REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA

ARMADA NACIONAL BOLIVARIANA

NÚCLEO BOLÍVAR

EXTENSIÓN CAURA

CÁTEDRA: DISEÑO DE ESTACIONES DE BOMBEO

ING-CIV-8S-D-02

SISTEMAS DE TUBERÍAS

Prof.: Bachilleres:

Maita, Gustavo Medina, Moisés CI: V-21.124.912

Meneses, Delvis CI: V-20.840.587

Portuguez, José CI: V-20.013.580

Ciudad Guayana, Julio de 2015

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TABLA DE CONTENIDO

PÁG.

Introducción ............................................................................................................. 2

1. Bombas en paralelo ....................................................................................... 3

i) Ventajas

ii) Desventajas

2. Bombas en serie ................................................................................................ 4

i) Ventajas

ii) Desventajas

3. Componentes de los sistemas de bombeo ..................................................... 6

i) Instalaciones del lado de succión. Sistemas pozo/ tanque de succión

ii) Instalaciones del lado de descarga

iii) Instalaciones para pozos subterráneos

4. Conclusiones ................................................................................................... 13

5. Referencia bibliográfica y documental .......................................................... 14

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INTRODUCCIÓN

La existencia de fuentes de abastecimiento de agua a elevaciones inferiores a

los sitios de consumo, obligará a estudiar alternativas de bombeo que mediante

análisis económico permitan la solución más ventajosa.

El dimensionamiento adecuado del sistema de tubería resultara un costo menor

del ciclo de vida del sistema de bombeo. Esto requiere la búsqueda del balance

óptimo entre los costos de la bomba y de instalación.

Hay casos en que las necesidades de un sistema exigen que varíe la presión

o el caudal, así como los requerimientos de succión y descarga; para ello se emplea

el uso de bombas en serie o en paralelo y con ello aumentar la eficiencia de dicho

sistema. En el primer caso se suman las cargas a la misma capacidad, mientras que

en el segundo se suman las capacidades y operan a la misma carga.

Asimismo, anteriormente se creía que las aguas subterráneas procedían del

mar y habían perdido su salinidad al filtrarse entre las rocas. Hoy se sabe que es

agua procedente de la lluvia.

Las aguas subterráneas forman grandes depósitos que en muchos lugares

constituyen la única fuente de agua potable disponible.

A veces, cuando circulan bajo tierra, forman grandes sistemas de cuevas y

galerías. En algunos lugares regresan a la superficie, brotando de la tierra en forma

de fuentes o manantiales. Otras, hay que ir a recogerlas a distintas profundidades

excavando pozos.

Cada uno de los puntos ya mencionados serán explicados de una forma más

amplia en el presente trabajo.

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SISTEMAS DE TUBERÍAS

1. BOMBAS EN PARALELO

Las bombas en paralelo consisten en colocar dos o más bombas a aspirar

desde un mismo lugar, con el propósito de aumentar el caudal de entrega.

El acoplamiento de dos o más bombas en paralelo se justifica cuando se trata

de satisfacer las necesidades o demandas de agua, variables en el tiempo, como en

sistemas de riego, o en redes de distribución de agua potable.

El empleo de una sola bomba, para satisfacer los consumos altamente

variables con el tiempo, sería factible pero antieconómico, puesto que aquella

tendría que trabajar con eficiencias muy bajas, correspondientes a los distintos

puntos de funcionamiento, por lo que poniendo en marcha de forma progresiva los

grupos necesarios según el consumo, se logra mantener el rendimiento dentro de

márgenes razonables.

i) Ventajas

El suministro de agua, variable según la demanda, puede garantizarse por

medio de una progresiva entrada en funcionamiento de distintos grupos de

bombas, conformado por bombas acopladas en paralelo.

Con esta configuración se logra aumentar el caudal de entrega ya que dos

o más bombas en paralelo permite extraer el fluido de la misma fuente de

entrada y enviarlo a un colector común para hacerlo llegar a todo el

sistema.

Mantiene el rendimiento dentro de márgenes razonables sin provocar que

las bombas operen muy lejos de su punto óptimo de eficiencia.

Cuando múltiples bombas operan continuamente como parte de un

sistema de bombeo en paralelo, puede haber oportunidades para

conseguir un ahorro de energía significativo.

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Las bombas en paralelo proporcionan buena flexibilidad de operación en

sistemas dominados por la altura.

ii) Desventajas

Como se mencionó anteriormente, las bombas en paralelo proveen buena

flexibilidad de operación en sistemas dominados por la altura, aun así, no

resultan tan efectivas en sistemas dominados por la fricción.

Las pérdidas por fricción originan una mayor presión de descarga, se

reduce el caudal proporcionado por cada bomba, y se altera la eficiencia

de estas. Adicionalmente, se requiere más energía para transferir un

volumen de fluido dado.

Agregar una segunda bomba duplica la capacidad del sistema, sin

embargo, conforme ocurre un flujo volumétrico más grande en el sistema

de tubería, se crear una carga mayor, lo que hace que cada bomba envíe

menos flujo.

Se debe tener en cuenta que la operación de dos bombas idénticas en

paralelo no dobla el caudal, por lo que es aconsejable evitar la operación

de dos bombas acopladas de esta forma cuando una bomba simple pueda

cumplir con los requerimientos del sistema.

Su uso además se limita para caudales controlados es decir bajo presiones

similares y controladas.

2. BOMBAS EN SERIE

Este tipo de acoplamiento se emplea en casos en los cuales se desea elevar

un mismo caudal a distintas alturas, o para impulsar un determinado caudal,

venciendo grandes resistencias debidas a grandes longitudes de las conducciones.

El acoplamiento de bombas en serie más frecuente la constituye la

disposición de N rodetes idénticos en una bomba multicelular.

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Además, cuando hay que suministrar alturas elevadas y existe limitación de

diámetros (por ejemplo, bombas en pozo profundo) el acoplamiento en serie resulta

de gran interés.

Si se emplea una bomba de rodete único para impulsar agua desde un pozo

hacia una altura relativamente grande, aquella deberá tener un diámetro de rotor

grande, y así, también, grande sería la bomba y la tubería de aspiración, por lo cual

el diámetro del pozo sería grande.

i) Ventajas

A través del acoplamiento en serie de las bombas se logra solventar

distintos problemas originados por el empleo de una sola bomba para

grandes alturas entre ellas un mejor rendimiento.

Éste método permite operar contra cargas inusuales, por lo que se alcanza

una mayor altura de elevación ya que el caudal que descarga la primera

bomba es captado por la segunda y el que ésta descarga es impulsado por

la siguiente.

No es necesario que las bombas conectadas en serie sean iguales.

Las bombas en series obtienen las grandes alturas con rodetes de tamaño

reducido y un número específico de revoluciones más elevado por cada

rodete en comparación con un único rodete trabajando en el mismo punto.

ii) Desventajas

Se debe tener mayor cuidado cuando se acoplan bombas diferentes, ya

que no todas las zonas serán efectivas, o resultarán beneficiosas.

Resulta imposible garantizar que todas las bombas acopladas en serie

funcionen en sus puntos de máximo rendimiento.

En el transporte de aguas residuales este modo de funcionamiento solo se

aplica en casos muy raros.

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3. COMPONENTES DE LOS SISTEMAS DE BOMBEO

i) Instalaciones del lado de succión. Sistemas pozo / tanque de

succión.

La línea de succión se refiere a todas las partes del sistema de flujo, desde la

fuente del fluido a la entrada de la bomba. La instalación en el lado de succión de la

bomba es crítica para la confiabilidad de la bomba y del sistema. La tubería del

sistema debe contar con un número de consideraciones de diseño que

proporcionen:

Flujo continuo del líquido.

Perfil de flujo completamente desarrollado (evita interrupciones

próximas a la succión).

Una Carga Neta de Succión Positiva (NPSH) disponible.

La velocidad del líquido en la tubería de succión no debe exceder la velocidad

en entrada de la succión de la bomba. Si el tubo de la succión es más largo que la

conexión de la succión, no será posible una mayor velocidad en la tubería debido a

que una tubería más larga reduce la velocidad en un caudal asignado. Los servicios

con temperaturas altas también pueden requerir un tamaño más grande de tubería

para reducir la fricción y reducir la NPSH (Carga Neta de Succión Positiva)

disponible.

Es recomendable una velocidad de 3 a 10 pies por segundo (2.1 a 6.8 metros

por segundo); preferentemente que el flujo esté por debajo de los 7 pies por

segundo (4.8 metros por segundo). Se debe evitar velocidades de más de 15 pies

por segundo (10.2 metros por segundo). Si el líquido bombeado está cerca de su

punto de ebullición, la velocidad no debe exceder los 3 pies por segundo (2.1 metros

por segundo).

A menos que se sepa que el fluido es muy limpio, debe instalarse un filtro en

la entrada o en cualquier lugar del tubo de succión, con objeto de mantener las

partículas fuera de la bomba y del proceso en el que se distribuirá el fluido. Una

válvula de pie en la entrada permite el libre flujo hacia la bomba, pero cesa si la

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bomba se detiene. Esto mantiene una columna de líquido sobre la bomba y elimina

la necesidad de iniciar la bomba cada vez que arranca. Si se emplea una válvula

cerca de la bomba, es preferible que sea una válvula de compuerta, pues ofrece

muy poca resistencia al flujo si está abierta por completo.

Aunque el tamaño del tubo para la línea de succión nunca debe ser más

pequeño que la conexión de entrada sobre la bomba, puede ser algo mayor para

reducir la velocidad de flujo y las perdidas por fricción. La alineación de la tubería

debe eliminar la posibilidad de que se formen burbujas o bolsas de aire en la línea

de succión, porque esto haría que la bomba perdiera capacidad y tal vez el

arranque.

La tubería larga servirá cuando se incremente la NPSH disponible y reducirá

las pérdidas de presión por fricción. En algunos casos como cuando se manejan

sustancias como lodo o en las columnas de bomba vertical, se debe mantener la

velocidad mayor a los 3 pies por segundo (2.1 metros por segundo) para evitar el

asentamiento (en el caso del lodo) o para asegurar que los sólidos suspendidos

sean llevados hacia arriba en la columna (en el caso de la bomba vertical).

Las tuberías largas deben tener pendiente hacia arriba, en dirección de la

bomba. Debe evitarse los codos en un plano horizontal. Si se requiriera un reductor,

debe ser del tipo excéntrico. Los reductores concéntricos sitúan parte de la línea de

suministro sobre la entrada de la bomba, donde podría formarse una bolsa de aire.

La línea de succión debe estar libre de bolsas de aire ya que pueden ocasionar

pérdidas en el cebado o retrasar el bombeo una vez que la bomba arranque.

La configuración de la tubería y de los accesorios de la succión debe

considerarse para minimizar las perdidas por fricción. La tubería de succión debe

estar diseñada con una longitud recta de entre 4 a 10 diámetros antes de la

conexión de la succión de la bomba. En caso de que la longitud no sea posible, se

pueden instalar álabes enderezadores o difusores para asegurar un flujo uniforme.

No debe haber más de un giro perpendicular de 90º cerca de la conexión de

succión de la bomba para evitar un remolino, esto ocasionará daños a la bomba

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como ruido excesivo y cavitación. Si se requiere de giros múltiples, los giros deben

ocurrir en el mismo plano para ayudar al “enderezamiento” del flujo en la succión de

la bomba.

Para las bombas múltiples en un sistema común, cada bomba debe tener sus

propias líneas de succión que provengan de la misma fuente o tubo colector, más

de uno de los tubos de succión pueden ocasionar que la bomba quede sin

alimentación.

Ninguna tubería debe estar por debajo de la brida de succión de la tubería.

En el suministro de succión, la tubería de succión debe estar correctamente

sumergida por debajo del líquido de la superficie para evitar vórtices y entradas de

aire que pueden extenderse a la bomba.

ii) Instalaciones de lado de descarga

La tubería de descarga en un sistema de bombeo no causa efectos en el

desempeño de la bomba, únicamente la perdida en la carga que genera. El diseño

óptimo en la tubería de descarga minimiza los costos de instalación y operación. Los

accesorios y tuberías de tamaño inferior ocasionan velocidades altas, incrementos

de presión y pérdidas de energía.

Si se dimensiona un sistema de tubería muy grande, se incrementan los costos

iniciales de la tubería y de los accesorios. El tubo de descarga, las válvulas y los

accesorios deben ser por lo menos del mismo diámetro que la conexión de

descarga de la bomba (generalmente más larga), o dimensionarse conforme a

buenas prácticas de industrias.

En general, la línea de descarga debe ser tan corta y directa como sea posible,

para minimizar la carga sobre la bomba. Los codos deben ser de tipo estándar o de

radio largo, si fuera posible. Debe seleccionarse el tamaño de la tubería de acuerdo

con la velocidad o las perdidas por fricción permisibles.

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Con base en el ideal de minimizar las pérdidas de energía se recomienda

tamaños grandes y velocidades bajas. No obstante, otras consideraciones acerca

del costo y lo práctico de la instalación podrían llevar a selección tuberías más

pequeñas. Con el resultado de velocidades más elevadas.

La línea de descarga debe contener una válvula cerca de la bomba para permitir

que se dé servicio a ésta o se reemplace. La válvula actúa con la que está en la

línea de succión para aislar la bomba. Por razones de resistencia baja, es preferible

una válvula de mariposa. Si el flujo debe regularse durante el servicio, es mejor

emplear una válvula de globo porque permite un estrangulamiento suave de la

descarga. En efecto, esto incrementa la carga del sistema y ocasiona que disminuya

la entrega de la bomba.

Es posible agregar los elementos que requiera una línea de descarga. Una

válvula de alivio de la presión protegerá la bomba y al resto del equipo, en caso de

un bloqueo del flujo o falla accidental de una válvula.

Una válvula de verificación impide que el flujo regrese a la bomba cuando no

esté en funcionamiento. Debe colocarse una válvula de verificación entre la válvula

de apagado y la bomba. Si se emplea una expansión para el puerto de descarga de

la bomba, debe colocarse entre la válvula de verificación y la bomba. Podría ser

necesario instalar una llave en la línea de descarga para un medidor con su válvula

de apagado. Un grifo de muestreo permitiría extraer una cantidad pequeña de fluido

para realizar pruebas sin interrumpir la operación.

iii) Instalaciones para pozos subterráneos

La obra de captación de una fuente subterránea está constituida por el pozo o

la galería de infiltración. Un pozo eficientemente diseñado debe ser capaz de

permitir la utilización de los recursos naturales del acuífero en toda su amplitud. Por

ello, un buen diseño de pozos dependerá en gran parte de la cantidad de datos

disponibles. De no disponer de suficiente información, cualquier nuevo pozo será

puramente tentativo y diseñado sin bases ciertas.

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Cada diseño de un pozo puede considerarse como un caso particular y

cambiará de acuerdo a la naturaleza y condiciones del acuífero, ya que las

condiciones hidráulicas determinantes pueden ser distintas en uno y otro caso.

Si se desea extraer un caudal Q, será necesario que el acuífero sea capaz de

producirlo, pero adicionalmente deberá disponerse del equipo de bombeo capaz de

extraerlo, por lo que no se debe olvidar que la extracción de un caudal estará

definido por el equipo de bombeo a instalar, y en ellos son factores determinantes el

diámetro del impulsor, el número de impulsores y la velocidad de rotación de los

mismos.

Esto obliga a seleccionar un diámetro de la perforación capaz de albergar al

equipo apropiado, con lo cual se debe suponer cierta holgura para satisfacer su

instalación sin riesgos de estreches o atascamientos por deficiencias en la

verticalidad del pozo.

El diámetro del pozo deberá seleccionarse en función del volumen del agua

requerido, tomando en cuenta las características del acuífero y el equipo de

perforación a utilizar.

Normalmente, se considera que un diámetro de 2 pulgadas mayores es

suficiente para permitir cierta flexibilidad y absorber cualquier desviación en la

verticalidad del pozo que pueda ocasionar inconvenientes.

La profundidad a dar al pozo definitivo en la mayoría de los casos se hace

hasta la profundidad total del espesor del acuífero. Esto lógicamente si se quiere

aprovechar al máximo su capacidad, ya que con ello se logra mayor capacidad

especifica.

En algunos casos resulta necesario antes de hacer la perforación llenar el

fondo con material impermeable hasta la profundidad deseada, apisonándolo en

capas a fin de evitar que ocurra asentamiento de la rejilla, todo ello debido a que

algunas veces el agua de los estratos inferiores es de mala calidad.

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En el diseño de una empacadura de grava, debe entenderse que existe una

relación de importancia entre la gradación de la grava y la abertura de la rejilla a

utilizar, de forma tal que prevenga el pase de arena. En este caso, la selección de la

abertura de la rejilla debe ser para retener la grava y ésta, a su vez, debe ser capaz

de retener el material de la formación.

Existen distintos factores a considerar en la selección del material y tipo de

rejilla con el fin de ofrecer la durabilidad que un periodo de diseño económico le

impone a la obra de captación, ellos son los siguientes:

El grado de mineralización del agua, lo cual refleja su carácter

corrosivo o incrustante: En presencia de aguas con carácter

corrosivo, debe seleccionarse un material que soporte bien la

corrosión, ya que estas aguas provocara una destrucción más rápidas

en las zonas más débiles de la captación, y en cualquier aumento en

una abertura contribuirá al pase de material granular (arenas) no

previstos en el diseño, por lo cual un pozo puede convertirse en un

terreno pasador de arena y arruinarlo de por vida. El grado de

severidad de la corrosividad permitirá seleccionar un material con

mayor o menor resistencia a esta acción destructora, tomando en

cuenta los costos de las rejillas.

La presencia de película bacteriana: Pueden ocasionar obstrucción

del área libre de captación mediante la formación de masas

gelatinosas, como consecuencia de sus procesos vitales mediante la

oxidación del hierro y manganeso disuelto en el agua. Algunas de tales

bacterias no patógenas son las bacterias ferruginosas, sulfurosas y

manganésicas.

La resistencia estructural impuesta por condiciones de esfuerzos

a los cuales puede estar sometida la rejilla: Una rejilla

generalmente se encuentra sometida a esfuerzos de compresión y a

esfuerzos de presión lateral, pero a veces puede también estar

sometida a esfuerzos de tensión, como es el caso de rejillas en

posiciones intermedias en la longitud total del pozo.

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Las personas que usan agua subterránea encontrarían más fácil obtenerla si

el nivel en el acuífero que suministra al pozo, se mantuviese siempre al mismo nivel.

Las variaciones de la lluvia que ocurren durante las diferentes estaciones del año y

las ocasionales sequías, afectan la altura del nivel del agua subterránea. Si se

bombea un pozo a velocidad mayor con la que su acuífero se recarga ya sea por

precipitación pluvial u otro tipo de flujo de agua subterránea, entonces los niveles

del agua alrededor del pozo pueden ser más bajos. El nivel del agua en un pozo

también puede bajar si a otros pozos existentes cerca del mismo, se les extrae

demasiada agua. Cuando los niveles del agua bajan más que el nivel de bombeo,

entonces los pozos empiezan a bombear aire y éstos se secan.

En general los datos y características que se deben tener en cuenta para el

diseño e instalación de un pozo subterráneo son los siguientes:

Diámetro de la perforación del pozo.

Diámetro de la tubería de revestimiento del pozo.

Profundidad de la perforación.

Rejillas a ubicarse en la zona del acuífero, en caso de requerirse.

De las rejillas deben definirse: longitud, diámetro, material de

constitución y tipo.

Empaques de grava o rellenos estabilizantes, en caso de requerirse.

Datos hidrometeorológicos que permitan determinar el balance hídrico

de la zona.

Fotogrametría, topografía y cartografía básica, que permitan

determinar la ubicación de la captación y ocupación de áreas para

efectos de expropiación o adquisición legal.

Mapas geológicos y datos que permitan determinar el tipo de

formación geológica y su litología.

Datos sobre puntos de agua: captaciones, vertientes, manantiales,

pozos profundos y pozos someros, con localización geográfica, datos

hidrogeológicos y calidad del agua.

Datos sobre posibles fuentes de contaminación de los acuíferos.

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CONCLUSIONES

En algunos casos, las instalaciones de bombeo podrían tener una

amplia gama de necesidades de carga o descarga y una sola bomba

tal vez no podría satisfacerlas. En estas situaciones el uso de dos o

más bombas, en lugar de una, permite que cada una de ellas opere en

su mejor región de eficiencia la mayor parte del tiempo de operación.

Cuando se acoplan dos o más bombas en paralelo, cada una de éstas

aspira el fluido desde un tanque o depósito común, para reunir sus

respectivos caudales impulsados en una tubería de impulsión común

para ellas. En este tipo de acoplamiento, el caudal total es la suma de

los caudales individuales, y la altura total es constante e igual a la de

cada una de las bombas individualmente.

En serie, la tubería de impulsión de una bomba se constituye en la

tubería de aspiración de la siguiente unidad, por lo que el caudal

bombeado, QB, es el mismo para todas ellas, y la altura del conjunto

es la suma de las alturas desarrolladas por las bombas

individualmente.

Además de las consideraciones que se deben realizar con los

diferentes componentes del sistema; el diseño y fabricación de la

tubería de succión y de descarga debe cumplirse de acuerdo a las

mejores prácticas, por lo que se considera importante que el diseño y

fabricación de la tubería se realice bien desde la primera vez para

evitar grandes y costosos errores a futuro.

Los pozos son instalaciones que se utilizan desde hace siglos para

alumbrar el agua subterránea con distintos fines, principalmente riego y

consumo humano. Esta gestión de pozos e instalaciones de captación

de aguas subterráneas es un proceso que requiere de conocimientos

de los requisitos legales y experiencia en la tramitación para una

adecuada instalación.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y DOCUMENTALES

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Ediciones Vega.

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paralelo. [en línea]. Consultado el 03 de julio de 2015 en:

http://todoproductividad.blogspot.com/2011/06/optimizando-bombas-centrifugas-

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Giles, R.V. (s.f.). Mecánica de los Fluidos e Hidráulica. McGraw-Hill.

Instituto Universitario de Tecnología Dr. Federico Rivero Palacio. (2008). Bombas

Centrífugas. [en línea]. Consultado el 03 de julio de 2015 en:

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Loera, F. (2008). Bombas en serie y paralelo. [en línea]. Consultado el 03 de julio de

2015 en: http://es.scribd.com/doc/34202981/bombas-en-serie-y-paralelo#scribd

Mott, R.L. (2006). Mecánica de Fluidos. (6a ed.). México: Pearson Education, Inc.

Pérez, M. (2011). Bombas en serie y en paralelo. [en línea]. Consultado el 03 de

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Universidad Nacional de Colombia. (s.f.). Funcionamiento de Bombas

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