El cálculo se va ha realizar para un grupo hidroneumático de presión, ya que serán estos los que principalmente se utilizarán en las instalaciones de abastecimiento de agua.
El grupo hidroneumático viene definido principalmente por:
1. Capacidad del depósito de reserva o de regulación auxiliar.
2. La altura manométrica de la bomba y potencia de la misma.
3. Volumen del depósito de presión.
1. CAPACIDAD DEL DEPÓSITO DE RESERVA O DE REGULACIÓN AUXILIAR
El volumen del depósito se calculará en función del tiempo previsto de utilización, aplicando la siguiente expresión:
V = Q . t . 60 (litros)
Siendo:
V : el volumen del depósito en litros;
Q : el caudal máximo simultáneo (dm3/s);
t : el tiempo estimado (de 15 a 20 minutos).
(La estimación de la capacidad de agua, también se podrá realizar con los criterios de la norma UNE 100030:1994.)
Hasta ahora la estimación del depósito de reserva se realizaba considerando el volumen en litros, que correspondía a un periodo de media a una hora con un caudal punta. Pero en algunos casos podría llegar a ser exagerado, ya que para un caudal de 100 l/min, tendríamos un depósito de 6000 l, el cual no es muy adecuado para espacios restringidos, sin embargo considerando 15 min tendríamos un depósito de 1500 l, el cual es más adecuado. El problema se encuentra en el caso de que los cortes de la red sean muy prolongados y continuos.
Hay que tener en cuenta que el depósito de reserva se colocará en la instalación, aunque no sea necesario un equipo de elevación, ya que garantiza como se apuntaba antes la continuidad del servicio.
Principalmente estos depósitos están realizados con resinas de fibra de vidrio o materiales plásticos, los cuales dan gran diversidad y pocos problemas constructivos.
2. CÁLCULO Y ELECCIÓN DE LAS BOMBAS
De forma indicativa se va a ver en el siguiente esquema los tipos de bombas que pueden existir aunque en nuestro caso no vamos a profundizar en ello.
El cálculo de las bombas se hará en función del caudal y de las presiones de arranque y parada de la bomba o las bombas (mínima y máxima respectivamente). Si se instalan bombas de caudal variable, la presión será en función del caudal solicitado en cada momento y siempre constante.
Siempre se van a instalar como mínimo dos bombas en paralelo, y funcionando alternativamente, ya que así se asegurará el abastecimiento de la instalación además de mejorar el mantenimiento de la misma, ya que no será una única bomba la que sufrirá continuamente las paradas y arranques bruscos. En estos casos no sería necesario colocar además, un bomba de reserva.
El número de bombas a instalar en el caso de un grupo de tipo convencional, excluyendo las de reserva, se determinará en función del caudal total del grupo; por tanto se dispondrán de:
dos bombas para caudales de hasta 10 dm3/s,
tres para caudales de hasta 30 dm3/s, y
cuatro para más de 30 dm3/s.
CAUDAL:
El caudal de las bombas será el máximo simultáneo de la instalación o caudal punta y vendrá fijado por el uso y necesidades de la instalación.
PRESIONES:
La presión mínima o de arranque (Pb), será el resultado de sumar la altura geométrica de aspiración (Ha), la altura geométrica (Hg), la pérdida de carga del circuito (Pc) y la presión residual en el grifo, llave o fluxor (Pr). Normalmente no existe una altura geométrica de aspiración pues la bomba u el tanque de regulación se encuentran en el mismo plano pero si el depósito de encontrará por debajo o por encima de la bomba se debe tener en cuenta esa alura de aspiración; resumiendo se puede decir que la Pmin será:
Pmin = Pb>=1.20H + Pr
La pérdida de carga del circuito (Pc) se puede aproximar al 20% de la altura geométrica de la instalación, esto siempre como aproximación.
Para la presión máxima (Pa), se adoptará un valor que limite el número de arranques y paradas del grupo de forma que se prolongue lo más posible la vida útil del mismo. Este valor estará comprendido entre 2 y 3 bar por encima del valor de la presión mínima.
POTENCIA:
La potencia de la bomba, será la que se precise para la altura manométrica máxima obteniéndose por la fórmula:
P = Q. Hm / (60. η. 75) C.V.
Siendo:
P = potencia en C.V.
Q = caudal en l/min
Hm = presión máxima m.c.a.
η = rendimiento.
Este valor teórico, se suele ajustar al valor comercial inmediato que suponga un 20% mayor, para imprevistos y sobrecargas en línea.
La elección de la bomba mas adecuada para cada elevación, esta en función de su curva característica, debe de proporcionar el caudal deseado y con un consumo mínimo de energía (rendimiento optimo). La curva característica de la bomba nos indica su rendimiento óptimo; máxima efectividad y menor consumo de energía.
La curva de rendimiento parte de cero (caudal nulo), y va aumentando hasta alcanzar un valor que corresponde al caudal nominal de la bomba, disminuyendo para caudales superiores.
Curva característica de bomba.
La curva caudal-altura manométrica, parte de la altura Ho, que supone para el caudal nulo (cero), teniendo una zona (Ho -Hm Hi), en la cual, a cada altura, le corresponde dos caudales siendo la zona de inestabilidad de la bomba. El punto óptimo, es el que se corresponde con el rendimiento más alto (punto A), si bien, este punto no siempre corresponde con nuestra necesidad, existiendo una zona de rendimiento admisible y que proporciona unos limites mínimos y máximos de los valores de caudal y altura manométrica.
La mejor bomba deberá tener una curva sensiblemente plana, donde la presión inicial se diferencie poco de la altura máxima de forma que la zona de turbulencia sea reducida.
Por lo general, los fabricantes de bombas, representan la gama de fabricación de sus modelos, por medio de una serie de cuadriláteros curvilíneos, en los que se indica el tipo de bomba, eligiendo la que más se ajuste a cada instalación, ya que la superficie limitada por cada curva superior e inferior, materializa la zona en que se puede variar la velocidad, sin que el rendimiento de la bomba se resienta.
Curva característica de diferentes bombas comerciales.
3. CAPACIDAD DEL TANQUE DE PRESIÓN
Se obtiene al igual que la bomba en función del número de ciclos por hora de bombeo; que normalmente se fijarán entre 4 y 6 ciclos; y de las presiones máxima y mínima de la red.
Tanque de presión.
El cálculo del volumen de un tanque de presión con membrana se realizará teniendo en cuenta la fórmula siguiente:
Vn = Pb x (Va / Pa) litros
Siendo:
Vn es el volumen útil del depósito de membrana;
Pb es la presión absoluta mínima;
Va es el volumen mínimo de agua;
Pa es la presión absoluta máxima
Existen otra muchas formas de cálculo; tanto si el tanque tiene un compresor como sino; así como realizando el cálculo de una manera aproximada como exacta.
A continuación se puede ver una hoja de un catálogo en la cual se aprecia la diferencia entre los tanques de presión con membrana de los que no la tienen, así como las características de los grupos de electrobombas.
Trazado de la instalación con grupo de sobrepresión con contador único.
Trazado de la instalación con grupo de sobrepresión con contadores divisionarios.
Situación del equipo
El grupo de presión se instalará en un local de uso exclusivo que podrá albergar también el sistema de tratamiento de agua. Las dimensiones de dicho local serán suficientes para realizar las operaciones de mantenimiento.
Gemma Vázquez Arenas
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