Pgina 1 de 6

METODOLOGA PARA CALCULAR EQUIPOS DE ELEVACIN DE AGUA

El clculo de cualquier sistema de elevacin de agua se basa en el conocimiento del caudal requerido por el consumo y de la presin de trabajo. Ambos parmetros son determinantes en la eleccin de la motobomba adecuada. En los equipos con estanques a presin, a partir de la motobomba elegida se determina el volumen de agua (Vr) que el estanque hidroneumtico debe acumular entre las presiones de conexin o partida (Pa) y de desconexin o parada (Pb) para servir el consumo durante el tiempo de detencin de la motobomba. Se hace presente que no es parte de la filosofa de los sistemas almacenar la mayor cantidad de agua posible, con el objeto de que el tiempo de uso de los equipos de bombeo sea mnimo, sino permitir intervalos de tiempo acordes con la especificacin del fabricante del motor entre dos partidas sucesivas de los equipos. Clculo del consumo En una instalacin domiciliaria, el consumo que deben suministrar los equipos de bombeo es el correspondiente al denominado Mximo Probable, derivado del uso simultneo de los artefactos de la instalacin abastecida por el sistema de elevacin. Para el clculo del consumo mximo probable (QMP) de una instalacin se utilizan los procedimientos y normas establecidos en el RIDAA y/o NCh2485, a partir del consumo instalado o posible (QI) de cada artefacto sanitario. El QMP debe ser igual o menor que el caudal de bombeo Qa. Clculo de la presin de trabajo El clculo de la presin de trabajo para el sistema de elevacin de agua se obtiene sumando las siguientes alturas o presiones: 1) Diferencia de cotas en metros, entre el eje de la bomba y el nivel donde est ubicado el consumo de mayor altura geodsica. 2) Prdidas totales por friccin y singularidades, medida en metros de columna de agua (m.c.a.), producida en los ductos y fittings, que van desde los equipos de elevacin hasta el artefacto ms desfavorable desde el punto de vista de la prdida de carga. 3) Prdida de carga en medidor o remarcador de agua, si lo hay. 4) Presin til o disponible en el artefacto sanitario ms desfavorable: debe ser como mnimo 7 m.c.a., (NCh2485), en instalaciones alimentadas mediante sistemas de elevacin mecnica. El resultado debe ser igual o menor que la presin Pa del sistema de elevacin. Eleccin de la motobomba Como criterio bsico de diseo, se recomienda descomponer el caudal total requerido (QMP), de modo tal que sea obtenido utilizando dos, tres o ms motobombas de iguales caractersticas, instaladas en paralelo, donde la potencia de cada equipo no supere los 3HP.

Pgina 2 de 6

Tambin puede utilizarse el criterio establecido en la NCh2794, artculo 5.3.5, donde el nmero de bombas de la instalacin se puede determinar en funcin del caudal de diseo (QMP), segn la siguiente tabla:

Nmero mnimo de bombas, en funcin del caudal de diseo (QMP) QMP o Qdiseo

L/min Nmero mnimo de bombas

(excluida la de reserva)

0 - 180 181 - 600

601 - 1.800 ms de 1.800

1 2 3 4

Estas consideraciones se basan en que la mayor frecuencia de demandas de agua en la red domiciliaria se verifica para rangos pequeos de caudales, llegndose al mximo probable slo en contadas ocasiones, por lo que no es eficiente disear, por ejemplo, una sola motobomba para entregar todo el caudal, si la mayor parte del tiempo va a estar encendindose y apagndose para entregar la mitad o menos del caudal de su capacidad. En el caso de utilizarse bombas de velocidad variable, no es de aplicacin la exigencia anterior, pero siempre se debe considerar una bomba de reserva. Cuando la presin requerida es mayor que la que puede entregar una motobomba, deben emplearse tantos equipos de equivalentes capacidades como sean necesarios para dar la altura total, instalndolas en serie. Este montaje permite sumar las capacidades de elevacin de cada uno de los equipos. La motobomba seleccionada deber entregar un caudal Qa a la presin Pa requerida por el clculo precedente de presin y caudal. Si el caudal Qa de la bomba es inferior al QMP, deber agregarse tantas bombas del mismo tipo como fuesen necesarias (instaladas en paralelo) hasta que el Qbombeo total de stas, a Pa, sea mayor o igual que el QMP. La dotacin de motobombas se completa con una ltima de idnticas caractersticas a las anteriores, la que queda de reserva para el caso de fallar cualquiera de las que estn en funcionamiento. Esto ltimo es, adems, un requerimiento de las normas vigentes. Para todos los sistemas de elevacin de agua con estanques hidroneumticos de presin debern elegirse motobombas que, adems de la presin requerida (Pa), puedan dar el diferencial de presiones para alcanzar la presin de corte (Pb). El diferencial de presiones oscila entre 6 y 12 m.c.a. usndose siempre que el clculo no haga aconsejable otra cosa, un diferencial de 10 m.c.a. Determinado el valor de Pb, (como Pa + 10 mca), en la curva caracterstica de la motobomba se determina el valor de caudal, Qb, que es capaz de entregar para este valor de presin. En todo sistema de elevacin, cada bomba est comandada por un presstato, exceptuando la de reserva. El presstato es un interruptor elctrico actuado por presin. En los sistemas de estanque elevado, la funcin del presstato la asume el interruptor de nivel. En los sistemas multibombas la regulacin de los presstatos (o de los interruptores de nivel) se dispone en forma escalonada siendo el presstato regulado con el rango de presin mayor el que comanda la bomba n1, y as sucesivamente. La diferencia de rango de los presstatos se regula con 1 m.c.a. aproximadamente entre ellos. De este modo las bombas parten o se detienen segn lo exijan las variaciones del consumo. Con el objeto de tener un desgaste parejo de las bombas, el tablero de comando incluye un sistema de alternacin de secuencia, operado en forma manual o automtica. Este sistema debe

Pgina 3 de 6

ser capaz de asociar cualquier motobomba con cualquier presstato, e incluso permitir dejar como bomba de reserva a cualquiera de ellas. Ejemplo de eleccin de motobomba: Se debe suministrar a un edificio residencial, un caudal mximo probable de 300 (lt/min), a una altura manomtrica de 35 (mca). De lo anterior, inmediatamente debe considerarse que el caudal mximo probable se alcanzar slo eventualmente, por lo que se dividir la demanda en dos motobombas, es decir, el equipo que se elija deber suministrar, a lo menos, 150 (lt/min) a una altura de, a lo menos, 35 (mca). Con estos datos, elegimos desde un catlogo de equipos de bombeo, aquellos modelos que operen en el rango requerido, como por ejemplo esta serie, que cubre caudales desde los 50 a los 250 (lt/min) y alturas de elevacin entre los 20 y los 60 (mca), donde cada curva (denominada curva caracterstica de la bomba) representa un equipo motobomba:

Para encontrar la ms adecuada, como as tambin, determinar las caractersticas de caudales y presin que nos permitan calcular el estanque hidroneumtico, trazamos una lnea sobre la grfica a la altura de la presin manomtrica requerida, definiendo con ello, Pa, en este caso, igual a 35 (mca). Luego, a dicho Pa, agregamos los 10 (mca) del diferencial requerido para establecer la presin de desconexin, determinando as la lnea de Pb, es decir, 45 (mca). Aqulla curva de motobomba que se vea cortada por estas dos lneas, hacindolo en lo posible ms o menos al centro de su desarrollo, es la ms conveniente; puesto que, adems, dentro de este rango se encuentra el caudal que debe suministrar. En este caso es la CP25/200B.

Pgina 4 de 6

Luego, se debe trazar la lnea que permita determinar el caudal efectivo que entrega la bomba a la presin de Pa, es decir, Qa, que en este caso es de 185 (lt/min), a partir de la interseccin de la lnea de Pa con la curva caracterstica de la motobomba. Asimismo, Qb se determina a partir de la interseccin entre la lnea de Pb con la curva caracterstica de la motobomba elegida, en este caso, Qb=100(lt/min). Clculo del Volumen de Regulacin (Vr) En los sistemas con estanque hidroneumtico, el volumen de regulacin (Vr) es el volumen de agua a presin que debe acumular el estanque con el objeto de imponer una determinada frecuencia de partidas horarias para el consumo ms desfavorable, el que ocurre cuando este consumo se iguala a la mitad del caudal medio (Qm) de la motobomba. El los sistemas multibombas, el Qm y el Vr que se calcula corresponde a la bomba asociada al presstato de rango de presin ms alto, aunque el Vr regula tambin la frecuencia de las motobombas de apoyo. El Vr est en funcin del Qm de la bomba y del tiempo (T) que media entre partida y partida. El volumen de regulacin est dado por la siguiente expresin: Vr = Qm T 4 donde : Qm = Qa + Qb 2 T = frecuencia en minutos (depende de la potencia del motor de la bomba)

RELACIN MNIMA ENTRE T Y LA POTENCIA DEL MOTOR

POTENCIA T POTENCIA T (HP) (min) (HP) (min)

1 - 3 1,2 7,5 - 15 3,0 3 - 5 1,5 15 - 30 4,0

5 - 7,5 2,0 Sobre 30 6,0

Pgina 5 de 6

Clculo del Volumen del Estanque Hidroneumtico (VH) El volumen del estanque Hidroneumtico est en relacin directa con el volumen de regulacin y con la presin de desconexin, y en relacin inversa al diferencial. Las presiones para este clculo deben medirse en atmsferas, correspondiendo una atmsfera a 10 metros de columna de agua. El valor entregado por la operacin debe ser inferior a la capacidad del modelo de serie del estanque Hidroneumtico. VH = Vr (Pb + 1) Pb - Pa Si el estanque Hidroneumtico se ubica sobre el ltimo consumo de un edificio, las presiones actuantes sern menores que si se ubica en una planta baja, resultando el volumen del estanque menor. Sin embargo, la ubicacin del estanque arriba desaprovecha la caracterstica del Hidroneumtico para amortiguar el golpe de ariete que suele producirse el detenerse la motobomba. Ejemplo de clculo del estanque hidroneumtico A partir de los datos obtenidos de la motobomba elegida, calculamos el Vr: Qm = Qa + Qb = (185 + 100)/2 = 142,5 (lt/min) 2 Del catlogo, se indica que el modelo CP25/200B tiene una potencia de 3 (HP), por lo que T=1,5 (entre 1,2 y 1,5 se adopta el mayor como medida de seguridad). Luego, Vr = Qm T = (142,5 1,5)/4 = 53,4 (lt) 4 Entonces, VH = Vr (Pb + 1) = 53,4 (4,5 + 1) = 293,7 (lt), es decir, aproximadamente, 300 (lt) Pb Pa (4,5 3,5) En resumen, se debern instalar tres motobombas modelo CP25/200B, dos en operacin para suministrar la demanda mxima probable, ms una de reserva de iguales caractersticas, operando con un estanque hidroneumtico de 300 (lt).

Pgina 6 de 6

RESUMEN DE ETAPAS DE CLCULO 1.- Clculo del consumo, QMP = Qa 2.- Clculo de la presin de trabajo, Hm = Pa.

3.- Eleccin de la o las Motobombas y seleccin de Pa y Pb.

4.- Determinacin del Qm 5.- Determinacin del T de la Motobomba. segn HP del motor.

6.- Clculo del Volumen de Regulacin Vr

7.- Clculo del Volumen del Estanque Hidroneumtico VH y determinacin del modelo del estanque.

MODELOS DE ESTANQUES HIDRONEUMTICOS (podrn variar segn fabricante) TIPO Volumen PESO MEDIDAS (cm) Conexin

lts Kg a b c d e f g h HE E 50 25 66 50 4 33 6 34 22 15 1" F 150 40 130 100 10 40 6 68 22 28 1"

300 300 115 133 100 10 60 8 50 34 25 1" - 2" 450 450 150 183 150 10 60 8 100 34 25 1" - 2" 600 600 190 235 200 11 65 8 150 34 25 2" 800 800 220 285 250 11 65 8 200 34 25 2"

1000 1000 265 335 300 11 65 8 250 34 25 2" 1300 1300 310 340 300 13 75 8 250 40 25 2" - 3 1600 1600 350 390 350 13 75 8 300 40 25 2" - 3 2000 2000 410 445 400 15 80 8 350 40 25 2" - 3"

a

b

d

ec c

f

g

h