrecarga y deberá preverse los siguientes márgenes:

·         50% apro. Para potencia de la bomba hasta unos 2 HP

·         30% aprox. Para potencia de la bomba hasta unos 2 a 5 HP

·         20% aprox. Para potencia de la bomba hasta unos 5 a 10 HP

·         15% aprox para potencia de la bomba hasta unos 1 a 20 HP

Estos márgenes son meramente teóricos e indicativos y pueden ser variados según la curva de funcionamiento de la bomba o según las características específicas del motor aplicado.

SISTEMAS HIDRONEUMÁTICOS

PRINICIPIO DE FUNCIONAMIENTO:

Los sistemas hidroneumáticos se basan en el principio de compresibilidad o elasticidad del aire cuando es sometido a presión.

El sistema el cual se representa en el Dibujo anterior, funciona como se explica a continuación:

El agua que suministra desde el acueducto público u otra fuente (acometida) , es retenida en un tanque de almacenamiento; de donde , a través de un sistema de bombas, será impulsada a un recipiente a presión (de dimensiones y características calculadas en función de la red) , y que contiene volúmenes variables de agua y aire. Cuando el agua entra al recipiente aumenta el nivel de agua, al comprimirse el aire la presión, cuando se llega a un nivel de agua y presión determinadas, se produce la señal de parada de la bomba y el tanque queda en la capacidad de abastecer la red, cuando los niveles de presión bajan a los mínimos preestablecidos, se acciona el mando de encendido de la bomba nuevamente.

COMPONENTE DEL SISTEMA HIDRONEUMATICO.

El sistema Hidroneumático deberá estar construido y dotado en los componentes que se indican a continuación:

1.        Un tanque de presión, el cual consta entre otros de un orificio de entrada y otro de salida para el agua ( en este se debe mantener un sello de agua para evitar la entrada de aire en la red de distribución) y uno para la inyección de aire en caso de faltar el mismo.

2.       Un número de bombas acorde con las exigencias de la red ( una o dos para viviendas unifamiliares y dos o más para edificaciones mayores).

3.       Interruptor eléctrico para detener el funcionamiento del sistema, en caso de faltar el agua en el estanque bajo ( Protección contra marcha en seco)

4.       Llaves de purga en las tuberías de drenaje.

5.       Válvula de retención en cada una de las tuberías de descarga de las bombas al tanque Hidroneumático.

6.       Conexiones flexibles para absorber las vibraciones.

7.       Llaves de paso entre la bomba y el equipo hidroneumático; entre éste y el sistema de distribución.

8.       Manómetro.

9.       Válvula de seguridad.

10.   Dispositivo para control automático de la relación aire/agua.

11.   Interruptores de presión para arranque a presión mínima y parada a presión máxima, arranque aditivo de la bomba en turno y control del compresor.

12.   Indicador exterior de los niveles  en el tanque de presión, para la indicación visual de la relación aire-agua.

13.   Tablero de potencia y control de los motores.

14.   Dispositivo de drenaje del tanque hidroneumático, con su correspondiente llave de paso.

15.   Compresor u otro mecanismo que  reponga el aire perdido en el tanque hidroneumático.

16.   Filtro para aire, en el compresor o equipo de inyección.

NOTA: Para los equipos instalados en viviendas unifamiliares y bifamiliares, los requerimientos señalados en los apartes 9,10,12,16 podrán suprimirse.

CICLOS DE BOMBEO:

Se denomina ciclos de bombeo al número de arranques de una bomba en una hora.

Cuando se dimensiona un tanque se debe considerar la frecuencia del número de arranques del motor en la bomba. Si el tanque es demasiado pequeño, la demanda de distribución normal extraerá el agua útil del tanque rápidamente y los arranques de las bombas serán demasiado frecuentes. Un ciclo muy frecuente causa de desgaste innecesario de la bomba y un consumo excesivo de potencia.

Una vez  calculado el Caudal máximo probable de agua correspondiente a una de distribución, así como los diámetros y presión mínimas requeridos por la red y tomada la decisión de instalar un sistema hidroneumático, se deben tomar en cuenta un grupo de factores los cuales se explicarán en las secciones siguientes.

PRESIONES DE OPERACIÓN DEL SISTEMA HIDRONEUMATICO

PRESION MINIMA

La presión mínima de operación (Pmin) del cilindro en el sistema hidroneumático deberá ser tal que garantice en todo momento, la presión requerida (presión residual) en la toma más desfavorable y podrá ser determinada por las fórmulas siguientes:

PRESION DIFERENCIAL MÁXIMA

El artículo número 205 de la gaceta oficial 4.044 Extraordinario, recomienda que la presión diferencial, no sea inferior a 14 metros de columna de agua (20 PSI) , sin embargo no fija un límite máximo que se pueda utilizar, por lo que hay que tener en cuenta que el aumentar el diferencial de presión, aumenta la relación de eficiencia del cilindro considerablemente y por lo tanto reduce en tamaño final del mismo; pero aumentar demasiado el diferencial puede ocasionar inconvenientes, pequeños , tales como un mayor espesor de la lámina del tanque, elevado así su costo y obligando a la utilización de bombas de mayor potencia para vencer la presión máxima, o graves, tales como fugas en las piezas sanitarias y acortamiento de su vida útil.

DIMENSIONAMIENTO DE LAS BOMBAS Y MOTORES:

La primera consideración al seleccionar el tamaño de las bombas, es el hecho de que deben ser capaces por si solas de abastecer la demanda máxima dentro de los rangos de presiones y caudales, existiendo siempre una bomba adicional para alternancia con las (s) otra (s) y para cubrir entre todas, por lo menos el 140% de la demanda máxima probable.

NUMERO DE BOMBAS Y CAUDAL DE BOMBEO

Como ya fue mencionado, solo es permitido el uso de una bomba en le caso de viviendas unifamiliares; en cualquier otro tipo de edificaciones deben seleccionarse dos o más unidades de bombeo

Ya que se debe dejar una unidad de bombeo de reserva para la alternancia y para confrontar caudales de demanda súper-pico, se deberá usar el siguiente criterio:

DIMENSIONAMIENTO DEL TANQUE A PRESION:

El dimensionamiento del tanque a presión, se efectúa tomando como parámetro de cálculo el caudal de bombeo, el caudal de demanda , loa ciclos por hora y las presión es operación, el procedimiento resumidamente es así:

Tc representa el tiempo transcurrido entre dos arranques consecutivos de las bombas y se expresa como sigue:

Tc =  1 hora

         -------

             U

Dado que U= 6 por definición

Por lo tanto para caudales en lts/seg y tiempos en segundos:

Tc=  3600

     -----------                           = 600 seg

         6

Pero también:

CALCULO DEL COMPRESOR

Siendo la función del compresor la de reemplazar el aire que se pierde por absorción del agua y por posibles fugas, su tamaño es generalmente pequeño . Debe vencer una presión superior a la máxima del sistema, y su capacidad no pasa de pocos pies cúbicos de aire por minuto. En efecto , el agua tiene una capacidad de disolver a 15° C y a 14,696 psi (10,34m de columna de agua) 21,28 dm3 de aire por cada metro cúbico (1 m3) de agua, suponiendo que esta agua no tuviera ninguna materia en solución. Ahora bien, la capacidad de solución del agua está ya en parte agotada por el cloro de desinfección; por lo tanto el compresor necesario para reponer el aire absorbió por el agua debe ser muy pequeño donde:

U= Número de ciclos por hora.

B – Determinación del volumen útil del tanque (Vu)

LOS SISTEMAS HIDRONEUMATICOS DE USO DOMESTICO

Los sistemas hidroneumáticos con tanques de 320 Galones o menos y en edificaciones con 30 piezas servidas o menos se denominan hidroneumáticos de quintas o de uso doméstico, su metodología de dimensionamiento difiere de los llamados hidroneumáticos temporales , sobre todo en las estimaciones de los caudales pico de la demanda ya que ninguno de los otros métodos de cálculo parecen dar resultados coherentes.

Esta fórmula líneal abarca un rango entre cinco (5) hasta treinta (30) piezas con bastante exactitud, puesto que las viviendas  unifamiliares con más de treinta piezas son casos atípicos.

Para este tipo de sistema es permitido el uso de una sola unidad de bombeo y cargadores de aire en lugar de compresor para la recarga del aire.

En relación a las presiones de operación en los hidroneumáticos domésticos se usa la siguiente estimación de presiones:

SISTEMA DE BOMBEO CONTRA RED CERRADA A VELOCIDAD FIJA

Son aquellos sistemas en donde dos o más bombas trabajan en paralelo a una velocidad invariable para cubrir demandas  de consumo instantáneo de la red servida. Un nombre más apropiado para estos sistemas sería el de SISTEMAS DE BOMBEO CONTINUO A VELOCIDAD FIJA.

SISTEMAS DE BOMBEO CONTRA RED CERRADA A VELOCIDAD VARIABLE

Son aquellos sistemas en los cuales la unidad de bombeo varía su velocidad de funcionamiento en razón al caudal de demanda de la red , mediante el cambio de velocidad en impulsor de la bomba que se logra de diferentes formas.

El motor es el denominado tipo escobillas y en él se usa un sensor de presión y/o caudal con un transductor que hace que el voltaje varíe en los secundarios y por ende varíe la velocidad de funcionamiento.

SISTEMA DE BOMBEO TANKLESS

Como ya mencionamos, en estos sistemas el funcionamiento aditivo de las unidades de bombeo se acciona por señales recibidas de sensores de presión colocados en la red servida que encienden y apagan las bombas.

DIMENSIONAMIENTO

Para el dimensionamiento del sistema TANKLESS se sigue (con algunas variaciones) pasos similares a los utilizados para el cálculo del sistema hidroneumático.

DETERMINACIÓN DEL CAUDAL MAXIMO

En la determinación del caudal máximo probable de bombeo se puede usar cualquiera de los métodos usuales, más para sistemas de presión continua se recomienda el uso de las unidades de gasto indicadas en las normas para el dimensionamiento de tuberías pero aplicando la siguiente fórmula, empírica que produce resultados acortes a otros métodos.

DIMENSIONAMIENTO DE LA TUBERIA:

Las tuberías serán seleccionadas con diámetros tales que la velocidad del caudal máximo probable en ellas se encuentre comprendida entre 1 y 3 m/seg.

DIMENSIONAMIENTO EN LA VALVULA DE SOBREPRESIÓN:

Cuando las unidades de bombeo piloto o de servicio seleccionadas tienen una presión de cierre superior a las mínimas preestablecidas o se requiere una presión estable , se hace necesario retornar al tanque el caudal excedente con el fin de mantener la presión en la red dentro de los límites permisibles. Esto se logra por medio de una válvula de alivio y una tubería de retorno al tanque.

ENFRIAMIENTO DE LA CARCASA

Las unidades de bombeo piloto o aquellas que estén en turno de servicio con caudales de consumo  de la red cercanos a cero, sufren recalentamiento en la carcasa que podrían ser perjudiciales para estas.

Esto se logra en varias formas:

·         Si la presión de cierre de la bomba piloto lo permite, se colocará una válvula de alivio graduada en forma tal que permita la recirculación al tanque, del caudal antes mencionado.

·         Si las construcción de la bomba es tal que no permite la colocación de termostatos y su funcionamiento de forma eficiente, se colocará una recirculación constante y se regulará por dos llaves tipo globo.

A continuación se ofrecen datos aproximados para la selección del caudal de enfriamiento.

DETERMINACION DE LAS PRESIONES DE OPERACIÓN DE LAS BOMBAS

La curva funcionamiento del sistema debe garantizar que los puntos de transferencia de las unidades de bombeo (pt1 y pt2) que den por debajo de la presión de apagado (Presión Techo) de la misma, dicho punto debe calcularse utilizando la siguiente fórmula:

SISTEMAS DE BOMBEO YA PRESION CONSTANTE DE TIPOS “NO TRADICIONALES”

GENERALIDADES

En razón del uso que se la dará a la red, y con la certeza de que existirán variaciones muy amplias no solo en los mínimos y máximos de demanda diaria, sino también al uso casi exclusivo periódico, la instalación de un sistema hidroneumático resulta además de impráctico extremadamente costoso, debido al gran volumen, que por las características de la red, resulta de éste.

TIPOS DE SISTEMAS NO TRADICIONALES

La gran variedad de configuraciones posibles que se pueden dar en estos tipos de sistemas está limitada única y exclusivamente por la imaginación del proyectista. En esta sección expondremos tan solo unos cuantos de ellos con sus respectivas consideraciones de diseño.

SISTEMAS COMBINADOS CONTANQUE COMPENSADOR

Tanto en hidroneumáticos tradicionales (domésticos y de edificios) como en sistemas combinados “ no tradicionales” se estila la instalación del tanque como un pulmón compensador para la red (“a caballo o Jockey”), tal como se muestra en la figura anterior, con esto se logran estas ventajas.

1.       Hay menor perdida de aire por disolución dentro del tanque de presión, por consiguiente el compresor (o cargador) de aire trabaja más espaciado.

2.       En una instalación tradicional , el tanque se llena a la rata de caudal que es capaz se suministrar las bombas

3.       En instalaciones como compensador el tanque de presión se llena a una rata igual a Qb Qd (Caudal de bombeo menos caudal de demanda).

HIDRONEUMÁTICOS DE TRES U CUATRO BOMBAS

Según nuestras normas sanitarias vigentes un hidroneumático con más de dos bombas debe ser considerado como sistema de presión constante y dimensionada como tal.

Aun cuando esto es una apreciación netamente semántica se recomienda el uso de esta terminología para la facilidad de permisería.

Este tipo de arreglo (con tanque compensado u original) tiene la ventaja de lograr un equilibrio entre el bombeo y la demanda más acorde con la realidad, esto representará a la un ahorro en el consumo de energía eléctrica, se obtienen tanques de menor volumen y por lo tanto hay ahorro en los costos iniciales.

Se deberá proceder según lo indicado para hidroneumático, el número u caudal de las bombas según lo indicado para PACO MONITOR O TANKLESS, teniendo el cuidado de calcular el tanque con el caudal de una bomba, ya que como indicamos el máximo número de arranques ocurre cuando la demanda es igual a la mitad del caudal de bombeo.

HIDRONEUMÁTICO CON TANQUE EN EL TECHO

El sistema hidroneumático tradicional, o el de tres o cuantro bombas, puede configurarse para que el tanque de presión y sus accesorios se encuentran sobre el techo de la edificación esto reduce enormemente el volumen del tanque de presión, ya que el mismo es calculado para las presiones 20/40 PSI( Piezas de tanque o 30/50 PSI para piezas con Fluxómetro)

El sistema costa generalmente de un hidroneumático con tanque compensador integrado por tres a cuatro bombas las cuales  en conjunto manejan caudales relativamente altos, y podrán ser iguales o piloto o de servicio, todo en función de los resultados arrojados por los cálculos de los caudales necesarios en la red.