Principios de Estaciones de Bombeo: Funcionamiento, Curvas Característicasy Adaptación de Velocidad

Estaciones de Bombeo

3.1 Explicación del Funcionamiento de la Bomba

Figura 3.1: Ejemplo de Rodete

El agua entra por los huecos (álabes) en la dirección perpendicular al papel, y estos son los encargados de transmitirle energía. La bomba tiene una carcasa (voluta o caracol) por la que sube el agua impulsada por la bomba. Esto ocurre en las bombas pequeñas. En las bombas grandes hay un difusor que ayuda al agua a realizar un recorrido hidrodinámico, mejorando el rendimiento y disminuyendo las pérdidas.

3.1.1 Punto de Funcionamiento

El punto de funcionamiento es el caudal para la altura piezométrica que dan las condiciones actuales para una bomba o estación de bombeo dada y una instalación específica.

La bomba tiene que vencer unas pérdidas de carga que se calculan como:

$$H_{total} = \Delta h_{aspiración} + \Delta h_{impulsión} + \frac{V^2}{2g}$$

Figura 3.2: Punto de Funcionamiento y Croquis Básico de un Bombeo

A la curva característica de la instalación (H-q) también se le llama curva de impulsión debido a la importancia que suele tener este tramo en la instalación. Sin embargo, esto no debe llevarnos a error: hay que considerar tanto la aspiración como la impulsión para el cálculo de las pérdidas de carga.

• Las pérdidas de carga aumentan proporcionalmente con el cuadrado del caudal.
• Dependen de la longitud de las conducciones, de su número, material, etc.

3.1.2 Versatilidad de las Bombas y Semejanza Hidráulica

Una bomba determinada puede transformarse para elevar otros caudales. Esta versatilidad se estudia a partir de la Semejanza Hidráulica:

Se basa en el análisis dimensional, que establece que la proporción dimensional se mantiene y hay igualdad dimensional entre las mismas magnitudes:

Para la altura ($H$):

$$H = \frac{V^2}{2g}$$

$$\frac{h_1}{h_2} = \frac{(n_1 R_1)^2}{(n_2 R_2)^2}$$

Para el caudal ($Q$):

$$Q = V \cdot R^2$$

$$\frac{q_1}{q_2} = \frac{v_1 R_1^2}{v_2 R_2^2}$$

Relacionando ambas:

$$\frac{h_1}{h_2} = \frac{(n_1 R_1)^3}{(n_2 R_2)^3}$$

Donde:

• $n$ es la velocidad de giro (revoluciones por minuto).
• $R$ es el radio del rodete de la bomba.

Cambiando la velocidad de giro transmitida al rodete de la bomba, se puede obtener otra curva característica para una misma bomba.

Velocidad de Giro del Motor

La velocidad de giro de un motor está definida por:

$$n = \frac{f}{p}$$

Donde $f$ es la frecuencia y $p$ es el número de pares de polos.

• Los motores con menos pares de polos son más económicos.
• Los motores más grandes, con más pares de polos, son más costosos.
• Los motores que trabajan a menor velocidad suelen tener mayor durabilidad; este es un criterio clave para seleccionar bombas del catálogo.

Estrategias para Modificar la Velocidad de Giro

Para modificar la velocidad de giro de una bomba existen dos estrategias principales:

1. Cambiando el número de pares de polos del motor:
   • Lo habitual es cambiar a un motor que gire más despacio.
   • Es más complejo realizar un cambio para que gire más rápido; esto generalmente lo realiza el fabricante.

   Referencia: Tbl 3.2,5

2. Usando un variador de frecuencia (VFD):
   • Permite actuar sobre la frecuencia para cambiar la velocidad de giro de manera continua.
   • El VFD posibilita obtener el punto de funcionamiento óptimo de la bomba (especialmente útil en caudales variables) y proporciona un arranque suave en bombas centrífugas.