Bomba Centrifuga.

Principios fundamentales de la tecnología de las bombas centrífugas

ÍNDICE

Principios fundamentales de la tecnología de las bombas

5

Historia de la tecnología de las bombas

7 Suministro de agua Eliminación de aguas residuales Tecnología de calefacción

7 8 9

Sistemas de transporte

12 Sistema abier to de transpor te de agua Sistema cerrado de calefacción

12 13

El agua - nuestro medio de transporte

15 Capacidad calorífica específica Aumento y disminución del volumen Características de ebullición del agua Expansión del agua de calefacción y protección contra sobrepresión Presión Cavitación

Diseño de bombas centrífugas

15 16 17 18 19 19

21 Bombas autoaspirantes y bombas con aspiración normal Función de las bombas centrífugas Rodetes Rendimiento Potencia absorbida de las bombas Bombas de rotor húmedo Bombas de rotor seco Bombas centrífugas de alta presión

Curvas características

21 22 22 23 24 25 27 29

31 Curvas características de las bombas Curvas características de las instalaciones Punto de trabajo

Adaptaciónn de las bombas a la demanda de calor Adaptació Cambios meteorológicos Conmutación de la velocidad de las bombas Regulación continua de la velocidad Tipos de regulación

31 32 33

35 35 36 36 37

Reservado el derecho a modificaciones WILO SE

CONTENT

Dimensionado aproximado de bombas de calefacción estándar Caudal suministrado por la bomba Altura de presión de la bomba Ejemplo de aplicación Consecuencias del dimensionado aproximado de bombas Software de planificación de bombas La hidráulica de principio a fin Ajuste de bombas de circulación con regulación electrónica electrónica Agrupamiento de varias varias bombas

41 41 41 42 43 43 45 45 46

Conclusiones

50

¿Sabía que ...?

51 Historia de la tecnología de las bombas El agua - nuestro medio de transpor te Características de construcción Curvas características Adaptación de bombas a la demanda de calor Dimensionado aproximado de bombas Conexión de varias bombas

51 52 53 54 55 56 57

Unidades legales de medida, extracto para bombas centrífugas

58

Material de información

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Pie de imprenta

63

Wilo Principios básicos de las bombas

Bases de la tecnología de las bombas Las 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. Las bombas tienen un papel importante en el campo de la construcción. Se emplean para diversas funciones. Las bombas más conocidas son las circuladoras para instalaciones de calefacción, por este motivo serán el centro de atención en las siguientes páginas. Se emplean además en las áreas de suministro de agua y de eliminación de aguas re-siduales: • En grupos de presión, usados usados cuando la presión de la red de abastecimiento urbana es insuficiente para la distribución de agua en un edificio; • Bombas circuladoras circuladoras de agua potable potable que garantizan que haya siempre disponible agua caliente y fría en cada grifo; • Bombas de elevación elevación de aguas residuales residuales cuando estas se encuentran debajo del nivel de salida natural; • Bombas en fuentes o acuarios; acuarios; • Bombas para la la extinción de incendios; • Bombas de agua agua fría y de agua agua de refrigeración; • Instalacio Instalaciones nes de aprovechamiento aprovechamiento de agua de lluvia para lavabos, lavadoras, trabajos de limpieza, riego y mucho más; También debe tenerse en cuenta que diferentes medios presentan viscosidades distintas (por ejemplo mezclas de agua con glicol o mezclas con materiales fecales). En los distintos países deben cumplirse las normas y leyes vigentes, por lo que es preciso elegir unas determinadas bombas y tecnologías (por ejemplo protección antideflagrante, reglamento de agua potable).

El contenido de este folleto debe proporcionar unos conocimientos básicos esta tecnología a las personas que se encuentran en procesos de formación. Con frases explicativas sencillas, dibujos y ejemplos se pretende transmitir unos conocimientos básicos para la práctica. La selección y aplicación correcta de las bombas debe convertirse de esta manera en un tema habitual y cotidiano. El capítulo titulado ¿Sabías que...? permite al lector comprobar si ha asimilado correctamente la materia explicada mediante preguntas con posibles respuestas correctas y falsas. Como opción adicional para profundizar en la materia, hemos incluido una selección de material informativo que sirve como ampliación para los temas tratados en el presente "Abecedario" de las bombas. En dicha selección encontrará material para sus estudios individuales y nuestro programa de seminarios de formación prácticos.


Véase el capítulo "Material de información" en la página 59

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Historia de la tecnología de las bombas Representación del mecanismo de bombeo con tubos de Jacob Leupold Leupo ld Pensando en las bombas y en su historia, sucede que las personas buscaban ya en épocas remotas medios técnicos para elevar líquidos, en particular el agua, a niveles más altos. El agua servía tanto para el riego de los campos como para llenar los fosos de protección alrededor de ciudades fortificadas y castillos. La herramienta más sencilla para elevar agua era la mano del hombre. Nuestros antepasados prehistóricos tuvieron muy pronto la idea de moldear cuencos de arcilla. De esta manera dieron el primer paso hacia la invención del cántaro. Varios de estos cántaros se colgaron de una cadena o se fijaron en una rueda. Hombres o animales aplicaron sus fuerzas para poner en movimiento estos mecanismos para elevar agua. Los hallazgos arqueológicos demuestran la existencia de mecanismos de cangilones tanto en Egipto como en China alrededor de 1.000 años a.C. En el siguiente dibujo se muestra una reconstrucción gráfica de una rueda china de cangilones. Se trata de una rueda con cuencos de arcilla fijados en esta que vertían el agua en el punto más alto de la rueda. r ueda. En el año 1724, Jacob Leupold (1674 - 1727) diseñó una ingeniosa mejora, montó unos tubos

tornillo de Arquímedes que lleva su nombre. Por el giro de una espiral se eleva el agua en un tubo. No obstante, siempre refluía cierta cantidad de agua, ya que no se conocían buenos medios de obturación. De esta manera se observó una relación entre la inclinación del tornillo y el caudal de agua bombeada. Fue posible elegir en funcionamiento entre un mayor caudal y una mayor altura de presión. Cuanto más empinada la posición del tornillo, tanto mayor m ayor era la altura altu ra a la que se podía podí a elevar ele var el agua a medida que el caudal dismi-nuía.De nuevo nos sorprende la similitud del fun-

Representación del tornillo de Arquímedes Accionamiento

Representación de una rueda china de cangilones Tornillo

Se eleva el agua

Dirección de flujo

curvados en una rueda. Al girar la rueda el agua se elevaba forzosamente hasta el eje de la misma. La corriente del río servía al mismo tiempo para par a accionar el mecanismo de d e elevación. Lo que más llama la atención es la forma curvada de los tubos. Tienen una similitud sorprendente con la forma de los rodetes de las bombas cen trífugas actuales. actual es. Arquímedes (287 - 212 a.C.) fue quizás el matemático y científico más importante de la antigüedad y describió alrededor del 250 a.C. el Wilo Principios básicos de las bombas

cionamiento de este mecanismo con el de las bombas centrífugas actuales. La curva caracterís tica de la bomba, que, por supuesto, era un concepto desconocido en aquella época, muestra la misma dependencia entre la altura de presión y el caudal. El estudio de fuentes históricas reveló que estas bombas de tornillo se emplearon con inclinaciones entre 37º y 45º. Se consiguieron alturas de elevación entre 2 m y 6 m y caudales máximos de aproximadamente 10 m3 /h.

Véase el capítulo "Rodetes", página 22

7

HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA DE LAS BOMBAS

Eliminación de aguas residuales Mientras que el suministro de agua ha sido siempre el tema más importante para la supervivencia del hombre, la eliminación efectiva de aguas residuales llegó más tarde, casi demasiado tarde. En todos los lugares donde aparecían asen tamientos, pueblos y ciudades, los desechos, excrementos y aguas residuales ensuciaban los prados, caminos y calles. La consecuencia eran malos olores, enfermedades y plagas. Las aguas se contaminaban y el agua freática se volvía imbebible. Los primeros conductos de aguas residuales se construyeron alrededor del 3.000 al 2.000 a.C. Debajo del palacio de Minos en Cnosos (Creta) se encontraron restos de conductos de mampostería y tubos de terracota que recogían y canalizaban el agua de lluvia y las aguas residuales. Los romanos construyeron en sus ciudades conductos de aguas residuales debajo de las calles, el conducto más grande y más conocido es la Cloaca Máxima de Roma en parte aún bien conservada. Desde allí se conducían las aguas residuales al Tíber (también en Colonia se encuentran restos transitables de conductos subterráneos de la época de los romanos romanos). ).

El primer sistema de canalización y limpieza se realizó en 1856 en Hamburgo. Hasta los años noventa del siglo pasado, en Alemania existían aún numerosos pozos negros que recogían las materias fecales de las casas. Sólo en base a las disposiciones legales y reglamentos regionales se consiguió una conexión obligatoria a las redes públicas de alcantar alcantarillado. illado. Actualmente, casi todas las casas están conec tadas a la red de canalización pública. En los lugares en los que no es posible realizar una conexión directa, se emplean sistemas de ele vación y desagüe por presión. presió n. Las aguas residuales de la industria y de las casas se conducen por redes ampliamente bifurcadas a depósitos colectores, plantas de tratamiento y depósitos de clarificación donde tiene lugar una purificación química o biológica. El agua tratada de esta manera se introduce después de nuevo en el ciclo hidrológico.

Debido a que durante siglos no se lograron progresos en el área de la eliminación de aguas residuales, estas llegaron hasta el siglo XIX de forma no purificada a riachuelos, ríos, lagos y mares. Con el progreso de la industrialización y el crecimiento de las ciudades se hizo imprescindible un tratamiento regulado de las aguas residuales. En estos procesos se emplean las diversas bombas y sistemas de bombas. Como por por ejemplo : •Instalaciones de elevación •Bombas sumergibles •Bombas de pozo (con y sin mecanismos de corte) •Bombas de desagüe •Bombas de recirculación, etc.

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Tecnología de calefacción c alefacción Calefacción con hipocaustos En Alemania se encontraron restos de las llamadas calefacciones con hipocaustos de la época de los romanos. Se trataba de una forma muy antigua de calefacción de suelos. El humo de una hoguera se conducía a través de huecos por debajo de los suelos calentando estos. El humo se evacuaba a través de un conducto de calefacción en una pared. En los siglos posteriores, particularmente en castillos y fortalezas, las chimeneas, que cubrían las hogueras no se construían de forma comple tamente vertical. Los gases calientes se conducían alrededor de las habitaciones, lo que representaba una primera forma de sistemas de calefacción central. También se encontraron sis temas con separación mediante cámaras de mampostería en los sótanos. El fuego calentaba el aire fresco y éste era conducido directamente a las habitaciones.

Representación de una calefacción con hipocaustos de la época romana Conducto de calefacción en la pared Pared interior

Pared exterior

Suelo

Sótano de calefacción

Cámara de combustión

Pilares Plano inclinado para evacuación de cenizas

Calefacción por vapor Con la propagación de la máquina de vapor en la segunda mitad del siglo XVIII apareció la calefacción por vapor. El vapor no totalmente condensado, procedente de la máquina de vapor, se conducía por intercambiadores de calor en oficinas y viviendas. Otra idea consistió en emplear la energía residual del vapor para poner en marcha una turbina.

Calefacción por circulación natural con caldera, recipiente de expansión y radiador

Calefacción por circulación natural La siguiente etapa de desarrollo fue la calefacción por circulación natural. La experiencia demostró que una temperatura del agua de aproximadamente aproxima damente 90º C era suficiente para conseguir una temperatura ambiente de 20º C, es decir, bastaba con un calentamiento del agua hasta un poco por debajo del punto de ebullición. El agua caliente subía por unos tubos de grandes diámetros. Después de haber perdido parte de su calor, retornaba a la caldera por el efecto de la gravedad.


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La primera bomba de circulación para calefacciones

Esquema de una calefacción con circulación natural

Sólo la invención del primer motor eléctrico encapsulado por el ingeniero alemán Gottlieb Bauknecht facilitó su empleo en un acele-rador de circulación. Su amigo, el ingeniero Wilhelm Opländer, desarrolló un tipo de construcción patentado en 1929.

Alimentación Feed T V V = 90 °C correspondsato G = 9,46 N Corresponde

9,46 N 9,58 N

Return T R = 70 °C Retorno correspondsato G = 9,58 N Corresponde

-Las diferentes fuerzas gravitatorias originan los movimientos ascendentes y descendentes del agua. A principios del siglo pasado ya se estudiaban las posibilidades de montar aceleradores de circulación en las tuberías de calefacción para evitar el lento arranque del sistema. En aquella época, los motores eléctricos no eran apropiados para el accionamiento, ya que funcionaban inducidos con anillos colectores abier tos. En un sistema si stema de calefacción con agua, esto hubiera podido originar graves accidentes.

En un codo se incorporó un rodete en forma de hélice. El accionamiento se llevaba a cabo a través de un eje obturado, accionado mediante un motor eléctrico. En aquella época, este acelerador de circulación no se consideraba como bomba. Esta palabra se introdujo sólo más tarde. Tal como se ha mencionado anteriormente, el concepto de bomba estaba asociado con la ele vación de agua. Estos aceleradores de circulación se cons truyeron aproximadamente hasta 1955 y permi tieron reducir cada vez más la temperatur temperaturaa del agua de calefacción. Actualmente existen numerosos sistemas de calefacción, los más modernos trabajan con temperaturas temperatur as de agua agu a muy bajas. b ajas. Esta técnica de calefacción sería impensable sin el corazón de la instalación de calefacción, es decir, sin la bomba de recirculación.

Primera bomba de recirculación, año de construcción 1929, HP, tipo DN 67/0,25 kW

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HISTORIA DE LA TECNOLOGIA DE LAS BOMBAS

Evolución de los sitemas de calefacción

Calefacción del suelo Calefacción con tubo único Calefacción por radiación en el techo o en la pared Calefacción con circulación de agua caliente

Actualmente, siglo XX

Calefacción con dos tubos

Sistema Tichelmann

Acelerador de circulación ci rculación de Wilhelm Opländer, 1929 Calefacción a vapor Calefacción de agua caliente con circulación natural

Calefacción con estufa

Revolución industrial, siglo XIX Calefacción con chimenea Calefacción con aire caliente en residencias señoriales

Edad Media, hasta aprox. 1519 d.C.

Imperio romano, hasta aprox. 465 d.C.

Calefacción romana con hipocausto

Al principio, era er a el fuego


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Sistemas de transporte de agua Sistema abierto de transporte de agua Sistema abierto de transporte de agua

Válvula Float valve flotador

level tank Depósito alHigher nivel más alto Altura de geodetic presión geodésica geodés icahead delivery

Tubería Ascending de impulsiónline

Entrada Inlet Válvula flotador Float valve Inlet tank Depósito de entrada

Instalación de bombas para la elevación de agua a un nivel más alto

Pump Bomba

En la ilustración esquemática a la izquierda se muestran los componentes de un sistema de bombeo que debe transportar un líquido de un recipiente de entrada a menor altura a un depósito que se encuentra a mayor altura. La bomba transporta el agua del depósito inferior a la altura requerida. Pero no es suficiente dimensionar la capacidad de la bomba sólo conforme a la altura de ele vación geodésica. En el último punto de conexión, por ejemplo una ducha en el piso más alto de un hotel, debe haber aún una presión suficiente. También hay que tener en cuenta las pérdidas de presión originadas por fricción en la tubería ascendente. ascend ente. Altura de presión de la bomba = altura de presión geodésica + presión a la corriente máxima + pérdidas en la tubería Para la realización de los trabajos de mantenimiento necesarios debe ser posible cerrar las distintas secciones de la tubería mediante válvulas. Esto es útil en particular para las bombas, ya que en caso contrario deberían evacuarse grandes cantidades de agua de las tuberías para poder sustituir o reparar una bomba.

Véase el capítulo "Adaptación de bombas a la demanda de calor", página 35

Además, tanto en el depósito de entrada e ntrada inferior como en el depósito elevado deben preverse válvulas de flotador para evitar un posible desbordamiento de estos depósitos. También se puede instalar un presostato en un lugar apropiado de la tubería que desconecte la bomba cuando no haya consumo de agua y todos los puntos de conexión estén cerrados.

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SISTEMAS DE BOMBEO

Sistema cerrado de calefacción En la ilustración a la derecha se muestran las diferencias de funcionamiento entre un sistema de calefacción y un sistema de bombeo de agua. Mientras que un sistema de bombeo de agua es un sistema abierto con una salida de agua libre (por ejemplo un punto de toma con un grifo), una instalación de calefacción es un sistema cerrado. El principio de funcionamiento se comprende más fácilmente cuando uno se imagina que el agua de calefacción se mantiene simplemente en movimiento en las tuberías. Un sistema de calefacción esta formado por los siguientes componentes: • Gener Generador ador de calor calor • Sistema de transporte transporte y distribución del calor • Vas Vaso o de expansión de membrana para manman tener y regular la presión • Consumidores de calor calor • Dispositiv Dispositivo o de regulación regulación • Válv Válvula ula de seguridad Como generadores de calor podemos citar las calderas de gas, gasóleo o combustibles sólidos, así como calentadores de agua por circulación. Esto también incluye calefacciones eléctricas con acumulación de calor y calentamiento cen tral del agua, estaciones de transmisión de calor a distancia y bombas de calor. El sistema de transporte y distribución de calor está formado por todas las tuberías, estaciones distribuidoras y colectoras y, naturalmente, la bomba de recirculación. La potencia de la bomba debe dimensionarse únicamente para vencer las pérdidas de carga totales de la instalación. No se tiene en cuenta la altura del edificio edificio,, ya que el agua suministrada por la bomba a la tubería de sa-lida vuelve a la caldera a través de la tubería de retorno. El vaso de expansión de membrana tiene la función de compensar las variaciones de volumen del agua en el sistema de calefacción, dependiendo de las temperaturas de funcionamiento, mientras mantiene una presión estable.


Sistema de calefacción cerrado Dispositivo Control de regulación equipment Alimentación Feed

Purga de aire Ventilation

Heat consumer Consumidores de calor

Pump Bomba

Return Retorno

Vaso de expansión de membrana Diaphragm expansion tank

Los consumidores de calor son las superficies de calefacción en los lugares y habitaciones a calentar (radiadores, convectores, paneles radiantes, etc.). La energía térmica fluye de las zonas con una temperatura más alta a zonas con una temperatura temperatu ra más baja y el flujo de calor es e s tanto más rápido cuanto mayor es la diferencia de la temperatura. temperatu ra. Esta transmisión de calor tiene lugar mediante tres procesos físicos distintos: • Conducción de calor calor • Convecc Convección, ión, es decir, movimiento movimiento ascendente del aire • Radi Radiació ación n térmica Hoy en día, ningún problema técnico se puede resolver sin un buen sistema de control. Por lo tanto, se sobreentiend sobreentiendee que en cada instalación de calefacción hay también dispositivos de regulación. Los dispositivos más sencillos de este tipo son las válvulas termostáticas para mantener constantee la temperatura ambiente, por ejemplo constant en una habitación. Pero también en calderas, mezcladoras y naturalmente en bombas hay actualmente reguladores mecánicos, eléctricos y electrónicos muy sofisticados.

Sistema de circulación tomando como ejemplo una instalación de calefacción

Recuerde: No se tiene en cuenta la altura del edificio, ya que el agua suministrada por la bomba a la tubería de salida vuelve a la caldera a través de la tubería de retorno.

Véase el capítulo "Dimensionado aproximado de bombas para instalaciones de calefacción estándar", página 41

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El agua - nuestro medio de de transporte transpor te En los sistemas de calefacción central con agua caliente se emplea el agua para transpor tran sportar tar el calor desde el generado gen eradorr de calor ca lor al consumi c onsumidor. dor. Las características más importantes del agua son: • Capacidad calorífica específica • Aumento del volumen tanto tanto durante el calen tamiento como durante dur ante el enfriamiento enfri amiento • Disminución de de la densidad durante durante el aumento y disminución de d e volumen • Característic Características as de ebullición bajo presión presión externa • Empuje hidrostá hidrostático tico Estas características físicas se describen a continuación..

Capacidad calorífica específica Una característica importante de cada medio portador de calor es su capacidad de acumulación térmica. Cuando esta capacidad se relaciona con la masa de la sustancia y la diferencia de temperatura, la magnitud resultante es la capacidad calorífica específica. Esta magnitud se simboliza con c y la unidad de medida es kJ/ (kg o K). La capacidad calorífica específica del fluido es la cantidad de calor requerida para calentar 1kg de una sustancia (por ejemplo agua) en 1ºC. De forma inversa, la sustancia emite durante su enfriamiento 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 se mide en J o kJ y es el producto de la masa m medida en kg, la capacidad calorífica específica c y la diferencia diferenci a de la temperatura temperatur a medida en K.


Esta diferencia es en nuestro caso la diferencia de temperatura entre la salida y el retorno de un sistema de calefacción. La ecuación es la siguiente: Q = m •c • ³ q m= V • r V = volumen volumen de agua agua en m3 r = Dens Densid idad ad kg/ kg/m m3 La masa m es el volumen V de agua en m 3 multiplicado con la densidad del agua medida en kg/m3. La ecuación puede escribirse también de la siguiente manera: Q = V • r • c (q V - qR) La densidad del agua varía con la temperatura. Para el cálculo de la energía puede suponerse de manera simplificada = 1 kg/dm 3 para tempera turas entre 4ºC y 90ºC. 90 ºC. Los conceptos físicos de energía, trabajo y cantidad de calor tienen la misma dimensión y son equivalentes.

Recuerde: La capacidad calorífica específica del agua es la cantidad de calor requerida para calentar 1kg de la sustancia (por ejemplo agua) en 1ºC. De forma inversa, la sustancia emite durante su enfriamiento la misma cantidad de energía.

q = Theta r = Rho

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EL AGUA - NUESTRO MEDIO DE TRANSPORTE

Aumen to y dismi Aumento disminuci nución ón del volumen volume n Para la transformación de Joule en otras unidades físicas se encuentra en vigor: 1J = 1 Nm = 1 Ws or 1 MJ = 0.278 kWh Todas las sustancias se dilatan durante el calen tamiento y se contraen durante el enfriami enfriamiento. ento. La única sustancia con un comportamiento dis tinto es el agua. Esta característi característica ca particul particular ar se llama anomalía del agua.

El agua se expande también al refrigerarla a una temperaturaa inferior a 4ºC. Esta anomalía del temperatur agua es la causa de que los ríos y lagos se hielen en invierno desde la superficie. La capa de hielo flota en el agua y sólo por este motivo puede fundirse bajo el sol de primavera. Esto no sería el caso si el hielo tuviera un peso específico mayor y descendiera descendier a al fondo.

Cambio en volumen de agua

Variación del volumen de agua durante el calentamiento y enfriamiento Densidad más alta a 4ºC: rmax = 1000 kg/m 3

Pero este comportamiento de expansión abarca también peligros. Por ejemplo, los motores de coches o las tuberías de agua revientan cuando el agua se hiela. Para evitarlo se añade un anticongelante al agua. En los sistemas de calefacción se emplean por ejemplo glicoles; las proporciones se pueden consultar en las instrucciones de los fabricantes fabricantes..

l] ] r l m e 1[ t m [ a g w 1 g e 1 d f a o u 1,0016 e g a m e u l d o n 1,0012 V e m ul o 1,0008 V 1,0004 1,0000 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

T [C°]

El agua tiene la mayor densidad a una temperatura de +4ºC: 1 dm dm3 = 1 l = 1 kg Cuando el agua se calienta o se enfría desde este punto, su volumen aumenta, es decir, su densidad o peso específico disminuye. Esto puede observarse bien en un depósito con rebosadero para medir la cantidad. En el recipiente se encuentran exactamente 1.000 cm3 de agua a una temperatura de +4ºC. Cuando el agua se calienta, una parte de la misma sale a través del rebosadero al recipiente graduado. Cuando el agua alcanza los 90ºC, en el recipiente graduado se encuentran exactamente 35,95 cm3 o 34,7 g de agua. Un cubo de agua de 1.000 cm3 pesa a 4ºC 1.000 g 4°C

m c 0 1

1000 cm 3 = 1 l

1000 cm 3 de agua a 90°C = 965.3 g 90°C

1000 cm 3 = 1 l

Cantidad rebosada 35.95 cm 3 = 34.7 g

10 cm

Durante el calentamiento o enfriamiento del agua disminuye su densidad, es decir, su volumen aumenta

16



Las características de ebullición del agua Cuando el agua se calienta por encima de 90ºC, empieza a hervir a 100ºC en un reci-piente abierto. Cuando la temperatura del agua se mide durante el proceso de ebullición, la temperatura se mantiene constante a 100ºC hasta que el agua se evapora completamente. El suministro con tinuo de calor se usa por p or lo l o tanto tant o para par a la evaporación completa del agua, es decir, para cambiar su estado físico. Esta energía se denomina también calor latente (oculto). Cuando el calen tamiento continúa, la temperatur temperaturaa aumenta de nuevo.

Modificación del estado físico del agua durante un aumento de la temperatura ] ° C [ T

Transición de calor (calor latente)

100

líquido y vapor

sólido y sólido líquido

líquido

vapor

heat volume

El requisito para el desarrollo explicado anteriormente es una presión atmosférica normal (NN) de 1.013 hPa sobre el nivel del agua. Cada presión atmosférica diferente de este valor origina modificaciones en el punto de ebullición de 100ºC. Una repetición del experimento anterior a una altitud de 3.000 m, por ejemplo en la Veleta, demuestra que el agua hierve a una temperatura de 90ºC. La causa de este compor tamiento es la disminución de la presión atmosférica con el aumento de la altitud. Cuanto más baja es la presión del aire en la superficie del agua, más baja es la temperatura de ebullición. Mediante el aumento de la presión sobre el nivel del agua se consigue, por otro lado, un aumento de la temperatura de ebullición. Este principio se emplea por ejemplo en las ollas rápidas. En la representación gráfica que podemos ver al lado, se puede ver cómo varía la temperatura de ebullición del agua en función de la presión. Los sistemas de calefacción están presurizados. Por este motivo no se forman burbujas de vapor en estados de servicio críticos. De esta manera se evita también la entrada de aire desde el exterior al sistema de calefacción.


Punto de ebullición del agua en función de la presión ] ° 150 C [ T

100

50

0 0

1,013

2

3

4

5

6

[1000 hPa]

pressure

17


Expansión del agua de calefacción y protección contra sobrepresión sobrepresión Las calefacciones de agua caliente se usan con temperatur as de salida de hasta 90ºC. El agua se temperaturas llena normalmente con una temperatura de 15ºC y se expande durante el calentamiento. Este aumento del volumen no debe provocar una sobrepresión o una pérdida de agua.

Representación de un sistema de calefacción con válvula de seguridad integrada Purga de aire

Dispositivo de Control regulación

Ventilation

equipment

calorr dores es de calo nsumi midor Co Consu Heat consumer

90°C

Alimentación

Feed

1000 cm 3 = 1 l

34.7 G

Bomba Pump

Retorno

Return

Vaso de expansión de membrana Diaphragm expansion tank

En las consideraciones anteriores no se ha tenido en cuenta que la bomba de circulación aumenta aún más la presión. En la planificación de una instalación, hay que tener en cuenta cuidadosamen cuidadosamente te la interacción de la temperatura máxima del agua de calefacción, el tipo de bomba empleado, el tamaño del vaso de expansión con membrana y el punto de activación de la válvula de seguridad. Una elección casual de los componentes de la instalación, teniendo en cuenta eventualmente el precio de los mismos, es completamente inaceptable. El vaso de expansión se suministra de fábrica lleno de nitrógeno. La presión en este vaso de expansión debe adaptarse a las peculiaridades de la instalación de calefacción. El agua de expansión entra desde el sistema de calefacción en el vaso de expansión y comprime el volumen de gas que se encuentra encima de la membrana. Es posible comprimir los gases, pero no los líquidos. Compensación de la variación del volumen de agua en una instalación de calefacción:

(1) Estado de montaje del vaso de (1) DET condition at expansión de membrana

installation

Cuando la calefacción se desconecta en ve-rano, el agua adopta nuevamente su volumen anterior. Por este motivo es preciso prever un vaso de expansión con un volumen suficiente. En instalaciones de calefacción más antiguas se montaron vasos de expansión abier abiertos. tos. Los vasos de expansión se encuentran siempre por encima de la sección de tubería más alta. Con el aumento de la temperatura de la calefacción, es decir, durante la expansión del agua, el nivel de agua crece en este vaso de expansión. El nivel desciende de nuevo cuando el agua se enfría. En instalaciones de calefacción modernas se emplean vasos de expansión de membrana.

Recuerde: La válvula de seguridad debe abrirse cuando hay una sobrepresión para expulsar el agua de expansión sobrante.

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Con una presión más alta en la instalación debe estar garantizado que no se produzcan cargas de presión inadmisibles en las tuberías y en otros componentes de la instalación. Por este motivo es obligatorio equipar el sistema de calefacción con una válvula de seguridad. La válvula de seguridad debe abrirse con sobrepresión para expulsar el agua sobrante que no cabe en el vaso de expansión con membrana. No obstante, en una instalación cuidadosamente planificada no debería producirse este estado de funcionamiento.

KV

KFE

Nitrogen Presión previa en el 1.0/1.5 vaso de DET inlet pressure barexpansión de membrana 1,0 / 1,5 bar (2) Instalación llena, agua fría

(2) System filled /cold

KFE

KV

Nitrogen Reserva de aguaDET , presión vaso de Water reserve inlet previa en el vaso expansión con membrana 0,5 bar pressure +0.5 bar ((3) Instalación con la temperatura

(3) System at max. feed temperature KV

KFE

Cantidad de agua reserva de agua Water quantity == water reserve ++expansión expansion



Presión Definición de la presión La presión es la presión estática medida en relación con la atmósfera que ejercen sustancias gaseosas y líquidas en recipientes de presión o tuberías (Pa, mbar, mb ar, bar).

Presión en reposo Presión estática a caudal cero. Presión de reposo = altura de llenado encima del punto de medición + presión previa en el vaso de expansión de membrana.

Presión en la instalación, establecimiento de la presión En in inst stal alac acio ione ness de de cal calef efac acci ción ón Erosión, ruidos, roturas Presión diferencial positiva

Presión dinámica cuando un fluido está circulando. Presión de caudal= presión dinámica caída de presión.

Presión de la bomba Presión generada en servicio en el lado de impulsión de la bomba centrífuga. En función de las características de una instalación, este valor puede ser distinto de la presión diferencial.

Presión diferencial Presión generada por la bomba centrífuga para vencer la l a suma de todas tod as las pérdidas de carga en una instalación. Se mide entre los lados de aspiración y de impulsión de la bomba cen trífuga. Debido a la caída de la presión por motivo de las pérdidas en las tuberías, en las válvulas de la caldera y en los consumidores, en cada punto de la instalación existe una presión distinta cuando está en servicio.

Sobrepresión en servicio

Presión de caudal (presión dinámica) Presión en reposo (presión estática)

Presión de flujo Presión diferencial negativa Cavitación, ruidos, marcha dificultosa

En la at atmó mósf sfer era a

Presión de caudal (presión dinámica)

Vacío parcial en servicio

(+) Sobrepresión

Presión 1013 hPa (normal) (-) vacío parcial (presión de as piración) ) piración) ) Punto de cero absoluto

Presión en servicio Presión que existe o puede formarse cuando una instalación instalació n está en servicio de forma completa o parcial

Presión en servicio admisible Valor máximo de la presión en servicio establecido por motivos de seguridad.

Cavitación Se denomina cavitación la implosión de burbujas de vapor (huecos) formadas en la entrada al rodete como consecuencia de un vacío parcial local por debajo de la presión de evaporación del líquido a transportar. La cavitación origina pérdidas de potencia (altura de presión), ruidos, reducción del rendimiento y daños materiales (en el interior de la bomba). Las explosiones microscópicas originan golpes de presión por la expansión e implosión de pequeñas burbujas de aire en zonas de presión más alta (por ejemplo en la salida del rodete) que pueden tener como consecuencia daños en los equipos hidráulicos o incluso la destrucción de los mismos. Las primeras señales son ruidos o daños en la entrada al rodete. Una magnitud importante para una bomba cen trífuga es el valor NPSH (Net Positive Suction Head). Este indica la mínima presión que se necesita en la entrada para que un determinado tipo de bomba b omba pueda p ueda funcionar sin cavitaciones, cavi taciones, lo que corresponde a la presión adicional requerida para evitar una evaporación del líquido.


En el valor NPSH influyen la forma del rodete y la velocidad de la bomba, así como la temperatur temperaturaa del medio, la altura de la columna de agua y la presión atmosférica.

Evitar cavitaciones Para evitar cavitaciones es preciso suministrar el líquido a la bomba con una determinada altura mínima de la columna de agua en la entrada. Esta altura mínima depende de la temperatura y de la presión del líquido. Otras posibilidades para evitar cavitaciones: • Aumento de la presión estática • Disminución de la temperatura temperatura del medio (reducción de la presión de vapor) • Elección de una bomba con con baja altura de presión de entrada (altura mínima de la columna de agua en la entrada, NPSH)

19

Diseño de bombas centrífugas En el área de la calefacción y climatización se usan bombas centrífugas para muchas aplicaciones. Se diferencian según su tipo de diseño y el modo de transformación de la energía. Bombas autoaspirantes y bombas con aspiración normal Una bomba autoaspirante tiene una capacidad limitada de purga del aire de la tubería de aspiración. Puede ser necesario llenar la bomba varias veces durante su puesta en marcha. La altura de aspiración máxima teórica es de 10,33 1 0,33 m y depende 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 valor incluye no sólo la diferencia de altura entre el nivel de agua más bajo hasta la boca de aspiración de la bomba, sino también las pérdidas por resistencias en las tuberías de conexión, en la bomba y en las válvulas.

Altura de aspiración aspiraci ón hs de una bomba

hs Nivel mínimo de agua

Instalación de la tubería de aspiración correcto correct

incorrecto incorrect

En el dimensionado de la bomba debe tenerse en cuenta que la altura de aspiración hs debe incorporarse con un signo negativo en la altura de presión. La tubería de aspiración debe instalarse, por lo menos, con el diámetro nominal de la entrada de la bomba y, siempre que sea posible, con un diámetro nominal mayor. Además, la tubería de aspiración debe ser lo más corta posible.

Servicio de aspiración En una tubería de aspiración larga aumentan las resistencias de fricción que influyen de manera muy desfavorable en la altura de aspiración. El tendido de la tubería de aspiración debe tener una subida continua hacia la bomba. Cuando se emplean mangueras flexibles como tubería de aspiración, estas deberían ser mangueras de aspiración con refuerzo espiral (estanqueidad y resistencia). En cualquier caso deben evitarse fallos de estanqueidad, ya que de otro modo pueden producirse daños en las bombas y fallos en el servicio. En el modo de funcionamiento de aspiración se recomienda prever siempre una válvula de pie para evitar un vaciado de la tubería de aspiración y de la bomba. Una válvula válvul a de pie con un cesto de aspiración protege la bomba y los sistemas aguas abajo contra la entrada de cuerpos extraños de mayor tamaño (hojas, madera, piedras, animales, etc.). Cuando no es posible emplear una válvula de pie se recomienda montar una válvula de retención en la tubería de aspiración delante de la bomba (boca de aspiración).

Non-return flap / Válvula de retención valve

Válvula Foot valve de pie

Instalación con válvula de pie o válvula de retención

En bombas con aspiración normal, las tuberías de aspiración y la bomba deben estar siempre completamente llenas. Cuando a causa de fugas, por ejemplo en la junta de la válvula corredera o en la válvula de pie de la tubería de aspiración llega aire a la bomba, es preciso subsanar el fallo y llenar de nuevo completamente la bomba y la tubería de aspiración.

Una bomba con aspiración normal no es capaz de evacuar el aire de la tubería de aspiración. Wilo Principios básicos de las bombas

21

DISEÑO DE BOMBAS CENTRÍFUGAS

Función de las bombas centrífugas Vista en corte cor te de una bomba con rotor tipo tip o húmedo

Las bombas se necesitan para transportar líquidos y vencer las pérdidas de carga en el sistema de tuberías. En instalaciones de bombas con niveles de líquido diferentes es preciso superar además la diferencia de altura geodésica.

Carcasa de la bomba

Las bombas centrífugas son, según su tipo de construcción y transformación de energía, turbomáquinas hidráulicas. Aunque existen numerosos tipos de construcción, todas las bombas centrífugas tienen en común una entrada axial del líquido al rodete de la bomba.

Rodete 3D

Un motor eléctrico acciona acciona el eje de la bomba en el cual está montado el rodete. El agua que entra axialmente en el rodete a través de la boca de aspiración y el cuello de aspiración se desvía mediante las paletas del rodete en dirección radial. Las fuerzas centrífugas, que actúan en cada partícula de líquido, originan durante el paso del líquido por la zona de las paletas un aumento de la presión y de la velocidad. Después de la salida del rodete, el líquido se acumula en la caja espiral. Debido al tipo de construcción de la caja espiral, la velocidad del flujo se reduce de nuevo ligeramente. La transformación de la energía se refleja en un aumento de la presión.

El medio a transportar entra axialmente en el rodete y se desvía en dirección radial

Una bomba está compuesta por los siguientes componentes principales: • Carcasa de la bomba • Mo Moto torr • Ro Rodet detee

Rodetes Tipos de rodete Se diferencia entre rodetes abiertos y cerrados que, además, se clasifican según sus formas de construcción. Actualmente, los rodetes de la mayoría de las bombas son del tipo 3D que combinan las venta jas de un rodete axial axi al y de un rodete radial. rad ial.

Rodete radial Radial im peller

22

Rodete Radial radial impelle3D r 3D

Rodete semi-axial Semi-axial impeller

Rodete axial Axial impeller



Rendimiento de las bombas El rendimiento de cada máquina es la relación entre la potencia de salida y la potencia absorbida. Esta relación se señala con la letra griega (eta).

el dimensionado de la bomba de calefacción que el punto de trabajo se encuentre durante el periodo de calefacción normalmente en el tercio central de la curva característica de la bomba. De esta manera trabaja con el mejor rendimiento. El rendimiento de una bomba se determina mediante la siguiente ecuación:

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

P

El rendimiento varía considerablemente en función de los distintos tipos de construcción y del tamaño de las bombas. Para bombas de rotor húmedo se obtiene un rendimiento total entre un 5% y un 54% (bombas muy eficientes), para bombas de rotor seco se consigue un rendimiento total entre un 30% y un 80%. Además, el rendimiento actual de una bomba varía en e n el campo de d e curvas cu rvas características caract erísticas entre cero y un valor máximo. Cuando la bomba trabaja contra una válvula cerrada se obtiene una presión elevada , pero el efecto de la bomba es cero, ya que no hay un caudal de agua. Lo mismo ocurre en un tubo abierto. A pesar de un elevado caudal no se

Rendimiento y curva característica de una bomba ] m [ H d n a ó i e s h l u y r p e m v i i l e e d D a r u t l A

Q•H•r = ----------p 367 • P2 Q [m3 /h] H [m] P2 [k [kW] W] 367 r [kg/m3]

= Rend Rendimien imiento to de la bomba = Caudal suministrado sumi nistrado = Altura de presión = Po Pote tenc ncia ia en el ej ejee de de la la bom bomba ba = Constante de conversión = Dens Densidad idad del líqu líquido ido a bombe bombear ar

El rendimiento (o la potencia) de la bomba depende de su tipo de diseño Las siguientes tablas permiten obtener una visión de conjunto del rendimiento en función de la potencia de motor seleccionada y del tipo de construcción construcc ión de la bomba (rotor húmedo o seco).

Rendimiento de bombas estándar de rotor húmedo (valores orientativos) Bombas con una potencia Bombas del motorcon P2 una potencia del motor P2 hasta 100 W

tot aprox. 5 % – aprox. 25 %

de 100 a 500 W

aprox. 20 % – aprox. 40 %

de 500 a 2500 W


Rendimiento de bombas de rotor seco (valores orientativos)



H

Bombas con una potencia del motor P2 hasta 1.5 kW

to t aprox. 30 % – aprox. 65 %

de 1.5 a 7.5 kW


de 7.5 a 45.0 kW


Flow rate Q [m3 /h] Caudal

establece ninguna presión y el rendimiento es nuevamente cero. El mejor rendimiento total de una bomba de circulación en una instalación de calefacción se consigue en el centro del campo de curvas carac terísticas. Estos puntos de trabajo trabaj o óptimos están especialmente marcados en los catálogos de los fabricantes de bombas. Una bomba nunca trabaja en un solo punto definido. Por este motivo hay que cuidar durante Wilo Principios básicos de las bombas

23


Potencia absorbida de las bombas centrífugas

Véase el capítulo "Curvas características", página 31

Un motor eléctrico acciona acciona el eje de la bomba, en el cual está montado el rodete. El aumento de presión generado en la bomba y el caudal suministrado transportado transportado por la bomba son el resul tado hidráulico de la energía eléctrica de accionamiento. La potencia requerida por el motor se denomina potencia absorbida P1 de la bomba.

Del desarrollo de la curva de potencia se desprenden las siguientes relaciones: El motor consume la potencia más baja cuando el caudal volumétrico es bajo. La potencia absorbida aumenta en función del caudal suministrado de la bomba. La potencia absorbida aumenta más que el caudal suministrado.

Curvas características de las bombas

Cuando se modifica la velocidad de la bomba bajo las mismas condiciones en la instalación, la potencia absorbida P de la bomba varía aproximadamente de forma proporcional a la tercera

Las curvas características de las bombas se representan en un diagrama. En el eje vertical, la ordenada, se muestra la potencia absorbida P1 de la bomba en vatios [W]. En el eje horizontal, la abscisa, se refleja el caudal suministrado Q de la bomba en metros cúbicos por hora [m 3 /h], igual que en la curva característica de la bomba que se explica más adelante. La división de los ejes en ambos diagramas es idéntica. En los catálogos se muestran estas curvas características frecuentemente una debajo de la otra para poder apreciar claramente las relaciones.

Curva de la Wilo-TOP-S 0

v 2

1

0

0,5

3

1

Rp1

[m/s]

2 Rp11 /4

1,5

6

Wilo-TOP-S 25/5 Wilo-TOP-S 30/5

5

1~230 V - Rp1/Rp1 1 /4

3

)

( 2

1

m i n . ( 3

0

1

)

)

2

0

Relación entre la curva característica de la bomba y la curva de rendimiento

3

4

0,5

0

5

1

5

10

6

[m3 /h] [l/s]

[lgpm]

6

[m3 /h]

1,5 15

20

Q

150

x.. ma x

125 100

] W [ 75 1 P

min.

50 25

Véase el capítulo "Regulación continua de la velocidad", página 36

24

0

P2



n1

3

  n2

potencia de la velocidad n. Este conocimiento permite regular eficazmente la bomba y adaptar la energía de calefacción a las necesidades. Cuando la velocidad se duplica, el caudal suministrado se duplica también. La altura de presión aumenta cuatro veces en comparación con su valor inicial. La energía de accionamiento necesaria es por lo tanto ocho veces mayor. Con una reducción de la velocidad dismi-nuyen también el caudal suministrado, la altura de presión en la tubería y la potencia absorbida conforme a las relaciones anteriormente mencionadas.

Un distintivo de las bombas centrífugas es la altura de presión determinada por el motor usado y la velocidad fija especificada. Se consideran bombas de marcha rápida con velocidades de giro n > 1.500 rpm y de marcha lenta con velocidades de giro gi ro n < 1.500 rpm.

m a x . ( 1

2

0

P1

Velocidades de giro fijas debidas al tipo de construcción

4

] m [ H

Influencia de la velocidad del motor

0

1

2

3

4

5

No obstante, el diseño de los motores de marcha lenta es algo más complicado, por lo que el precio de estas bombas puede ser más elevado. El empleo de una bomba de marcha rápida en instalaciones que permiten o requieren la aplicación de una bomba de marcha lenta provoca un consumo de energía innecesariamente alto. Los gastos de adquisición más altos de una bomba con una velocidad más baja redundan en un ahorro consi-derable de energía de accionamiento. Esto permite amortizar rápidamente los gastos iniciales más altos. La regulación continua de la velocidad mediante el equipo electrónico de la bomba conforme a la demanda reducida de energía de calefacción ofrece un claro potencial de ahorro de gastos.



Bombas de rotor húmedo Mediante la incorporación de una bomba de rotor húmedo, opcionalmente en la tubería de impulsión o de retorno, se consigue una circulación rápida e intensiva del agua. Esto permite emplear tuberías con una sección transversal más pequeña. De esta manera se reducen los gastos de una instalación de calefacción. En las tuberías del sistema de calefacción se encuentra una can tidad de agua considerabl considerablemente emente más baja. La calefacción puede reaccionar más rápidamente ante variaciones de la temperatura y puede regularse mejor.

Sistema de calefacción con bomba Purga de aire Ventilation

Dispositivo Control de regulación equipment Alimentación Feed

Heat consumer Consumidore Consumidores s de calor

Bomba Pump

Retorno Return

Características El rodete de una bomba centrífuga se caracteriza por una aceleración radial del agua. El eje, en el cual está montado el rodete, es de acero inoxidable y los cojinetes del eje son de carbón sin terizado o de un material cerámico. El rotor del motor, que se encuentra en el eje, gira inmerso en el fluido a transportar. El agua lubrica los cojinetes y enfría el motor. Una camisa rodea al estator portador de corrien te eléctrica. Este tubo está fabricado de acero inoxidable no imantable o de fibras de carbono y tiene un grosor de pared pare d de 0,1 mm a 0,3 mm. En aplicaciones especiales (por ejemplo en sis temas de abastecimie abastecimiento nto de agua) se emplean motores de bomba con una velocidad fija. Cuando la bomba de rotor húmedo se emplea por ejemplo en un circuito de calefacción, es decir, para suministrar energía calorífica a los radiadores, esta energía debe adaptarse al consumo de calor variable de una casa. En función de la temperaturaa exterior temperatur ext erior se necesitan distintas can tidades de agua de d e calefacción. cale facción. Las válvulas válvu las terte rmostáticas montadas en las entradas de los radiadores determinan el caudal suministrado.

Carcasa de la bomba Camisa Rodete 3D Rotor Bobinado


Vaso de expansión membrana Diaphragm expansion tank

Por este motivo, los motores de bombas de rotor húmedo permiten una conmutación de la velocidad en varias etapas. Esta conmutación de la velocidad puede realizarse manualmente mediante conmutadores o conectores que se pueden enchufar. Unos sistemas externos adicionales de conmutación y regulación permiten una automatización en función del tiempo, de la presión diferencial o de la temperatura.

Ventajas: Secciones transver sales más pequeñas de las tuberías, menor cantidad de agua en el sistema, capacidad de reacción rápida a variaciones de la temperatura, gastos de instalación más bajos.

Desde 1988 existen formas de construcción con equipos electrónicos integrados que regulan de forma continua la velocidad. Las bombas de rotor húmedo se conectan en función del tamaño y de la potencia de la bomba a la red monofásica de 230 V o a la red trifásica de 400 V.

Primera bomba de rotor húmedo y regulación electrónica continua e integrada de la velocidad

Las bombas de rotor húmedo se caracterizan por un funcionamiento muy silencioso, además no necesitan un sellado del eje. La generación actual de bombas de rotor húmedo está construida según el principio modular. Todos los componentes se ensamblan en función del tamaño de la bomba y de la potencia requerida. Esto facilita también la posible reparación necesaria de una bomba mediante la sustitución de piezas de recambio. Una característica importante de este diseño es la capacidad de purga automática de aire durante la puesta en servicio.

25


Posiciones de montaje Las bombas de rotor húmedo se suministran hasta un diámetro nominal de conexión de R 1 1/4 como bombas con rosca de conexión. Las bombas de mayor tamaño se suministran con bridas de conexión. Estas bombas pueden montarse en la tubería sin cimientos tanto horizontal como verticalmente. verticalme nte.

Posiciones de montaje de bombas de rotor húmedo (extracto) Posiciones de montaje no permitidas

Tal como se ha mencionado anteriormente, los cojinetes de la bomba de circulación se lubrican con el fluido a bombear. Asimismo, el fluido sirve para refrigerar el motor. Por este motivo es preciso garantizar una circulación de líquido con tinua por la camisa.

Admisible sin restric ciones para b ombas con regulación continua

El eje de la bomba debe estar dispuesto siempre en posición horizontal (bombas de rotor húmedo, calefacción). calefacción). Un montaje con eje vertical o colgante provoca un comportamiento en servicio inestable y, de esta manera, un fallo de la bomba después de poco tiempo.

Admisible sin restric ciones para b ombas con 1, 3 ó 4 niveles de velocidad

Para conocer las posiciones de montaje hay que consultar las instrucciones de montaje y de funcionamiento. Las bombas de rotor húmedo anteriormente descritas destacan por sus buenas características de funcionamiento. Su fabricación es relativamente económica.

26



-Bombas de rotor seco Características

Estructura de una bomba con rotor seco

Para el bombeo de caudales volumétricos elevados se emplean bombas de rotor seco. Las bombas de rotor seco son más apropiadas también para el bombeo de agua de refrigeración y de medios agresivos. A diferencia de una bomba de rotor húmedo, el fluido a bombear no entra en contacto con el motor, por este motivo se denominan bombas de rotor seco.

Tapa del ventilador

Motor normalizado

Otra diferencia respecto a la bomba de rotor húmedo es el sellado de la carcasa de la bomba y del eje frente al ambiente. Para el sellado se emplea una empaquetadura para prensaestopas o un cierre mecánico. Los motores de las bombas estándar de rotor seco son motores trifásicos normales con una velocidad base fija. f ija. Su velocidad veloci dad se modifica modif ica normalmente mediante un equipo de regulación electrónico externo. Actualmente existen bombas de rotor seco con regulación electrónica integrada de la velocidad. Estos dispositivos de regulación electrónicos están disponibles para potencias cada vez mayores, gracias al progreso técnico. El rendimiento total de las bombas de rotor seco es mucho mejor que el de las bombas de rotor húmedo. Las bombas de rotor seco se clasifican principalmente en tres grupos según su tipo de construcción: Bombas en línea Son bombas en línea cuando las bocas de aspiración y de impulsión se encuentran en un mismo eje y tienen el mismo diámetro nominal. Las bombas en línea tienen un motor normalizado embridado y refrigerado con aire.

Linterna

Cierre mecánico Rodete Tuerca ciega Carcasa de la bomba

Bombas estandarizadas En este tipo de bombas centrífugas con entrada axial, la bomba, el acoplamiento y el motor están montados en una placa base común, por lo que sólo son apropiadas para el montaje en un asiento. En función del fluido a bombear están equipadas con empaquetadura de prensaestopas o con cierre mecánico deslizante. La conexión de impulsión determina el diámetro nominal de la bomba. El diámetro nominal de la conexión de aspiración es normalmente más grande.

Véase el capítulo "Obturación de ejes" en la página 28

Este tipo de construcción se emplea en la técnica de control de edificios cuando se necesitan potencias mayores. Estas bombas pueden mon tarse directamente en la tubería. La tubería se sujeta mediante soportes o la bomba se monta en un asiento propio o en una bancada. Bombas monobloque Son bombas centrífugas de una etapa y de baja presión con un tipo de construcción en bloque y con un motor refrigerado por aire. La caja espiral tiene una boca de d e aspiración aspi ración axial y una u na boca de impulsión dispuesta de forma radial. Las bombas están equipadas en serie con pies angulares o con pies de motor.


27


Recuerde: Los cierres mecánicos son piezas de desgaste. Una marcha en seco es inadmisible y provoca la destruc ción de la s superficies de sellado.

-Obturación de ejes Como se ha mencionado anteriormente, la obturación de ejes respecto al ambiente puede conseguirse con un cierre mecánico o con una empaquetadura de prensaestopas (opcionalmente en particular en bombas estandarizadas). A continuación se explican más detalladame detalladamente nte las dos posibilidades de obturación.

Cierres mecánicos En su construcción base, las obturaciones con cierre mecánico se componen de dos anillos con superficies de obturación finamente pulidas. Se comprimen mediante un resorte y giran en servicio uno en contacto con otro. Las obturaciones con cierres mecánicos son juntas dinámicas y se emplean para obturar ejes giratorios a presiones medias y altas.

Cierre mecánico en una bomba de rotor seco Resorte Contraanillo (ob- Anillo deslizant e (ob- Fuelle de goma (obturación principal) turación principal) turación adicional)

La zona de obturación del cierre mecánico son superficies planas exactamente rectificadas de poco desgaste (por ejemplo anillos de carburo de silicio o de carbón) presionados uno contra otro con fuerzas axiales ejercidas por un resorte. El anillo de obturación (móvil) gira junto con el eje mientras que el contraan contraanillo illo (fijo) está dispuesto de forma estacionaria en la carcasa. Entre las superficies de deslizamiento se forma una capa delgada de agua que sirve para la lubricación y el enfriamiento. En servicio pueden establecerse distintos tipos de fricción entre las superficies deslizantes: deslizantes: fricción combinada, fricción en superficies límite y fricción seca, provocando la fricción seca una destrucción inmediata de las superficies de obturación. La duración en servicio depende por ejemplo de la composición del medio a bombear y de la temperatura. temperatu ra. Prensaestopas Materiales apropiados para empaquetaduras de prensaestopas son por ejemplo los hilos sintéticos de alta calidad de por ejemplo Kevlar® oder Twaron®, PTFE, hilos de grafito expandido, hilos sintéticos de fibras minerales así como fibras naturales como cáñamo, algodón o ramio. El material para las empaquetaduras puede suministrarse por metros o en forma de anillos prensados, tanto secos como impregnados con sus tancias adaptadas a la aplicación concreta. De materiales suministrados por metros se corta y moldea en primer lugar un anillo. Este se coloca a continuación alrededor del eje de bomba y se comprime con ayuda del casquete del prensaestopas.

28



Posiciones de montaje Posiciones de montajes admisibles • Las bombas en línea están están diseñadas para para un montaje directo horizontal o vertical en una tubería. • Debe estar previsto espacio espacio libre suficiente suficiente para el desmontaje del motor, del puente y del rodete. • Cuando se monta una una bomba, la tubería tiene tiene que estar libre de tensiones y, dado el caso, la bomba debe estar apoyada sobre sus pies.

Peculiaridades de bombas monobloque • Las bombas monobloque monobloque deben colocarse colocarse en asientos o bancadas apropiados. • No está permitido permitido el montaje con con el motor y la caja de bornes dirigidos hacia abajo. Cualquier otra posición de montaje es posible. Las posiciones de montaje se pueden consultar en las instrucciones de montaje y de servicio.

Posiciones de montaje no admisibles • No está permitido permitido el montaje con con el motor y la caja de bornes dirigidos hacia abajo. • A partir de una determinada determinada potencia potencia de la bomba hay que consultar a los fabricantes acerca de la posición horizontal de montaje de la bomba.

Bombas centrífugas de alta presión

Vista en corte cort e a través de una bomba centrífuga centrífug a de alta presión

El diseño característico de estas bombas consiste en su tipo de construcción en forma de etapas acopladas con rodetes y cajas individuales. La capacidad de una bomba depende entre otros factores del tamaño de los rodetes. La altura de presión de las bombas centrífugas de alta presión se consigue mediante la disposición en serie de varios rodetes y coronas de paletas directrices. La energía de movimiento se transforma en presión en parte en el rodete y en parte en la corona de paletas directrices.

Rodetes

El tipo de construcción con varias etapas facilita la consecución de niveles de presión en bombas centrífugas de alta presión que con el uso de bombas de baja presión de una sola etapa no pueden realizarse Algunas bombas muy grandes de este tipo tienen hasta 20 etapas. De esta manera se consiguen alturas de presión de hasta 250 m. Las bombas centrífugas de alta presión anteriormente descritas pertenecen casi exclusivamente a la familia de bombas de rotor de seco. No obstante, actualmente se ha conseguido también equiparlas con motores de rotor húmedo.

Curva característica de una bomba centrífuga de alta presión 120

Wilo-Multivert-MVIS202-210

210

50 Hz

110

Ejemplo de una bomba centrífuga de alta presión con motor de rotor húmedo

209

100

90

208

80 207 70 ] m [ H

206

60 205

50 204 40

203

30

202 20

10

0 0

0

0,5

1

0 ,2

1,5

0,4

2

2,5

0,6

3

0,8

3 ,5

1,0

4

4,5

1,2

[m 3 /h]

[l/s]

Q


29

Curvas características Curvas características de las bombas El aumento de la presión en la bomba se denomina altura de presión.

Definición de la altura de presión La altura de presión H de una bomba es el trabajo mecánico útil transmitido por la bomba al líquido bombeado dividido por la fuerza originada por el peso del líquido bombeado bajo el efecto de la aceleración de la gravedad local.

Curva característica de una bomba ] m [ H d a e n h ó i y s r l e u v p i l m e i D e

Altura de presión de Hcaudal cero H0 Zero-delivery head 0

d a r u t l A

Curva de la bomba Pump curve

E H=

[m]

Desarrollo teórico Theoretical run

G

Caudal Flow rate Q [m3 /h]

E = Energía mecánica útil [N o m] G = Fuerza originada por el peso [N] El aumento de presión generado en la bomba y el caudal impulsado por la bomba están relacionados entre sí. Esta dependencia se representa en un diagrama como la curva característica de la bomba. En el eje vertical, la ordenada, se muestra la altura de presión H de la bomba en metros [m]. Es posible emplear otras unidades en los ejes. Se encuentra en vigor la siguiente transformación: 10 m = 1 bar = 100,000 Pa = 100 kPa El eje horizontal, la abscisa, está dividida en unidades del caudal Q de la bomba en metros cúbicos por hora [m 3 /h]. También es posible emplear otras unidades unidades (por ejemplo l/s). Del desarrollo de la curva de potencia se desprende que: La energía eléctrica de accionamiento se transforma en la bomba en formas de energía hidráulicas que son un aumento de la presión y del flujo (teniendo en cuenta el rendimiento total). Cuando la bomba trabaja contra una válvula vál vula cerrada, se produce produ ce la presión máxima de la bomba. Esto se denomina altura de presión a caudal cero HO de la bomba. Cuando la válvula se abre paulatinamente, el medio a bombear empieza a fluir. Una parte de la energía de accionamiento se transforma en energía cinética. En este momento ya no es posible mantener la presión inicial. La curva carac terística de la bomba tiene una forma descendente. Teóricamente se alcanza el punto de intersección de la curva característica de la bomba con la abscisa cuando el agua sólo con tiene energía cinética y ya no se establec establecee una presión. Debido a que un sistema de tuberías tiene siempre una resistencia interna, las curvas características reales de las bombas terminan antes de llegar a la abscisa.

Formas de las curvas características de las bombas En la siguiente figura se muestra la inclinación diferente de curvas características de una bomba por ejemplo en función de la velocidad del motor. ] m [ H H0 d a e n h ó i y s r l e u v p i l m e i D e d a r u t l A

muy (por ejemplo 2.900 rpm) steeppronunciada (e.g. 2900 1/min)

H0

Inclinaciones distintas, por ejemplo en función de la velocidad del motor con la misma carcasa de bomba y el mismo rodete.

poco pronunciada flat (e.g.(por 1450ejemplo 1/min) 1.450 rpm)


En función de la inclinación y la variación del punto de trabajo de la bomba se obtienen distin tas variaciones del caudal suministrado y de la presión: • Curva característica característica poco inclinada inclinada – Mayor variación del caudal suministrado, pero poca variación de la presión. • Curva característica característica muy inclinada inclinada – Menor variación del caudal suministrado, pero gran variación de la presión. ] m [ H d H 0 a e n h ó i y s l r u e p v H i l 0 m i e D e d a r u t l A

p

Distintas variaciones del caudal suministrado y de la pre sión

Flow rate Q [m3 /h] Caudal Wilo Principios básicos de las bombas

31

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

Curva característica de la instalación La resistencia interna por fricción de las tuberías origina una caída de presión del fluido transportado conforme a la longitud total de la tubería. La caída de presión depende además de la temperatura del fluido y de su viscosidad, de la velocidad de flujo, flu jo, de las válvulas, válvul as, de los equipos y de d e la l a resistencia res istencia por fricción f ricción en las l as tuberías en función del diámetro, la longitud y la rugosidad interna de los tubos. Esta caída de la presión se representa en forma de una curva característica de la instalación. Se emplea el mismo diagrama que para la curva característica de la bomba. La curva característica muestra las siguientes relaciones :

Curva característica de la instalación

H1 H2

H2

80

50 40

H1

20

Q1

10 1

  Q2

Cuando el caudal suministrado en la red de tuberías se reduce a la mitad, mit ad, la altura de d e presión desciende a un cuarto de su valor inicial. Una duplicación del caudal suministrado tiene como consecuencia un aumento de la altura de presión al cuádruple de su valor inicial.

60

30

2

Resultado

70

0

Q1

=

] m [ H

0

La causa de la resistencia por fricción en las tuberías es la fricción del agua en las l as paredes, pa redes, la fricción interna entre las gotas de agua y las desviaciones en las partes curvadas de la instalación. Con una variación del caudal suministrado, por ejemplo mediante apertura o cierre de las válvulas termostáticas, varía también la velocidad de flujo del agua y de esta manera la resistencia por fricción en los tubos. Con una sección transversal de los tubos constante, la resistencia varía en función del cuadrado de la velocidad de flujo. En el e l dibujo d ibujo se obtiene por lo lo tanto una parábola. parábola . Matemáticamente se obtiene la siguiente ecuación:

2

Q2 3

4

Q [m3 /h]

Como ejemplo debe servir la salida de agua de un grifo. Con una presión previa de 2 bar, lo que corresponde a una altura de presión de la bomba de aproximadamente 20 metros, sale de un grifo DN 1/2 un caudal de 2 m3 /h. Para duplicar el caudal suministrado es preciso aumentar la presión pre via de 2 bar a 8 bar.

Salida de agua de un grifo con diferentes presiones previas Inlet pressure Presión previa 2 bar Discharge 2 m 3 /h2 m 3 /h Caudal de salida ½"

½"

2 m3

32

Presión previa 88bar Inlet pressure bar 3 /h 3 Discharge 4 m Caudal de salida 4 m /h

4 m3


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

Punto de trabajo El punto de intersección de la curva caracterís tica de la bomba y de la curva característica carac terística de la instalación es el punto de trabajo actual de la instalación de calefacción o de suministro de agua. Es decir, en este punto existe un equilibrio entre la potencia suministrada por la bomba y la potencia consumida por la red de tuberías. La altura de presión de la bomba está siempre determinadaa por la resistenci determinad resistenciaa al flujo de la instalación. De este punto de trabajo se obtiene el caudal que la bomba puede suministrar a la red. En lo anteriormente expuesto hay que tener en cuenta que el caudal suministrado no debe quedar por debajo de un determinado valor mínimo. En caso contrario se produciría un sobrecalen tamiento en el interior de la bomba que puede dañarla. Se deben observar las informaciones del fabricante. Un punto de trabajo fuera de la zona admisible de la curva característica de la bomba provoca daños en el motor. Debido a la variación continua de los caudales en funcionamiento varía también el punto de trabajo. t rabajo. El proyectista debe encontrar un punto de trabajo que permita un dimensionado teniendo en cuenta los requisitos máximos. Las bombas circuladoras en instalaciones de calefacción se dimensionan conforme a la demanda de calor del edificio, en los grupos de presión debe tenerse en cuenta el caudal máximo que resulta de todos los puntos de toma.

El punto de trabajo resultante ] m [ H d a e n h ó i y s l r u e p v i l m i e e D

Ambas válvulas termostáticas abiertas both thermostatic valves are open

Curva de la bomba Pumpcaracterística curve

d a r u t l A

Intersection Punto de inter point = = punto Duty point sección = punto de trabajo

Curva característica System curve deCaudal la instalación


] m [ H d a e n h ó i y s l r u e p v i l m i e D e d a r u t l A

only thermostatic valveabier ta Sólo unaone válvula termostática is open

Pump curve Curva característica de la bomba

Punto de intersección = Nuevopoint punto= Intersection de trabajo new duty point Nueva newcurva del sistema System curve (steeper)


Todos los otros puntos de servicio que puedan establecerse en el servicio práctico se encuen tran a la izquierda de este punto de trabajo empleado 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. fl ujo. Con un desplazamiento del punto de trabajo en dirección a la izquierda del punto de dimensionado aumenta necesariamente la altura de presión de la bomba. Este aumento de la presión origina ruidos en las válvulas. La adaptación de la altura de presión y del caudal suministrado a la demanda se lleva a cabo mediante el montaje de bombas reguladas. Esto permite reducir al mismo tiempo los gastos de servicio.


33

Adaptación de las bombas Adaptación bombas a la demanda de calor Debido a nuestra situación geográfica tenemos cuatro estaciones bien diferenciadas con unas variaciones considerables de las temperaturas exteriores. De las temperatu tempe raturas ras de verano ver ano que osci oscilan lan entre los 20ºC has hasta ta los lo s 40ºC 40 ºC cae c ae la l a tempera tem pera- tura en inv inviern ierno o a meno menoss de d e 15 ó 20ºC. 20 ºC. Esta Estass variac va riacione ioness no n o se s e pueden pu eden produ producir cir en las temperaturas interiores de las viviendas. Al principio, las cuevas se calentaban con el fuego. Mucho más tarde se desarrollaron los sistemas de calefacción como se han descrito en la primera parte par te de este documento. Variaciones de las condiciones meteorológicas Temperatura exterior en función de la estación En la parte sombreada en la representación a la derecha se puede observar que para compensar la variación de la temperatura exterior durante las distintas estaciones se requiere una energía de calefacción que varía considerablemente. Cuando la energía de calefacción era barata (madera, carbón y al principio también gasóleo), no importaba cuanta energía se derrochaba. En un caso extremo se abrían las ventanas. Este método es un mal ejemplo de una regulación de dos posiciones: ventana abierta y ventana cerrada.

] ° 25 C [ e r r u o t 20 i r a e r t e x p 15 e m a r e t u t e a d r 10 i e s p t u m O e 5 T

0 -5

El área sombreada debe llenarse con energía calorífica

-10

Con la primera crisis de los precios del petróleo en el año 1973 aprendimos la necesidad de ahorrar energía. En la actualidad, los edificios disponen naturalmente de un buen aislamiento térmico. Las prescripciones legales se han adaptado continuamente a los progresos de la tecnología de la construcción. Naturalmente, el progreso en el desarrollo de los sistemas de calefacción no ha quedado atrás. En primer lugar se introdujeron las válvulas termostáticas para poder adaptar la temperatura interior a las necesidades de las personas.


-15 Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul

Mes Month

La estrangulación del caudal de agua de calefacción aumentó la presión de las bombas con velocidad fija (a lo largo la rgo de la curva cu rva característica caracter ística de la bomba) originando ruidos en las válvulas. Como remedio se inventó y se montó la válvula de rebose para reducir esta sobrepresión.

Véase el capítulo "Punto de trabajo" en la página 33

35

A D A P T A 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

Conmutación de la velocidad de la bomba

Regulación continua de la velocidad veloc idad

Los fabricantes ofrecen bombas de rotor húmedo con velocidades de giro manualmente conmutables. Tal como se ha descrito en las secciones anteriores, el caudal suministrado disminuye en función de la velocidad de giro para adaptarlo al paso permitido del fluido portador de calor por las válvulas termostáticas y las válvulas de regulación. La bomba de circulación puede reaccionar de esta manera de forma directa a la regulación de la temperatura ambiente. ambiente.

En los años 80 se consiguió la adaptación con tinua de bombas de alta potencia con rotores tipo seco a la demanda de calor. Para la regulación se emplearon convertidores de frecuencia electrónicos.

Curva característica Wilo-TOP-S v 0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

[m/s]

3,5

12

Wilo-TOP-S 40/10

11

3 ~ 400 V - DN 40

10 9 8 7 ] m [ H 6

) ( 2

m i n . ( 3

4 3

)

)

2 1 0

0

2

4

0

6

1

0

10

8

10

2 20

12

14

3 30

16

40

50

[m3 /h]

18

4

Con ayuda de componentes electrónicos es posible hacer la frecuencia de la corriente más lenta o más rápida, es decir, regular la frecuencia de forma continua por ejemplo entre 100 Hz y 0 Hz. No obstante, por motivos prácticos no se reduce la frecuencia en instalaciones de calefacción a valores inferiores a 20 Hz, es decir, a menos de un 40% de la velocidad nominal. Debido a que la potencia de calefacción máxima está dimensionada para los días más fríos, sólo en casos particulares va a ser necesario usar los motores con la frecuencia máxima.

m a x . ( 1

5

Para explicar esta técnica nos referimos a la frecuencia conocida de la red eléctrica de 50 Hz. Es decir, la corriente cambia 50 veces por segundo entre una polaridad positiva y una polaridad negativa. El rotor del motor de la bomba se mueve con la velocidad que corresponde a esta frecuencia.

[l/s]

5 60

70 70

[lgpm]

Q

600

x.. m a x

500

Bomba con rotor tipo húmedo Wilo-TOP-S con tres velocidades conmutables

400 ] W [ 300 1 P

n. in m i

200 100 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

[m3 /h]

Para poder variar la velocidad de los motores, estos se componen en su interior de varios paquetes de bobinas. Cuando una menor cantidad de agua fluye por la tubería de calefacción, también existe menos pérdida de carga, por lo que la bomba puede trabajar con una menor altura de presión. Al mismo tiempo se reduce considerablemente la potencia absorbida por el motor. Actualmente existen numerosos equipos equi pos de regulación para conmutar las velocidades en bombas circuladoras para calefacción. La bomba circuladora puede reaccionar de esta manera de forma directa a la regulación de la temperatura ambiente. Por lo tanto es posible prescindir de la válvula de rebose. Los equipos de regulación regulac ión varían automáticamente automáticame nte la velocidad en función : • del tiemp tiempo o • de la temperatura temperatura del agua • de la presión presión diferencial diferencial • y de otras variables variables específicas de la instalación instalación

36



Mientras que hace 20 años se necesitaron para este fin unidades de transformación muy grandes, desde entonces se ha conseguido reducir el tamaño de los convertidores de frecuencia que pueden funcionar montados en las cajas de conexión instaladas directamente en las bombas como por ejemplo en la Wilo-Stratos.

Campo de curvas características de una WiloStratos v 0

0,5

1

1,5

2

10

2,5

3

3,5

4

[m/s]

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

8



p - c

Una regulación integrada continua de la velocidad en función de la presión diferencial garantiza que la altura de presión seleccionada se man tenga constante, independientement independientementee del caudal que debe suministrarse en función de las condiciones meteorológicas y de servicio.

6 ] m [ H

m a x . 4

Desde el año 2001 se vienen introduciendo novedades en la técnica de motores de rotor húmedo. La generación más moderna de bombas, llamadas también bombas de alta eficiencia, tiene la ventaja de conseguir ahorros considerables de energía eléctrica y un excelente rendimiento gracias a la tecnología ECM (motores con conmutación electrónica, también llamados motores de imanes permanentes).

0

Regulación continua de la velocidad de una bomba Wilo Stratos de al ta eficie ncia

mi n.

2

0

2

4

6

8

10

12

[m3 /h]

En bombas pequeñas se consiguió esta adaptación continua de la velocidad a partir de 1988, pero con otra tecnología electrónica. El tipo de equipos electrónicos empleados, el con trol del ángulo de fase, fa se, es comparable comparab le a los reguladores de luminosidad en el área de iluminación.

Véase el capítulo " Bombas con rotor tipo húmedo" en la página 25

Tipos de regulación Las bombas con regulación electrónica actualmente disponibles en el mercado permiten la configuración de distintos modos de servicio y regulación.

Se diferencia entre tipos de regulación realizados por la bomba misma y modos de servicio en los cuales la bomba se controla con comandos externos y se ajusta un determinado punto de trabajo. Como resumen se mencionan los modos de regulación y de servicio más frecuentes. Con numerosos equipos de control y regulación adicionales se puede procesar y transmitir una gran cantidad de otros datos.


37


Se puede elegir entre los siguientes tipos de regulación:

Curvas características para los distintos tipos de regulación ] m [ nmax H d a e n h ó i y s r l e u v p i l m e n i D control e d a r u t l A

³ p-c – Presión diferencial constante El equipo electrónico mantiene constante la presión diferencial diferencial en toda la gama de caudales admisibles hasta la curva característica máxima generada por la bomba en el valor nominal HS.

Hsetpoint

p-c

Hsetpoint-min

Presión diferencial constante: ³ p-c

Caudal Flow rate Q [m3 /h] ] m [ nmax H d a e n h ó i y s l r u e v p i l m i e D e d a r u t l A

ncontrol

Hsetpoint

½ Hsetpoint p-c

Hsetpoint-min

Presión diferencial variable: ³ p-v


] m [ H d n a nmax ó e i h s l y u r p e m v i i l e e d D a r u t l A

100 % 75 %

] m [ H d a e n h ó i s y l Hmax r u e p v i l m i e e D d a r u t l A

Hmin


pos. direction

H var.

Hmin

neg. direction

Tmin

Tmax

Tmed

Qmin Qmax

Caudal Flow rate Q [m3 /h] Temperatura-dependiente control de presión diferencial: ³ p-T, dependiendo de los cambios en el caudal

38

³ p-cv – Presión diferencial constante/varia constante/variable ble En este tipo de regulación, el equipo electrónico mantiene la presión diferencial generada por la bomba constante en el valor nominal ajustado H hasta un determinado caudal suministrado (HS = 100%). Cuando el caudal suministrado desciende aún más, el equipo electrónico varía la presión diferencial a generar mediante la bomba de forma lineal por ejemplo entre HS = 100% y HS = 75%.

³ p-T – Regulación de la presión diferencial con trolada por la temperatura temperat ura El equipo electrónico varía en este tipo de regulación el valor nominal de la presión diferencial en función de la temperatura medida del fluido.

p-cv

Presión diferencial constante/variable: constante/va riable: ³ p-cv

³ p-v – Presión diferencial variable El equipo electrónico varía el valor nominal de la presión diferencial que debe conseguirse con la bomba por ejemplo entre HS y 1/2 HS. El valor nominal H de la presión diferencial varía en función del caudal suministra suministrado do Q.

Esta función de regulación permite dos tipos de ajuste: • Regulaci Regulación ón con sentido de actuación positivo positivo (aumento). Con el aumento de la temperatura del fluido transportado transpor tado aumenta el valor nominal de la presión diferencial de forma lineal entre H mín y Hmáx. Este tipo de ajuste se aplica por ejemplo en calderas estándar con temperatura variable en la tubería de salida. sal ida. • Regulaci Regulación ón con sentido de actuación negativo negativo (descenso). Con el aumento de la temperatura del medio transportado transpor tado se reduce el valor nominal de la presión diferencial de forma lineal entre Hmáx y Hmín. Este tipo de regulación se aplica por ejemplo en calderas de condensaci condensación ón en las que debe mantenerse una determinada temperatura mínima en la tubería de retorno para conseguir un aprovechamiento máximo del calor generado por el medio de calefacción. Esto requiere el montaje de la bomba en la tubería de retorno de la instalación.



Se puede elegir entre los siguientes modos de servicio: Modo automático de reducción (autopiloto) Las nuevas bombas de rotor húmedo y regulación electrónica disponen de un modo automático de reducción (autopiloto). Con una reducción de la temperatura de salida, la velocidad de la bomba desciende a una velocidad constante (modo de operación con baja carga mediante regulación "Fuzzy"). Este modo garan tiza una reducción del consumo de energía e nergía de d e la la bomba al mínimo que la mayoría de las veces también es el ajuste óptimo. El modo de reducción con el autopiloto sólo puede autorizarse después de haber llevado a cabo un ajuste hidráulico de la instalación. Si no se observa este punto, determinadas partes de la instalación que reciben poco calor podrían congelarse a bajas temperaturas temperaturas.. Ajuste manual Este modo de servicio está disponible para bombas con regulación electrónica a partir de una determinada potencia del motor. La velocidad de la bomba se ajusta a un valor constante entre nmín y nmáx en el módulo electrónico de la bomba. En el modo de ajuste manual está desac tivada la regulación de la presión diferencial. diferenc ial.

DDC (control digital directo) y conexión BA (conexión al equipo de automatización de un edificio) En estos modos de servicio, los equipos elec trónicos de las bombas reciben rec iben sus valores nominales desde la central de control del edificio. El valor nominal se recibe de la central de control del edificio después de una comparación entre el valor nominal y el valor real y puede transmitirse en forma de una señal analógica 0 - 10 V / 0 - 20 mA o como señal digital (interfaz PLR o LAN en la bomba).


Curvas características para los diferentes modos de funcionamiento ] m [ H d a e n h ó i s y l r u e p v i l m i e e D d a r u t l A

p-c

Hsetpoint

Hsetpoint-min

Caudal Flow rate Q [m 3 /h]

Modo automáti co de reducción (autopiloto)

] m [ H d H a e n h ó i y s l r u e p v i l m i e D e d a r u t l A

HS nmax = const nmin = const

Caudal Flow rate Q [m 3 /h]

Modo de funcion amiento manual

] n i m 1 n [ max n

nmin

out 1

1,5

3

10

U [V]

Modo de servici o DDC control analógico

39

Dimensionado aproximado de las bombas para instalaciones de calefacción estándar El caudal que debe suministrar una bomba de calefacción depende de la demanda de calor del edificio a calentar. La altura de presión está determinada por las pérdidas de carga existentes en las tuberías. Es fácil calcular estas magnitudes con un programa de ordenador antes de realizar una nueva instalación de calefacció calefacción. n. Estos programas tienen tien en actua a ctualmen lmente te una un a elevada ele vada cali calidad. dad. Los cálcu c álculos los son s on más má s difícil dif íciles es cuand c uando o se trat trataa de la modificación de instalaciones de calefacción ya existentes. Para determinar la capacidad requerida de las bombas pueden emplearse diversos métodos de cálculo aproximado. Caudal suministrado por las bombas

Altura Altu ra de presió p resión n de la bomb bombaa

Cuando es preciso montar una nueva bomba de circulación en un sistema de calefacción, su tamaño se determina en base al caudal suministrado según la siguiente ecuación:

La bomba debe superar todas las pérdidas en la red de tuberías para poder transportar el fluido a todos los l os puntos previstos. Debido a que es muy difícil determinar el trazado y los diámetros nominales en las tuberías instaladas, esta ecuación es válida para un cálculo aproximado de la altura de presión:

QN QPU =

[m3 /h]

1,163 • 

QPU = Caudal suministrado suministrado por la bomba bomba en el punto de dimensionado en [m 3 /h] QN = Demanda de potencia calorífica de la superficie a calentar en [kW] 1.1633 = Capa 1.16 Capacidad cidad calorífic caloríficaa específica específica en [Wh/kgK] = Diferenci Diferenciaa de dimensionado dimensionado entre la temperatura en la salida y en el retorno medida en [K], se puede presuponer una diferencia de 10 - 20 K para instalaciones estándar.


R • L • ZF HPU =

[m] 10.000

R =caí =c aída dass de de pr pres esió ión n po porr fri fricc cció ión n en un tu tubo bo recto [Pa/m]. Se puede presuponer un valor entre 50 Pa/m y 150 Pa/m en instalaciones estándar (depende del año de construcción de la casa, en casas más antiguas se puede contar con valores inferiores de la caída de presión de 50 Pa/m debido al mayor diámetro nominal de las tuberías instaladas). L = longitud de del tr tramo de de ca calefacción má más desfavorable [m] para las tuberías de salida y de retorno o (longitud + ancho + altura de la casa) x 2 ZF = Fac acto torr de co corr rrec eció ión n pa para ra válv válvul ulas as y racores en la tubería 1.3 Válvula termostática 1.7 Si existen estos componentes, puede emplearse un valor de ZF =2.2. Válvulas y racores en la tubería 1.3 Válvulas termostáticas 1. 7 Mezclador, freno gravitatorio 1.2 Si existen estos componentes, puede emplearse un valor de ZF = 2.6 . 10,000 = Factor de conversi conversión ón de m en Pa

41

DIMENSIONADO APROXIMADO DE BOMBAS

Ejemplo de aplicación El generador de calor de una vivienda multifamiliar con un tipo de construcción más antiguo tiene según la documentación una potencia de 50 kW. Con una temperatura diferencial de 20 K (qfeed = 90° 90°C C /qreturn = 70°C), se obtiene: 50 kW = 2,15 m3 /h

QPU =

1,163 • 20 K Si se desea calentar el mismo edificio con una diferencia de temperatura de por ejemplo 10 K, la bomba circuladora debe proporcionar el doble de caudal, es decir 4,3 m3/h para transportar a los consumidores de calor la energía térmica producida por el generador de calor. La caída de presión por fricción en las tuberías es en este ejemplo de 50 Pa/m, la longitud de las tuberías de salida y de retorno es de 150 m y el factor de corrección es de 2,2, ya que no se ha montado un mezclador o un freno de fuerza de gravedad. Se obtiene la siguiente ecuación: 50 • 150 • 2,2 HPU =

= 1,65 m 10.000

Punto de trabajo en el campo de curvas características de la bomba con caudal volumétrico variable • Area I (tercio izquierdo) Seleccione una bomba má s pequeña cuan do el punto de trabajo se encuentra en esta zona. • Area II (tercio central) La bomba funciona durante un 98% de su tiempo de servicio en la zona ópt ima. • Area III (tercio derecho) La bomba funciona en la zona más desfa vorable sól o en su punto de dimensionado (los días más fríos / calurosos del año), es decir, durante un 2% de su tiemp o de servicio total.

] m [ H d a e n h ó i y s l r e u v p i l m e i D e

Del capítulo "Características de construcción" se conoce la curva de rendimiento en función de la curva característica de la bomba. Teniendo en cuenta esta curva puede apreciarse que el tercio central de la curva característica es la zona de dimensionado más favorable con respecto al consumo de energía. El punto de dimensionado en instalaciones con un caudal volumétrico variable debe encontrarse en el tercio derecho, ya que el punto de trabajo se desplaza al tercio cen tral y se encuentra encuent ra en esta e sta zona durante un u n 98% del tiempo de funcionamiento.

I II

El punto de trabajo cambia a la zona II (tercio central).

La curva característica de la instalación se vuelve más inclinada a medida que la resistencia aumenta, por ejemplo a causa del cierre de las válvulas termostáticas. termost áticas. Finalmente, de los datos calculados para la altura de presión H y el caudal Q se obtienen las curvas características:

Curvas características de Wilo-EasySt Wilo-EasyStar ar

III

d a r u t l A

v

0

1

0 6

2

3

0,5

0

4

1

0,25

0,5

0,75

1/3

Rp ½ Rp 1

1

[m/s]

Rp 1¼

Wilo-Star-E 20/1-5, 25/1-5, 30/1-5

5

1/3

5 1,5

1 ~ 230 V - Rp 1 / 2 ,Rp 1 ,Rp 11 / 4

1/3 4


∆

p - c v m a x .

3 m H

2

1.65 1 min.

0

42

0

0,5

1

1,5

2

2.15

2,5

3

3,5

[m3 /h]



Consecuencias del dimensionado aproximado de bombas Cuando la demanda de calor de un edificio puede determinarse sólo mediante cálculos aproximados de un sistema de tuberías desconocido, uno debe plantearse la pregunta acerca de las consecuencias de este método. En el gráfico de la derecha se muestra una curva de rendimiento típica de un radiador. De esta figura se desprende lo siguiente: una disminución del caudal Q en un 10% tiene como consecuencia una disminución de la potencia de calefacción de los radiadores de sólo un 2%. Lo mismo se encuentra en vigor respecto a un aumento del caudal Q en aproximadamente un 10%. En este caso, los radiadores emiten sólo un 2% más de calor. Incluso un caudal duplicado redunda en un aumento de la potencia de calefacción de sólo aproximadamente un 12% . La causa reside en que la velocidad del agua en los radiadores depende directamente del caudal. Una mayor velocidad de flujo significa un menor tiempo de permanencia del agua en el radiador. Con una baja velocidad de flujo, el fluido tiene más tiempo para transmitir el calor a su entorno.

Diagrama de funcionamiento de un radiador ] %112 [ t r u o l p t a 100 u c o e d g n a 83 i d t i l a a e S H

2%

 10 %

50

100

200

Caudal Flow rate Q [%]

Por este motivo es completamente erróneo dimensionar una bomba con un tamaño mayor del realmente necesario basándose en "complementos por si acaso".

Ejemplo de un diagrama de servicio de un radiador 90/70ºC, temperatura ambiente 20°C

Incluso un dimensionado claramente inferior al valor teórico tiene consecuencias consecue ncias relativamente bajas: con un caudal de un 50%, los radiadores pueden transmitir todavía un 83% de energía de calefacción al ambiente.

Software de planificación de bombas Con un software de planificación de bombas como por ejemplo Wilo-Select se consigue una planificación completa y eficaz. Este software proporciona todos los datos necesarios desde el cálculo hasta el dimensionamiento de las bombas y la elaboración de la documentación requerida. Wilo-Select-Classic es un software de planificación para bombas, sistemas y componentes. Este software permite realizar las siguientes tareas de forma apropiada para la práctica: • Cál Cálcul culo o • Dim Dimensi ensionad onado o • Búsqueda de catálogos catálogos y publicaciones publicaciones • Cam Cambio bio de bombas bombas • Docu Documen mentació tación n • Cálculo de los gastos gastos de energía y de la amortiamortización • Costes durante durante el ciclo de vida • Exportación de datos datos a Acro Acrobat bat PDF, PDF, DXF, DXF, GAEB, Datanorm, VDMA, VDI, CEF • Actualizac Actualización ión automática por por Internet


43


Representación Represent ación esquemática de una instalación de calefacción con posibilidad de un ajuste hidráulico Air tank at hig hest Depósito dehighest aire en position la posición más alta de of los thecircuitos lines Válvula KFE KFE valve Válvula termostática (TV) Thermostat valve (TV) Tercera planta 3rd floor

Bloque retorno Return de block

Posible faltaundersupply de suministro Possible

Gate valve Válvula de compuerta Accionador elétrico Electric actuator Bloque de retorno Return block Controlador de presión Differential pressure diferencial (DV) controller (DV) Bomba circuladora Circulating pump con withregulación pump control

Planta principal Ground floor

Posible exceso de suministro Possible oversupply

Freno debrake gravedad Gravity (SB) (SB) Agitador de 3 palas 3-way mixer Filtro Socla Socla filter Vaso de expansión Diaphragm expansion tank (DET) de fitting conexión (DET) pieza with KV andKV válvula KFE KFE valve

Circuito Line

1

2

p

Válvula de seguridad Safety valve Drenaje Drainage

?

DV 1 DV 2

Alimentación Feed

p?p <0,0.2 2 bbar ar

DV 1 DV 2

p < 0.2 bar

AF

Retorno Return

El funcionamiento eficiente de una bomba requiere un ajuste hidráulico.

44



La hidráulica de principio a fin Es preciso llevar a cabo un ajuste hidráulico para conseguir una distribución de calor óptima con un mínimo de ruidos. El ajuste hidráulico, además, evitará que los consumidores tengan tanto faltas como excesos en el suministro. El caudal nominal suministrado a los ramales se genera mediante la bomba en el sistema de tuberías.El consumidor (radiador) sólo necesita una parte de la potencia en función del tamaño del radiador y del ajuste de la válvula de regulación termostática.

En las válvulas y reguladores los valores pueden ajustarse para los consumidores conforme a las informaciones del fabricante (presión diferencial de dimensionado entre 40 y 140 mbar). Asimismo, es preciso proteger a los consumidores de una presión excesiva. La altura de presión máxima originada por la bomba, por ejemplo en la entrada de válvulas termostáticas no debe exceder los 2 m. Si por el tipo de construcción se excede este valor, es preciso prever reguladores de la presión diferencial en los distintos ramales para observar este valor límite.

Véase el capítulo "Ejemplo de aplicación" en la página 42

Para suministrar a cada consumidor los valores correctos de caudal y presión es posible montar reguladores de presión diferencial para los ramales, válvulas de regulación termostática con preajuste o válvulas de retorno ajustables.

Ajuste Ajus te de bomba bo mbass circulado circu ladoras ras con c on regulac reg ulación ión electrón el ectrónica ica Las bombas circuladoras actuales con regulación electrónica de la velocidad ofrecen una posibilidad muy sencilla para ajustar la altura de presión necesaria en una instalación desconocida: desconocida: • Un requisito requisito es que los ramales se hayan hayan ajus tado cuidadosament c uidadosamentee y que se haya purgado el aire del sistema. Todas las válvulas reguladoras deben estar abiertas.

• Después del primer primer mensaje de que que no llega calor a este punto distante, mediante el botón giratorio, se aumenta lentamente la altura de presión. Hay que tener en cuenta la inercia del sistema de calefacción. • El ajuste está terminado terminado cuando el radiador radiador más desfavorable recibe energía calorífica.

• Las bombas tienen tienen botones de ajuste ajuste en el equipo electrónico para fijar la altura de presión. En función del fabricante, estos botones pueden estar provistos provistos de una escala graduada o no. Se comienza con la altura de presión mínima. Al lado del radiador más desfavorable del sistema se encuentra un compañero con un aparato de radiotelefonía.


45


Conexión de varias bombas Todas las explicaciones anteriores se han referido a una sola bomba centrífuga. Pero en la práctica existen situaciones de servicio en las cuales una bomba individual no puede cumplir con todos los requisitos. En estos casos se instalan dos o más bombas. Dependiendo de la aplicación, las bombas se instalan en serie o en paralelo.

Ejemplo de aplicación: varios circuitos de bombas (bombas conectadas en serie) En grandes instalaciones de calefacción se instalan por motivos de regulación varios circuitos de calefacción. A veces se instalan también varias calderas.

Ejemplo de una instalación con varios circuitos de calefacción

Antes de profundizar en los detalles de funcionamiento debemos hacer hincapié en un error general frecuente: No es verdad que con dos bombas idénticas conectadas en serie se consigue el doble de la altura de presión y con dos bombas idénticas conectadas en paralelo el doble del caudal suministra suministrado. do. Aunque sea posible p osible teóricamente, teóric amente, esto est o no puede conseguirse a causa de las características del tipo de construcción de las bombas y de las instalaciones.

Conexión de bombas en serie Cuando dos bombas se conectan en serie se suman sus curvas características, es decir, se suman las presiones generadas cuando trabajan contra una válvula cerrada. Por lo tanto, la altura de presión con caudal cero de dos bombas idén ticas se duplica. duplic a. Al considerar el otro extremo, es decir, el bombeo sin presión, es obvio que las dos bombas juntas no pueden transport transportar ar un caudal mayor que una sola bomba.

Curva característica característica de la conexión en serie de bombas

] m [ 2 • H0 H d a e n h ó i s y l r u e p v i l m i e e D d

Conexión en serie de dos bom bas con la misma potencia instaladas en una misma carcasa, las alturas de presión se suman en los puntos con el mismo caudal.

a r u t l A

H0

H1 + H2 H1


En la práctica esto significa que se obtienen aumentos proporcionales de ambos componentes del trabajo hidráulico: • En el eje vertical vertical del diagrama de curvas curvas carac terísticas,, en el cual se representa la altura de terísticas presión H, se ve que el aumento es tanto más fuerte cuanto más a la izquier izquierda da se encuentra la curva característica de la instalación instalación.. • En el eje horizontal, horizontal, se ve que el aumento aumento es mínimo.

46

HWG

HC 1

HC 2

S

S

S

Boiler 1 Caldera

Las bombas para la preparación de agua caliente y para los circuitos de calefacción calefacc ión HK 1 y HK 2 trabajan de forma independiente entre sí. Las bombas circuladoras están dimensionadas para vencer las respectivas pérdidas de carga en el sis tema. Cada una de estas tres bombas está conectada en serie con la bomba KP del circuito de la caldera. Esta tiene la función de vencer la pérdida de carga en el circuito de la caldera. Las consideraciones teóricas anteriores se han basado en bombas del mismo tamaño. Como se muestra en el esquema representado, las potencias de cada bomba pueden ser diferentes. En este tipo de instalación existe un gran peligro cuando las capacidades de las bombas no están exactamente ajustadas entre sí. Cuando la bomba del circuito de la caldera genera una presión demasiado alta, una o todas las bombas distribuidoras pueden recibir una presión de entrada demasiado alta en la entrada de aspiración. En este caso no trabajan como bomba sino como turbina (modo de servicio generador). Las bombas funcionan en este caso con empuje. Esto provoca en poco tiempo fallos de funcionamiento y fallos en las bombas. (En el marco de este documento no es posible explicar la solución del problema mediante desacoplamiento hidráulico.)



Conexión de bombas en paralelo Cuando se montan dos bombas en paralelo se suman sus curvas características, es decir, se suman los caudales generados cuando trabajan sin presión, por ejemplo a un tubo abierto. De esta manera. el caudal máximo de dos bombas idénticas se duplica . Se ha mencionado anteriormente que este punto de la curva característica sólo es un valor límite teórico.

Curva característica de la conexión en paralelo m H d a e n H0 h ó i y s l r u e p v l m i e D e

I

d a r u t l A

Ambas bombas en funcionami ento

Al considerar considera r el otro extremo, es e s decir el bombeo con caudal cero, es obvio que las dos bombas juntas no pueden pue den conseguir c onseguir una mayor ma yor altura alt ura de presión que una bomba sola. En la práctica esto significa que también en este caso se obtienen aumentos proporcionales de ambos componentes del trabajo hidráulico: • En el eje horizontal horizontal del diagrama de curvas características se observa que el aumento del caudal Q es tanto más fuerte cuanto más a la derecha se encuentra la curva característica de la instalación. • En el eje vertical vertical se observa que que el aumento de la altura de presión H es más fuerte en la zona central de las curvas características. características. Ejemplo de aplicación: Funcionamiento en paralelo Cuando la demanda de calor alcanza su valor máximo, las bombas I y II funcionan conjunta-

II

2 • Q1 Caudal Flow rate Q [m3 /h]

Q1 Q1 + Q2

Conexión en paralelo de dos bombas con la misma pote ncia

mente en paralelo. Los equipos de regulación necesarios para este modo de servicio se encuentran en bombas modernas, en módulos enchufables en el módulo electrónico, junto con los accesorios requeridos. Debido a que la velocidad de cada una de las bombas individuales montadas en la bomba doble puede conmutarse en varias etapas o regularse de forma continua se obtiene una amplia gama de posibilidades para la adaptación de las bombas a la demanda de calor. Esto demuestra la siguiente curva característica. La línea discontinua corresponde a la curva carac terística en el modo individual de una de las dos bombas. La línea continua en negrita es la curva característica de la bomba en el modo de servicio conjunto.

Curva característica de la Wilo-Stratos D v 0

1

2

10

4 [m/s]

3

Wilo-Stratos-D 50/1-8 1 ~ 230 V - DN 50

9

+

8 ∆

7

p - c c

6 5

m a x .

4 3 2

Conexión en paralelo de dos bombas con la misma pote ncia - aumento real del caudal suministra do

m i n .

1 0

5

0 0 0

10

10 2

1 20

30

20

15 3 40

4 50

5 60

25 6

70

80

7 90

[m3 /h] [l/s] [lgpm]

En el caso de producirse un fallo en una de las bombas se proporciona aún un 50% del caudal inicial. Esto significa según el diagrama de servicio que el radiador puede emitir una potencia de calefacción de más de un 83%. Wilo Principios básicos de las bombas

Véase el capítulo "Consecuencias del dimensionado aproximado de bombas", página 43

47


I

Ejemplo de aplicación: Bomba principal y bomba de reserva

Modo de funcionamiento de carga punta con varias bombas bom bas

El objetivo de una calefacción consiste en calen tar viviendas en la estación estac ión fría. Por este motivo es recomendable prever en cada circuito de calefacción una bomba de reserva para una posible avería. Esto se encuentra en vigor por ejemplo para edificios de viviendas, hospitales y servicios públicos.

En instalaciones con un elevado caudal suministrado se instalan a veces también varias bombas individuales de carga parcial, por ejemplo en un hospital con 20 edificios y una nave de calderas.

II

Por otro lado se originan gastos de instalación claramente más altos a causa del montaje de la segunda bomba y de las válvulas y accesorios requeridos. Un buen compromiso consiste en las bombas dobles ofrecidas por los fabricantes. En una carcasa están ubicados dos rodetes junto con sus motores de accionamiento. I

II

En el modo de servicio de reserva funciona la bomba I o la bomba II, o ambas bombas trabajan alternativamente (por ejemplo cada una durante 24 horas). La otra bomba está desconectada. Un reflujo del fluido impulsado se impide mediante válvulas de conmutación(clapetas conmutac ión(clapetas)) montadas en serie en fábrica. Bomba I o bomba II en funcionam iento

48

Cuando se produce un fallo en una de las dos bombas, tal como se ha mencionado al inicio de esta sección, se lleva a cabo una conmutació conmutación n automática a la otra bomba lista para el servicio.

En el siguiente ejemplo están conectadas en paralelo grandes bombas de rotor seco y con equipos electrónicos integrados. En función de la demanda es posible que las instalaciones de este tipo con carga punta se compongan de dos o más bombas del mismo tamaño. En combinación con el transmisor de señales, el equipo de regulación mantiene constante la presión to total de de la las bo bombas ( -c ) . Carece de importancia qué caudales de suministro permiten las válvulas termostáticas en todos los radiadores y cuántas cuá ntas de las cuatro bombas se encuentran en servicio en un momento dado. Cuando en una instalación de este tipo se ha llevado a cabo un ajuste hidráulico, estos circuitos se emplean también para garantizar el suministro a través de una evaluación de los puntos peor situados en la red. Como lo indica la denominación, denomina ción, el transmisor de señales se instala en los puntos a los cuales llega el calor con más dificultad. La señal de control procedente del transmisor de señales señal es se conduce al equipo de conmutación y se procesa en función de las características reales y la inercia de la instalación. El dispositivo electrónico integrado controla las bombas de forma apropiada con las señales procedentes del equipo de control.



Multiple-pump system with infinitely variable control Indicador de presión diferencial Differential pressure indicator

La instalación total representada en este ejemplo se regula como se indica a continuación: La bomba principal PH o bomba de carga base con dispositivo electrónico integrado se regula de forma continua entre su velocidad máxima n = 100% y una velocidad mínima n = 40%, accionada por el transmisor de presión diferencial. De esta manera, el caudal de carga parcial varía de forma continua en el intervalo QT1< = 25 %. Cuando se necesita un caudal de suministro QT1 > 25% se conecta con su velocidad máxima la primera bomba de carga punta, equipada también con un dispositivo electrónico PS1. La bomba principal se regula de forma continua, por lo que el caudal total se regula conforme a la demanda en el intervalo entre un 25% y un 50%. Este proceso se repite con la conexión de las otras bombas de carga parcial PS2 y PS3 con su velocidad máxima. La demanda demand a máxima de calor del hospital se cubre cuando las cuatro bombas trabajan con su potencia máxima máx ima y suministran el caudal VV. De la misma manera se desconectan las bombas de carga punta con dispositivos electrónicos PS3 a PS1 cuando la demanda de calor disminuye.

Controlador Controller

] m [ H d n a ó e i h s l y u r p e v m i i l e e d D

a r 40 u t l A

PH PH+PS1

PH + PS1 + PS2

n = 6 0 %

Leyenda:

n = 4 x 1 0 0 %

 = const.

n = 60%

V˙ T1 25%

V˙ T2 = 50 50 %

V˙ T3 = 75% V˙ V = 100%

100 ] 75 % [ P n a o50 i c t n p e t m o u s p n e 25 o d c o r e m u w s6 o n P o C

PH = Bomba principal P S = 1-3 bomba 1 a 3 de carga punta VÝ V V = Caudal suministrado a plena carga VÝ T T = Caudal suministrado a carga parcial PV = Consumo de potencia a plena carga PT = Consumo de potencia a carga parcial

PV PT3 PT2 PT1

Caudal Flow Flo w rate V˙ [%]

Para conseguir un tiempo de servicio lo más uniforme posible de todas las bombas de circulación, la función de bomba principal regulada se conmuta diariamente de forma cíclica. Del diagrama inferior se desprende la magnitud de los ahorros que se pueden conseguir para el consumo de potencia en función del respectivo tipo de bomba. En grandes instalaciones tiene mayor importancia la ventaja de gastos de servicio más bajos a lo largo de muchos años en comparación con bajos gastos de inversión. Cuatro bombas con disposi tivos electrónicos de control integrados integra dos pueden ser más caras que una bomba grande sin equipo de control. Pero cuando se tiene en cuenta un periodo de servicio de 10 años, es posible recuperar con creces los gastos de inversión para bombas con equipos de control integrados gracias al ahorro de gastos de servicio. Como efecto secundario se consigue con la instalación un mejor abastecimiento de los consumidores y al mismo tiempo un nivel de ruidos más bajo y una mayor rentabilidad. Todos estos factores pueden resultar en un claro ahorro de energía primaria. Wilo Principios básicos de las bombas

49

Conclusiones En las presentes "Bases de la tecnología de bombas" se ha expuest expuesto o una vista general de los campos de aplicación de las bombas, empezando por las invenciones más antiguas y las relaciones más sencillas hasta ejemplos muy exigentes. Se han explicado las relaciones complejas del servicio de bombas y las mejoras del comportamiento en servicio actualmente posibles gracias a las regulaciones electrónicas. electrónicas. Con respecto a una instalación de calefacción en un edificio, la bomba circuladora es uno de los component componentes es más pequeños del sistema completo en lo que se refiere a su tamaño y a su inversión. Sin embargo, garantiza que todos los otros componentes puedan funcionar correctamente. correctamente. En comparación con el cuerpo humano puede decirse que la bomba es el corazón de la instalación.

50


¿Sabía ...? Si está interesado puede comprobar sus conocimientos conocimientos de las "Bases de la tecnología de bombas" con ayuda de las siguientes preguntas. Historia de la tecnología de las bombas

Preguntas acerca de los temas · Suministro de agua · Eliminación de aguas residuales · Tecnología de calefacción

Pregunta 1:

Pregunta 6:

· Las bombas se conocían ya en la antigüedad (1) · Las bombas se han inventado para la calefacción (2) · Con las bombas sólo es posible elevar agua (3)

Bombas se utilizan ya desde hace siglos: · para la elevación de agua (1) · en calefacciones por vapor (2) · en calefacciones con circulación natural (3)

Pregunta 2:

Pregunta 7:

· Arquímedes inventó la rueda de cangilones (1) · Los chinos inventaron la bomba centrífuga (2) · La inclinación del tornillo de Arquímedes deter mina el caudal suministrado (3) (3 )

· El acelerador de circulación patentado en 1929 era el perfeccionamiento de una bomba de calefacción frecuentemente frecuentemente empleada (1) · Era la primera bomba de montaje en tubos para calefacciones (2)

Pregunta 3: · Los primeros conductos de desagüe se construyeron en 1856 (1) · La Cloaca Máxima se construyó en Roma (2) · Instalaciones de elevación deben montarse en todas las salidas sal idas de agua (3)

Pregunta 4: · Los germanos construyeron calefacciones centrales (1) · Los romanos construyeron calefacciones del suelo (2) · Máquinas a vapor calentaron las casas en el siglo XVII (3)

Pregunta 5: · En calefacciones con circulación natural se montan fuertes y pesadas bombas de calefacción (1) · Las calefacciones por vapor trabajan a temperaturas entre 90ºC y 100ºC (2) · Sólo con bombas circuladoras es posible construir sistemas de calefacción a bajas temperaturas (3)


Pregunta 8: Las bombas de calefacción pueden compararse en el cuerpo humano con: · los brazos (1) · el corazón (2) · la cabeza (3)

Pregunta 9: Las ventajas de la bomba de circulación de calefacción son: · gastos de instalación más reducidos (1) · gastos de servicio ajustados (2) · una regulación bien adaptada (3) · todos los puntos anteriores (4)

4 . o N : 9 a t n u g e r P 2 . o N : 8 a t n u g e r P 2 . o N : 7 a t n u g e r P 1 . o N : 6 a t n u g e r P 3 . o N : 5 a t n u g e r P 2 . o N : 4 a t n u g e r P 2 . o N : 3 a t n u g e r P 3 . o N : 2 a t n u g e r P 1 . o N : 1 a t n u g e r P : s a t s e u p s e R

51

¿SABÍA...?

El agua - nuestro medio de transporte Preguntas acerca de los temas: · Capacidad de almacenami almacenamiento ento de calor · Aumento y disminución del volumen · Presión

Pregunta 1:

Pregunta 6:

El agua se expande: · durante el calentamiento por encima de 0ºC (1) · durante el enfriamiento por debajo de 0ºC (2) · durante el enfriamiento o calentamiento desde +4ºC (3)

La energía de calor disponible en el agua depende de · la capacidad de almacenamie almacenamiento nto del agua (1) · de la masa del agua en movimiento (2) · de la diferenci diferenciaa entre las temperaturas en la salida y el retorno (3) · conjuntamente de las tres magnitud magnitudes es de influencia mencionadas (4)

Pregunta 2: Los siguientes conceptos son iguales: · trabajo, potencia y rendimiento (1) · trabajo, energía y cantidad de calor (2) · trabajo, ganas y alegría (3)

Pregunta 3: El peso específico del agua durante su calen tamiento · disminuye (1) · aumenta (2) · no varía (3)

Pregunta 4: Al alcanzar la temperatura te mperatura de ebullición ebull ición · la temperatura del agua sigue aumentando (1) · la temperatura del agua se mantiene en su punto de ebullición (2) · la temperatura del agua desciende de nuevo (3)

Pregunta 7: Las calefacciones con circulación natural funcionan mejor · con resistencias más bajas de las tuberías (1) · con resistencias más altas de las tuberías (2)

Pregunta 8: La válvula de seguridad · sirve para airear y desairear la instalación (1) · protege contra cargas por presión inadmisibles (2) · no se necesita cuando se montan bombas electrónicass (3) electrónica

Pregunta 5:

2 . o N : 8 a t n u g e r P

La cavitación puede evitarse mediante · la elección de una bomba con una baja altura de presión de entrada (1) · disminución de la presión estática (2) · aumento de la presión de vapor VD (3)

1 . o N : 7 a t n u g e r P 4 . o N : 6 a t n u g e r P 1 . o N : 5 a t n u g e r P 2 . o N : 4 a t n u g e r P 1 . o N : 3 a t n u g e r P 2 . o N : 2 a t n u g e r P 3 . o N : 1 a t n u g e r P t s e u p s e R : s a

52


¿SABÍA...?

Características de construcció construcción n Preguntas acerca de los temas: · Bombas autoaspirante autoaspirantess y bombas bombas con aspiración normal · Bombas de rotor húmedo · Bombas de rotor seco

Pregunta 1:

Pregunta 6:

La altura de aspiración · depende de la presión atmosférica (1) · es teóricamente de 10,33 m (2) · tiene influencia en la altura de presión (3) · las respuestas 1 a 3 son correctas (4)

Las bombas de rotor seco se emplean · a caudales suministrados suministrados bajos (1) · a caudales suministrados altos (2) · sin lubricación del motor (3)

Pregunta 2:

El rendimiento de una bomba es la relación · entre la tubuladura de impulsión y la tubuladura de aspiración (1) · entre la potencia de accionamiento y la potencia de salida (2) · entre la potencia absorbida y la potencia de salida (3)

Para bombas autoaspirantes es correcto: · son capaces de purgar el aire de la tubería de aspiración (1) · la tubería de aspiración debería debería ser lo más corta posible (2) · deben llenarse antes de la puesta en marcha (3) · son correctos todos los puntos anteriores (4)

Pregunta 3: El agua de calefacción en la camisa de bombas de rotor húmedo · sirve para la lubricación y el enfriamiento (1) · favorece la altura de presión (2) · no se necesita en principio (3)

Pregunta 4: Las ventajas de una bomba de rotor húmedo son: · buen rendimiento (1) · altas temperaturas en el circuito de calefacción (2) · marcha silenciosa y funcionamiento sin man tenimiento (3)

Pregunta 7:

Pregunta 8: El mejor rendimiento de una bomba centrífuga se encuentra · en el tercio izquierdo de la curva característica (1) · en el tercio central de la curva característica (2) · en el tercio derecho de la curva característica (3)

Pregunta 9: Las sellados con cierre mecánico · se componen de fibras sintéticas o de cáñamo (1) · son rodamientos del eje (2) · se emplean en bombas de rotor seco (3)

3 . o N : 9 a t n u g e r P

Pregunta 5:

2 . o N : 8 a t n u g e r P

La posición de montaje recomendada de una bomba en línea de rotor seco · es con una disposición vertical del eje (1) · es con una disposición horizontal del eje (2) · con posición de montaje arbitraria excepto con el motor hacia abajo (3)

3 . o N : 7 a t n u g e r P 2 . o N : 6 a t n u g e r P 3 . o N : 5 a t n u g e r P 3 . o N : 4 a t n u g e r P 1 . o N : 3 a t n u g e r P 4 . o N : 2 a t n u g e r P 4 . o N : 1 a t n u g e r P : s a t n u g e r P


53

¿SABÍA...?

Curvas característic características as Preguntas acerca de los temas: · Curva característica de la bomba · Curva característica de la instalación / de la red de tuberías · Punto de trabajo

Pregunta 1: La energía de accionamiento eléctrica · se convierte en alta presión (1) · se convierte en un aumento de la presión y en movimiento (2) · se genera de la energía hidráulica (3)

Pregunta 2: En los ejes de un diagrama de curvas característicaracterísticas se indican · en el eje vertical la altura de presión y en el eje horizontal el caudal suministrado (1) · en el eje vertical el caudal suministrado y en el eje horizontal la altura de presión (2) · en el eje vertical la energía y en el eje horizontal el medio (3)

Pregunta 5: La altura de presión de bombas de calefacción debe dimensionarse según: · la altura del edificio (1) · la resistencia de la red de tuberías (2) · ambas magnitudes de influencia mencionadas (3)

Pregunta 6: El caudal suministrado de la bomba de calefacción debe dimensionarse según: · una temperatura exterior media (1) · la temperatura interior interior deseada (2) · la demanda de calor calculada (3)

Pregunta 3: La curva característica de la instalación muestra · el aumento de la resistencia en función del caudal suministrado (1) · el aumento del caudal suministrado en función de la presión (2) · la variación del caudal suministrado en función de la velocidad del agua (3)

Pregunta 4: La resistencia por fricción de las tuberías varía · de forma lineal con el caudal suministrado (1) · con el cuadrado del caudal suministrado (2) · con el cubo del caudal suministrado (3)

3 . o N : 6 a t n u g e r P 2 . o N : 5 a t n u g e r P 2 . o N : 4 a t n u g e r P 1 . o N : 3 a t n u g e r P 1 . o N : 2 a t n u g e r P 2 . o N : 1 a t n u g e r P s a t s e u p s e R

54


TOPIC

Adaptación Adapta ción de d e las bomba b ombass a la deman d emanda da de calor c alor Preguntas acerca de los temas: · Variaciones de las condiciones meteorológicas · Regulación de la velocidad de bombas · Regulación continua de la velocidad · Tipos de regulación

Pregunta 1:

Pregunta 7:

La demanda de calor de un edificio · es siempre constante constante (1) · varía en función de las estaciones (2) · aumenta cada año (3)

Tipo de regulación -c = presión diferencial constante · El caudal suministrado aumenta con una velocidad constante (1) · La velocidad se adapta a la demanda de caudal suministrada suministr ada (2) · La presión previa del vaso de expansión con membrana se mantiene siempre constante en un sistema cerrado (3)

Pregunta 2: Con la variación de la demanda de calor · regulan las válvulas termostáticas (1) · regulan las ventanas = abrir / cerrar (2) · se regula la presión en la instalación (3)

Pregunta 3:

Pregunta 8:

La variación de la velocidad de las bombas sirve para · adaptar el caudal suministrado requerido requerido (1) · descargar la válvula de rebose (2) · corregir un dimensionado erróneo de la bomba (3)

El modo automático de reducción (autopiloto) · se controla mediante un temporizador (1) · depende de la temperatura ambiente en el interior (2) · sólo debe permitir permitirse se en instalaciones de calefacción hidráulicamente ajustadas (3)

Pregunta 4:

Pregunta 9:

La variación de la velocidad de una bomba se lleva a cabo · siempre de forma manual (1) · siempre de forma automática (2) · de forma manual o automática en función del equipamiento de la instalación (3)

La tecnología ECM más moderna de bombas (alta eficiencia) · emplea rotores de un imán permanente (1) · ahorra hasta un 80% de los gastos de servicio en comparación con bombas convencionales (2) · el giro del rotor se consigue mediante conmutación electrónica (3) · con los puntos 1 a 3 se consigue actualmente la bomba de rotor húmedo más económica (4)

Pregunta 5: La regulación continua de la velocidad · es mejor que la conmutación escalonada (1) · es peor que la conmutació conmutación n escalonada (1) · consigue los mismos resultados que la conmutación escalonada (3)

4 . o N : 9 a t n u g e r P 3 . o N : 8 a t n u g e r P 2 . o N : 7 a t n u g e r P

Pregunta 6: En bombas circuladoras con regulación electrónica · es posible ajustar la demanda de calor (1) · es posible ajustar la duración de vida útil (2) · es posible ajustar la altura de presión (3)

3 . o N : 6 a t n u g e r P 1 . o N : 5 a t n u g e r P 3 . o N : 4 a t n u g e r P 1 . o N : 3 a t n u g e r P 1 . o N : 2 a t n u g e r P 2 . o N : 1 a t n u g e r P t s e u p s e R : s a


55

¿SABÍA...?

Dimensionado aproximado aproximado de bombas Preguntas acerca de los temas: · Caudal suministrado por las bombas · Altura de presión generada por las bombas · Dimensionado de las bombas · Ajuste hidráulico

Pregunta 1: La elección de una bomba de circulación de calefacción se rige · según el diámetro nominal especificado (1) · según aspectos económicos (2) · según los datos de la instalación (3)

Pregunta 2: Con un aumento del caudal suministrado en un 100% · se reduce la potencia de calefacción en aproximadamente un 2% (1) · aumenta la potencia de calefacción en aproximadamente un 12% (2) · se mantiene constante la potencia de calefacción (3)

Pregunta 3: En el caso de dudas acerca de la elección de una bomba circuladora · se elige la bomba más pequeña (1) · se elige la bomba más grande (2) · se elige la bomba más barata (3)

Pregunta 6: ¿Por qué se ajustan las instalaciones de calefacción? · Para conseguir una distribución óptima del calor (1) · La instalación debe funcionar con pocos ruidos (2) · Los consumidores deben protegerse contra excesos y faltas de suministro (3) · Los tres puntos anteriores son importantes y correctos (4)

Pregunta 7: ¿Cómo se ajusta correctamente una bomba elec trónica con una altura nominal de presión desconodesc onocida? · Con ayuda de otra persona (1) · Después de la purga de aire y el ajuste hidráulico (2) · Se empieza con el valor de ajuste mínimo de la bomba (3) · De tal manera que el radiador en la posición más desfavorable reciba suficiente energía de calefacción (4) · El ajuste está terminado cuando se cumplen los puntos 1 a 4 (5)

Pregunta 4: En un sistema de suministro de agua es preciso dimensionar la altura de presión de una bomba · según la altura geodésica (1) · según la presión dinámica mínima (2) · la resistencia de las tuberías(3) · según los puntos 1 a 3 (4)

Pregunta 5: 5 . o N : 7 a t n u g e r P 4 . o N : 6 a t n u g e r P 3 . o N : 5 a t n u g e r P 4 . o N : 4 a t n u g e r P 1 . o N : 3 a t n u g e r P 2 . o N : 2 a t n u g e r P 3 . o N : 1 a t n u g e r P

En instalaciones de calefacción es preciso dimensionar la altura de presión · según la altura geodésica (1) · según la presión dinámica mínima (2) · la resistencia de las tuberías(3) · según los puntos 1 a 3 (4)

: s a t s e u p s e R

56


¿SABÍA...?

Conexión de varias bombas Preguntas acerca de los temas: · Conexión de bombas en serie · Conexión de bombas en paralelo · Modo de servicio de carga punta con varias bombas

Indicador de presión diferencial Differential pressure indicator Controlador Controller

Pregunta 1:

Pregunta 6:

Cuando dos bombas se conectan en serie · se duplica la altura de presión (1) · se duplica el caudal suministrado (2) · las variaciones dependen de la posición de las curvas características de la instalación (3)

¿Cómo se denomina el modo de regulación en el cual el transmisor de señales está montado a gran distancia del equipo de conmutación? · Regulación baricéntrica (1) · Regulación difícil (2) · Regulación según el punto peor situado (3)

Pregunta 2: En el caso de una conexión en serie de bombas existe el peligro · de un servicio generatriz, es decir, la bomba es "empujada" (1) · las potencias de las bombas se cancelan mutuamente (2) · se produce un suministro insuficiente en el sistema (3)

Pregunta 7: ¿Qué debe observarse en la conexión en paralelo de bombas en un equipo de conmutación? · Las bombas deben tener el mismo tamaño (1) · Deben ser bombas de baja velocidad (2) · Deben ser bombas de alta velocida velocidad d (3)

Pregunta 3: Cuando dos bombas se conectan en paralelo · se duplica la altura de presión (1) · se duplica el caudal suministrado (2) · las variaciones dependen de las curvas carac terísticas de la l a instalación (3)

Pregunta 4: Bombas dobles pueden emplearse: · preferentemente en el modo de servicio de reserva (1) · preferentemente en el modo de servicio de adición (2) · opcionalmente en ambos modos de servicio (3)

Pregunta 5: La distribución de la potencia requerida entre varias bombas en grandes instalaciones instal aciones · reduce los gastos de servicio (1) · alarga la duración de vida útil de las bombas (2) · las respuestas 1 y 2 son correctas (3)

1 . o N : 7 a t n u g e r P 3 . o N : 6 a t n u g e r P 3 . o N : 5 a t n u g e r P 3 . o N : 4 a t n u g e r P 3 . o N : 3 a t n u g e r P 1 . o N : 2 a t n u g e r P 3 . o N : 1 a t n u g e r P : s a t s e u p s e R


57

Unidades legales, extracto para bombas centrífugas Magnitud física

Símbolo

Unidades legales U n i d ad e s S I

Otras unidades legales

Unidades ya no admisibles

U n i d ad e s Observaciones recomendadas

Longitud

l

m

Volumen

V

m3

C suministrado C volumétrico Tiempo

Q V t

m3 /s

Velocidad M as a

n m

rps kg

Densidad

r

kg/m3

Fuerza

F

N

Newton kN, mN, mN, … (= kg m/s 2)

kp, Mp, …

Presión

P

Pa

Pa s c a l (= N/m2)

Bar ( 1 b a r = 1 0 5 Pa )

kp/cm2, at, bar m head of water, Torr, …

Energía, Trabajo, Cantidad de calor Altura de presión

W, Q

J

Julio (= Nm = Ws)

kJ, Ws, kWh, … kp m, 1 kW h = 3,600 kJ kcal, cal WE

H

m

Metro

Potencia

P

W

T

K

Vatio (= J / s = N m/s) Kelvin

Diferencia de temperatura

58

s

Metro

km, dm, cm, m mm, mm dm3, cm3, mm3, cbm, cdm, … m3 Litre (1 l = 1 dm 3) m3 /h, l/s l/s y m3 /s Segundo s, ms, ms, ns, … s min, h, d rpm rpm Kilogramo g, mg, mg, libra, quintal kg Tonelada metálico (1 t = 1,000 kg) kg/dm3

Unidad básica

Unidad básica

kg/dm3 y kg/m3

N

J y kJ

M Fl. S.

m

MW, kW

kp m/s, CV

kW

°C

°K, deg.

K

Unidad básica la masa de mercancía comarcial se denomina peso. La denominación “peso específico” no debe emplearse, ya que no es unívoca (ver DIN 1305). 1 kp = 9.81 N. La fuerza gravitacional es el producto de la masa m y la aceleración local de gravedad g. 1 at = 0.981 bar = 9.81 • 104 Pa 1 mm Hg = 1.333 mbar 1 mm WS = 0.098 mbar 1 kp m = 9.81 J 1 kcal = 4.1868 kJ La altura de impulsión es el trabajo J = N m, ejercido en la unidad de masa del medio a bombear dividido por el peso N. 1 kp m/s = 9.81 W 1 CV = 736 W Unidad básica


Material de información

Conocimientos de sistemas

Planungssoftware für Pumpen, Pumpensysteme undKomponenten Windows 98 /ME/NT/ 98 /ME/NT/ 2000 2000 /XP /XP

Version3.1.3 DE Version3.1.3 Deutschland März 2005 www.wilo.de [email protected]

Wilo-Select Classic

Informaciones de planificación

Wilo-Compact200 5 Täglichgutinformier t!

DerWilo-Fa

chhandwerkerkatalo

gmitKalender

Catálogos de producto

Seminarprogramm2005

Vorsprung durch Wissen

Seminarios

Grundlagen der Pumpentechnik

Pumpenfibel

Conocimientos básicos

2005

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Bomba Centrifuga.

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