En la aplicación de equipos de bombeo nos encontramos en muchas situaciones, en que por diversas razones nos es necesario utilizar más de una bomba; los escenarios posibles pueden ser muy variados y en cada uno de ellos debemos tomar decisiones con distintos criterios. La finalidad de esta nota no es dar una receta para copiar y pegar, si no información para que llegado el momento de seleccionar y calcular el conjunto de bombas, tengamos mejor criterio para poder determinar la cantidad de bombas y sus características, conociendo ventajas y desventajas, para así lograr la mejor solución en los aspectos técnico, comercial y operativo.
POR QUÉ MÁS DE UNA
Distintas razones nos pueden inclinar a colocar más de un equipo de bombeo.
Seguridad: asegurarnos la provisión de un fluido.
Variación de los parámetros requeridos (caudal o presión): cuando el consumo no es un valor fijo de caudal y/o presión, sufriendo variaciones de importancia, utilizamos más de una bomba a fin de que a medida que crece la necesidad, crezca la provisión.
Diferentes energías: contar con equipos accionados por diferentes energías nos asegura, que al faltar por ejemplo energía eléctrica, una motobomba cumpla la función.
Funciones: cuando la aplicación es más compleja o lo requiere por sus particularidades combinamos distintos equipos para cumplir varias funciones de una misma necesidad.
INFORMACION NECESARIA PARA DETERMINAR UN GRUPO
Para poder determinar cuáles serán las características de nuestro grupo de bombeo, es decir la cantidad y particularidades de cada uno de sus componentes, debemos contar con información concreta, que obtendremos de varias fuentes:
– Funcionalidad: Análisis de las características de la aplicación.
– Curva del sistema: Variación de presión, en relación con el caudal que circule.
– Perfil de consumo: Variaciones de consumo a lo largo de una jornada de trabajo.
– Puntos críticos: Qué es lo que no puede dejar de cumplir.
– Recursos disponibles: energía disponible, variación de velocidad, etc.
Con estos valores determinamos el Qué, Cómo, Cuándo y Cuánto de un grupo de bombeo.
Funcionalidad
Dependiendo de la finalidad tendremos distintas lógicas de funcionamiento. En todos los casos las bombas trasladarán el fluido de un punto a otro, pero el cómo atendamos cada una de las necesidades de nuestra aplicación es donde está la diferencia. Para ser más claro, trazo un paralelismo con deportes en tres ejemplos:
– Un equipo de remo está compuesto por varios jugadores, todos cumplen la misma función, remar, y entre todos conseguir la mayor velocidad para llegar primeros a la meta. La misma función la cumplen bombas trabajando en paralelo donde entre todas buscan llegar a abastecer el caudal máximo que se requiere.
– Otra situación se da en un equipo de futbol donde cada jugador tiene una función, aunque la finalidad grupal sea la misma. Un ejemplo de ello es un equipo de bombeo contraincendios, el mismo habitualmente está confirmado por bombas centrífugas que cumplen distintas funciones: La bomba jockey que es la encargada de mantener al sistema presurizado y las bombas principales que son las que al momento de un siniestro alimentarán a los hidrantes.
– Por último en una carrera de postas cada uno de los corredores recorre un tramo hasta llegar a la meta. Esto es comparable con equipos de bombeo donde cada bomba tiene demarcado un rango de presión diferente, donde trabajando de manera escalonada llegan a la presión deseada.
Así conociendo la aplicación, las necesidades y detalles funcionales nos indicarán cuales serán los rasgos del equipo a dimensionar.
CURVA DEL SISTEMA
Conociendo el modo de trabajo, debemos cuantificar nuestra necesidad determinando el rango de caudal, teniendo en cuenta los incrementos de presión necesarios para que el caudal sea efectivo. Recordemos que al acrecentar el caudal también será mayor la pérdida de carga y por ende la altura manométrica (presión) que debemos vencer.
Esto se grafica en la curva del sistema, esta curva es una línea formada por una sucesión de puntos de trabajo (Q@h), que grafica como se comportará el sistema ante el pasaje de caudales que van de cero al máximo previsto.
CAUDAL m3/h Altura geométrica (mca) Pérdida de carga (mca) Altura manométrica
(alt geométrica + pérdida de carga)
Fig 1 – Curva del sistema (línea naranja) al circular mayor caudal, debe vencer mayor altura manométrica. En este ejemplo tenemos una altura geométrica de 50 mca a los cuales se suma la pérdida de carga según el caudal que circule, obteniendo así la altura manométrica.
El sistema puede ser fijo (Fig 1), donde la curva del sistema es única ya que no sufre variaciones, como por ejemplo en una instalación de elevación de agua a un tanque elevado donde es siempre la misma tubería.
Otras veces es un sistema variable donde evaluamos dos o más curvas como referencia, un ejemplo de ello en un circuito de calefacción por losa radiante en el que al agregar sectores a calefaccionar iremos variando la curva del sistema (Fig 2).
La curva del sistema es esencial ya que nos guiará en la configuración del grupo de bombas.
Fig 2 – Curva de Sistema Variable
PERFIL DE CONSUMO
El perfil de consumo nos indica básicamente en un ciclo de trabajo, como varia el consumo (caudal) a medida que este ciclo avanza (Fig 3). El período dependerá de la naturaleza de nuestra aplicación; por ejemplo en el uso civil de provisión de agua potable, analizaremos consumo a lo largo de un día, tomando referencias cada hora, en cambio en aplicaciones industriales se toma como período un ciclo de producción, evaluando las referencias en lapsos de tiempo donde hay cambios significativos (a veces horas, otras minutos y hasta segundos).
Así sabremos escalón a escalón como sube o baja el caudal requerido.
Fig 3 – Perfil de consumo
Perfil de carga
Este perfil de consumo se puede trasladar a un perfil de carga. Este gráfico o tabla nos ayudará a comprender mejor nuestra necesidad y determinar los valores de caudal que debemos abastecer con que variaciones de tiempo. Deduciendo así cuantas bombas deberán estar trabajando para cada uno de los picos y puntos intermedios.
Fig 4 – Perfil de carga
PUNTOS CRITICOS
Cada aplicación tiene sus requisitos elementales y los que el equipo no puede dejar de cumplir. En la gran mayoría de los casos, el punto crítico es cubrir la cantidad mínima de fluido en las condiciones adecuadas; esto se traduce en una, o más, bombas de respaldo que aseguren la provisión del fluido. Otras veces puede ser puntos mínimos o máximos de caudal o presión.
RECURSOS DISPONIBLES
En pos de cumplir con el objetivo de nuestro equipo, debemos tener en cuenta todo recurso que podamos aprovechar o debamos proveer para que el equipo funcione.
Un ejemplo de esto es un grupo de bombeo formado por electrobomba más una bomba neumática de respaldo, para situaciones de corte del suministro eléctrico.
ANALISIS y SOLUCION
Con todos estos datos y determinación de parámetros entendemos cual es claramente nuestra necesidad. Ahora veamos cuales son los distintos recursos y métodos que contamos para cumplir distintos requerimientos y cuáles son los puntos claves a tener en cuenta.
SUMATORIA- Paralelo o serie
El primer dato que tenemos que tener en cuenta es que al trabajar con más de un equipo estaremos sumando sus rendimientos. La conexión hidráulica puede ser en serie (la bomba uno alimenta a la dos y esta al sistema) o en paralelo (todas las bombas alimentan al sistema).
Los resultados en uno y otro caso no son los mismos, al conectar equipos en paralelo tendremos incremento en el caudal, el rango de presión es el mismo. Si trabajan en serie estaremos incrementando la presión, mientras que el rango de caudal se mantiene.
MAYOR CAUDAL – Bombas en paralelo
Aplicaciones que demandan amplios rangos de caudal (por ej. de 8 a 150 m3/h), podrían ser alimentadas con una sola bomba, pero tendremos distintos perjuicios, ya que estaremos trabajando cerca de los extremos de la curva, esto hace que tengamos:
– Grandes variaciones de presión.
– Trabajar con valores de eficiencia bajos, lo que se traduce en mayor consumo de energía.
– Posibilidades de cavitación.
Bajándolo a un ejemplo, si esto se aplicara en un equipo de presurización de un barrio, estaríamos consumiendo casi la misma energía para abastecer sólo un par de baños que todo el conjunto habitacional. Es por ello que este tipo de situaciones nos inclinamos por utilizar más de un equipo de bombeo.
Cuáles son los datos que tenemos que tener en cuenta para configurar nuestro equipo.
Cantidad de bombas
Al tener en claro que necesitamos de un grupo de bombeo debemos analizar el perfil de consumo y el perfil de carga.
El perfil de consumo nos indica cómo crece y decrece el caudal (o presión) requerido en relación con el tiempo. Cuando estos cambios se suceden en cortos períodos de tiempo tendremos que utilizar menos cantidad de bombas y de mayor porte, subiendo así estos “escalones más grandes”.
Si las variaciones son paulatinas utilizaremos más cantidad de equipos de menor tamaño.
Fig 5 Perfil de consumo con variaciones abruptas (verde) y graduales (azul)
Escalones
El perfil de carga nos indica claramente cuantas bombas estarán funcionando para abastecer cada uno de los escalones. Es importante recordar que por ejemplo al conectar bombas en paralelo el caudal no es proporcional a la cantidad de bombas. Aquí es donde toma vital importancia la curva del sistema y ver claramente cuál será el punto de operación real.
Caudal efectivo en Sistemas Fijos
Tal como lo analizamos a fondo en la edición 33 de M3h, en un sistema fijo el caudal que entregue el grupo de bombas no será proporcional. Si una bomba entrega 10 m3/h, seguramente dos bomba no darán 20m3/h. Ya que debemos tener en cuenta que al subir el caudal también se incrementan las pérdidas de carga; por ello el punto de operación estará ubicado a mayor altura manométrica.
El caudal total efectivo del grupo de bombas es menor que la suma de los caudales de las bombas trabajando de manera individual.
Fig 6 – Bombas en paralelo en un sistema fijo, bomba 1 Q= 10 m3/h, bomba 2 Q= 10 m3/h, bomba1+bomba 2 Q= 16 m3/h.
Caudal efectivo en Sistemas Variables
En sistemas variables, es decir en instalaciones donde por operar un mismo conjunto de bombas en distintos circuitos que se abren o cierran según la necesidad, el caudal y presión efectiva dependerá de en qué punto se crucen las curvas del sistema con la curva característica del grupo de bombas (bomba 1+ 2+3).
Fig 7 – Curvas 3 bombas en paralelo en sistema variable
¿Cuál será el caudal máximo del grupo?
Esto es algo que se tiene muy en cuenta cuando calculamos por ejemplo un equipo de presurización, se supone que nunca estarán abiertos todas las bocas de consumo del edificio, pero según la finalidad que se le de al mismo (oficinas, residencia, hotel, etc.) la simultaneidad de apertura puede oscilar entre el 40 y 70%, a veces más, como es el caso de hoteles u hospitales.
Al disponer de un grupo de bombas para este trabajo nos da la posibilidad de además de la(s) bomba(s) preparadas para trabajar en caso de falla de alguna de las principales (back up), dejar uno o dos equipos más, con los cuales el caudal máximo del conjunto llegue al 80 o 90% del total de consumo. Un máximo poco probable, pero probable al fin. Esta solución resuelve de manera práctica engorrosos cálculos de simultaneidad que muchas veces se alejan de la realidad.
¿QUÉ BOMBA ELEGIR?
La bomba seleccionada debe cumplir el punto de operación requerido pero lo importante es que esté dentro del tercio central de la curva, donde habitualmente tendremos la mejor eficiencia (fig 6).
Por ello, en la práctica la manera más sencilla es tener en cuenta que el punto de operación (intersección de la curva del sistema y la curva de la bomba -o grupo de bombas-) esté dentro de los valores de presión que corresponden al tercio central.
También hay que conocer cuál será el caudal máximo que requerirá el sistema en las peores condiciones; esto por ende determinará una presión máxima a vencer (visible en la curva del sistema), esta presión máxima nunca debe ser mayor que la generada por las bombas.
Fig 8– El punto de mayor eficiencia marca un punto de la curva; el caudal correspondiente a ese punto (muchos fabricantes lo utilizan para denominar la línea) será el referente (100%); la zona de trabajo ideal corresponde a la franja que va del 70% al 120% de ese caudal. En síntesis en la gran mayoría de los casos el tercio central de la curva.
MAYOR PRESION – Bombas en serie
Conectando las bombas en serie obtenemos mayor presión. La utilización de varias bombas (o etapas de bombeo) nos permite generar mayor presión y seleccionando los equipos adecuadamente, lograr altas presiones con bajos consumos de energía. Esto fue analizado en la nota “¿Por qué es mejor una bomba multietapas?” de la edición 38 de M3h.
Lo importante es analizar el punto de operación a partir de la curva del sistema, el agregar bombas sumará el proporcional de presión, pero en este caso también afectaremos el caudal que será levemente superior.
A medida que agregamos bombas en serie el punto de operación se irá corriendo a la derecha. EL criterio en la selección de equipo es el mismo al mencionado más arriba: el punto de operación debe estar dentro del tercio central de la curva de la bomba.
COMANDOS
Cuando aplicamos más de una bomba para trasladar el fluido de un punto a otro, podemos hacer distintas combinaciones desde la lógica de funcionamiento del comando del tablero, haciendo que funcionen alternativamente (bomba 1 o bomba 2) y en caso de un sobre nivel que trabajen ambas. O en cascada (al no dar abasto la bomba 1 se suma la bomba 2), etc.
Con el abaratamiento de la electrónica, la velocidad variable es una herramienta cada vez más aplicada. Esto nos permite realizar distintas combinaciones e ir incorporando equipos de manera gradual, regulando los arranques y paradas de manera que se evite la aparición de picos de presión.
Una buena lógica de funcionamiento nos asegurará sacar mayor provecho del grupo de bombeo.
CUIDADOS
Colectores: los colectores de entrada y de salida deben estar calculados para los caudales máximos que trabajará el grupo de bombeo, ya que de estar muy acotados tendremos altas velocidades de circulación y posibilidades de distintas fallas como cavitación, ruidos, vibraciones, etc.
Succión: el ANPA (o NPSH) disponible será cada vez menor a medida que se suma caudal, por ello debemos analizarlo individualmente pero en el contexto el trabajo grupal.
Bombas distintas: aplicar bombas diferentes nos puede complicar al momento de tener fallas en alguna de ellas; por ello es siempre recomendable que los grupos estén formados por equipos idénticos, siempre que la funcionalidad del sistema lo permita.
Muchas bombas: utilizar muchos equipos en el grupo nos da cierta flexibilidad pero a medida que se incorporan al trabajo más bombas en paralelo, menor es su incidencia, más hacia la izquierda queda ubicado el punto de operación, siempre analizado desde la curva individual de cada equipo. Muchas bombas significará alta cantidad de arranques y paradas.
Bombas eje libre: cuando tenemos la opción de determinar la potencia del motor es recomendable que esta potencia sea holgada, suficiente para trabajar muy a la derecha de la curva, situación que se da en caso de mucha demanda y falla de alguno de los equipos.
Presión máxima: tener en cuenta cuando colocamos bombas en serie que las correspondientes a las últimas etapas de bombeo tengan una presión de diseño como para soportar la presión total (la recibida de las etapas anteriores más la generada).
Operación segura: como siempre recomendamos contar con toda la información de los equipos y del sistema para poder operarlas correctamente y ante cambios o fallas inesperadas ver dónde estamos parados y como actuar al respecto.
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