wilo - bombas centrifugas

8/15/2019 Wilo - Bombas Centrifugas

1/60

Principios fundamentalesde la tecnología de lasbombas centrífugas


2/60


3/60

Wilo Principios básicos de las bombas

C O N T E N T

Dimensionado aproximado de bombas de calefacción estándar 41

Caudal suministrado por la bomba 41

Altura de presión de la bomba 41

Ejemplo de aplicación 42

Consecuencias del dimensionado aproximado de bombas 43

Software de planificación de bombas 43

La hidráulica de principio a fin 45

Ajuste de bombas de circulación con regulación electrónica 45

Agrupamiento de varias bombas 46

Conclusiones 50

¿Sabía que ...? 51

Historia de la tecnología de las bombas 51

El agua - nuestro medio de transporte 52

Características de construcción 53

Curvas características 54

Adaptación de bombas a la demanda de calor 55

Dimensionado aproximado de bombas 56

Conexión de varias bombas 57

Unidades legales de medida, extracto para bombas centrífugas 58

Material de información 59

Pie de imprenta 63


4/60


5/60

Wilo Principios básicos de las bombas 5

Las bombas tienen un papel importante en elcampo de la construcción. Se emplean para diver-sas funciones. Las bombas más conocidas son lascirculadoras para instalaciones de calefacción,por este motivo serán el centro de atención en lassiguientes páginas.

Se emplean además en las áreas de suministro deagua y de eliminación de aguas re-siduales:• En grupos de presión, usados cuando la presión

de la red de abastecimiento urbana es insufi-

ciente para la distribución de agua en un edifi-cio;

• Bombas circuladoras de agua potable quegarantizan que haya siempre disponible aguacaliente y fría en cada grifo;

• Bombas de elevación de aguas residualescuando estas se encuentran debajo del nivel desalida natural;

• Bombas en fuentes o acuarios;• Bombas para la extinción de incendios;• Bombas de agua fría y de agua de refri-geración;• Instalaciones de aprovechamiento de agua de

lluvia para lavabos, lavadoras, trabajos delimpieza, riego y mucho más;

También debe tenerse en cuenta que diferentesmedios presentan viscosidades distintas (porejemplo mezclas de agua con glicol o mezclascon materiales fecales). En los distintos paísesdeben cumplirse las normas y leyes vigentes, porlo que es preciso elegir unas determinadas bom-bas y tecnologías (por ejemplo protección anti-deflagrante, reglamento de agua potable).

Bases de la tecnología de las bombasLas personas necesitan bombas para poder vivir de forma más cómoda.Las bombas transportan fluidos, fríos o calientes, limpios o contaminados.Cumplen su función con la máxima eficiencia y de forma no contaminante.

El contenido de este folleto debe proporcionarunos conocimientos básicos esta tecnología a laspersonas que se encuentran en procesos de for-mación. Con frases explicativas sencillas, dibujos

y ejemplos se pretende transmitir unosconocimientos básicos para la práctica. La selec-ción y aplicación correcta de las bombas debeconvertirse de esta manera en un tema habitual ycotidiano.

El capítulo titulado ¿Sabías que...? permite allector comprobar si ha asimilado correctamentela materia explicada mediante preguntas conposibles respuestas correctas y falsas.

Como opción adicional para profundizar en lamateria, hemos incluido una selección de mate-rial informativo que sirve como ampliación para

los temas tratados en el presente "Abecedario"de las bombas. En dicha selección encontrarámaterial para sus estudios individuales y nuestroprograma de seminarios de formación prácticos.

Véase el capítulo "Material de

información" en la página 59


6/60


7/60

curvados en una rueda. Al girar la rueda el aguase elevaba forzosamente hasta el eje de lamisma. La corriente del río servía al mismo tiempo para accionar el mecanismo de elevación.Lo que más llama la atención es la forma curvadade los tubos. Tienen una similitud sorprendente

con la forma de los rodetes de las bombas cen- trífugas actuales. Arquímedes (287 - 212 a.C.) fue quizás elmatemático y científico más importante de laantigüedad y describió alrededor del 250 a.C. el


Historia de la tecnología de las bombas

Pensando en las bombas y en su historia, sucedeque las personas buscaban ya en épocas remotasmedios técnicos para elevar líquidos, en particu-lar el agua, a niveles más altos. El agua servía tanto para el riego de los campos como parallenar los fosos de protección alrededor de ciu-dades fortificadas y castillos.

La herramienta más sencilla para elevar agua erala mano del hombre.

Nuestros antepasados prehistóricos tuvieronmuy pronto la idea de moldear cuencos de arcilla.

De esta manera dieron el primer paso hacia lainvención del cántaro. Varios de estos cántarosse colgaron de una cadena o se fijaron en unarueda. Hombres o animales aplicaron sus fuerzaspara poner en movimiento estos mecanismospara elevar agua. Los hallazgos arqueológicosdemuestran la existencia de mecanismos decangilones tanto en Egipto como en Chinaalrededor de 1.000 años a.C. En el siguientedibujo se muestra una reconstrucción gráfica deuna rueda china de cangilones. Se trata de unarueda con cuencos de arcilla fijados en esta que vertían el agua en el punto más alto de la rueda.

En el año 1724, Jacob Leupold (1674 - 1727) di-señó una ingeniosa mejora, montó unos tubos

cionamiento de este mecanismo con el de lasbombas centrífugas actuales. La curva caracterís- tica de la bomba, que, por supuesto, era un con-cepto desconocido en aquella época, muestra lamisma dependencia entre la altura de presión y elcaudal. El estudio de fuentes históricas reveló queestas bombas de tornillo se emplearon con incli-naciones entre 37º y 45º. Se consiguieron alturas

de elevación entre 2 m y 6 m y caudales máximosde aproximadamente 10 m3 /h.

Véase el capítulo

"Rodetes", página 22

Tornillo

Accionamiento

Se eleva el agua

Representación de una rueda china decangilones

Representación del tornillo de Arquímedes

Representación del mecanismo de bombeo contubos de Jacob Leupold

tornillo de Arquímedes que lleva su nombre. Porel giro de una espiral se eleva el agua en un tubo.No obstante, siempre refluía cierta cantidad deagua, ya que no se conocían buenos medios deobturación. De esta manera se observó unarelación entre la inclinación del tornillo y el cau-dal de agua bombeada. Fue posible elegir enfuncionamiento entre un mayor caudal y unamayor altura de presión.Cuanto más empinada la posición del tornillo, tanto mayor era la altura a la que se podía elevarel agua a medida que el caudal dismi-nuía.De

nuevo nos sorprende la similitud del fun-

Dirección de flujo


8/60

8 Reservado el derecho a modificaciones WILO SE

H I S T O R I A D E L A T E C N O L O G Í A D E L A S B O M B A S

Eliminación de aguas residuales

Mientras que el suministro de agua ha sido siem-pre el tema más importante para la supervivenciadel hombre, la eliminación efectiva de aguasresiduales llegó más tarde, casi demasiado tarde.

En todos los lugares donde aparecían asen- tamientos, pueblos y ciudades, los desechos,excrementos y aguas residuales ensuciaban losprados, caminos y calles.

La consecuencia eran malos olores, enfer-medades y plagas. Las aguas se contaminaban yel agua freática se volvía imbebible.

Los primeros conductos de aguas residuales seconstruyeron alrededor del 3.000 al 2.000 a.C.Debajo del palacio de Minos en Cnosos (Creta) seencontraron restos de conductos de mam-postería y tubos de terracota que recogían y

canalizaban el agua de lluvia y las aguas resi-duales. Los romanos construyeron en sus ciu-dades conductos de aguas residuales debajo delas calles, el conducto más grande y más cono-cido es la Cloaca Máxima de Roma en parte aúnbien conservada. Desde allí se conducían lasaguas residuales al Tíber (también en Colonia seencuentran restos transitables de conductossubterráneos de la época de los romanos).

Debido a que durante siglos no se lograron pro-gresos en el área de la eliminación de aguasresiduales, estas llegaron hasta el siglo XIX de

forma no purificada a riachuelos, ríos, lagos ymares. Con el progreso de la industrialización yel crecimiento de las ciudades se hizo impres-cindible un tratamiento regulado de las aguasresiduales.

El primer sistema de canalización y limpieza serealizó en 1856 en Hamburgo. Hasta los añosnoventa del siglo pasado, en Alemania existíanaún numerosos pozos negros que recogían lasmaterias fecales de las casas. Sólo en base a lasdisposiciones legales y reglamentos regionalesse consiguió una conexión obligatoria a las redespúblicas de alcantarillado.

Actualmente, casi todas las casas están conec- tadas a la red de canalización pública. En loslugares en los que no es posible realizar unaconexión directa, se emplean sistemas de ele- vación y desagüe por presión.

Las aguas residuales de la industria y de las casasse conducen por redes ampliamente bifurcadas adepósitos colectores, plantas de tratamiento ydepósitos de clarificación donde tiene lugar una

purificación química o biológica. El agua tratadade esta manera se introduce después de nuevoen el ciclo hidrológico.

En estos procesos se emplean las diversas bombas y sistemas de bombas. Como por ejemplo :•Instalaciones de elevación•Bombas sumergibles•Bombas de pozo (con y sin mecanismos decorte)•Bombas de desagüe

•Bombas de recirculación, etc.


9/60

Representación de una calefacción con hipocaustos de la época romana



Tecnología de calefacción

Calefacción con hipocaustosEn Alemania se encontraron restos de las lla-madas calefacciones con hipocaustos de laépoca de los romanos. Se trataba de una formamuy antigua de calefacción de suelos. El humode una hoguera se conducía a través de huecospor debajo de los suelos calentando estos. Elhumo se evacuaba a través de un conducto decalefacción en una pared.

En los siglos posteriores, particularmente encastillos y fortalezas, las chimeneas, que cubríanlas hogueras no se construían de forma completamente vertical. Los gases calientes se con-ducían alrededor de las habitaciones, lo que re-presentaba una primera forma de sistemas decalefacción central. También se encontraron sis-

temas con separación mediante cámaras demampostería en los sótanos. El fuego calentabael aire fresco y éste era conducido directamentea las habitaciones.

Calefacción por vaporCon la propagación de la máquina de vapor en lasegunda mitad del siglo XVIII apareció la cale-facción por vapor. El vapor no totalmente con-densado, procedente de la máquina de vapor, seconducía por intercambiadores de calor en ofici-nas y viviendas. Otra idea consistió en emplear laenergía residual del vapor para poner en marcha

Calefacción por circulación

natural con caldera, recipiente

de expansión y radiador

Pared exterior

Conducto de calefacción

en la pared

Pared interior

Suelo

Pilares

Cámara de

combustión Sótano de

calefacción

Plano inclinado para

evacuación de cenizas

una turbina.

Calefacción por circulación naturalLa siguiente etapa de desarrollo fue la calefac-ción por circulación natural. La experienciademostró que una temperatura del agua deaproximadamente 90º C era suficiente para con-seguir una temperatura ambiente de 20º C, esdecir, bastaba con un calentamiento del aguahasta un poco por debajo del punto de ebullición.El agua caliente subía por unos tubos de grandesdiámetros. Después de haber perdido parte de sucalor, retornaba a la caldera por el efecto de lagravedad.


10/60



-Las diferentes fuerzas gravitatorias originan losmovimientos ascendentes y descendentes delagua.

A principios del siglo pasado ya se estudiaban lasposibilidades de montar aceleradores de circu-lación en las tuberías de calefacción para evitar ellento arranque del sistema.

En aquella época, los motores eléctricos no eranapropiados para el accionamiento, ya que fun-cionaban inducidos con anillos colectores abier-

tos. En un sistema de calefacción con agua, estohubiera podido originar graves accidentes.

Feed T V = 90 °Ccorresponds to G = 9,46 N

Return T R = 70 °Ccorresponds to G = 9,58 N

9,46 N

9,58 N

Esquema de una calefacción con circulación natural

En un codo se incorporó un rodete en forma dehélice. El accionamiento se llevaba a cabo a través de un eje obturado, accionado medianteun motor eléctrico. En aquella época, este acel-

erador de circulación no se consideraba comobomba. Esta palabra se introdujo sólo más tarde.Tal como se ha mencionado anteriormente, elconcepto de bomba estaba asociado con la ele- vación de agua.

Estos aceleradores de circulación se construyeron aproximadamente hasta 1955 y permi- tieron reducir cada vez más la temperatura delagua de calefacción.

Actualmente existen numerosos sistemas decalefacción, los más modernos trabajan con temperaturas de agua muy bajas. Esta técnica de

calefacción sería impensable sin el corazón de lainstalación de calefacción, es decir, sin la bombade recirculación.

La primera bomba de circulación para calefac-cionesSólo la invención del primer motor eléctricoencapsulado por el ingeniero alemán GottliebBauknecht facilitó su empleo en un acele-radorde circulación. Su amigo, el ingeniero WilhelmOpländer, desarrolló un tipo deconstrucción patentado en 1929.

Primera bomba de recirculación, año

de construcción 1929, HP, tipo DN67/0,25 kW

AlimentaciónCorresponde a

Corresponde aRetorno


11/60


H I S T O R I A D E L A T E C N O L O G I A D E L A S B O M B A S

Edad Media, hasta aprox. 1519 d.C.

Calefacción condos tubos

Imperio romano, hasta aprox. 465 d.C.

Revolución industrial, siglo XIX

Actualmente, siglo XX

Calefacción por radiación enel techo o en la pared

Al principio, era el fuego

Calefacción romana con hipocausto

Calefacción con estufaCalefacción de aguacaliente con circulación

natural

Acelerador de circulación deWilhelm Opländer, 1929

Calefacción con tubo único

Calefacción con chimenea

Calefacción con airecaliente en residenciasseñoriales

Calefacción a vapor

Calefacción del suelo

Evolución de los sitemas de calefacción

SistemaTichelmann

Calefacción con circulación deagua caliente


12/60


Sistemas de transporte de agua

Inlet

Inlet tank

Higher level tank

Ascending line geodetic delivery head

PumpFloat valve

Float valve

Instalación de bombas para la

elevación de agua a un nivel

más alto

Sistema abierto de transporte deagua

Sistema abierto de transporte de agua En la ilustración esquemática a la izquierda semuestran los componentes de un sistema debombeo que debe transportar un líquido de unrecipiente de entrada a menor altura a undepósito que se encuentra a mayor altura. Labomba transporta el agua del depósito inferior ala altura requerida.

Pero no es suficiente dimensionar la capacidadde la bomba sólo conforme a la altura de ele- vación geodésica. En el último punto de cone-xión, por ejemplo una ducha en el piso más altode un hotel, debe haber aún una presión sufi-

ciente. También hay que tener en cuenta las pér-didas de presión originadas por fricción en la tubería ascendente.

Altura de presión de la bomba = altura de presióngeodésica + presión a la corriente máxima + pér-didas en la tubería

Para la realización de los trabajos de mante-nimiento necesarios debe ser posible cerrar lasdistintas secciones de la tubería mediante válvu-las. Esto es útil en particular para las bombas, yaque en caso contrario deberían evacuarse

grandes cantidades de agua de las tuberías parapoder sustituir o reparar una bomba.

Además, tanto en el depósito de entrada inferiorcomo en el depósito elevado deben preverse válvulas de flotador para evitar un posible des-bordamiento de estos depósitos.

También se puede instalar un presostato en unlugar apropiado de la tubería que desconecte labomba cuando no haya consumo de agua y todoslos puntos de conexión estén cerrados.

Véase el capítulo

"Adaptación de bombas a la

demanda de calor", página 35

Bomba

Tubería de impulsión Altura de presión geodésica

Entrada

Válvula flotador

Válvula flotador

Depósito de entrada

Depósito al nivel más alto


13/60


S I S T E M A S D E B O M B E O

Sistema de calefacción cerrado

Sistema de circulación

tomando como ejemplo una

instalación de calefacción

Feed

Pump Return

Ventilation

Heat consumer

Controlequipment

Diaphragm expansion tank

Sistema cerrado de calefacción

En la ilustración a la derecha se muestran lasdiferencias de funcionamiento entre un sistemade calefacción y un sistema de bombeo de agua.

Mientras que un sistema de bombeo de agua esun sistema abierto con una salida de agua libre(por ejemplo un punto de toma con un grifo), unainstalación de calefacción es un sistema cerrado.

El principio de funcionamiento se comprendemás fácilmente cuando uno se imagina que elagua de calefacción se mantiene simplemente enmovimiento en las tuberías.

Un sistema de calefacción esta formado por lossiguientes componentes:• Generador de calor• Sistema de transporte y distribución del calor• Vaso de expansión de membrana para mantener y regular la presión

• Consumidores de calor• Dispositivo de regulación• Válvula de seguridad

Como generadores de calor podemos citar lascalderas de gas, gasóleo o combustibles sólidos,

así como calentadores de agua por circulación.Esto también incluye calefacciones eléctricascon acumulación de calor y calentamiento central del agua, estaciones de transmisión de calora distancia y bombas de calor.

El sistema de transporte y distribución de calorestá formado por todas las tuberías, estacionesdistribuidoras y colectoras y, naturalmente, labomba de recirculación. La potencia de la bombadebe dimensionarse únicamente para vencer laspérdidas de carga totales de la instalación. No se tiene en cuenta la altura del edificio, ya que elagua suministrada por la bomba a la tubería de

sa-lida vuelve a la caldera a través de la tuberíade retorno.El vaso de expansión de membrana tiene la fun-ción de compensar las variaciones de volumendel agua en el sistema de calefacción, depen-diendo de las temperaturas de funcionamiento,mientras mantiene una presión estable.

Los consumidores de calor son las superficies decalefacción en los lugares y habitaciones acalentar (radiadores, convectores, paneles radi-antes, etc.). La energía térmica fluye de las zonascon una temperatura más alta a zonas con una

temperatura más baja y el flujo de calor es tantomás rápido cuanto mayor es la diferencia de la temperatura. Esta transmisión de calor tienelugar mediante tres procesos físicos distintos:• Conducción de calor• Convección, es decir, movimiento ascendentedel aire• Radiación térmica

Hoy en día, ningún problema técnico se puederesolver sin un buen sistema de control. Por lo tanto, se sobreentiende que en cada instalaciónde calefacción hay también dispositivos de regu-lación. Los dispositivos más sencillos de este tipo

son las válvulas termostáticas para mantenerconstante la temperatura ambiente, por ejemploen una habitación. Pero también en calderas,mezcladoras y naturalmente en bombas hayactualmente reguladores mecánicos, eléctricos yelectrónicos muy sofisticados.

Véase el capítulo

"Dimensionado aproximadode bombas para instala-

ciones de calefacción están-

dar", página 41

Recuerde:

No se tiene en cuenta la

altura del edificio, ya que el

agua suministrada por la

bomba a la tubería de sal-

ida vuelve a la caldera a

través de la tubería de

retorno.

Vaso de expansión de membrana

Bomba Retorno

Consumidores de calor

Purga de aireDispositivo deregulación

Alimentación


14/60


15/60


El agua - nuestro medio de transporteEn los sistemas de calefacción central con agua caliente se emplea el agua para transportar el calor desde el generador de calor al consumidor.

Las características más importantes del aguason:• Capacidad calorífica específica• Aumento del volumen tanto durante el calentamiento como durante el enfriamiento

• Disminución de la densidad durante el aumento y disminución de volumen

• Características de ebullición bajo presiónexterna• Empuje hidrostático

Estas características físicas se describen acontinuación..

Una característica importante de cada medioportador de calor es su capacidad de acumu-lación térmica. Cuando esta capacidad se rela-

ciona con la masa de la sustancia y la diferenciade temperatura, la magnitud resultante es lacapacidad calorífica específica.

Esta magnitud se simboliza con c y la unidad demedida es kJ/ (kg o K).

La capacidad calorífica específica del fluido es lacantidad de calor requerida para calentar 1kg deuna sustancia (por ejemplo agua) en 1ºC. Deforma inversa, la sustancia emite durante suenfriamiento la misma cantidad de energía.

El promedio de la capacidad calorífica específica

del agua entre 0ºC y 100ºC es:

c = 4.19 kJ/(kg • K) or c = 1.16 Wh/(kg • K)

La cantidad de calor Q suministrada o emitida semide en J o kJ y es el producto de la masa mmedida en kg, la capacidad calorífica específica c y la diferencia de la temperatura medida en K.

Esta diferencia es en nuestro caso la diferenciade temperatura entre la salida y el retorno de unsistema de calefacción. La ecuación es la si-

guiente:

Q = m • c • ³ qm = V • r

V = volumen de agua en m3

r = Densidad kg/m3

La masa m es el volumen V de agua en m3 multi-plicado con la densidad del agua medida enkg/m3. La ecuación puede escribirse también dela siguiente manera:

Q = V • r • c (qV - qR)

La densidad del agua varía con la temperatura.Para el cálculo de la energía puede suponerse demanera simplificada = 1 kg/dm3 para temperaturas entre 4ºC y 90ºC.

Los conceptos físicos de energía, trabajo y canti-dad de calor tienen la misma dimensión y sonequivalentes.

Recuerde:

La capacidad calorífica

específica del agua es la can-

tidad de calor requerida para

calentar 1kg de la sustancia

(por ejemplo agua) en 1ºC. De

forma inversa, la sustancia

emite durante su enfria-

miento la misma cantidad de

energía.

Capacidad calorífica específica

q = Theta

r = Rho


16/60

E L A G U A - N U E S T R O M E D I O D E T R A N S P O R T E


Para la transformación de Joule en otrasunidades físicas se encuentra en vigor:1J = 1 Nm = 1 Ws or 1 MJ = 0.278 kWhTodas las sustancias se dilatan durante el calentamiento y se contraen durante el enfriamiento.La única sustancia con un comportamiento dis- tinto es el agua. Esta característica particular sellama anomalía del agua.

0 6 8 10 122 4 14 16 18 20

1,0016

1,0012

1,0008

1,0004

1,0000

T [C°]

V o l u m e o f 1 g w a t e r

[ m l ]

Variación del volumen de agua

durante el calentamiento yenfriamiento

Densidad más alta a 4ºC:

rmax = 1000 kg/m 3

Durante el calentamiento o

enfriamiento del agua dismi-

nuye su densidad, es decir, suvolumen aumenta

Cambio en volumen de agua

Aumento y disminución del volumen

El agua se expande también al refrigerarla a una temperatura inferior a 4ºC. Esta anomalía delagua es la causa de que los ríos y lagos se hielenen invierno desde la superficie. La capa de hieloflota en el agua y sólo por este motivo puedefundirse bajo el sol de primavera. Esto no sería elcaso si el hielo tuviera un peso específico mayor y descendiera al fondo.

Pero este comportamiento de expansión abarca también peligros. Por ejemplo, los motores decoches o las tuberías de agua revientan cuandoel agua se hiela. Para evitarlo se añade un anti-congelante al agua. En los sistemas de calefac-ción se emplean por ejemplo glicoles; las propor-ciones se pueden consultar en las instruccionesde los fabricantes.

El agua tiene la mayor densidad a una temperaturade +4ºC: 1 dm3 = 1 l = 1 kg

Cuando el agua se calienta o se enfría desde estepunto, su volumen aumenta, es decir, su densi-dad o peso específico disminuye.

Esto puede observarse bien en un depósito con

rebosadero para medir la cantidad.

En el recipiente se encuentran exactamente1.000 cm3 de agua a una temperatura de +4ºC.Cuando el agua se calienta, una parte de lamisma sale a través del rebosadero al recipientegraduado. Cuando el agua alcanza los 90ºC, en elrecipiente graduado se encuentran exactamente35,95 cm3 o 34,7 g de agua.

10 cm

4°C 90°C

1 0 c m

1000 cm 3 = 1 l 1000 cm 3 = 1 l

Un cubo de agua de 1.000 cm3

pesa a 4ºC 1.000 g1000 cm 3 de agua a

90°C = 965.3 g

Cantidad rebosada

35.95 cm 3 = 34.7 g

Volu

mendeaguade1

g[1ml]


17/60



Las características de ebullicióndel aguaCuando el agua se calienta por encima de 90ºC,empieza a hervir a 100ºC en un reci-pienteabierto. Cuando la temperatura del agua se midedurante el proceso de ebullición, la temperaturase mantiene constante a 100ºC hasta que el aguase evapora completamente. El suministro con- tinuo de calor se usa por lo tanto para la evapo-ración completa del agua, es decir, para cambiarsu estado físico. Esta energía se denomina tam-bién calor latente (oculto). Cuando el calentamiento continúa, la temperatura aumenta denuevo.

El requisito para el desarrollo explicado anterior-mente es una presión atmosférica normal (NN) de

1.013 hPa sobre el nivel del agua. Cada presiónatmosférica diferente de este valor origina modifi-caciones en el punto de ebullición de 100ºC.

Una repetición del experimento anterior a unaaltitud de 3.000 m, por ejemplo en la Veleta,demuestra que el agua hierve a una tempe-ratura de 90ºC. La causa de este comportamiento es la disminución de la presión atmos-férica con el aumento de la altitud.

Cuanto más baja es la presión del aire en lasuperficie del agua, más baja es la temperatura

de ebullición. Mediante el aumento de la presiónsobre el nivel del agua se consigue, por otro lado,un aumento de la temperatura de ebullición. Esteprincipio se emplea por ejemplo en las ollas rápi-das.

En la representación gráfica que podemos ver allado, se puede ver cómo varía la temperatura deebullición del agua en función de la presión. Lossistemas de calefacción están presurizados. Poreste motivo no se forman burbujas de vapor enestados de servicio críticos. De esta manera seevita también la entrada de aire desde el exterioral sistema de calefacción.

1,013

T [ C ° ]

0 3 4 5 62 [1000 hPa]

pressure

150

50

0

100

100

heat volume

T [ C ° ]

Modificación del estado físico del agua duranteun aumento de la temperatura

Punto de ebullición del agua en función de lapresión

sólido

sólido y

líquido líquido

líquido y

vapor

Transición de calor (calor latente)

vapor

Volumen de calor

resión


18/60



Feed

Return

Ventilation

Heat consumer

Control

equipment


Pump

90°C

34.7 G

En las consideraciones anteriores no se ha tenidoen cuenta que la bomba de circulación aumentaaún más la presión.

En la planificación de una instalación, hay que tener en cuenta cuidadosamente la interacciónde la temperatura máxima del agua de calefac-ción, el tipo de bomba empleado, el tamaño del vaso de expansión con membrana y el punto deactivación de la válvula de seguridad. Una elec-ción casual de los componentes de la instalación, teniendo en cuenta eventualmente el precio delos mismos, es completamente inaceptable.

El vaso de expansión se suministra de fábricalleno de nitrógeno. La presión en este vaso deexpansión debe adaptarse a las peculiaridades dela instalación de calefacción. El agua de expan-

sión entra desde el sistema de calefacción en el vaso de expansión y comprime el volumen de gasque se encuentra encima de la membrana. Esposible comprimir los gases, pero no los líquidos.

Compensación de la variación del volumen deagua en una instalación de calefacción:

Representación de un sistema de calefacción con válvula de seguridadintegrada

Las calefacciones de agua caliente se usan con temperaturas de salida de hasta 90ºC. El agua sellena normalmente con una temperatura de 15ºC y se expande durante el calentamiento. Esteaumento del volumen no debe provocar unasobrepresión o una pérdida de agua.

DET inlet pressure 1.0/1.5 bar

KFEKV

(1) DET condition atinstallation

Nitro-gen

Water reserve DET inlet

pressure +0.5 bar

KFEKV

(2) System filled /cold

Nitro-gen

(3) System at max.feed temperature

Water quantity = water reserve+ expansion

KFEKV

Expansión del agua de calefacción y protección contra sobrepresión

1000 cm 3 = 1 l

Cuando la calefacción se desconecta en ve-rano,

el agua adopta nuevamente su volumen anterior.Por este motivo es preciso prever un vaso deexpansión con un volumen suficiente. En instala-ciones de calefacción más antiguas se montaron vasos de expansión abiertos. Los vasos deexpansión se encuentran siempre por encima dela sección de tubería más alta. Con el aumento dela temperatura de la calefacción, es decir,durante la expansión del agua, el nivel de aguacrece en este vaso de expansión. El niveldesciende de nuevo cuando el agua se enfría.

En instalaciones de calefacción modernas seemplean vasos de expansión de membrana.

Con una presión más alta en la instalación debeestar garantizado que no se produzcan cargas depresión inadmisibles en las tuberías y en otroscomponentes de la instalación. Por este motivoes obligatorio equipar el sistema de calefaccióncon una válvula de seguridad.

La válvula de seguridad debe abrirse consobrepresión para expulsar el agua sobrante queno cabe en el vaso de expansión con membrana.No obstante, en una instalación cuidadosamenteplanificada no debería producirse este estado de

funcionamiento.

Recuerde:

La válvula de seguridad debe

abrirse cuando hay una

sobrepresión para expulsar el

agua de expansión sobrante.


Purga de aireDispositivo deregulación

Alimentación

Retorno

Vaso de expansión de membrana

Bomba

(1) Estado de montaje del vaso deexpansión de membrana

Presión previa en el vaso de expansión demembrana 1,0 / 1,5 bar

Reserva de agua , presión previa en el vaso de

expansión con membrana 0,5 bar

(2) Instalación llena, agua fría

((3) Instalación con la temperatura

Cantidad de agua = reserva de agua+ expansión


19/60


20/60


21/60


Diseño de bombas centrífugasEn el área de la calefacción y climatización se usan bombas centrífugaspara muchas aplicaciones. Se diferencian según su tipo de diseño y elmodo de transformación de la energía.

Bombas autoaspirantes y bombas con aspiración normal

Una bomba autoaspirante tiene una capacidadlimitada de purga del aire de la tubería deaspiración. Puede ser necesario llenar la bomba varias veces durante su puesta en marcha. Laaltura de aspiración máxima teórica es de 10,33 m ydepende de la presión atmosférica (1.013 hPa =presión normal).

Por motivos técnicos se consigue sólo una altura

de aspiración hs máxima de 7 a 8 m. Este valorincluye no sólo la diferencia de altura entre elnivel de agua más bajo hasta la boca deaspiración de la bomba, sino también las pérdi-das por resistencias en las tuberías de conexión,en la bomba y en las válvulas.

En el dimensionado de la bomba debe tenerse encuenta que la altura de aspiración hs debe incor-porarse con un signo negativo en la altura depresión.

La tubería de aspiración debe instalarse, por lo

menos, con el diámetro nominal de la entrada dela bomba y, siempre que sea posible, con undiámetro nominal mayor. Además, la tubería deaspiración debe ser lo más corta posible.

En una tubería de aspiración larga aumentan lasresistencias de fricción que influyen de maneramuy desfavorable en la altura de aspiración.

El tendido de la tubería de aspiración debe teneruna subida continua hacia la bomba. Cuando seemplean mangueras flexibles como tubería deaspiración, estas deberían ser mangueras deaspiración con refuerzo espiral (estanqueidad y

resistencia). En cualquier caso deben evitarsefallos de estanqueidad, ya que de otro modopueden producirse daños en las bombas y fallosen el servicio.

En el modo de funcionamiento de aspiración serecomienda prever siempre una válvula de piepara evitar un vaciado de la tubería de aspiración y de la bomba. Una válvula de pie con un cesto deaspiración protege la bomba y los sistemas aguasabajo contra la entrada de cuerpos extraños demayor tamaño (hojas, madera, piedras, animales,etc.). Cuando no es posible emplear una válvula

de pie se recomienda montar una válvula deretención en la tubería de aspiración delante dela bomba (boca de aspiración).

Una bomba con aspiración normal no es capaz deevacuar el aire de la tubería de aspiración.

hs

Foot valve

Non-return flap /valve

Altura de aspiración hs de una bomba

Instalación de la tubería de aspiración

Servicio de aspiración

Instalación con válvula de pie

o válvula de retención

correct incorrect

En bombas con aspiración normal, las tuberías deaspiración y la bomba deben estar siempre com-pletamente llenas. Cuando a causa de fugas, porejemplo en la junta de la válvula corredera o en la válvula de pie de la tubería de aspiración llegaaire a la bomba, es preciso subsanar el fallo yllenar de nuevo completamente la bomba y la tubería de aspiración.

Nivel mínimo de agua

correcto incorrecto

Válvula

de pie

Válvula de retención


22/60

Función de las bombascentrífugasLas bombas se necesitan para transportar líqui-dos y vencer las pérdidas de carga en elsistema de tuberías. En instalaciones de bombascon niveles de líquido diferentes es precisosuperar además la diferencia de altura geodésica.

Las bombas centrífugas son, según su tipo deconstrucción y transformación de energía, tur-bomáquinas hidráulicas. Aunque existennumerosos tipos de construcción, todas lasbombas centrífugas tienen en común unaentrada axial del líquido al rodete de la bomba.

Un motor eléctrico acciona el eje de la bomba enel cual está montado el rodete. El agua que entraaxialmente en el rodete a través de la boca deaspiración y el cuello de aspiración se desvíamediante las paletas del rodete en dirección

radial. Las fuerzas centrífugas, que actúan encada partícula de líquido, originan durante elpaso del líquido por la zona de las paletas unaumento de la presión y de la velocidad.

Después de la salida del rodete, el líquido se acu-mula en la caja espiral. Debido al tipo de con-strucción de la caja espiral, la velocidad del flujose reduce de nuevo ligeramente. La transforma-ción de la energía se refleja en un aumento de lapresión.

Una bomba está compuesta por los siguientes

componentes principales:• Carcasa de la bomba• Motor• Rodete

D I S E Ñ O D E B O M B A S C E N T R Í F U G A S


Tipos de rodete

Axial impeller Semi-axial impellerRadial impeller Radial impeller 3D

Vista en corte de una bomba con rotor tipo húmedo

El medio a transportar entra

axialmente en el rodete y se

desvía en dirección radial

Rodetes

Se diferencia entre rodetes abiertos y cerrados

que, además, se clasifican según sus formas deconstrucción.

Actualmente, los rodetes de la mayoría de lasbombas son del tipo 3D que combinan las ventajas de un rodete axial y de un rodete radial.

Carcasa de la bomba

Rodete 3D

Rodete radial Rodete radial 3D Rodete semi-axial Rodete axial


23/60



Rendimiento de las bombas

El rendimiento de cada máquina es la relaciónentre la potencia de salida y la potenciaabsorbida. Esta relación se señala con la letragriega (eta).

Debido a que no existen accionamientos libresde pérdidas, el valor de es siempre inferior a 1(100%). En una bomba circuladora de calefac-ción, el rendimiento total se compone delrendimiento del motor M (eléctrico y mecánico) y del rendimiento hidráulico P. De la multipli-cación de estos valores se obtiene el rendimiento total total.

tot = M • P

El rendimiento varía considerablemente en fun-ción de los distintos tipos de construcción y del

tamaño de las bombas. Para bombas de rotorhúmedo se obtiene un rendimiento totalentre un 5% y un 54% (bombas muy eficientes),para bombas de rotor seco se consigue unrendimiento total entre un 30% y un 80%.

Además, el rendimiento actual de una bomba varía en el campo de curvas características entrecero y un valor máximo.

Cuando la bomba trabaja contra una válvula ce-rrada se obtiene una presión elevada , pero elefecto de la bomba es cero, ya que no hay un

caudal de agua. Lo mismo ocurre en un tuboabierto. A pesar de un elevado caudal no se

el dimensionado de la bomba de calefacción queel punto de trabajo se encuentre durante el pe-riodo de calefacción normalmente en el terciocentral de la curva característica de la bomba. Deesta manera trabaja con el mejor rendimiento.

El rendimiento de una bomba se determinamediante la siguiente ecuación:

Rendimiento y curva característica de unabomba

Bombas con una potencia

del motor P2 tothasta 100 W aprox. 5 % – aprox. 25 %

de 100 a 500 W aprox. 20 % – aprox. 40 %

de 500 a 2500 W aprox. 30 % – aprox. 50 %

Bombas con una potencia

del motor P2 tothasta 1.5 kW aprox. 30 % – aprox. 65 %

de 1.5 a 7.5 kW aprox. 35 % – aprox. 75 %

de 7.5 a 45.0 kW aprox. 40 % – aprox. 80 %

Rendimiento de bombas estándar de rotorhúmedo (valores orientativos)

Bombas con una potencia del motor P2

Rendimiento de bombas de rotor seco(valores orientativos)

Flow rate Q [m3 /h]

H

D e l i v e r y h e a d H [ m ]

P = Rendimiento de la bombaQ [m3 /h] = Caudal suministradoH [m] = Altura de presiónP2 [kW] = Potencia en el eje de la bomba

367 = Constante de conversiónr [kg/m3] = Densidad del líquido a bombear

El rendimiento (o la potencia) de la bombadepende de su tipo de diseño

Las siguientes tablas permiten obtener una visión de conjunto del rendimiento en función dela potencia de motor seleccionada y del tipo deconstrucción de la bomba (rotor húmedo o seco).

Q • H • r

p = ------------367 • P2

establece ninguna presión y el rendimiento esnuevamente cero.

El mejor rendimiento total de una bomba de cir-culación en una instalación de calefacción seconsigue en el centro del campo de curvas carac-

terísticas. Estos puntos de trabajo óptimos estánespecialmente marcados en los catálogos de losfabricantes de bombas.Una bomba nunca trabaja en un solo puntodefinido. Por este motivo hay que cuidar durante

Caudal

A l t u r a d e i m p u l s i ó n


24/60

Del desarrollo de la curva de potencia sedesprenden las siguientes relaciones: El motorconsume la potencia más baja cuando el caudal volumétrico es bajo. La potencia absorbidaaumenta en función del caudal suministrado dela bomba. La potencia absorbida aumenta másque el caudal suministrado.

Influencia de la velocidad del motorCuando se modifica la velocidad de la bombabajo las mismas condiciones en la instalación, lapotencia absorbida P de la bomba varía aproxi-madamente de forma proporcional a la tercera

potencia de la velocidad n.

Este conocimiento permite regular eficazmentela bomba y adaptar la energía de calefacción a lasnecesidades. Cuando la velocidad se duplica, elcaudal suministrado se duplica también. La alturade presión aumenta cuatro veces en compara-ción con su valor inicial. La energía deaccionamiento necesaria es por lo tanto ocho veces mayor. Con una reducción de la velocidaddismi-nuyen también el caudal suministrado, laaltura de presión en la tubería y la potenciaabsorbida conforme a las relaciones anterior-mente mencionadas.

Velocidades de giro fijas debidas al tipo deconstrucciónUn distintivo de las bombas centrífugas es laaltura de presión determinada por el motorusado y la velocidad fija especificada. Se consi-deran bombas de marcha rápida con velocidadesde giro n > 1.500 rpm y de marcha lenta con velocidades de giro n < 1.500 rpm.

No obstante, el diseño de los motores de marchalenta es algo más complicado, por lo que el pre-cio de estas bombas puede ser más elevado. Elempleo de una bomba de marcha rápida en

instalaciones que permiten o requieren la apli-cación de una bomba de marcha lenta provocaun consumo de energía innecesariamente alto.Los gastos de adquisición más altos de unabomba con una velocidad más baja redundan enun ahorro consi-derable de energía deaccionamiento. Esto permite amortizar rápida-mente los gastos iniciales más altos.La regulación continua de la velocidad medianteel equipo electrónico de la bomba conforme a lademanda reducida de energía de calefacciónofrece un claro potencial de ahorro de gastos.

Un motor eléctrico acciona el eje de la bomba, enel cual está montado el rodete. El aumento depresión generado en la bomba y el caudal sumi-nistrado transportado por la bomba son el resul- tado hidráulico de la energía eléctrica deaccionamiento. La potencia requerida por elmotor se denomina potencia absorbida P1 de labomba.

Curvas características de las bombasLas curvas características de las bombas se re-presentan en un diagrama. En el eje vertical, laordenada, se muestra la potencia absorbida P1 dela bomba en vatios [W]. En el eje horizontal, laabscisa, se refleja el caudal suministrado Q de labomba en metros cúbicos por hora [m3 /h], igualque en la curva característica de la bomba que seexplica más adelante. La división de los ejes en

ambos diagramas es idéntica. En los catálogos semuestran estas curvas características frecuente-mente una debajo de la otra para poder apreciarclaramente las relaciones.



0 1 2 3 4 5 6

0 1 2 3 4 5 6

Q150

125

100

75

50

25

0

6

5

4

3

2

1

0

Wilo-TOP-S 25/5

Wilo-TOP-S 30/51~230 V - Rp1/Rp11 /4

0 0,5 1 1,5

0 5 10 15 20 [lgpm]

[l/s]

m i n . ( 3

)

( 2 )

min.

ma x.

0 1 2 3

0 0,5 1 1,5 2

v

[m/s]Rp1

Rp11 /4

m a x . ( 1

)

[m3 /h]

[m3 /h]

P 1

[ W ]

H [ m ]

Relación entre la curva carac-

terística de la bomba y la

curva de rendimiento

Potencia absorbida de las bombas centrífugas

P1 3

P2

n1

n2

Véase el capítulo

"Curvas características",

página 31

Véase el capítulo "Regulación

continua de la velocidad",

página 36

Curva de la Wilo-TOP-S


25/60



Bombas de rotor húmedo

Mediante la incorporación de una bomba de rotorhúmedo, opcionalmente en la tubería de impul-sión o de retorno, se consigue una circulaciónrápida e intensiva del agua. Esto permite emplear tuberías con una sección transversal máspequeña. De esta manera se reducen los gastosde una instalación de calefacción. En las tuberíasdel sistema de calefacción se encuentra una cantidad de agua considerablemente más baja. Lacalefacción puede reaccionar más rápidamenteante variaciones de la temperatura y puede re-gularse mejor.

CaracterísticasEl rodete de una bomba centrífuga se caracterizapor una aceleración radial del agua. El eje, en elcual está montado el rodete, es de acero inoxi-dable y los cojinetes del eje son de carbón sin-

terizado o de un material cerámico. El rotor delmotor, que se encuentra en el eje, gira inmersoen el fluido a transportar. El agua lubrica loscojinetes y enfría el motor.

Una camisa rodea al estator portador de corriente eléctrica. Este tubo está fabricado de aceroinoxidable no imantable o de fibras de carbono y tiene un grosor de pared de 0,1 mm a 0,3 mm.

En aplicaciones especiales (por ejemplo en sistemas de abastecimiento de agua) se empleanmotores de bomba con una velocidad fija.

Cuando la bomba de rotor húmedo se emplea porejemplo en un circuito de calefacción, es decir,para suministrar energía calorífica a los radia-dores, esta energía debe adaptarse al consumode calor variable de una casa. En función de la temperatura exterior se necesitan distintas cantidades de agua de calefacción. Las válvulas ter-mostáticas montadas en las entradas de los ra-diadores determinan el caudal suministrado.

Sistema de calefacción con bomba

Ventajas: Secciones transver-

sales más pequeñas de las

tuberías, menor cantidad de

agua en el sistema, capacidad

de reacción rápida a varia-

ciones de la temperatura, gas-

tos de instalación más bajos.

Primera bomba de rotor

húmedo y regulación elec-

trónica continua e integrada

de la velocidad

Feed

Pump Return

Ventilation

Heat consumer

Controlequipment


Por este motivo, los motores de bombas de rotorhúmedo permiten una conmutación de la veloci-dad en varias etapas. Esta conmutación de la velocidad puede realizarse manualmente me-diante conmutadores o conectores que sepueden enchufar. Unos sistemas externos adi-cionales de conmutación y regulación permitenuna automatización en función del tiempo, de lapresión diferencial o de la temperatura.

Desde 1988 existen formas de construcción con

equipos electrónicos integrados que regulan deforma continua la velocidad.

Las bombas de rotor húmedo se conectan enfunción del tamaño y de la potencia de la bombaa la red monofásica de 230 V o a la red trifásica de400 V.

Las bombas de rotor húmedo se caracterizan porun funcionamiento muy silencioso, además nonecesitan un sellado del eje.

La generación actual de bombas de rotorhúmedo está construida según el principio mo-

dular. Todos los componentes se ensamblan enfunción del tamaño de la bomba y de la potenciarequerida. Esto facilita también la posiblereparación necesaria de una bomba mediante lasustitución de piezas de recambio.

Una característica importante de este diseño es lacapacidad de purga automática de aire durante lapuesta en servicio.

Carcasa de la bomba

Camisa

Rodete 3D

Rotor

Bobinado

Vaso de expansión membrana


Dispositivo deregulación

Bomba

Alimentación

Retorno

Purga de aire


26/60

Posiciones de montajeLas bombas de rotor húmedo se suministranhasta un diámetro nominal de conexión de R 1 1/4como bombas con rosca de conexión. Las bom-bas de mayor tamaño se suministran con bridasde conexión. Estas bombas pueden montarse enla tubería sin cimientos tanto horizontal como verticalmente.

Tal como se ha mencionado anteriormente, loscojinetes de la bomba de circulación se lubricancon el fluido a bombear. Asimismo, el fluido sirvepara refrigerar el motor. Por este motivo es pre-ciso garantizar una circulación de líquido continua por la camisa.

El eje de la bomba debe estar dispuesto siempreen posición horizontal (bombas de rotor

húmedo, calefacción). Un montaje con eje verti-cal o colgante provoca un comportamiento enservicio inestable y, de esta manera, un fallo de labomba después de poco tiempo.

Para conocer las posiciones de montaje hay queconsultar las instrucciones de montaje y de fun-cionamiento.

Las bombas de rotor húmedo anteriormentedescritas destacan por sus buenas característicasde funcionamiento. Su fabricación es relativa-mente económica.



Admisible sin restricciones para bombas con 1,3 ó 4 niveles de velocidad

Admisible sin restricciones para bombas conregulación continua

Posiciones de montaje no permitidas

Posiciones de montaje de bombas de rotorhúmedo (extracto)


27/60



-Bombas de rotor seco

CaracterísticasPara el bombeo de caudales volumétricos eleva-dos se emplean bombas de rotor seco. Las bom-bas de rotor seco son más apropiadas tambiénpara el bombeo de agua de refrigeración y demedios agresivos. A diferencia de una bomba derotor húmedo, el fluido a bombear no entra encontacto con el motor, por este motivo sedenominan bombas de rotor seco.

Otra diferencia respecto a la bomba de rotorhúmedo es el sellado de la carcasa de la bomba ydel eje frente al ambiente. Para el sellado seemplea una empaquetadura para prensaestopaso un cierre mecánico.

Los motores de las bombas estándar de rotorseco son motores trifásicos normales con una

velocidad base f ija. Su velocidad se modif ica nor-malmente mediante un equipo de regulaciónelectrónico externo. Actualmente existen bom-bas de rotor seco con regulación electrónicaintegrada de la velocidad. Estos dispositivos deregulación electrónicos están disponibles parapotencias cada vez mayores, gracias al progreso técnico.

El rendimiento total de las bombas de rotor secoes mucho mejor que el de las bombas de rotorhúmedo.

Las bombas de rotor seco se clasifican principal-mente en tres grupos según su tipo de construc-ción:

Bombas en líneaSon bombas en línea cuando las bocas deaspiración y de impulsión se encuentran en unmismo eje y tienen el mismo diámetro nominal.Las bombas en línea tienen un motor norma-lizado embridado y refrigerado con aire.

Este tipo de construcción se emplea en la técnicade control de edificios cuando se necesitanpotencias mayores. Estas bombas pueden mon-

tarse directamente en la tubería. La tubería sesujeta mediante soportes o la bomba se montaen un asiento propio o en una bancada.

Bombas monobloqueSon bombas centrífugas de una etapa y de bajapresión con un tipo de construcción en bloque ycon un motor refrigerado por aire. La caja espiral tiene una boca de aspiración axial y una boca deimpulsión dispuesta de forma radial. Las bombasestán equipadas en serie con pies angulares ocon pies de motor.

Véase el capítulo "Obturación

de ejes" en la página 28

Bombas estandarizadasEn este tipo de bombas centrífugas con entradaaxial, la bomba, el acoplamiento y el motor estánmontados en una placa base común, por lo que

sólo son apropiadas para el montaje en unasiento.

En función del fluido a bombear están equipadascon empaquetadura de prensaestopas o concierre mecánico deslizante. La conexión deimpulsión determina el diámetro nominal de labomba. El diámetro nominal de la conexión deaspiración es normalmente más grande.

Estructura de una bomba con rotor seco

Cierre mecánico

Tuerca ciega

Carcasa de la bomba

Linterna

Rodete

Motor normalizado

Tapa del ventilador


28/60

Cierres mecánicosEn su construcción base, las obturaciones concierre mecánico se componen de dos anillos consuperficies de obturación finamente pulidas. Secomprimen mediante un resorte y giran en servi-cio uno en contacto con otro. Las obturacionescon cierres mecánicos son juntas dinámicas y seemplean para obturar ejes giratorios a presionesmedias y altas.

La zona de obturación del cierre mecánico sonsuperficies planas exactamente rectificadas depoco desgaste (por ejemplo anillos de carburo desilicio o de carbón) presionados uno contra otrocon fuerzas axiales ejercidas por un resorte. Elanillo de obturación (móvil) gira junto con el ejemientras que el contraanillo (fijo) está dispuestode forma estacionaria en la carcasa.

Entre las superficies de deslizamiento se formauna capa delgada de agua que sirve para la lubri-cación y el enfriamiento.

En servicio pueden establecerse distintos tiposde fricción entre las superficies deslizantes: fric-ción combinada, fricción en superficies límite yfricción seca, provocando la fricción seca unadestrucción inmediata de las superficies deobturación. La duración en servicio depende porejemplo de la composición del medio a bombear y de la temperatura.

PrensaestopasMateriales apropiados para empaquetaduras deprensaestopas son por ejemplo los hilos sintéti-cos de alta calidad de por ejemplo Kevlar® oderTwaron®, PTFE, hilos de grafito expandido, hilossintéticos de fibras minerales así como fibrasnaturales como cáñamo, algodón o ramio. Elmaterial para las empaquetaduras puede sumi-nistrarse por metros o en forma de anillos pren-sados, tanto secos como impregnados con sustancias adaptadas a la aplicación concreta. Demateriales suministrados por metros se corta ymoldea en primer lugar un anillo. Este se coloca a

continuación alrededor del eje de bomba y secomprime con ayuda del casquete del pren-saestopas.

-Obturación de ejesComo se ha mencionado anteriormente, la obtu-ración de ejes respecto al ambiente puede con-seguirse con un cierre mecánico o con unaempaquetadura de prensaestopas (opcional-mente en particular en bombas estandarizadas). A continuación se explican más detalladamentelas dos posibilidades de obturación.



Cierre mecánico en una bomba de rotor seco

Recuerde:

Los cierres mecánicos son

piezas de desgaste. Una mar-

cha en seco es inadmisible y

provoca la destrucción de la s

superficies de sellado.

Contraanillo (ob-

turación principal)

Anillo deslizant e (ob-

turación principal)

Fuelle de goma (ob-

turación adicional)

Resorte


29/60



Bombas centrífugas de altapresión

El diseño característico de estas bombas con-siste en su tipo de construcción en forma de eta-pas acopladas con rodetes y cajas individuales.

La capacidad de una bomba depende entre otrosfactores del tamaño de los rodetes. La altura de

presión de las bombas centrífugas de alta pre-sión se consigue mediante la disposición en seriede varios rodetes y coronas de paletas directri-ces. La energía de movimiento se transforma enpresión en parte en el rodete y en parte en lacorona de paletas directrices.

El tipo de construcción con varias etapas facilitala consecución de niveles de presión en bombascentrífugas de alta presión que con el uso debombas de baja presión de una sola etapa nopueden realizarse

Algunas bombas muy grandes de este tipo

tienen hasta 20 etapas. De esta manera se con-siguen alturas de presión de hasta 250 m. Lasbombas centrífugas de alta presión anterior-mente descritas pertenecen casi exclusivamentea la familia de bombas de rotor de seco. Noobstante, actualmente se ha conseguido tam-bién equiparlas con motores de rotor húmedo.

Vista en corte a través de una bomba centrífugade alta presión

Curva característica de una bomba centrífuga dealta presión

Posiciones de montajePosiciones de montajes admisibles• Las bombas en línea están diseñadas para un

montaje directo horizontal o vertical en una tubería.

• Debe estar previsto espacio libre suficientepara el desmontaje del motor, del puente y delrodete.

• Cuando se monta una bomba, la tubería tieneque estar libre de tensiones y, dado el caso, labomba debe estar apoyada sobre sus pies.

Posiciones de montaje no admisibles• No está permitido el montaje con el motor y la

caja de bornes dirigidos hacia abajo.• A partir de una determinada potencia de la

bomba hay que consultar a los fabricantesacerca de la posición horizontal de montaje de

la bomba.

Peculiaridades de bombas monobloque• Las bombas monobloque deben colocarse en

asientos o bancadas apropiados.• No está permitido el montaje con el motor y la

caja de bornes dirigidos hacia abajo. Cualquierotra posición de montaje es posible.

Las posiciones de montaje se pueden consultaren las instrucciones de montaje y de servicio.

Rodetes

Ejemplo de una bomba cen-

trífuga de alta presión con

motor de rotor húmedo

Wilo-Multivert-MVIS 202-21050 Hz

[m 3 /h]

[l/s]0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Q

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

202

203

204

205

206

208

209

207

210

H [ m ]


30/60


31/60Wilo Principios básicos de las bombas 31

El aumento de la presión en la bomba se deno-

mina altura de presión.

Definición de la altura de presiónLa altura de presión H de una bomba es el trabajomecánico útil transmitido por la bomba al líquidobombeado dividido por la fuerza originada por elpeso del líquido bombeado bajo el efecto de laaceleración de la gravedad local.

E = Energía mecánica útil [N o m]G = Fuerza originada por el peso [N]

El aumento de presión generado en la bomba y elcaudal impulsado por la bomba están relaciona-dos entre sí. Esta dependencia se representa enun diagrama como la curva característica de labomba.

En el eje vertical, la ordenada, se muestra laaltura de presión H de la bomba en metros [m]. Esposible emplear otras unidades en los ejes. Seencuentra en vigor la siguiente transformación:

10 m = 1 bar = 100,000 Pa = 100 kPa

El eje horizontal, la abscisa, está dividida enunidades del caudal Q de la bomba en metroscúbicos por hora [m3 /h]. También es posibleemplear otras unidades (por ejemplo l/s).

Del desarrollo de la curva de potencia sedesprende que: La energía eléctrica deaccionamiento se transforma en la bomba enformas de energía hidráulicas que son unaumento de la presión y del flujo (teniendo en

cuenta el rendimiento total). Cuando la bomba trabaja contra una válvula cerrada, se produce lapresión máxima de la bomba. Esto se denominaaltura de presión a caudal cero HO de la bomba.Cuando la válvula se abre paulatinamente, elmedio a bombear empieza a fluir. Una parte de laenergía de accionamiento se transforma enenergía cinética. En este momento ya no es posi-ble mantener la presión inicial. La curva carac-

terística de la bomba tiene una forma descen-dente. Teóricamente se alcanza el punto deintersección de la curva característica de labomba con la abscisa cuando el agua sólo con-

tiene energía cinética y ya no se establece unapresión. Debido a que un sistema de tuberías

tiene siempre una resistencia interna, las curvascaracterísticas reales de las bombas terminanantes de llegar a la abscisa.

Curvas característicasCurvas características de las bombas

Flow rate Q [m3 /h]

Pump curve

Theoretical run

Zero-delivery head H0


E

GH = [m]

Distintas variaciones del cau-

dal suministrado y de la pre-

sión

Flow rate Q [m3 /h]

flat (e.g. 1450 1/min)

steep (e.g. 2900 1/min)

H0

H0

D e l i v

e r y h e a d H [ m ]

Flow rate Q [m3 /h]

p

H0

H0


Inclinaciones distintas, por

ejemplo en función de la

velocidad del motor con la

misma carcasa de bomba y el

mismo rodete.

En función de la inclinación y la variación delpunto de trabajo de la bomba se obtienen distin-

tas variaciones del caudal suministrado y de lapresión:

• Curva característica poco inclinada– Mayor variación del caudal suministrado, peropoca variación de la presión.

• Curva característica muy inclinada– Menor variación del caudal suministrado, pero

gran variación de la presión.

Curva característica de una bomba

Formas de las curvas características de lasbombasEn la siguiente figura se muestra la inclinacióndiferente de curvas características de una bombapor ejemplo en función de la velocidad del motor.

Caudal

Caudal

Caudal




Altura de presión de caudal cero H0

Curva de la bomba

muy pronunciada (por ejemplo 2.900 rpm)

poco pronunciada (por ejemplo 1.450 rpm)

Desarrollo teórico


32/60

C U R VA S C A R A C T E R Í S T I C A S


La resistencia interna por fricción de las tuberíasorigina una caída de presión del fluido trans-portado conforme a la longitud total de la

tubería. La caída de presión depende además dela temperatura del fluido y de su viscosidad, de la

velocidad de flujo, de las válvulas, de los equipos y de la resistencia por fricción en las tuberías enfunción del diámetro, la longitud y la rugosidadinterna de los tubos. Esta caída de la presión serepresenta en forma de una curva característicade la instalación. Se emplea el mismo diagramaque para la curva característica de la bomba.

La curva característica muestra las siguientesrelaciones :

Curva característica de la instalación

Q [m3 /h]

H1

Q1

H2

Q2

H [ m ]

0 3 41 2

40

50

60

70

80

30

20

10

0

La causa de la resistencia por fricción en las tuberías es la fricción del agua en las paredes, lafricción interna entre las gotas de agua y lasdesviaciones en las partes curvadas de la insta-lación. Con una variación del caudal sumi-

nistrado, por ejemplo mediante apertura o cierrede las válvulas termostáticas, varía también la

velocidad de flujo del agua y de esta manera laresistencia por fricción en los tubos. Con unasección transversal de los tubos constante, laresistencia varía en función del cuadrado de la

velocidad de flujo. En el dibujo se obtiene por lo tanto una parábola.Matemáticamente se obtiene la siguienteecuación:

ResultadoCuando el caudal suministrado en la red de

tuberías se reduce a la mitad, la altura de presióndesciende a un cuarto de su valor inicial. Unaduplicación del caudal suministrado tiene comoconsecuencia un aumento de la altura de presiónal cuádruple de su valor inicial.

Como ejemplo debe servir la salida de agua de ungrifo. Con una presión previa de 2 bar, lo que co-

rresponde a una altura de presión de la bomba deaproximadamente 20 metros, sale de un grifo DN1/2 un caudal de 2 m3 /h. Para duplicar el caudalsuministrado es preciso aumentar la presión pre-

via de 2 bar a 8 bar.

Curva característica de la instalación

Salida de agua de un grifo con diferentes pre-siones previas

Inlet pressure 2 bar

Discharge 2 m 3 /h

½"

2 m3

½"

4 m3

Inlet pressure 8 bar

Discharge 4 m 3 /h

H1 2

H2Q1

Q2=

Presión previa 2 bar

Caudal de salida 2 m 3 /h

Presión previa 8 bar

Caudal de salida 4 m 3 /h



C U R VA S C A R A C T E R Í S T I C A S

El punto de trabajo resultante

Punto de trabajo

El punto de intersección de la curva caracterís- tica de la bomba y de la curva característica de lainstalación es el punto de trabajo actual de lainstalación de calefacción o de suministro deagua.

Es decir, en este punto existe un equilibrio entrela potencia suministrada por la bomba y lapotencia consumida por la red de tuberías. Laaltura de presión de la bomba está siempredeterminada por la resistencia al flujo de la insta-lación. De este punto de trabajo se obtiene elcaudal que la bomba puede suministrar a la red.

En lo anteriormente expuesto hay que tener encuenta que el caudal suministrado no debe quedarpor debajo de un determinado valor mínimo. Encaso contrario se produciría un sobrecalen-

tamiento en el interior de la bomba que puededañarla. Se deben observar las informaciones delfabricante. Un punto de trabajo fuera de la zonaadmisible de la curva característica de la bombaprovoca daños en el motor.

Debido a la variación continua de los caudales enfuncionamiento varía también el punto de trabajo.El proyectista debe encontrar un punto de trabajoque permita un dimensionado teniendo en cuentalos requisitos máximos. Las bombas circuladorasen instalaciones de calefacción se dimensionanconforme a la demanda de calor del edificio, en los

grupos de presión debe tenerse en cuenta el cau-dal máximo que resulta de todos los puntos de toma.

Todos los otros puntos de servicio que puedanestablecerse en el servicio práctico se encuen-

tran a la izquierda de este punto de trabajoempleado para el dimensionado.

Las dos figuras de la derecha muestran que la variación del punto de trabajo se obtiene de la variación de la resistencia al flujo.

Con un desplazamiento del punto de trabajo endirección a la izquierda del punto de dimensio-nado aumenta necesariamente la altura de pre-sión de la bomba. Este aumento de la presiónorigina ruidos en las válvulas.

La adaptación de la altura de presión y del caudalsuministrado a la demanda se lleva a cabo me-diante el montaje de bombas reguladas. Estopermite reducir al mismo tiempo los gastos deservicio.

Flow rate Q [m3 /h]

Pump curve

both thermostatic valvesare open

System curve

Intersection point = Duty point


Flow rate Q [m3 /h]

Pump curve

only one thermostatic valveis open

new System curve(steeper)


Intersection point =new duty point



Caudal

Caudal

Curva característica de la bomba

CaudalCurva característicade la instalación

Punto de inter- sección = puntode trabajo

Curva característica de la bomba

Punto de intersec-ción = Nuevo puntode trabajo

Nueva curva del sistema

Ambas válvulas termostáticas abiertas

Sólo una válvula termostática abier ta


34/60



Variaciones de las condicionesmeteorológicas

En la parte sombreada en la representación a laderecha se puede observar que para compensar la

variación de la temperatura exterior durante lasdistintas estaciones se requiere una energía decalefacción que varía considerablemente.

Cuando la energía de calefacción era barata(madera, carbón y al principio también gasóleo),no importaba cuanta energía se derrochaba. En uncaso extremo se abrían las ventanas. Este método

es un mal ejemplo de una regulación de dos posi-ciones: ventana abierta y ventana cerrada.

Con la primera crisis de los precios del petróleo enel año 1973 aprendimos la necesidad de ahorrarenergía. En la actualidad, los edificios disponennaturalmente de un buen aislamiento térmico. Lasprescripciones legales se han adaptado continua-mente a los progresos de la tecnología de laconstrucción.

Naturalmente, el progreso en el desarrollo de lossistemas de calefacción no ha quedado atrás. En

primer lugar se introdujeron las válvulas ter-mostáticas para poder adaptar la temperaturainterior a las necesidades de las personas.

El área sombreada debe

llenarse con energía calorífica

Véase el capítulo "Punto de

trabajo" en la página 33

La estrangulación del caudal de agua de calefac-ción aumentó la presión de las bombas con

velocidad fija (a lo largo de la curva característica

de la bomba) originando ruidos en las válvulas.Como remedio se inventó y se montó la válvulade rebose para reducir esta sobrepresión.

Jul JulOct Nov Dec Jan Aug Sep Feb Mar Apr May Jun

25

20

15

10

5

0

-5

-10

-15

Month

O u t s i d e t e m p e r a t u r e [ C ° ]

Adaptación de las bombas a lademanda de calorDebido a nuestra situación geográfica tenemos cuatro estaciones bien diferencia-

das con unas variaciones considerables de las temperaturas exteriores. De las temperaturas de verano que oscilan entre los 20ºC hasta los 40ºC cae la temperatura en invierno a menos de 15 ó 20ºC. Estas variaciones no se pueden producir enlas temperaturas interiores de las viviendas. Al principio, las cuevas se calentabancon el fuego. Mucho más tarde se desarrollaron los sistemas de calefacción comose han descrito en la primera parte de este documento.

Temperatura exterior en función de la estación

T e m p e r a t u r a e x t e r i o r

Mes


36/60

A D A P TA C I Ó N D E L A S B O M B A S A L A D E M A N D A D E C A L O R


Bomba con rotor tipo húmedo

Wilo-TOP-S con tres veloci-

dades conmutables

Conmutación de la velocidad dela bomba

Para poder variar la velocidad de los motores,estos se componen en su interior de variospaquetes de bobinas. Cuando una menor canti-dad de agua fluye por la tubería de calefacción,

también existe menos pérdida de carga, por loque la bomba puede trabajar con una menoraltura de presión. Al mismo tiempo se reduceconsiderablemente la potencia absorbida por elmotor.

Actualmente existen numerosos equipos deregulación para conmutar las velocidades enbombas circuladoras para calefacción. La bombacirculadora puede reaccionar de esta manera deforma directa a la regulación de la temperaturaambiente. Por lo tanto es posible prescindir de la

válvula de rebose. Los equipos de regulación varían automáticamente la velocidad en función :• del tiempo• de la temperatura del agua• de la presión diferencial• y de otras variables específicas de la instalación

0 1 2 3 4 5

0 10 20 30 40 50 60 70

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Q

[lgpm]

600

500

400

300

200

100

0

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

[l/s]

m a x.

Wilo-TOP-S 40/10

3 ~ 400 V - DN 40

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

v

[m/s]

m a x . ( 1

)

( 2 ) m i n . ( 3

)

m in.

[m3 /h]

[m3 /h]

P 1

[ W ]

H [ m ]

Curva característica Wilo-TOP-S

Regulación continua de la velocidad

En los años 80 se consiguió la adaptación continua de bombas de alta potencia con rotores tipo seco a la demanda de calor. Para la regu-lación se emplearon convertidores de frecuencia

electrónicos.

Para explicar esta técnica nos referimos a la fre-cuencia conocida de la red eléctrica de 50 Hz. Esdecir, la corriente cambia 50 veces por segundoentre una polaridad positiva y una polaridad ne-gativa. El rotor del motor de la bomba se muevecon la velocidad que corresponde a esta frecuen-cia.

Con ayuda de componentes electrónicos esposible hacer la frecuencia de la corriente máslenta o más rápida, es decir, regular la frecuencia

de forma continua por ejemplo entre 100 Hz y 0Hz.

No obstante, por motivos prácticos no se reducela frecuencia en instalaciones de calefacción a

valores inferiores a 20 Hz, es decir, a menos de un40% de la velocidad nominal. Debido a que lapotencia de calefacción máxima está dimensio-nada para los días más fríos, sólo en casos parti-culares va a ser necesario usar los motores con lafrecuencia máxima.

Los fabricantes ofrecen bombas de rotor húmedocon velocidades de giro manualmente conmuta-bles. Tal como se ha descrito en las seccionesanteriores, el caudal suministrado disminuye en

función de la velocidad de giro para adaptarlo alpaso permitido del fluido portador de calor porlas válvulas termostáticas y las válvulas de regu-lación. La bomba de circulación puede reaccionarde esta manera de forma directa a la regulaciónde la temperatura ambiente.


37/60


Mientras que hace 20 años se necesitaron paraeste fin unidades de transformación muygrandes, desde entonces se ha conseguidoreducir el tamaño de los convertidores de fre-cuencia que pueden funcionar montados en las

cajas de conexión instaladas directamente en lasbombas como por ejemplo en la Wilo-Stratos.

Una regulación integrada continua de la veloci-dad en función de la presión diferencial garantizaque la altura de presión seleccionada se man-

tenga constante, independientemente del cau-dal que debe suministrarse en función de lascondiciones meteorológicas y de servicio.

Desde el año 2001 se vienen introduciendonovedades en la técnica de motores de rotorhúmedo. La generación más moderna de bom-

bas, llamadas también bombas de alta eficiencia, tiene la ventaja de conseguir ahorros conside-rables de energía eléctrica y un excelenterendimiento gracias a la tecnología ECM(motores con conmutación electrónica, tambiénllamados motores de imanes permanentes).

Campo de curvas características de una Wilo-Stratos

Regulación continua de la

velocidad de una bomba Wilo-

Stratos de al ta eficiencia

Véase el capítulo " Bombas con

rotor tipo húmedo" en la

página 25

p

- c

m a x .

[m3 /h]0 2 4 6 8 10 120

2

4

6

8

10

0,50 1 1,5 2,52

v

[m/s]

Wilo-Stratos 32/1-12 1 ~ 230 V - DN 32

mi n.

3 3,5 4

H [ m ]

Tipos de regulación

Las bombas con regulación electrónica actual-mente disponibles en el mercado permiten laconfiguración de distintos modos de servicio yregulación.

En bombas pequeñas se consiguió estaadaptación continua de la velocidad a partir de1988, pero con otra tecnología electrónica. El

tipo de equipos electrónicos empleados, el control del ángulo de fase, es comparable a los regu-ladores de luminosidad en el área de iluminación.


Se diferencia entre tipos de regulación realizadospor la bomba misma y modos de servicio en loscuales la bomba se controla con comandosexternos y se ajusta un determinado punto de

trabajo.

Como resumen se mencionan los modos de reg-ulación y de servicio más frecuentes. Connumerosos equipos de control y regulación adi-cionales se puede procesar y transmitir una grancantidad de otros datos.


38/60



Presión diferencial

variable: ³ p-v


constante/variable: ³ p-cv

Flow rate Q [m3 /h]

p-c

nmax

ncontrolHsetpoint

½ Hsetpoint

Hsetpoint-min

D e l i v e r y h

e a d H [ m ]

Flow rate Q [m3 /h]

p-cv

nmax

Hmin

100 %

75 %

D e l i v e r y h e a d

H [ m ]

Flow rate Q [m3 /h]

Hmax

Hmin

Tmax TmedTmin QmaxQmin

Hvar.

pos. direction

neg. direction


Se puede elegir entre los siguientes tipos deregulación:

³ p-c – Presión diferencial constanteEl equipo electrónico mantiene constante la pre-

sión diferencial en toda la gama de caudalesadmisibles hasta la curva característica máximagenerada por la bomba en el valor nominal HS.

³ p-v – Presión diferencial variableEl equipo electrónico varía el valor nominal de lapresión diferencial que debe conseguirse con labomba por ejemplo entre HS y 1/2 HS. El valornominal H de la presión diferencial varía en fun-ción del caudal suministrado Q.

³ p-cv – Presión diferencial constante/variableEn este tipo de regulación, el equipo electrónicomantiene la presión diferencial generada por labomba constante en el valor nominal ajustado Hhasta un determinado caudal suministrado (HS =100%). Cuando el caudal suministrado desciendeaún más, el equipo electrónico varía la presióndiferencial a generar mediante la bomba deforma lineal por ejemplo entre HS = 100% y HS =75%.

³ p-T – Regulación de la presión diferencial con- trolada por la temperaturaEl equipo electrónico varía en este tipo de regu-lación el valor nominal de la presión diferencialen función de la temperatura medida del fluido.

Esta función de regulación permite dos tipos deajuste:• Regulación con sentido de actuación positivo(aumento).Con el aumento de la temperatura del fluido

transportado aumenta el valor nominal de la pre-

sión diferencial de forma lineal entre Hmín y Hmáx.Este tipo de ajuste se aplica por ejemplo encalderas estándar con temperatura variable en la

tubería de salida.• Regulación con sentido de actuación negativo(descenso).

Con el aumento de la temperatura del medio transportado se reduce el valor nominal de lapresión diferencial de forma lineal entre Hmáx yHmín. Este tipo de regulación se aplica por ejem-plo en calderas de condensación en las que debemantenerse una determinada temperatura míni-ma en la tubería de retorno para conseguir unaprovechamiento máximo del calor generado porel medio de calefacción. Esto requiere el montajede la bomba en la tubería de retorno de la insta-lación.

Curvas características para los distintos tipos de regulación

Temperatura-dependiente

control de presión diferencial:

³ p-T, dependiendo de loscambios en el caudal

Flow rate Q [m3 /h]

p-c

nmax

ncontrol

Hsetpoint

Hsetpoint-min

D e l i v e r

y h e a d H [ m ]


constante: ³ p-c Caudal

Caudal

Caudal





Caudal


39/60


40/60


41/60

Cuando es preciso montar una nueva bomba decirculación en un sistema de calefacción, su

tamaño se determina en base al caudal sumi-nistrado según la siguiente ecuación:

QPU = Caudal suministrado por la bomba en elpunto de dimensionado en [m3 /h]

QN = Demanda de potencia calorífica de lasuperficie a calentar en [kW]

1.163 = Capacidad calorífica específica en[Wh/kgK]

= Diferencia de dimensionado entre la tem-peratura en la salida y en el retornomedida en [K], se puede presuponer unadiferencia de 10 - 20 K para instalacionesestándar.


Dimensionado aproximado de las bom-bas para instalaciones de calefacciónestándarEl caudal que debe suministrar una bomba de calefacción depende de la demanda decalor del edificio a calentar. La altura de presión está determinada por las pérdidas decarga existentes en las tuberías. Es fácil calcular estas magnitudes con un programade ordenador antes de realizar una nueva instalación de calefacción. Estos programas

tienen actualmente una elevada calidad. Los cálculos son más difíciles cuando se tratade la modificación de instalaciones de calefacción ya existentes. Para determinar lacapacidad requerida de las bombas pueden emplearse diversos métodos de cálculoaproximado.

Caudal suministrado por lasbombas

QN

1,163 • QPU = [m3 /h]

La bomba debe superar todas las pérdidas en lared de tuberías para poder transportar el fluido a

todos los puntos previstos. Debido a que es muydifícil determinar el trazado y los diámetrosnominales en las tuberías instaladas, estaecuación es válida para un cálculo aproximado dela altura de presión:

R =caídas de presión por fricción en un tuborecto [Pa/m]. Se puede presuponer un valor entre50 Pa/m y 150 Pa/m en instalaciones estándar(depende de

wilo - bombas centrifugas

Documents