Bombas

Bombas y agotamiento de aguas

Definición La bomba es una máquina que transmite la energía que proviene de un motor, a un fluido. Esta energía permite que el fluido pueda ser transportado desde un cierto nivel a otro superior.

Motor

Energía

Energía

Fluido

Bomba

Bombas

Bombas

Tipos

Tipos

De desplazamiento

Pistón

De desplazamiento

Diafragma

El fluido es forzado a moverse empujado por el desplazamiento de un pistón, una membrana, un tornillo (helice) o rodillo. Dinámicas

Tornillo ...

Bombas

Centrífuga Dinámicas

Periféricas ...

El fluido es acelerado por paletas de un rotor que gira accionado por un motor. Pasa a una cañería o recinto de mayor sección por lo que disminuye velocidad convirtiendo la energía cinética en potencial (presión).

Bombas

Bombas

Tipos – De desplazamiento

Tipos – De desplazamiento positivo

De pistón

: Válvula

abierta

De diafragma o membrana cerrada

Impulsión cerrada

abierta

cerrada

abierta

abierta

cerrada

Aspiración

Aspiración Abierta

Impulsión cerrada Aspiración cerrada

Impulsión abierta

Bombas

Bombas

Tipos – De desplazamiento positivo

Tipos – De desplazamiento positivo

De diafragma o membrana

De tornillo

Bombas

Bombas

Tipos – Dinámicas

Válvulas

Centrífuga

Abierta

Cerrada

Sistemas de agotamiento

Sistemas de agotamiento

Esquema típico de un agotamiento

Capacidad máxima de aspiración

Impulsión

Bomba Aspiración o Succión

- Presión interna mayor que la externa: la cañería está traccionada No necesita rigidez Puede usarse mangueras o cañerías livianas

- Presión interior menor que la atmosférica, La cañería está comprimida - Necesita rigidez para que no se aplaste. Cañerías o mangueras pesadas

Vacío

Prs. Atmosf.

~ 9.8 m

Bombas Sumergibles

 La bomba aspira, es decir produce vacío

 Si el vacío fuera total, en el lado de la aspiración podría elevar el agua hasta una altura de unos 9,8 metros (presión atmosférica medida en columna de agua)

 En la práctica, la capacidad máxima de aspiración de una bomba fluctúa entre los 6 y 7 metros.

 Existen bombas sumergibles que no tienen cañería de aspiración.

 La bomba opera sumergida con el motor bajo agua

 Son eléctricas, Se refrigeran por el paso del agua

 También hay neumáticas. Son las más usadas en la industria de la construcción ya que, al no tener cañería de aspiración, son muy fáciles de instalar. Sin embargo, el equipo es más caro.

Bombas Sumergibles Manguera

Cable eléctrico

Cámara hermética

Rotor

Motor eléctrico

Bombas Sumergibles

 La información previa para dimensionar el sistema de agotamiento es muy imprecisa.

 Caudales más o menos proporcionales a permeabilidad. Indice de Darcy

 Ej K comprendido entre 10-3 10-4. Notese que entre los dos valores la diferencia es 10 veces.

 La geometría de la excavación va cambiando. Aumenta profundidad y superficie.

Sistemas de agotamiento

Sistemas de agotamiento

Tipos de agotamiento

Tipos de agotamiento – Agotamiento superficial

Agotamiento superficial

NF

Se deja salir el agua a la superficie, se encauza y luego se extrae con bombas y tuberías. Agotamiento subterráneo

pozo

Se hacen pozos de extracción de agua subterránea. Se extrae antes de que aflore.

Sistemas de agotamiento Tipos de agotamiento – Agotamiento superficial

 Usar agotamiento superficial es lo normal ya que es más barato y rápido de instalar que el agotamiento subterráneo.

 Permite flexibilidad. Cuando se dimensiona el sistema de agotamiento no se conocen con aproximación adecuada los caudales.

 Los caudales varían con la profundidad y extensión de la excavación y con las lluvias y otros factores.

 Se emplean bombas, cañerías y mangueras normales.

Sistemas de agotamiento Tipos de agotamiento – Agotamiento subterráneo

 En casos especiales (suelos finos no cohesivos), el agua, debido a su gradiente hidráulico, erosiona y destruye el suelo (lo tubifica).

 En esos casos es necesario usar agotamiento subterráneo. Mas caro y menos adaptable a las condiciones reales descubiertas al excavar

 Consiste en rodear la excavación de pozos de extracción de agua subterránea. Tienen que equiparse y ponerse en funciones antes de excavar.

 Con agotamiento subterráneo se logran taludes más verticales y excavación en terreno seco.

NF

Sistemas de agotamiento Tipos de agotamiento – Agotamiento subterráneo

 El sistema consiste en rodear de pozos la excavación. En general, es más caro y menos flexible que el agotamiento superficial. Excepto cuando el suelo permite usar punteras o wellpoint (suelos finos y poco cohesivos)

 Las punteras consisten en cañerías que se clavan mediante chorros de agua a presión. Luego se conectan todos estos minipozos a una cañería. Una bomba succiona dicha cañéría. Se logra rebajar la napa como máximo unos 6 a 7 metros.

Punteras

 Las punteras se hincan con mucha facilidad mediante un chorro de agua cuando el suelo está formado por arenasfinas o limos

 Las punteras casi no se usan en otros casos

 En casi todas las obras en la costa chilena son muy utiles.

Bombas Venturi

 Las punteras son relativamente flexibles pues su instalación es rápida y los equipos y materiales abundan

 Para superar los 6 a 7 metros, se debe usar doble corrida de punteras, la segunda en un nivel más bajo.

 Otra forma de alcanzar mayor profundidad es mediante venturis con corriente de aire comprimido.

Bombas Eject well point (bombas “de chorro”)

 Trabajan en forma similar a las venturi pero con agua en vez de aire.

 Con una bomba se alimenta de 8 a 10 pozos.

 Los pozos son pequeños.

 Requieren pozo de menor diámetro que las bombas de pozo profundo.

 No tienen limitación en altura de elevación.

 Tienen mal rendimiento.

 En el caso de la foto hay un estanque desde donde toma el agua la bomba

 Se inyecta el agua a favor de la tubería de salida. Produce succión. El caudal que sale es mayor que el que se inyecta. Vuelve al estanque el que rebalsa el caudal extraído

Sistemas de agotamiento Agotamiento en excavaciones v/s en industrias

Sistemas de agotamiento

Agotamiento en la construcción v/s en industrias

Diferencias

Consecuencias

Diferencias

Consecuencias

En las excavaciones, los caudales son poco predecibles y fluctuantes, mucha incertidumbre en cuanto a condiciones del suelo, permeabilidad, composición, etc.

Obliga a sobredimensionar y emplear equipos y materiales disponibles en forma inmediata en el mercado

El uso de los equipos y de las instalaciones es temporal

Se privilegian los costos de instalación frente al costo de la energía de operación. Es decir se pueden aceptar pérdidas de carga mayores que en el caso de las industrias, por eso se trabaja con velocidades mayores (3 a 4 m/ seg frente a 1 m/seg o menos) Se usan mangueras que significan mayores pérdidas de carga comparado con cañerías metálicas

Las características del suelo son muy Obliga a tener variables de un punto a otro, además capacidad de cambiar la geometría de la excavación y la de sistema rápidamente profundidad de la napa van cambiando

Sistemas de agotamiento

Sistemas de agotamiento

Pérdidas de carga

Pérdidas de carga

 En un fluido real hay que considerar pérdidas de carga debido a:

Por fricción (PF) PF = % de pérdida*Longitud de cañería ampliada por singularidades

-  Fricción del fluido con las paredes de la tubería -  Singularidades presentes en la instalación como reducciones y/o ampliaciones de la sección de la cañería, válvulas, curvas, bifurcaciones, etc. -  Pérdida por velocidad de descarga. Varía entre 50 y 80 cm. de altura para los flujos típicos en la construcción

 Las mangueras tienen aprox. 1,2 veces la pérdida de carga de una cañería metálica lisa.

Q (lts/min)

1”

20

1,9

40

6,9

200

2”

3”

4”

6”

8”

0,25 4,7

2.000

0,7

0,2

52,5

13

6.000 1.85

- 4.85

J = 10.67*(Q/c) * D

1,66

0,4

13,5

3,4

(Hagen Williams)

Sistemas de agotamiento

Sistemas de agotamiento

Pérdidas de carga

Altura bruta

Por singularidades (PS)

 Las pérdidas se suman a la altura de diseño que necesita elevar una bomba.

Long. de cañería ampl. por singul. = Longitud real + PS Elemento

Pérdida (PS)

Codo 90º

35φ

Codo 45º

16φ

Válvula compacta Válvula globo

Altura bruta = altura neta + pérdidas por fricción + pérdidas por singularidades + pérdidas por velocidad de descarga

7φ 700φ

Altura bruta = altura neta + PF + pérdidas por velocidad de descarga

Sistemas de agotamiento Altura bruta Altura bruta = altura neta + PF + pérdidas por velocidad de descarga

Bomba

 La altura neta dada por la diferencia de altura entre el punto de toma (poza inferior) y el de descarga (poza superior)

Altura neta