KRT Planing Information-es-data PDF
109
KSB Know-how, tomo 7 Indicaciones de planificación KRT > DN 2 + 150 C CW C W C O C O C O C B A C Cp 2 × D i D i 0,75 × D i
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KSB Know-how, tomo 7
Indicaciones de planificación KRT
> DN2 + 150
CCW
CW
CO
CO
CO
CB
A
CCp
2 × Di
Di
0,75 × Di
1
Página Introducción 31. Selección general de bombas 41.1 Parámetros de planificación / Datos de cálculo 41.2 Altura de impulsión 61.3 Valor NPSH 8 1.4 Potencia absorbida 101.5 Proceso de bombeo 111.6 Selección de la bomba 131.6.1 Curvas características 131.6.2 Curva característica de la bomba 151.6.3 Curva característica de la instalación 151.7 Límites de servicio admisibles para bombas 161.7.1 Punto de funcionamiento o de servicio 161.7.2 Límites de servicio Qmín y Qmáx 161.7.3 Particuliaridades en el transporte de aguas residuales 171.8 Modo de funcionamiento de la bomba 191.8.1 Funcionamiento individual 191.8.2 Regulación por estrangulación 191.8.3 Adaptación del diámetro de rodete 201.8.4 Regulación de velocidad 201.9 Funcionamiento en paralelo de bombas de tamaños contructivos idénticos 211.10 Funcionamiento en paralelo de bombas de diferentes tamaños constructivos 221.11 Conexión en serie 221.12 Escalamiento de bombas 231.13 Concepto de la bomba de instalación sumergida 24
2. Técnica de maquinaria e instalación 272.1 Selección de la óptima geometría de rodete 272.2 Selección de materiales para aplicaciones diferenciadas 292.3 Sello del eje 312.4 Rotor y cojinetes 332.5 Instalación 34
3. Descripción general del motor 363.1 Tamaños de motor 373.2 Forma constructiva 373.3 Modo de funcionamiento 383.4 Clase de protección 383.5 Tipos de protección y clases de temperatura 383.6 Datos de diseño eléctricos 383.7 Motores KRT con convertidor de frecuencia 403.7.1 Dimensionamiento de los convertidores de frecuencia 403.7.2 Accionamientos con protección contra explosión 40
Índice
2
3.8 Construcción del motor 40 3.9 Refrigeración 413.10 Dispositivos de vigilancia 413.11 Conexión y descripción de los dispositivos de vigilancia 443.12 Cables de energía y cables de control con boquillas de paso 483.13 Cables de conexión eléctrica 493.14 Cable Tefzel (TEHSITE) 503.15 Cable de goma blindado 513.16 Aseguramiento de calidad y certificados de ensayo 52
4. Tuberías y válvulas 534.1 Planificación del sistema de tuberías 534.1.1 Tuberías 534.1.1.1 Dimensionamiento 534.1.1.2 Trazado de tuberías 564.1.1.3 Fijación de la tubería / Soporte 594.1.1.4 Pasamuros 614.1.1.5 Materiales de tubería 614.1.1.6 Conexiones de medición en tuberías 624.2 Selección de las válvulas 634.2.1 Anotaciones previas 634.2.2 Criterios de selección 634.2.2.1 Medios bombeados 634.2.2.2 Tipos de construcción 634.2.2.3 Posición de montaje y dirección de flujo 644.2.2.4 Materiales 644.2.2.5 Diámetro nominal 644.2.3 Tabla de correspondencias "Tipos de válvulas y tipos de aguas residuales" 654.2.4 Montaje 664.2.4.1 Tipo de montaje 664.2.4.2 Posición de montaje 664.2.4.3 Soluciones técnicas para el montaje y desmontaje de válvulas 67
5 Diseño de la obra 695.1 Anotaciones previas 695.2 Dispositivos de rejilla 715.3 Formación de espuma de superficie en estaciones de bombeo de aguas residuales 745.4 Integración de taludes escalonados en pozos de bombas 755.5 Divisores de flujo para evitar remolinos sumergidos 775.6 Dimensiones para el pozo de bomba y la instalación de la bomba 775.7 Pozos de bomba con una alta carga de contaminantes 795.8 La necesidad de ensayos de modelo 805.9 Montaje experimental 815.10 Evaluación de los resultados 825.11 La importancia de simulaciones CFD 82
Diagrama 88
3
Introducción
Este tratado técnico sirve de
ayuda a planificadores y usuarios
para elegir, dimensionar y
accionar la motobomba
sumergible más apropiada de la
serie Amarex KRT.
KSB ha desarrollado estas
motobombas sumergibles como
una solución segura, fiable y de
eficacia energética para todos los
trabajos de bombeo en la técnica
de aguas residuales industriales y
comunales. El objetivo era
presentar la mayor variedad
posible, basándose en una amplia
gama de materiales, sensores
resistentes y posibilidades de
instalación flexibles. Sistemas
hidráulicos especialmente
adaptados ofrecen con sus
grandes pasos libres una
seguridad funcional muy alta y
proporcionan un bombeo
económico optimizado de medios
más diversos. La protección
contra explosión también permite
su utilización en ambientes
potencialmente explosivos. Una
protección contra un
calentamiento excesivo del
bobinado del motor, la
estanqueidad absoluta de todas
las entradas de cable, un cierre
del eje especial y unos cojinetes
seleccionados con vistas a una
larga vida útil aseguran un
funcionamiento prolongado sin
averías.
4
1. Selección general de bom-bas
1.1Parámetros de planificación / Datos de cálculo
Para la planificación o el
dimensionamiento de una
bomba / estación de bombeo el
cálculo del caudal y de la altura
de impulsión correspondiente es
de máxima importancia.
Mientras que al determinar la
altura de impulsión se pueden
hacer suposiciones concretas
sobre la magnitud de las
pérdidas a esperar, el caudal
realmente necesario depende de
otra serie de factores que
discutimos a continuación.
Caudal
El caudal (también denominado
caudal volumétrico Q, indicación
p. ej. en [l/s] o [m³/h]), se define
como el volumen útil
transportado por la bomba por
unidad de tiempo por la boca de
impulsión. Caudales
volumétricos internos, como p.
ej. fugas o líquidos de cierre,
evidentemente no forman parte
del caudal volumétrico útil. Un
cálculo lo más exacto posible
del caudal necesario / generado
es de suma importancia para el
dimensionamiento correcto de
la(s) bomba(s) y finalmente
también para el tamaño de la
propia estación de bombeo. La
afluencia diaria de una estación
de bombeo de aguas residuales
depende en gran parte de varios
factores:
- el tipo del sistema de drenaje
(agua mixta o sistema de
separación)
- la extensión y estructura del
área hidrográfica
- el número de los edificios
conectados a la red de
alcantarillados (y de sus
habitantes)
- el número y el tipo de las
zonas industriales y
artesanales (está considerado
en el cálculo de los
equivalentes de población).
Esta afluencia puede ser
representada mediante una así
llamada curva hidrográfica que
refleja la afluencia de aguas
residuales típica / determinada a
lo largo de todo un día.
Se pueden producir diferencias
considerables tanto en la
característica como en la
cantidad diaria entre días
laborales y festivos o de descanso
o fines de semana. Con fuertes
lluvias también se ha de contar
con afluencias aumentadas. Esto
es de especial importancia para el
sistema de drenaje de aguas
mixtas (aguas residuales y agua
de lluvia son transportadas a la
depuradora en un sistema de
tuberías común).
Por lo tanto, la curva
hidrográfica es una base
decisiva para el diseño del tipo
de bomba, el número de
bombas o escalonamiento de
bombas y su modo de
accionamiento (p. ej. velocidad
fija o variable) y finalmente la
determinación correspondiente
de los puntos de
funcionamiento necesarios de
los diferentes grupos.
Figura 1: Ejemplo de una curva hidrográfica de afluencia para un modelo de cálculo matemático
Vista más amplia en el anexo
1
0
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
Tiempo t en s
Ejemplo: Curva hidrográ�ca diaria
Caud
al v
olum
étri
co d
e a�
uenc
ia Q
en
l/s
Fact
or Y
1
3,60
07,
200
10,8
0014
,400
18,0
0021
,600
25,2
0028
,800
32,4
0036
,000
39,6
0043
,200
46,8
0050
,400
54,0
0057
,600
61,2
0064
,800
68,4
0072
,000
75,6
0079
,200
82,8
0086
,400
5
Selección general de bombas
Qafl(t)= Y1 + · Y1 · sin · (t-21600)π21600( )1
2
Qafl(t)= 1,1 · Y1
para 0 ≤ t ≤ 54000 y t ≥ 64800
para 54000 < t < 64800
temporal predefinido. De ello se
obtiene
aconsejamos continuar el cálculo
basándose en volúmenes.
Partiendo del cálculo del caudal
volumétrico de afluencia según
la ecuación 01 ahora se calcula
el volumen de afluencia Vafl que
se da dentro de un intervalo
Para poder determinar el caudal
nominal de una bomba (QN =
caudal exigido en el pedido de la
bomba a la velocidad nominal
nN, la altura de impulsión
nominal HN y un fluido
bombeado indicado),
Y1 + · Y1 · sin · (t-21600)π
21600( )12
Vafl(t)= · dt
para 0 ≤ t ≤ 54000 y t ≥ 64800
para 54000 < t < 64800
Vafl(t)= · dt( )
3600
36001,1 · Y1
nivel máximo admisible. Ahora
sigue el cálculo del volumen de
aspiración Vb [1.5]:
Para la variación del volumen de
aspiración de la bomba Vb cabe
observar y cumplir con los dos
valores límites predefinidos del
recubrimiento mínimo y del
Del volumen de afluencia Vafl y
del volumen de aspiración de la
bomba Vb que es bombeado a
intervalos temporales, así como
de la geometría del pozo se
puede calcular el nuevo nivel
(‘nivel’) del nivel anterior más la
diferencia de volumen en
relación al área de la sección
transversal del pozo:
variar en su amplitud. Esta
variable multiplicada por 1,5
corresponde al máximo de la
curva hidrográfica diaria según
la cual los equivalentes de
población pueden ser
determinados conforme a EN
752-6. Por lo tanto, un caudal
volumétrico máximo de 4 l/s
corresponde en Alemania a
1.000 equivalentes de población.
pudiéndose calcular
discretamente los estados en
pasos de tiempo t de 20 s. En el
cálculo se supone una curva
hidrográfica diaria recurrente de
la puesta en servicio hasta el
final de la vida útil. La magnitud
Y1 es la variable por la cual la
curva hidrográfica diaria puede
Son las grandes fluctuaciones de
afluencia de aguas residuales Qafl
(véase la curva hidrográfica
diaria) las que exigen un cálculo
con índice temporal.
La curva hidrográfica diaria se
representa de forma matemática
según la ecuación 01 como aquí
en el ejemplo de la figura 1,
(1)
(2)
· π · d2pozo
(Vafl - Vp)
14
nivel = nivelanterior +
(3)
Vb = · dt [1.6] 3600
Q
(4)
1
6
Selección general de bombas
1.2Altura de impulsión
La altura de impulsión H de
una bomba (indicación p. ej. en
[m]) está definida por el trabajo
mecánico útil transmitido al
medio bombeado, relacionado
con el peso del medio
bombeado a la aceleración de
gravedad local.
La densidad ρ del medio
bombeado (ρ = m/V [kg/m³],
relación de la masa m en un
volumen dado V del líquido
bombeado) no tiene influencia
en la altura de impulsión de una
bomba centrífuga, solamente
influye en la potencia absorbida
en el eje de la bomba.
La viscosidad cinemática υ del
medio bombeado (υ = η / ρ [m²/s] o [cSt], ], o sea, la relación
de la viscosidad dinámica o el
factor de proporcionalidad η
entre la tensión de cizallamiento
y el gradiente de velocidad a la
densidad ρ del medio bombeado)
influye a partir de cierta
magnitud en la altura de
impulsión, el caudal y la
potencia absorbida de la bomba.
La influencia en los datos de
bombeo comienza en medios
bombeados de una viscosidad
cinemática mayor ~ 40 m²/s.
Entonces se habla de medios
viscosos. En la técnica de aguas
residuales los líquidos viscosos
sólo juegan un papel en el
tratamiento de lodos en
estaciones depuradoras.
Para poder determinar la altura
de impulsión total H de una
estación de bombeo / una
bomba, los conocimientos sobre
las situaciones siguientes son de
considerable importancia:
- la ordenada del suelo del
canal de afluencia o del pozo
de bomba
- las ordenadas de conexión y
desconexión de las bombas
(corresponde al recubrimiento
mínimo y nivel máximo
admisible en el pozo de la
bomba)
- la topografía del terreno
(largo y altura) entre la
estación de bombeo y el lugar
de destino
- las válvulas instaladas, racores
de tubería y tuberías con
indicación de sus diámetros
nominales DN y sus
coeficientes de resistencia ζ- la ordenada de salida del lugar
de destino de bombeo.
Las bases de la relación entre
presión y velocidad de un fluido
en una tubería están descritas
en la ecuación de Bernouilli.
Expresado en palabras el
principio de Bernouilli significa:
"La presión total en régimen de
circulación por una tubería libre
de fricción como suma de la
presión estática y dinámica
permanece constante a lo largo
de su recorrido.“ [1.8].
Este principio es válido en caso
de un flujo estacionario libre de
fricción de un fluido
incompresible; en el caso dado
real, no obstante, tenemos un
flujo no estacionario con
fricción de un medio
incompresible. Por eso la
ecuación de Bernoulli debe ser
ampliada por la fricción y el
cambio de velocidad. En general,
se suele indicar la presión como
altura de impulsión H en mcl
(metros columna líquida) del
fluido bombeado.
Al utilizar motobombas
sumergibles solo encontramos
las diferencias de altura,
también descritas como Hgeo, y
la suma de todas las pérdidas Σ
HP. Por lo tanto, la altura de
impulsión total H puede ser
descrita con la ecuación
simplificada (6) [1.9]:
· ρ · v2 + p = const12
(5)
1
7
Selección general de bombas
H = HGEO + Σ HP con Σ Hp = Hpa + Hpti + Hpi
Nota:
KSB entrega junto con el
programa de diseño un software
adicional para el cálculo de las
alturas de impulsión necesarias,
el llamado "calculador de
tuberías". Con ello se pueden
combinar y calcular todas las
válvulas, racores de tubería y
tuberías con sus diámetros
nominales y coeficientes de
pérdida para poder determinar
la altura de impulsión nominal
de la estación de bombeo
planeada [1.12]. Fuente : Folleto
de KSB Dimensionado de
bombas centrífugas. [1.10]
Leyenda:
HGEO Altura de impulsión
estática, diferencia de altura
mensurable entre los niveles de
agua en aspiración e impulsión u
ordenada
Hp Pérdida de carga total,
corresponde a la altura
manométrica total Hman
Hpa Pérdida de carga de las
válvulas, racores de tubería y
tuberías en el lado de aspiración
de la bomba - no existe en caso
de bombas de instalación
sumergida como p. ej. las
bombas KRT y Amacan
Hpti Pérdida de carga de las
válvulas, racores de tubería y
tuberías en el lado de impulsión
de la bomba - pérdidas de
tuberías individuales hasta la
tubería central de impulsión en
caso de estaciones de varias
bombas
Hpi Pérdida de carga de válvulas,
racores de tubería y tuberías en
el lado de impulsión de la bomba
en la tubería central de
impulsión
La pérdida de carga Hp se
calcula para tuberías rectas
como sigue [1.10]:
Para válvulas y racores de
tubería se calcula la pérdida de
carga Hp como sigue [1.11]:
Hp = λ · · 2 · g
v2
dL
Hp = ζ · 2 · g
v2
(6)
(7)
(8)
1
8
Selección general de bombas
1.3Valor NPSH
El valor NPSH (net positive
suction head = altura neta
positiva en la aspiración) es un
parámetro importante para
evaluar la capacidad de
aspiración de una bomba
centrífuga: Describe la presión
mínima a la entrada necesitada
por toda bomba centrífuga para
poder trabajar libre de cavitación
y de modo seguro [1.13].
Hay que diferenciar entre la
influencia de cavitación
admisible con una pérdida de
carga del 3%, el valor NPSH3%
de la bomba ((llamado NPSHreq
(req = required = requerido)) -
llamado también presión
correspondiente al NPSH de la
bomba – y el valor NPSH de la
instalación ((llamado NPSHdisp
(disp. = disponible; en inglés
NPSHav (av = available)),
llamado también presión
correspondiente al NPSH de la
instalación.
En general, la condición para
un funcionamiento libre de
cavitación de la bomba es como
sigue :
La magnitud del suplemento de
seguridad se determina según
ATV y HI con el 30% del
NPSH3% de la bomba. El valor
NPSH de la instalación puede
ser calculado conforme a la
ecuación (10a).
Para un sistema abierto y en
caso de un montaje hasta 1000
m sobre el nivel del mar y una
temperatura del medio de 20 °C
se puede simplificar la formula:
El valor NPSH3% de la bomba
se determina en una prueba de
funcionamiento con una
instalación especial en seco
efectuada por el fabricante de la
bomba y documentada en los
documentos de venta.
Prácticamente es imposible
medir el valor NPSH de una
bomba de instalación
sumergida.
Como el valor NPSH3% cambia
en relación con el caudal, se
expresa como función del
caudal NPSHreq = f(Q).
Indica la altura de impulsión
necesaria en metros que debe
haber a la entrada del rodete y
ser superior a la presión de
vapor del medio bombeado
(punto de referencia para NPSH
= la intersección del eje de
bomba con el plano vertical que
pasa por los puntos exteriores
del canto de entrada de los
álabes, véase fig. 1.3).
Fig. 1.3: "Posición del punto de referencia s' para el valor NPSH en caso de distintas formas de rodete" (Fuente: Folleto de KSB: Dimensionado de bombas centrífugas)
PS'
PS'
PS' P
S'P
S' PS'
NPSHdisp = ze + + - Hpa
pe + pb - pD
ρ · g 2 · g
ve2
(10a)
NPSHdisp = ze + 10 m
(10b)
NPSHdisp ^ NPSHreg , NPSHreg = NPSH3% + suplemento de seguridad
(9)
1
del campo admisible, el medio
bombeado y finalmente los
materiales utilizados para los
componentes en contacto con el
medio (en especial naturalmente
del rodete).
La fig. 1.4 muestra el resultado
del exceso del grado de
cavitación máximo admisible. En
la intersección entre NPSHdisp y
NPSHreq no se cumple con la
condición de la ecuación (9), es
decir, a la derecha del punto de
intersección ya no hay un
aumento del caudal y la altura
de impulsión disminuye rápido.
Este tipo de curva se llama
“rama de rotura”. Un
funcionamiento prolongado en
estas condiciones causa daños en
las piezas de la bomba (rodete,
cojinetes, sello del eje, etc.). Con
un aumento del valor del
NPSHdisp (p. ej. nivel de agua
estancada más alto en la entrada)
se puede alcanzar de nuevo el
punto de funcionamiento B.
9
Selección general de bombas
Estas son arrastradas por la
corriente y revientan de repente
cuando la presión en el canal del
álabe aumenta de nuevo (foto
del daño, véase fig. 1.5). La
formación y el reventón
repentino de burbujas de vapor
se llama cavitación.
La cavitación puede tener efectos
negativos graves – empezando
por pérdidas de carga y el
descenso del rendimiento hasta
la ruptura del caudal, una
marcha inestable o unas
características de vibración
irregulares así como fuertes
emisiones de ruido causadas por
la corrosión (gripado) del rodete
o las piezas interiores de la
bomba – por eso solo puede ser
tolerada hasta cierto límite.
En casos particulares, el grado
de cavitación admisible también
depende de las condiciones de
servicio, el período de tiempo en
el cual la bomba funciona fuera
El fabricante de bombas puede
influir en el valor NPSH3%
mediante la selección de la forma
del rodete, la ejecución
constructiva del rodete (diámetro
de la boca de aspiración, número
de álabes y forma de los cantos
de entrada) así como la
velocidad de diseño de la bomba.
El canto de entrada del canal de
álabes del rodete es la zona
crítica; después de la tubería de
aspiración de bombas de
instalación en seco y después de
la entrada de la bomba en caso
de bombas de instalación
sumergida se trata de la sección
transversal más estrecha por la
que debe pasar el medio
bombeado. Esta circulación
alrededor de los cantos de
entrada de los álabes provoca un
descenso de presión local
inevitable en esta zona. Si a
causa de esta disminución de
presión se pasa a un nivel
inferior a la presión de vapor, se
forman burbujas de vapor .
Fig. 1.4: Influencia del NPSHdisp sobre la curva de estrangulación de la bomba (Fuente: Diccionario de bombas centrífugas de KSB)
Fig. 1.5: Rodete con daños de cavitación (Fuente: Diccionario de bombas centrífugas de KSB)
Q1 Q2 Q
HNPSH
QH-Linie
HA
NPSHdisp (2)
NPSHdisp (1)
NPSHerf
A1
A2
B
1
Vista más amplia en el anexo
10
1.4Potencia absorbida
La potencia absorbida P2 de una
bomba centrífuga es la potencia
mecánica absorbida por el
accionamiento en el eje o
acoplamiento de la bomba y
puede ser determinada con la
ecuación (11) [1.15]:
ηp rendimiento de la bomba o
del acoplamiento
El contenido de materia seca
MS y las impurezas en el
líquido bombeado son
responsables de una potencia
absorbida aumentada en el eje
de la bomba (esto debe ser
considerado en la elección del
motor mediante reservas de
potencia correspondientes) [1.7].
La potencia absorbida P2 no
debe ser confundida con la
potencia disponible en el
accionamiento (es decir la
potencia de accionamiento o
potencia nominal del motor PN).
Esta figura en la placa de
características del fabricante del
motor.
Si se efectúa una medición de
potencia en motobombas
sumergibles, solo puede medirse
la potencia absorbida por el
motor P1. También incluye las
pérdidas internas del motor que
se describen con el rendimiento
del motor ηM. Por lo tanto, la
potencia absorbida en el eje de la
bomba también puede ser
calculada según la ecuación (12):
Al determinar la potencia de
accionamiento necesaria para la
bomba es necesario considerar
reservas de potencia conforme a
EN ISO 9908. Con ello, en
general, se consideran
tolerancias de construcción y
variaciones de las características
de aguas residuales.
Información más detallada y
explicaciones sobre el tema
“Motores” figuran en el
capítulo "Descripción general
del motor".
P2 = [kW]Q · H · g · ρ1000 · ηp
P2 = [kW]P1
ηM
ηM Rendimiento del motor
Selección general de bombas
(11)
(12)
1
11
1.5
Proceso de bombeo
La designación de la bomba
según su fin de aplicación es
una práctica muy común.
Muchas veces se emplea como
distintivo autoexplicativo el
modo de servicio (p. ej. bomba
principal, bomba nodriza,
bomba de carga de base o de
carga punta, entre otros), el
campo de aplicación (p. ej.
bomba de irrigación o de
drenaje, bomba de circulación,
bomba química, bomba de
proceso, bomba de aguas de
lluvia o de tiempo seco, entre
otros), o el medio bombeado (p.
ej. bomba de agua potable, de
agua de mar, bomba de agua,
de aguas residuales, bomba de
materias fecales, de estiércol
líquido, de lodo, de sólidos).
En la técnica de aguas residuales
se utilizan casi exclusivamente
bombas centrífugas o bombas
volumétricas. Mientras que las
bombas volumétricas se emplean
sobre todo en el tratamiento de
lodos (p. ej. en el reactor de
fermentación de lodos, donde se
trata de transportar medios
bombeados con un alto
contenido de materias secas (MS
< 10%), las bombas centrífugas
se encuentran en casi todos los
sectores del transporte de aguas
residuales y de instalaciones
depuradoras.
Bombas centrífugas son
clasificadas según sus
características constructivas, en
especial según la forma del
rodete, la dirección del flujo y el
modo de instalación.
Un dato importante para
describir el comportamiento de
distintos rodetes es la velocidad
específica nq (nota: en los
países anglófonos, salvo EEUU,
la velocidad específica se
denomina "type number K" y
en EEUU "N").
El coeficiente tomado de la
mecánica de semejanza permite
la comparación de rodetes de
diferentes tamaños con
diferentes datos de servicio (Q y
H en el punto del rendimiento
óptimo así como la velocidad
del rodete), la clasificación de
su forma constructiva óptima y
también la forma característica
de su curva característica
correspondiente. Se calcula
como sigue:
Las fig. 1.6 y 1.7 aclaran la
relación entre la velocidad
específica y la forma del rodete
así como sus curvas
características correspondientes.
La velocidad específica de los
rodetes utilizados en el
tratamiento de aguas residuales
es de nq ~ 45 a 200 min-1.
Rodetes de nq ~ 45 a 90 min-1 se
emplean sobre todo para el
transporte de aguas residuales
en y para la instalación
depuradadora (p. ej. estaciones
de bombeo principales e
intermedias, en la entrada de
instalaciones depuradoras, lodo
de reciclaje y también en la
salida de la instalación
depuradora). Todo este campo
lo cubren las motobombas
sumergibles de la serie KRT con
distintos rodetes.
Para el procedimiento de
activación en una instalación
depuradora se necesitan más
bien caudales grandes y alturas
de impulsión bajas (o sea,
rodetes de hélice de nq ~ 160 a
200 min-1). Otros campos de
aplicación de bombas de hélice
son p. ej. la toma de agua de río,
el transporte de agua de
refrigeración y la protección
contra inundaciones. En parques
de atracciones sirven también de
bombas de circulación para las
atracciones acuáticas.
Nota:
Para el diseño de bombas de
hélice y la planificación de las
obras de toma correspondientes
existe una publicación separada
(KSB Know-how, tomo 6,
0118.55 10/07: (Indicaciones de
planificación para bombas
sumergibles en tuberías de
impulsión Amacan).
nq = n · [min-1]Hópt
¾
Selección general de bombas
(13)
√ Qópt
1
12
Fig. 1.6: Rodetes y su velocidad específica nq (1/min)Fuente: Diccionario de bombas centrífugas de KSB
Fig. 1.7: Curvas características típicas de bombas centrífugas a distintas velocidades específicas. Representación en relaciones de cociente, con referencia al punto óptimo (Fuente: Folleto de KSB, Dimensionado de bombas centrífugas)
Q/Qópt1
1
Q/Qópt1
1
HHópt
PPópt
Q/Qópt1
1
Q/Qópt1
1
ŋŋópt
NPSHNPSHópt
Límite de servicioa baja potencia de accionamiento
alta potenciade accionamiento
300
150
70
40
25
300
150
70
40
25
300
150
70
40
25
25
300
300
150
70
40
25
300
25
Selección general de bombas
Rodete de alta
presión
nq hasta 25
Rodete de
presión media
hasta 40
Rodete de baja
presión
hasta 90
Rodete
semiaxial
hasta 160
Rodete de hélice
de
140 a 400 min-1
1
13
específicos para aguas residuales
(rodete de corte, rodete
desplazado, rodete monocanal,
bicanal o tricanal, así como
rodete monocanal abierto) están
adaptadas a las exigencias
especiales en el transporte de
aguas residuales considerando
las condiciones de aplicación
específicas y también la
composición del medio
bombeado.
Indicaciones detalladas sobre la aplicación de rodetes en cuanto a diferentes medios bombeados así como límites de aplicación de los rodetes figuran en el capítulo "Técnica de maquinaria y tipos de instalación".
1.6.1 Curvas características
Bombas centrífugas suministran
a una velocidad constante un
caudal que aumenta al mismo
tiempo que la altura de
impulsión baja. La altura de
impulsión H aplicada al caudal
correspondiente Q proporciona
la curva característica de la
altura de impulsión, llamada
también la curva Q-H. Aparte
de la curva Q-H, otras curvas
características de cada bomba
son la curva del rendimiento
que también depende del
1.6 Selección de la bomba
La selección de la bomba
depende en gran parte de las
condiciones de servicio
existentes – o sea, las exigencias
del contratante en cuanto a
ciertas características de
funcionamiento de la bomba.
Como condiciones de servicio se
entienden en primer lugar los
datos sobre el medio bombeado
(p. ej. temperatura, densidad,
viscosidad, contenido de
materia seca MS, contenido de
arena u otros aditivos), el
caudal esperado y la altura de
impulsión necesaria, el
comportamiento de aspiración y
la velocidad de la bomba
centrífuga. Además, se necesitan
datos sobre el tamaño y los
valores de conexión de los
accionamientos, el modo de
funcionamiento, la frecuencia
de conexiones estimada, así
como influencias de la
instalación o del
medioambiente, como la
emisión de ruidos máx.
admisible, vibraciones
admisibles, fuerzas en tuberías
así como riesgos potenciales de
explosión (indicaciones sobre
las zonas ATEX).
Las motobombas sumergibles
de la serie KRT con sus rodetes
caudal, la curva del NPSHR
oder NPSH3% y la curva de la
potencia absorbida. Todas las
curvas características indicadas
deben ser consideradas al
seleccionar una bomba.
Como ejemplo figuran las
curvas características para una
bomba de rodete tricanal con
una velocidad específica de nq ~
80 min-1 de la fig. 1.8 (rodete de
baja presión).
Todas las indicaciones de los
datos hidráulicos son conforme a
la norma vigente EN ISO 9906 y
se refieren a un funcionamiento
en agua pura. Las curvas
características típicas dependen
de la velocidad específica (véase
también fig. 1.6).
Se diferencian curvas planas y
pendientes. Con una curva
característica pendiente y para
una misma variación de la
altura, el caudal varía menos
que con una curva plana. Por
consiguiente, bombas con una
curva pendiente de la altura de
impulsión tienen mejores
posibilidades de regulación de
caudal que con una curva plana.
Selección general de bombas 1
14
Fig. 1.8: Curvas características para un rodete tricanal nq ~ 80 min-1 a una velocidad de la bomba de n = 960 min-1 (Fuente: Programa de diseño de KSB)
Selección general de bombas
Baureihe-GrößeType-SizeModèle
TipoSerieTipo
NenndrehzahlNom. speedVitesse nom.
Velocità di rotazione nom.Nominaal toerentalVelocidad nom.
Laufrad-øImpeller dia.Diamètre de roue
ø giranteWaaier øDiámetro de rodete
ProjektProjectProjet
ProgettoProjektProyecto
Pos.-Nr.Item No.N° de pos.
N° posPos. nr.N° de art
Angebots-Nr.Quotation No.N° de l'offre
N° offertaOffertenr.N° oferta
KSB AktiengesellschaftPostfach 20074306008 Halle (Saale)Turmstraße 9206110 Halle (Saale)
Laufradaustrittsbreite/Impeller outlet width/Largeur à la sortie de la roueLuce della girante/Waaier uittredebreedte/Anchura de salida rodete
Amarex KRT 300-400K 960 1/min 408 mm
115 mm115 mm
Aus Kurve K41819/5 gerechnetH331-Ha, Hahn Ralf, 2010-11-02
0 2000 4000 6000 8000US.gpm
0 2000 4000 6000IM.gpm
0 100 200 300 400 500l/s
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800m³/h
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800m³/h
Fördermenge/Flow/Débit/Portata/Capaciteit/Caudal
50
20
90
ft
10
20
4
28
m
FörderhöheTDHHauteurPrevalenzaOpvoerhoogteAltura
65
70
hp
48
50
52
46.5
53.5
kWLeistungsbedarfPower InputPuiss. abs.Potenza ass.OpgenomenvermogenPotencia absorb.
20
10
30
ft
5
10
2
m
NPSH R
0
50
100
%
Eta
η [%]
Qmin
ø408/A01
85.2
ø408/A01
ø408/A01
1
15
Mientras que las pérdidas de
fricción aumentan
constantemente si crece el
caudal, las pérdidas de empuje
del caudal de diseño de la
bomba (también llamado Qlibre
de empujes) aumentan tanto
con un caudal decreciente como
creciente. En la fig. 1.9 pueden
verse las pérdidas hidráulicas
como relaciones por cocientes.
La curva característica del
rendimiento (curva Q-η)
asciende del punto de caudal 0
hasta el punto
Q η ópt (~ Qlibre de empujes)
a un valor máximo y a
continuación baja de nuevo. El
curso de la curva característica
1.6.2 Curva característica de la bomba
La curva característica de la altura de impulsión (curva Q-H) es la que se considera superficialmente la curva característica de la bomba. Como ninguna bomba trabaja sin pérdidas, deben restarse de la curva de la altura de impulsión teórica o libre de pérdidas utilizada para el diseño las pérdidas hidráulicas internas de una bomba. Las perdidas hidráulicas internas se componen de las pérdidas de fricción y empuje. Ambos valores de pérdida pueden ser definidos como función del
caudal.
del rendimiento refleja las
pérdidas internas de la bomba e
indica en qué campo de caudal
debe utilizarse la bomba para
trabajar con una máxima
eficacia energética. En la fig.
1.10 se ve la gráfica de este
curso.
Las fig. 1.11 o 1.12 reflejan los
cursos NPSH3% o
respectivamente la potencia
absorbida P2 en el eje de la
bomba. Mientras que la curva
característica NPSH3%
caracteriza el comportamiento
de aspiración de la bomba
(véase el capítulo "Valor
NPSH"), la curva característica
de la potencia absorbida es de
importancia para el cálculo de
la potencia nominal del motor.
1.6.3Curva característica de la instalación
La curva característica de la
instalación se representa también
como función del caudal. Como
se puede ver en la fig. 1.13, la
curva característica de la
instalación está formada por una
componente estática constante y
una componente dinámica
dependiente del caudal de forma
cuadrática proporcional (nota:
esto solo es válido si se desestima
la dependencia de la fricción de
tubería de la cifra de Reynold Re).
Fig. 1.9: Curva característica de la altura de impulsión y su disminu-ción por las pérdidas hidráulicas internas. Representación en relaciones por cocientes, con referencia al punto óptimo
Fig. 1.10: Curva característica del rendimiento □ =f ( Q ). Represen-tación en relaciones por cocientes, con referencia al punto óptimo
Fig. 1.11: Curva característica NPSH3%, NPSH3% = f (Q). Repre-sentación en relaciones por cocientes, con referencia al punto óptimo
Fig. 1.12: Potencia eléctrica absorbida P2 = f (Q). Representa-ción en relaciones por cocientes, con referencia al punto óptimo
Selección general de bombas
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00 1200.00 1400.00 1600.00 1800.00 2000.00 0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
20,00
60,00
40,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
180,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
20,00
60,00
40,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
180,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
Curva característica Q-H
Qeta,opt
Heta,opt
Punto Q libre de empujes
Curva característica Q-P2
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
1
Curva característica Q-H
Curva característica sin pérdidas
Pérdidas de fricción
Pérdidas de empuje
Qeta,ópt
Heta,ópt
Punto Q libre de empujes
Curva característica Q-HQeta,opt
Heta,opt
Punto Q libre de empujesCurva característica Qeta
Curva característica Q-H
Qeta,opt
Heta,opt
Punto Q libre de empujes
Curva característica Q-NPSH3%
Vista más amplia en el anexo
Vista más amplia en el anexoVista más amplia en el anexo
Vista más amplia en el anexo
16
Para motobombas sumergibles
de instalación sumergida la
componente estática de la altura
de impulsión Hgeo es la diferencia
de altura mensurable entre el
nivel de agua en aspiración e
impulsión. La componente
dinámica de la altura de
impulsión está compuesta por la
totalidad de todas las pérdidas
de carga causadas por válvulas,
racores de tubería y tuberías
planeadas o instaladas en el lado
de impulsión de la bomba hasta
la descarga al nivel de agua del
lado de impulsión. En el
apartado "Altura de impulsión"
figuran informaciones detalladas
acerca de ello.
1.7 Límites de servicio admisi-bles para bombas
Cada bomba centrífuga tiene
límites de aplicación o también
de funcionamiento
recomendados. Estos se refieren
al punto hasta el cual la bomba
puede ser utilizada como
máximo por razones
constructivas y técnicas de
instalación o del accionamiento.
La observancia y el
cumplimiento de estos límites es
una condición previa
importante para que la bomba
pueda llevar a cabo su tarea de
bombeo por el periodo de
aplicación previsto. A
continuación, se discutirán los
límites más importantes de
aplicación o funcionamiento.
1.7.1 Punto de funcionamiento o de servicio
El punto de funcionamiento o
de servicio de una instalación de
bombeo se obtiene de la
intersección (fig. 1.13) de la
curva característica de la
instalación y de la bomba
(según el uso lingüístico general
la curva característica de la
altura de impulsión de la bomba
se denomina curva característica
de la bomba). Define la altura
de impulsión que se produce y
el caudal correspondiente. Por
consiguiente, si se quiere
modificar el punto de
funcionamiento es necesario
cambiar la curva característica
de la instalación o de la bomba.
Explicaciones más concretas
figuran más abajo en el
apartado "Modos de
funcionamiento de la bomba".
1.7.2 Límites de servicio Qmín y Qmáx
El comportamiento en
funcionamiento de una bomba
centrífuga (características
hidráulicas, mecánicas y
acústicas) depende en gran parte
de la posición del punto de
funcionamiento o de servicio
respecto al punto Qηópt.
Por eso, al elegir una bomba,
hay que asegurarse que el punto
de servicio se encuentre cerca
del punto óptimo.
(QPF aprox. 0,8 a 1,2 x Qηópt)
No solo los gastos de energía y
de manutención sino también
las fuerzas de excitación
hidráulica son más bajos en este
campo de trabajo.
En la práctica diaria puede
resultar necesario operar con el
grupo en función del proceso en
el campo de carga parcial o
carga excesiva. Cuanto más
lejos está el punto de servicio
del punto óptimo, tanto peor
resulta el flujo hacia los álabes
del rodete y del dispositivo
difusor (carcasa). Si el flujo
relativo ya no puede adaptarse
al contorno del álabe en el lado
de aspiración (carga parcial) o
en el lado de impulsión (carga
excesiva), se forman zonas de
interrupción de flujo que
interfieren en aumento en la
transmisión de la energía al
líquido bombeado.
Fig. 1.13: Curva característica de la instalación – suma de las compo-nentes estática y dinámica de la altura de impulsión
Selección general de bombas
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
Curva característica de la bomba
Curva característica de la instalación
Hestático a Hgeo
Hdinámico
QAP
HAP
Punto de funcionamiento de la bomba
1
Vista más amplia en el anexo
Reclamaciones de garantía al
fabricante de la bomba se
excluyen en estos casos.
1.7.3 Particuliaridades en el transporte de aguas resi-duales
La bomba centrífuga es solo un
componente de la instalación de
tratamiento de aguas residuales.
Solo puede trabajar de modo
fiable, si tanto los sistemas
periféricos de la instalación, el
medio bombeado (características
y composición), como el control y
modo de funcionamiento han
sido adaptados a las
características de la bomba
centrífuga o su sistema
hidráulico. En este contexto
sugerimos fijarse en el hecho de
que la expresión ‚sistema
hidráulico libre de atascamiento’
que se utiliza muy a menudo no
es correcta – solo es una cuestión
de la carga hasta que se atasque
cualquier sistema hidráulico. En
todo caso, el término "sistema
hidráulico de atascamiento
reducido" es mejor, ya que es una
descripción más realista.
Basadas en las experiencias de
expertos en este campo hemos
resumido a continuación algunas
particularidades en el transporte
de aguas residuales.
Aumentan las fuerzas hidráulicas
(fuerzas radiales y axiales), y
rápidamente vibraciones
mecánicas, ruidos y no en último
término la cavitación que son los
fenómenos perceptibles en el
exterior. Los fabricantes de
bombas determinan mediante la
fijación del límite Qmín y Qmáx el
campo de funcionamiento
continuo admisible de sus
bombas (sin indicación explícita,
el final de la curva característica
de la bomba representada
determina el límite de Qmáx).
Por regla general, el campo de
servicio admisible es de aprox.
0,3 a 1,4 x Q η ópt .
Para bombas centrífugas de una
velocidad específica más alta a
partir de aprox. nq= 140 1/min el
límite de Qmín puede resultar
considerablemente más alto
situándose en
aprox. 0,6 a 0,7 x Q ηópt.
Un funcionamiento de la
instalación más allá de este
campo de servicio admisible
provoca una carga aumentada y
un desgaste prematuro de
componentes de la bomba.
Éstas deben ser tenidas en cuenta
en la planificación de una
instalación de tratamiento de
aguas residuales para alcanzar un
alto grado de fiabilidad
("funcionamiento con
atascamiento reducido").
- Punto de funcionamiento cerca
del punto óptimo. En la gama
QPF ~ 0,8 a 1,2 x Qηópt no solo se
encuentra el campo de trabajo
energéticamente más favorable,
sino también aquel campo en el
que las impurezas en el medio
bombeado pueden ser
transportadas lo más rápido
posible. En la fig. 1.15 figura este
campo. Especialmente en el
campo de carga parcial entre
Qmín y 0,8 x Q ηópt el transporte de
impurezas está más o menos
sensiblemente limitado a causa de
los caudales bajos (escasa
velocidad de flujo). Un
funcionamiento permanente de la
bomba en este campo puede
causar atascamientos en el canal
del rodete o un gripado en la
cámara lateral del rodete. Esta
característica de bombas
centrífugas gana importancia al
determinar el campo de control y
de funcionamiento y con ello el
desplazamiento del punto de
trabajo. Las palabras claves en
este contexto son: regulación de
la velocidad, cambio de la altura
de impulsión estática entre el
nivel de agua de conexión y
desconexión en el pozo de la
bomba y funcionamiento en
paralelo.
17
Selección general de bombas
Fig. 1.14: "Límites de funciona-miento Qmín y Qmáx – Representa-ción del campo de funcionamiento continuo admisible de la bomba centrífuga (Qmín aprox. 0,3*Qeta,ópt y Qmáx aprox. 1,4 * Q eta,ópt)“
1
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
Curva característica de la instalación
Hgeo
Qmin
Qηopt
Curva característica de
la bomba
AP
Qmax
Campo de funcionamiento continuo admisible
Vista más amplia en el anexo
18
bombeado. Indicaciones
detalladas sobre la aplicación de
rodetes en cuanto a diferentes
medios bombeados así como
límites de aplicación de los
rodetes figuran en el capítulo
"Técnica de maquinaria y tipos
de instalación".
- Velocidades de flujo en
tuberías y el régimen de control
en caso de un funcionamiento
con convertidores de frecuencia.
Hoy en día el control de
bombas se efectúa cada vez más
mediante convertidores de
frecuencia. Esto resulta
ventajoso desde el punto de
vista energético y ofrece además
la posibilidad de procesos de
depuración continuos. En
general, los campos de control
en sí no dependen de las
características constructivas y
mecánicas de la bomba o de los
accionamientos, sino que deben
ser determinados
individualmente considerando
la velocidad de arrastre mínimo
de sólidos y fibras. Experiencias
pertinentes demuestran que en
tuberías de impulsión verticales
la velocidad de flujo no debe ser
inferior a 2 m/s, en caso de
tuberías horizontales basta una
velocidad superior a 1 m/s.
Debe quedar asegurado que las
impurezas serán expulsadas por
completo de la bomba y de la
tubería de impulsión, incluso a
velocidad baja.
- Prever reservas de motor
suficientes. Todas las
indicaciones de fabricante en
cuanto a los datos hidráulicos
de la bomba se basan en la
norma vigente EN ISO 9906 y
se refieren a un servicio con
agua pura. Ningún planificador
puede predecir con certeza las
características reales de las
aguas residuales; se observa una
tendencia a aguas residuales con
un porcentaje de sólidos o fibras
cada vez más alto. La seguridad
de funcionamiento debería ser
más importante que los gastos
de inversión (véase la reserva
recomendada según ISO 9908).
- Selección del rodete adecuado.
Las motobombas sumergibles
de la serie KRT con sus rodetes
específicos para aguas residuales
(rodete de corte, rodete
desplazado, rodete monocanal,
bicanal o tricanal, así como
rodete monocanal abierto) están
adaptadas a las exigencias
especiales en el transporte de
aguas residuales considerando
las condiciones de aplicación
específicas y también la
composición del medio
La velocidad periférica del
diámetro exterior del rodete D2
de rodetes para aguas residuales
no debe ser inferior a 15 m/s.
Por principio, se debe arrancar
una bomba centrífuga con la
rampa de arranque más corta,
es decir, alcanzar lo más rápido
posible una velocidad alta. Solo
entonces se puede reducir la
velocidad y ajustar el punto de
funcionamiento deseado.
Campos de frecuencias
naturales de la instalación
(fundamento / bomba / tubería)
deben ser suprimidos en el
convertidor de frecuencia y no
deben ser utilizados de forma
permanente. En funcionamiento
en paralelo todas las bombas
deben ser accionadas dentro de
lo posible a la misma frecuencia
para evitar una separación de
grupos individuales hacia el
campo de carga parcial no
permitido. Las válvulas de
retención deben abrir por
completo en cualquier punto de
funcionamiento de las bombas
para ofrecer superficies de
ataque mínimas a las impurezas
y prevenir atascamientos.
- Condiciones de afluencia y
diseño de la obra. Condición
previa para un funcionamiento
libre de perturbaciones de las
bombas y el cumplimiento de los
datos de bombeo acordados en el
contrato son condiciones de flujo
hidráulicamente optimizadas
(explicación detallada en el
capítulo "Diseño de la obra").
Fig. 1.15: Campo de funciona-miento preferido u óptimo para el transporte de aguas residuales
Selección general de bombasl1
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
Curva característica de la instalación
Hgeo
Qmin
Qηopt
Curva característica de la bomba AP
Qmax
Campo de funcionamiento
óptimoCampo de funcionamiento continuo admisible
Vista más amplia en el anexo
19
Selección general de bombas
1.8.1 Funcionamiento individual
La curva característica de la
instalación puede ser cambiada
al variar la altura de impulsión
estática. Decisivo para ello
puede ser un cambio de la altura
geodésica del nivel de agua en la
cámara de aspiración, como
indicado en la fig. 1.16. El
campo de funcionamiento de la
bomba se sitúa en la curva
característica Q-H entre los dos
puntos de trabajo "bomba
conectada" y "bomba
desconectada".
Nota:
Observar el punto de
funcionamiento cerca del punto
óptimo, o sea, del campo de
trabajo óptimo.
1.8.2Regulación por estrangulación
Existen dos posibilidades básicas
Las motobombas sumergibles de
la serie Amarex KRT disponen de
pozos relativamente pequeños
con soleras parcialmente
biseladas que aseguran una
afluencia continua de la carga
contaminante. Con ello se
consigue evitar en caso de
intervalos de conexión
relativamente cortos una
concentración de sedimentos y los pozos permanecen limpios.
1.8 Modo de funcionamiento de la bomba
El modo de funcionamiento de la
bomba depende de muchos
factores. Es posible cambiar el
punto de funcionamiento
mediante una modificación del
diámetro del rodete, la velocidad
o un servicio en paralelo o en
serie. No deben ser olvidadas las
condiciones secundarias de la
instalación como altura de nivel
de agua estancada, condiciones
de afluencia, el valor NPSH de la
instalación y al fin y al cabo las
propiedades del medio
bombeado, como composición,
densidad y viscosidad,
temperatura, etc. En los
apartados siguientes tratamos
este tema más a fondo.
para modificar la curva
característica de la instalación.
Por un lado se pueden aumentar
o reducir las resistencias de flujo
dentro de la tubería. Esto se hace
de forma intencionada al
cambiar la apertura de un
elemento de estrangulación, el
empleo de otro recorrido de
bombeo (tuberías con diferentes
diámetros y largos nominales) o
no intencionado por sedimentos,
corrosión o incrustaciones.
Al cerrar o estrangular las
válvulas de una bomba
centrífuga se "destruye"
conscientemente energía ya
producida y transformada en
altura de impulsión
(correctamente: despilfarrar la
energía sin aprovecharla). Desde
el punto de vista energético se
trata de la peor solución de
regulación y además debe ser
evitada en el transporte de aguas
residuales (a excepción de los
procesos de arranque y parada)
para no producir un riesgo de
atascamiento en o detrás de estas
válvulas.
Fig. 1.16: Cambio del punto de funcionamiento de la bomba a velocidad fija y variación de la altura de impulsión estática entre el nivel de agua de conexión y desconexión en el lado de aspiración
Fig. 1.17: Cambio del punto de funcionamiento de la bomba al variar las pérdidas de carga en la tubería de transporte, como p. ej. cambio del diámetro nominal de tubería, cambio del recorrido de bombeo o del largo o sedimentos e incrustaciones en la tubería
1
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
AP(ein)
Curva característica de la instalación al nivel de agua de desconexión
Hgeo,max
Qmin
Qηopt
Curva característica de la bombaHgeo,min
AP(aus)
Curva característica de la instalación al nivel de agua de conexión
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
AP1
Curva característica de la instalación 1
Hgeo
Qmin
Qηopt
Curva característica de la bomba
AP2
AP3
Curva de estrangulación 2
Curva de estrangulación 3
Vista más amplia en el anexo
Vista más amplia en el anexo
20
Selección general de bombas
1.8.3 Adaptación del diámetro
de rodete
Una medida relativamente fácil
y hidráulicamente muy eficaz
(pero irreversible) para reducir
el caudal y la altura de
impulsión sin variar la
velocidad, es la adaptación del
diámetro del rodete D2 al
reducirlo en el torno (fig. 1.18).
Ya que con esta medida se
modifican el largo del álabe, la
anchura de salida del álabe y el
ángulo de salida del álabe, el
efecto, es decir, el cambio del
caudal, de la altura de
impulsión y del rendimiento,
varía según la construcción del
rodete (velocidad específica nq).
Como aproximación se puede
constatar: Cuanto menor la
velocidad específica nq, tanto
más se puede reducir el
diámetro del rodete sin tener
que contar con mayores
pérdidas de rendimiento.
Los fabricantes de bombas
indican en la documentación /
folletos de curvas características
el posible campo de reducción
del diámetro del rodete en
forma de un tramado de torno.
Dentro de estos límites la
relación entre diámetro de
rodete, caudal y altura de
impulsión puede ser descrita
con la ecuación (14):
1.8.4 Regulación de velocidad
Una bomba centrífuga de
velocidad variable solo produce
el caudal / la altura de
impulsión que realmente hace
falta. Por lo tanto, esta
posibilidad de regulación es la
forma más económica en cuanto
al consumo de energía y la más
suave respecto a la carga de los
componentes de la bomba. La
reducción de velocidad
proporciona además en el lado
de afluencia seguridad adicional
frente al valor NPSH de la
instalación. La relación entre
velocidad, caudal y altura de
impulsión refleja la ley de
afinidad – un caso especial de
las leyes modelo para bombas
centrífugas - a condición de una
densidad invariable y un
rendimiento constante de la
bomba:
Los pares de variables
pertenecientes para Q y H se
encuentran en una línea recta
imaginaria a través del origen
del sistema de coordenadas Q-H
(fig. 1.18). El nuevo punto de
funcionamiento del grupo es la
intersección que se da en la
curva característica de la bomba
con rodete de diámetro reducido
y la curva característica no
variada de la instalación.
Nota: Observar el punto de
funcionamiento cerca del punto
óptimo, o sea, del campo de
funcionamiento óptimo; la velo-
cidad periférica en la salida del
rodete no debería ser inferior a
aprox. 15 m/s, a ser posible.
= = Q2T
Q2máx
H2T
H2máx
D2T
D2máx
( )2
Fig. 1.18: Reducción o adaptación del diámetro de rodete al punto de funcionamiento deseado de la bomba
(14)
Fig. 1.19: Cambio del punto de funcionamiento de una bomba centrífuga al variar la velocidad
(15)
= Q1
Q2
n1
n2
= H1
H2
n1
n2( )
2
= P1
P2
n1
n2( )
3
1
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
D2max
AP Curva característica de la instalación
Hgeo
Qmin
Qηopt
Diámetro de reducción D2T
D2min
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
n1
AP1
Curva característica de la instalación
Curva característica de la bomba
Hgeo
Qmin
Qηopt
AP2
AP3
n2n3
Vista más amplia en el anexo
Vista más amplia en el anexo
21
Selección general de bombas
Los pares de variables
correspondientes para Q y H se
encuentran en una parábola
imaginaria a través del origen
del sistema de coordenadas
Q-H, representada en la fig.
1.19 mediante la línea en trazos
y puntos. El nuevo punto de
funcionamiento del grupo es la
intersección que se da entre la
curva característica de
velocidad reducida y la curva
característica de la instalación
no variada. En caso de una
curva característica de la
instalación con una componente
estática pequeña, el nuevo
punto de funcionamiento sigue
cerca del punto óptimo. Cuanto
mayor la componente estática
de la curva característica, tanto
más se acerca la bomba a
caudales más pequeños y al
campo de peores rendimientos
en régimen de carga parcial si
se reduce la velocidad; y si se
aumenta la velocidad la bomba
se acerca a campos de peores
rendimientos en régimen de
sobrecarga.
Nota:
Observar el punto de
funcionamiento cerca del punto
óptimo, o sea, del campo de
funcionamiento óptimo;
observar la velocidad de flujo en
las tuberías al régimen de
control para un funcionamiento
con convertidor de frecuencia; la
velocidad periférica a la salida
del rodete no debería ser inferior
a 15 m/s , a ser posible; prever
una reserva de motor suficiente
en caso de un funcionamiento
con convertidor de frecuencia.
1.9Funcionamiento en para-lelo de bombas de tamaños constructivos idénticos
El funcionamiento en paralelo
de dos o más bombas
centrífugas con una tubería de
bombeo / tubería central común
es una buena solución en caso
de curvas características planas
de la instalación. Cuanto menor
resulta la componente dinámica
de la altura de impulsión
dependiente proporcionalmente
al cuadrado del caudal de la
curva característica de la
instalación, mayor es el
aumento asequible del caudal.
Estas relaciones figuran en la
fig. 1.20. El caudal total de
grupos idénticos está compuesto
por partes iguales de los
caudales correspondientes a las
alturas de impulsión de las
bombas individuales. La altura
de impulsión de las bombas
individuales debe ser
incrementada por la
componente dinámica de las
pérdidas de carga de la tubería
individual hasta su integración
en la tubería central. La curva
característica de la instalación
de la tubería central sólo refleja
las pérdidas de carga a partir
del punto de unión de las
tuberías individuales.
Nota:
Observar el punto de
funcionamiento cerca del punto
óptimo, o sea, del campo de
funcionamiento óptimo;
observar las velocidades de flujo
en las tuberías; en el diseño de
la estación de bombeo para un
funcionamiento en paralelo de
dos o más grupos idénticos, en
ciertas circunstancias debe
excluirse la afluencia de uno de
los grupos a la tubería central –
este caso se da si no se puede
obtener un punto de
funcionamiento admisible como
intersección entre la curva
característica de la instalación y
de la bomba individual.
Fig. 1.20: Funcionamiento en paralelo de dos bombas centrífugas idénticas. Las pérdidas en tuberías individuales (pérdidas de carga hasta la integración en la tubería central) están consideradas en la curva característica reducida de la bomba
1
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
500,00 1000,00 1500,00 2000,00 2500,00 3000,00
Grupo 1 o 2
Grupo 1 & grupo 2 Curvas reducidas
AP
Curva característica de la instalaciónTubería central
Pérdidas de altura de impulsión tuberías individuales grupo 1 o grupo 2
Hgeo
Qmin
Qηopt
Curva característica de la bomba reducida por las pérdidas de las tuberías individuales
Vista más amplia en el anexo
22
Selección general de bombas
1.10Funcionamiento en paralelo de bombas de diferentes tamaños constructivos
El funcionamiento en paralelo
de dos o más bombas
centrífugas de diferentes
tamaños constructivos puede
tratarse en principio de forma
análoga al funcionamiento en
paralelo de bombas de tamaños
constructivos idénticos (fig.
1.21). Trabajan juntas sin
problemas si se trata de grupos
con curvas características de
Q-H estables (altura de
impulsión a caudal cero es más
grande que la altura de
impulsión en el punto Qmín) que,
a ser posible, tienen la misma
altura de impulsión a caudal
cero.
El caudal total se compone de
los caudales correspondientes a
las alturas de impulsión de las
bombas individuales. La altura
de impulsión de las bombas
individuales debe ser
incrementada por la
componente dinámica de las
pérdidas de carga de la tubería
individual hasta su integración
en la tubería central. La curva
característica de la instalación
de la tubería central solo refleja
las pérdidas de carga a partir
del punto de unión de las
tuberías individuales.
Observar el punto de
funcionamiento cerca del punto
óptimo, o sea, del campo de
funcionamiento óptimo. El
grupo con la altura de impulsión
a caudal cero más baja puede ser
apartado fácilmente a caudales
más pequeños, si la altura de
impulsión total cambia (Hgeo
máx, estrangulación, etc.);
observar la velocidad de flujo en
las tuberías individuales; en el
diseño de la estación de bombeo
para el funcionamiento en
paralelo de dos o más grupos
diferentes, en ciertas
circunstancias debe excluirse la
afluencia de uno de los grupos a
la tubería central – este caso se
da si no se puede obtener un
punto de funcionamiento
admisible como intersección
entre la curva característica de la
instalación y de la bomba
individual.
1.11 Conexión en serie
La conexión en serie (una tras
otra) de dos bombas centrífugas
idénticas en una tubería de
bombeo común es la solución
ideal en caso de curvas
características pronunciadas de
la instalación. En combinación
con curvas características planas
de bombas, incluso en caso de
mayores variaciones de la altura
de impulsión (p. ej. cambio de la
componente estática de la altura
de impulsión Hgeo) el caudal
resultante no varía mucho. La
altura de impulsión total se
compone de las alturas de
impulsión correspondientes a los
caudales de las bombas
individuales. Estas relaciones
figuran en la fig. 1.22.
En el transporte de aguas
residuales este modo de
funcionamiento solo se aplica en
casos muy raros.
Nota:
Observar el punto de
funcionamiento cerca del punto
óptimo, o sea, del campo de
funcionamiento óptimo; observar
las velocidades de flujo en las
tuberías; el segundo grupo en
dirección del flujo no solo debe
ser apto para el aumento de
presión sino también para la
presión inicial del primer grupo;
observar la resistencia de la
carcasa / clase de presión de la
carcasa.
Fig. 1.21: Funcionamiento en paralelo de dos bombas centrífugas diferentes. Las pérdidas en tuberías individuales (pérdidas de carga hasta la integración en la tubería central) están consideradas en la curva característica reducida de la bomba
1
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
500,00 1000,00 1500,00 2000,00 2500,00 3000,00
^
Grupo2Grupo1
Grupo 1 & grupo 2
Curvas reducidas
AP
Curva característica de la instalación tubería central
Pérdidas de altura de impulsión Tuberías individuales grupo 1 o grupo 2
Hgeo
Qmin
Qηopt
Curva característica de la bomba reducida por las pérdidas de las tuberías individuales
Vista más amplia en el anexo
1.12Escalonamiento de bombas
Para estaciones de bombeo que
están integradas en grandes
redes y que deben trabajar
temporalmente en diferentes
trayectos (de bombeo) y están
expuestas a grandes variaciones
de servicio, el campo de
funcionamiento y las
posibilidades de regulación de
una o varias bombas
centrífugas muchas veces ya no
bastan. En la fig. 1.23 se ve el
esquema de un posible
escalamiento de diferentes
bombas. La totalidad de los
trayectos de bombeo / curvas
características de la instalación
se divide en tres secciones, en
este ejemplo en un
funcionamiento en días de
lluvia, un funcionamiento de
día y un funcionamiento
nocturno.
23
Selección general de bombas
Fig. 1.22: Conexión en serie de dos bombas centrífugas idénticas
Todas las bombas pueden ser
adaptadas a las condiciones
secundarias actuales de caudal
y trayecto de bombeo gracias a
la velocidad variable. Cada
bomba dispone de una bomba
de reserva idéntica. Las bombas
para el funcionamiento de día
existen dos veces (redundancia)
y también pueden trabajar en
paralelo. Para un
funcionamiento en días de
lluvia o durante el día se puede
contar con una suficiente
dilución de las aguas residuales.
Aquí pueden utilizarse bombas
centrífugas de tamaño
correspondiente con rodetes
tipo multicanal (número de
álabes z = 2 o 3).
Para el funcionamiento
nocturno se utilizan rodetes
tipo monocanal o desplazados,
ya que hay que contar con una
fuerte concentración de sólidos
en el medio bombeado debido a
los caudales reducidos.
Nota:
Observar el punto de
funcionamiento cerca del punto
óptimo, o sea, del campo de
trabajo óptimo; observar las
velocidades de flujo en las
tuberías en operación con
convertidor de frecuencia;
observar la velocidad periférica
a la salida del rodete que no
debería ser inferior a 15 m/s, a
ser posible; prever una reserva
de motor suficiente en caso de
un funcionamiento con
convertidor de frecuencia.
Bombas para días de lluvia 1+1
Q/Qopt = 0,8
Q ηopt
Q/Qpot = 1,2
n1
n2
n3
Bombas para un funcionamiento de día 2+1
Bombas para un funcionamiento de noche 1+1
Q
H
Fig. 1.23: Escalonamiento de bombas en bombas para días de lluvia, un funcionamiento de día y un funcionamiento nocturno para cubrir diferentes trayectos de bombeo en caso de diferentes niveles de agua y acontecimientos
1
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
Grupo 1 & grupo 2
AP
Curva característica de la instalación
Hgeo
Qmin
Qηopt
Grupo 1 o grupo 2
Vista más amplia en el anexo Vista más amplia en el anexo
24
Selección general de bombas
1.13Concepto de la bomba de instalación sumergida
El concepto más simple para
una estación de bombeo son
bombas de instalación
sumergida. Las bombas son
instaladas directamente en la
cámara de aspiración y durante
el funcionamiento están
parcialmente o completamente
sumergidas en aguas residuales.
La bomba puede ser accionada
por un eje vertical de un motor
instalado sobre el nivel de
embalse o todo el grupo opera
como una motobomba
sumergible y se instala bajo el
agua.
En la práctica estaciones de
bombeo de instalación
sumergida se utilizan sobre
todo en instalaciones más
pequeñas (caudal hasta aprox.
100 l/s); se trata de las llamadas
estaciones de bombeo
prefabricadas [1.17; 1.18].
También en estaciones de
bombeo grandes (caudal hasta
aprox. 16.000 l/s) se benefician
cada vez más de las ventajas de
una instalación sumergida. Las
ventajas y desventajas de este
tipo de instalación figuran en la
tabla 1.1 [1.19].
Para evitar atascamientos no
debe haber estrechamientos en
la tubería en dirección de flujo
y el diámetro interior de las
tuberías de impulsión debe ser
como mínimo idéntico al
diámetro interior de la boca de
impulsión [1.20]. Las piezas de
empalme de las tuberías no
deben tener estrechamientos y
válvulas abiertas tampoco
deben obstaculizar el flujo
[1.21; 1.22]. El diámetro
óptimo debe ser calculado
mediante la velocidad de flujo
mínimo – y debería ser
sustituido entonces por un tubo
de tamaño siguiente mayor
disponible. En caso de tuberías
de impulsión largas las medidas
contra el golpe de ariete tienen
prioridad a medidas para el
cumplimiento de la velocidad de
flujo mínima. La velocidad
máxima en tuberías de
impulsión hasta 500 m de largo
es de 2,5 m/s [1.23].
El material de las tuberías debe
ser apto para las aguas
residuales a bombear y
resistente a la corrosión (ácido
sulfhídrico). Esto también es
válido para los soportes de las
tuberías que deben proveerse en
distancias cortas. La tubería
debe ser fijada de tal forma que
no se transmitan fuerzas a la
bombas. Debe tener una
superficie interior lisa, resistir
cargas cíclicas y estar diseñada
para una presión de servicio de
6 a 10 bar. La integración de la
tubería de impulsión de la
bomba en la tubería principal
debe hacerse en posición
horizontal. Evitar bruscos
cambios de dirección. Las
piezas de empalme y los racores
de las tuberías deben cumplir
con las normas de producto
pertinentes.
Válvulas de mariposa no sirven
como elemento de cierre.
Recomendamos válvulas de
compuerta de junta blanda con
rosca exterior, cuerpo en GGG,
vástago en 1.4571, tuerca del
vástago y anillos de asiento en
2.1060. En caso de actuadores
mecánicos vigilar que la fuerza
de regulación máx. posible no
pueda dañar la válvula de
compuerta [1.24].
Elementos de retención
especialmente aptos son
válvulas de retención con
palanca y peso. Materiales
recomendados para el cuerpo
son fundición gris con grafito
laminar (GGL) o hierro fundido
con grafito esferoidal (GGG)
[1.25]. Para velocidades de flujo
bajas pueden utilizarse válvulas
de retención de bola [1.26]. El
elemento de retención debe
estar instalado en posición
vertical y a ser posible muy por
encima de la bomba para que el
nivel de agua creciente pueda
eliminar el aire de la bomba.
Entonces no hace falta un
dispositivo de purga de la
bomba [1.27].
1
25
Selección general de bombas
Anotaciones acerca de la cifra de Reynolds
La velocidad de flujo v no es
constante en toda la superficie
de sección del tubo A. Como
líquido de Newton (viscoso) se
adhiere a la pared del tubo,
donde la velocidad de flujo es
igual a cero. En el eje del tubo
la velocidad de flujo alcanza su
máximo. En el curso de la
velocidad de flujo por la
superficie de sección se distingue
entre un flujo laminar y
turbulento (fig. 1.24) [1.35].
La forma de flujo depende de la
velocidad de flujo medio ν, el
diámetro de tubo d y la
viscosidad cinemática ν del
fluido. Estas magnitudes se
concentran en la cifra de
Reynolds Re. Para KSB AG la
cifra de Reynold Re = 2320 es el
límite entre el flujo turbulento y
laminar.
La instalación de las bombas
(como mínimo dos) [1.28] debe
hacerse de tal forma que el agua
pueda fluir libremente hacia
ellas (servicio de afluencia)
[1.29]. Evitar un
funcionamiento en el campo
inestable. Limitar la cavitación
a la medida admisible (NPSHdisp
/ NPSHreq ≥ 1,3) [1.30]. Las
bombas empleadas deben ser las
adecuadas para el agua a
bombear y para el objetivo de
bombeo [1.31]. Según las
normas europeas bastan
motores sin protección
antiexplosiva. Para Alemania,
en cambio, reglamentos
nacionales exigen una
protección contra explosión
según zona EX dII B T3, ya que
cámaras de aspiración de
instalaciones de bombas de
aguas residuales son
consideradas espacios con riesgo
de explosión [1.32].
Mensajes de funcionamiento
deben ser indicados
individualmente de forma óptica
y mensajes de fallos
individualmente de forma óptica
y en conjunto también de forma
acústica [1.33]. Además
recomendamos instalar
instrumentos de medición del
nivel, de la presión de impulsión
y del caudal [1.34].
Anotaciones acerca del volumen de aspiración
Según ATV-DVWK-A 134 para
bombas de velocidad constante
el volumen de la cámara de
aspiración disponible se calcula
como sigue:
Para cantidades de aguas
residuales domésticas existen
suposiciones normalizadas.
Para Alemania se supone una
cantidad de aguas residuales de
150 a 300 l por habitante y día
(sin reserva de infiltración) y
una descarga punta de 4 a 5 l
por 1000 habitantes y segundo
(reserva de infiltración incluida)
[1.36].Fig. 1.24: Flujo laminar y turbu-lento
V = 0,9 · QP
Z(16)
1
26
Literatura
[1.1] Literatura de profundización: ATV-DVWK –A 134
[1.2] Literatura de profundización: ATV-DVWK –A 118
[1.3] Literatura de profundización: ATV-DVWK –A 134
[1.4] Comprensión matemática de la representación
de Turk, W.I. (1954), pág.144
[1.5] Compare Código fuente PWSIM 02, línea 353
[1.6] Comprensión matemática de la representación
de Turk, W.I. (1954), pág.144
[1.7] Literatura de profundización: Diccionario de
bombas centrífugas de KSB
[1.8] Hahne, E. (2000), pág. 397
[1.9] Literatura de profundización:
Dimensionado de bombas centrífugas de KSB
[1.10] Literatura de profundización:
Dimensionado de bombas centrífugas de KSB
[1.11] Literatura de profundización:
Dimensionado de bombas centrífugas de KSB
[1.12] Literatura de profundización:
Calculador de tuberías de KSB, Software de diseño
[1.13] Literatura de profundización:
Folleto Europump 1974 (NPSH de bombas
centrífugas – Significado, cálculo, medición)
[1.14] Literatura de profundización:
Folleto Europump 1974 (NPSH de bombas
centrífugas – Significado, cálculo, medición)
[1.15] Literatura de profundización:
Diccionario de bombas centrífugas de KSB
[1.16] Compare KSB AG (1989)
[1.17] Compare ATV e.V. (editor) (1982),
pág.443 y siguiente
[1.18] Compare Weismann, D. (1999),
pág.100 y siguientes
[1.19] Weismann, D. (1999), pág.104 y siguiente.
[1.20] Compare ATV-DVWK-A 134 (2000), pág.20
[1.21] Compare EN 752-6 (1998), pág.6
[1.22] Compare ATV-DVWK-A 134 (2000), pág.23
[1.23] Compare ATV-DVWK-A 134 (2000), pág.10
[1.24] Compare ATV-DVWK-A 134 (2000),
pág.21 y siguientes
[1.25] Compare ATV-DVWK-A 134 (2000), pág.24
[1.26] Compare ATV-DVWK-A 134 (2000), pág.24
[1.27] Compare ATV-DVWK-A 134 (2000), pág.24
[1.28] Compare EN 752-6 (1998), pág.4
[1.29] Compare ATV-DVWK-A 134 (2000), pág.7
[1.30] Compare ATV-DVWK-A 134 (2000), pág.15
[1.31] Compare EN 752-6 (1998), pág.6
[1.32] Compare ATV-DVWK-A 134 (2000), pág.18
[1.33] Compare ATV-DVWK-A 134 (2000), pág.30
[1.34] Compare ATV-DVWK-A 134 (2000), pág.30
[1.35] Compare Hahne, E. (2000), pág.395 y siguientes
[1.36] Compare EN 752-4 (1997), pág.14 y siguientes
Ventajas Desventajas
Escasos gastos para trabajos civiles (parcialmente disponibles
como estaciones de bombeo prefabricadas)
Elementos incorporados favorecen sedimentos en la cámara de
aspiración.
Poco espacio requerido Accesibilidad difícil
Escasa necesidad de inversión Condiciones de mantenimiento no higiénicas
Técnica de instalación simple
NPSHdispon alto
Tabla 1.1: Ventajas y desventajas de estaciones de bombeo de instalación sumergida (Fuente: Representación propia en apoyo a Weismann, D. (1999), pág. 104 y siguientes)
Selección general de bombas1
27
Selección general de bombas
2. Técnica de maquinaria e instalación
2.1Selección de la óptima geometría de rodete
En ningún otro campo de
aplicación de bombas centrífugas
existen tantas formas de rodete
como para el transporte de aguas
residuales (fig. 2.1). Todas estas
formas de rodete tienen su
justificación.
El criterio de selección más
importante para la forma del
rodete es la seguridad funcional.
De ahí se explica también la
exigencia de la directiva ATV
(DVWK-A 134) de un paso libre
de 100 (76) mm. El rendimiento
de la bomba también ha ganado
importancia en los últimos años.
Los requisitos de seguridad
funcional se concentran sobre
todo en el contenido de gas, el
porcentaje de fibras, el tamaño
de sólidos, el contenido en
materia seca (CMS) y el
contenido de arena. En la tabla
2.1 figuran las expectativas
matemáticas de KSB en cuanto a
los medios existentes en el sector
de aguas residuales.
Mientras se puedan definir de
forma relativamente clara los
límites de las distintas formas de
rodete respecto al contenido de
gas, arena y materia seca, la
cuantificación no resultará tan
fácil para impurezas como fibras
u otros sólidos. La composición
de las aguas residuales también
puede variar temporalmente. En
la selección se debe recurrir a las
experiencias del usuario.
La tabla 2.2 refleja los límites de
aplicación de las distintas formas
de rodete.
Rodetes abiertos y sobre todo el
rodete F (rodetes de paso libre)
sirven para un alto contenido de
gas y un contenido mayor de
fibras. Para aguas residuales
limpiadas con reja
recomendamos los rodetes
cerrados K debido a su excelente
rendimiento. Para tamaños
pequeños y medianos solo
pueden utilizarse rodetes
desplazados o monocanales para
sólidos mayores, ya que disponen
del paso libre necesario.
Componentes de fibras largas
(productos textiles, artículos de
limpieza y sanidad, partes de
plantas) ponen en peligro la
seguridad funcional en caso de
rodetes cerrados (con tapa de
protección) no solo en el canto de
entrada sino también en la
cámara lateral del rodete en el
lado de aspiración.
A causa del flujo volumétrico de
fugas por el intersticio entre
rodete y carcasa de bomba, en
esta zona existe el peligro de una
concentración de fibras (fig. 2.2)
lo que puede provocar el llamado
gripado (fig. 2.3). Este riesgo
puede ser disminuido por un
intersticio estrecho cuyas
medidas no cambian gracias a
materiales resistentes al desgaste.
Esto también proporciona la
ventaja de un rendimiento
estable.
Fig. 2.2: Zonas de riesgo por causa de fibras
Fig. 2.3: Gripado
Fig. 2.1: Formas de rodete
2
28
Técnica de maquinaria e instalación
Contenido de gasvol%
Contenido de fibras
Tamaño de sólidos
Contenido en materia seca (%)
Contenido de arena (g/l)
Agua de lluvia y aguas superficiales - bajo pequeño - 0 - 3
Aguas residuales
- Aguas residuales comunales
- Aguas residuales domésticas 0 - 2 medio medio - 0 - 3
- Aguas residuales artesanales 0 - 2 alto grande - 0 - 3
- Aguas residuales industriales 0 - 2 alto grande 0 - 5 0 - 3
Aguas arenosas - - - - 8 - 10
Lodos
- Lodo activado 2 - 4 bajo pequeño 1 - 2 -
- Lodo primario 2 - 4 bajo pequeño 2 - 6 -
- Lodo secundario 2 - 4 bajo pequeño 2 - 3,5 -
- Lodo espesado 3 - 6 bajo pequeño 2 - 5 0 - 2
- Lodo estabilizado - bajo pequeño 5 - 10 -
- Lodo deshidratado - bajo pequeño 20 - 30 -
- Lodo seco - bajo pequeño 30 - 50 -
Tabla 2.1: Expectativas matemáticas de medios en el sector de aguas residuales
* a condición de un material adecuado
Tabla 2.2 : Límites de aplicación de distintas formas de rodete
Contenido de gas vol%
Contenido de fibras
Tamaño de sólidos
Cont.en mat.seca (%)
Contenido de arena (g/l) *
Rodetes de corte - medio - 2 -
Rodetes desplazados (rodete F) ≤ 8 alto grande < 8 ≤ 10
Rodete monocanal cerrado (rodete E) ≤ 2 medio grande ≤ 6 ≤ 6
Rodete monocanal abierto (rodete D) ≤ 4 alto grande ≤ 13 ≤ 4
Rodete bicanal cerrado (rodete K) - bajo medio ≤ 3 ≤ 4
Rodete bicanal abierto 4 alto medio 6 ≤ 6
Rodete multicanal (rodete K) - nulo pequeño ≤ 5 ≤ 6
de trabajo a esperar de una
bomba. En algunos casos las
bombas deben trabajar más de
4.000 horas al año, mientras que
en el drenaje a presión doméstico
o en caso de bombas para
reboses de lluvia el tiempo de
funcionamiento muchas veces es
muy inferior a 100 horas al año.
Para la evaluación del
rendimiento no basta comparar
el rendimiento óptimo de las
bombas. Se trata más bien de
conocer el rendimiento en los
puntos de funcionamiento
realmente existentes. También
hay que considerar en la
evaluación energética el tiempo
Al seleccionar una bomba de
aguas residuales aparte del
requisito general de seguridad
funcional el rendimiento es un
criterio central para bombas de
funcionamiento contínuo,
mientras que el enfoque se
concentra más en los gastos de
inversión si se trata de bombas
utilizadas en el drenaje a
presión.
2
29
Técnica de maquinaria e instalación
2.2Selección de materiales para aplicaciones diferen-ciadas
La fundición gris, en especial
JL4010, ha probado su eficacia
en todos los componentes
principales de motobombas
sumergibles de instalación
sumergida para su aplicación en
“aguas y aguas residuales
comunales”.
Este material puede poner en
juego varias ventajas:
La resistencia química en un
ambiente neutral y alcalino de
la fundición gris es tan buena
como su resistencia contra el
desgaste hidroabrasivo. Cabe
destacar que la costra de
fundición muy enriquecida con
carbón, óxidos de hierro y
óxido de silicio posee buenas
características frente a desgaste
y corrosión. Construcciones
modernas solo requieren un
mínimo de tratamiento para
conservar en gran parte la
costra de fundición.
Tanto las piezas de carcasa como
el codo de pie pueden
beneficiarse de la buena
amortiguación de vibraciones
inherente al módulo elástico bajo.
Además, el precio relativamente
bajo por kg de este material
permite al fabricante realizar
una construcción estable y
segura; incluso a presiones más
altas no hay que temer un
levantamiento del codo de pie.
La fundición gris como material
para la carcasa del motor
proporciona una buena
conductividad térmica en
comparación con las placas de
acero inoxidable.
En más del 90 % de los casos la
fundición gris es la primera
elección.
Medios bombeados más
abrasivos
En aplicaciones en el desarenador
o en regiones donde la lluvia
aporta grandes cantidades de
arena al sistema de aguas
residuales puede resultar
necesario diseñar el rodete e
incluso la carcasa de la bomba
muy resistentes al desgaste
abrasivo. Para tales casos
recomendamos una fundición
gris de alta aleación 0.9635. En
un ensayo de desgaste de modelo
la tasa de abrasión linear de
JL1040 era 20 veces más alta que
la de 0.9635.
En los últimos años el
recubrimiento de piezas de
carcasa también ha probado su
eficacia. Hay que fijarse en que el
proceso de recubrimiento esté
adaptado tecnológicamente al
medio de recubrimiento. Además
debe seleccionarse el medio de
recubrimiento según el tipo y la
concentración de sólidos en el
medio bombeado. La duración de
revestimientos en rodetes es más
bien corta y por lo tanto no
recomendable.
2
30
Técnica de maquinaria e instalación
Bombas para medios
bombeados corrosivos
Para estos casos los aceros dúplex
1.4571 y 1.4593 han probado
múltiplemente su eficacia.
Austenitas puras como 1.4408
son más susceptibles al desgaste y
tampoco lo suficientemente
resistentes en agua de mar.
Aparte de la excelente resistencia
a la corrosión los aceros dúplex
con una relación de austenita/
ferrita de 1:1 disponen de muy
buenas características mecánicas
como dureza, alargamiento de
rotura y también una resistencia
al desgaste aceptable. En caso de
exigir una duración muy larga de
una bomba en agua de mar es
necesario alcanzar con el
material la llamada cifra PREN
de 35 o incluso 38 (fig. 2.4).
Los revestimientos solo tienen un
efecto limitado en medios
corrosivos como p. ej. agua de
mar. Un daño pequeño en el
revestimiento ya basta para que
el proceso de corrosión pueda
extenderse libremente por debajo
del mismo.
Un revestimiento especial en
combinación con una protección
catódica por ánodos ha
conseguido resistencias
sorprendentes. Tales soluciones
para bombas con una carcasa de
JL 1040 se han aplicado en
estaciones de bombeo en el Mar
Rojo donde están trabajando
desde hace más de 5 años sin
señales de corrosión. Un buen
mantenimiento y la aplicación de
ánodos nuevos (a intervalos de 1
a 2 años) son las condiciones
previas para ello. Durante la
instalación la bomba no debe ser
conectada de forma
electroconductora con piezas de
grandes superficies como
tuberías, rejas, o semejantes. En
tal caso el ánodo se desgastaría
antes de tiempo por la relación
catodo/ánodo desfavorable y la
protección de la bomba sufriría.
Fig. 2.4: KRT para agua de mar, ejecución completamente en acero dúplex
2
31
Técnica de maquinaria e instalación
Anillos rozantes
(rodetes K y E) / Placas de
desgaste (rodetes D)
El intersticio entre el anillo
rozante y el rodete con o sin
anillo de desgaste determina el
flujo volumétrico de fugas. Este,
por otra parte, es básicamente
responsable del rendimiento de la
bomba. Si el intersticio
permanece constante, en general
el rendimiento de la bomba
tampoco cambia. Si el intersticio
aumenta a causa de desgaste, el
rendimiento de la bomba decrece,
ya que se reduce el flujo
volumétrico útil. Además, como
se ha explicado ya en el capítulo
"Selección del rodete" un
intersticio más grande aumenta el
riesgo de gripado.
Como en la aplicación de rodetes
K normalmente solo hay un
escaso contenido de sólidos en el
medio, suele bastar un anillo
rozante de material JL1040. Para
exigencias más severas deben
utilizarse materiales de una
mayor resistencia al desgaste.
Para los rodetes K KSB ofrece de
forma opcional una fundición de
acero semiaustenítico al CrNi
(VG 434).
Un material comparable es el
1.4464. Los anillos rozantes de
rodetes E también pueden ser de
una fundición gris de alta
aleación (0.9635). Una situación
parecida se nos presenta con las
placas de desgaste de los rodetes
D. Aquí también ofrecemos la
fundición gris de alta aleación
0.9635 como alternativa al
JL1040 para una mayor
resistencia al desgaste. Para
aumentar la resistencia al
desgaste de cantos y superficies
de anillos rozantes y rodetes
fuertemente solicitados, en piezas
de JL1040 se aplica con éxito el
endurecimiento con una
profundidad de penetración de
varios milímetros.
Eje
El material estándar utilizado
por KSB para ejes es acero al
cromo ferrítico (1.42021). Este
material dispone de una buena
solidez y en más del 90 % de las
aplicaciones resulta resistente a la
corrosión. Para medios muy
corrosivos como p. ej. agua de
mar deben utilizarse los aceros
dúplex con las cifras PREN
correspondientes. En caso de
motores de 2 o 4 polos puede
resultar necesaria la utilización
de un eje soldado por fricción
para evitar su magnetización. No
obstante, la parte del eje del lado
de motor se ejecuta en material
ferrítico.
2.3Sello del eje
Desde hace décadas en
motobombas sumergibles se ha
impuesto el empleo de dos
cierres mécanicos en ejecución
tándem (fig. 2.5).
La cámara entre los dos cierres
mecánicos debe estar llena al 85
- 90 % de un líquido adecuado.
El volumen de aire restante
impide en la cámara del fluido
no presurizado que la presión
aumente demasiado al subir la
temperatura y empuje el anillo
estacionario del lado de la
bomba fuera de su asiento. El
líquido sirve exclusivamente
para formar una capa de
lubricación entre el anillo
estacionario y el anillo
giratorio. Esta lubricación es la
condición previa para un
desgaste reducido de las caras
de deslizamiento.
2
32
Técnica de maquinaria e instalación
En motobombas sumergibles de
aguas residuales siempre existe
la posibilidad de desgasificación
del medio en la carcasa de la
bomba. El gas se acumula
siempre en la zona de más baja
presión y por eso en la zona del
cierre mecánico. Sin lubricación
separada la duración de un
cierre mecánico sería más bien
corta. El material estándar de
los anillos estacionarios y
giratorios es carburo de silicio/
carburo de silicio (SiC/SiC).
Este material posee
características de
funcionamiento relativamente
malas en caso de emergencia,
pero, por otra parte, destaca la
muy buena resistencia a sólidos.
Los elastómeros del cierre
mecánico son de NBR o Vitón,
ya que EPDM no es compatible
con aceite y PTFE sólo se utiliza
para aplicaciones extremas.
El mismo cierre mecánico
normalmente es un cierre de
fuelle de goma con resorte
individual (Fig. 2.6a). Este
cierre de fuelle no solo tiene la
ventaja de los escasos gastos de
inversión, además puede
compensar por completo una
flexión del eje por fuerzas
radiales en la bomba, sin
producir un movimiento
relativo en el eje.
Por eso no se produce ningún
desgaste en el eje y se puede
prescindir de un casquillo de eje.
En tamaños constructivos con
ejes de diámetros > 100 mm ya
no se pueden utilizar cierres de
fuelle con resorte individual por
problemas de montaje. Para
estos tamaños recomendamos
cierres mecánicos equilibrados
de tipo estacionario (fig. 2.6b).
El anillo estacionario de cierres
estacionarios se encuentra en la
caja y es empujado mediante
resortes que no están en
contacto con el medio hacia el
contra-anillo giratorio.
En caso de medios a bombear
con impurezas de cantos agudos,
como en caso de bombas de
virutas en la fabricación
mecánica, así como en caso de
medios con sustancias de fibras
largas, incluso las bombas de
tamaño reducido precisan cierres
mecánicos con resortes tapados.
El líquido de lubricación
utilizado por KSB es un aceite
ligero no tóxico biodegradable.
Si en una bomba el lubricante
del cierre mecánico sirve
también de refrigerante del
motor, se emplea una mezcla de
agua/glicol.
Fig. 2.6b: Cierre mecánico HJ de EagleBurgmann
Fig. 2.6a: Cierre mecánico con fuelle de goma MG1 de EagleBurgmann
Fig 2.5: Típica ejecución tándem de cierres mecánicos con cámara de aceite
Fig. 2.7: Cierre mecánico equilibrado de tipo estacionario
2
33
Técnica de maquinaria e instalación
2.4Rotor y cojinetes
No hace falta mencionar que
tanto el eje como los cojinetes
deben estar correctamente
dimensionados para las cargas
en el campo de funcionamiento
admisible.
Un modo de funcionamiento
incorrecto fuera del campo de
servicio admisible puede dañar
el cierre mecánico, pero sobre
todo los cojinetes y también el
eje. Las distintas razones para
los límites de servicio están
descritas más detalladamente en
el capítulo "Selección general de
bombas.
Por razones de la instalación no
siempre puede evitarse el
funcionamiento de una bomba
con la válvula de compuerta
cerrada. Aparte de las altas
fuerzas de apoyo son las fuerzas
que actúan sobre el rodete las
que provocan una fuerte flexión
del eje. Esta flexión puede
causar el roce del rodete al
anillo rozante; un efecto que
con el tiempo aumenta el
intersticio de obturación entre
el rodete y el anillo rozante.
En general, se efectúa el
dimensionamiento de cojinetes
para motobombas sumergibles
con una potencia de
accionamiento superior a 4 kW
para una vida útil de los
mismos calculada en unas
25.000 horas mínimas en los
límites de servicio Qmín y Qmáx.
Esto significa para los puntos
de servicio típicos una vida útil
mucho más larga de los
cojinetes.
Para bombas más pequeñas se
debe partir de una vida útil
calculada más corta de los
cojinetes. Si las bombas
pequeñas deben trabajar en
servicio continuo, es necesario
mencionar este requisito en la
especificación.
En general, la lubricación de los
cojinetes se efectúa con grasa.
Para bombas de gamas de
potencia pequeñas o medianas
(< 65 kW) en la mayoría de los
casos se utilizan cojinetes
lubricados de por vida. Bombas
de potencias más grandes suelen
necesitar relubricaciones. Estas
bombas están equipadas con
dispositivos especiales de
relubricación. La calidad y
cantidad de grasa necesaria y
los intervalos de mantenimiento
figuran en el manual de
instrucciones de la bomba.
2
34
dimensiones de conexión de los
soportes (o garras) fijados en la
boca de impulsión de la bomba.
Las dimensiones de conexión
no son estandarizadas. La
fijación de bombas pesadas en
el suelo de hormigón debe ser
realizada mediante railes de
cimentación. Para la fijación del
codo de pie o de los railes de
cimentación se utilizan anclajes
químicos admisibles para la
construcción (anclajes de
mortero) en el suelo de
hormigón de resistencia
suficiente (por lo menos clase
C25/C30 según DIN 1045)
(fig. 2.11a+b).
Deber haber una distancia
suficiente entre la boca de
aspiración de la bomba y el
fondo del depósito. Indicaciones
concretas se encuentran en el
capítulo "Diseño de la obra".
Antes de poder instalar la
bomba hay que montar toda la
tubería de impulsión y el
dispositivo de guía de la bomba.
Informaciones sobre la
ejecución de la tubería figuran
también en el capítulo “Diseño
de la obra". Los dispositivos de
guía existen en dos versiones
diferentes: la guía por cable o la
guía por barra (fig. 2.12a+b +
2.13). Una comparación (tab.
2.3) revela muchas ventajas de
la guía por cable.
2.5Instalación
Existen tres variantes de
instalación para motobombas
sumergibles:
La instalación portátil (fig. 2.8),
la instalación sumergida
estacionaria (fig. 2.9) y la
instalación vertical en seco (fig.
2.10).
Para la instalación portátil hay
que considerar que la bomba
debe tener una posición estable
en el pozo de bomba y que
hacen falta equipos elevadores
adecuados para poder levantar
las bombas instaladas.
La instalación sumergida
estacionaria se efectúa sobre un
codo de pie montado de forma
fija en el fondo del depósito. El
codo de pie debe ser apto para
la bomba a instalar respecto a
la carga admisible y las
Fig. 2.8: Bomba de aguas
residuales de instalación portátil
Fig. 2.9: Bomba de aguas
residuales de instalación
sumergida estacionaria
Fig. 2.10: Bomba de aguas
residuales de instalación vertical
en seco
Fig. 2.11a+b: Fijación
del codo de pie o de los
railes de guía
Técnica de maquinaria e instalación2
35
Técnica de maquinaria e instalación
Por eso KSB prefiere la guía por
cable como solución estándar;
naturalmente la guía por barra
también está disponible como
alternativa.
Los soportes superiores del
dispositivo de guía son
atornillados de forma adecuada
a una pared o piso de hormigón
también mediante anclajes
químicos.
En grandes profundidades de
instalación deben preverse
distanciadores para la guía por
cable. Para la guía por barra
recomendamos montar consolas
intermedias cada 6 m que serán
fijadas por abrazaderas a la
tubería de impulsión o
directamente a la pared del
pozo de bomba.
La instalación en seco se
efectúa como en una bomba de
instalación seca y por eso no se
discute más en detalle en este
contexto.
Guía por cable Guía por barra
Transporte fácil, sin problemas Transporte problemático de las barras
Montaje rápido y por eso económico Falta de flexibilidad en caso de desviaciones constructivas
Compensación de tolerancias constructivas sin medidas adicionales Mucho trabajo en caso de grandes profundidades
Montaje también posible en caso de una posición inclinada de hasta 5°
Problemas de corrosión de las barras guía
Ajuste flexible y seguro a diferentes profundidades hasta 85 m Altos gastos por barras resistentes a la corrosión
Guía por cable de acero inoxidable resistente a la corrosión 1.4401 (316)
Problemas de obturación (metal sobre metal o cizallamiento del anillo de obturación de plástico) en el codo de pie
La guía por cable es parte del suministro de KSB Acceso bloqueado a válvulas a causa de barras inflexibles
Problemas de suciedad en caso de fuertes corrientes en el pozo de la bomba o en depósitos de lodo flotante
Insensible a impurezas de fibras
Tabla 2.3 Comparación de la guía por cable y la guía por barra
Fig. 2.12a: Guía por cable Fig. 2.12b: Guía por cable Fig. 2.13: Guía por barra
2
36
3. Descricpión general del motor
El motor de la KRT es un motor
trifásico asíncrono con inducido
en cortocircuito a prueba de
agua a presión que ha sido
especialmente construido y
diseñado para el accionamiento
de motobombas sumergibles
(fig. 3.1 y fig. 3.2). Ofrecemos
la ejecución “sin protección
contra explosión” y
alternativamente "con
protección contra explosión" de
tipo de protección "blindaje
antideflagrante". Bomba y
motor disponen de un eje
bomba-motor común y por eso
forman una unidad inseparable.
Para los motores de bomba
especiales descritos a
continuación no existen normas
electrotécnicas definidas; pero
se basan, en su caso, en la DIN
EN 60034.
Las motobombas sumergibles
de KSB son bombas monobloc
sumergibles, no autoaspirantes,
que normalmente trabajan
completamente sumergidas.
Temporalmente pueden ser
utilizadas en estado no
sumergido, la temperatura
admisible del motor es vigilada
por un sensor de temperatura
integrado en el motor. Por
principio debe observarse un
nivel de líquido mínimo
conforme al manual de
instrucciones.
Para aplicaciones que requieren
un funcionamiento continuo y
temporalmente no sumergido
disponemos de un modelo de
motor con camisa de
refrigeración que asegura una
refrigeración suficiente del motor
independientemente del nivel de
líquido en el pozo de bomba.
Fig. 3.1: Dibujo seccional de una
KRT 4 hasta 60 kW
Fig. 3.2: Dibujo seccional de una
KRT 4 > 60 kW
Técnica de maquinaria e instalación3
37
Descricpión general del motor
3.1Tamaños de motor
Potencias de diseño estándar (en función del número de polos): 4 a 480 kW
más allá hasta 880 kW
Número de polos estándar (en función de la potencia): 2 a 10 polos
Tensiones de diseño estándar: 400/690 V, 50 Hz
460 V; 60 Hz
Nota: 1. Para 60 Hz se pueden ofrecer tensiones de diseño en la gama desde 200 a 575 V
2. Potencias de diseño más altas y otras tensiones de diseño (también altas tensiones)
a petición.
3. El tamaño de motor individual está indicado en las hojas de datos de motor
(forman parte de los documentos de proyecto o están a su disposición a petición).
3.2
Forma constructiva
Los motores de la KRT se suministran parecidos a la forma constructiva IM V10
(conforme a DIN EN 60 034-7).
Instalación del motor
La instalación del motor se
efectúa junto con la bomba como
grupo monobloc directamente en
el pozo de bomba, estando el
motor sumergido en el medio
bombeado durante el
funcionamiento. También puede
ser utilizado temporalmente en
estado no sumergido, vigilándose
la temperatura admisible del
motor mediante un sensor de
temperatura montado en el
motor. Por principio debe
mantenerse un nivel de líquido
mínimo conforme al manual de
instrucciones. Para grandes
motobombas sumergibles el nivel
de agua mínimo es definido casi
siempre por parámetros
hidráulicos (p. ej. remolinos
aireados, NPSH). Temperatura
del medio bombeado: máx.
40 °C estándar.
Para un funcionamiento a
temperaturas > 40 °C y < 60 °C
disponemos de una ejecución
para agua caliente.
Funcionamiento a temperaturas
> 60 °C a petición.
Tamaños constructivos
Los estándares de tamaños
constructivos para motores
normalizados según IEC 72 no
pueden aplicarse a los grupos
motobombas integrados; pero las
chapas del motor sí que
corresponden a las llamadas
dimensiones o tamaños de
construcción IEC comercialmente
disponibles.
Profundidad de inmersión
Motobombas KRT pueden ser
utilizadas hasta una profundidad
de inmersión de 30 m sin
medidas especiales.
3
38
Descricpión general del motor
en parte en T4 conforme a DIN
EN 60079-0 DIN EN 60079-1
y son aptos para una utilización
en zona 1. En la designación del
motor la identificación se hace
con las siguientes letras: X ->
T3 y Y -> T4
3.6Datos de diseño eléctricos
Potencia
Con vistas a una larga vida útil
del motor recomendamos no
sobrepasar la tolerancia de la
tensión de red de ± 5 % y la
tolerancia de las frecuencias de
red de ± 2 % según área A
conforme a DIN 60 034-1.
Además, los motores Amarex
KRT en estado sumergido
pueden suministrar su potencia
sin límites, siempre que respecto
a los valores de diseño la tensión
de red varie como máximo
± 10 % y la frecuencia de red
como máximo ± 2%.
Tensión y frecuencia
Los motores KRT son
considerados completamente en
condiciones de funcionar en el
sentido de DIN EN 60034-1
apartado 12.3, si respecto a los
valores de diseño la tensión de
red varia hasta ± 10 % y la
frecuencia de red hasta – 5 % y
+ 3 % según el área B conforme
a DIN EN 60 034-1.
Corriente y corriente de
arranque
Según el tamaño de motor, la
corriente de arranque asciende a
4 hasta 9 veces la corriente de
diseño a tensión de diseño en los
bornes del motor. Valores de
corriente de arranque
individuales: véase el catálogo de
motores o los documentos de
proyecto.
Condiciones de arranque y
conexión
La conexión de los motores KRT
puede efectuarse con un arranque
de estrella-triángulo o de forma
directa. La ejecución estándar de
los extremos del bobinado se
hace mediante una conexión
abierta. Si el usuario dispone de
condiciones de corriente de
arranque limitadas, KSB pone a
su disposición curvas de arranque
de motores (curvas características
M-n) para la selección,
dimensionamiento o ajuste de
parámetros de un dispositivo de
arranque suave o un
transformador de arranque como
alternativa a la conexión de
estrella-triángulo a una tensión
de red de 400 V.
Para la utilización de
dispositivos de arranque suave
es obligatorio observar la EN
50081 y la EN 50082 en cuanto
a la compatibilidad
electromagnética. Al seleccionar
el dispositivo de arranque suave
deben observarse los datos del
fabricante y los datos eléctricos
del motor, sobre todo la
corriente de diseño.
3.3Modo de funcionamiento
El diseño de los motores KRT
sin sistema de refrigeración
(tipo de instalación –S) permite
un funcionamiento continuo S1
(conforme a DIN EN 600034-
1) en estado sumergido. En
estado no sumergido en caso de
una marcha en seco se ajusta un
funcionamiento S3 mediante el
interruptor bimetálico en el
bobinado del motor.
Motores KRT con sistema de
refrigeración (tipo de
instalación –K, -D) están
diseñados para todos los niveles
de agua para un
funcionamiento continuo S1
(conforme a DIN EN 600034-1).
3.4Clase de protección
El motor KRT está diseñado en
clase de protección IP 68
conforme a DIN EN 60 034-5.
El grupo completo está ejecutado
en clase de protección IP 68
conforme a DIN EN 60 529.
3.5Tipos de protección y clases de temperatura
Los motores Amarex KRT con
protección contra explosión son
producidos en los tipos de pro-
tección ExII2G Ex d IIB T3 y
3
39
Descricpión general del motor
Tiempo de arranque
El tiempo de arranque de las
motobombas sumergibles
Amarex KRT es en caso de una
conexión directa a tensión de
diseño inferior a 1,5 s.
Tiempo de bloqueo admisible
El tiempo de bloqueo admisible
a tensión de diseño es:
para un arranque en frío:
≤ 25 s
para un arranque en caliente:
≤ 5 s
Momentos
Como las motobombas
sumergibles son grupos
completos, no hace falta indicar
los momentos de inercia, de
arranque y de desenganche del
motor. Para el ajuste óptimo de
dispositivos de arranque suave
facilitamos las curvas
correspondientes bajo demanda.
Conexiones de servicio
Independientemente del tipo de
conexión elegido en los motores
KRT los seis extremos de las
fases del bobinado del estátor
son guiados al exterior
mediante los cables
correspondientes. Éstos pueden
ser conectados según la tensión
en triángulo (p. ej. 400 / 50 Hz
ó 460 V / 60 Hz) o en estrella
(p. ej. 690 V / 50 Hz). Esquemas
de conexión de los motores:
véase los documentos de
proyecto o bajo demanda.
Frecuencia de arranque
Para evitar una carga térmica
excesiva del rotor, cargas
mecánicas de los cojinetes y
cargas eléctricas del aislamiento
no se debe sobrepasar un
número determinado de
arranques por hora (tab. 3.1).
En este contexto hay que
observar la relación entre
caudales y volumen del pozo de
bomba. Además,
recomendamos limitar el
número de arranques al año a
un máximo de 5000.
Sentido de giro
El sentido de giro es correcto si
mirando al extremo libre del eje
este se gira en dirección
contraria a las agujas del reloj.
Recomendamos detenidamente
controlar el sentido de giro
antes del montaje de la bomba
(véase el manual de
instrucciones).
Datos individuales de motor
Los datos individuales de motor
como rendimientos
dependientes de la carga, factor
de potencia, corriente de diseño,
etc. están disponibles bajo
demanda en forma de hojas de
datos de motor con curvas de
carga o figuran en los
documentos de proyecto.
Placa de características
Fig. 3.3 muestra la placa de
características para el grupo
motobomba completo.
Potencia del motor Número de conexiones máx.
hasta 7,5 kW 30/h
más de 7,5 kW 10/h
Fig. 3.3: Placa de características del grupo
motobomba
3
40
3.7Motores KRT con converti-dor de frecuencia
Al accionar los motores KRT con
convertidor de frecuencia, es
necesario observar las
indicaciones de KSB AG para el
funcionamiento de motobombas
sumergibles con convertidor de
frecuencia o los tratados
correspondientes de
EUROPUMP.
Los motores KRT son aptos para
el funcionamiento con
convertidor de frecuencia. Puede
utilizarse cualquier convertidor
de frecuencia común IGTB con
circuito intermedio de tensión.
Tampoco existen limitaciones en
cuanto a marcas a utilizar en
bombas con protección contra
explosión. El aislamiento del
motor es apto para tensiones de
impulso hasta 1600 V. En caso
de tensiones de diseño superiores
a 500 V muchas veces se
producen tensiones de impulso
mayores. Para tales casos deben
preverse filtros dU/dt al
convertidor de frecuencia o elegir
un motor de aislamiento especial
(disponible bajo demanda).
Para minimizar los riesgos de
una combinación libre de
convertidores de frecuencia y
motores, KSB recomienda una
reserva de potencia adicional de
un 5 %. Esta puede compensar
en cualquier caso mayores
pérdidas por ondas armónicas
en la tensión de salida de los
convertidores de frecuencia.
3.7.1Dimensionamiento de los convertidores de frecuen-cia
Para la selección del convertidor
de frecuencia deben considerarse
los datos del fabricante y los
datos eléctricos del motor. La
corriente de diseño del motor es
más importante en este caso que
la potencia de diseño, sobre todo
para motores de muchos polos y
un cos phi bajo.
3.7.2Accionamientos con pro-tección contra explosión
Para un funcionamiento con
convertidor de frecuencia de
motores KRT con protección
contra explosión deben cumplirse
las condiciones siguientes:
- Puntos de funcionamiento
estacionarios deben
encontrarse en la gama del 50
al 100 % de la frecuencia de
diseño. Los certificados de
homologación no permiten un
funcionamiento a
sobrefrecuencia.
- La limitación de corriente del
convertidor de frecuencia
debe ser ajustada a 3 x lN
como máx.
- El dispositivo de activación del
termistor debe llevar la marca
de control PTB 3.53 –PTC/A.
3.8Construcción del motor
El motor del grupo motobomba
KRT es un motor trifásico
asíncrono con inducido en
cortocircuito a prueba de agua a
presión que ha sido especialmente
construido y diseñado para el
accionamiento de motobombas
sumergibles. Bomba y motor
disponen de un eje bomba-motor
común y por eso forman una
unidad inseparable.
Estátor
El estátor del motor KRT
consiste en un estátor como
paquete de chapas insertado en
un bobinado trifásico de hilo de
cobre. Hilos laqueados y
materiales de aislamiento de alta
calidad (en ranura y cabeza de
bobinado) en combinación con
un impregnado de plástico de
poliéster aseguran una
estabilidad mecánica y eléctrica.
Aislantes y clases térmicas
Para el sistema de aislamiento del
motor se utilizan solamente
componentes probados en el
mercado de fabricantes
reconocidos. Todos los materiales
de aislamiento son conforme a la
clase térmica H. Existen
diferentes tecnologías para la
envoltura mecánica de las
cabezas de bobinado.
Descricpión general del motor3
Los bobinados de motor
alcanzan temperaturas de la clase
de aislamiento térmico F en el
funcionamiento de diseño.
Rotor
El rotor es un inductor en
cortocircuito con una jaula de
rotor dentro del paquete de
chapas que en función del
tamaño de motor es de fundición
de aluminio a presión o de barras
o aros de cobre soldados.
CojinetesLos cojinetes del lado de acciona-miento y del lado no accionado hasta el tamaño constructivo 280 son rodamientos lubricados de por vida y a partir del tama-ño constructivo 315 utilizamos rodamientos con dispositivo de reengrase. Empleamos grasas de alta temperatura a base de litio saponificado cuyas calidades figuran en el manual de instruc-ciones.
3.9Refrigeración
El agente refrigerador primario
en los motores es aire. Las paletas
del ventilador montado a los dos
anillos de cortocircuito del rotor
mueven el aire en el interior en un
sistema cerrado; este aire evacúa
el calor de pérdida del motor a
través de la carcasa al agua como
agente refrigerador secundario. El
código conforme a EN 60034-6
es: IC 4 A 1 W 8.
41
3.10Dispositivos de vigilancia
Protección contra sobrecorriente
El motor debe ser protegido
contra sobrecarga mediante un
relé de protección de
sobrecorriente de retardo térmico
conforme a DIN VDE 0660/IEC
947 (fig. 3.5). El relé debe ser
ajustado a la corriente de diseño
del motor indicada en la placa de
características (véase apartado
“Placa de características”, en los
documentos de proyecto o bajo
demanda).
Calefacción de parada
Los motores de las motobombas
sumergibles KRT no requieren
calefacción de parada (véase
también el apartado “Vigilancia
de la protección contra humedad
del motor”). Gracias a la
ejecución a prueba de agua a
presión no puede formarse
condensado en el motor. Una
eventual humedad restante del
aire resultante del montaje se
absorbe mediante bolsas de gel
de sílice.
Sensores en el grupo
motobomba
Vigilancia de la temperatura de
bobinado sin protección contra
explosión (tipo de montaje S y P
/ sumergido).
El bobinado del motor KRT está
protegido por un circuito de
vigilancia de temperatura.
Según el tamaño del motor los
controladores de temperatura son
dos interruptores bimetálicos
conectados en serie o tres termistores
(PTC) conectados en serie;
desconectan la bomba al alcanzar la
temperatura del bobinado admisible
y la conectan de nuevo
automáticamente después del
enfriamiento. Para ello deben estar
conectados directamente en el
circuito de corriente de mando del
contactor del motor.
Vigilancia de la temperatura de
bobinado con protección contra
explosión (tipo de montaje S y P /
sumergido).
El motor KRT protegido contra
explosión debe ser vigilado por dos
sensores de temperatura
independientes.
- Los controladores de temperatura
son dos interruptores bimetálicos
conectados en serie; desconectan la
bomba al alcanzar la temperatura del
bobinado máximo y la conectan de
nuevo automáticamente después del
enfriamiento. Los interruptores
bimetálicos protegen los motores
contra sobrecarga y marcha en seco.
- Además, tres termistores (PTC)
conectados en serie funcionan como
limitadores de temperatura con una
temperatura de conexión de 20
Kelvin más alta; estos desconectan la
bomba en caso de fallar los
controladores de temperatura antes
de sobrepasar las temperaturas límite
admisibles para la protección contra
explosión en la superficie de la
carcasa del motor.
Descricpión general del motor 3
42
Su conexión y funcionamiento
correcto son absolutamente
obligatorios para las bombas
KRT con protección contra
explosión. Una reconexión
automática no está permitida en
este caso. Por eso el circuito de
mando del contactor del motor
debe estar equipado con un
dispositivo de disparo de uso
comercial con bloqueo de
reconexión. La vigilancia de la
temperatura del bobinado para
motobombas sumergibles que
se utilizan también en estado
no sumergido (tipo de montaje
K y D) se efectúa
exclusivamente con PTC.
Vigilancia de la protección
contra humedad del motor
Una sonda conductiva
incorporada sirve de sensor de
humedad para controlar la
estanqueidad de la cámara del
motor. Al entrar humedad una
corriente de falta circula al
potencial de carcasa (conductor
protector) a través de esta
sonda. Para la evaluación del
sensor pueden utilizarse relés de
electrodos de uso comercial que
disparan una alarma al quedar
por debajo de la resistencia del
electrodo de 6 kΩ. En bombas
pequeñas se puede emplear un
interruptor de protección FI de
30 mA de uso comercial para la
vigilancia.
Vigilancia de temperatura para
cojinetes
La vigilancia de temperatura
para cojinetes de motor puede
hacerse en función del tamaño
del motor:
- Potencia del motor > 30
kW:
cojinete fijo en el lado de la
bomba opcional
- Potencia del motor > 60 kW:
cojinete fijo en el lado de la
bomba estándar,
cojinete libre en el lado del
motor opcional
Cada cojinete está protegido
por un circuito de vigilancia de
temperatura (tab. 3.2). Como
controladores de temperatura
sirven sondas de temperatura
PT 100 montadas en la caja de
cojinete que cambian su
resistencia de forma
proporcional a la temperatura.
Formula de cálculo:
Vigilancia del cierre mecánico
La vigilancia del cierre
mecánico es estándar para
potencias de motor > 60 kW.
Para la vigilancia del cierre
mecánico sirve un interruptor
de flotador incorporado
(contacto de reposo), cuyo
contacto abre en el momento de
penetrar agua en la cámara de
fugas a causa de un cierre
mecánico defectuoso. En
consecuencia, puede ser
disparada una señal de alarma
o se desconecta el motor. El
contacto de reposo puede ser
cargado con una tensión alterna
máxima de 250 V/1,5 A.
Vigilancia de la velocidad de
vibración
Motores con una potencia
superior a 60 kW pueden ser
equipados opcionalmente con un
sensor en el cojinete superior
para vigilar la velocidad de
vibración efectiva. El sensor
emite una señal de medición
análoga de 4-20 mA. Para la
alimentación del sensor hace
falta una tensión continua de 15
a 32 V.
Para las motobombas
sumergibles de KSB con rodete
multicanal (rodete K) se aplican
los valores límites según la tab.
3.3.
En motobombas sumergibles de
rodete monocanal (rodete E)
pueden aparecer velocidades de
vibración mayores hasta 17 mm/s
debido a un desequilibrio
hidráulico en función del punto
de funcionamiento. Bombas con
esta opción están equipadas
siempre con un cable de control
blindado.
Descricpión general del motor
R = 100 Ω · 1 + 0.00383 ·T
°C( )(17)
1 1,2
10
100
1000
10000
10l / In
2h
Fig. 3.5: Curva de disparo para el
disparo de sobrecorriente de la
clase 10 conforme a EN 60947-
6-22
3
Vista más amplia en el anexo
43
20°C 107.7 Ω prueba
110°C 142.1 Ω aviso
130°C 149.8 Ω parada
Lubricante especial
130°C 149.8 Ω aviso
150°C 157.0 Ω parada
Tabla 3.2 : Vigilancia de la temperatura de los cojinetes
Vrms Vrms Vpeak Corriente de salida Comentario
mm/s inch/s inch/s mA
0 0,00 0,00 4,0 sensor mín
9 0,35 0,50 11,2 menos es mejor
11 0,43 0,61 12,8 alarma
14 0,55 0,78 15,2 parada
20 0,79 1,11 20,0 sensor máx.
Tabla 3.3 : Valores límites de la velocidad de vibración para motobombas sumergibles con rodete multicanal
(véase también el manual EUROPUMP / Vibraciones en bombas centrífugas
Tabla A.1 / Montaje elástico, vertical)
Descricpión general del motor 3
44
Descricpión general del motor
Vigilancia térmica del motor
Descripción breve de los sensores
Conexión para potencias de motor hasta 4 kW
(solo para motobombas sumergibles tipo
“Amarex N”)
Sensores para potencias de motor > 4 kW
(variantes de instalación S y P)
Bimetal Bimetal
20 21 22
21 22
Bimetal
10 11
PTC
Interruptor bimetálico• contactoenminiaturatermosensible• pegadoalbobinadodelmotor• contactodereposolibredepotencial;250V~;2A
cerrado temperatura O.K.abierto temperatura demasiado alta
Termistor PTC• resistenciadesemiconductorenfunción de la temperatura con coeficiente de temperatura positivo•pegadoalbobinadodelmotor• tensiónmáx.30V
R < 1250 Ω temperatura O.K.R > 4000 Ω temperatura demasiado alta
20 21
21 22
10 11
3.11
Conexión y descripción de los dispositivos de vigilancia
20 21
21 22
20 21
21 22
Motor, versión U/WConexión directamente en el circuito de mando
no hace falta; conectar a un borne ciego
Motor, versión YAtex
Conexión directamente en el circuito de mando
Conexión a través de un dispositivo de disparo del termistor con bloqueo de reconexión
20 21
10 11
20 21
10 11
Motor, versión U / W / UN / WNConexión directamente en el circuito de mando
no hace falta; conectar a un borne ciego
Motor, versión X/Y/XNAtex
Conexión directamente en el circuito de mando
Conexión a través de un dispositivo de disparo del termistor con bloqueo de reconexión
3
45
Descricpión general del motor
Conexión para potencias de
motor > 30 kW (variantes de
instalación K y D)
Vigilancia mediante electrodo
de protección contra la
humedad (en la cámara del
motor)
Descripción breve de los sensores
Conexión para todos los tipos
de motor
9
Electrodo de protección contra la humedad
M 3
10 11
10 11
9 MP
Sensor de fugasSonda conductivaatornillada al soporte de cojinete inferioren motores >65 kW adicionalmente en el soporte de cojinete superior
La tensión del sensor ha de ser alterna para impedir la formación de capas aislantes.Tensión máx. 250 V
El disparo debe efectuarse a una resistencia de fuga de aprox. 6 kΩ
Motor, versión U/X/Y/W/UN/XN/WNcon y sin AtexConexión a un relé de electrodo de los parámetros siguientes:
Circuito de sonda 10 - 30 V~Corriente de disparo 0,5 - 3 mA
Motor, versión UNConexión a través de un dispositivo de disparo del termistor con bloqueo de reconexión
Motor, versión XNAtex
Conexión a través de un dispositivo de disparo del termistor con bloqueo de reconexión
9 MP
10 11
PTC
3
46
Descricpión general del motor
Vigilancia térmica de los
cojinetes
Descripción breve de los sensores
Conexión para potencias de
motor > 30 kW
PT100 PT100
15 16 17
PT100 - Rodamientos de bolas Termómetro de resistencia PT 100Rosca M8 en la caja del rodamientoSeñal de temperatura análoga, continuaTensión máx. 6 V
Rodamiento inferior
Rodamiento superior (motores >65 kW - opcional)
15 16
16 17
15 16
16 17
15 16
16 17
Motor, versión U/X/Y/Wcon/sin Atex
Conexión a un relé PT 100 de los parámetros siguientes:
Temperatura de preaviso: 110°CTemperatura de desconexión: 130°C
Motor, versión UN/XN/WNcon/sin Atex
Conexión a un relé PT 100 de los parámetros siguientes
Temperatura de preaviso: 130°CTemperatura de desconexión: 150°C
3
47
Descricpión general del motor
Vigilancia del cierre mecánico
por interruptor de flotador
Descripción breve de los sensores
Conexión para todos los tipos
de motor
3 4
Interruptorde flotador
M 3
3 4Interruptor de flotadorContacto de reposo libre de potencial; 250 V ~; 2 A
cerrado: cámara de fugas vacía
abierto: fugas, controlar el cierre mecánico
Motor, versión U/X/Y/W/UN/XN/WN con y sin Atex
Conexión de alarma o desconexión
3 4
3
48
3.12Cables de energía y cables de control con boquillas de paso
Las motobombas sumergibles
Amarex KRT son entregadas
con cables flexibles fijados para
la utilización en aguas
residuales. La conexión de los
cables se efectúa a través de
boquillas de paso especiales
conectados en el motor como
sigue:
- para potencias de
motor < 60kW contactos
enchufables o engarzados a
presión
- para potencias de motor > 60
kW con tablero de bornes y
terminales de cable
Boquillas de paso
Las boquillas de paso son
absolutamente estancas al agua
a presión hasta 30 m y están
multiprotegidas (fig. 3.7):
1. a causa de la caja de empa-
quetadura de goma larga
2. la cubierta de cable está
adicionalmente embebida de
resina de moldeo
3. los conductores individuales
del cable están aislados,
estañados e impregnados con
resina de moldeo
Los cables de energía y control
son aptos para aguas residuales
y de una ejecución mecánica
muy estable. Disponemos de los
siguientes tipos de cable en
función de las condiciones de
servicio.
- S1BN8-F /estándar
- S07RC4N8-F / opcional,
ejecución blindada
- Tefzel con una cubierta de
cable en ETFE / opcional para
medios químicamente
agresivos
Número de cables y secciones
de cable, véase los documentos
de proyecto, la hoja de datos del
motor o bajo demanda.
Ventaja:
Larga duración del motor
gracias a una estanqueidad
absoluta al agua (véase también
el apartado “Sello del eje”)
Para un funcionamiento
duradero seguro de
motobombas sumergibles y una
larga vida útil sólo utilizamos
cables de conexión flexibles de
alta calidad de aplicación bajo
agua. Para ello KSB ha
optimizado los cables eléctricos
de conexión aptos para aguas
residuales junto con un
fabricante de cables de gran
renombre.
Descricpión general del motor
1 Caja de empaquetadura de goma larga2 Aislamiento exterior del cable3 Conductores individuales adicionalmente embebidos de resina4 Conductores individuales aislados, estañados e impregnados con resina de moldeo
12
3 4
Fig. 3.7: Boquilla de paso de una
KRT
3
3.13Cables de conexión eléc-trica
49
Datos técnicos
Conductores de cobre de hilo
fino clase 5 conforme a DIN
VDE 0295
Aislamiento EPR
Cubierta interior de goma
Cubierta exterior de goma
especial de caucho sintético
Color: negro
Temperatura permanente admisible del conductor
Temperatura admisible del conductor en cortocircuito (máx. 5 s)
No propagación de la llama conforme a DIN EN 50265-2-1
Resistente a rayos ultravioletas, a la intemperie y al ozono
Resistente a aceite conforme a DIN VDE 0473-811-2-1, parte 10
Flexible
Temperatura durante instalación y transporte: -25 a
+80 °C
0,6/1 kV: con conductor verde-
amarillo
Utilización en agua / nunca en agua potable
Descripción breve
Los cables protegidos por goma
OZOFLEX (PLUS) S1BN8-F han sido
desarrollados para bombas estándar de
KSB así como para bombas protegidas
contra explosión. Están destinados
para la conexión flexible de
motobombas sumergibles de KSB hasta
una sección de cable de 50 mm².
A causa de la composición diferente y
muchas veces variable de las aguas
residuales los cables solo deben ser
utilizados en zonas controladas de
acceso fácil.
En caso de aguas agresivas o agua de
una composición especial es necesario
controlar la resistencia de los cables en
su caso.
Pueden ser utilizados en espacios
interiores, al aire libre, en zonas con
riesgo de explosión, locales de trabajo
con peligro de incendio, en la
industria, en explotaciones industriales
y agrícolas.
Además se aplica lo establecido en
DIN VDE 0298-300.
Estructura a base de
DIN VDE 0828-16
No. de reg. VDE 7586
Descricpión general del motor
90°C
200°C
3
50
Descricpión general del motor
3.14Cable Tefzel(TEHSITE)
Datos técnicos
Conductores de cobre de hilo
fino clase 5 conforme a DIN
VDE 0295
Aislamiento TE400
Cubierta interior de silicona
Cubierta exterior de TE-400
Color: negro
Temperatura permanente admisible del conductor
Temperatura admisible del conductor en cortocircuito (máx. 5 s)
No propagación de la llama conforme a DIN EN 50265-2-1
Resistente a rayos ultravioletas, a la intemperie y al ozono
Resistente a aceite / resistencia química general
Flexible
450/750 V: con conductor verde-amarillo
Utilización en agua / nunca en agua potable
Descripción breve
Los cables con vaína TEHSITE
(TEFZEL) son cables resistentes al
calor y químicamente estables. Están
destinados para la conexión flexible de
motobombas sumergibles de KSB, si la
temperatura del medio bombeado o
ambiente sobrepasa los 60 °C o si se
necesita una resistencia química alta.
El campo de aplicación está
determinado en un dictamen de VDE
del 30.11.1983 con anexo del
14.10.1987.
A causa de su estructura y los
materiales empleados, el cable
TEHSITE tiene una flexibilidad
inferior a los cables protegidos por
goma.
Además se aplica lo establecido en
DIN VDE 0298-300.
Estructura a base de DIN VDE 0828-
16
135°C
270°C
3
51
Descricpión general del motor
3.15Cable de goma blindado
Datos técnicos
Conductores de cobre de hilo fino clase 5 conforme a DIN VDE 0295
Aislamiento EPR
Cubierta interior de goma
Cubierta trenzada de hilos de cobre estañados
Cubierta exterior de goma especial de caucho sintéticoColor: negro
Temperatura admisible del
conductor
Temperatura admisible del
conductor en cortocircuito
(máx. 5 s)
No propagación de la llama
conforme a DIN EN 60332-1-2
Resistente a rayos ultravioletas,
a la intemperie y al ozono
Resistente a aceite conforme a
DIN EN 60811-2-1
Flexible
Temperatura durante instalación
y transporte: -25 a +80 °C
450/750 kV: con conductor
verde-amarillo
Utilización en agua / nunca en
agua potable
DIN VDE 0282-16 HD 22.16
Descripción breve
Los cables de goma OZOFLEX (FC+)
S07RC4N8-F han sido desarrollados
para la conexión flexible de
motobombas sumergibles a
convertidores de frecuencia. Cumplen
con los requisitos de la directiva sobre
la compatibilidad electromagnética y
están disponibles hasta una sección de
cable de 50 mm².
A causa de la composición diferente y
muchas veces variable de las aguas
residuales los cables solo deben ser
utilizados en zonas controladas de
acceso fácil.
En caso de aguas agresivas o agua de
una composición especial es necesario
controlar la resistencia de los cables en
su caso.
Pueden ser utilizados en espacios
interiores, al aire libre, en zonas con
riesgo de explosión, locales de trabajo
con peligro de incendio, en la
industria, en explotaciones industriales
y agrícolas.
Además se aplica lo establecido en
DIN VDE 0298-300.
Estructura a base de DIN VDE 0828,
parte 16
90°C
250°C
3
52
Tuberías y válvulas
3.16Aseguramiento de calidad
y certificados de ensayo
Ensayo individual estándar
Los ensayos individuales
estándar de los motores KRT
son realizados conforme a las
normas de fabricación de KSB.
Se trata de:
- Ensayo de la resistencia del
bobinado
- Medición de aislamiento
- Ensayo de alta tensión del
bobinado
- Control de los dispositivos de
vigilancia
- Ensayo del conductor
protector
- Corriente en vacío
- Control del sentido de giro.
Homologación única
Los ensayos mencionados a
continuación se realizan como
homologación una vez por tipo
de motor según norma de
fabricación adicionalmente a los
ensayos individuales descritos:
- Medición de las resistencias
del bobinado
- Ensayo de calentamiento del
motor según DIN EN 60 034
- Medición en cortocircuito
para determinar la corriente
de arranque a tensión
reducida (como alternativa:
conexión directa con
medición oscilográfica)
- Determinación del
rendimiento conforme al
método de pérdidas
individuales según
DIN EN 60 034.
Opcionalmente podemos
entregar con la bomba los
llamados certificados 2.2 de un
motor de construcción idéntica.
3
53
Tuberías y válvulas
4. Tuberías y válvulas
Notas preliminares
Condición previa para un
funcionamiento sin averías, un
montaje y mantenimiento
correctos así como una alta
disponibilidad de equipos
técnicos es una planificación
detallada. Esto también se refiere
a las tuberías y válvulas dentro y
fuera de una estación o
instalación de bombeo.
Las tuberías de impulsión
transportan el medio bombeado
de la bomba al lugar de
destinación.
La bomba y la tubería de
impulsión forman una unidad
técnica-hidráulica.
La representación gráfica se
realiza en forma de una curva
característica de la bomba o de
la instalación, esta última
también se llama curva
característica de la tubería.
A continuación denominamos
las tuberías en la instalación de
bombeo tuberías internas. Las
tuberías de impulsión al exterior
de la instalación de bombeo
hasta el punto de salida son
análogamente las tuberías de
impulsión externas.
Las tuberías internas de una
estación de bombeo comprenden
básicamente las tuberías de
aspiración y las tuberías de
impulsión. Como las bombas
KRT son motobombas
sumergibles de aguas residuales
que normalmente se instalan de
forma estacionaria sumergida,
en este caso se suprimen las
tuberías de aspiración.
En la práctica las tuberías de
impulsión externas también se
denominan tuberías de
impulsión de aguas residuales o
tuberías de transporte. Suelen
ser instaladas bajo tierra
protegidas contra las heladas. En
la planificación hay que evitar, a
ser posible, puntos altos y bajos
extremos en el recorrido de la
tubería de impulsión de aguas
residuales. Si esto no puede ser
asegurado debido a puntos
forzados, deberán adoptarse
medidas técnicas especiales,
como p. ej. conexiones de lavado
y vaciado así como válvulas de
aireación y desaireación en
puntos altos.
Para garantizar un transporte
seguro de aguas residuales
comunales se recomienda un
paso libre de 100 mm para el
rodete de la bomba así como
para las válvulas y la tubería de
impulsión. Se recomienda
también respetar un diámetro
interior mínimo de las tuberías
de 80 mm.
4.1Planificación del sistema de tuberías
4.1.1 Tuberías
4.1.1.1 Dimensionamiento
Los parámetros iniciales para el
dimensionamiento de una
tubería son:
•Caudal
•Presióndeservicio
El dimensionamiento de las
tuberías o el cálculo del
diámetro interior (diámetro
nominal) depende de
•lavelocidaddeflujo.
Basándose en el cálculo del
diámetro nominal se obtiene
para el caudal a planear
•lapérdidadepresióno
pérdida de fricción en
tuberías
•lapérdidadecargadela
tubería
De la altura geodésica + la
pérdida de carga = altura de
impulsión manométrica se
puede determinar
•lapresióndeservicio.
De un cálculo del golpe de
ariete se pueden derivar, en su
caso, planteamientos
adicionales para la presión de
servicio, la presión nominal y
los dimensionamientos estáticos
de las tuberías (véase más abajo
el apartado correspondiente).
4
54
Tuberías y válvulas
A continuación, queremos
explicar más en detalle los
parámetros de diseño.
Definición de la velocidad de
flujo y diseño del diámetro
nominal
Partiendo del caudal necesario
o planeado el diámetro nominal
de la tubería depende
directamente de la velocidad de
flujo. En función de la
velocidad de flujo resultan las
pérdidas de fricción en las
tuberías.
Las velocidades de flujo y con
ello los diámetros nominales
deben ser determinados bajo
aspectos económicos (gastos de
inversión y de explotación),
considerando los enfoques
siguientes:
Quedar por debajo de la
velocidad de flujo mínima
puede provocar perturbaciones
en el funcionamiento (atascos,
etc.). Sobrepasar velocidades de
flujo también puede causar
perturbaciones en el
funcionamiento y además
produce altas pérdidas de
fricción en tuberías con un
consumo de energía
innecesario.
Diámetro nominal / diáme-
tro interior de la tubería
El diámetro nominal de la
tubería de impulsión se cálcula
en función del caudal máximo
previsto, la longitud de la tubería
y el medio bombeado teniendo en
cuenta los valores de orientación
antes citados.
Se puede determinar el diámetro
nominal óptimo mediante un
cálculo de rentabilidad, es decir,
a los gastos de inversión hay que
contraponer los gastos de
explotación y en este caso
especialmente los gastos de
energía. Diámetros nominales
más pequeños con altas
velocidades de flujo significan
altas pérdidas de flujo en tuberías
largas y exigen la utilización de
bombas con mayores alturas de
impulsión y un mayor consumo
de energía (véase fig. 4.1.1.a).
El diámetro nominal de las
tuberías debe ser como mínimo
idéntico o más grande que el
diámetro nominal de la conexión
de la bomba.
En estaciones de bombeo
pequeñas las bombas deben ser
dimensionadas no solo en
función de la afluencia, sino
también hay que dar mucha
importancia a la no aparición de
atascos y la velocidad mínima. Si
no se alcanza la velocidad de
flujo recomendada en la tubería
de impulsión vertical en estas
estaciones de bombeo, es
necesario adoptar medidas
preventivas para el caso de un
posible atasco (p. ej. una
conexión de lavado).
Un caso especial es el drenaje de
propiedades particulares (p. ej. el
drenaje bajo presión) que deben
ser conectadas a una planta
central de tratamiento de aguas
residuales. Si se utilizan bombas
con rodetes de corte, se puede
elegir un diámetro de tubería
más pequeño.
Velocidades de flujo
Si se comparan las tuberías
de agua potable con las de
aguas residuales, estas últimas
representan un caso especial ya
que deben transportar de forma
segura impurezas de distintos
tipos y composiciones como
fibras, sólidos minerales de dis-
tintos tamaños (arena, gravilla
y piedras), así como impurezas
orgánicas.
Fig. 4.1.1.1a: Estructura de gastos para la construcción y explotación de una tubería
4
Kost
en
Strömungsgeschwindigkeit
Durchmesserder Rohrleitung
Investitionskostender Rohrleitung
Energiekosten
GesamtkostenkostenG
asto
sGastos de inversión dela tubería Gastos de energía
Gastos totales
Diámetro de la tubería
Corriente velocidad
Vista más amplia en el anexo
55
Tuberías y válvulas
Para poder garantizar este
transporte, hay que cumplir
velocidades de flujo mínimas.
Las condiciones secundarias
son las siguientes:
•Distintasvelocidadesde
flujo para tuberías verticales y
horizontales
•Eldiámetrointeriordetubería
realizado; teniendo en cuenta
que diámetros mayores
también exigen mayores
velocidades de flujo
•Composicióndelmedio
bombeado (evaluación del
contenido de fibras, y sólidos
y el tamaño de grano)
•Mododefuncionamientode
la tubería (discontinuo o
continuo)
•Largototaldelatubería
KSB ha realizado ensayos
correspondientes sobre el
transporte de impurezas en
aguas residuales en la
Universidad Técnica de Berlín.
Los resultados están
documentados en la fig. 4.1.1.1b
Diagrama de velocidades de
flujo mínimas. Se ha investigado
detalladamente el campo de
diámetros nominales de DN 100
a DN 250, extrapolando los
campos de diámetros nominales
de DN 500 a DN 1000. Las
impurezas corresponden a los
componentes habituales de
aguas residuales o sucias, como
fibras, grava 0/4, grava 16/32 y
gravilla de granito 2/5.
Cálculos de golpe de ariete
En sistemas de abastecimiento
de agua y de tratamiento de
aguas residuales cualquier
cambio del estado de servicio
produce cambios dinámicos de
presión y caudal. Estos procesos
no estacionarios en sistemas de
tuberías en instalaciones de
captación, tratamiento,
transporte y distribución de
agua deben ser observados y
examinados en la planificación
de la instalación, ya que pueden
ser la causa de daños
considerables en tuberías,
válvulas u otros accesorios. Las
causas de estados de
funcionamiento no
estacionarios son múltiples y
básicamente inevitables. Son
producidas p. ej. por una avería
de la bomba, el arranque o la
parada de la bomba, la
conexión adicional o la
desconexión de bombas a un
circuito de bombas en marcha,
bombas de velocidad variable,
válvulas que se abren o cierran
o que regulan, válvulas
reductoras de presión, etc.
Debido a esta complejidad de la
problemática del golpe de ariete
no es recomendable realizar
cálculos con los numerosos
métodos de aproximación
existentes, ya que son muy
limitados en su esfera de
aplicación y por ello no gozan
de una validez absoluta. El
cálculo fuera de su esfera de
aplicación puede ocasionar
mediciones erróneas
considerables.
En este contexto señalamos el
código de DVGW (Asociación
Alemana de los Sectores de Gas
y Agua), Regla técnica, hoja de
trabajo W 303 “Cambios
dinámicos de presión en
instalaciones de abastecimiento
de agua” así como el folleto de
know-how de KSB tomo 1 “El
golpe de ariete”.
Es aconsejable consultar a
reconocidos expertos para la
evaluación de la problemática
del golpe de ariete y para la
determinación de medidas.
Fig. 4.1.1b: Velocidades de flujo mínimas
4
0
1
2
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
horizontal
vertical
2.4
1.4
Líne
a pu
ntad
a
m/s
DN (mm)
Vista más amplia en el anexo
56
Tuberías y válvulas
Cálculo estático de tu-
berías
Las tuberías deben ser capaces
de absorber de forma
permanente e indemne las
presiones interiores y exteriores
que se ejercen sobre el sistema.
Las presiones de procesos
transitorios (p. ej. golpe de
ariete) también forman parte de
ellas, a no ser que se adopten
otras medidas de seguridad.
Para el cálculo de los espesores
de pared correspondientes de
las tuberías, los factores
decisivos son la clase de presión
necesaria, las cargas exteriores
y el material.
Para el proyecto concreto hay
que examinar la necesidad de
una elaboración de un “cálculo
estático de tuberías”. Los
cálculos siguientes forman parte
del cálculo estático de tuberías:
- Cargas primarias (presión
interior, peso del tubo, de las
válvulas, del llenado de agua)
- Cargas secundarias (tensiones
o fuerzas que resultan de las
diferencias entre la
temperatura mínima y
máxima basándose en la
temperatura de montaje)
- Cargas ocasionales (como p.
ej. viento, hielo, nieve)
- Cargas dinámicas
- Análisis de tensión
- Comportamiento de vibración
(representación de las
frecuencias de excitación y las
frecuencias naturales)
- Estabilidad en caso de
terremotos
Los resultados de estos cálculos
son entre otros:
- Espesor de pared de tubo
necesario para el material
seleccionado
- Valores de fuerzas y
momentos para la
planificación de la obra y de
la estructura portante (para
pasamuros, cimentaciones y
otros puntos de fijación)
- Determinación de tipo
(soportes fijos, soportes de
deslizamiento, guías) y
posición de los soportes de
tubería
- Valores de fuerzas y
momentos para los soportes
de tubería (cargas de soportes
para soportes fijos, soportes
de deslizamiento, guías)
- Especificaciones constructivas
para los soportes de tubería
(diseño de los soportes fijos,
soportes de deslizamiento,
guías)
Notas:
Cargas (fuerzas y momentos)
resultantes de las cargas
secundarias, el “caso de carga
de temperatura”, son muchas
veces mayores a las fuerzas de
las cargas primarias (peso y
presión), sobre todo si la tubería
está instalada de forma rígida
entre dos puntos fijos. Por eso
muchas veces las cargas de
fuerzas admisibles en partes de
la obra (p. ej. en pasamuros)
pueden ser excedidas, lo cual
requiere medidas adicionales.
Un remedio es la utilización de
piezas de dilatación o
compensadores.
El trazado de la tubería también
puede influir en las tensiones y
fuerzas. Mientras que en un
trazado de tubería recto entre
dos pasamuros la tubería no
puede “desviarse”, tuberías de
trazado angular sí que lo
pueden, de modo que se
produzcan fuerzas y momentos
mucho más moderados. Aquí
también hay que concentrarse
en una utilización correcta de
soportes de deslizamiento y
fijos así como de guías.
4.1.1.2 Trazado de tuberías
Tuberías internas
Para la fijación de la motobomba
sumergible en el pozo de bomba
sirven las piezas de montaje, que
son el codo de pie, el dispositivo
de guía (cable o barra de guía) y
la cadena o cable.
4
57
Tuberías y válvulas
En el codo de pie que es anclado
en el fondo del pozo de bomba se
monta la tubería de impulsión.
La tubería de impulsión consiste
en una columna vertical y la
tubería de impulsión horizontal
saliente. Si en la estación de
bombeo se encuentran varias
bombas con el mismo lugar de
destinación de bombeo, cada
bomba dispone de una tubería
de impulsión individual que en
caso de tuberías largas se reúnen
en por lo menos una tubería de
impulsión central.
Las tuberías de impulsión
salientes de la estación de
bombeo deben ser instaladas de
forma ascendente hasta la salida
(final). Si a causa de las
condiciones topográficas el
trazado de la tubería
experimenta muchos puntos
altos y bajos, puede acumularse
aire en los puntos altos o
sedimentaciones en los puntos
bajos. En tales casos es necesario
revisar la velocidad de flujo.
Acumulaciones de aire producen
un aumento de las pérdidas de
presión. Bajo ciertas
circunstancias el flujo
volumétrico de la bomba se
reduce y la cuestión de una
posible autodesaireación gana
importancia. Si la
autodesaireación no puede ser
practicada o solo de forma
limitada, deben preverse
aireadores y desaireadores en los
puntos altos y conexiones de
evacuación y de lavado en los
puntos bajos. Además, los
aireadores y desaireadores sirven
de interruptores de presión
negativa, si apareciera un efecto
de sifón no deseado o no
calculado.
La disposición de las válvulas se
realiza en el pozo de bomba
verticalmente en las columnas o
horizontalmente en un pozo
separado de válvulas.
La instalación de las válvulas en
las columnas debe efectuarse en
la parte superior del pozo.
Ventaja: El acceso de las válvulas
resulta más fácil y hay menos
probabilidades de que sólidos se
depositen en el dispositivo
antirretorno. En caso de una
instalación a un nivel más
profundo hay que observar una
distancia mínima al codo de pie.
En caso contrario inclusiones de
aire pueden provocar problemas
al arrancar la bomba. Las
válvulas de cierre deben ser
montadas de tal forma que la
posición de los elementos de
maniobra (p.ej. volante) no
disturbe la aspiración de la
bomba.
Columnas por encima de la
válvula de retención deben
mantenerse más bien cortas a
causa de un posible depósito de
sólidos, teniendo en cuenta las
circunstancias locales. La
integración de las columnas en
una tubería de impulsión central
debe efectuarse siempre
horizontalmente y, a ser posible,
sin perjudicar el flujo. Según las
circunstancias locales pueden
utilizarse entre otros tubuladuras
en forma de silla, codos de
soldar, tubos bifurcados y la
realización de ángulos de
integración (fig. 4.1.1.2c).
Fig. 4.1.1.2b: Cámara de válvulas
Fig. 4.1.1.2c: Integración de la
tubería de impulsión individual
en dirección de flujo
4
Fig. 4.1.1.2a: Pozo de válvulast
58
Tuberías y válvulas
Si resulta necesario aumentar la
sección transversal, se
recomienda utilizar adaptadores
(en la construcción de tuberías se
llaman “reductores”) con un
ángulo de abertura, en lo
posible, pequeño. Los
adaptadores instalados en la
columna deben ser excéntricos
para que estos accesorios no
dificulten la aspiración de la
bomba.
El paso por un muro de la
tubería de impulsión saliente en
la obra se realiza, en caso de
exigir un sellado absoluto, por
un tubo con bridas o un
pasamuro elástico. En caso de
utilizar un pasamuro elástico
(junta anular), procurar centrar y
fijar bien la tubería en la
apertura.
Para obtener un montaje
perfecto con conexiones libres
de tensiones, la posibilidad de
compensación de tolerancias de
largos, así como la posibilidad
de un desmontaje en caso de
reparaciones, deben integrase
piezas intermedias y
desmontables o compensadores
en la tubería, según las
necesidades. Una disposición
adecuada de la tubería permite
que codos de tubo con brida
puedan servir para tal fin.
Para mantener la posibilidad de
montaje y reparación es
necesario reducir al máximo
posible el número de uniones
embridadas. No obstante, no
olvidar la integración de
uniones embridadas para
reparaciones y para instalar
tuberías prefabricadas. Trabajos
de soldadura in situ deben ser
limitados a un mínimo.
Las uniones embridadas deben
ser ejecutadas en función del
medio bombeado, el material de
tubo elegido y la presión
máxima de la instalación.
Juntas planas a partir de DN
200 deben utilizarse en
ejecución con inserción de
acero. Al utilizar elementos de
unión en acero inoxidable los
tornillos deben ser de calidad
V2A y las tuercas hexagonales
de V4A.
Si las condiciones de espacio no
permiten otra solución, la
tubería central también puede
ser instalada fuera de la obra.
Por razones de espacio y manejo
la disposición separada de una
sala de compuertas (también
llamado cámara de válvulas o
pozo de válvulas) puede resultar
útil (fig. 4.1.1.2a+b).
Si no se pueden evitar puntos
altos en la tubería de impulsión
de la estación de bombeo, debe
preverse una posibilidad de
desaireación. En plantas de
tratamiento de aguas residuales
esto debería ser estándar ya que
la formación de gas es muy
probable. Si la tubería externa
está instalada de forma
descendente, debe ser montada
una válvula de aireación y
desaireación automática en el
punto más alto de la estación de
bombeo que sirve de interruptor
de vacío. Si en el momento de
desconectar la bomba se
produce un efecto de sifón, no
se pueden excluir dificultades
en el arranque de la bomba por
inclusión de aire.
Si hace falta, prever
posibilidades de evacuación y
lavado (p. ej. empalmes de tubo,
llaves esféricas y acoplamiento
Storz con tapa ciega).
Si se instala una estación de
bombeo en una obra abierta
(depósito) deben adoptarse, en
su caso, medidas de protección
contra heladas.
4
59
Tuberías y válvulas
Tuberías externas
Las tuberías externas deben ser
ejecutadas conforme a los
reglamentos legales y las
recomendaciones de las
asociaciones profesionales (véase
ATV hoja de trabajo 134).
Puntos altos notables deben ser
desaireados. Una bolsa de aire en
las tuberías podría causar
reducciones de caudal y
perturbaciones en el
funcionamiento, así como un
cierre repentino de la válvula y
vibraciones de las tuberías.
Nota especial
En el punto de transición entre
tubería interior y exterior, aquí
se refiere al punto delante de la
pared exterior de la estación de
bombeo, se debe considerar el
montaje de una articulación de
tubo a causa de la “problemática
de asentamiento”.
4.1.1.3 Fijación de la tubería / Soporte
Generalidades
La fijación o el soporte de
tuberías se efectúa con:
- Abrazaderas de tubo como
abrazadera doble
• con apoyo de suelo
• con consola de pared
• con suspensión del techo
- Silletas con y sin abrazadera de
tubo
- Construcciones especiales
En función de los aspectos
estáticos de las tuberías, los
soportes deben ser fijos o
deslizantes.
Fijaciones / soportes en
estaciones de bombeo KRT
Las columnas son conectadas de
forma directa y fija al codo de
pie. El codo de pie es utilizado
como punto fijo, teniendo en
cuenta las cargas admisibles
indicadas por el fabricante. Para
absorber el peso de los tubos
este ha sido especialmente
dimensionado para fuerzas
verticales admisibles más altas.
En caso normal el codo de pie
puede soportar el peso de los
tubos de la columna. Las fuerzas
y momentos admisibles tampoco
deben ser sobrepasados durante
el funcionamiento. Los soportes
de las tuberías deben preverse a
distancias cortas y ser muy
estables. Los dispositivos
fijadores deben soportar el peso
de la tubería y del medio
bombeado, evitar cargas
(fuerzas y momentos) en los
puntos de conexión y
vibraciones inadmisibles.
El rodete de pocos canales de las
bombas de aguas residuales
produce una pulsación de la
corriente. Frecuencia de
excitación = número de
revoluciones x número de
álabes.
Las vibraciones hidráulicas de
bombas de rodetes monoálabes
son las más críticas. Las
frecuencias de excitación
ascienden a 25 Hz a 1500 1/min
y a 17 Hz a 1000 1/min.
Tuberías de acero muchas veces
tienen frecuencias naturales que
se concentran justo en esta gama
de frecuencia.
4
60
Tuberías y válvulas
La pulsación en el flujo
volumétrico estimula la vibración
de la tubería de impulsión de la
bomba. Es importante que se
evite una resonancia. Esta
aparece si la frecuencia natural
de la bomba coincide con la
frecuencia de la tubería.
Resonancias producen
amplitudes de vibraciones
máximas y fuerzas muy altas
actúan sobre los soportes.
Para poder excluir las
resonancias de modo seguro, es
imprescindible que las dos
frecuencias se distingan. La
distancia mínima debe ser más
grande que el 10 % del valor de
la frecuencia natural.
Muy pocas veces se puede
cambiar la frecuencia natural de
la bomba (cambio de la
velocidad de la bomba > 30 %).
Esto significa que la frecuencia
natural de la tubería debe ser
adaptada.
La frecuencia natural de la
tubería depende:
•Deladistribucióndemasaen
el sistema (posición de las
válvulas, espesor de pared,
material)
•Delconceptodesoporte
De influencia decisiva en la
frecuencia natural es el concepto
de soporte. Frecuencias
naturales desfavorables pueden
ser modificadas mediante un
cambio de posición o integración
de soportes individuales
(preferentemente cerca de
válvulas, bocas de salida, etc...).
El posicionamiento de grandes
masas individuales (válvulas)
también influye la frecuencia
natural.
Las posiciones exactas de los
soportes con las frecuencias
naturales correspondientes
pueden ser determinadas
exclusivamente con un cálculo
estático especial para tuberías.
La frecuencia natural puede ser
cambiada poco al variar el
espesor de pared. Espesores de
pared mayores provocan, en
tuberías de material idéntico
(módulo de elasticidad idéntico)
y excitación idéntica, una
frecuencia natural mayor.
Fuerzas provocadas por
vibraciones que actúan sobre los
soportes pueden ser calculadas
con una excitación armónica.
La determinación de frecuencias
naturales solo puede hacerse
mediante un cálculo estático
para tuberías.
Los soportes de tubería deben
ser robustos para poder
transmitir de forma segura las
fuerzas activas a la obra.
4
61
Tuberías y válvulas
4.1.1.4Pasamuros
Si las tuberías tienen que pasar a
través de paredes interiores y
exteriores de obras, hay que
utilizar pasamuros:
Pasamuros rígidos
El pasamuro con collarín como
tubo del medio (tubo de pared)
es la versión rígida.
Este pasamuro sirve de punto
fijo. Con el cálculo estático de
tuberías deben determinarse las
fuerzas en este punto y ajustarlas
con las fuerzas admisibles para
la construcción.
Este pasamuro existe en dos
versiones:
•Collarín con extremos para
soldar
• Collarín con bridas de
empalme
Si se utilizan collarines con
extremos para soldar se requiere
un montaje que penetra el
encofrado. En casos especiales
puede efectuarse un montaje
posterior en un vano en el muro
que debe ser llenado con
hormigón secundario. Este tipo
de construcción requiere una
coordinación detallada con el
planificador de obras. Collarines
con bridas de empalme pueden
ser a ras de pared o salientes. El
montaje a ras de pared exige una
exactitud dimensional del
montaje entre encofrado y
armadura.
Pasamuros flexibles
Un pasamuro flexible consiste en
un tubo manguito con collarín y
el tubo del medio insertado.
Para el sellado entre tubo
manguito y tubo del medio
básicamente existen dos
versiones:
• Junta anular
• Junta de apriete brida-brida
En vez del tubo manguito se
puede prever también una
perforación con barrena
sacanúcleos en la pared de
hormigón de acero. En general,
no se recurren a perforaciones
con barrena sacanúcleos para
diámetros nominales más
grandes.
Si se emplean pasamuros
elásticos y además se debe evitar
un empuje axial, debe preverse
en una posición adecuada antes
de alcanzar el pasamuro un
soporte / dispositivo de fijación
como punto fijo (protección
contra el empuje axial).
4.1.1.5 Materiales de tubería
Las tuberías en el interior de la
estación de bombeo son
preferentemente fabricadas en
acero. Para garantizar una
protección anticorrosiva las
tuberías de acero son fabricadas
con paredes gruesas, revestidas
(p. ej. galvanizadas al caliente o
pintadas) o de acero inoxidable
(material 1.4571 / V4A). Al
utilizar tuberías fundidas se
deben considerar en especial la
disponibilidad de racores de
tubería y el peso.
Al usar otros materiales como p.
ej. materiales sintéticos para
aguas residuales industriales, hay
que dar mucha importancia a la
fijación suficiente de las tuberías
así como al apoyo separado de
piezas incorporadas como
válvulas.
4
62
Tuberías y válvulas
Los materiales de las tuberías
internas son:
•Acero(p.ej.revestidoo
galvanizado)
•Aceroinoxidable(p.ej.1.4301
o 1.4571)
•PE-HD
•Fundición(embetunada;con
revestimiento electrostático de
plásticos)
Para las tuberías fuera de la
estación de bombeo la selección
del material depende de las
condiciones locales (terreno de
construcción, exposición a
corrosión), criterios
relacionados con la
construcción y los tubos así
como aspectos económicos.
Los materiales de las tuberías
externas son:
•Fundición(embetunada;con
revestimiento electrostático de
plásticos, con revestimiento
de mortero de cemento)
•PE-HD
•Plásticoreforzadodevidrio
•Aceroembetunado
•Aceroconrevestimientode
mortero de cemento
Además hace falta considerar
una pieza de conexión / de
empalme técnica y dimensio-
nalmente apropiada entre la
tubería interna y externa de la
estación de bombeo.
4.1.1.6 Conexiones de medición en tuberías
Para las tuberías de impulsión,
casi siempre para las internas, se
requiere la integración o el
montaje de instrumentos de
medición conforme al concepto
de vigilancia y control.
Montaje directo en tubería
En general, solo
•Loscaudalímetrosmagnéticos
inductivos (CMIs)
son montados directamente en
la tubería.
Montaje exterior o integración
en la tubería
Los siguientes instrumentos son
instalados al exterior de la
tubería para medir :
•Lapresión(mediante
manómetro o transmisor)
•Elflujo(monitordeflujocomo
protección contra marcha en
seco)
•Latemperatura(pococomún
en tuberías de aguas residuales)
•Caudalímetrosconsensores
ultrasónicos
Nota
En este contexto quisiéramos
mencionar que para el control de
una instalación de bombeo en la
práctica se efectúan mediciones
adicionales como del nivel en el
pozo de bomba, y en su caso,
incluso en el punto de salida.
Pero estas mediciones no están
relacionadas con el sistema de
tuberías.
Indicaciones para la posición de
montaje de los puntos de
medición de CMIs
En el montaje o disposición de
CMIs debe observarse como
sigue:
- Recorridos suficientes aguas
arriba y abajo del CMI para
estabilizar el flujo. Para ello
observar las indicaciones de los
fabricantes correspondientes.
- Posición de montaje según
indicaciones del fabricante. P.
ej. tubo sifón para obtener el
llenado completo de la
trayectoria de medición para
instrumentos que no son aptos
para un llenado parcial.
Indicaciones para la posición de
montaje de puntos de medición
de presión, monitores de flujo y
mediciones ultrasónicas
Conexiones para puntos de
medición de presión deben
preverse siempre en la parte
lateral de la tubería a la altura
del eje de tubo. Además, hay que
vigilar que los puntos de
medición se encuentren en
tramos de tubo de escaso flujo.
Se trata de evitar una disposición
en puntos de reducción,
ampliación, desviación, piezas
montadas, etc.
También debe evitarse la
disposición al suelo y vértice del
tubo, ya que impurezas o
inclusiones de aire pueden
falsificar el resultado de
medición.
4
4.2 Selección de las válvulas
4.2.1Anotaciones previas
Las válvulas constituyen un
componente funcional del
sistema de tuberías para la
realización del proceso de
bombeo.
Esencialmente se trata de las
funciones siguientes:
•Cerraryabrirlatubería
•Impedirelreflujo
•Regularelflujo(problemático
para aguas residuales)
•Aireaciónydesaireacióndela
tubería
Para ello la industria de
válvulas nos ofrece:
•Válvulasdecompuerta
(válvulas de compuerta de
cuña, válvulas de guillotina),
válvulas mariposa, válvulas
de globo
•Válvulasdecompuertade
control (de émbolo, de
diafragma, de guillotina)
•Válvulasderetención(con
palanca y peso o vástago
interior), dispositivos
antirretorno (con asiento de
membrana o discos), válvulas
esféricas de retención
•Válvulasdeaireacióny
desaireación de distintos tipos
de construcción
63
4.2.2 Criterios de selección
Básicamente, los criterios
siguientes deben ser tenidos en
cuenta en la selección de una
válvula:
•Mediobombeado
•Idoneidaddelaconstrucción
y función para el medio
bombeado
•Materialesadecuadosparael
medio bombeado
•Diámetronominalenfunción
de la velocidad de flujo y las
pérdidas de carga resultantes.
4.2.2.1 Medio bombeado
Para el medio bombeado “aguas
residuales” se dan condiciones de
empleo especiales según el tipo de
agua:
•Aguadelluvia
•Aguassuperficialescribadas
por rejilla
•Aguasresidualesindustriales
•Aguasgrisessinsustancias
fibrosas
•Aguasresidualesdomésticas
con sustancias fibrosas
•Lodocrudo
•Lododereciclaje
•Lodoexcedente
•Aguasresidualeslimpiassin
impurezas
•Aguasindustriales.
Remitimos a la tabla de
selección “Tipos de válvulas en
función del medio bombeado”
(fig. 4.2.3a).
4.2.2.2
Tipos de construcción
La utilización de válvulas en
aguas residuales exige ciertos
requisitos a su ejecución
constructiva. Las razones para
ello se encuentran en la
contaminación por sustancias
gruesas y voluminosas,
componentes abrasivos y otras
sustancias.
A causa de las contaminaciones
existen entre otros los requisitos
siguientes al tipo de
construcción o diseño
constructivo:
•Seccióndeflujoenlaválvula
lo más libre posible
•Exclusiónoevitaciónal
máximo posible de bloqueos
al manipular la válvula
•Idoneidaddetipodesellado
mediante el diseño
constructivo y el material
empleado.
Tuberías y válvulas 4
64
Tuberías y válvulas
4.2.2.3 Posición de montaje y dirección de flujo
Debido a la construcción especial
de una válvula en muchos casos
la dirección de flujo y la posición
de montaje están ya predefinidas.
En todas las válvulas de
retención y dispositivos
antirretorno la dirección de flujo
está predefinida por la
construcción. En muchos casos
también se deben cumplir con
ciertas condiciones de montaje
en cuanto a la idoneidad para un
montaje en posición vertical y
horizontal.
Es necesario observar las
indicaciones de los fabricantes
(p. ej. prescripciones de montaje
y manual de instrucciones) ya en
la planificación.
4.2.2.4 Materiales
Los materiales deben ser
seleccionados en función de los
tipos de aguas residuales antes
mencionados. Los fabricantes de
válvulas suelen hacer las
indicaciones de materiales
individualmente por piezas como
cuerpo, placa de obturación,
asiento, sellado, eje, tornillos de
unión, etc. Materiales de
fundición pueden ser utilizados
en ejecución revestida para aguas
de lluvia/aguas superficiales y
aguas residuales comunales.
Revestimientos epóxicos pueden
ser considerados como muy
aptos.
En caso de medios bombeados
muy abrasivos resulta necesario
emplear materiales de fundición
muy duros y revestimientos
especiales.
La selección correcta de los
elastómeros para sellos también
es importante. Por regla general
puede utilizarse EPDM y NBR
para aguas residuales comunales,
mientras que para aguas
residuales industriales Vitón
(FPM) puede ser más adecuado.
En aguas residuales industriales
también puede ser necesario usar
materiales de acero inoxidable.
La selección del material debe
hacerse individualmente
basándose en la composición de
los contenidos.
Recomendamos informar a los
fabricantes o proveedores de
válvulas siempre sobre la
composición del medio
bombeado, para que el
fabricante pueda hacer la
selección en conocimiento de las
condiciones de aplicación.
4.2.2.5 Diámetro nominal
La selección de los diámetros
nominales se efectúa igual que
para las tuberías en función de
los enfoques de la velocidad de
flujo (véase el apartado 4.1.1.1),
así que normalmente el diámetro
nominal de la tubería
corresponde al diámetro
nominal de la válvula. En este
contexto quisiéramos señalar de
nuevo que los diámetros
nominales para aguas residuales
no deben ser inferiores a DN 80.
Al elegir los diámetros
nominales hay que considerar
también las pérdidas de carga de
las válvulas. Sobre todo en caso
de válvulas de retención los
coeficientes de pérdida son tan
altos que pueden ser la razón de
emplear el diámetro nominal
siguiente más grande que, en
consecuencia, también es
decisivo para el
dimensionamiento de la tubería.
4
4.2.3 Tabla de correspondencias "Tipos de válvulas y tipos de aguas residuales"
65
Tuberías y válvulas
Válvulas de cierreGrifosGrifo esférico con paso estranguladoGrifo esférico con paso no estranguladoGrifo de descargaGrifo de asiento cónicoGrifo de asiento cilíndricoVálvulas de cierreVálvula de asiento rectoVálvula de asiento inclinadoVálvula angularVálvula de paso anularVálvula de compuertaVálvula de compuerta, de junta metálicaVálvula de compuerta de cuña redonda Válvula de compuerta de cuña ovalada Válvula de compuerta de cuña plana Válvula de compuerta de doble cuñaVálvula de compuerta, de junta blandaVálvula de compuerta de cuñaVálvula de compuerta con caras paralelasVálvula de compuerta sin cuerpo propio (válvula de compuerta mural)Válvulas de mariposaVálvula de mariposa céntricaVálvula de mariposa excéntricaVálvulas de cierre a membranaVálvula de cierre a membrana, tipo compuerta Válvula de cierre a membranaVálvula de pinza a membrana (hidráulica o neumática)Válvula a membrana anularVálvulas antirretornoVálvula de retenciónVálvula de retención de resorteVálvula de pie con colador y alcachofaVálvula de retención de tobera Válvula de retención, tipo clapetaVálvula de retención tipo clapeta con/sin palanca y pesoVálvula de retención de varias clapetasVálvula de retención de asiento inclinado con/sin palanca y pesoDispositivos antirretornoVálvulas de retención de bolaVálvula de retención de doble discoVálvula de retención tipo waferDispositivo antirretorno a membranaVálvula de retención de tobera Válvula de retención a membranaOtras válvulasVálvulas de descarga con flotadorVálvula de aireación y desaireaciónVálvula de aireación y desaireación aptas para aguas residualesVálvulas de alivio de presiónVálvula de caudal mínimoVálvulas de descarga y para fin de tubo, válvula tipo flap
Leyendano apto
condicionalmente aptoapt
Tipo d
e vá
lvula
„
Tipo d
e ag
uas re
sidual
es
Agua de
lluvia
, aguas
super
ficia
les c
ribad
as p
or rej
illa
Aguas in
dustria
les,
aguas
gris
es si
n susta
ncias f
ibro
sas
Aguas re
sidual
es d
omés
ticas
con su
stancia
s fib
rosa
s, lo
do crudo
Lodo d
e re
cicla
je, l
odo exc
eden
te
Agua lim
pia si
n impure
zas,
aguas
industr
iale
s
Fig. 4.2.3a: Tabla de correspondencias
4
66
Tuberías y válvulas
4.2.4 Montaje
4.2.4.1 Tipo de montaje
En cuanto a la dirección de flujo
y el montaje vertical y / u
horizontal admisible rogamos
que se refieran al apartado
4.2.2.3.
4.2.4.2 Posición de montaje
La posición de montaje está
determinada por:
•Lafuncióntécnica
•Lascondicionesfuncionales
secundarias
•Laaccesibilidady
manejabilidad.
Al determinar la posición de
montaje de las válvulas los tres
criterios indicados son del mismo
rango y deben ser combinados
para la solución del proyecto.
La función técnica operacional
En primer lugar la posición de la
válvula es determinada por la
función técnica operacional.
He aquí algunos ejemplos para
dar una mejor explicación:
•Laválvuladecompuertaenel
lado de impulsión de la bomba
sirve para cerrar la tubería en
caso de una reparación de la
bomba y de la válvula de
retención y debe ser
posicionada inmediatamente
aguas abajo de la bomba y de
la válvula de retención.
Entonces, de las condiciones
funcionales secundarias (nivel
de agua máx. en el pozo de
bomba) y la manejabilidad
resultan otra posición
(superior).
•Comoyamencionadoenel
párrafo anterior, la válvula de
retención debe ser montada
inmediatamente aguas abajo
de la bomba. Aquí el nivel de
agua y la accesibilidad
determinan también el
posicionamiento apropiado en
la tubería.
•Laválvuladeaireacióny
desaireación debe ser
posicionada siempre en el
punto más alto de la tubería
por su función técnica.
Teniendo en cuenta esta
posición de la válvula se deben
prever las medidas
constructivas para asegurar su
accesibilidad.
Condiciones funcionales
secundarias
La posición de montaje puede ser
determinada por las condiciones
funcionales secundarias. A
continuación, algunos ejemplos:
•Prescripcionesdemontajedel
fabricante de válvulas (vertical/
horizontal)
•Recorridodelatuberíade
impulsión
•Encasodeunrecorrido
vertical largo de la tubería de
impulsión la válvula de
retención no debe ser montada
a una posición baja en el eje de
tubo vertical. En caso
contrario la función de la
válvula de retención sería
perturbada por impurezas
refluyentes (arena, piedras y
sedimentos de lodo). También
podría ser dañada por piedras
refluyentes. En tales casos se
debe posicionar la válvula de
retención en un tramo de
tubería horizontal. Si fuera
necesario, considerar tal tramo
ya en la planificación.
•Niveldeaguamáximo
•Unificacióndetuberíasde
impulsión individuales en
tuberías centrales.
4
Accesibilidad o manejabilidad
Finalmente, la accesibilidad
para el personal operador es un
criterio muy importante para la
manejabilidad así como para
trabajos de mantenimiento y
reparación. Siempre se debe
asegurar el cumplimiento de las
normas de prevención de
accidentes (en Alemania: UVVs,
BGV y otros reglamentos), lo
que también repercutirá en la
planificación.
En principio existen las
posibilidades siguientes para
asegurar la manejabilidad y
accesibilidad.
•Laválvulapuedeser
posicionada en una parte de
la obra que por sí proporciona
una manejabilidad fácil.
•Lamanejabilidadrequiereel
montaje de escaleras y
plataformas.
•Eldiseñodelaobraseadapta
al manejo y mantenimiento.
Buenas soluciones constructivas
para la accesibilidad y
manejabilidad son:
•Pozosdeválvulas
Aparte del pozo de bomba
puede preverse otro pozo
parcial prefabricado separado
para la instalación de las
válvulas. Con el
posicionamiento correcto de las
tapas de pozo se crea la
condición previa para un
montaje y cambio sin
complicaciones.
67
•Cámarasdeválvulas
Para grandes estaciones de
bombeo con diámetros
nominales grandes de tuberías y
válvulas, la planificación de
cámaras de válvulas resulta
muy útil.
Todo el sistema de tubos
individuales y centrales, todas
las válvulas e instrumentos de
medición pueden ser alojados
sin problemas ofreciendo al
mismo tiempo buenas
condiciones de trabajo.
4.2.4.3 Soluciones técnicas para el montaje y desmontaje de válvulas
Tanto para el primer montaje
pero sobre todo para el
mantenimiento posterior es
importante tener en cuenta ya en
la planificación la posibilidad de
poder montar o cambiar
válvulas. Por eso se plantea la
cuestión si aparte de la válvula o
grupo de válvulas la disposición
de piezas de ajuste y desmontaje
especiales es necesaria.
Disposición sin pieza de ajuste y
desmontaje
Si en el trazado de la tubería
aguas arriba o abajo de la
válvula o grupo de válvulas se
quieren incorporar codos de
tubo, en general no hace falta
integrar piezas de ajuste y
desmontaje. Mediante el
desmontaje de un codo de tubo
se puede crear el espacio
necesario en el tramo del tubo
para el cambio de válvula.
Disposición con pieza de ajuste y
desmontaje
En muchos casos el recorrido de
la tubería complica el montaje y
desmontaje de elementos de
tubería o de la válvula misma.
Aquí aparte de la válvula o
grupo de válvulas se deben
integrar piezas de ajuste y
desmontaje. Las piezas de ajuste
y desmontaje disponen de un
campo de ajuste del largo
constructivo lo que permite un
montaje y desmontaje exentos de
tensiones de la válvula o grupo
de válvulas.
Tuberías y válvulas 4
68
Tuberías y válvulas
Básicamente se distinguen los
tipos constructivos siguientes:
•Piezasdeajusteydesmontaje
enclavables
Estas piezas de ajuste y
desmontaje pueden ser
suministradas:
- con vástago roscado continuo
- con vástago roscado no
continuo
•Piezasdeajusteydesmontaje
no enclavables
Las piezas de ajuste y
desmontaje de vástago roscado
no continuo son de montaje
fácil, ya que el ajuste del largo
constructivo apenas requiere
trabajo. Piezas de ajuste y
desmontaje enclavables pueden
ser utilizadas funcionalmente
como piezas de dilatación y de
desmontaje.
Acoplamiento de tubo como
ayuda de montaje y desmontaje
La utilización de un
acoplamiento de tubo
probablemente representa una
solución fácil. El acoplamiento
de tubo como guarnición de
acero exterior une dos extremos
de tubo con poca distancia
intersticial. En caso de
diámetros nominales pequeños
hasta medianos este intersticio
pequeño puede ser suficiente
para el montaje y desmontaje del
elemento de tubo y permitir
también el cambio de la válvula.
Acoplamientos de tubo están
disponibles en las versiones "a
prueba de tracción" y "no
resistente a la tracción".
4
5 Diseño de la obra
5.1
Anotaciones previas
El diseño de la obra de una
estación de bombeo depende en
gran parte del objetivo de
aplicación. Aparte de los
requisitos puramente
constructivos y mecánicos se
deben considerar también
aspectos hidráulicos (en función
del flujo) en la planificación y
realización constructiva. La
concepción de los campos
expuestos al flujo empieza con
la afluencia a la estación de
bombeo, pasa por el contorno
del pozo de bomba a veces
necesario hasta la(s) bomba(s) y
termina en la tubería de
impulsión o el sistema de salida.
Los fabricantes de bombas se
esfuerzan en documentar las
dimensiones necesarias para la
aplicación de bombas centrífugas
(p. ej. para la geometría de la
obra) en los documentos de
proyecto. Estos datos son valores
indicativos esenciales en el
proceso de planificación para
poder determinar las
dimensiones principales de una
estación de bombeo. La
planificación lograda de una
estación de bombeo es muy
compleja y aparte de meros
requisitos de distancias mínimas
69
entre bombas o dimensiones de
consigna como la distancia del
suelo y el perfil del suelo también
consiste en cuestiones acerca del
diseño entre la afluencia y la(s)
bomba(s).
Si en la planificación o fase de
construcción se producen
grandes desviaciones de las
dimensiones de consigna, del
nivel de agua mínimo o de la
geometría de las piezas
expuestas al flujo de la estación
de bombeo, el funcionamiento
impecable de toda la estación
corre peligro. No importa si se
trata de una sola desviación o
de toda una suma de
desviaciones que producen
problemas. De hecho no se
cumple con las condiciones
secundarias necesarias para el
funcionamiento de la bomba a
causa de los cambios o
desviaciones y la(s) bomba(s)
centrífuga(s) señala(n) con su
comportamiento en servicio o
sus desviaciones del
rendimiento que existen
problemas.
Si, en cambio, los datos de los
fabricantes de bombas en
cuanto al diseño hidráulico y
mecánico de la estación de
bombeo entran a tiempo en el
diseño total, funciones erróneas
– como el no alcanzar los datos
de rendimiento exigidos – y
perturbaciones en el
funcionamiento pueden ser
excluidas.
Según Prosser [5.1] los criterios
para un diseño deficiente de
una estación de bombeo pueden
ser clasificados y evaluados
claramente.
En primer lugar, a continuación
vamos a detallar las influencias
geométricas:
1. Contactores o válvulas de
control dimensionados
demasiado pequeños
2. Cambios abruptos de la
dirección del flujo (p. ej.
ángulos vivos)
3. Campos de flujos sumergidos
de alta velocidad (p. ej.
difusores con ángulos de
apertura demasiado grandes)
4. Escalones o resaltes por el
suelo
5. Presas que no sirven para la
disipación de energía
6. Pilares, columnas y aletas de
guía
7. Diseño incorrecto del cuerpo
o un modo de
funcionamiento que provoca
una distribución de flujo
asimétrica en el pozo
8. Afluencia por encima del
nivel de agua en el pozo
Diseño de la obra 5
70
Diseño de la obra
Los puntos 1, 2, 3, 6 y 7 pueden
causar remolinos en la entrada
de la bomba. En casos extremos
se producen remolinos
superficiales aireados o
remolinos sumergidos (fig. 5.1).
Los puntos 4, 5 y 8 pueden
causar la introducción de aire en
el medio bombeado, mientras
que los puntos 3, 4 y 5 pueden
producir estados de flujo no
estacionarios en el pozo.
La función del pozo de bomba es
formar un recipiente de volumen
y generar buenas condiciones de
afluencia para las bombas; para
ello se deben evitar en la estación
de bombeo las condiciones
hidráulicas siguientes:
1. Chorros, es decir, afluencias
a alta velocidad de flujo que
tropiezan con medios
bombeados estancos o de
baja velocidad (ya que
forman zonas de remolinos
no estacionarios grandes en
su estela)
2. Zonas con interrupción de
flujo
3. Flujos de altas velocidades
(v > 2 m/s)
4. Flujos no estacionarios
5. Grandes ondas de superficie
6. Afluencias en cascada
Si se consideran los criterios aquí
mencionados en la planificación
y realización de la obra entonces
se ha dado un gran paso para
obtener una estación de
bombeo libre de perturbaciones.
Comparaciones de las
dimensiones prefijadas necesarias
en las documentaciones de
diferentes fabricantes y también
en documentaciones de institutos
de investigación de
reconocimiento internacional
han demostrado que las
geometrías documentadas por
KSB en los folletos de serie
correspondientes o en las
herramientas de software
conducen a las dimensiones
mínimas necesarias de estaciones
de bombeo y con ello también a
ahorros de costes
correspondientes.
Fig. 5.1: Remolinos aireados en una bomba modelo
5
5.2 Dispositivos de rejilla
Para un funcionamiento libre de
perturbaciones de las bombas
según el tipo y origen del medio
bombeado puede resultar necesa-
rio incorporar rejillas gruesas
(distancia de dientes entre 5 y 30
cm) y/o rejillas finas (distancia
de dientes entre 5 y 20 mm) así
como, en su caso, aguas arri-
ba separadores de gravas. Su
limpieza debe efectuarse automá-
ticamente mediante un mecanis-
mo correspondiente durante el
funcionamiento habitual de la
bomba.
Sobre todo en aplicaciones como
la toma de aguas superficiales de
ríos, lagos y canales, pero tam-
bién en estaciones de bombeo de
agua de lluvia (storm water) es
absolutamente necesario prever
estos dispositivos de limpieza.
Sobre todo en la toma de aguas
fluviales muchas veces no se da
importancia al problema de
arrastre de piedras y sedimentos.
Pero si no se equipan las
estaciones de bombeo con los
dispositivos mencionados, estas
se enarenan después de un
funcionamiento prolongado o se
acumulan muchos sedimentos en
zonas de resaca en y alrededor de
la obra y provocan un mayor
desgaste de las bombas
centrífugas. No se pueden
excluir tampoco daños
mecánicos en los rodetes y otras
piezas de la bomba.
71
Está en las manos del
planificador dónde posicionar la
rejilla en la concepción de la
estación de bombeo. O se instala
la rejilla aguas arriba de la
estación de bombeo o del pozo
para excluir la entrada de
sustancias gruesas en la obra o se
instalan rejillas individuales
directamente para cada bomba.
Siempre debe haber suficiente
distancia entre la rejilla y la boca
de aspiración de la(s) bomba(s),
ya que la sección transversal libre
se reduce ligeramente a causa de
la instalación de la rejilla y las
sustancias retenidas pueden
deformar considerablemente (de
modo no uniforme) el flujo
aguas abajo de la rejilla. Sin estas
sustancias retenidas por los
dientes de la rejilla, aguas abajo
de la rejilla se produce una
distribución de velocidad
equilibrada en la sección del flujo
– favorable para el
funcionamiento de la bomba.
En la evaluación del nivel de
agua mínima t1 en el pozo de
bomba se debe considerar que las
sustancias retenidas por una
rejilla representan una resistencia
hidráulica y se produce una
diferencia de nivel de agua entre
el lado anterior y posterior. Aquí
el nivel de agua aguas abajo de la
rejilla no debe ser inferior al
nivel de agua mínima admisible
t1 para el punto de
funcionamiento de la bomba
(fig. 5.2a).
Diseño de la obra
Fig. 5.2a: Rejilla con limpieza automática
5
72
Como valor orientativo para la
distancia máxima admisible de
los dientes de la rejilla debe
elegirse un valor entre 0,3 y 0,5
x paso libre del rodete de bomba.
Este valor figura en la curva
característica correspondiente
(véase el folleto de serie o el
software de diseño).
Para poder evaluar la influencia
de la rejilla al nivel de agua
directamente aguas arriba de las
bombas, se puede recurrir – si no
es para un diseño exacto – al
cálculo simplificado según Hager
[5.2] (fig. 5.2.b).
De ello resulta un descenso del
nivel de agua aguas abajo de la
rejilla de ΔH.
Aquí v0 es la velocidad de flujo
aguas arriba de la rejilla. El
coeficiente de pérdida total βRE
es una función del ángulo de
inclinación de la rejilla δRE a la
horizontal, el factor de
corrección para el tipo de
limpieza cREasí como el
coeficiente ζRE . En caso de una
rejilla libre este factor de
corrección es = 1, para una
limpieza mecánica = 1,1 – 1,3 y
para una limpieza manual = 1,5
– 2. El coeficiente ζRE refleja la
forma de los dientes de rejilla así
como las relaciones de superficie
entre el área de flujo libreāy la
distancia de centro a centro de
las secciones de los dientes b
(fig. 5.2c).
Por consiguiente vale:
Para las distintas formas de
dientes de rejilla (fig. 5.2d) se
pueden utilizar los valores
siguientes:
L–
es el largo del perfil de diente de
la rejilla y a– es la anchura. Si
ahora la relación es L– / a– ≈ 5 y se
cumple la condición > 0,5 la
fórmula para ξREpuede ser
simplificada a
Para compensar las pérdidas ΔH
producidas por el paso por la
rejilla, muchas veces se rebaja el
suelo de la obra o del canal por
este valor Δz en la zona debajo
de la rejilla (fig. 5.2e)
ΔH = ξ RE x P1
ηM
ξ RE = βRE x ζRE x cRE x sin δRE
Form 1 2 3 4 5 6 7
ßRE 1 0,76 0,76 0,43 0,37 0,3 0,74
ab
Diseño de la obra
Fig. 5.2b: Flujo a través de la rejilla sin rebajamiento del suelo
δRevo
ΔH
Fig. 5.2c: Plano horizontal de la rejilla
.
.
.
.
.
b–
a–
vo
Fig. 5.2d: Formas de dientes de rejilla
41 2 3 5 6 7
L– 0,
6L– 0,3
L–
d–
5
(18)
(19)
ξ RE = β RE x x c RE x sin δ RE
73 [ −1 ]
3–4
ab
(20)
ΔH = Δz
Las dimensiones habituales de
pérdidas por rejilla son de 5 cm
para una limpieza mecánica y
aprox. 10 cm para una limpieza
manual.
Para la realización de un
dimensionamiento preciso de
rejillas se recomienda el
procedimiento según Idelchik
[5.3, pág. 504 y siguientes].
73
Este procedimiento es el más
adecuado si se debe considerar
también la influencia de un flujo
transversal hacia la rejilla o si la
forma de los dientes de rejilla
difiere mucho de la forma en la
fig. 5.2-d.
Se planean las rejillas
frecuentemente muy cerca de la
boca de aspiración. La distancia
necesaria de un sistema de rejilla
a la boca de aspiración debe ser
como mínimo Y = 4 x D para
rejillas rectas simples (D =
diámetro exterior de la bomba
de aspiración). Otras formas del
sistema de rejilla pueden
provocar la formación de
chorros aguas abajo de la rejilla.
En estos casos debe cumplirse la
distancia mínima Y = 6 x D y, en
su caso, efectuar ensayos de
modelo detallados.
La limpieza de la rejilla debe
efectuarse preferentemente de
forma automática. Para activar el
proceso de limpieza se puede
utilizar el desnivel de agua aguas
arriba y aguas abajo de la rejilla.
Con ello está asegurado que
cuando haga falta una limpieza
se iniciará el proceso
correspondiente.
Una limpieza manual en servicio
continuo no es recomendable ya
que el personal operario tiene
que controlar el nivel de agua
regularmente y llevar a cabo la
limpieza. La variante de un
control temporizado tampoco es
lo suficientemente fiable.
Si se instala una rejilla aguas
arriba de la estación de bombeo
o de las bombas y qué distancia
se debe considerar entre los
dientes de rejilla, debe acordarse
en función de la forma del rodete
y su tamaño, así como del tipo
del medio bombeado.
Diseño de la obra
vo
ΔHRe
Δz
Fig. 5.2e: Paso por la rejilla con rebajamiento del suelo
5
(21)
74
5.3 Formación de espuma de superficie en estaciones de bombeo de aguas residuales
Durante el funcionamiento de
estaciones de bombeo de aguas
residuales nos vemos
enfrentados repetidamente con
la formación de espuma de
superficie. Los responsables de
este proceso son los contenidos
de las aguas residuales. Si son
más ligeros que el agua, suben a
la superficie y se acumulan en
zonas de bajas velocidades de
flujo. Sustancias de una
densidad parecida al agua
primero flotan en el agua. Este
estado de suspensión cambia, si
p. ej. por una caída del agua se
produce una entrada de aire.
Pequeñas burbujas de aire se
combinan con las partículas en
suspensión y suben también a la
superficie. Componentes cuya
densidad es mucho mayor que
la del agua, se hunden al fondo
del pozo de bomba. Según la
composición de estas
sedimentaciones se precisan
velocidades de flujo mucho más
altas que las conocidas de 0,7 a
0,8 m/s para eliminar de nuevo
estas sedimentaciones
[compare 5.5].
En caso de un tiempo de
estancia suficiente y una capa
de espuma de superficie cerrada
se produce un cierre hermético
de las aguas residuales y la
transmisión de oxígeno del aire
a las aguas residuales está
interrumpida. Con ello el
proceso aeróbico de oxidación
se para y la putrefacción
anaeróbica se acelera. Los
productos de reacción
generados por este proceso de
putrefacción deben ser
clasificados como muy
problemáticos. Los
hidrosulfuros son especialmente
desagradables, ya que son
insanos, inflamables, corrosivos
y presentan molestias por olor.
Impurezas como materias
fecales, aceites, grasas, pelos y
otras sustancias fibrosas
proliferan la producción de
lodo flotante.
Para evitar la formación de
sulfuro en aguas residuales, la
absorción de oxígeno en la capa
límite aire/aguas residuales debe
ser idéntica a la disminución de
oxígeno. Esto sólo puede ser
conseguido, si la superficie de
aguas residuales permanece
libre de materias flotantes o se
evita metódicamente la
formación de una capa de lodo
flotante.
Recomendaciones para evitar o
reducir capas de lodos flotantes:
- Evitar a ser posible materias
flotantes
- Evaluar de forma crítica los
efectos de una caída de aguas
residuales al pozo de bomba
- Eliminar incrustaciones
manualmente de modo
concertado mediante limpieza
(chorro de agua a alta
presión)
- Prever un revestimiento
superficial (evitar la corrosión
de hormigón)
- Optimizar (reducir) el tiempo
de estancia de las aguas
residuales en el pozo de
bomba, como máximo 6-8
horas teniendo en cuenta la
curva hidrográfica diaria
- Interrumpir la superficie
mediante turbulencias en caso
de espuma de superficie
(tuberías de lavado, agitadores)
Diseño de la obra
Fig. 5.3: Formación de espuma de superficie en el pozo de bomba
5
- Evitar circuitos de control
para “nivel de agua =
constante”, ya que estos
favorecen la formación de
espuma de superficie
- Optimizar el diseño de
bombas. A ser posible, no
planear la utilización de
bombas de rodete de corte, ya
que el dispositivo de corte
suprime las turbulencias en el
lado de aspiración. Definir, a
ser posible, el punto de
desconexión en el
funcionamiento a carga
parcial, ya que el remolino de
carga parcial provoca un
agitación considerable en el
pozo
- Definir los ciclos de lavado
para el pozo de bomba, a ser
posible con las bombas de
servicio instaladas
- Optimizar la geometría del
pozo de bomba (superficie
mínima libre referida al
volumen máx. del pozo
- Utilización máxima del
volumen de pozo de bomba
como volumen de conexión
para las bombas
La instalación de dispositivos
adicionales como dispositivos de
colección de materias
obstruyentes, agitadores o rejillas
siempre significan más trabajo de
mantenimiento y mayores
inversiones. Además hay que
asegurar que el material retenido
es eliminado correctamente.
75
5.4 Integración de taludes escalonados en pozos de bombas
Como aguas residuales, aguas
sucias o aguas superficiales
suelen ser un medio a bombear
cargado de sólidos, es necesario
pensar en el transporte de estos
componentes al planificar el
pozo de bomba.
Si el medio bombeado sale de la
tubería de impulsión, la
velocidad de flujo baja y según la
distribución de velocidad en la
obra pueden originarse
sedimentaciones. La(s) bomba(s)
ya no es (son) capaz (capaces) de
aspirar los componentes del
fluido sedimentados y
transportarlos con el agua fuera
de la obra.
Si la obra no está equipada con
pendientes correspondientes
(taludes), estas sedimentaciones
crecen cada vez más y pueden
provocar cambios en el paso del
flujo por la obra o un atasco de
la(s) bomba(s).
Esta situación puede ser
prevenida al incorporar
pendientes suficientemente
grandes o taludes escalonados
(recubrimiento de las esquinas).
Según las características
superficiales de la obra los
ángulos pueden variar. Según
ATV-DVWK-A134 se
recomiendan ángulos de 60 °
aprox. No obstante, esta medida
encarece los edificios
considerablemente si se mantiene
el volumen del pozo, ya que la
obra resultará bastante más
profunda. Si se recubren las
superficies, el ángulo puede ser
menos agudo lo que reduce la
profundidad de la obra (compare
también las recomendaciones del
Hydraulic Institute 9.8 de 1998).
Si el fondo del pozo de bomba
tiene un diseño más bien plano,
hay que considerar si se puede
conseguir un lavado mediante la
guía concertada del flujo
(eventualmente con la ayuda de
elementos incorporados). Esto se
efectúa p. ej. mediante cambios
locales de sección para aumentar
la velocidad de flujo y así mover
los sólidos/sedimentos. Hay una
regla aproximada que dice:
Llenar todas las zonas de baja
velocidad de flujo o de resaca
con hormigón para excluir
sedimentos ya desde el principio.
Diseño de la obra 5
76
Para evitar sedimentaciones en
zonas de baja velocidad de
flujo, sería conveniente cerrar
también la zona entre el codo
de pie de la bomba y la pared
de la obra (visto en dirección
del flujo) con un talud de diseño
correspondiente (fig. 5.4a). Este
debe permitir trabajos de
montaje posteriores en el codo
de pie (accesibilidad de montaje
para alineación y uniones
roscadas).
El revestimiento del contorno
de hormigón aparte de un
comportamiento de
deslizamiento mejorado de los
componentes de las aguas
residuales también tiene la
ventaja que el cuerpo está
protegido contra la llamada
corrosión de hormigón. A pesar
de su gran importancia no
queremos profundizar este tema
en este contexto.
La Universidad Técnica de
Berlín ha realizado amplias
investigaciones sobre este tema
por encargo de KSB. Los
resultados demuestran la
influencia del ángulo de
inclinación de un talud con
recubrimiento correspondiente
sobre el comportamiento de
deslizamiento de los distintos
componentes de las aguas
residuales (fig. 5.4a).
Si en la representación en la fig.
5.4b se asume además que se
producen velocidades de flujo
en el pozo de bomba, en su caso
se puede reducir el ángulo de
inclinación sin que se formen
sedimentaciones en la zona de
la solera.
Esto sería otro factor que afecta
los costes de la obra. Una
previsión más exacta de la
situación a encontrar en el pozo
de bomba puede obtenerse
mediante una simulación CFD
(Computational Fluid
Dynamics) (véase el capítulo
5.11 La importancia de
simulaciones CFD). La
influencia de una destrucción
de superficie por componentes
sólidos (aumento de rugosidad)
o por un aumento de la
resistencia al deslizamiento
(solidificación) a causa de
grasas y aceites no fue
considerada en la investigación
y debe ser estimada según la
composición local de las aguas
residuales.
Diseño de la obra
Fig. 5.4a: Construcción de un modelo para una estación de bombeo de aguas residuales con taludes y divisores de flujo en la solera
0
10
20
30
40
50
Piedra Plástico Venda de gasa
Pañuelo de papel
Grava Arena
Cerámica 1
Cerámica 2
Resina epoxi – aceite de antraceno
Resina epoxi – curada
Poliuretano
α en grados
Fig. 5.4b: Ángulo de deslizamiento de distintos componentes de aguas residuales con recubrimientos correspondientes (sin influencia del flujo
5
Vista más amplia en el anexo
5.5Divisores de flujo para evitar remolinos sumergidos
En la instalación de bombas
pueden producirse remolinos
sumergidos debido a condiciones
de flujo desfavorables que tienen
un efecto negativo en el
rendimiento o suavidad de
marcha de las bombas.
Para considerar esta formación
de remolinos ya en la
planificación de la estación de
bombeo se pueden instalar
divisores de flujo en la solera o
entre las bombas (fig. 5.5a). Los
divisores de flujo por debajo de
la sección de aspiración (boca de
aspiración) en la solera sirven
para manipular directamente el
flujo de afluencia y evitar el
momento angular. Los otros
sirven para evitar la formación
de remolinos sumergidos entre
las bombas; las dimensiones
geométricas necesarias pueden
ser deducidas de la geometría del
tamaño de bomba planeado. El
posicionamiento de los divisores
de flujo en la solera debe
efectuarse de forma
absolutamente simétrica respecto
a la boca de aspiración de la
bomba; en caso contrario se
produce un flujo asimétrico
hacia el rodete con las
77
consecuencias conocidas.
Las dimensiones calculadas
serán adaptadas a la forma del
pozo de bomba o extendidas en
función de los taludes y
contornos de pared. Esta medida
reduce el peligro de velocidades
de flujo demasiado bajas en los
alrededores inmediatos de la
bomba y al mismo tiempo evita
las sedimentaciones no deseadas.
Para la fabricación de los
divisores de flujo en vez de
hormigón también se puede
utilizar una construcción de
chapa (acero inoxidable). La
ventaja de construcciones de
chapa es entre otras que se puede
efectuar el montaje después de
haber acabado los trabajos de
hormigón y la instalación de las
bombas. La condición que
impone la simetría respecto a la
boca de aspiración de la bomba
puede ser dominada más
fácilmente.
La posición de los divisores de
flujo entre las bombas se basa en
las distancias mínimas que se
derivan del caudal volumétrico
máximo exigido de la bomba
individual (fig. 5.5b). La
asimetría óptica que se produce
no tiene importancia para el
efecto hidráulico de estos
divisores de flujo y resulta de la
superposición de la boca de
aspiración respecto a la forma
espiral de la carcasa de bomba.
5.6 Dimensiones para el pozo de bomba y la instalación de la bomba
Las dimensiones mínimas
necesarias para la instalación de
bombas en un pozo de bomba
son una función del caudal
volumétrico máximo de la
bomba individual así como el
número máximo de bombas en
la estación de bombeo. Este
caudal volumétrico individual
conduce a dimensiones que
determinan la distancia a la
pared necesaria, la distancia
hasta la bomba siguiente y
también la posición respecto a la
afluencia (canal o tubo).
Diseño de la obra
Fig. 5.5a: Formación geométrica de los divisores de flujo en la solera y entre las bombas
DN3=500DIN EN 1092-2
DN1
t3
30°
1,2x
t3
1,5xDN1
45°
0,5x
t3
1xDN1
45°
C cp
60°...90°
45°
C cp/2X Fig. 5.5b: Vista plana – Divisores de
flujo entre dos bombas.
Tight to the benching
5
Vista más amplia en el anexo
Vista más amplia en el anexo
78
La orientación existente
(dirección de flujo al pozo de
bomba) de la afluencia respecto
al nivel de instalación de las
bombas y al nivel de altura de
afluencia son el criterio de
decisión para el procedimiento
a seguir o qué solución
constructiva se debe adoptar. El
caudal volumétrico total de la
estación de bombeo o el caudal
volumétrico máximo individual
de la(s) bomba(s) debe ser
evaluado también en cuanto a
un ensayo de modelo necesario
[compare el párrafo 5.8].
Con la ayuda de la tabla 5.1
pueden ser asignadas de forma
inequívoca las dimensiones
mínimas para el diseño de la
estación de bombeo; se orientan
a la terminología del estándar
reconocido a nivel internacional
del Hydraulic Institute H.I. 9.8
– 1998 [ 5.6].
Los diagramas 5.6a a 5.6c
proporcionan las dimensiones
necesarias en función del caudal
de la bomba individual.
La validez de los diagramas se
limita a una cantidad máxima
de 5 bombas individuales. En
caso de un mayor número de
bombas por pozo de bomba se
debe efectuar una validación de
las dimensiones del pozo de
bomba mediante CFD y en su
caso llevar a cabo un ensayo de
modelo. La instalación de un
mayor número de bombas (>5)
una al lado de otra conlleva a
influencias difícilmente
previsibles de la distribución del
impulso de entrada al pozo de
bomba con efectos
correspondientes especialmente
en el bombeo de aguas residuales.
Si la afluencia se realiza
directamente en dirección al
punto de instalación de la
bomba, es necesario destruir el
impulso de entrada mediante una
placa deflectora con abertura de
fondo. Si hay que pasar una
diferencia de altura entre la
solera de tubo y el nivel de agua
mínimo en el pozo de bomba,
una construcción tipo balcón
puede ser la solución.
Diseño de la obra
Dimension
Variable
Descripcion
A Distancia de la línea central de la boca de aspiración de la bomba
al punto de afluencia o a la pared opuesta
Ccp Distancia de la línea central de bocas de aspiración / bombas
contiguas
Ccw Distancia de la pared lateral respecto a la línea central de la boca
de aspiración
Co Abertura en la placa deflectora o en el balcón
Cw Anchura del depósito amortiguador o del balcón
Cb Altura del balcón sobre la solera del pozo de bomba
Y Distancia mínima de la línea central de la boca de aspiración a la
salida de la rejilla aguas arriba
α Ángulo de la pendiente del fondo delante del nivel de extracción Tabla 5.1 Significado
de las variables y dimensiones
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Dim
ensio
n in
mm
1800
2000
Volume �ow rate Q [l/s]
500,0 1000,00 1500,0 2000,00 2500,0 3000,00,0
Cb
C0
Ccw
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Caudal volumétrico Q [l/s]
500,0 1000,00 1500,0 2000,00 2500,0 3000,00,0
Dim
ensio
nes i
n [m
m]
Cw
Ccp
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Volume �ow rate Q [l/s]
Dim
ensio
n in
[mm
]
500,0 1000,00 1500,0 2000,00 2500,0 3000,00,0
9000
10000
A
Fig. 5.6a – 5.6c: Dimensiones mínimas para el pozo de bomba
5
Vista más amplia en el anexo
Vista más amplia en el anexo
Vista más amplia en el anexo
El tamaño de la sección de
afluencia debe orientarse a la
velocidad de entrada máxima de
2,0 m/s. El canal de afluencia
mismo ha de tener un largo recto
de 5 x el diámetro del tubo de
afluencia para compensar los
efectos negativos de desviaciones
o elementos incorporados aguas
arriba del pozo de bomba. Esto
también es válido para la
orientación de afluencia
longitudinalmente a la instalación
de la bomba (véanse los ejemplos
siguientes 5.6.1a, 5.6.1b y 5.6.1c).
79
Motobombas sumergibles
de instalación sumergida
Un factor importante para la
determinación de las distancias
mínimas del pozo de bomba es la
posición del canal o tubo de
afluencia.
O sea: Si la afluencia está al nivel
de la solera del pozo de bomba o
si hay que superar una diferencia
de altura adicional (caída a una
superficie libre combinada con el
riesgo de una entrada de aire
adicional al medio bombeado) y
cuál es la orientación de
dirección de la afluencia respecto
al nivel de instalación de las
bombas.
5.7 Pozos de bomba con una alta carga de contaminantes
Una carga de contaminantes
temporalmente o incluso
permanentemente más alta de lo
normal hoy en día no representa
un gran problema para estaciones
de bombeo modernas. No
obstante, se deben cumplir las
condiciones siguientes:
•Elpozodebombaestá
correctamente dimensionado
en cuanto a tamaño y forma.
•Elmododefuncionamiento
operativo no puede
sobrecargar el sistema
hidráulico (como en caso de la
concentración de las sustancias
contaminantes totales, p. ej. de
un depósito de desborde de
aguas de lluvia a una carga
punta de unos pocos minutos).
•Lassustanciascontaminantes
o el medio no son un caso
extremo en cuanto a su
composición.
Las experiencias de los últimos
años demuestran a nivel mundial
que aproximadamente solo un
máximo del 3% de las estaciones
de bombeo tienen problemas con
sustancias contaminantes, sólidos
o lodos retenidos. Para estos
casos la utilización de un pequeño
agitador de motor sumergible ha
probado su eficacia (fig. 5.7).
Esta es una de las posibilidades
más flexibles para remediar este
problema – tanto temporal como
localmente:
Temporalmente: El agitador
puede ser conectado solo poco
rato p. ej. antes de iniciarse el
propio proceso de bombeo, si un
funcionamiento prolongado no
hace falta. Esta medida reparte la
carga total de impurezas a todo
el volumen del líquido para
asegurar lo mejor posible la
capacidad de bombeo. Con ello
se elimina la carga de impurezas
ya desde el principio para que no
se quede como depósito.
Diseño de la obra
Tabla 5.1 Significado
de las variables y dimensiones
Fig. 5.6.1a: Ejemplo KRT (instalación sumergida) con flujo directo y diferencia de altura entre solera de tubo y pozo de bomba
C o
6xC o
>DN2+150C o
C b
45°
1.5xC o
C w
A
C cw
C cp
>5x Ø
0,75 x d
iámetro
del tub
o de aflu
encia
2x diám
etro del
tubo de
afluenc
ia
C o
C w
Fig. 5.6.1b: Ejemplo KRT (instalación sumergida) con flujo longitudinal respecto a la instalación de la bomba y diferencia de altura entre solera de tubo y pozo de bomba
C cw
C cp
A
A
A
h= 0,06 diámetro del tubo de afluencia
h= 0,18 diámetro del tubo de afluencia
2 C o
C o
>5x Ø
C w (1.25 diámetro del tubo de afluencia)
C o
6xC o
>DN2+150
C b
45°
>0,75
diám
etro d
el tub
o de a
fluen
cia
C w (>1.25 diámetro del tubo de afluencia)
Fig. 5.6.1c: Ejemplo KRT (instalación sumergida) con flujo longitudinal respecto a la instalación de la bomba sin diferencia de altura entre solera de tubo y pozo de bomba
C cw
C cp
A
A
>A/2
>5x
Ø
2x C
o
C w (1.25 inlet pipe dia)
C o
6xC o
>DN2+150
45°
C w (>1.25 diámetro del tubo de a�uencia)
C o
Fig. 5.7: Agitador de motor sumer-gible en el pozo de bomba
5
Vista más amplia en el anexo
Vista más amplia en el anexo
Vista más amplia en el anexo
80
Localmente: En casos de
sedimentaciones locales el
agitador puede apuntar con el
centro del chorro directamente a
la zona problemática; zonas que
por su forma o afluencia
aseguran una suspensión no
necesitan medidas adicionales.
También lodo flotante puede ser
removido por un agitador y ser
eliminado. Por consiguiente, las
ventajas más importantes son:
•Elagitadorpuedeser
dimensionado en función del
grado de dificultad de la
situación, p. ej. según la mezcla
de líquido, (mezcla específica),
el tamaño y diseño del pozo de
bomba, etc.
•Elvolumentotaldelpozo
puede ser tratado por un
agitador pequeño
•Flexibilidad(véasearriba)
•Ningunareduccióndelflujo
volumétrico de la bomba y
evacuación completa sin
procesos de limpieza
adicionales
5.8 La necesidad de ensayos de modelo
El objetivo de ensayos de
modelo es simular la formación
de flujos en una estación de
bombeo planeada en un modelo
a escala reducida. Con ello
resulta posible registrar
metódicamente estados
problemáticos (formación de
remolinos, distribución de
velocidad irregular, etc.) y, en
su caso, influirlos
positivamente. Debido a la
buena transparencia se suele
utilizar vidrio acrílico como
material del modelo. Para poder
transferir las condiciones de
flujo al original, se utilizan
cifras adimensionales para el
diseño del modelo. Estas cifras
describen las fuerzas que
afectan el flujo de líquido; y, a
ser posible, deben ser idénticas
para el modelo y el original. Las
fuerzas relevantes son, entre
otras, la gravedad así como las
fuerzas resultantes de
viscosidad dinámica, la tensión
superficial y la inercia de masas
del líquido circulante. Las cifras
adimensionales correspondientes
son:
Leyenda:
v = velocidad de flujo en m/s
d = diámetro hidráulico en m
ν = viscosidad cinemática en
m²/s
g = aceleración de la caída en
m/s²
l = largo característico (en el
sistema hidráulico) en m
σ = tensión superficial en N/
mm².
Como estas cifras en parte
dependen entre sí, en la
transposición en escala exacta
al modelo no es posible cumplir
con todas simultáneamente. Por
eso se debe encontrar un
compromiso que para el caso de
aplicación dado represente lo
óptimo.
Los ensayos de modelo son
imprescindibles si uno o varios
de los criterios siguientes para
la obra de afluencia o el pozo
de bomba se cumplen:
•Elconceptodeobrase
diferencia de las ejecuciones
probadas respecto a las
medidas de la cámara, el
recorrido de las tuberías, las
distancias de pared, cambios
de dirección bruscos entre la
afluencia a la obra y el flujo
hacia la bomba, etc.
•Elcaudalvolumétricoes
superior a 2,5 m³/s por
bomba o superior a 6,3 m³/s
para toda la estación de
bombeo.
•Elflujoesasimétricoy/o
irregular.
•Enunfuncionamiento
alternante de las bombas en
una estación de varias
bombas se producen bruscos
cambios de dirección.
•Unaestacióndebombeo
existente causa problemas.
Cifra de
REYNOLDSRe
v dν
=
Cifra de
FROUDEFr
v
√gl=
Cifra de
WEBERWe
ρ v 2 lσ=
Diseño de la obra5
(22)
5.9 Montaje experimental
La geometría del modelo debe
corresponder al original según la
escala elegida y considerando las
cifras descritas. Esto se refiere a
la parte de la obra en contacto
con agua y las bombas. No solo
la parte de la obra sino también
las bombas son reproducidas en
material transparente. Una
reproducción del rodete no hace
falta, ya que el objetivo de la
investigación solo se concentra
en el flujo hacia el rodete.
En vez de un rodete se instala un
rotámetro cuyo número de
revoluciones permite una
deducción a la formación de
remolinos en la afluencia.
Por toda la sección de aspiración
de la bomba modelo se miden las
velocidades de flujo en puntos de
referencia. Esto se efectúa
mediante un tubo Pitot o por
láser. En la evaluación de
formaciones de remolinos se
observan no solo la superficie del
líquido sino también el área de
pared y suelo debajo de la
superficie. La intensidad de
remolinos en una sección de flujo
imaginaria se hace visible
mediante sondas de color y su
dimensión se mide con el
momento angular θ del
rotámetro.
81
Para ello es válido:
Leyenda:
dm = diámetro de tubería (aquí
del tubo de aspiración de
la bomba) m
n = número de revoluciones
del rotámetro 1/s
u = velocidad de flujo axial
m/s
Según Hecker los remolinos
superficiales se dividen en seis
categorías (1 = escaso, 6 = muy
fuerte, fig. 5.9a) y los remolinos
sumergidos en cuatro categorías
(fig. 5.9b).
Mientras se orienta en las
gráficas, la formación de los
remolinos aparece poco
espectacular. Pero los remolinos
formados en el contexto de los
ensayos de modelo ya dan una
impresión de los efectos que
pueden producirse en
instalaciones reales.
Contrariamente a la situación
en el laboratorio en estaciones
de bombeo el agua raras veces
está clara y resulta difícil
detectar formaciones de
remolinos como causa de
problemas, sobre todo si se
trata de remolinos sumergidos.
Los criterios válidos para los
métodos de ensayo pueden
variar ligeramente en función del
tipo de bomba así como la
ejecución y el tamaño de la
instalación.
Θπ° dm n
u= ( )tan-1
Diseño de la obra
Fig. 5.9a: Clasificación de remoli-nos superficiales según Hecker (tipos 1 a 6)
Fig. 5.9b: Clasificación de remoli-nos sumergidos según Hecker (tipos 1 a 4)
Ligera rotación superficial
Rotación superficial con depresión
Depresión pronunciada de la superficie, cuyo núcleo puede ser visualizado (color)
Núcleo de aire completo hasta la tobera de entrada de la bomba
Remolino que separa burbujas de aire y las tira al interior de la bomba
Remolino que tira impurezas de la superficie hacia abajo
Tipo 4 Tipo 5 Tipo 6
Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3
Tipo 1: Remolino de fondo o de pared lateral ligero
Tipo 2: Remolino de fondo o de pared lateral
Tipo 3: Remolino de fondo o de pared lateral con aspiración de aire
Tipo 4: Remolino de fondo o de pared lateral con núcleo de vapor
5
(23)
82
5.10 Evaluación de los resultados
Los resultados de medición
deben ser confirmados en
conjunto por el planificador de
la obra, el usuario final, el
fabricante de bombas y el
instituto investigador antes de
concluir la planificación.
Los criterios principales son:
1. La velocidad de flujo media
en los puntos de medición
definidos de la sección de
aspiración no se debe desviar
más del 10 % del valor
medio.
2. El momento angular no debe
ser mayor de 5°.
Un momento angular de 6°
puede ser tolerado si este
aparece en menos del 10 %
del periodo de observación.
3. Solo se aceptan remolinos
superficiales hasta tipo 2 y
remolinos sumergidos hasta
tipo 1. En casos
excepcionales su aparición es
tolerable en menos del 10 %
del periodo de observación.
Por regla general: Efectos de
baja repercusión en el modelo
pueden tener una repercusión
mucho más fuerte a escala
grande (original).
Los ensayos deben ser
concluidos con un informe
detallado de los estados de
servicio examinados. Las
formaciones de remolinos
observadas y los estados de
servicio (según los niveles de
agua ensayados en la obra) son
documentados en vídeo y
entregados al comitente.
KSB apoya y coordina bajo
demanda la realización de
ensayos de modelo específicos
de un proyecto.
5.11La importancia de simulaciones CFD
Las obras de afluencia muchas
veces deben ser adaptadas a las
condiciones locales
correspondientes y por ello
pueden ser difícilmente
estandarizadas. Por
consiguiente, se suelen realizar
de antemano ensayos de modelo
para garantizar un
funcionamiento seguro de la
versión a escala original. La
tarea principal de estos ensayos
es la exclusión de una
aspiración de aire por remolinos
superficiales y sumergidos y
también el aseguramiento de
una distribución de velocidad
admisible en la zona de entrada
de la bomba. Debido al flujo
con superficie libre se aplica la
ley de semejanza de Froud para
la escalada.
Un análisis metódico local de
las condiciones de flujo solo
puede efectuarse mediante una
medición complicada de las
velocidades locales o mediante
sondas de color. Una evaluación
muchas veces solicitada del
comportamiento de
sedimentación de sustancias
sólidas o un resumen de las
condiciones de velocidad en un
punto cualquiera de la obra de
afluencia resulta difícilmente
realizable.
Partiendo de posibles problemas
que puedan presentarse en la
utilización de bombas en la
técnica de aguas residuales, KSB
ofrece analizarlos con la ayuda
ya probada del software de
simulación CFD y de esta forma
hacerlos previsibles.
Diseño de la obra5
Para hacer disponible el
horizonte de experiencia
necesario para ello, se analizan
numéricamente los ensayos de
modelo internos y sus resultados.
Con ello se ha detectado que los
problemas relevantes para
bombas no son reflejados
correctamente en cuanto a la
calidad. Esto se refiere
básicamente a todos los tipos de
remolino que aparecen bajo el
agua. En general, tampoco la
forma de flujo característica
producida es indicada
correctamente. Cabe destacar
como ejemplo los flujos
interestacionarios peligrosos
para las bombas en la zona de
afluencia y también la aparición
de prerotación y el análisis de
zonas de interrupción.
Si estas últimas afectan la
superficie del agua, también
producen en gran parte la
aparición rápida de remolinos
aireados. Mientras que la
formación y expansión de esas
formas de remolino muchas
veces de gran volumen por la
penetración de aire solo pueden
ser registradas difícilmente por
este enfoque numérico, un
pronóstico numérico sí parece
posible – siempre que existan las
experiencias correspondientes.
83
A pesar de suponer normalmente
en la simulación que la superficie
libre sea una pared libre de
fricción, es posible encontrar las
razones para los remolinos
aireados. En este contexto se
intenta encontrar una relación
entre esta suposición
simplificada y la aparición real
de remolinos aireados.
El objetivo de los cálculos se ha
conseguido si las conclusiones
resultantes del análisis numérico
también coinciden en
condiciones de afluencia
extremas con los resultados del
ensayo de modelo y por ello se
puede garantizar un
funcionamiento seguro de las
bombas. Según las experiencias
ganadas hasta ahora en KSB esto
es posible.
En general, el resultado de
cálculo presenta por su
complejidad más indicaciones
sobre formas de flujo
problemáticas que el modelo de
ensayo. Decisiva es la correcta
interpretación del resultado de
cálculo para separar lo
importante de lo menos
importante y cuantificar los
factores de riesgo. El control de
condiciones de entrada mediante
una simulación CFD se ha
establecido hoy en día. Esto
también demuestra la creciente
demanda de clientes de llevar a
cabo los cálculos
correspondientes para obras de
afluencia dadas.
Para poder aplicar cálculos CFD
de forma efectiva,
recomendamos discutir de
antemano y detalladamente con
el comitente las cuestiones que se
pretenden responder con la
simulación. Solo si está claro qué
problemas han de analizarse, se
puede conseguir un empleo
eficiente de este remedio
relativamente complicado que es
la CFD.
Diseño de la obra 5
84
Beneficio del análisis CFD
El beneficio principal de un
análisis CFD no es la sustitución
de ensayos de modelo. Se
recomienda la utilización de la
herramienta CFD, si la
naturaleza de los problemas de
servicio a esperar exige su
empleo. De este modo resulta
más fácil analizar formas de
flujo de naturaleza no
estacionaria o el
comportamiento de
sedimentación del pozo de
bomba que en un ensayo de
modelo.
Por eso es necesario evaluar de
antemano mediante un análisis
lógico los problemas potenciales
y su naturaleza. A continuación,
se puede decidir si un ensayo de
modelo, un análisis CFD o
ambos excluyen los problemas
de servicio a esperar.
Software utilizado
Para el cálculo de las ecuaciones
generales referentes al flujo de
Navier-Stokes en el pasado se
desarrolló un software que hoy
en día es comercializado. KSB
utiliza con el software del
proveedor ANSYS un
instrumento eficaz para poder
predecir procesos de flujo de
forma bastante exacta. El tiempo
y los gastos de tal simulación
dependen:
- Del tamaño de la zona de flujo
a modelar
- De la disolución geométrica
requerida
- Del rendimiento del ordenador
- De la forma de presentación
(informe) y el volumen de los
resultados
Método
La descripción matemática de
flujos de fluidos se basa en las
ecuaciones de Navier-Stokes.
Estas describen los procesos en
cada punto de un flujo mediante
la ecuación diferencial parcial
para el balance de masas, energía
e impulsos.
El cálculo de cada punto
tridimensional de un flujo no
puede ser realizado por el trabajo
enorme que esto significaría. Por
eso se prepara una cuadrícula y
se calculan sus puntos nodales.
Después de un procesamiento
correspondiente de este modelo
de cuadrícula se puede hacer una
constatación acerca de la
distribución de presión y
velocidad o ambas pueden entrar
en un análisis numérico y/o
gráfico.
Para poder comparar los
cálculos, se utiliza un modelo de
turbulencia que según muestra la
experiencia refleja las
circunstancias reales
correctamente.
Diseño de la obra
Fig. 5.11a: Formación del flujo en una estación de bombeo KRT.
5
Objetivos
El ensayo de modelo es de gran
valor informativo en el
diagnóstico de remolinos
superficiales y valores de
momentos angulares en los
niveles de entrada de la bomba.
Con mucho trabajo es posible
estudiar la distribución de
velocidad al nivel de los rodetes.
La calidad del flujo en
geometrías de cámaras de
entrada complicadas solo puede
ser reconocida con mucha
experiencia en los ensayos de
modelo.
Aquí destaca el fuerte del análisis
CFD: Se puede hacer bien visible
el flujo en todo el volumen.
Mediante zonas de velocidad
constante y niveles de sección la
calidad del flujo puede ser
analizada fiablemente.
En la cámara de entrada pueden
aparecer los siguientes problemas
graves:
85
•Flujosnoestacionariosenla
zona de las bombas
•Sedimentaciónengrandes
instalaciones depuradoras de
aguas residuales
•Remolinosaireadosy
remolinos sumergidos
•Afluenciascontendenciade
rotación hacia las bombas (una
prerrotación provoca mayor
cavitación o cambios de la
altura de impulsión)
•Entradadeaire(aquí:
transporte de aire por el flujo)
Por flujos no estacionarios se
entienden flujos en función del
tiempo. Si la calidad de flujo
cambia con el tiempo, las fuerzas
de aceleración deben ser
producidas por la bomba, lo que
normalmente causa vibraciones.
Esto representa un riesgo sobre
todo para bombas de alta
velocidad específica.
La formación de sedimentos es
un alto riesgo para el
funcionamiento de instalaciones
depuradoras de aguas
residuales. La evacuación de
sedimentos depositados puede
producir altos gastos. Mediante
el control de la velocidad cerca
del fondo puede analizarse el
riesgo de sedimentación de la
cámara de la bomba.
Remolinos aireados causados
por el flujo cualitativo de la
cámara pueden ser previstos
fácilmente. Un flujo entrante
tangencial a la cámara producirá
con gran seguridad un remolino
de cámara y en su centro un
remolino aireado. La fig. 5.11c
muestra el ejemplo de tal flujo.
Flujos con tendencia a rotaciones
afectan la altura de impulsión de
la bomba y la potencia
absorbida. Pero también
modifican la característica de
cavitación.
fx _ 1
ρ=∂ u∂ z
+w∂ u∂y
+v∂ u∂x
+u∂ u∂t
∂p∂x
+v [ +∂2u∂x2
+∂2u∂y2
∂2u∂z2 ]
fy _ 1
ρ=∂ v∂ z
+w∂ v∂y
+v∂ v∂x
+u∂ v∂t
∂p∂y
+v [ +∂2v∂x2
+∂2v∂y2
∂2v∂z2 ]
fz _ 1
ρ=∂ w∂ z
+w∂ w∂y
+v∂ w∂x
+u∂ w∂t
∂p∂z
+v [ +∂2w∂x2
+∂2w∂y2
∂2w∂z2 ]
Fig. 5.11b: Sistema de ecuaciones de Navier-Stokes para la descripción de flujos
Diseño de la obra 5
Fig. 5.11c: Obra realizada
(24)
86
No es posible calcular la
entrada de aire; sin embargo, se
puede estimar el transporte de
aire introducido por el flujo
mediante la distribución de
velocidad en el volumen.
Resumen
Si se temen problemas de
funcionamiento, recomendamos
aprovechar todas las medidas
disponibles para su análisis y
para evitar costes consecutivos.
Para la evaluación de flujos en
obras de afluencia y pozos de
bomba la simulación CFD es un
método adecuado. Su beneficio
se centra en la evitación de
problemas de funcionamiento
en futuras instalaciones de agua
o aguas residuales. El análisis
lógico es la base para la eficacia
de ensayos de modelo y el
análisis CFD.
Para KSB el instrumento de la
simulación CFD representa una
herramienta estándar para la
ingeniería desde hace años. Para
ciertas estaciones de bombeo se
ofrece también la combinación
de una simulación CFD y un
ensayo de modelo para una
optimización o la búsqueda de
una solución.
Diseño de la obra
Fig. 5.11d: Simulación de una estación de bombeo con varias bombas
Fig. 5.11e: Obra realizada de la estación de bombeo KRT antes calculada
5
Índice de las fuentes :
[5.1] M. J. Prosser, The Hydraulic Design of Pump Sumps and Intakes (El diseño hidráulico de pozos de
bombas y entradas), BHRA, July 1977
[5.2] W.H. Hager, Abwasserhydraulik: Theorie und Praxis (Hidráulica de aguas residuales: Teoría y
Práctica), Springer Verlag, ISBN 3-540-55347-9, 1994
[5.3] I.E. Idelchik, Handbook of Hydraulic Resistance (Manual de resistencia hidráulica), 3rd Edition,
Research Institute for Gas Purification, Moscow 1994, ISBN 0-8493-9908-4
[5.4] W. Kröber, Entwicklung eines Abwasserpumpschachts mit optimierter Strömungsführung zur
Verhinderung von Schwimmschlammdecken und Sedimentationen, Diplomarbeit an der TU Berlin,
Mai1996 (Desarrollo de un pozo de bomba de aguas residulales con flujo optimizado para impedir
la formación de espuma de superficie y sedimentaciones, tesis de licenciatura en la Universidad
Técnica de Berlín, mayo 1996)
[5.5] Norma Kirchheim, Kanalablagerungen in der Mischkanalisation (Sedimentos en la canalización
mixta), DWA 2005
[5.6] Hydraulic Institute, American National Standard for Pump Intake Design, ANSI / HI 9.8-1998
(Norma Nacional Americana para el Diseño de la Entrada de Bombas)
Autores
Capítulo 1 - Sr. Dipl.-Ing. Hahn, Ralf
Capítulo 2 - Sr. Dipl.-Ing. Pensler, Thomas
Capítulo 3 - Sr. Dipl.-Ing. Kurrich, Ralf
Capítulo 4 - Sr. Dipl.-Ing. Grothe, Günter ; Sr. Dipl.-Ing. Deutsch, Karl-Heinz
Capítulo 5 - Sr. Dipl.-Ing. Springer, Peer ; Sr. Dipl.-Ing. Kothe, Bernd
87
Diseño de la obra 5
88
Diagramas
Diagramas
Fig. 1: Ejemplo de una una curva hidrográfica de afluencia para un modelo de cálculo matemático
0
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
Tiempo t en s
Fact
or Y
1
3,60
07,
200
10,8
0014
,400
18,0
0021
,600
25,2
0028
,800
32,4
0036
,000
39,6
0043
,200
46,8
0050
,400
54,0
0057
,600
61,2
0064
,800
68,4
0072
,000
75,6
0079
,200
82,8
0086
,400
en l/
s
Fig. 1.4: Influencia del NPSHdisp sobre la curva de estrangulación de la bomba (Fuente: Diccionario de bombas centrífugas de KSB)
Q1 Q2 Q
HNPSH
Línea QH
HA
NPSHdisp (2)
NPSHdisp (1)
NPSHreq
A1 A
2
B
89
Diagramas
Fig. 1.9: Curva característica de la altura de impulsión y su disminución por las pérdidas hidráulicas internas. Representación en relaciones por cocientes, con referencia al punto óptimo
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00 1200.00 1400.00 1600.00 1800.00 2000.00
Curva característica Q-H
Curva característica sin pérdidas
Pérdidas de fricción
Pérdidas de empuje
Qeta,ópt
Heta,ópt
Punto Q libre de empujes
Fig. 1.10: Curva característica del rendimiento η =f ( Q ). Representación en relaciones por cocientes, con referencia al punto óptimo
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
20,00
60,00
40,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
180,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
Curva característica Q-H
Qeta,ópt
Heta,ópt
Punto Q libre de empujes
Curva característica Qeta
90
Fig. 1.11: Curva característica NPSH3%, NPSH3% = f (Q). Representación en relaciones por cocientes, con referencia al punto óptimo
Fig. 1.12: Potencia eléctrica absorbida P2 = f (Q). Representación en relaciones por cocientes, con referencia al punto óptimo
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
20,00
60,00
40,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
180,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
Curva característica Q-H
Qeta,ópt
Heta,ópt
Punto Q libre de empujes
Curva característica Q-NPSH3%
Diagramas
Curva característica Q-H
Qeta,ópt
Heta,ópt
Punto Q libre de empujes
Curva característica Q-P2
91
Fig. 1.13: Curva característica de la instalación – suma de las componentes estática y dinámica de la altura de impulsión
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
Curva característica de la bombaCurva característica de la instalaciónHestático a Hgeo
Hdinámico
QPF
HPF
Punto de funcionamiento de la bomba
Fig. 1.14: "Límites de funcionamiento Qmín y Qmáx – Representación del campo de funcionamiento continuo admisible de la bomba centrífuga (Qmín aprox. 0,3* Qeta,ópt y Qmáx aprox. 1,4*Qeta,ópt )"
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
Curva característica de la instalación
Hgeo
Qmín
Qηópt
Curva característica de la bomba PF
Qmáx
Campo de funcionamiento continuo admisible
Diagramas
92
Fig. 1.16: Cambio del punto de funcionamiento de la bomba a velocidad fija y variación de la altura de impul-sión estática entre el nivel de agua de conexión y desconexión en el lado de aspiración
Diagramas
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
Curva característica de la
instalación
Hgeo
Qmín
Qηópt
Curva característica de la bomba
PF
QmáxCampo de
funcionamiento óptimo
Campo de funcionamiento continuo admisible
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
PF(descon)
Curva característica de la instalación al nivel de agua de desconexión
Hgeo,máx
Qmin
Qηópt
Curva característica de la bombaHgeo,mín
PF(con)
Curva característica de la instalación al nivel de agua de conexión
Fig. 1.15: Campo de funcionamiento preferido u óptimo para el transporte de aguas residuales
93
Fig. 1.17: Cambio del punto de funcionamiento de la bomba al variar las pérdidas de carga en la tubería de transporte, como p. ej. cambio del diámetro nominal de tubería, cambio del recorrido de bombeo o del largo o sedimentos e incrustaciones en la tubería
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
PF1
Curva característica de la instalación 1
Hgeo
Qmín
Qηópt
Curva característica de la bomba
PF2
PF3
Curva de estrangulación 2
Curva de estrangulación 3
Fig. 1.18: Reducción o adaptación del diámetro de rodete al punto de funcionamiento deseado de la bomba
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
D2máx
PF Curva característica de la instalación
Hgeo
Qmín
Qηópt
Diámetro de reducción D2T
D2min
Diagramas
94
Fig. 1.19: Cambio del punto de funcionamiento de una bomba centrífuga al variar la velocidad
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
n1
PF1
Curva característica de la instalación
Curva característica de la bomba
Hgeo
Qmín
Qηópt
PF2
PF3
n2n3
Fig. 1.20: Funcionamiento en paralelo de dos bombas centrífugas idénticas. Las pérdidas en tuberías individuales(pérdidas de carga hasta la integración en la tubería central) están consideradas en la curva característica reducida de la bomba
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
500,00 1000,00 1500,00 2000,00 2500,00 3000,00
Grupo 1 o 2
Grupo 1 & grupo 2
Curvas reducidas
PF
Curva característica de la instalaciónTubería central
Pérdidas de altura de impulsiónTuberías individuales grupo 1 o grupo 2
Hgeo
Qmín
Qηópt
Curva característica de la bomba reducida por las pérdidas de las tuberías individuales
Diagramas
95
Grupo 1 & grupo 2
Curvas reducidas
Fig. 1.21: Funcionamiento en paralelo de dos bombas centrífugas diferentes. Las pérdidas en tuberías individuales (pérdidas de carga hasta la integración en la tubería central) están consideradas en la curva característica reducida de la bomba.
Fig. 1.22: Conexión en serie de dos bombas centrífugas idénticas
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 2000,00
Grupo 1 & grupo 2
PF
Curva característica de la instalación
Hgeo
Qmín
Qηópt
Grupo 1 o grupo 2
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
500,00 1000,00 1500,00 2000,00 2500,00 3000,00
Grupo 2Grupo 1 Grupo 1 & grupo 2
Curvas reducidas
PF
Curva característica de la instalaciónTubería central
Pérdidas de altura de impulsión Tuberías individuales grupo 1 o grupo 2
Hgeo
Qmin
Qηópt
Curva característica de la bomba reducida por las pérdidas de las tuberías individuales
Diagramas
96
Fig. 1.23: Escalonamiento de bombas en bombas para días de lluvia, un funcionamiento de día y un funcionamien-to nocturno para cubrir diferentes trayectos de bombeo en caso de diferentes niveles de agua y acontecimientos diarios
Bombas para días de lluvia 1+1
Q/Qópt = 0,8
Q ηópt
Q/Qópt = 1,2
n1
n2
n3
Bombas para un funcionamiento de día 2+1
Bombas para un funcionamiento nocturno 1+1
Q
H
Diagramas
97
1 1,2
10
100
1000
10000
10l / In
2h
Fig. 3.5: Curva de disparo para el disparo de sobrecorriente de la clase 10 según EN 60947-6-2
Fig. 4.1.1.1a: Estructura de gastos para la construcción y explotación de una tubería
Gas
tos
Gastos de inversión dela tubería Gastos de energía
Gastos totales
Diámetro de la tubería
Corriente velocidad
Diagramas
98
Fig. 4.1.1.1b: Velocidades de flujo mínimas
0
10
20
30
40
50
Piedra Plástico Venda de gasa
Pañuelo de papel
Grava Arena
Cerámica 1
Cerámica 2
Resina epoxi – aceite de antraceno
Resina epoxi – curada
Poliuretano
α en grados
Fig. 5.4 b: Ángulo de deslizamiento de distintos componentes de aguas residuales con recubrimientos corres-pondientes (sin influencia del flujo)
0
1
2
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
horizontal
vertical
2.4
1.4
Líne
a pu
ntea
da
m/s
DN (mm)
Diagramas
99
Fig. 5.5a: Formación geométrica de los divisores de flujo en la solera y entre las bombas
DN3=500DIN EN 1092-2
DN1
t3
30°
1,2x
t3
1,5xDN1
45°
0,5x
t3
1xDN1
45°
C cp
60°...90°
45°
C cp/2X
DN3=500DIN EN 1092-2
DN1
t3
30°
1,2x
t3
1,5xDN1
45°
0,5x
t3
1xDN1
45°C cp
60°...90°
45°
C cp/2X
Diagramas
100
Fig. 5.5b: Vista plana – Divisores de flujo entre dos bombas
Divisores de �ujo hasta el talud
Diagramas
101
Fig. 5.6a: Dimensiones mínimas para el pozo de bomba
Diagramas
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Dimensiones en mm
1800
2000
Caud
al v
olum
étri
co Q
[l/s
]
500,
010
00,0
015
00,0
2000
,00
2500
,030
00,0
0,0
C b C 0 C cw
102
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Caud
al v
olum
étri
co Q
[l/s
]
500,
010
00,0
015
00,0
2000
,00
2500
,030
00,0
0,0
Dimensiones en [mm]
C w C cp
5.6b: Dimensiones mínimas para el pozo de bomba
Diagramas
103
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Caud
al v
olum
étri
co Q
[l/s
]
Dimensiones en [mm]
500,
010
00,0
015
00,0
2000
,00
2500
,030
00,0
0,0
9000
1000
0
A
Fig. 5.6c: Dimensiones mínimas para el pozo de bomba
Diagramas
104
Fig. 5.6.1a: Ejemplo KRT (instalación sumergida) con flujo directo y diferencia de altura entre solera de tubo y pozo de bomba
C o
6xC o
>DN2+150C o
C b
45°
1.5xC o
C w
A
C c
wC
cp
>5x Ø
0,75
x d
iám
etro
del
tubo
de
aflu
enci
a
2x d
iám
etro
del
tubo
de
aflu
enci
a
C o
C w
C o
6xC o
>DN2+150C o
C b
45°
1.5xC o
C w
A
C c
wC
cp
>5x Ø
0,75
x d
iám
etro
del
tubo
de
aflu
enci
a
2x d
iám
etro
del
tubo
de
aflu
enci
a
C o
C w
Diagramas
105
Fig. 5.6.1b: Ejemplo KRT (instalación sumergida) con flujo longitudinal respecto a la instalación de la bomba y diferencia de altura entre solera de tubo y pozo de bomba
C c
wC
cp
A
A
A
h= 0,06 diámetro del tubo de afluencia
h= 0,18 diámetro del tubo de afluencia
2 C
o
C o
>5x
Ø
C w (1.25 diámetro del tubo de afluencia)
C o
6xC o
>DN2+150
C b
45°
>0,7
5 di
ámet
ro d
el tu
bo d
e af
luen
cia
C w (>1.25 diámetro del tubo de afluencia)
C c
wC
cp
A
A
A
h= 0,06 diámetro del tubo de afluencia
h= 0,18 diámetro del tubo de afluencia
2 C
o
C o
>5x
Ø
C w (1.25 diámetro del tubo de afluencia)
C o
6xC o
>DN2+150
C b
45°
>0,7
5 di
ámet
ro d
el tu
bo d
e af
luen
cia
C w (>1.25 diámetro del tubo de afluencia)
Diagramas
106
Fig. 5.6.1c: Ejemplo KRT (instalación sumergida) con flujo longitudinal respecto a la instalación de la bomba sin diferencia de altura entre solera de tubo y pozo de bomba
C cw
C cp
A
A
>A/2
>5x
Ø
2x C
o
C w (1.25 inlet pipe dia)
C o
6xC o
>DN2+150
45°
C w (>1.25 diámetro del tubo de a�uencia)
C o
C cw
C cp
A
A
>A/2
>5x
Ø
2x C
o
C w (1.25 inlet pipe dia)
C o
6xC o
>DN2+150
45°
C w (>1.25 diámetro del tubo de a�uencia)
C o
Diagramas
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KSB Know-how, tomo 04
Indicaciones deplanificaciónRegulación de velocidaddisponible en:
KSB Know-how, tomo 05
Indicaciones deplanificaciónAumento de presióndisponible en:
KSB Know-how, tomo 06
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EN -UK EN -USDE ES EN -UK EN -USDE ESEN -UKDEEN -UK FRDE
EN -UKDEEN -UK FRDE EN -UKDE EN -UKDE
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S /
07.
12 /
© K
SB A
ktie
ng
esel
lsch
aft
2012
R
eser
vad
o e
l der
ech
o a
mo
dif
icac
ion
es t
écn
icas
