EQUIPOS DE BOMBEO1.- Altura de elevacin. Geomtrica y manomtricaLa forma ms usual de elevar el agua es por medio de bombas hidrulicas movidas por motor elctrico o de explosin. En el caso ms general las bombas hidrulicas actan en dos fases:Aspiracin: Elevando el agua desde su nivel hasta la bomba, por medio de la tubera de aspiracin. En esta fase la bomba ejerce un vaco en la tubera de aspiracin, con el fin de que el agua pueda subir por ella impulsada por la presin atmosfrica.Impulsin: Conduccin del agua desde la bomba hasta su destino, por medio de la tubera de impulsin. En esta fase la bomba ejerce la presin necesaria para que el agua se traslade a lo largo de la tubera de impulsin.Hay que considerar las siguientes alturas de elevacin: Altura geomtrica de aspiracin(Ha): Es la distancia vertical existente entre el eje de la bomba y el nivel inferior del agua. Altura geomtrica de impulsin (Hi): Es la distancia vertical existente entre el nivel superior del agua (superficie del agua en el depsito de impulsin o el punto de descarga libre de la tubera de impulsin) y el eje de la bomba. Altura geomtrica de elevacin: Es la distancia vertical existente entre los niveles superior e inferior del agua. Altura manomtrica de aspiracin: Es igual a la altura geomtrica de aspiracin ms las prdidas de carga en la tubera de aspiracin. Altura manomtrica de impulsin: Es igual a la altura geomtrica de impulsin ms las prdidas de carga en la tubera de impulsin. Altura manomtrica total o altura total de elevacin (Hm): Es la suma de las alturas manomtricas de aspiracin e impulsin. Esta debe ser suministrada por la bomba, y es independiente del peso especfico del lquido, por lo que slo puede expresarse en metros de columna de agua (mca).La instalacin de una bomba viene representada en la siguiente figura 7.1, en donde la bomba aspira el agua del pozo y lo impulsa hasta un depsito.

Figura 7.1. Instalacin de una bomba centrfuga horizontal

2.- Clasificacin general de mquinas hidrulicasLas mquinas hidrulicas modifican la energa total H de una corriente lquida.Cuando caracteriza a las mquinas elevadoras, donde la altura o carga total de la corriente se incrementa a su paso por la mquina, y es posible gracias a que sta dispone de elementos motores exteriores que ceden energa a la corriente.Cuando caracteriza a las mquinas receptoras, donde la corriente es la que cede parte de su energa a una mquina llamada turbina que genera energa mecnica.Haciendo referencia a los tres sumandos de energa mecnica referida a energa por unidad de peso (masa lquida), los grupos de mquinas elevadoras o bombas hidrulicas segn el sumando principal afectado, queda:

- Rotodinmicas: el agua se desplaza por la accin de un mecanismo de impulsos (rodete o impulsor) que tiene movimiento giratorio, siendo el sumando afectado la velocidad (v).- Volumtricas: el elemento impulsor, que tiene movimiento rectilneo alternativo, (mbolo, membrana) o rotativo (engranaje, paletas), impulsa el lquido desde la cmara que lo contiene, por efecto de disminucin del volumen de esa cmara, siendo el sumando afectado la presin (P).- Gravimtricas: trasladan el lquido desde una cota a otra ms elevada (norias, cigeal, elevador de cangilones, tornillo de Arqumedes), siendo el sumando afectado la altura de elevacin (z).Las bombas ms utilizadas en riego son las rotodinmicas, que a su vez se clasifican en tres grupos, segn la direccin del flujo:- Bombas centrfugas o de flujo radial: el lquido sale de la bomba en sentido perpendicular al eje de giro. El nombre de centrifuga alude al hecho de que es una fuerza de esa naturaleza la que aumenta la energa de la corriente. El agua en rotacin tiende a escapar hacia fuera produciendo un vaco en su desplazamiento, lo que origina un flujo continuo de agua que entra en la direccin del eje de la bomba. La relacin altura de elevacin y caudal en este tipo de bombas es alto, por lo que eran las ms utilizadas en sistemas de riegos.- Bombas de hlice o de flujo axial: el impulsor tiene la forma de hlice o tornillo, por lo que el flujo del agua se produce en la direccin del eje del mismo. Estas bombas se fundan en el mismo principio de propulsin de los barcos, con la diferencia de que en el caso de la bomba, la hlice gira en posicin fija y desplaza al agua de forma continua. La relacin altura de elevacin y caudal en este tipo de bombas en bajo, por lo que su uso se limita a instalaciones de evacuacin en redes de saneamiento.- Bombas diagonales, helicocentrfuga o de flujo mixto: el flujo de agua es producido conjuntamente por la fuerza centrfuga y por el empuje de los labes. Son, por tanto, intermedios entre los dos grupos anteriores, tanto en su direccin como en su funcionamiento. La relacin altura de elevacin y caudal en estos tipos de bombas es intermedio.En la figura 7.2, se representa los elementos de impulsin que caracterizan a los tres tipos de bombas rotodinmicas:3.- Bombas centrfugasLas bombas centrfugas mueven un cierto volumen de lquido entre dos niveles; son pues, mquinas hidrulicas que transforman un trabajo mecnico en otro de tipo hidrulico. Los elementos constructivos de que constan son (figura 7.3):a) Una tubera de aspiracin, que concluye prcticamente en la brida de aspiracin.b) El impulsor o rodete, formado por una serie de labes de diversas formas que giran dentro de una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente al eje y es la parte mvil de la bomba.El lquido penetra axialmente por la tubera de aspiracin hasta el centro del rodete, que es accionado por un motor, experimentando un cambio de direccin ms o menos brusco, pasando a radial, (en las centrfugas), o permaneciendo axial, (en las axiales), adquiriendo una aceleracin y absorbiendo un trabajo.Los labes del rodete someten a las partculas de lquido a un movimiento de rotacin muy rpido, siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrfuga, de forma que abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando su presin en el impulsor segn la distancia al eje. La elevacin del lquido se produce por la reaccin entre ste y el rodete sometido al movimiento de rotacin; en la voluta se transforma parte de la energa dinmica adquirida en el rodete, en energa de presin, siendo lanzados los filetes lquidos contra las paredes del cuerpo de bomba y evacuados por la tubera de impulsin.La carcasa, (voluta), est dispuesta en forma de caracol, de tal manera, que la separacin entre ella y el rodete es mnima en la parte superior; la separacin va aumentando hasta que las partculas lquidas se encuentran frente a la abertura de impulsin; en algunas bombas existe, a la salida del rodete, una directriz de labes que gua el lquido a la salida del impulsor antes de introducirlo en la voluta.c) Una tubera de impulsin. La finalidad del difusor es la de recoger el lquido a gran velocidad, cambiar la direccin de su movimiento y encaminarle hacia la brida de impulsin de la bomba. El impulsor, tambin llamado genricamente voluta es tambin un transformador de energa, ya que disminuye la velocidad (transforma parte de la energa dinmica creada en el rodete en energa de presin), aumentando la presin del lquido a medida que el espacio entre el rodete y la carcasa aumenta.

Figura 7.3. Perspectiva de una bomba centrfugaEste es, en general, el funcionamiento de una bomba centrfuga aunque existen distintos tipos y variantes. La estructura de las bombas centrfugas es anloga a la de las turbinas hidrulicas, salvo que el proceso energtico es inverso; en las turbinas se aprovecha la altura de un salto hidrulico para generar una velocidad de rotacin en la rueda, mientras que en las bombas centrfugas la velocidad comunicada por el rodete al lquido se transforma, en parte, en presin, logrndose as su desplazamiento y posterior elevacin.Este tipo de bombas son las ms utilizadas en el riego, por numerosas ventajas que tienen: reducido tamao, caudales constantes, presiones uniformes, bajo mantenimiento y flexibilidad de regulacin.

Caractersticas generales de las bombas Centrfugas Una vez es estudiado el funcionamiento de una bomba centrfuga vamos a estudiar en detalle los elementos ms importantes que la forman, como es el rodete y el difusor o voluta a) Rodete o impulsor.El rodete o impulsor es un elemento mvil , formado por unas paletas o labes divergentes unidos a un eje que recibe energa del exterior como podemos observar en la figura 7.4 que nos muestra el despiece de una bomba centrfuga.

Figura 7.4. Despiece de una bomba horizontal centrfuga donde se aprecian dos rodetes colocados en serie.Segn que estos labes vayan sueltos o unidos a uno o dos discos, los rodetes pueden ser (figura 7.5): Abiertos: cuando van sueltos. Tienen la ventaja de que permite el paso de impurezas, pero tiene poca eficacia. Cerrados: cuando van unidos lateralmente a dos discos (figura 7.6). Se obstruyen con ms facilidad que los anteriores, pero tienen mayor rendimiento. Semiabiertas: cuando van unidos a un disco. Tienen caractersticas intermedias entre los dos tipos anteriores.

Figura 7.5. Tipos de impulsor (rodetes)

Figura 7.6. Detalle de un rodete cerrad. a) desmontados ; b) aperturas por donde entra el aguab) DifusorEl difusor junto con el rodete, estn encerrados en una cmara, llamada carcasa o cuerpo de bomba, segn como se ve en la figura 7.4.El difusor est formado por unos labes fijos divergentes, que al incrementarse la seccin de la carcasa, la velocidad del agua ir disminuyendo lo que contribuye a transformar la energa cintica en energa de presin, mejorando el rendimiento de la bomba.Segn la forma y disposicin, las bombas centrfugas son de 2 tipos: De voluta: la carcasa tiene forma de caracol, rodeando el rodete de tal forma que el rea de flujo de agua aumenta progresivamente hacia la tubera de descarga (figura 7.7 a). De turbina: la carcasa va provista de unos difusores fijos dispuestos de tal forma que el rea de flujo se ensancha progresivamente hacia la salida, (figura 7.4 y figura 7.7 b).

c) EjeEl eje de la bomba es una pieza en forma de barra de seccin circular no uniforme que se fija rgidamente sobre el impulsor y le transmite la fuerza del elemento motor, como se puede apreciar en la figura 7.3.Las bombas centrfugas para agua se clasifican atendiendo a la posicin del eje en bombas de eje horizontal y bombas de eje vertical.Tipos de bombas centrfugas:Segn el nmero de rodetes, las bombas centrfugas pueden ser:Simples o monocelulares: con un solo rodeteMltiples o multicelulares: con varios rodetes, que se colocan en serie, de tal forma que el flujo que sale por cada uno de ellos entra en el siguiente.A su vez, las bombas simples o mltiples, segn la disposicin del eje de giro pueden ser: de eje horizontal y de eje vertical, como hemos comentado anteriormente.Bombas horizontales.- La disposicin del eje de giro horizontal presupone que la bomba y el motor se hallan a la misma altura (figura 7.8); ste tipo de bombas se utiliza para funcionamiento en seco, exterior al lquido bombeado que llega a la bomba por medio de una tubera de aspiracin.Las bombas centrfugas, sin embargo, no deben rodar en seco, ya que necesitan del lquido bombeado como lubricante entre aros rozantes e impulsor, y entre empaquetadura y eje.Como no son autoaspirantes requieren, antes de su puesta en marcha, el estar cebadas; esto no es fcil de conseguir si la bomba no trabaja en carga, estando por encima del nivel del lquido, que es el caso ms corriente con bombas horizontales, siendo a menudo necesarias las vlvulas de pie, (aspiracin), y los distintos sistemas de cebado.Como ventajas especficas se puede decir que las bombas horizontales, (excepto para grandes tamaos), son de construccin ms barata que las verticales y, especialmente, su mantenimiento y conservacin es mucho ms sencillo y econmico; el desmontaje de la bomba se suele hacer sin necesidad de mover el motor y al igual que en las de cmara partida, sin tocar siquiera las conexiones de aspiracin e impulsin.Bombas verticales.- Las bombas con eje de giro en posicin vertical tienen, casi siempre, el motor a un nivel superior al de la bomba, por lo que es posible, al contrario que en las horizontales, que la bomba trabaje rodeada por el lquido a bombear, estando, sin embargo, el motor por encima de ste.Podemos diferenciar dentro de las bombas centrfugas de eje vertical, dos tipos:1. Bombas verticales de funcionamiento en seco.- En las bombas verticales no sumergidas, el motor puede estar inmediatamente sobre la bomba, o muy por encima de sta, figura 7.9. El elevarlo responde a la necesidad de protegerlo de una posible inundacin o para hacerlo ms accesible si, por ejemplo, la bomba trabaja en un pozo.El eje alargado puede ser rgido o flexible por medio de juntas universales, lo que simplifica el siempre difcil problema del alineamiento. Se emplean muy a menudo las mismas bombas horizontales modificadas nicamente en sus cojinetes.La aspiracin es lateral, (horizontal); en las bombas grandes, frecuentemente, es por abajo, aunque a veces se transforma en lateral mediante un simple codo.La ventaja de las bombas verticales, es que requieren muy poco espacio horizontal que las hace insustituibles en barcos, pozos, etc; sin embargo se necesita un espacio vertical superior suficiente para permitir su cmodo montaje y desmontaje.Para bombas de gran caudal, la construccin vertical resulta en general ms barata que la horizontal. Las bombas verticales se emplean normalmente en aplicaciones marinas, para aguas sucias, drenajes, irrigacin, circulacin de condensadores, etc.2. Bombas verticales sumergidas (de funcionamiento mojado).- El funcionamiento sumergido de las bombas centrfugas elimina el inconveniente del cebado, por lo que el impulsor se halla continuamente, an parado, rodeado por el lquido a impulsar y, por lo tanto, la bomba est en disposicin de funcionar en cualquier momento. El control de la unidad requiere nicamente la puesta en marcha del motor de accionamiento, sin necesidad de dispositivos adicionales de cebado previo. La aspiracin, que es siempre por abajo, figura 7.10, se hace a una cierta profundidad con respecto al nivel libre del lquido.Si esta profundidad es menor de lo debido, 2 3 veces el dimetro del orificio de aspiracin, se pueden crear en la superficie vrtices o remolinos por cuyo centro se introduce aire en la bomba, con la consiguiente prdida de caudal y deficiente funcionamiento.El eje del que van provistas estas bombas, va guiado normalmente por cojinetes de friccin separados a intervalos regulares (de 1,5 a 3 metros) y lubricados por aceite, grasa, o el mismo lquido bombeado; en este ltimo caso, el eje se suele disponer en el interior de la tubera de impulsin vertical, cerca del motor, en que sta se desva horizontalmente mediante un codo adecuado.En los casos de lubricacin por grasa o aceite, el eje va dentro de un tubo portador de los cojinetes, siendo este conjunto, a su vez, exterior o interior a la tubera de impulsin.La otra solucin tiene la ventaja de requerir un menor espacio, siendo en ambos casos innecesaria la empaquetadura, lo que constituye tambin una circunstancia muy favorable, dados los inconvenientes que sta lleva a veces consigo.Las bombas sumergidas tienen la ventaja de ocupar un espacio horizontal mnimo, slo el necesario para acomodar el motor vertical y la impulsin, siendo incluso sta a veces subterrnea.Las ventajas hidrulicas son evidentes al desaparecer todos los problemas de aspiracin que constituyen el principal inconveniente en el funcionamiento de las bombas centrfugas.Desde un punto de vista mecnico, esta disposicin presenta grandes inconvenientes con respecto a la horizontal. Las bombas son inicialmente ms caras y su mantenimiento mucho ms elevado, ya que cualquier reparacin exige el desmontaje de la bomba para izarla a la superficie.El eje alargado, somete a los cojinetes a un trabajo duro que sobre todo, si estn lubricados por agua o lquidos sin grandes propiedades lubricantes, hace que su vida sea corta e imprevisible.Los tipos ms importantes de bombas centrfugas verticales sumergidas son las bombas de turbina verticales o de pozo profundo que fueron desarrolladas para la explotacin de pozos, perforaciones y sondeos de dimetro reducido. Esta circunstancia limita forzosamente la altura por etapa, lo que conduce al concepto de bombas multicelulares para reducir el espacio.El impulsor de aspiracin simple, puede ser radial o diagonal, segn las condiciones de servicio y su construccin cerrada o semiabierta. Los impulsores semiabiertos, sin embargo, aparte de su mayor empuje axial, hasta el 50% mayor, requieren un ajuste vertical ms cuidadoso durante el montaje.El conjunto de difusores del cuerpo de bomba y la tubera de impulsin, cuelgan del cabezal sobre el que va montado el motor, constituyendo el codo de desviacin de la impulsin. A veces, los difusores se recubren interiormente de un esmalte especial que disminuye la rugosidad de la fundicin y las prdidas hidrulicas consiguientes, aumentando el rendimiento, dotando de una cierta uniformidad a las distintas unidades, logrndose una mejor resistencia a la corrosin y a la abrasin.La construccin de estas bombas permite montar el nmero de etapas deseado, que puede llegar a 20 o ms, aadiendo simplemente difusores e impulsores semejantes uno sobre otro, lo que dota de cierta elasticidad a las aplicaciones, con las consiguientes ventajas de estandarizacin, disponibilidad de repuestos, etc; no obstante, estas bombas participan de las desventajas mencionadas para las bombas verticales sumergidas, de ser caras y exigir unos costes de mantenimiento elevados.Las bombas verticales de turbina han llegado a un grado de perfeccin notable con rendimientos altos y determinadas ventajas hidrulicas; aunque empezaron siendo empleadas exclusivamente para riegos en pozos y perforaciones, sus aplicaciones industriales aumentan cada vez ms, siendo en la actualidad ms numerosas que las agrcolas, por lo que la denominacin de bombas de pozo profundo va desapareciendo para adaptarse a la de bombas de turbina vertical.Dentro de este tipo se pueden distinguir las bombas provistas de eje alargado y accionadas por motor sumergible dispuesto inmediatamente por debajo de la bomba o bombas buzo.a) Bombas de turbina verticales de motor normal superior.- En estas bombas, el eje va por el interior de la tubera de impulsin, desnudo si la lubricacin es por aceite, o dentro de un tubo protector si la lubricacin es por agua de una fuente externa, figura 7.11.El conjunto de impulsores y eje soportado por los cojinetes de empuje estn colocados en el mismo cabezal o en la parte superior del motor, si su eje y el de la bomba estn rgidamente acoplados (motores de eje hueco).Con estas bombas se pueden alcanzar unos 200 m.c.a., pero los problemas que ocasiona cualquier imperfeccin en la rectitud del eje, que influye en gran manera en la vida de los cojinetes y en la vibracin del funcionamiento, crecen enormemente con la longitud del eje. Se puede considerar que la seguridad del eje es proporcional a su rigidez o resistencia a la flexin viniendo dada por el factor D4/L3, siendo D el dimetro del eje y L su longitud.b) Bombas de turbina verticales de motor sumergido( electrobombas o bombas buzo).- Con objeto de evitar las desventajas que se derivan de la excesiva longitud del eje, en las bombas sumergidas se han desarrollado motores elctricos capaces de funcionar a su vez rodeados de lquido y de dimensiones tales que les permite ir montados en el interior del pozo, figura 7.12.De esta forma, colocando los motores inmediatamente por debajo de la bomba, desaparece la necesidad del eje, cojinetes y tubo protector, por lo que la columna puede ser de menor dimetro para prdidas de carga semejantes.Los motores pueden ser de funcionamiento en seco con cierre hermtico, o inundados, en cuyo caso los aislamientos han de tener caractersticas muy especiales. Las ventajas del motor sumergido se hacen apreciables, sobre todo, en pozos muy profundos de ms de 30 m, o bien inclinados o curvados. El espacio requerido en la superficie es, evidentemente mnimo e incluso nulo con descarga subterrnea.Las desventajas son un menor rendimiento y menor vida del motor y la necesidad ineludible del desmontaje total para cualquier revisin o reparacin de la bomba o del motor.

4.- Curvas caractersticas de una bomba.El comportamiento hidrulico de una bomba viene especificado en sus curvas caractersticas que representan una relacin entre los distintos valores del caudal proporcionado por la misma con otros parmetros como la altura manomtrica, el rendimiento hidrulico, la potencia requerida y la altura de aspiracin, que estn en funcin del tamao, diseo y construccin de la bomba.