Carga Dinámica Total en equipos de bombeo Hidrosanitarios

El sobredimensionamiento en sistemas de bombeo es un problema más frecuente de lo que parece. Para evitarla, y entregar el suministro de agua adecuado, es necesario hacer una evaluación previa en la que se consideren aspectos como las pérdidas por fricción. A continuación, te brindamos una guía sencilla que te ayude en la selección de tus sistemas de bombeo

Por José Martínez

A medida que la demanda de sistemas de aumento de presión ha seguido incrementado incesantemente en los últimos años, también lo ha hecho la sofisticación de la ingeniería y de las soluciones en bombeo que se suministran para satisfacer los diversos requisitos que demandan dichos sistemas. Entre estos, se incluyen el suministro de agua potable y tratada, los sistemas de riego, los sistemas de tratamiento de agua, entre otros.

Los sistemas modulares de bombeo para aumento de presión ahora son un elemento básico en el mundo de los servicios de la Construcción y son cada vez más necesarios para garantizar que haya suficiente agua disponible para satisfacer las demandas de los usuarios en los inmuebles.

Para satisfacer la demanda de agua en un inmueble, debemos cumplir con dos parámetros operaciones en nuestro sistema de bombeo: el flujo (o gasto) y la carga (o presión).

Consideraciones para determinar el perfil de carga de suministro de agua en los equipos de bombeo

Cada edificio tiene su propio perfil de carga, éste se refiere al comportamiento de la demanda de agua que suministra el sistema de bombeo al inmueble a una hora determinada y qué comportamiento de variaciones presenta en la demanda a lo largo del día.

Cada tipo de inmueble (hoteles, edificios residenciales, hospitales, escuela) presentan un perfil de carga característico, en el sentido de su variabilidad en la demanda de agua a lo largo de un día y temporalidad (por ejemplo, durante la alta ocupación).

La instalación hidráulica, que suministra y distribuye el agua al edificio, debe estar diseñada para transportar de la manera más adecuada y eficiente el flujo de agua en el inmueble, considerando el perfil de carga del edificio.

Una de las consideraciones principalespara la instalación hidráulica es el flujo máximo que se espera suministrar por el sistema de bombeo para que, a partir de este parámetro, se determine el diámetro óptimo de la tubería y así poder contar con una velocidad adecuada en el flujo de agua, estableciendo también las pérdidas por fricción en el sistema hidráulico.

Con esto aseguraremos optimizar la potencia del equipo de bombeo para no entregar mayor carga que esté referenciada a las pérdidas por fricción, como se observa en la siguiente gráfica prototípica (ver Gráfica 1).

En la siguiente tabla (ver Tabla 1) se ejemplifica el comportamiento en las pérdidas por fricción, de acuerdo con el flujo de agua que será transportado en el diámetro interno de la tubería, que conformará el sistema o aparte de éste.

Las pérdidas por fricción son afectadas por las características mecánicas del material del que está hecha la tubería. También, se puede observar que a mayores gastos,cse presentan incrementos en las pérdidas por fricción cuando se considera el mismo diámetro de tubería. Esto se debe al incremento de la velocidad y cambio en el patrón de flujo que presenta el fluido dentro de la tubería.

Por lo que se debe buscar que la velocidad a la que viaja el fluido dentro de la tubería sea menor a 2.5 m/s en la línea principal, ya que a partir de esta velocidad las pérdidas por fricción se incrementan de manera exponencial. Para cada derivación en la red hidráulica del sistema se deben ir haciendo las consideraciones en el transporte del flujo de agua a través del sistema (tubería, válvulas y conexiones) para optimizar las pérdidas por fricción en la red hidráulica.

Para determinar la Carga Dinámica Total (CDT) que debe suministrar nuestro sistema de bombeo, se deben de considerar las siguientes componentes de carga:

CDT=C_est+C_suc+C_fs+C_fd+C_op

Donde:

CDT=Carga Dinámica Total (en metros columna de agua)

C_est. Altura entre el eje de succión de la bomba y el punto de suministro más distante de manera vertical en metros columna de agua

C_suc=Altura entre el espejo de agua del tanque de succión de la bomba de manera vertical en metros columna de agua.

Esta carga puede sumar o restar a la CDT, ya sea que tengamos succión positiva (izquierda) o succión negativa (derecha).

Hay diferentes configuraciones en los sistemas hidráulicos para poder suministrar de agua a un edificio y éstas se basan considerando las necesidades del usuario final, la arquitectura del edificio, su ubicación, entre otros. Pero lo que se busca principalmente optimizar los costos del proyecto, el confort de los usuarios y la optimización energética que consumirán los equipos.

Para ello, mostramos algunas de estas configuraciones:

Para cada una de estas configuraciones se debe realizar el análisis previamente mencionado de estimación de la CDT para cada equipo de bombeo.

En algunas configuraciones podemos eliminar las válvulas reguladoras de presión, en otros podemos prescindir de tanques intermedios de rebombeo, pero cada una de ellas presentará ventajas y desventajas, las cuales se deben de valorar de acuerdo con las necesidades

puntuales de cada proyecto. Hoy en día se cuenta con los avances tecnológicos para entregar la presión de agua que demanda el edificio, compensando la carga referente a las pérdidas por fricción cuando se presenta variación en la demanda de agua, tal y como se observa en la siguiente gráfica (ver Gráfica 2).

Este modo de control nos permite optimizar el consumo energético que requiere el equipo de bombeo, y ayuda a que la tubería no esté todo el tiempo sometida a la CDT (presión constante), que se estima cuando el sistema de bombeo entrega a la red hidráulica el flujo máximo de diseño.

De tal manera que cuando el edificio demande menor cantidad de agua, lo que sucederá es que en la red de distribución se presentarán menores pérdidas de presión asociadas a la fricción y el equipo de bombeo disminuirá la presión de descarga de acuerdo con la disminución en las pérdidas de presión asociadas a la fricción. Este comportamiento se puede apreciar en la gráfica anterior en la línea roja (Ver Gráfica 2; curva del sistema).

Conclusiones

Como conclusión, hay que resaltar los siguientes puntos:

-La CDT es uno de los parámetros principales a la hora de seleccionar un equipo de bombeo, y ésta dependerá de un buen diseño en la red hidráulica de distribución del sistema, y que se consideren los parámetros correctamente. De otra forma, si hay un equipo sobredimensionado, se estará entregando mayor presión a la red de distribución y se someterá la tubería a condiciones para que se presenten fugas, es decir, estaremos consumiendo energía que no sería necesaria en el equipo de bombeo

-Cada tipo de mueble al que se hace llegar el flujo de agua cuenta con sus especificaciones, donde normalmente los muebles como regaderas, inodoros con fluxómetro ahorradores de agua, requieren de altas presiones de trabajo. Debemos asegurarnos de seleccionar de amera adecuada los accesorios y conexiones en nuestra línea de distribución, para que al momento de arrancar el sistema no presenten fugas en los puntos de conexión.

-Para los equipos que suministrarán altas presiones de operación por altura estática y altas presiones de operación, siempre será recomendable el uso de un tanque hidroneumático, así como la colocación de válvulas antirretorno para proteger al equipo contra el golpe de ariete.

-Otra recomendación es colocar siempre la instrumentación adecuada en los puntos críticos del sistema, como son manómetros en el cabezal de succión y en el cabezal de descarga del equipo, además de colocarlos en los puntos más críticos del sistema, esto nos permitirá poder realizar un monitoreo en la presión y nos ayudará a realizar ajustes en la presión de descarga del sistema con el fin de que entreguemos la presión adecuada que el usuario requiere.

-Los sobredimensionamientos en presión y con ellos en las capacidades de carga de los equipos normalmente están referidos a un subdimensionamiento en la red de distribución del sistema, los que genera altas cargas asociadas a las pérdidas por fricción. Otra razón es que se emplean reglas de dedo para estimar las cargas asociadas a las pérdidas por fricción, antes de que se determiné el diámetro de la tubería.