7.2 CURVAS CARACTERISTICAS DE TUBERIASLa altura de elevacin de una bomba roto dinmica depende fundamentalmente del caudal que circula por ella, lo que quiere decir que va a estar definida por su acoplamiento con el sistema. Si se considera la bomba de forma aislada, la curva que representa la alturaproporcionada por la bomba en funcin del caudal se llama curva caractersticaEn la mayora de las instalaciones importantes de equipos de bombeo, el flujo de diseo no es continuo; sino que existen variaciones diarias, mensuales y estacinales en dicho flujo. De esta forma no resulta tan fcil, hacer una buena seleccin del sistema de tuberas y del equipo o los equipos de bombeo correspondientes. Es por eso que resulta preferible dibujar curvas del sistema de tuberas con las distintas posibilidades de dimetro a escoger y compararlas con las curvas de las bombas, superponindolas a stas determinando as el punto de operacin de cada bomba con cada sistema, y escogiendo; la combinacin sistema-bomba que sea capaz de dar mayor caudal con menos potencia, y que se mantenga al mismo tiempo, dentro de las necesidades de variacin de flujo previamente especificadas.El punto donde se cortan la curva del sistema y la curva de la bomba, se llama punto de operacin.Supongamos, que para una instalacin de bombeo necesitarnos un sistema de tubera de 2000 pies de longitud, que se desea pasar a travs del sistema un flujo de 1000 a 1600 g.p.m y que la diferencia de nivel o carga esttica es fija e igual a 40 pies, y que tiene que vencer adems una carga a presin de 10 pies. Para hacer la seleccin de la combinacin ms adecuada de sistema-bomba es necesario preparar curvas del sistema para distintos dimetros y ver las distintas combinaciones de bombas-sistemas que producen el resultado apetecido y analizar desde el punto de vista econmico estas combinaciones.El primer paso es tabular las prdidas por friccin para distintos caudales y dimetros de tubera seleccionados para el sistema, lo que podemos hacer en la forma siguiente:Si no existiese carga esttica o presin la curva del sistema de tuberas arrancara de la carga cero, pero como la carga esttica ms la presin, en este caso, es de 50 pies, la carga que corresponde al flujo cero es 50 pies y la carga total para cualquier otro flujo resulta 50 pies, ms las prdidas por friccin correspondientes al dimetro de tubera instalado. Estas curvas se dibujan entonces, tal como aparecen en la figura 7.16. Cualquier otro sistema ms complicado con codos, vlvulas, etc., se dibuja de igual manera. Las curvas del sistema se colocan sobre las de las bombas y se obtiene el punto de operacin por la interseccin de la curva del sistema y la curva de carga-caudal de la bomba.

Curvas de varios sistemas de tubera

En el caso que estamos analizando, la curva de la bomba, si el sistema seleccionado es el de 8, deber cortarse con la curva del sistema en el punto A, o a la derecha de l para que resulte su operacin satisfactoria.De igual modo deber suceder con los puntos B y C, si el sistema seleccionado es el de 10 o 12 respectivamente.CURVA CARACTERSTICA DE LA INSTALACIN - PUNTO DE TRABAJOEn una instalacin (hidrulica) de elevacin se distinguen: el canal o la cisterna de aspiracin, o sea "el ambiente" donde la bomba preleva el lquido. la conduccin o tubera de aspiracin, mediante la cual el lquido es aducido a la bomba (inexistente slo en las instalaciones con bombas con cuerpo sumergido). la conduccin o tubera de salida, a la cual la bomba enva el lquido. el canal o la cisterna de salida, o sea "el ambiente" en el cual la bomba introduce el lquido elevado. La energa necesaria para llevar 1 kg de lquido de la cuba de aspiracin a la de salida es:Hi = (Hm - Ha) + Hg + Hp (m)Donde:

* Hm y Ha expresados en m C.L. son las presiones en las superficies libres del lquido respectivamente en las tinas de salida y de aspiracin: si las dos tinas estn a la presin atmosfrica, el trmino (Hm- Ha) es nulo;* Hg es el desnivel geodsico en metros de la instalacin: los ejemplos de la figura 3 indican cmo debe medirse;* Hp son las prdidas globales de carga en metros, de la conduccin de aspiracin (si existe) y de salida. Las prdidas de carga son las prdidas que intervienen en el desplazamiento del lquido: pueden ser "continuas" o "accidentales". Las primeras son debidas al rozamiento entre fluido y tubera mientras que las prdidas accidentales son debidas a variaciones de velocidad (inundacin o restringimiento de la seccin, embocaduras o desembocaduras, conjunto de vlvulas, etc.) y cambio de la direccin (curvas, codos, etc.). Para el clculo de las prdidas de carga generalmente se recurre a grficos y/o tablas fcilmente reperibles en buenos libros de hidrulica o de instalaciones de elevacin.Mientras Hm, Ha, Hg generalmente permanecen constantes con el valor del caudal, las prdidas de carga Hp aumentan con el aumento del caudal segn una ley ms o menos cuadrtica: por lo tanto resulta que incluso el valor de Hi aumenta al aumentar el caudal.Si en un diagrama cartesiano se reportan los valores de Hi en funcin del caudal, se obtiene la llamada "lnea de la resistencia total o curva caracterstica de la instalacin" (figura 4). Generalmente la curva caracterstica de la instalacin se traza uniendo cierto nmero de puntos de coordenadas (Q, Hi) teniendo presente que, como ya se ha dicho, al variar Q vara slo el trmino Hp.

Algunos ejemplos de instalacin con indicacin del desnivel geodsico.

Si en un mismo diagrama cartesiano se reportan las curvas caractersticas de determinada instalacin y de determinada bomba, se encuentra un punto de interseccin entre las dos curvas que define el punto de trabajo de esa bomba en esa instalacin.

PUNTO DE TRABAJO DE UNA BOMBA.Por esta breve descripcin podemos ya deducir que el punto de trabajo no depende solo de las caractersticas de la bomba, sino que tambin es funcin del tipo de instalacin en la cual se introduce la bomba misma: es suficiente maniobrar una vlvula puesta en la salida de la bomba, variando as las prdidas de carga all ubicadas o variar el nivel del lquido en la cisterna de aspiracin o de salida, cambiando as el desnivel geodsico Hg para desplazar el punto de trabajo en correspondencia de un caudal distinto.Dimensiones y disposiciones de tuberas y piezas especiales1) Los dimetros nominales de las boquillas de las bombas no dan ninguna referencia para establecer los dimetros de las tuberas aspirantes e impelentes.Para tuberas impelentes de limitada longitud, la velocidad del flujo y el caudal pueden establecerse segn la siguiente tabla (valores aproximativos y orientativos):

dimetro interno (mm)253240506580100150200

velocidad flujo (m/s)1,41,41,51,61,71,81,92,02,1

caudal (m3/h)2,54,1711203354127237

Para tuberas impelentes de gran longitud (y por lo tanto correspondientes a instalaciones de bombeo de elevada potencia), el dimetro se escoge en base a criterios tcnicos y econmicos al mismo tiempo. Conviene que la conduccin impelente disponga de una vlvula de retencin y de una vlvula de registro. La primera colocada aguas arriba de la segunda de modo que pueda ser inspeccionada y eventualmente sustituida sin vaciar la conduccin permanente, debe proteger a la bomba del golpe de ariete y debe impedir la escorrenta invertida a travs del rodete en caso de parada improvisa del grupo. En cambio, la vlvula de registro se usa para variar el caudal elevado por la mquina y por lo tanto sirve para satisfacer las exigencias de los usuarios.2) La tubera de aspiracin requiere una atencin mayor que la tubera impelente puesto que una instalacin errada o un mal dimensionamiento pueden dar lugar a serios inconvenientes (en primer lugar la cavitacin con todos los problemas derivados).Para garantizar las mejores y las ms eficientes condiciones en aspiracin, esta tubera debe ser lo ms breve posible, vertical o en subida hacia la bomba (en modo de evitar bolsas de aire que podran causar el descebado de la bomba misma), sin estrangulaciones ni bruscas variaciones de direccin.A lo largo del desarrollo de la conduccin de aspiracin no debe haber, salvo casos particulares de instalaciones complejas, vlvulas de ningn tipo a excepcin de la vlvula de fondo montada al extremo, sumergida en la tubera aspirante misma; en el caso de bombas autocebantes tipo Jet, la vlvula puede ser sustituida por una vlvula de retencin montada directamente en la boquilla aspirante.Adems es necesario tener presente que, para garantizar la aspiracin del lquido a elevarse, la conduccin debe ser de cierre hermtico, especialmente si tiene un alto nivel geodsico en aspiracin. Al mismo tiempo no debe presentar puntos elevados en los cuales recoger el aire y/o gas disueltos en el lquido con consiguiente interrupcin del flujo: por lo tanto conviene realizar empalmes embridados o roscados, desechando las soluciones que prevn uniones en tulipa o en campana, cuya estanqueidad a menudo no es perfecta.Para evitar la formacin de vrtices y que por consiguiente junto con el lquido a elevarse sea aspirado tambin aire, es necesario que la seccin de ingreso de la conduccin de aspiracin est situada por debajo de la superficie libre de aspiracin, una altura equivalente de 0,4 a 1 m segn las dimensiones de la instalacin. Para tuberas cortas se pueden escoger los valores de velocidad del flujo y del caudal arriba indicados, multiplicndolos por 0,8: en todo caso, el dimetro interno no debe ser inferior al dimetro de la boquilla aspirante de la bomba.3) En lo posible, toda bomba debiera tener una propia tubera aspirante de modo que pueda ser fcilmente excluida de la instalacin en caso de necesidad e incluso para no hacer entrar aire en el colector aspirante a travs de una bomba parada. Si se debe proyectar una tubera aspirante nica para varias bombas, es necesario eliminar las vlvulas de retencin impelentes y montarlas en las boquillas aspirantes.4) Las piezas especiales como curvas, codos, derivaciones y racores, etc., y complementos de vlvulas en general, debieran usarse exclusivamente solo si fabricados en modo adecuado: para una profundizacin sobre la materia, consltese un buen libro de hidrulica o de instalaciones de elevacin. En todo caso, es necesario tener presente que:1. los empalmes deben hacerse con esmero para evitar retornos de aire y para evitar que las guarniciones no reduzcan la seccin til de pasaje de las tuberas aumentando la resistencia;2. para parcializar el caudal es necesario actuar solo en las compuertas dispuestas en la tubera impelente, en ningn caso en las de aspiracin.

TIPOS DE TUBERIAS:A. Tuberas en serie Por ejemplo dos tuberas de dimetro D1 y D2. La friccin en cada seccin de tubera est representada por su propia curva. La curva resultante es la suma de las ordenadas de las dos curvas.Curvas del sistema y punto de operacin de la bomba para un sistema de tuberas en serie.B. Tuberas en paralelo(Considerando insignificante la friccin del tramo OA). La curva resultante es la suma de las abscisas de las dos curvas.

Curvas del sistema y puntos de operacin de la bomba para un sistema de tuberas en paralelo con descargas al mismo nivel