Temas 3.3

 3.3 Sistemas de bombeo

Es el aquel sistema que cuenta con diversas partes que hacen posible el recorrido mediante tuberías, así como también el acopio eventual de líquidos, permitiendo que las especificaciones de caudal y presión sean cumplidas en los procesos. El equilibrio hidráulico se da gracias al balance de energía donde se contabiliza o se tiene en cuenta a la energía potencial, cinética y pérdidas en energía.

                             Función principal del sistema de bombeo

Un equipo de bombeo está formado principalmente por dos partes, la bomba y su accionador (puede ser motor eléctrico o de combustión interna, etc.). El procedimiento de acción es el siguiente: El accionador se encarga de derivar la energía mecánica y, cuando esto sucede, la bomba la transforma en energía cinética, el fluido lo obtiene en forma de presión, velocidad y posición.

Tipos de sistemas de bombeo 

En esta parte mencionaremos los tipos más comunes de sistemas de bombeo:

Sistemas de bombeo centrífugo

Este tipo de bombas están conformadas por un impulsor giratorio conectado en un eje que a su vez está conectado a la fuente de energía. Este impulsor aumenta la velocidad del agua haciendo que se descargue a una tubería, precisamente, diseñada para disminuir el caudal del agua y convertir su velocidad en presión.

Sistemas de bombeo sumergibles

Sirven para bombear líquido de piscinas, depósitos de agua o simplemente pozos. Se sumergen al fluido a bombear puesto que son eléctricas. Al momento de adquirir, se deben tener en cuenta algunos aspectos como, por ejemplo, su caudal máximo, longitud de la cuerda que se suspende, profundidad máxima, etc.

Sistemas de bombeo solares 

Estas funcionan mediante la energía que el sol provee, hay diversos tipos desde la más simples para estanques en jardines, hasta las más complejas que tienen la función de riego automático con GPS.

3.3.1 Bombas en serie 

En algunos casos es necesario aplicar el arreglo de bombas en serie para responder a una necesidad operacional. Un sistema de bombeo en serie es el compuesto por bombas que succionan del recipiente de succión y descargan en la succión de otras bombas, a las cuales alimentan, y esta a su vez descarga en la succión de otras bombas o descarga directamente a la tubería de salida.

Es decir que el caudal que pasa por cada bomba es el mismo, donde la ventaja de operar este tipo de sistema de bombeo está en que cada bomba suma su Cabezal manteniendo el mismo caudal.

Se define como un un sistema de bombeo operado en serie donde se representan las curvas de rendimientos de las bombas, las cuales desarrollan un mismo caudal pero que suman su Cabezal cada una hasta cortar la curva del sistema, es de resaltar que una bomba individual no es capaz por si sola de superar las pérdidas del sistema.

Las bombas que operan en serie no necesariamente deben estar próximas o unidas por tuberías de poca longitud, pueden ser parte de un oleoducto o acueducto de muchos kilómetros de longitud, donde las bombas de la estación principal alimenten a un sistema de bombeo que se encuentra a kilómetros de distancia de la fuente y que actúa como bomba de refuerzo.

El arreglo de bombas en serie se usa cuando:

• Se requiere un sistema de bombeo para alimentar o suplir fluido a otra bomba o sistema de bombas de alto NPSHR.
• Los sistemas de tuberías tienen altas pérdidas.
• Los sistemas de bombeo tienen gran longitud, necesitando de bombas de relevo.
• Los sistemas tienen perdidas hidráulicas muy verticales, es decir de alta presión y bajo caudal relativo, donde aplicar una bomba multi-etapas no es factible (por los altos costos del equipo o por los niveles de energía disponible en la instalación).
• Se requiere reducir costos de inversión o cuando se está en el límite de los equipos comerciales disponibles, buscando ahorros en las tuberías de descarga, en estaciones de relevo y en los accesorios.
• Es necesario aumentar la flexibilidad de un sistema de bombeo, debido a requerimientos puntuales de altas presiones de descarga, que no pueden ser entregados por una sola bomba.
• No es posible usar bombas multi-etapas, por ejemplo, en sistemas de manejo de sólidos como son los de lodos, etc., donde los contaminantes pueden producir daños severos y erosión en los canales hidráulicos de las bombas multi-etapas.

3.3.2 Bombas en paralelo

En los sistemas de bombas en paralelo se emplean bombas que succionan de uno o más recipientes unidos mediante un múltiple y descargan a un Cabezal común. Existen muchas razones para operar un sistema con bombas en paralelo entre las principales están:

• Se aplican bombas en paralelo cuando se quiere mantener un alto nivel de disponibilidad en el sistema. Con varias bombas en servicio la salida de una de ellas de servicio, cuando dos o tres continúan operando, no causa la parada total del sistema.
• Cuando el sistema es de alta capacidad y una sola bomba no suministra el caudal suficiente para atender las exigencias del sistema.
• Cuando por el volumen de fluido y el diseño de la bomba la demanda de NPSHR es alta para un solo equipo y superior al NPSHA del sistema.
• Cuando para cubrir el requerimiento de caudal el tamaño de la bomba seleccionada demanda la instalación de equipos impulsores que superan la disponibilidad de energía en la instalación, por ejemplo, el voltaje disponible para alimentar los motores eléctricos.
• Cuando por necesidades de flexibilidad operacional se debe disponer de diferentes fuentes de energía para accionar las bombas.
• Cuando por razones de economía en muchas situaciones el instalar tres bombas de 50% es más económico que instalar dos de 100%.
• Para mantener una flexibilidad con la finalidad de cubrir demandas futuras, es decir dejar la facilidad en la instalación para adicionar una bomba para cubrir expansiones futuras del sistema.
• Para atender demandas de caudal con amplio rango de variación o estacionales. El caso que mejor representa sistemas con demanda variable son los sistemas de distribución de aguas municipales, donde la demanda se modifica continuamente dependiendo de la época del año y de la hora del día.
• Por regulaciones de ley o gubernamentales.

Para alinear bombas en paralelo las bombas pueden ser de diferentes caudales, pero en el punto de entrega la presión de descarga debe ser igual para todas ellas. Cuando las bombas trabajan en paralelo en la curva de rendimiento (Cabezal vs. Caudal) para el mismo Cabezal de Descarga, el caudal que aporta cada una de las bombas se suman para dar el caudal total del sistema.

Un ejemplo de la aplicación de las bombas en paralelo son los sistemas de manejo de aguas servidas o de lluvias, los sistemas de inyección de agua para recuperación secundaria, los oleoductos troncales y marginales. 

Una condición importante, para la operación en paralelo, es que las dos bombas deben tener curvas de funcionamiento iguales o similares. Cuando las bombas tienen curvas de rendimiento diferentes y por demanda operacional son aplicadas en servicios donde trabajan aflujos parciales, la que desarrolle más Cabezal, haría trabajar a la bomba que posee menos Cabezal más a la izquierda de la curva en la zona de flujo mínimo, causando daños o la destrucción de dicha bomba. Esto puede ocurrir cuando se utilizan equipos impulsores con diferentes fuentes de energía, por ejemplo, motores eléctricos con turbinas a vapor o con motores de combustión interna, que las velocidades de los equipos no sean iguales originando diferencias en las curvas de rendimiento.

Otra característica deseable para que las bombas operadas en paralelo trabajen adecuadamente es que la curva de rendimiento de la bomba tenga suficiente pendiente, es decir que el cabezal en el punto de cierre o “shutoff” sea al menos 110% del BEP. Además, es importante que la curva de rendimiento de la bomba tenga una caída continua para evitar zonas de inestabilidad.

La operación de dos bombas similares en paralelo no necesariamente representa el doble del caudal logrado por las bombas individualmente, ya que el desempeño de las bombas dependerá de la curva de pérdidas del sistema.