BOMBAS CENTRIFUGAS EN PARALELO

OPERACIÓN DE DOS BOMBAS CENTRIFUGAS EN PARALELO

En las plantas de producción (y en general donde se utilicen sistemas de bombeo) no es extraño encontrar que debido a un incremento en la capacidad de producción (o simplemente incremento en la demanda) se requiera contar con una mayor capacidad de bombeo aprovechando en lo posible la disponibilidad de bombas retiradas de otras unidades productivas con el fin de no incurrir en costos innecesarios.

Trataremos de mostrar aquí, de una manera sencilla, las implicaciones que tiene el utilizar una configuración de dos bombas centrifugas funcionando en paralelo, cuando el caudal de una sola resulta insuficiente para satisfacer las necesidades actuales de suministro de líquido.


Por simplicidad haremos las siguientes suposiciones:

• El líquido a bombear es agua limpia a 20°C, con viscosidad de 1 cp y densidad de 1000 Kg / m3 ( ó 1 g / cm3) .

• Las bombas tienen las mismas características hidráulicas y sus curvas características son iguales y conocidas.

• El sistema de bombeo. además de las bombas centrifugas se compone de un tanque desde el cual se bombea agua hasta otro recipiente abierto a la atmósfera y ubicado a una altura estática de 50 metros por encima del punto de ingreso del agua a la bomba (ojo de succión), hay un tramo horizontal de tubería de 10 metros y la tubería es de acero al carbón de 3” de diámetro.

• Como accesorios se tiene una válvula de pie, un cheque hidro, dos (2) válvulas de compuerta y dos codos todos en diámetro de 3”.


Utilizaremos la curva característica de nuestra bomba centrífuga IACOL modelo PST 40-250 / 110 de 15 HP, para ilustrar el procedimiento de determinación del punto de operación y comprobar si el caudal total (Qt) es efectivamente igual a la suma de los caudales individuales Q1 y Q2 cuando se opera en un sistema como el descrito anteriormente utilizando dos bombas en paralelo, de modo que:

Qt=Q1+Q2

  1. De la curva característica de nuestro modelo PST 40-250/110 tomamos al azar varios valores de H (mca), de modo que se abarque la mayor parte de la curva Q (gpm) vs. H (mca), proyectándolos horizontalmente hasta tocar la curva determinamos el valor correspondiente del caudal Q.
  2. Con estas parejas de puntos Q,H  construimos la curva bomba IACOL PST 40-250/110 (ver grafica 1).
  3. A continuación, generamos una segunda curva utilizando los valores de H (mca) seleccionados previamente, graficándolos contra la suma de los caudales que se tendrían al operar las dos bombas en paralelo sobre el mismo valor de H (mca) (o lo que es mismo multiplicando por 2 el caudal leído inicialmente); la curva obtenida la podemos ver en la gráfica 1 ( Curva con dos bombas IACOL PST 40-250/110)
  4. Luego procedemos a construir la gráfica del sistema correspondiente a la operación con una sola bomba, para ello calculamos las perdidas por fricción generadas por cada uno de los caudales siendo impulsado a través del sistema de tubería y accesorios descritos inicialmente (Curva sistema con una bomba tubería en 3”).
  5. El punto de operación estará dado por la intersección de las dos curvas ( de la bomba y del sistema ),   de la lectura de la gráfica tenemos que el punto de operación se encuentra en Q: 191 GPM – H: 62.4 mca
  6. Sin introducir ningún cambio en la configuración de la instalación (tubería, accesorios, alturas etc), procedemos ahora a calcular las perdidas por fricción generadas cuando ambas bombas, de similares características, operan en paralelo.  Se generan así una serie de puntos (Q1+Q2); H que determinan la curva de sistema con dos bombas tubería en 3”.
  7. El punto de operación (intersección de la curvas de las bombas y del sistema) en esta nueva condición se localiza en Q: 250 GPM – H: 71 mca.
  8. Como puede apreciarse, el nuevo punto de operación dista mucho de ser equivalente a la suma de los caudales individuales de cada bomba, debido esencialmente a las mayores pérdidas por fricción generadas al incrementar el caudal que circula por la tubería.
  9. Ahora bien, si introducimos un cambio en el sistema, pej, modificando el diámetro de la tubería de 3” a 4” podemos realizar el mismo ejercicio calculando las perdidas por fricción generadas cuando se bombea una cantidad de agua igual a la suma de ambos caudales, esto nos permite construir la curva del sistema con dos bombas tubería en 4” cuyo punto de operación definido como hemos visto daría Q: 370  H: 62.4 mca
  10. De la curva caracteristica de nuestro modelo PST 40-250/110 tomamos al azar varios valores de H (mca), de modo que se abarque la mayor parte de la curva Q (gpm) vs. H (mca), proyectándolos horizontalmente hasta tocar la curva determinamos el valor correspondiente del caudal Q.

CONCLUSIÓN:  Con este sencillo ejercicio podemos apreciar que el caudal agregado entregado por dos bombas centrifugas operando en Paralelo, aun ampliando el diámetro de la tubería, es ligeramente menor que la suma de los caudales individuales de cada bomba, comportamiento que podemos hacer extensivo a configuraciones similares a la estudiada.

CURVAS DE LA BOMBA Y DEL SISTEMA – DOS BOMBAS PST 40-250/110 OPERANDO EN PARALELO

Ing. Juan David Santana Poveda / Asesor Comercial IACOL INGENIEROS SAS.

VARIADORES DE VELOCIDAD

El funcionamiento de un grupo de presión convencional, se regula mediante presostatos, que realizan arranques y paradas de las bombas según las presiones prefijadas.

Los consumos eléctricos son elevados, sin ajustarse su caudal a la demanda del sistema.

Si disponemos de variadores de frecuencia, las bombas suministrarán el caudal de agua necesario, adaptándose a la demanda existente en cada momento, y regulando la velocidad de las bombas, con lo que el consumo disminuye considerablemente.

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EQUIPOS CONTRA INCENDIO

Dicotomía del fuego

El fuego es una fuerza, desde la formación y evolución de la tierra, útil, por su desprendimiento de luz y calor, o bien una fuerza destructora, por su capacidad de hacer combustionar todo cuanto encuentre a su paso en medios materiales, naturales o artificiales, y animales. El hombre conoció el fuego a través de sus manifestaciones naturales, erupciones de volcanes, incendio de los bosques debido a los rayos, los fuegos fatuos, etc.  Lo obtuvo de las fuentes naturales y lo utilizó, inicialmente, para calentarse, iluminarse y protegerse de los animales. Más tarde aprendió a crearlo por sí mismo. El fuego fue el origen de la erradicación de su vida nómada. El fuego ha sido considerado por muchas culturas, como un elemento divino o sagrado.

La protección contra Incendios en la Historia

Tras el gran incendio de Roma en el 64 D.C., el emperador Nerón estableció un requerimiento de utilización de materiales a prueba de fuego para las paredes externas en la reconstrucción de la ciudad. Este fue quizás el primer ejemplo registrado de la utilización de la ciencia y la ingeniería de la época en la práctica de la ingeniería de protección contra incendios.

Hay muchas evidencias históricas de acciones de grupos de personas organizados contra  incendios, pero las pruebas más antiguas de lo que podemos comparar con un cuerpo de bomberos actual aparecen con los romanos. En la antigua Roma, en la época de Julio César, Marco Licinio Craso era una de las personas más ricas de la ciudad, su riqueza provenía de los bienes raíces y el “alquiler inmobiliario”, pero la curiosa historia le atribuye aún más mérito al haber sido el organizador del primer servicio contra incendios de Roma. Para asegurar que sus bomberos tuvieran siempre trabajo, también organizó las primeras brigadas de “incendiarios” de las que se tiene referencias en la Historia. Pero estos curiosos bomberos eran controlados por Craso, que ambicioso y cruel, no daba orden de apagar el incendio si el dueño del territorio o construcción no lo vendiera a precio de renta en ese instante. Así, la gente prefería ganar el dinero de la venta injustamente, que obtener una casa o parcela destrozados.

Tras la caída del imperio romano y el comienzo de la Edad Media, no fue hasta el siglo XVII, durante el Renacimiento. Después del Gran Incendio de Londres de 1666, el primer alcalde de la ciudad implantó una ordenanza donde se establecía que las edificaciones nuevas tendrían paredes de piedra y tejados de pizarra o teja, en sustitución de los cubiertos de paja. Este suceso estimuló el interés en el desarrollo de equipos de extinción de incendios.

EQUIPOS CONTRA INCENDIO

Los grandes conflagraciones a  través de la historia, las continuas amenazas de los desastres naturales, los riesgos laborales a los que se exponen los empleados y obreros (como la acumulación del temible gas grisú que tantas tragedias ha causado en las minas, originando en siglos pasados la figura del penitente  que antes de la entrada de los obreros al trabajo recorría las galerías de las minas con una estopa encendida mientras exponía su propia vida). Todos estos acontecimientos han obligado a la sociedad a tomar ciertas medidas preventivas para minimizar los riesgos a los que nos exponemos en el transcurrir de nuestras vidas. Entre ellas una  de las medidas necesarias es contar con equipos contra incendio de los cuales hacemos una breve reseña.

Herón de Alejandría, también conocido con el nombre de Michanikos, el hombre mecánico, puede ser considerado, sin exagerar, el mayor inventor del mundo antiguo.  A lo largo de su vida, este ingeniero y matemático helenístico, ideo varios mecanismos  que funcionaban con aire, vapor o presión hidráulica. Entre uno de sus muchos inventos nos dejó una bomba para apagar incendios.

Muchos siglos después aparece la primera descripción de la historia moderna en máquinas contra incendios, se encuentra en una ilustración del libro de Rudolphus  Agricola “De Re Metálica” publicado en 1556, que presenta en dibujo y en el taller de un metalúrgico. las distintas piezas de un aparato para combatir el fuego. Otro ingenio se halla ilustrado en el libro de Cyprian Lucar “Teatrise Named Lucarsolase” editado en Londres en 1590 y consistía en una especie de “jeringa” sobre ruedas, dotada de cilindro y, pistón para imprimir presión, tal como presenta el grabado correspondiente.

Una descripción más completa, figura en el libro de maquinaria de Heinrich Zeising en 1612, con la exposición de una bomba de dos cilindros accionada a mano y, otro tipo de bomba más perfeccionada es descrita en el libro “Forcile Moviments” publicado en 1615 y, escrito por un hugonote francés seguidor de Calvino, refugiado en Alemania y apellidado de Caus. Años después, un jesuita alemán de Konishofen, llamado Gaspar Schott, escribió también dos libros de aparatos y máquinas con todo detalle, desde la máquina de Anton Platter de Augsburgo en 1477 hasta la monumental bomba “nuremberga” de Hans Hautsch en 1655. Esta máquina consistía en un recipiente circular instalado sobre correderas y con un pistón en el centro. Tres hombres accionaban la bomba, además de los que abastecían de agua a la máquina y el que lanzaba agua al fuego, a través del “pistero”. El agua salía a presión por la fuerza ejercida en las palancas del pistón fijas a una pieza horizontal. Al accionar la palanca en vaivén (arriba y abajo) entraba en funciones el pistón y el agua salía a presión por la boquilla o “pistero”.

En 1673  Jan van der Heyden inventó la precursora de  la moderna bobina de manguera de incendios. Con estas mangueras hechas de cuero y una mejora de la bomba contra incendios podría por primera vez ser combatidos los grandes incendios con agua en la práctica . También diseñado por Van der Heyden una especie de refuerzo para el bombeo de agua desde los canales navegables. Alrededor de 1780, las mangueras de cuero se sustituyeron por el tejido de lona Homologado y mejorado a través de los años, estas mangueras han sido sometidas a múltiples pruebas de resistencia para garantizar un perfecto funcionamiento.

Otra máquina que marcó época, fue la ideada en 1721 por el inglés Richard Newsham que perfeccionada con el tiempo, supuso un importante avance técnico y es descrita en el libro “A Universal System of Water and Works” de Stephen Swtizer, como modelo avanzado. A la bomba Newsham siguieron otras máquinas, cada vez más modernizadas, hasta el invento de la máquina a vapor. En España la firma industrial “La Maquinista Terrestre y Marítima”, también construyó en su tiempo, bombas manuales muy logradas.

En la actualidad los modernos equipos contra  incendio son imprescindibles para controlar el fuego.

SISTEMAS CONTRA INCENDIOS

Un sistema de protección contra incendio es un sistema que incluye dispositivos, soportería, equipos y controles para detectar fuego o humo, para hacer actuar una señal y para suprimir el fuego o humo. Los dos objetivos principales de la protección del fuego son salvar vidas y proteger las propiedades. (Lozano, y otros, 2017)

Actualmente existen varias normativas que fijan los requisitos mínimos para la protección de incendios, que se divide en dos grandes áreas, la pasiva que evita el inicio del fuego o su propagación, llegado el caso y la activa que ya es el uso directo de extintores, bocas de                                                                                                                     incendio y rociadores. (Lozano, y otros, 2017) .

Partes de un sistema contra incendios

Un sistema contra incendios consta de las siguientes partes:

  • Sistema de abastecimiento de agua.
  • Sistema de bombeo.
  • Red distribución agua: Tubería, Gabinetes.
  • Sistema de Detección.
  • Sistema de Extinción.

Sistema de abastecimiento de agua

 Un sistema de abastecimiento de agua contra incendios es aquel que suministra el caudal y presión necesaria a los sistemas de protección que en él estén conectados. Principalmente está formado por una fuente inagotable de agua o depósito conectado a unas bombas, en función de la complejidad de los sistemas que estén conectados al mismo, que aseguran el correcto funcionamiento de los mismos. (UCO, 2017)

El abastecimiento de agua podrá alimentar a varios sistemas de protección si es capaz de asegurar, en el caso más desfavorable de utilización simultánea, los caudales y presiones de cada uno. (UCO, 2017)

 Sistema de bombeo  

 Una bomba contra incendios es una maquinaria que apoyada por un conjunto de dispositivos, permite el aporte de caudal y presión a un sistema contra incendios, debido a su uso poco frecuente se hace necesaria su revisión periódica para asegurar su perfecto funcionamiento.

Esta maquinaria viene acompañada generalmente por una Bomba de Presurización que permite mantener presurizado el sistema, evitando que la bomba principal arranque constantemente.

Red de distribución de agua

 Una red de distribución de agua, generalmente, implica el conjunto de tuberías que conforman una red contra incendios  y tiene como objetivo proporcionar agua al usuario.

Las tuberías que integran la distribución varían en diferentes diámetros y longitudes de acuerdo al área que deben cubrir. Una red de distribución debe satisfacer los siguientes requisitos:

  • Cantidad suficiente de agua
  • Calidad adecuada
  • Presión requerida en todas las zonas por abastecer

Sistemas de detección contra incendios

Los sistemas de detección y alarma tienen por objeto descubrir rápidamente el incendio y transmitir la noticia para iniciar la extinción y la evacuación. Se pueden utilizar alarmas de humo y otros dispositivos de detección para activar el sistema de alarma. Incluso los sistemas manuales o visuales pueden ser considerados sistemas de alarma.

Bibliografía

Prof. Jorge A. Capote Abreu
UNIVERSIDAD DE CANTABRIA
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