Cómo dimensionar una bomba de aguas residuales: flujo, altura y sólidos

Si pregunta cómo dimensionar una bomba de aguas residuales, no comience con los caballos de fuerza.

Los caballos de fuerza le dicen algo sobre el motor, pero no le dicen cuánta agua residual moverá la bomba a través de la tubería en su sitio. Un proceso confiable de dimensionamiento de una bomba de aguas residuales comienza con un punto de trabajo - flujo requerido a la cabeza dinámica total - y luego verifica el manejo de sólidos, el diámetro de la tubería, el volumen del recipiente, el patrón de operación y el suministro eléctrico.

Esto es importante porque los sistemas de aguas residuales son menos indulgentes que los sistemas de agua-limpia. El líquido puede contener sólidos blandos, material fibroso, arena, grasa y aire arrastrado. La bomba arranca y se detiene a medida que cambia el nivel del depósito. La línea de descarga puede ser en parte vertical, en parte horizontal y estar llena de accesorios. Una selección que parece adecuada con datos de flujo máximo-puede fallar una vez que se aplican las pérdidas reales de carga y de tubería.

Un buen proceso de dimensionamiento no tiene por qué ser misterioso. Necesita información precisa del sitio y una curva de bomba. Los pasos siguientes funcionan para sistemas eyectores residenciales pequeños, trituradores de inodoros compactos, estaciones elevadoras de hoteles y bombas sumergibles tipo WQ-más grandes. La escala cambia, pero la lógica sigue siendo la misma.

El tamaño de la bomba de aguas residuales comienza con el caudal y la altura. A medida que aumenta la carga, el flujo disponible disminuye. El punto de funcionamiento-donde la curva del sistema se encuentra con la curva de la bomba-muestra lo que la bomba puede entregar en servicio. Una bomba con un caudal máximo de 150 L/min y una elevación máxima de 11 m no puede proporcionar ambos a la vez; su curva debe confirmar los 90 L/min requeridos a 8 m TDH. Los códigos de modelo como 80WQ45-22-7.5 son sólo un primer filtro. Compruebe siempre la curva y utilice el flujo máximo de entrada realista de la aplicación.

El primer paso en el dimensionamiento de una bomba de aguas residuales es determinar cuánta agua residual debe eliminar la bomba durante el período de mayor actividad operativa. No es lo mismo que el caudal máximo impreso en un catálogo de bombas. Los datos del catálogo describen lo que la bomba puede ofrecer en condiciones de prueba específicas. El flujo requerido describe lo que el edificio o proceso realmente enviará a la cuenca.

Para una casa, un pequeño edificio comercial o un hotel, comience con los artefactos conectados y la probabilidad de que varios de ellos se descarguen al mismo tiempo. Los inodoros, duchas, lavabos, lavadoras y desagües normalmente no funcionan de manera continua, pero su flujo máximo combinado puede ser mucho mayor que el promedio diario. Los cuartos de lavado merecen especial atención porque varias lavadoras pueden descargar grandes volúmenes en poco tiempo.

Si el sistema ya existe, una prueba de llenado de la cuenca a menudo da un resultado más útil que una estimación teórica. Apague la bomba, mida cuánto aumenta el nivel del líquido en un tiempo conocido y calcule el volumen añadido. Para un lavabo rectangular, el volumen se basa en el largo, el ancho y el cambio de nivel. Para un lavabo cilíndrico, utilice su diámetro interno y cambio de nivel.

La relación básica es:

Flujo requerido=cambio de volumen/cambio en el tiempo

Repita la medición durante un período de mucha actividad en lugar de durante un período de bajo uso. Si el flujo de entrada varía, utilice el resultado realista más alto y agregue una asignación operativa razonable. Evite agregar un margen de seguridad excesivo, porque una bomba de gran tamaño puede vaciar el depósito demasiado rápido, arrancar y parar con demasiada frecuencia y funcionar lejos de su rango eficiente.

Una vez que se haya establecido el flujo de diseño, combínelo con una altura dinámica total para crear el punto de trabajo. Ese punto de trabajo-no solo los caballos de fuerza-es lo que se debe comparar con la curva de la bomba. Cuando solicite una selección de bomba de aguas residuales, proporcione el flujo normal esperado, el flujo máximo estimado, la fuente de aguas residuales y el patrón de funcionamiento. Estos detalles brindan al proveedor una base mucho más sólida para seleccionar la bomba correcta.

Después de determinar el flujo requerido, calcule la altura dinámica total, generalmente abreviada a TDH. Esta es la resistencia total que debe superar la bomba de aguas residuales al caudal requerido. Usar sólo la altura de elevación vertical es uno de los errores más comunes en el dimensionamiento de bombas de aguas residuales.

TDH incluye elevación estática, pérdida por fricción y cualquier presión requerida en el punto de descarga final. La elevación estática es la diferencia de elevación vertical entre el nivel del líquido operativo en el depósito y el punto de descarga. Una tubería horizontal no agrega sustentación estática, pero aun así crea fricción. Los tramos de tubería largos, los diámetros internos pequeños, las superficies rugosas de las tuberías, los codos, las válvulas de retención, las válvulas de aislamiento y otros accesorios pueden agregar una resistencia significativa.

Antes de seleccionar la bomba, registre la elevación vertical, la longitud total de la tubería, el diámetro interno de la tubería, el material de la tubería y la cantidad de accesorios. También confirme si la descarga ingresa a un drenaje abierto, una alcantarilla por gravedad o una tubería principal presurizada. Una válvula de retención generalmente crea más resistencia que una sección de tubería recta, por lo que no debe ignorarse.

La pérdida por fricción aumenta a medida que aumenta la velocidad del flujo. Esto significa que una tubería de descarga pequeña puede parecer económica, pero puede aumentar considerablemente la altura de la bomba requerida. También puede crear costos operativos más altos y hacer que el punto de servicio sea más sensible a los cambios en el sistema. La pérdida por fricción se puede calcular con fórmulas de ingeniería o tomarse de tablas confiables de pérdidas-de tuberías, siempre que se utilicen el flujo y el diámetro interno correctos.

La relación simplificada es:

TDH=elevación estática + pérdida por fricción de tubería + pérdidas de conexión y descarga

Después de calcular el TDH, trace el flujo y la altura requeridos en la curva de la bomba. La bomba seleccionada debe pasar a través de este punto de trabajo o cerca de él, preferiblemente dentro de una parte estable de la curva. No seleccione una bomba simplemente porque su altura máxima es más alta que la elevación vertical. La altura máxima normalmente se mide con flujo cero y no representa un funcionamiento normal.

Se puede agregar un margen modesto para la incertidumbre normal, pero aumentar innecesariamente tanto el flujo como la altura a menudo resulta en una bomba sobredimensionada. La información precisa del sitio produce una selección de bomba de aguas residuales más confiable que un factor de seguridad grande y arbitrario.

Las aguas residuales no son agua limpia, por lo que el rendimiento hidráulico es sólo una parte de la selección. La bomba también debe manejar los sólidos y materiales que probablemente ingresen al sistema. Antes de elegir una bomba de aguas residuales, identifique si el líquido contiene residuos sanitarios, papel, toallitas, fibras, pelos, partículas de comida, grasa, arenilla u otros desechos.

Una bomba de aguas residuales tipo vórtice o canal- se utiliza habitualmente cuando el principal requisito es el paso libre de sólidos. Una bomba trituradora, cortadora o trituradora puede ser más adecuada cuando las aguas residuales contienen material fibroso que podría enrollarse alrededor de un impulsor convencional. Las lavanderías de hoteles, los baños públicos y los sistemas de drenaje comerciales pueden experimentar diferentes riesgos de bloqueo incluso cuando el flujo requerido es similar.

Se debe comprobar el paso de sólidos declarado de la bomba así como su diseño de entrada, salida y rodete. Una salida grande no garantiza automáticamente que todos los pasajes internos tengan el mismo espacio libre. Para aplicaciones que involucran trapos o fibras, pregunte cómo maneja la bomba material largo y flexible en lugar de verificar solo el diámetro máximo de partícula.

El tubo de descarga también debe adaptarse a la bomba seleccionada. Una tubería demasiado pequeña aumenta la velocidad del flujo y la pérdida por fricción. Una tubería demasiado grande puede permitir que los sólidos se sedimenten cuando la bomba se detiene o cuando el flujo es bajo. El objetivo es mantener suficiente velocidad para transportar material suspendido sin crear pérdidas de carga innecesarias.

Evite reducir el diámetro de descarga por debajo de la recomendación del fabricante de la bomba a menos que se haya revisado el sistema completo. La válvula de retención también debe tener un paso libre y ser adecuada para servicio de aguas residuales. Las válvulas mal seleccionadas pueden atrapar residuos incluso cuando la propia bomba tiene buena capacidad de manejo de sólidos-.

En el caso de aguas residuales que contengan grasa, arena o material inusualmente abrasivo, explíquelo durante la selección. Un mecanismo de corte puede ayudar con las fibras, pero no resolverá todos los problemas causados ​​por arena, piedras o grasa endurecida. El tamaño confiable de la bomba de aguas residuales coincide con el diseño del impulsor, el paso de sólidos y el diámetro de la tubería con el flujo de desechos real en lugar de depender únicamente de la potencia o las cifras de flujo-máximo.

Una bomba puede cumplir con el flujo y la altura requeridos pero aun así funcionar mal si el depósito y el sistema de control no coinciden adecuadamente. El volumen de trabajo entre los niveles de arranque y parada de la bomba determina cuánto tiempo funciona y con qué frecuencia arranca. Si este volumen es demasiado pequeño, la bomba puede arrancar repetidamente en un período corto, provocando calentamiento del motor, desgaste del contactor y mantenimiento innecesario.

Normalmente, la bomba debería funcionar el tiempo suficiente para mover las aguas residuales a través de la línea de descarga y evitar un reinicio inmediato. Una bomba más grande no siempre es mejor. Si su capacidad es mucho mayor que el flujo entrante, puede vaciar el depósito rápidamente y crear ciclos cortos. Verifique los arranques máximos por hora recomendados por el fabricante y confirme que el volumen de trabajo disponible pueda cumplir con ese límite.

El nivel de parada debe dejar suficiente líquido alrededor de una bomba sumergible para que se enfríe y funcione de manera estable. Ajustarlo demasiado bajo puede introducir aire en la bomba, crear turbulencias o exponer el motor. El nivel inicial debe proporcionar suficiente almacenamiento sin permitir que las aguas residuales lleguen a la tubería de entrada o al punto de alarma de nivel alto-.

Los interruptores de flotador y los sensores de nivel deben tener suficiente espacio para moverse libremente. Manténgalos alejados de turbulencias de entrada, rieles guía, cables de bomba y paredes del tanque. En aguas residuales que contienen fibras, los flotadores atados pueden quedar atrapados, por lo que su ubicación es tan importante como el método de control en sí.

Para aplicaciones más críticas, un sistema dúplex proporciona mayor confiabilidad. Las bombas pueden alternarse después de cada ciclo, mientras que la segunda bomba arranca durante un flujo de entrada inusualmente alto o si la bomba de servicio no puede controlar el nivel. Una alarma de nivel alto-independiente debe advertir al operador antes de que se produzca un desbordamiento.

Durante la puesta en servicio, llene el recipiente con agua limpia y observe la secuencia completa. Confirme los niveles de inicio y parada, el movimiento del flotador, verifique-el funcionamiento de la válvula, la rotación de la bomba, la corriente del motor y el tiempo necesario para bajar el nivel. El lavabo y los controles no son accesorios agregados después del dimensionamiento de la bomba de aguas residuales; Forman parte del sistema de bombeo completo.

Una consulta completa sobre el tamaño de la bomba de aguas residuales debe incluir los siguientes datos. Si un valor es desconocido, márquelo como desconocido en lugar de reemplazarlo con una suposición:

• Aplicación: casa, hotel, apartamento, edificio comercial, estación municipal o proceso industrial.
• Fuente del líquido, temperatura, pH si corresponde y descripción de sólidos o fibras.
• Flujo requerido en la condición de diseño, incluidas las unidades y el patrón de picos.
• Elevación estática desde el nivel operativo hasta el límite de descarga.
• Diámetro interno de la tubería, material, longitud horizontal, longitud vertical y número de accesorios.
• Tensión disponible, frecuencia, fase y cualquier limitación-de corriente de arranque.
• Dimensiones del lavabo, nivel de entrada, niveles de inicio y parada y volumen de alarma requerido.
• Configuración simple o dúplex, funciones-del panel de control y requisitos de comunicación.
• Tipo de instalación, materiales requeridos, longitud del cable, accesorios y necesidades de certificación local.

Con esta información, el proveedor puede seleccionar una curva, verificar el paso de sólidos, estimar el tiempo de funcionamiento, confirmar los datos del motor y de control e identificar riesgos antes de la cotización. También hace que las comparaciones entre proveedores sean más significativas porque cada propuesta aborda el mismo deber.

1. El error más común en el tamaño de las bombas de aguas residuales es seleccionar entre valores máximos. La altura máxima y el caudal máximo no son simultáneos, por lo que siempre solicite la curva completa. El segundo error es tratar la elevación vertical como una altura total. Los tramos horizontales largos, las tuberías y válvulas pequeñas pueden agregar suficiente fricción para cambiar el modelo.
2. El tercer error es comprar caballos de fuerza adicionales sin revisar la cuenca. Una bomba de gran tamaño puede acortar-el ciclo, generar un golpe en la válvula y alejarse de su región eficiente. El cuarto es ignorar los sólidos. Una bomba de agua-limpia puede tener una curva atractiva y aún así fallar inmediatamente en las aguas residuales. El quinto es asumir que cada macerador acepta un retrete; Algunas unidades de elevación son productos de aguas-grises.
3. Otro error es dimensionar una bomba en un sistema dúplex y luego asumir que dos bombas duplicarán el flujo. El funcionamiento paralelo cambia la fricción del sistema y el punto de funcionamiento. Se deben evaluar las pérdidas combinadas de la curva y de la tubería. Del mismo modo, una bomba de reserva proporciona redundancia sólo si se prueban los controles, válvulas y alarmas.
4. Finalmente, muchas consultas omiten la vía de alta. Un proveedor recibe flujo, altura y potencia, pero no diámetro, longitud o accesorios de tubería. Si el cabezal indicado es solo elevación estática, la cotización puede ser incorrecta aunque coincida exactamente con la solicitud. Un simple boceto con alzados y longitudes suele ser más valioso que varias páginas de especificaciones generales.

¿Qué bomba de aguas residuales de caballos de fuerza necesito?

Los caballos de fuerza son el resultado del trabajo hidráulico y la eficiencia, no el punto de partida. Determine el flujo requerido, el TDH y el manejo de sólidos, luego seleccione una curva de bomba y un motor que cubran esa tarea sin sobrecarga.

¿Es siempre mejor una bomba de aguas residuales de 1 HP que una bomba de 1/2 HP?

No. La bomba de 1 HP puede producir más flujo o altura, pero puede ser demasiado grande para un recipiente pequeño y su ciclo puede ser demasiado rápido. Compare ambas curvas al TDH real y verifique el tiempo mínimo de funcionamiento, la velocidad de la tubería y los arranques por hora.

¿Cuánta cabeza extra debo agregar?

Calcule las pérdidas estáticas y por fricción con la mayor precisión posible y luego aplique una tolerancia modesta y documentada para la incertidumbre. Evite agregar grandes factores de seguridad de forma independiente al flujo, la altura y la potencia porque el sobredimensionamiento combinado puede ser severo.

¿Qué tamaño de sólidos debe manejar una bomba de aguas residuales?

Depende de la aplicación y del código local. Las aguas residuales de los inodoros generalmente requieren una verdadera bomba, trituradora o maceradora de aguas residuales con un método de manejo de sólidos-establecido. Confirmar el paso libre o la especificación de molienda; no lo infieras sólo a partir del tamaño de la salida.

¿La longitud de la tubería horizontal cuenta como altura?

No agrega elevación estática, pero sí pérdida por fricción. El efecto puede ser significativo en una línea-de diámetro pequeño o con un flujo alto, por lo tanto, incluya la longitud equivalente completa y los accesorios en TDH.

¿Cuándo debo usar dos bombas?

Utilice bombas dúplex cuando el flujo máximo de entrada pueda exceder una unidad, el mantenimiento no pueda detener el drenaje o el desbordamiento crearía un alto costo o riesgo sanitario. Confirme los puntos de funcionamiento de la bomba única-y del paralelo.