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Una necesidad que ha tenido el ser humano a través de los años es transportar el agua de un lugar a otro, por lo que empezó a idear diversos mecanismos para su solución, iniciando así el desarrollo tecnológico en sistemas de bombeo. La implementación de tecnología permitió al hombre transportar el agua de una manera más sencilla, logrando el progreso en el desarrollo de los medios de control. Un sistema de bombeo de agua potable que abastece este vital líquido necesita de un buen equipo para su funcionamiento, así como un buen control para mejorar el servicio al consumidor final. El control automatizado ayuda a mejorar el sistema de bombeo de agua potable, en conjunto con sus características de operación con las que esté trabajando.

a) Características de los sistemas de bombeo

Antes de determinar el tamaño de un sistema de bombeo de agua, es necesario entender los conceptos básicos que describen las condiciones hidráulicas de una

31 obra. Como el tamaño del sistema está en relación directa con el producto de la carga dinámica total (CDT), y el volumen diario necesario. La carga dinámica total es la suma de la carga estática (CE) y la carga dinámica (CD):

Carga estática

La primera parte, la carga estática, puede obtenerse con mediciones directas. Se trata de la distancia vertical que el agua se desplaza desde el nivel de abatimiento del pozo hasta la altura en que se descarga el agua. La carga estática es entonces la suma del abatimiento, el nivel estático y la altura de la descarga. Todos los pozos experimentan el fenómeno de abatimiento cuando se bombea el agua, esta es la distancia que baja el nivel del agua debido a la constante extracción de agua. La Fig. 2.17 muestra estos componentes hidráulicos que conforman la carga estática.

Carga dinámica (fricción)

La carga dinámica es el incremento en la presión causado por la resistencia al flujo al agua debido a la rugosidad de las tuberías y componentes como codos y válvulas, esta rugosidad depende del material usado en la fabricación de las tuberías. Los tubos de acero producen una fricción diferente a la de los tubos de plástico PVC de similar tamaño, además el diámetro de los tubos influye en la fricción, mientras mas estrechos, mayor resistencia producida.

Para calcular la carga dinámica, es necesario encontrar la distancia que recorre el agua desde el punto en el que el agua entra en la bomba hasta el punto de descarga, incluyendo las distancias horizontales, así como el material de la línea de conducción y su diámetro.

Fig. 2. 19 Principales características y componentes hidráulicos de un sistema de bombeo de agua.

32 b) Elementos de un sistema de bombeo

Todo sistema de bombeo cuenta con diferentes dispositivos y/o elementos que lo constituyen, la diferencia radica de acuerdo al lugar donde se desee realizar la extracción del agua, ya que debido a esto se selecciona el tipo de bomba y motor, como también las tuberías, válvulas y el depósito donde se vaciará el agua. Básicamente estos son los elementos indispensables, pero si se desea automatizar, los elementos constitutivos aumentan en número de acuerdo al propósito de dicha automatización.

Bombas

La bomba sirve para producir una ganancia en carga estática de un fluido, procedente de una energía mecánica que se transmite en su eje por medio de un motor. Hay una diversidad de mecanismos de bombeo (bombas), cuya capacidad, diseño y aplicación cubren un amplio rango que va desde pequeñas unidades utilizadas para dosificación de cantidades mínimas, hasta bombas centrífugas que son capaces de manejar grandes volúmenes para surtir de agua a las grandes concentraciones urbanas. Su variedad de diseños cubren desde diferentes principios de operación, hasta bombas especiales para manejo de sustancias tan diversas como el agua, metales fundidos, concreto, gastos diferentes y materiales de construcción, como el sistema que se desea automatizar ya existe el estudio de estos elementos no se realizaran en el presente trabajo.

Existen muchos tipos de bombas para diferentes aplicaciones. Debido a la diversidad de bombas que existen, por las características que cada una de ellas tiene y su aplicación, hay muchas formas de clasificar las bombas. Por rangos de volúmenes a manejar, por fluidos a mover, etcétera. Sin embargo, la clasificación más general es en función de la forma en que las bombas imprimen el movimiento al fluido.

Bombas centrífugas

Si se tiene un cubo lleno de agua atado al extremo de una cuerda, y se pone a girar, el agua contenida en el cubo permanecerá ahí, pegándose al extremo del cubo con una fuerza originada por la velocidad rotacional. Esa es la fuerza centrífuga, y es la base del principio de operación de las bombas centrífugas. Imaginando un impulsor en reposo dentro del agua. Si dicho impulsor se pone a girar, el agua saldrá impulsada por entre los álabes del mismo. A medida que el agua es arrojada fuera de los álabes, más agua llega al centro del impulsor, por ser ésta la zona de menor presión; por ello es ahí donde generalmente se coloca el producto que se desea bombear.

Al continuar girando el impulsor, más agua es expulsada y más agua llega al centro del impulsor, manteniéndose así un flujo continuo, sin variaciones de presión; este es el principio de funcionamiento de las bombas centrífugas. Si el impulsor se coloca dentro de un envolvente o carcaza, el flujo es dirigido hacia donde es requerido, para lograr de ésta manera el objetivo deseado, en la Fig. se puede observar los principales elementos de una bomba centrifuga.

33 El impulsor es el corazón de la bomba centrífuga, pues es el componente que imprime la velocidad al fluido; consiste en un cierto número de aspas o álabes curveados con una forma tal que permite un flujo continuo del fluido a través de ella. El diseño de los impulsores se hace en función del fluido a bombear pudiendo ser abiertos, semi cerrados y cerrados.

En las carcazas de tipo espiral, el impulsor descarga el fluido en un área que se expande gradualmente, disminuyendo así la velocidad para irse convirtiendo en energía de presión.

A diferencia de otros tipos de bombas, las centrífugas, operando a velocidad constante proporcionan un flujo desde 0 hasta su valor máximo, en función de la carga, diseño propio y condiciones de succión. Existen curvas características, típicas, de bombas centrífugas, donde se puede interrelacionar la presión de descarga (carga), capacidad, potencia requerida y eficiencia de operación de la bomba.

Fig. 2. 20 Bomba centrífuga.

Válvulas

Una válvula se puede definir como un aparato mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios. Además es un accesorio que se utiliza para controlar el fluido de una tubería. Este proceso puede ser desde cero (válvula totalmente cerrada), hasta el paso total de flujo (válvula totalmente abierta), y pasa por todas las posiciones intermedias, entre estos dos extremos.

Existe una gran variedad de válvulas en el mercado que son de gran utilidad para el control de fluidos y estos se clasifican de acuerdo al fluido a controlar, como pueden ser: de compuerta, en ángulo, de 3 vías, de globo, de bola de mariposa, etcétera. En la Fig. 2.10 se encuentran algunos ejemplos de estas válvulas.

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Fig. 2. 21 Ejemplos de válvulas.

Tuberías

Las tuberías son elementos de diferentes materiales que cumplen la función de permitir el transporte del agua u otros fluidos en forma eficiente. Cuando el líquido transportado es petróleo, se utiliza la denominación específica de oleoducto. Cuando el fluido transportado es gas, se utiliza la denominación específica de gasoducto. Cuando el fluido transportado es agua se utiliza la denominación acueducto y si es otro fluido, se especifica.

Depósito

El depósito es el medio en el cual se vierte todo tipo de material ya sea líquido o sólido, en este caso se llena de agua que servirá para la distribución a zonas cercanas por medio de la acción de la gravedad, como se observa en las Fig. 2.20. De esta manera es muy importante verificar el material del cual está hecho dicho depósito puesto que sirve para acumular agua potable.

Fig. 2. 22 Tuberías de acero.

Pozos profundos.

Los pozos profundos son manantiales de agua y sus características principales son:

 Nivel estático: Este es el nivel máximo que alcanzará el agua dentro del pozo.

 Nivel dinámico: Es el nivel mínimo permitido que puede alcanzar el agua. Esto es que la pichancha está ubicada a este nivel y si este nivel es

35 alcanzado, la bomba debe de ser parada ya que de lo contrario trabajaría en vacío.

Entre estos dos niveles está determinada la cantidad de agua disponible para bombear. Este nivel varía de acuerdo a la temporada que sea (lluvia).

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