St 132. Selección de bombas para riego
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1. 5 1 1 5 16 1 6565 60 4 91 4 NPSHGISPOMIDIG 5 3 2P ar metros relativos a la bomba occcococoooconnnnoconanonoccnnnnnonenonnnn nan nonccnnnnccnnannnanns 5 3 2 1 Rendimiento de la bomba RD 5 3 2 2 NES TEQUENdO 6 do Tipo de iii aaa 7 3 4 PESO ZAR AR AAA ne A dna a a SEADE SAE 8 A e aSo TIAA AEE E IAEE PETTEE EEEE 9 36 Especificaci n de la bomba 10 E BIBLIOGRAF A tt 11 INTRODUCCION El presente trabajo tiene como objetivo principal el contribuir con elementos que permitan al t cnico asesor elegir de la mejor manera posible el conjunto moto bomba mas adecuado para una situaci n particular en una explotaci n agropecuaria El principal rol que cumplen las bombas que se usan a nivel agropecuario es el suministrar agua de la manera m s eficiente posible a los cultivos Para eso es muy importante la selecci n de la misma Una selecci n inadecuada de la bomba puede llevar a tener consecuencias tanto del punto de vista econ mico por el gasto de energia innecesario como por problemas de deterioro ambiental por erosi n de suelo y lavado de nutrientes adem s de los perjuicios f sicos de la producci n por no obtener los rendimientos esper2. n de motores el ctricos comerciales Seleccionado el modelo de bomba la siguiente etapa es la selecci n definitiva 3 5 SELECCI N DEFINITIVA Para la selecci n definitiva la consulta debe realizarse sobre los gr ficos de las curvas caracter sticas de la bomba preseleccionada con el objetivo de determinar para el par de valores Q x Hm deseado cual es el rendimiento de la bomba Rb la potencia necesaria en el eje de la bomba Pb y el NPSHr la rotaci n de trabajo rpm el di metro del rotor el di metro de salida y de entrada de la bomba siendo que algunos informan la potencia necesaria del motor el ctrico Pm para el accionamiento de la bomba figura 7 10 SELECCION DE BOMBAS PARARIEGO 2 4 6 8 Q m h EREET pw ol PEE LECCE ELE EEE OO A 11 11 INIA LAS BRUJAS 10 12 14 16 18 Figura 7 Curva caracteristica de una bomba preseleccionada WORTHINGTON 1985 Todavia en esta etapa es realizada la verificaci n del funcionamiento sin cavitaci n de la bomba seleccionada de acuerdo con las caracter sticas de la instalaci n proyectada El an lisis de las condiciones de aspiraci n es realizada por comparaci n entre NPSH disponible y el NPSH requerido La condici n utilizada es que el NPSHd sea por lo menos 20 mayor que el NPSHr para evitar el fen meno de cavitaci n y sus efectos en el funcionamiento y la durabilidad de la instalaci n Las principales consecuencias de la cavitaci
3. n son la ca da del rendimiento de la bomba ruidos marcha irregular vibraci n de la m quina por el desbalanceamiento que provoca desgaste corrosi n y destrucci n del rotor en la regi n de entrada de la bomba 3 6 ESPECIFICACI N DE LA BOMBA Esta etapa re ne todos los elementos obtenidos en las etapas anteriores con la finalidad de dar una descripci n detallada de la bomba hidr ulica a ser adquirida Por ultimo se debe recordar que la selecci n de una bomba hidr ulica es un proceso que deber incluir el an lisis comparativo t cnico financiero de diferentes modelos de uno o varios fabricantes de modo de encontrar la soluci n m s adecuada para la utilizaci n pretendida INIA LAS BRUJAS SELECCION DE BOMBAS PARARIEGO BIBLIOGRAFIA AZEVEDO NETO J M ALVAREZ G A 1977 Esta es elevatorias In Manual de hidr ulica Sao Paulo Edgar Blucher LTDA V 1 cap 18 p 250 305 BARBOSA J N 1986 Escoamentos sob press o In Mec nica dos fluidos e hidr ulica geral Porto Porto Editora V 2 cap 12 p 526 663 BELTRAME L F S LOUZADA J A Water use rationalization in rice irrigation by flooding s n t CEEE 1989 Irriga o do arroz Manual de conserva o de energia Porto Alegre Secretaria de Energia Minas e Comunica o de RS 28 p JARDIM S B 1992 Suc o no bombeamento In Sistemas de bombeamento Porto Alegre Sagra Deluzatto Cap 12 p 108 123 KERBER 1987 Manual t cnico
4. 300 REVOLUCIONES POR MINUTO r p m Figura 2 Rendimiento de bombas hidraulicas Quintela 1981 Los valores de rendimiento o eficiencia obtenidos en los gr ficos de la figura 2 sirven como una orientaci n para que la bomba seleccionada presente rendimiento para los valores de Q y Hm pretendidos lo M S PR XIMO posible de los obtenidos en los gr ficos 3 2 2 NPSH REQUERIDO El NPSH requerido NPSHr es la energ a residual m nima que el agua debe tener para que la bomba pueda operar sin riesgo de presentar problema de cavitaci n Es una caracter stica de la bomba obtenida en ensayos de laboratorio que var a en funci n del caudal y de la rotaci n del rotor de la bomba Los fabricantes deber n presentar las curvas de NPSHr de las bombas por ellos comercializadas INIA LAS BRUJAS Figura 3 Curva del NPSHr en funci n del caudal y de las revoluciones del rotor Barbosa En los casos en que no se cuenta con el NPSHr se puede determinar el NPSHr por f rmulas que estiman ese par metro en funci n de un coeficiente conocido como coeficiente de cavitaci n de Thoma MACINTYRE 1990 De esta forma el NPSHr es estimado por NPSHr CtxN xQ donde N es el numero de rotaci n del rotor de la bomba rpm Q es el caudal 5 y Ct es el coeficiente 0 0011 para las bombas centrifugas 0 0013 para las bombas mixtas y 0 00145 para las bombas axiales JARDIM 1992 Esa forma de c lculo debe ser utilizada
5. INIA LAS BRUJAS bombas hidr ulicas correspondiendo a una velocidad de rotaci n Esas informaciones son entregadas de diferentes formas de presentaci n tales como son mostradas en la tabla que informa la potencia en funci n del caudal Q y la altura manom trica Hm para un determinado modelo de bomba y para una rotaci n dada tambi n son presentados en gr ficos de cobertura hidr ulica en forma de cuadr culas o de cuadr cula nica que informan el campo de aplicaci n de los modelos de las bombas para una determinada rotaci n de trabajo Las diferentes formas de presentaci n pueden ser observadas en las figuras 5 y 6 TABLA DE RENDIMIENTOS 1800 RPM edee A E DS A Figura 5 Tabla que informa la potencia en funci n del caudal y de la altura manom trica para un determinado modelo de bomba 1750 rpm KSB 1987 INIA LAS BRUJAS SELECCION DE BOMBAS PARARIEGO 7 Pe a aS ER PES ES ES Ke Y IR A SS PER E 227 Altura Manom trica en metros h man m 5 6 7 891 12 1416 1820 40 50 60 70 8090 160 200 300 400 500 100 120140 180 Caudal m h Figura 6 Gr fico de cuadriculas que informan el modelo de bomba el di metro de salida de la bomba y el di metro de rotor 1750 rpm KSB 1987 Se observa que los gr ficos de selecci n r pida o preselecci n son hechos para diferentes valores de rotaci
6. de bombas KSB 1987 Manual t cnico de bombas MACINTYRE AJ 1990 gua fria pot vel In Manual de instala es hidr ulicas e sanit rias Rio de Janeiro Ed Guanabara Koogan S A Cap 1 p 1 76 QUINTELA A 1981 C Turbo m quinas hidr ulicas In Hidr ulica Lisboa Funda o Calouste Gulbenkian Cap 15 p 393 487 WORTHINGTON 1985 Manual t cnico de bombas 11 RUSCONI INDUSTRIA GRAFICA OLEGARIO ANDRADE 4710 12 TEL FAX 359 0706 359 3852 357 5550 MONTEVIDEO URUGUAY DEPOSITO LEGAL N 329 983
7. s bajo pero causando elevadas p rdidas de carga y en consecuencia exigiendo mayor gasto de energ a El problema de la selecci n del di metro de tubo para la impulsi n presenta infinitas soluciones desde el punto de vista hidr ulico y esta indeterminaci n solamente es levantada admitiendo otra condici n llamada condici n de m nimo costo de la instalaci n Un anteproyecto del dimensionamiento del di metro de la tuber a de impulsi n muy pr ximo de aquel que minimiza el costo de la instalaci n es realizado a trav s de la siguiente f rmula dr donde dr es el di metro de la tuberia de impulsi n m Q es el caudal m s y k es un coeficiente De modo general k varia de 0 6 a 1 4 pudiendo ser utilizado k 1 0 El di metro asi calculado no siempre coincide con los di metros comercialmente disponibles siendo utilizado el di metro SELECCION DE BOMBAS PARARIEGO comercial inmediatamente superior al calculado Con el di metro seleccionado la velocidad del agua en la tuberia m s de la succi n podr ser verificada por vs 1 27320 ds teniendo como l mite maximo de velocidad 1 5 m s 3 1 3 ALTURA MANOMETRICA TOTAL HM La altura manom trica total es la suma del desnivel topogr fico entre el punto de captaci n tajamar rio etc y el punto de descarga canal de riego con la p rdida de carga total siendo la misma compuesta de dos partes p rdida de carga principal rozam
8. SELECCION DE BOMBAS PARA RIEGO Claudio Garc a Adroaldo Dias Robaina Marcelo Calgaro 1 Ing Agr MSc INIA LAS BRUJAS email cgarcia inia org uy 2 Ing Agr Dr Profesor Titular Universidad Federal de Santa Maria RS Brasil 3 Ing Agr MSc Programa Posgraduaci n de Ingenieria Agr cola UFSM Brasil TITULO SELECCION DE BOMBAS PARARIEGO AUTORES Claudio Garcia Adroaldo Dias Robaina Marcelo Calgaro Serie T cnica N 132 2003 INIA ISBN 9974 38 173 8 Editado por la Unidad de Agronegocios y Difusi n del INIA Andes 1365 Piso 12 Montevideo Uruguay P gina Web www inia org uy Quedan reservados todos los derechos de la presente edici n Este libro no se podr reproducir total o parcialmente sin expreso consentimiento del INIA INDICE INTRODUCCION RESUMEN 1 BOMBAS HIDR ULICAS iioii asaini pida ardid ltda 2 2 CARACTERISTICAS de las BOMBAS HIDR ULICAS 2 3 SELECCION e ONDAS SACA nt 2 3 1 Par metros relativos a la instalaci n 2 91 1 DOES aaga 3 3 1 2 Di metrodelastuberias 3 3 1 3 Altura manom trica total Hm oooncooccccccnnniccccccnononnnnnnnrnonononenccnnannnnnnannnnna nos 4 3 1 3 1 Altura manom trica de impulsi n HIM 4 3 1 3 2 Altura manom trica de succi n Hm
9. aci n de bombeo para riego INIALAS BRUJAS SELECCION DE BOMBAS PARARIEGO VALVULA DE PIE CON CRIBA TUBERIA DE SUCCION REDUCCION EXCENTRICA BOMBA HIDRAULICA MOTOR ELECTRICO O DIESEL REDUCCION CONCENTRICA VALVULA DE RETENCION VALVULA DE GUILLOTINA TUBERIA DE IMPULSION 0 CURVA DE 90 Figura 1 Esquema de una instalaci n de bombeo para riego Kerber 1987 3 1 1 CAUDAL NECESARIO Q De acuerdo con BELTRAME 8 LOUZADA s n t del Instituto de Investigaciones Hidr ulicas de la Universidad Federal de R o Grande del Sur en el caso del cultivo de arroz el caudal que pasa por una unidad de rea q es del orden de 1 72 1 5 por hect rea Conocida el rea a ser regada h el caudal necesario es obtenido por O q 4 1000 siendo Q el caudal necesario en m s De acuerdo con la CEEE 1989 despu s de definido el caudal necesario para el cultivo se puede dividir el caudal determinado en dos o m s conjuntos de moto bomba 3 1 2 DI METRO DE LAS TUBER AS El dimensionamiento de las tuber as de impulsi n es un problema hidr ulicamente indeterminado Dise ando la impulsi n con bajas velocidades resulta en di metros relativamente grandes implicando un costo elevado de la tuber a y en menores gastos con las bombas y energ a electricidad o diesel por el hecho de resultar en menores alturas manom tricas Altas velocidades posibilitan el uso de di metros menores de costo m
10. ados La correcta selecci n de una bomba requiere que entregue un caudal adecuado en relaci n por un lado a la necesidad de agua de los cultivos y a las caracter sticas f sicas del suelo y por otro a una presi n de servicio que est relacionada con eltipo de riego que va a aplicar el agua en el campo En la presente publicaci n se describen los pasos que t cnicos asesores 0 quienes tengan la necesidad de comprar una bomba deberian SELECCION DE BOMBAS PARA RIEGO seguir para en el momento de la elecci n de la misma puedan estar seguros que lo que estan solicitando a las firmas proveedoras es exactamente lo que precisan para Su uso en la explotaci n agr cola RESUMEN El proceso de selecci n de una bomba para riego consta de varias etapas que van desde la determinaci n de los par metros de instalaci n hasta la selecci n definitiva y especificaci n del modelo seleccionado Los par metros relativos a la instalaci n son b sicamente determinar el caudal la presi n y el NPSH disponible Medidas todas realizadas mediante c lculos en base a las necesidades para cada situaci n Los par metros relativos a la bomba son los que caracterizan a la misma y se obtienen mediante ensayos de laboratorio realizados por los fabricantes Los resultados generados en estos ensayos se traducen en el comportamiento cuali cuantitativo de la bomba esto referido a la altura manom trica la potencia en el eje de la bomba el ren
11. dimiento o eficiencia de la misma y el NPSH requerido para cada velocidad de rotaci n de la bomba ensayada A partir de este punto se est en una situaci n de elegir el tipo de bomba centrifuga axial etc Con el tipo de bomba elegido se realiza una preselecci n de la misma en base a las caracter sticas presentadas en cat logos por los diferentes fabricantes Por ltimo para la selecci n definitiva de la bomba se debe realizar un an lisis comparativo 1 Ing Agr MSc INIA LAS BRUJAS email cgarcia inia org uy 2 Ing Agr Dr Profesor Titular Universidad Federal de Santa Maria RS Brasil 3 Ing Agr MSc Programa Posgraduaci n de Ingenier a Agricola UFSM Brasil SELECCION DE BOMBAS PARARIEGO de los aspectos t cnicos y econ micos de distintos modelos y marcas de manera de encontrar la mejor soluci n que se adecua a la situaci n en que la bomba va a trabajar Palabras claves potencia rendimiento succi n cavitaci n 1 BOMBAS HIDR ULICAS Las bombas hidr ulicas son m quinas que reciben el trabajo mec nico dado por una fuente de accionamiento motor y lo transforma en energia de presi n y velocidad permitiendo la captaci n y elevaci n del agua desde una fuente de abastecimiento tajamar r o etc y su conducci n hasta el punto de descarga de acuerdo con las necesidades caudal y las caracter sticas topogr ficas desnivel geom trico y distancia desde la bomba del rea a ser r
12. egada INIA LAS BRUJAS 2 CARACTER STICAS DE LAS BOMBAS HIDR ULICAS Las bombas hidr ulicas utilizadas para riego para uso agropecuario son clasificadas como bombas hidrodin micas turbo bombas o roto din micas pudiendo ser de tipo centrifugas o radiales lentas normales o r pidas mixtas o diagonales ultrarr pidas o h lico centrifugas y helicoidales y axiales o propulsoras Presentan caracter sticas de ser normalmente de caudales medios a altos presi n media y baja de eje horizontal vertical e inclinado succi n simple o doble un nico estadio rotores cerrados semi cerrados y abiertos carcasas bipartida vertical u horizontalmente no son autocebantes y son instaladas de forma sumergidas o no sumergidas siendo que las segundas pueden ser de succi n positiva o de succi n negativa 3 SELECCI N DE BOMBAS El proceso de selecci n de bombas desde el punto de vista hidr ulico sigue las siguientes etapas determinaci n de los par metros de instalaci n y de la bomba determinaci n del tipo de bomba preselecci n verificaci n del funcionamiento sin cavitaci n selecci n y especificaci n del modelo seleccionado 3 1 PAR METROS RELATIVOS A LA INSTALACION Los par metros que caracterizan el funcionamiento de la instalaci n de una bomba son el caudal del sistema Q la altura manom trica total Hm y el NPSH ver 3 1 4 disponible En la figura 1 es mostrado un esquema de una instal
13. en la tuber a de succi n 0 75 2 25 0 40 Curva de 90 radio largo 3 1 4 NPSH DISPONIBLE Se denomina NPSH disponible al valor de la diferencia entre la energ a total absoluta del l quido en la entrada de la bomba y el valor de la presi n de vapor de agua a la temperatura en la que est siendo bombeada El valor de NPSH disponible depende de la forma como la bomba fue instalada o sea es una caracter stica de la instalaci n expresada por Tipo de accesorio Tipo de accesorio Ks Reducci n gradual 0 15 V lvula de pie 1 75 es la presi n atmosf rica en el lugar de la Pv instalaci n y es la presi n de vapor del agua m y Hms es la altura manom trica de succi n Patm m Los valores de se encuentran en la tabla 4 y los valores de en la tabla 5 Tabla 4 Presi n atmosf rica Patm y en funci n de la altitud Altitud m 0 25 50 100 150 200 300 400 500 600 Patm y 10 33 10 30 10 27 10 21 10 15 10 09 9 97 9 95 9 73 9 62 Tabla 5 Presi n de vapor Pv y en funci n de la temperatura del agua 10 0 12 Temperatura C 0 15 0 06 3 2 RELATIVOS LA Los par metros que caracterizan el funcionamiento de una bomba hidraulica son obtenidos a trav s de ensayos realizados por fabricantes o por solicitud de stos a instituciones oficiales las cuales traducen el comportamiento cuali cuantitativo de la altura ma
14. iento y p rdida de carga secundaria turbulencia La primera depende del caudal tipo de material acero hierro fundido PVC estado de conservacion y diametro de las tuberias utilizadas y la distancia de bombeo la segunda depende del numero y del tipo de accesorios que componen la instalaci n La altura manom trica total es la suma de dos componentes la altura manom trica de impulsi n y la altura manom trica de succi n resultando de la siguiente manera Hm Hm Hm INIA LAS BRUJAS 3 1 3 1 ALTURA MANOM TRICA DE IMPULSI N HM La altura manom trica de impulsi n representa la presi n positiva que la bomba deber producir para elevar el agua desde el rotor de la bomba hasta el punto de descarga m s un adicional destinado a vencer las resistencias ofrecidas en ese trecho p rdidas de la tuberia y los accesorios utilizados v lvula de retenci n v lvula de guillotina juntas junta de dilataci n curva de radio largo salida para canalizaci n etc dr Hm Hg 00826x rx ES tr 1 3x Srxir donde Hg es la altura geom trica de recalque m fr es un coeficiente de p rdida de carga Tabla 1 en anexo Q es el caudal m s dr es el di metro de la tuberia de recalque m Ires la longitud de la tuberia de impulsi n y Skr es la suma de los coeficientes de los accesorios que ser n utilizados en la tuberia de recalque Los valores de kr de cada accesorio pueden ser obtenidos en la Tab
15. la 2 Tabla 2 Coeficiente kr de diferentes tipos de accesorios utilizados en la tuberia de recalque Tipo de accesorio Lami Tipo de accesorio Las Ampliaci n gradual Curva de 90 radio largo Curva de 45 radio largo Juntas 3 1 3 2 ALTURA MANOM TRICA DE SUCCI N HM La altura manom trica de succi n representa la presi n negativa que la bomba deber producir para elevar el agua desde el lugar de captaci n hasta el rotor de la bomba m s un Hm Hg 0 0826x fix Lx 1 Sksx Junta de dilataci n V lvula de retenci n V lvula de guillotina Salida de canalizaci n 1 0 adicional destinado a vencer las resistencias ofrecidas en ese tramo p rdidas en la tuberia y los accesorios utilizados criba v lvula de pie reducci n exc ntrica curva de 90 siendo determinado por i ds INIA LAS BRUJAS SELECCION DE BOMBAS PARA RIEGO donde Hg es la altura geom trica de succi n m fs es un coeficiente de p rdida de carga Tabla 1 Q es el caudal en m s ds es el di metro de la tuber a de succi n m y Sks es la suma de los coeficientes de los accesorios que ser n utilizados en la tuber a de succi n Esa tuber a debe ser lo m s corta posible y contar apenas con los accesorios indispensables para una adecuada operaci n Los valores de ks de cada accesorios pueden ser obtenidos en la tabla 3 Tabla 3 Coeficiente ks de diferentes tipos de accesorios utilizados
16. nom trica total Hm de la potencia necesaria en el eje de la bomba Pb del rendimiento o eficiencia Rb y del NPSH con un caudal Q para cada velocidad de rotaci n 20 0 17 0 24 25 30 35 40 45 50 0 32 0 43 0 57 0 75 0 98 1 26 n de la bomba ensayada AZEVEDO NETO amp ALVAREZ 1977 Esas caracter sticas no son independientes y se relacionan seg n la siguiente yxQxHm 75xRb el peso espec fico del agua 1000kgf m Q m s Hm Rb decimal y Pb c v expresi n Pb donde y es SELECCION DE BOMBAS PARARIEGO 3 2 1 RENDIMIENTO DE LA BOMBA RB En la ecuaci n anterior se observa que para un determinado par de valores Q y Hm la potencia de la bomba ser MINIMA cuando se selecciona una m quina que sea capaz de realizar el trabajo pretendido con el MAYOR rendimiento posible El gr fico de la figura 2 presenta los INIA LAS BRUJAS rendimientos de bombas de diversos tipos en funci n de la Rotaci n Espec fica Ns calculada con los valores de Q y Hm en el punto de m xima eficiencia QUINTELA 1981 BARBOSA 1986 0 5 Ns Nx donde Q 5 Hm Hm m y N rotaci n del rotor de la bomba rpm x E E a eg E SEA AS el HT XE es AD E o E A A E E 10 20 40 60 80 100 200
17. para valores de ALTURA MANOMETRICA H m 0 03 0 05 0 1 SEURE VINI TATAN E SELECCION DE BOMBAS PARARIEGO Ea PASES BELLA 20 40 60 80100 200 CAUDAL 5 1986 Q correspondiente o muy pr ximo del punto de m ximo rendimiento de la bomba 3 3 TIPO DE BOMBA La selecci n del tipo de bomba a utilizar en una instalaci n con caracter sticas hidr ulicas conocidas puede ser realizada a partir del caudal Q y la altura manom trica Hm El gr fico de la figura 4 define el campo de aplicaci n de las bombas de diferentes tipos en funci n del caudal y la altura manom trica total BOMBAS CENTRIFUGAS HE od Esso 3 A A a BOMBAS AXIALES Ll 03 05 1 3 5 10 30 CAUDAL m s Figura 4 Campo de aplicaci n de las bombas hidrodinamicas Quintela 1981 SELECCION DE BOMBAS PARARIEGO 3 4 PRESELECCION Una vez seleccionado el tipo de bomba de acuerdo con la finalidad a la cual va a ser destinada la etapa siguiente es la selecci n del modelo de serie El procedimiento a adoptar para la selecci n de serie de bombas tiene por base la consulta a cat logos de los respectivos fabricantes Este procedimiento envuelve las etapas de preselecci n y la selecci n definitiva Para la fase de preselecci n los fabricantes colocan en los cat logos los campos de funcionamiento de sus productos en buenas condiciones de un conjunto de modelos de
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