ANALISIS Y

SELECCIÓN DE
BOMBAS
HIDRÁULICAS
Msc. Ing. Guillermo Manrique
Gutiérrez
 BOMBAS
• Una bomba conceptualmente, es un dispositivo que transforma la energía
mecánica en energía hidráulica. Su función es generar un diferencial de presión,
que permita vencer las pérdidas de carga del sistema en el cual está inserto, como
así mismo, generar el caudal deseado ó requerido.
 BOMBAS
• Altura estática de succión: Es la diferencia entre la superficie del liquido a elevar y el eje
• de la Bomba.
• Altura estática de impulsión: Es la diferencia de niveles entre el eje de la bomba y la cota
• piezométrica superior. En el caso de la cañería que entrega a un estanque superior esa
• cota piezométrica coincide con la superficie del líquido, si la entrada es ahogada.
• Altura estática de elevación total: Es la diferencia entre las cotas piezométricas inferior y
• superior.
• Altura dinámica: Son las alturas estáticas más las pérdidas de carga. Se habla de altura
• dinámica de aspiración, de impulsión y altura dinámica total de elevación.
POTENCIA DEL EQUIPO DE BOMBEO
 POTENCIA DEL EQUIPO DE BOMBEO
• Debe consultarse al proveedor o fabricante, sobre las curvas características de
cada bomba y motor para conocer sus capacidades y rendimientos reales.
• La bomba seleccionada debe impulsar el volumen de agua para la altura
dinámica deseada, con una eficiencia mayor a 70%.
• Debe considerarse la tensión y los ciclos de energía eléctrica de la red pública,
particularmente debe verificarse la capacidad de los transformadores.
• Se debe admitir, en la práctica, un cierto margen para los motores eléctricos. Los
siguientes aumentos son recomendables:
POTENCIA DEL EQUIPO DE BOMBEO
 ESTIMACIÓN DE CAUDALES
• Para el diseño de las estaciones de bombeo, deben determinarse dos caudales:
Caudal de ingreso desde al fuente de agua
• El cual es igual al caudal medio diario cuando existe almacenamiento o igual al caudal máximo horario cuando el bombeo
es directamente a la red de distribución.
El caudal de bombeo
• Bombeo a un tanque de almacenamiento
• El equipo de bombeo y tubería de impulsión deben ser calculadas con base en el
• caudal máximo diario y el número de horas de bombeo.
• • Bombeo directo a la red de distribución
• Cuando el bombeo se realiza directamente a la red de distribución, el caudal de
• bombeo será igual al caudal máximo horario. El sistema de bombeo debe ser regulado
• por un sistema automático de las presiones máximas y mínimas para evitar roturas de
• en la red y/o áreas de subpresión.
 CARGA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN
• La CNPS disponible y requerida son los parámetros de control de la cavitación
 CARGA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN
• La cavitación se presenta cuando la presión en la succión está cercana a la presión de vapor del fluido y se
caracteriza por la formación de espacios vacíos en puntos donde la presión desciende por debajo de la
tensión de vapor del líquido bombeado y son llenados por la vaporización del mismo. Las burbujas de vapor
así formadas son arrastradas por la corriente hacia zonas de mayor presión, donde al destruirse por
condensación violenta, produce una marcha inestable de la bomba, con caída de caudal y de rendimiento,
acompañado de ruidos y vibraciones. La súbita interrupción del líquido en los vacíos dejados por las
burbujas de vapor al desaparecer en las zonas de mayor presión de la bomba, provoca un impacto
(implosión) que origina la destrucción rápida de los materiales, arrancando partículas del mismo y
produciendo el efecto de erosión.
CARGA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN
CARGA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN
 SUMERGENCIA MÍNIMA
• Cuando se emplean bombas centrífugas de eje horizontal se debe verificar la sumergencia, estoes el desnivel
entre el nivel mínimo de agua en el cárcamo y la parte superior del colador o criba
SUMERGENCIA MÍNIMA
 AIRE Y VACÍO DENTRO LAS TUBERÍAS
• Dos de los fenómenos menos considerados en el diseño de sistemas de aducción y distribución de agua es el
aire atrapado dentro de la tubería y el vacío. Muchos problemas de malfuncionamiento de las líneas se
deben a estas causas. Las líneas deben ser bien ventiladas paraque su funcionamiento sea óptimo
• Cuando una línea de aducción es vaciada accidentalmente por una fuga o para realizar algún mantenimiento,
se requiere el ingreso de aire a la tubería con el objeto de evitar el vacío y por consecuencia el colapso o
aplastamiento del tubo.
 AIRE Y VACÍO DENTRO LAS TUBERÍAS
• En el diseño de sistemas de aducción de agua, siempre considere la instalación de accesorios para el control del
aire dentro de las tuberías.
• Cuando se efectúa la operación de llenado de la tubería es necesario eliminar todo el aire de su interior. Ello se
consigue mediante válvulas ventosas colocadas debidamente en aquellos puntos que se requiera y que permitan la
extracción del aire de forma automática.
• El costo de las válvulas de control de aire representa un mínimo porcentaje respecto al costo
• total de la aducción .
• Cuando no tiene válvulas de control en los sistemas de aducción, el aire atrapado, llega a
• obstruir el flujo de agua reduciéndolo hasta un 10 % o más debido a las bolsas de aire formadas
• en las partes altas de la tubería.
• En este apartado se explicaran estos dos problemas y posibles soluciones.
• Cuando se tiene una línea nueva el aire es atrapado durante el llenado en puntos altos; en líneasfuncionando
regularmente, el aire disuelto en el agua se libera al haber cambios de presionesdebidos a cambios en la velocidad
del flujo. La literatura señala que a 20 ºC a presiónatmosférica, el contenido de aire en el agua es de 20 litros por
m3 , la solubilidad del aire en el agua está regida por la presión y la temperatura. En circunstancias ordinarias el
agua contienemás del 2% del aire disuelto en volumen y a veces aún más.
 AIRE Y VACÍO DENTRO LAS TUBERÍAS
• Cuando se efectúa la operación de llenado de la tubería es necesario eliminar todo el aire de su
• interior. Ello se consigue mediante ventosas colocadas debidamente en aquellos puntos que se
• requiera y que permitan la extracción del aire de forma automática.
• El origen del aire en las tuberías se debe a lo siguiente:
"Cuando una bomba se pone en marcha, el aire es comprimido desde la bomba hacia la
• red."(ver Figura 4.17)
• "El bombeo mismo puede causar una acción vortex en puntos de aspiración. Esto dará
• como resultado una aspiración de aire que se introducirá en el sistema pudiendo alcanzar
• hasta un 15 % en volumen del agua bombeada."
• "Cuando ocurre un salto hidráulico durante la transición de sección con caudal
• parcialmente lleno a sección totalmente llena, llevará aire de la sección parcialmente llena
• a la sección totalmente llena" .
AIRE Y VACÍO DENTRO LAS TUBERÍAS
AIRE Y VACÍO DENTRO LAS TUBERÍAS
 PROBLEMAS RELACIONADOS AL AIRE EN
LAS TUBÉRÍAS
• Problemas relacionados del aire en las tuberías.
• Disminución del flujo: Al tener aire dentro de las tuberías se formaran bolsas de aire en los puntos de variación de
la pendiente. Cuando se tienen equipos de bombeo, se requerirá unamayor presión con menor eficiencia de la
bomba. En aducción por gravedad, debido a que no existe presión para empujar el aire, se tendrán mayores
problemas teniéndose en ocasiones cese de flujo.
• Cavitación: Dentro de la tubería, al reducirse la sección, aumenta la velocidad teniéndose una caída local de presión
y la formación de burbujas de vapor; las cuales se colapsan cuando las condiciones de flujo vuelven a ser normales,
provocando erosión.
• La acción destructiva de la cavitación puede ser evitada suministrando aire a la tubería.
• Exactitud de medidas y contadores: La presencia de aire en el agua provoca un error en los medidores de flujo, ya
que muchos medidores se basan en la velocidad del flujo. La velocidad del aire, a igualdad de presión y
temperatura, es 29 veces superior a la del agua.
• Evacuando el aire en las proximidades de los medidores se garantiza la exactitud de las
• medidas.
BOMBEO
BOMBEO
BOMBEO
BOMBEO
 BOMBEO
• El caudal de bombeo, se debe determinar bajo los siguientes criterios:
• Si el sistema tiene tanque de almacenamiento, el caudal de bombeo deberá estimarse en
• función del caudal máximo diario y el número de horas de bombeo.
• Si el bombeo se realiza directamente a la red de distribución, el caudal de bombeo debe
• ser igual al caudal máximo horario. (Qmax_d).
• La determinación del caudal de bombeo, dependerá del rendimiento de la fuente y las
• limitaciones de energía:
BOMBEO
 NUMERO DE HORAS DE BOMBEO
• El número de horas de bombeo y el número de operaciones (arranques) en un día, dependerá de
• los siguientes factores:
• Rendimiento de la fuente.
• Consumo de agua.
• Limitaciones de energía.
• Costo.

• Por razones económicas y operativas, se aconseja que el período de bombeo en un día deba ser
• menor a 12 horas, que podrán ser distribuidas en una o más operaciones (arranques) de bombeo diario.
• Deberán realizarse los cálculos necesarios para determinar las variaciones de consumo y Volúmenes de
bombeo para los 5, 10, 15, y 20 años del período de funcionamiento del proyecto.
 TUBERÍA DE SUCCION
• El empleo de la tubería de succión, solo se realizará cuando se utilicen bombas centrífugas y
• axiales con motores externos no sumergibles.
• Para el diseño del diámetro de succión deben considerarse los siguientes criterios:
• El diámetro de la tubería de succión debe ser un diámetro comercial mayor que el diámetro
• de impulsión. Las bombas vienen diseñadas para el diámetro de succión recomendado.
• La velocidad en la tubería de succión debe estar entre 0,60 m/s y 0,90 m/s.
• El diámetro de la tubería de succión puede calcularse con la siguiente expresión:
TUBERÍA DE SUCCION
 TUBERÍA DE IMPULSION
• Para el cálculo del diámetro económico en instalaciones que son operadas continuamente, debe
• emplearse la fórmula de Bresse:
 TUBERÍA DE IMPULSION
• Para el cálculo del diámetro económico en instalaciones que no son operadas continuamente, debe
emplearse la siguiente fórmula:
 TUBERÍA DE IMPULSION
• En el diseño y cálculo de tuberías de impulsión se deben tomar en cuenta los siguientes aspectos:

• El diámetro de la tubería de impulsión, para distancias largas, debe ser elegido sobre la
• base de una evaluación económica que compare diámetros, potencia del motor, consumo
• de energía y costos.
•  El diámetro de la tubería de impulsión, para distancias cortas, puede determinarse en base
• a la velocidad, que deberá estar entre un rango de 1,50 m/s a 2,0 m/s.
•  La tubería de impulsión no debe ser diseñada con cambios bruscos de dirección de flujo.
•  Deben instalarse los dispositivos necesarios para evitar el contraflujo del agua, cuando la
• bomba deja de trabajar o en caso de que exista falla eléctrica.
•  Debe considerarse el fenómeno de golpe de ariete y en consecuencia dotar al sistema de
• dispositivos que aseguren los riesgos debidos a este efecto.
•  A la salida de la bomba debe proyectarse una válvula de retención y una de compuerta. Se
• debe considerar la instalación de uniones flexibles de acuerdo a la importancia del sistema,
• a fin de mitigar los efectos de vibración.
•  En todo cambio de dirección deben considerarse elementos de anclaje y sujeción para la
• tubería.
 GOLPE DE ARIETE
• El análisis de golpe de ariete debe realizarse en:
• Proyectos de nuevas aducciones por bombeo.
• Proyecto de nuevas aducciones por gravedad.
• En instalaciones existentes en las que se verifique ampliaciones debidas a un aumento decaudal, instalación
de nuevas bombas, construcción de nuevos tanques de almacenamiento o variaciones de presión en
cualquier sección de la aducción.
• En las instalaciones existentes cuando hay cambio de las condiciones de operación
• normal y de emergencia.
• En instalaciones existentes que van a ser incorporadas a un nuevo sistema aún cuando no
• sufran modificaciones de cualquier naturaleza.
 GOLPE DE ARIETE
• El análisis del golpe de ariete debe ser realizado estudiando diversos dispositivos de control a
• fin de seleccionar aquel que ofrezca la mayor protección posible a menor costo.
• Los dispositivos a considerar para el control del golpe de ariete son: válvulas de retención, válvulas con una
o dos velocidades de cierre, válvulas de alivio, cámara de aire bajo presión, ventosas de doble efecto, tanque
de compensación unidireccionales, chimeneas de equilibrio, volante y rotación en sentido inverso de las
bombas centrífugas con cierre lento de válvulas.
• El golpe de ariete se produce al cortar repentinamente el flujo de agua en la tubería transformando la energía
cinética del líquido en energía elástica que es absorbida por la masa de agua y la tubería.
• La sobrepresión por efecto del golpe de ariete se determina mediante la expresión:
GOLPE DE ARIETE
 TIPOS DE BOMBAS
• Las bombas roto dinámicas se clasifican de acuerdo a la forma de sus rotores (impulsores) en:
• Bombas centrífugas (flujo radial): presenta una presión relativamente alta con un caudal
• bajo.
• Bombas de flujo mixto: tienen características que semejan algo intermedio a los dos
• casos.
• Bombas de flujo axial: generan un caudal alto con una baja presión.
TIPOS DE BOMBAS
BOMBAS CENTRÍFUGAS
 BOMBAS CENTRÍFUGAS
• Están constituidas por una caja dentro de la cual rota un rodete que le imprime gran velocidad al líquido. La
altura de velocidad se transforma en presión
• Existen 2 tipos principales de bombas centrifugas.
• Tipo Voluta: El impulsor rota dentro de una caja en forma de espiral, cuya sección se
• va ensanchando progresivamente.
• Tipo Difusor o de paletas directrices: Existen paletas directrices fijas que rodean al impulsor, de modo que el
líquido cambia de dirección al mismo tiempo que ensancha su sección.

• El cebado: operación que consiste en extraer el aire de la tubería de aspiración y de la bomba

• para que quede llena con líquido.
• Las bombas centrífugas proporcionan una altura estática HE que no depende d la densidad del
• fluido. El incremento de presión SI depende de la densidad del fluido
 BOMBAS AXIALES

• Se constituyen cuando la carga de la bomba debe ser aun menor en relación con el caudal, que en los casos
anteriores. El impelente de este tipo de bombas esta provisto de paletas que inducen el flujo del líquido
bombeado en dirección axial
• En este tipo de bombas las paletas directrices se colocan en muchas ocasiones antes del impelente. Estas
bombas se usan para manejar grandes caudales del líquido contra cargas de bombeo relativamente pequeñas,
y en ellas, no se puede hablar de fuerza centrifuga en la transmisión de energía a la corriente.
BOMBAS AXIALES
 BOMBAS MIXTAS

• Se construyen dándole al impelente una forma tal que las paletas ya no quedan dispuestas en
• forma radial, esto se hace, sobre todo, cuando el caudal de la bomba es grande y el diámetro del
• tubo de succión también es grande, en relación con el diámetro que debe darse al impelente
• para producir la carga requerida. Cuando con un impelente de flujo diagonal o mixto se quiere
• obtener un caudal mayor, en relación con la carga suministrada al fluido, el diseño de impelente
• se modifica y se produce lo que se conoce como rodete de tipo helicoidal.
BOMBAS MIXTAS
TIPO DE BOMBA RECOMENDAD POR TIPO
DE FUENTE
 BOMBAS SUMERGIBLES

• Son bombas que tiene un motor sellado a la carcasa. El conjunto se sumerge en el líquido a
• bombear. La ventaja de este tipo de bomba es que puede proporcionar una fuerza de elevación
• significativa pues no depende de la presión de aire externa para hacer ascender el líquido (ver
• figura 4.22).
• La bomba se puede conectar con un tubo, manguera flexible o bajar abajo de los carriles o de
• los alambres de guía de modo que la bomba siente en "un acoplador del pie de los platos", de
• tal forma conectándola con la tubería de salida.
BOMBAS SUMERGIBLES
 CURVAS CARACTERÍSTICAS

• Las curvas características de las bombas son relaciones gráficas entre la carga, el gasto, potencia y
rendimiento. Excepto cuando se trata de bombas de muy pequeño tamaño, es indispensable conocer las
curvas características antes de adquirir una bomba, Ya que solo así podremos saber el comportamiento de
ella una vez instalada en un determinado sistema hidráulico
• El valor de H que resulta para Q = 0 es la presión que desarrolla la bomba cuando la válvula de
• salida esta totalmente cerrada y es generalmente un 15 % a un 30% superior a la presión
• normal. Las bombas centrifugas al contrario de las de émbolo, permiten que se cierre la válvula
• de salida pues su presión de estrangulamiento es limitada y su caja resiste perfectamente esa
• presión.
CURVAS CARGA-GASTO
CURVAS CARGA-GASTO
 CURVAS CARGA-GASTO

• Las curvas pueden ser crecientes o decrecientes denominadas estables o inestables (ver figura
• 4.24).
• Las bombas de curva QH inestable tienen grandes problemas para ponerlas en paralelo debido a
• que cuando está funcionando en la parte alta de la curva, la otra no puede entrar en servicio ya
• que su presión es menor.
• También se habla de curvas planas o inclinadas según sea la pendiente. Las bombas de curva
• QH inclinadas son más convenientes cuando las condiciones de altura de elevación son
• variables, ya que para una variación dada de H la variación de Q es mucho menor que en el
• caso de una curva plana.
 CURVAS POTENCIA - GASTO

• Se puede observar que el mínimo de potencia se produce para un gasto cero o sea con válvula
• de salida cerrada. La potencia se gasta sólo en sostener el agua contra la válvula y no hay
• consumo de energía para hacerla circular por el sistema.
• Esa potencia es aproximadamente un 50% - 60% de la potencia normal de funcionamiento. Se
• comprende que no solo es posible cerrar la válvula de salida sino que es conveniente debido a
• que se tiene el mínimo de energía. Efectivamente en las grandes instalaciones se hacen partir
• bombas con la válvula totalmente estrangulada y se va abriendo poco a poco.
• Se debe tratar en lo posible que la curva de potencia sea plana en la zona de funcionamiento
• cuando la carga es variable, es decir, que la potencia sea ligeramente diferente a la de
• funcionamiento normal.
CURVAS POTENCIA - GASTO
CURVAS POTENCIA - GASTO
 CURVAS POTENCIA - GASTO
• En abscisas se lleva el gasto y en ordenadas el rendimiento en porcentaje, siempre con la velocidad constante. Para
Q=0, η=0 y llega a su máximo para la condición de funcionamiento normal. Luego empieza a descender. Las
pérdidas de rendimiento de una bomba pueden ser
• Hidráulicas, debido a pérdidas de carga al escurrir el liquido
• -Mecánicas, debido a rozamiento mecánicos
• De filtración, debido a que una pequeña cantidad de agua se filtra desde el lado de altapresión hacia el lado de baja presión.
• El ideal es que la curva sea plana en el tramo que nos interesa. El rendimiento puede ser tan alto
• con de 92% para bombas grandes y tan pequeño como el 10% y aún el 5% para las bombas
• chicas.
• La potencia, que es igual al producto del gasto por la altura , sería proporcional al cubo de la
• velocidad. Esto suponiendo que se mantenga constante el rendimiento. En realidad el
• rendimiento mejora ligeramente al aumentar la velocidad debido a que la potencia hidráulica
• aumenta con el cubo mientras que las pérdidas de carga aumentan con el cuadrado o con una
• potencia un poco inferior a 2.
 PUNTO DE FUNCIONAMIENTO DE UNA BOMBA
• Si combinamos la curva de carga del sistema con la curva Q-H de la bomba, obtenemos el
• punto de intersección de ambas, las características de funcionamiento, es decir el gasto y la
• altura con las cuales funcionará la bomba
• Supongamos ahora que se estrangula parcialmente la válvula de salida o una válvula cualquiera
• del sistema. En ese caso la curva de carga del sistema variará como se indica con la línea de
• segmentos. Se obtiene así mayor altura de elevación de la bomba, pero menor gasto
PUNTO DE FUNCIONAMIENTO DE UNA BOMBA
 BOMBAS EN SERIE
• Es la acción de impulsar el agua con dos o más bombas instaladas sobre la misma línea de impulsión. Se
debe aplicar en los siguientes casos:
• • Cuando sea necesario aumentar la altura de impulsión.
• • Cuando por las características de la fuente de energía eléctrica, se debe colocar dos bombas en serie en la
misma línea de aducción.
• Para el diseño de bombas en serie se debe considerar:
BOMBAS EN SERIE
BOMBAS EN SERIE
 BOMBAS EN SERIE
• Supongamos dos bombas gemelas en serie, es decir que la impulsión de una bomba llega a aspiración de la
otra. En este caso el gasto que circula por ambas bombas es el mismo y para cada gasto se obtiene el doble
de la carga correspondiente a una bomba. La curva Q-H resultante se obtiene duplicando para cada gasto la
carga correspondiente Q1A=AB
BOMBAS EN SERIE
BOMBAS EN SERIE
 BOMBAS EN PARALELO
• Es la acción de impulsar el agua instalando más de una línea de impulsión con su respectiva bomba
• Se debe aplicar en los siguientes casos:
• • Por razones económicas, caudal o energía.
• • Por condiciones de seguridad.

• Para el diseño de las bombas en paralelo se debe considerar:

BOMBAS EN PARALELO
 BOMBAS EN PARALELO
• El caso de bombas en paralelo se presenta frecuentemente en la práctica. Las elevadoras se
• proyectan generalmente con dos o más unidades que pueden funcionar en paralelo. Las curvas
• resultantes se transforman como sigue
BOMBAS EN PARALELO
 BOMBAS POR ETAPAS
• Es la acción de impulsar el agua de un nivel inferior a otro superior en más de una etapa
• Las etapas deben ser los tramos o fracciones de la longitud total de impulsión que se encuentran
• definidas por cámaras de bombeo y/o tanques de regulación en sus extremos.
• Para el diseño de las bombas por etapas se debe considerar:
• • Características topográficas del lugar.
• • Capacidad de la fuente de energía.
• • Caudal de bombeo.

• Debe realizarse un balance total de masas para garantizar que el tanque y/o cámaras de bombeo no queden
vacíos en ningún momento. Para los proyectos de bombeo en etapas, es recomendable la automatización del
sistema.
BOMBAS POR ETAPAS
 NÚMERO DE BOMBAS A INSTALAR
• Las unidades de bombeo se especificarán por lo menos para dos etapas, de acuerdo con la
• duración esperada de los equipos y el período total de diseño de la estación de bombeo.
• El número de unidades de bombeo a instalar debe proveerse de la siguiente manera:
• Para poblaciones menores a 2 000 habitantes, puede utilizarse una sola unidad con una capacidad de bombeo
suficiente para cubrir el 100% de la capacidad requerida más una de reserva de la misma capacidad que funcione
alternadamente.
• Para poblaciones de 2 000 a 5 000 habitantes debe utilizarse, previo análisis técnicoeconómico, una de las
siguientes alternativas:

• Una sola unidad con capacidad de bombeo mayor al 100% más una de reserva de la
• misma capacidad que funcione alternadamente.
• • Dos unidades con capacidad de bombeo mayor o igual al 50% cada una, más una de
• reserva de la misma capacidad que funcione alternadamente
 NÚMERO DE BOMBAS A INSTALAR
• Para poblaciones de 5 000 a 20 000 habitantes se usarán dos equipos, cada uno con una capacidad de
bombeo mayor o igual al 50% del total, más uno de reserva de la misma capacidad que funcione
alternadamente. Cuando la fuente de energía para los equipos de bombeo sea eléctrica, se debe disponer
además de un grupo electrógeno con capacidad para el 50% de los equipos de bombeo.
• Para poblaciones de más de 20 000 habitantes se debe contar con un mínimo de tres unidades de bombeo,
cada uno con capacidad de bombeo mayor o igual al 50% del total, más uno de reserva de la misma
capacidad que funcione alternadamente. Cuando la fuente de energía para los equipos de bombeo sea
eléctrica, se debe disponer además de un grupo electrógeno con capacidad para el 50% de los equipos de
bombeo.