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Errores, desatinos y lapsus de cálculo en bombeos

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  • Errores, desatinos y lapsus cálculo bombeos

Sobre el blog

Miguel Angel Monge Redondo
Ingeniero Técnico Agrícola por la UPM. Autor del libro: Diseño agronómico e hidráulico de riegos agrícolas a presión. Nominado mejor Blog y Post premios iAgua 2018
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"La experiencia es algo maravilloso, nos permite reconocer un error cada vez que lo volvemos a cometer”.

Esta frase, que se atribuye al periodista norteamericano Franklin P. Jones, resulta muy acertada y se adapta perfectamente a lo que deseo transmitir en este post.

Bien, os invito ahora a dejar a un lado las pantallas táctiles o los teclados para adentrarnos en el puro cálculo, ese que se realiza con las neuronas, papel y lapicero.

Introducir datos en un programa y apretar un botón o dictar una orden nos da una rápida solución, pero nosotros no intervenimos en ese proceso, somos espectadores que nos limitamos finalmente a recoger un resultado, como cuando utilizamos una máquina expendedora de bebidas. Si tenemos la experiencia suficiente, podremos considerar si ese resultado es apropiado. Si no disponemos de experiencia, tendremos que creer que es correcto. Y, aun disponiendo de experiencia suficiente, reléase la frase de P. Jones que abre este post ;-)

Cálculo hidráulico

En el proceso de cálculo intervienen muchas variables que debemos comprender antes de elegir o seleccionar valores. Es muy normal, si no disponemos del criterio necesario, escoger cifras equivocadas que afectarán posteriormente en mayor o menor medida al resultado obtenido.

Pretendo hacer un breve análisis de determinados aspectos más o menos relevantes o repetitivos con los que me he tropezado personalmente. Por ello, vamos a comenzar este recorrido por el principio de una instalación para ir avanzando hasta llegar a su final.

Nota: En el artículo hay numerosos enlaces a post y a documentos que se señalan en cursiva y en color azul. Pinchando sobre ellos se accede a la información. 

1. Bombeo

1. Velocidad del agua

Aparte de los razonamientos hidráulicos, en todo bombeo deben de regir unos criterios económicos con la finalidad de no gastar más de lo necesario en energía.

El tamaño de las bocas de aspiración e impulsión de las bombas sólo nos indica el tamaño mínimo de las tuberías. El dimensionado debe de hacerse de manera que las velocidades sean como máximo las siguientes:

Tubería de aspiración: 1,5 m/s

Tubería de impulsión: 2,5 m/s

  • Velocidades inferiores a 0,6 m/s originan normalmente sedimentaciones.
  • Velocidades superiores a 3 m/s pueden originar abrasiones, aparte de un consumo alto en energía como consecuencia de las pérdidas de presión generadas.

En los colectores de aspiración desde los que aspiren dos o más bombas la velocidad se limitará a 1 m/s.

2. Diámetro de las conducciones

El diámetro de la conducción se obtiene como:

Siendo,

D el diámetro interior del tubo en mm

v la velocidad en m/s

Q el caudal en m3/h

  • Una vez calculado el diámetro interior el proyectista tiene que elegir un diámetro comercial de tubería y comprobar que el diámetro interior del tubo seleccionado sea similar al diámetro calculado.

Según el material y el tipo de tubo, los espesores pueden variar considerablemente y existir diferencias importantes entre el diámetro exterior e interior de los tubos.

Recomiendo que reviséis la serie que escribí en mi blog de iAgua sobre tuberías y caracterización

Asimismo, en relación con el diámetro económico en bombeos, tenéis más información en el artículo El diámetro sí importa.

Una importante advertencia: cuidado con las unidades y su conversión. Aquí se encuentran mucho de los errores que se cometen en los cálculos, y si no, que se lo pregunten a la NASA (el error más tonto de la historia de la NASA).

3. Altura manométrica

En los cabezales de riego, para el cálculo de la altura manométrica total tendremos que sumar las pérdidas producidas en la estación de filtrado, en el equipo de fertirrigación así como en otros accesorios como medidores. Algunos de estos dispositivos pueden generar importantes pérdidas con las que hay que contar.

En instalaciones en aspiración, la altura manométrica total es la suma de la altura manométrica para la aspiración más la altura manométrica para la impulsión.

  • No confundir la altura geométrica con la altura manométrica. La primera es la altura medida desde el nivel mínimo del líquido al eje de la bomba (para la aspiración), y la altura medida desde el eje de la bomba al nivel máximo de elevación (para la impulsión). La suma de ambas es la altura geométrica total. La segunda, es la altura que deberá vencer la bomba para elevar un caudal de líquido determinado a través de una tubería desde un nivel inferior a otro superior. La altura manométrica total es la suma de la altura geométrica total más las pérdidas de presión producidas en toda la instalación (tramo de aspiración más el tramo de impulsión)

HMAN = Hg + ht

Siendo Hg la altura geométrica total (véase imagen de arriba) y ht las pérdidas de presión o pérdidas de carga producidas en tuberías y accesorios.

4. NPSH

NPSH son las siglas formadas con las iniciales de la frase anglosajona: Net Positive Suction Head. En castellano se traduce como altura neta positiva de aspiración. Es la presión absoluta mínima que debe de haber a la entrada de la bomba para evitar fenómenos de cavitación.

Si la bomba opera con una aspiración excesiva, la presión a la entrada puede disminuir tanto que se desprenderían burbujas de vapor que, una vez recuperada la presión, producirían violentas implosiones y ocasionarían graves daños en los mecanismos de la bomba.

El fenómeno de la cavitación, la manera de evitarlo y la forma de calcular el NPSH lo explico en los post siguientes:

5. Sumergencia

La sumergencia (S) es la altura de líquido necesaria sobre la sección de entrada del tubo de aspiración o de la válvula de pie para evitar la formación de remolinos (vórtices) que pueden afectar al buen funcionamiento de la bomba.

La formación de estos remolinos se deben principalmente a la depresión causada por:

  • La succión de la bomba.
  • Mala disposición de la misma en la cámara de aspiración.
  • Una irregular distribución del flujo.

El valor de sumergencia mínima se obtiene de la siguiente fórmula:

Donde,

S es la sumergencia en metros.

v es la velocidad del líquido en m/s

g, la aceleración de la gravedad (9,81 m/s2)

En la imagen anterior podemos observar gráficamente el concepto de sumergencia (manual técnico bombas IDEAL).

  • La falta de sumergencia no genera cavitación, pero introduce cantidades de aire en la conducción que pueden resultar perjudiciales, además de ocasionar molestos ruidos y vibraciones.

Para reducir los efectos, cuando no pueda conseguirse una sumergencia mínima se recomienda lo siguiente:

  • Aumentar la sección de entrada (instalación de sombrillas, mayor diámetro de la tubería de aspiración, etc.)
  • Instalar tabiques flotantes o sumergidos que eliminen las turbulencias.
  • Utilizar maderas flotantes alrededor de la tubería de aspiración así como boyas de plástico y todo aquello que sea capaz de impedir la formación de vórtices o remolinos en la superficie del agua.

En la imagen puede observarse el remolino formado en la zona de aspiración de una bomba (Fotografía procedente de m3h web)

6. Golpes de presión

“Las estaciones de bombeo, en especial aquéllas que operan con elevadas alturas manométricas, representan la parte más delicada, desde el punto de vista hidráulico, de una instalación de agua a presión, ya sea para riego, abastecimiento u otros usos. Debido a las grandes masas de agua que tienen que mover y a las altas presiones de operación que en ocasiones deben alcanzar, cualquier cambio brusco en las condiciones de trabajo puede provocar graves o muy graves consecuencias”.

Así comenzaba un post que escribí hace un par de años titulado “De bombeos, válvulas y presiones: los problemas y sus soluciones”. El este artículo se explica cómo solucionar los problemas de los golpes de presión, problemas que a veces tienen como resultado la impactante instantánea siguiente.

Continuará...

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