Bombas de regadio

Bombas de regadio

Bombas de regadio. Las bombas son elementos modernos que para elevar agua utilizan energía eléctrica, petróleo o eólica para transformarla en energía cinética que mueve grandes cantidades a una velocidad tal que logra vencer la energía gravitacional. Las bombas de riego más comúnmente usadas en captaciones de aguas, se pueden clasificar deacuerdo a la categoría del impulsor en:

• Radiales : Son aquellos impulsores en que el agua suele salir en un ángulo de 90º al eje de rotación2.

• Axiales o helicoidales: Son aquellos que impulsan el agua análogamente a un ventilador queimpulsa aire. O sea, el fluido sale paralelo al eje de rotación.3.

• Mixtos: Son aquellos en el ángulo de impulsión está en 0º y 90º con respecto al eje.

Evolución y futuro de los sistemas de bombeo

De acuerdo con (Martínez 2010), los sistemas de bombeo suponen hoy en la actualidad casi un 20% de la demanda de energía eléctrica mundial y entre el 25 y 50% del consumo de energía en ciertas instalaciones industriales. Más notable aún, lo constituyen los sistemas de riego a nivel mundial que consumen entre el 70–80% del recurso agua y alrededor de un 70% de la energía generada en el mundo. Continúa el autor planteando que dentro de estos sistemas, la proyección de una estación de bombeo representa un cúmulo de preguntas y problemas a resolver, tanto de Ingeniería Hidráulica, Mecánica, Ingeniería Eléctrica, Electrónica, entre otras, así como de índole económica. La reducción del consumo de energía es uno de los objetivos principales a tener en cuenta en el diseño de las estaciones de bombeo. El consumo de energía en una estación de bombeo, podrá reducirse analizando varios parámetros, como son HI, (1998); Sanz, (2003;): Rendimiento de las bombas, eliminación de pérdidas volumétricas innecesarias en las tuberías de aspiración e impulsión, adecuando a las máquinas motrices (motor eléctrico o diesel) a sus parámetros de mejor rendimiento, evitando trasformaciones innecesarias en las máquinas, adecuando las bombas a los parámetros de consumo de los Usuarios. (Martínez 2010), al referirse a los centros de control plantea que en el futuro de las estaciones de bombeo tanto agrícolas como de abastecimiento a las ciudades e industrias, sus costos serán elevados en el momento de la inversión inicial, pero sus ventajas en cuanto a duración de los equipos, optimización de los mismos, reducción de las intervenciones y mantenimiento, lo que hace que en la mayoría de los lugares que esta inversión, se compense con creces a lo largo de la vida útil de la instalación. Los centros de control se refieren siempre por supuesto al multicontrol de varias estaciones deseablemente conectables entre sí, pero no siempre absolutamente necesarios.

El uso de las bombas en la actividad del riego.

Las bombas son elementos modernos que para elevar agua utilizan energía eléctrica, petróleo o eólica para transformarla en energía cinética que mueve grandes cantidades a una velocidad tal que logra vencer la energía gravitacional (Pérez 1974). Schneider (2007), asegura que las bombas de riego más comúnmente usadas en captaciones de aguas, se pueden clasificar de acuerdo a la categoría del impulsor en: Radiales, que son aquellos impulsores en que el agua suele salir en un ángulo de 90º al eje de rotación y Axiales o helicoidales, que son aquellos que impulsan el agua análogamente a un ventilador que impulsa aire o sea, el fluido sale paralelo al eje de rotación y Mixtos, son aquellos en que el ángulo de impulsión está en 0º y 90º con respecto al eje.

Bombas más usadas para el regadío.

Karassik (1968), asegura que dentro de las bombas más usadas en el riego se encuentran las bombas centrifugas y que se consideran las más populares y, a veces, las únicas existentes en el mercado. Se caracterizan por hacer uso de la fuerza centrífuga para impulsar el agua, razón por la cual el agua sale perpendicular al eje de rotación del álabe o rodete, este tipo de bomba proporciona un flujo de agua suave y uniforme, se adapta a trabajos a velocidades altas, las que son normales en motores eléctricos, son especialmente indicadas para elevar caudales pequeños a gran altura, también denominadas rotativas, tienen un rotor de paletas giratorio sumergido en el líquido, el cual entra en la bomba cerca del eje del rotor, y las paletas lo arrastran hacia sus extremos a alta presión.

Los modelos de bombas horizontales

Los modelos de bombas horizontales más usados en riego son del tipo unicelular (un solo impulsor) de aspiración axial (esta se produce por el centro del impulsor). Su capacidad de elevación en alturas manométricas esta entre 60 – 70 metros (Colegio de Ingenieros de Venezuela, 1993), pueden ir solidariamente acopladas a un motor generalmente eléctrico (bombas monoblock) o ser suministradas con eje libre para su acople al motor deseado, para lo cual habrá de disponerse una bancada que actúa como soporte común a motor y bomba y un acoplamiento entre ambos ejes, cuando se pretende conseguir una mayor altura manométrica, se suele recurrir a utilizar bombas con varios impulsores montados en serie (bombas multicelulares). Con esta disposición se consigue multiplicar por el número de impulsores existentes la altura manométrica proporcionada por uno de ellos para un mismo caudal.

Instalación de las bombas de eje horizontal

En cuanto al diseño de la instalación de las bombas de eje horizontal (Torres 1996), un aspecto importante a considerar es el que se refiere a las condiciones de aspiración. Lo idóneo sería que la superficie libre del agua a bombear se encontrara siempre por encima de la cota del eje de la bomba (carga positiva). Las tuberías de aspiración se diseñaran lo más cortas posibles y con diámetros suficientemente holgados.

Bombas axiales o helicoidales

Otra de las bombas más utilizadas son las bombas axiales o helicoidales (Martínez y col 1993). De acuerdo con estos autores, las bombas axiales no hacen uso de la fuerza centrífuga para elevar el agua, sino que empujan el agua tal como un ventilador impulsa el aire que lo rodea; razón por la cual el agua sale paralela al eje de rotación del impulsor. Son especialmente indicadas, para elevar grandes caudales a baja altura, pudiendo elevar hasta 11 m3/s a alturas de 1 a 6 m.c.a.

Bombas de flujo mixto

López - Luque y col (1995), son del criterio que las bombas de flujo mixto están también entre las más usadas por permitir aprovechar las ventajas de sencillez y poco peso de las bombas helicoidales y aumentar la altura de elevación. Se modifica la forma de los álabes de la hélice, dándoles una forma tal que imparten al agua una cierta fuerza centrífuga que estas bombas alcanzan su mejor rendimiento con gastos entre 30 y 3000 litros/segundo y alturas de elevación de 3 a 18 metros.

Selección de una bomba centrífuga

La selección de la bomba adecuada para cualquier aplicación entre la multitud de estilos, tipos y tamaños puede ser difícil para el usuario o el contratista de construcción (Coulbeck, 1995). El mejor método es hacer investigaciones preliminares, llegar a decisiones básicas y selecciones preliminares y analizar la aplicación con el proveedor de la bomba. Una evaluación de los requisitos hidráulicos de un sistema de bombeo junto con el conocimiento del comportamiento y las características de funcionamiento de diferentes tipos de bombas permiten elegir la adecuada. García-Serra y col (1992) al referirse a la selección de bombas aseguran que la correlación del costo de las bombas centrífugas con su tamaño o capacidad es difícil, porque un fabricante puede tener una bomba en existencia, de tamaño y precio dados; y la puede adaptar para trabajar con una variedad de combinaciones de capacidad y carga producida.

Selección de la bomba más eficiente.

Las bombas centrífugas con curvas inestables pueden funcionar satisfactoriamente en sistemas de características fijas a velocidad de giro constante, (Jowitt, 1992), con tal que la altura a caudal H0 sea mayor que el componente estático de la altura del sistema Hestat. En estos casos, como en el caso de bombas con curvas estables, solo hay un punto de intersección entre la curva de altura de la bomba y la curva de altura del sistema. Se pueden lograr considerables ahorros de energía en los sistemas de bombas. Losada (1995) asegura que, en lo primero que se deben buscar esos ahorros es en el diseño del sistema. Sin embargo, incluso después de haber estudiado las características generales del sistema y reducido al mínimo los requisitos hidráulicos del sistema y determinado las condiciones hidráulicas, se debe tratar de hacer la selección de la bomba más eficiente para el sistema.

Cavitación

Mao J. Tsai, (1998) refiere que mucho se ha escrito sobre los requisitos de carga neta positiva de succión (NPSH)), en las bombas centrífugas y del efecto de la cavitación en ellas; pero debido a la capacidad de las bombas rotatorias de engranes para ser autocebantes y manejar vapores, no se suele publicar su (NPSH). A estas bombas las perjudica la cavitación casi en la misma forma que a las centrífugas, aunque pueden soportar un contenido mucho más alto de vapores y no quedar obstruidas por bolsas de vapor. En las bombas centrífugas, la (NPSH) es un término correcto; para las bombas rotatorias es más correcto mencionar la presión neta requerida de entrada, RNIP, en psi. El Hydraulic Institutei define la RNZP como la presión absoluta por arriba de la presión de vapor del líquido. Para que una bomba funcione en forma satisfactoria, o sea sin cavitación, se requiere cierta carga neta positiva de succión (NPSH).Se puede considerar como la carga mínima de líquido necesaria en la succión de la bomba para evitar la vaporización cuando funciona a un régimen dado (Meier, 1978). Los fabricantes la especifican con curvas de rendimiento que relacionan la (NPSH), con la capacidad y velocidad de la bomba.

Efectos de la cavitación en función de su severidad.

Sihi, (2003), al referirse a los efectos de la cavitación en función de su severidad platea que una de las principales causas es la formación de burbujas aisladas o áreas de burbujas de vapor y esto sólo puede ser observado y evaluado por examen estroboscópico de la entrada del impulsor en una copia especialmente construida del diseño original de la bomba, que permita la visibilidad interna. Este costoso procedimiento sólo se justificará al realizar el diseño hidráulico de impulsores sometidos a grandes esfuerzos para grandes bombas de condensados; para optimizar la bomba y las entradas de los impulsores según los requerimientos (NPSH), caída de la altura total comparada con la de funcionamiento sin cavitación para el mismo caudal.

La relación bomba motor área.

Luego de conocer la demanda hídrica del cultivo y diseñado el hidromódulo a emplear y la técnica de regadío más conveniente, se procede a la selección del equipo de bombeo más adecuado; por lo que se deben tener en cuenta parámetros para el correcto funcionamiento del medio energético a emplear (González y Col, 2002). La comprobación de la eficiencia es un complemento necesario del trabajo que se realiza con el casamiento bomba-motor, ya que permite prever con antelación cuando el conjunto bomba-motor llega al estado crítico que a su vez se corresponde con una eficiencia critica donde se igualan las potencias al freno del motor y la potencia que demanda la bomba. A partir de este punto el motor trabaja recargado, llegando así el conjunto a su vida útil, siendo necesario el mantenimiento o reparación de los componentes de la Estación de Bombeo (Alemán, 1996).

Importancia energética del uso de las bombas para riego.

Se pueden lograr considerables ahorros de energía en los sistemas de bombas. Por supuesto, en lo primero que se deben buscar esos ahorros es en el diseño del sistema. Sin embargo, incluso después de reducir al mínimo los requisitos hidráulicos del sistema y determinado las condiciones hidráulicas, se debe tratar de hacer la selección de la bomba más eficiente para el sistema. La mayoría de los ingenieros se atienen a la eficiencia que menciona el fabricante. Sin embargo, esto no será suficiente porque las especificaciones del usuario en la velocidad de funcionamiento, número de etapas (pasos) y configuración del impulsor, pueden impedir que el fabricante ofrezca la bomba más eficiente según (Tylers y col, 2002). Por su parte (Montero 2006), al referirse al ahorro de energía asevera que las bombas propulsadas por unidades motrices de corriente alterna (ca) de velocidad variable, pueden manejar esas condiciones máximas, sin la penalización en energía en que se incurre con las disposiciones convencionales de una bomba centrífuga de una velocidad y válvula de estrangulación. Además, cuando el gasto es entre 50 a 100% del de diseño y cuando menos 50% de la carga de bombeo consiste en pérdidas por fricción, las unidades motrices de velocidad variable pueden reducir mucho los costos de energía e incluso mejorar la confiabilidad del sistema lo que, a su vez, incrementa la producción.

Fuente

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• Tylers, Brian. Franklin, Neil. (2002). Guía ARPEL, Eficiencia Energética para Bombas, Compresores, Ventiladores, Sopladores y Turbinas. Hanson,B; C. Weigand y S. Orloff. 1996. Perfomance of electric irrigation pumping plants using variable frecuency drives. J. Irrig. and Drain. Engrg., 122: 179-182.

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larural

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