Asociación de bombas centrífugas

Las razones que nos llevan a utilizar una asociación, por ejemplo:

  • No existe una bomba centrífuga que pueda entregar por sí sola el caudal requerido.
  • No existe una bomba capaz de entregar la altura manométrica requerida por el diseño.
  • Hay casos en que ocurren variaciones en el consumo o en el caudal de afluente dentro del mismo periodo.

Asociación en paralelo

2 o más bombas están operando en paralelo cuando descargan a una tubería en común, de modo que cada una contribuye con una parte del caudal total. Es interesante recordar que la bomba centrífuga vence las resistencias que encuentra, es decir, el desnivel geográfico estático más las pérdidas de carga. De esa manera, cuando están operando en paralelo, todas las bombas tendrán la misma altura manométrica total o, en otros términos, los caudales correspondientes se suman.

Conclusiones:

  • El caudal total del sistema es menor que la suma de los caudales de las bombas operando separadamente.
  • Cuando las bombas están operando en paralelo, hay un desplazamiento del punto de operación de cada bomba hacia la izquierda de la curva (punto A), esto se acentúa con el aumento de bombas en paralelo.
  • Si una de las bombas se sale de funcionamiento, la unidad que continúa operando pasará del punto A al punto B.

Recordemos que: en el punto de funcionamiento B tendremos un ANPA requerido y una potencia consumida mayor que en el punto A.

Asociación de bombas iguales con curva estable

Conclusiones:

  • AB=BC=CD= (Q3/3)
  • Q1= Caudal de una sola bomba operando en el sistema
  • Q2´= al caudal de cada bomba con solo 2 operando en el sistema
  • Q3´= Al caudal de cada bomba con las tres operando en el sistema
  • Q1>Q2´>Q3´.

La operación en un punto muy a la izquierda del punto de diseño trae serios problemas:

  • Vibración
  • Recirculación hidráulica
  • Calentamiento
  • Esfuerzos elevados en los descansos.

Asociación de bombas con curvas diferentes y estables

Notemos que: AB+AC=AD, esto es Q2+Q1=Q1+2. Para caudal cero, la bomba 2 tiene H2 mayor que la bomba 1, es decir, H2>H1. Así como la bomba 1 solo aportará caudal para alturas manométricas menores que H1. En otras palabras, para alturas manométricas del sistema superiores a H1, el caudal de la bomba 1 será nulo.

Asociación de bombas iguales con variación de la altura geométrica/estática

+Punto B: punto de funcionamiento por bomba cuando ambas están en paralelo con una altura geométrica máxima. Se debe verificar que las bombas no operen con un caudal muy bajo. +Punto F: punto de funcionamiento de una bomba con una altura geométrica mínima. Verificar la potencia consumida, el ANPA requerido y el ANPA disponible, así como el rendimiento en este punto.

Asociación de bombas con curvas inestables

+sistema 1: tenemos dos puntos de trabajo:

  • Punto 1: punto de trabajo de dos bombas en paralelo en el sistema uno, donde Q1 es el caudal total y H es la altura manométrica total para el caudal Q1 y Q1´. Es el caudal que contribuye cada bomba cuando las dos están operando en paralelo: Q1=2XQ1´
  • Punto 2: punto de trabajo de una bomba sola en el sistema 1. Donde Q2 es el caudal de una bomba sola y H2 es la altura manométrica total para el caudal de Q2.

+sistema 2: Con una bomba operando obtenemos un caudal Q3 y una altura manométrica H3. En esta situación, debemos cambiar la bomba debido a que la presión H3 que actúa sobre la válvula de retención de esta bomba, al momento de partir, haría que la válvula se mantenga cerrada, teniendo una H inferior a la presión H3, por lo tanto no descargaría en el sistema.

Debido también a la inestabilidad de estas curvas, se recomienda que:

  • En operaciones en paralelo, la altura total debe ser inferior a la altura correspondiente a caudal 0.
  • En la partida de una de las bombas, la otra deberá estar operando con una altura manométrica inferior a la altura manométrica total correspondiente a caudal 0. En el mismo ejemplo, la curva del sistema 1 cumple con estas recomendaciones.

Selección del número de bombas

Cuanto más bombas en paralelo tenemos asociadas, se obtiene lo siguiente:

Ventajas

  • Mayor flexibilidad del sistema, tanto en la operación como en la instalación

Desventajas

  • Más unidades a ser mantenidas
  • Motores sobredimensionados en relación al punto de operación, causando problemas con el factor de potencia (cos fi)
  • Espacio de la instalación mayor, aumento del costo de construcción

Otros factores que deberán ser considerados son:

  • Un número excesivo de bombas en paralelo hace que cada una opere muy a la izquierda del punto de diseño, trayendo con esto todos los inconvenientes inherentes a este hecho.

Análisis de la asociación de 7 bombas en paralelo

Conclusiones:

  • Por cada bomba que entra en el sistema, las otras pasan a operar más a la izquierda de su punto de diseño.
  • Cuando las 7 bombas están en operación, cada una pasa a entregar individualmente un caudal entorno de los 50 lt/s.
  • Notamos también que el aporte del caudal a partir de la 3° bomba es relativamente pequeño y en general podemos afirmar que la inclinación de las curvas de las bombas y del sistema afectarán la selección del número límite de bombas a asociar.

Consideraciones a tener en cuenta

  • En caso de que salga de funcionamiento una de las unidades que está operando en el sistema, la bomba que permanece trabajando operará a la derecha de su punto de diseño, con un incremento de caudal.
  • Debido al número excesivo de bombas asociadas en paralelo, cada una de ellas operará a la izquierda de su punto de diseño, con un caudal reducido.

Caudal excesivo: los siguientes problemas:

  • El ANPA disponible es insuficiente, es decir, el ANPA requerido pasa a ser mayor que el ANPA disponible. En esas condiciones, la bomba podrá entrar en un régimen de cavitación.
  • La eficiencia de la bomba decae.
  • Aparecen grandes esfuerzos radiales sobre el eje de la bomba.
  • Hay un aumento de la potencia consumida, la que en muchos casos puede superar la potencia nominal del motor eléctrico utilizado.

Recomendaciones: se debe seleccionar el conjunto motobomba de manera que, cuando este opere solo en el sistema, no haya problemas con el ANPA ni con la potencia consumida. Estos problemas de caudal excesivo son comunes en la captación de agua, cuando existe una variación del nivel del depósito o del río.

Caudal mínimo: problemas

  • Excesiva recirculación de flujo
  • Baja eficiencia de la bomba
  • Esfuerzos radiales excesivos
  • Calentamiento del líquido bombeado

Métodos:

  1. En bombas axiales (tiene mayor caudal) operando a caudales mínimos se produce un aumento excesivo de la potencia consumida, se debe evitar el trabajo en paralelo con este tipo de bombas.
  2. Las bombas de tamaño medio y grande, que tienen rodetes de gran diámetro y que operan con caudales reducidos, pueden estar sujetas al problema de recirculación hidráulica. Las consecuencias son: ruidos excesivos, vibraciones semejantes a la cavitación (solo que esta ocurre en caudales excesivos).

Asociación de bombas en serie

Cuando asociamos dos o más bombas en serie para un mismo caudal, la presión total (altura manométrica) será la suma de las presiones suministradas por cada bomba.

Asociación de bombas iguales en serie

Para obtener la curva característica resultante de dos bombas en serie, iguales o diferentes, basta con sumar las alturas manométricas totales correspondientes a los mismos valores de caudal en cada bomba.

Asociación de bombas diferentes en serie

En la instalación de bombas en serie, podemos tener:

  1. Motor con 2 puntas de eje, montado entre las bombas. Para la mayoría de las bombas esto no es posible de realizar debido a que la inversión de sentido de rotación para una de las bombas es inadmisible.
  2. Motor normal accionando 2 bombas, con una bomba intermedia con dos puntas de eje (la bomba intermedia debe tener eje pasante y ser capaz de transmitir el torque a las dos bombas).
  3. Dos motores accionando cada uno a su propia bomba.

Bombas de varias etapas

Conclusiones: debemos considerar los siguientes puntos de bombas en serie o en paralelo:

  1. Dar preferencia al caso de asociación de bombas en paralelo que tengan curvas características estables.
  2. Seleccionar, cuando sea posible, bombas iguales permitiendo de esa forma facilidades de operación y mantenimiento.
  3. En asociaciones en paralelo, el diámetro de la tubería de descarga deberá ser suficiente para transportar el caudal deseado con pérdidas de carga debidamente calculadas para este caudal, en caso contrario, la operación en paralelo no presentará ventajas apreciables en el sentido de aumento de caudal.
  4. Seleccionar bombas de modo que la altura manométrica total del sistema nunca sobrepase la altura correspondiente a caudal 0 de cualquiera de las bombas asociadas en paralelo.
  5. Seleccionar bombas donde el ANPA disponible sea siempre mayor que el ANPA requerido.
  6. Seleccionar motores de modo de cumplir con todos los puntos de trabajo posibles en el sistema.
  7. En asociaciones en serie, verificar las presiones máximas que soportan los flanjes de las bombas siguientes.

Siempre tener a mano las curvas características de las bombas a ser asociadas, así como la curva característica del sistema, para que podamos analizar lo que pasará con esta asociación y de esta forma adquirir el equipamiento adecuado.