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Cómo determinar el caudal requerido y la altura de la bomba.

Al organizar el suministro de agua y la calefacción de casas de campo y casas de verano, uno de los problemas más urgentes es la selección de una bomba. Un error al elegir una bomba está plagado de consecuencias desagradables, entre las cuales el consumo excesivo de electricidad es la más simple y la falla de una bomba sumergible es la más común. Las características más importantes por las que debe elegir cualquier bomba son el caudal de agua o la capacidad de la bomba, así como el cabezal de la bomba o la altura a la que la bomba puede suministrar agua. La bomba no es el tipo de equipo que se puede tomar con un margen: “para el crecimiento”. Todo debe comprobarse estrictamente de acuerdo con las necesidades. Aquellos que fueron demasiado perezosos para hacer los cálculos adecuados y eligieron la bomba “a ojo” casi siempre tienen problemas en forma de fallas. En este artículo, nos detendremos en cómo determinar el cabezal y la capacidad de la bomba, proporcionar todas las fórmulas necesarias y los datos tabulares. También aclararemos las sutilezas del cálculo de bombas de circulación y las características de las bombas centrífugas..

Cómo determinar el flujo y la altura de una bomba sumergible.

Las bombas sumergibles generalmente se instalan en pozos profundos y pozos, donde una bomba de superficie autocebante no puede hacer frente. Dicha bomba se caracteriza por el hecho de que funciona completamente sumergida en agua y, si el nivel del agua cae a un nivel crítico, se apaga y no se enciende hasta que sube el nivel del agua. El funcionamiento de una bomba sumergible sin agua “en seco” está plagado de averías, por lo que es necesario seleccionar una bomba con tal capacidad que no supere el débito del pozo..

Cálculo de rendimiento / caudal de una bomba sumergible.

No en vano, el rendimiento de la bomba a veces se denomina caudal, ya que los cálculos de este parámetro están directamente relacionados con el caudal de agua en el sistema de suministro de agua. Para que la bomba pueda satisfacer las necesidades de agua de los residentes, su rendimiento debe ser igual o ligeramente superior al caudal de agua de los consumidores conectados simultáneamente en la casa..

Este consumo total se puede determinar sumando los costos de todos los consumidores de agua de la casa. Para no molestarse con cálculos innecesarios, puede usar la tabla de valores aproximados de consumo de agua por segundo. La tabla muestra todo tipo de consumidores, como un lavabo, inodoro, fregadero, lavadora y otros, así como el consumo de agua en l / sa través de ellos..

Cuadro 1. Consumo de los consumidores de agua.

Una vez que se han resumido los costos de todos los consumidores requeridos, es necesario encontrar el consumo estimado del sistema, será un poco menor, ya que la probabilidad del uso simultáneo de absolutamente todos los accesorios de plomería es extremadamente pequeña. Puede encontrar la tasa de flujo estimada en la Tabla 2. Aunque a veces, para simplificar los cálculos, la tasa de flujo total resultante simplemente se multiplica por un factor de 0.6 – 0.8, asumiendo que solo 60 – 80% de los accesorios de plomería se usarán en al mismo tiempo. Pero este método no es del todo exitoso. Por ejemplo, en una gran mansión con muchos accesorios de plomería y consumidores de agua, solo pueden vivir de 2 a 3 personas, y el consumo de agua será mucho menor que el total. Por lo tanto, recomendamos encarecidamente utilizar la tabla.

Cuadro 2. Consumo estimado del sistema de abastecimiento de agua.

El resultado obtenido será el consumo real del sistema de abastecimiento de agua de la casa, que deberá ser cubierto por la capacidad de la bomba. Pero como en las características de la bomba la capacidad se suele considerar no en l / s, sino en m3 / h, entonces el caudal que obtenemos debe ser multiplicado por un factor de 3.6.

Un ejemplo de cálculo del caudal de una bomba sumergible:

Considere la opción de suministro de agua para una casa de campo, que tiene los siguientes accesorios de plomería:

Ducha con mezclador – 0.09 l / s;
Calentador de agua eléctrico – 0,1 l / s;
Fregadero en la cocina – 0,15 l / s;
Lavabo – 0,09 l / s;
Inodoro – 0,1 l / s.

Resumimos el consumo de todos los consumidores: 0.09 + 0.1 + 0.15 + 0.09 + 0.1 = 0.53 l / s.

Como tenemos una casa con un terreno de jardín y un huerto, no está de más añadir aquí un grifo de riego, cuyo caudal es de 0,3 m / s. Total, 0,53 + 0,3 = 0,83 l / s.

De la tabla 2 encontramos el valor del caudal de diseño: un valor de 0,83 l / s corresponde a 0,48 l / s.

Y lo último: traducimos l / s en m3 / h, para esto 0.48 * 3.6 = 1.728 m3 / h.

¡Importante! A veces, la capacidad de la bomba se indica en l / h, luego el valor resultante en l / s debe multiplicarse por 3600. Por ejemplo, 0,48 * 3600 = 1728 l / h.

Producción: el caudal del sistema de suministro de agua de nuestra casa de campo es de 1.728 m3 / h, por lo que la capacidad de la bomba debe ser superior a 1.7 m3 / h. Por ejemplo, estas bombas son adecuadas: 32 AQUARIUS NVP-0.32-32U (1.8 m3 / h), 63 AQUARIUS NVP-0.32-63U (1.8 m3 / h), 25 SPRUT 90QJD 109-0.37 (2 m3 / h), 80 AQUATICA 96 (80 m) (2 m3 / h), 45 PEDROLLO 4SR 2m / 7 (2 m3 / h), etc..

Cálculo de la altura de una bomba sumergible.

La altura de la bomba o la altura del agua se calcula utilizando la siguiente fórmula. Se tiene en cuenta que la bomba está completamente sumergida en agua, por lo que no se tienen en cuenta parámetros como la diferencia de altura entre la fuente de agua y la bomba..

Cálculo de la altura de una bomba de pozo

Fórmula para calcular la altura de una bomba de pozo:

Dónde,

Htr – el valor de la altura requerida de la bomba de pozo;

Hgeo – la diferencia de altura entre la ubicación de la bomba y el punto más alto del sistema de suministro de agua;

Hloss – la suma de todas las pérdidas en la tubería. Estas pérdidas están asociadas con la fricción del agua contra el material de la tubería, así como con la caída de presión en las curvas de la tubería y en tes. Determinado por la tabla de pérdidas.

Hfree – Cabezal libre en el pico. Para poder usar cómodamente los accesorios de plomería, este valor debe tomarse de 15 a 20 m, el valor mínimo permitido es de 5 m, pero luego el agua se suministrará en un chorro delgado.

Todos los parámetros se miden en las mismas unidades en las que se mide el cabezal de la bomba, en metros.

El cálculo de las pérdidas de la tubería se puede calcular examinando la siguiente tabla. Tenga en cuenta que en la tabla de pérdidas, la fuente normal indica la velocidad a la que fluye el agua a través de la tubería del diámetro correspondiente, y la fuente resaltada indica la pérdida de carga por cada 100 m de una tubería horizontal recta. En la parte inferior de las tablas, se indican las pérdidas en T, codos, válvulas de retención y válvulas de compuerta. Naturalmente, para un cálculo preciso de las pérdidas, es necesario conocer la longitud de todas las secciones de la tubería, el número de todas las tes, curvas y válvulas..

Tabla 3. Pérdida de carga en una tubería de materiales poliméricos.

Tabla 4. Pérdida de carga en una tubería de tubos de acero.

Un ejemplo de cálculo de la altura de una bomba de pozo:

Considere esta opción para el suministro de agua de una casa de campo:

Pozo de 35 m de profundidad;
Nivel de agua estático en el pozo – 10 m;
Nivel de agua dinámico en el pozo – 15 m;
Débito de pozo – 4 m3 / hora;
El pozo está ubicado a una distancia de la casa: 30 m;
La casa es de dos pisos, el baño está en el segundo piso – 5 m de altura;

En primer lugar, consideramos Hgeo = nivel dinámico + altura del segundo piso = 15 + 5 = 20 m.

Además, consideramos la pérdida de H. Supongamos que nuestra tubería horizontal está hecha con una tubería de polipropileno de 32 mm hasta la casa y en la casa con una tubería de 25 mm. Hay una curva de esquina, 3 válvulas de retención, 2 tees y 1 válvula de cierre. Tomaremos la productividad del cálculo anterior del caudal de 1.728 m3 / hora. Según las tablas propuestas, el valor más cercano es 1.8 m3 / h, así que redondeemos a este valor.

Hloss = 4.6 * 30/100 + 13 * 5/100 + 1.2 + 3 * 5.0 + 2 * 5.0 + 1.2 = 1.38 + 0.65 + 1.2 + 15 + 10 + 1.2 = 29.43 m ≈ 30 m.

Tomaremos 20 m.

En total, el cabezal de bomba requerido es:

Alt = 20 + 30 + 20 = 70 m.

Producción: teniendo en cuenta todas las pérdidas en el ducto, necesitamos una bomba con una altura de 70 m. Además, del cálculo anterior, determinamos que su capacidad debe ser superior a 1.728 m3 / h. Las siguientes bombas son adecuadas para nosotros:

80 AQUATICA 96 (80 m) 1,1 kW – capacidad 2 m3 / h, altura 80 m.
70 PEDROLLO 4BLOCKm 2/10 – capacidad 2 m3 / h, altura 70 m.
90 PEDROLLO 4BLOCKm 2/13 – capacidad 2 m3 / h, altura 90 m.
90 PEDROLLO 4SR 2m / 13 – capacidad 2 m3 / h, altura 88 m.
80 SPRUT 90QJD 122-1,1 (80 m) – capacidad 2 m3 / h, altura 80 m.

Una elección más específica de una bomba ya depende de las capacidades financieras del propietario de la cabaña..

Cálculo de un tanque de membrana (acumulador) para suministro de agua.

La presencia de un acumulador hidráulico hace que la bomba sea más estable y confiable. Además, esto permite que la bomba se encienda con menos frecuencia para bombear agua. Y una ventaja más del acumulador: protege el sistema de los choques hidráulicos, que son inevitables si la bomba es potente..

El volumen del tanque de membrana (acumulador) se calcula utilizando la siguiente fórmula:

Dónde,

V – volumen del tanque en l.

Q – caudal nominal / capacidad de la bomba (o capacidad máxima menos 40%).

ΔPAG – la diferencia entre los indicadores de presión para encender y apagar la bomba. La presión de conexión es igual a – presión máxima menos el 10%. La presión de corte es igual a – presión mínima más 10%.

Pon – presión de encendido.

nmax – el número máximo de arranques de la bomba por hora, normalmente 100.

k – coeficiente igual a 0,9.

Para hacer estos cálculos, necesita conocer la presión en el sistema, la presión de encender la bomba. Un acumulador hidráulico es algo insustituible, por lo que todas las estaciones de bombeo están equipadas con él. Los volúmenes estándar de los tanques de almacenamiento son 30 l, 50 l, 60 l, 80 l, 100 l, 150 l, 200 ly más.

Cómo calcular la altura de una bomba de superficie

Las bombas de superficie autocebantes se utilizan para suministrar agua de pozos y pozos poco profundos, así como de fuentes abiertas y tanques de almacenamiento. Se instalan directamente en la casa o sala técnica, y se baja una tubería a un pozo u otra fuente de agua, a través de la cual se bombea el agua hasta la bomba. Por lo general, la altura de succión de tales bombas no excede de 8 a 9 m, pero suministran agua a una altura, es decir, la altura puede ser de 40 m, 60 my más. También es posible bombear agua desde una profundidad de 20 a 30 m utilizando un eyector, que se baja a la fuente de agua. Pero cuanto mayor es la profundidad y la distancia de la fuente de agua a la bomba, más disminuye el rendimiento de la bomba..

Rendimiento de la bomba autocebante se considera de la misma manera que para una bomba sumergible, por lo que no nos centraremos en esto nuevamente y pasaremos inmediatamente a la presión.

Cálculo del cabezal de la bomba ubicado debajo de la fuente de agua.. Por ejemplo, el tanque de almacenamiento de agua está ubicado en el ático de la casa y la bomba está en la planta baja o en el sótano..

Dónde,

Ntr – cabezal de bomba requerido;

Ngeo – la diferencia de altura entre la ubicación de la bomba y el punto más alto del sistema de suministro de agua;

Pérdida – pérdidas en la tubería por fricción. Calculado de la misma manera que para una bomba de pozo, solo la sección vertical desde el tanque, que se encuentra por encima de la bomba, hasta la bomba en sí no se tiene en cuenta..

Nsvob – cabeza libre de accesorios de plomería, también es necesario tomar 15-20 m.

Altura del tanque – la altura entre el tanque de almacenamiento de agua y la bomba.

Cálculo del cabezal de la bomba ubicado sobre la fuente de agua. – pozo o depósito, capacidad.

En esta fórmula, absolutamente los mismos valores que en la anterior, solo

Altitud de origen – la diferencia de altura entre la fuente de agua (pozo, lago, hoyo de excavación, tanque, barril, zanja) y la bomba.

Un ejemplo de cálculo de la altura de una bomba de superficie autocebante.

Considere esta opción para el suministro de agua de una casa de campo:

El pozo está ubicado a una distancia: 20 m;
Profundidad del pozo – 10 m;
Espejo de agua – 4 m;
La tubería de la bomba se baja a una profundidad de 6 m..
La casa es de dos pisos, un baño en el segundo piso mide 5 m de altura;
La bomba se instala directamente al lado del pozo..

Contamos Ngeo – altura 5 m (desde la bomba hasta los accesorios de plomería en el segundo piso).

Pérdidas: asumimos que la tubería exterior está hecha con una tubería de 32 mm y la interior es de 25 mm. El sistema tiene 3 válvulas de retención, 3 T, 2 válvulas de cierre, 2 codos de tubería. La capacidad de la bomba que necesitamos debe ser de 3 m3 / h..

Pérdida = 4.8 * 20/100 + 11 * 5/100 + 3 * 5 + 3 * 5 + 2 * 1.2 + 2 * 1.2 = 0.96 + 0.55 + 15 + 15 + 2, 4 + 2.4 = 36.31≈37 m.

N libre = 20 m.

Altura de la fuente = 6 m.

Total, Нтр = 5 + 37 + 20 + 6 = 68 m.

Producción: se requiere una bomba con una altura de 70 mo más. Como ha demostrado la selección de una bomba con un suministro de agua de este tipo, prácticamente no hay modelos de bombas de superficie que satisfagan los requisitos. Tiene sentido considerar la opción de instalar una bomba sumergible.

Cómo determinar el flujo y la altura de una bomba de circulación.

Las bombas de circulación se utilizan en los sistemas de calefacción domésticos para proporcionar una circulación forzada del refrigerante en el sistema. Dicha bomba también se selecciona en función de la capacidad requerida y el cabezal de la bomba. El gráfico de la dependencia de la cabeza del rendimiento de la bomba es su característica principal. Dado que hay bombas de una, dos y tres velocidades, sus características, respectivamente, son una, dos, tres. Si la bomba tiene una velocidad de rotor que varía suavemente, entonces hay muchas características de este tipo..

El cálculo de la bomba de circulación es una tarea responsable, es mejor confiarla a quienes llevarán a cabo el proyecto del sistema de calefacción, ya que para los cálculos es necesario conocer la pérdida de calor exacta en el hogar. La selección de la bomba de circulación se realiza teniendo en cuenta el volumen de refrigerante que tendrá que bombear.

Cálculo del rendimiento de la bomba de circulación.

Para calcular el rendimiento de la bomba de circulación del circuito de calefacción, es necesario conocer los siguientes parámetros:

Área de construcción climatizada;
Energía de la fuente de calor (caldera, bomba de calor, etc.).

Si conocemos tanto el área calentada como la potencia de la fuente de calor, podemos proceder inmediatamente a calcular el rendimiento de la bomba..

Dónde,

Qн – caudal / capacidad de la bomba, m3 / hora.

Qneobx – potencia térmica de la fuente de calor.

1,16 – capacidad calorífica específica del agua, W * hora / kg * ° K.

La capacidad calorífica específica del agua es 4.196 kJ / (kg ° K). Conversión de julios a vatios

1 kW / hora = 865 kcal = 3600 kJ;

1 kcal = 4,187 kJ. Total 4,196 kJ = 0,001165 kW = 1,16 W.

tg – temperatura del refrigerante a la salida de la fuente de calor, ° С.

tx – temperatura del refrigerante en la entrada a la fuente de calor (flujo de retorno), ° С.

Esta diferencia de temperatura Δt = tg – tx depende del tipo de sistema de calefacción.

Δt = 20 ° С – para sistemas de calefacción estándar;

Δt = 10 ° С – para sistemas de calefacción de un plan de baja temperatura;

Δt = 5-8 ° С – para el sistema “suelo caliente”.

Un ejemplo de cálculo de la capacidad de una bomba de circulación..

Considere esta opción para un sistema de calefacción de la casa: una casa con un área de 200 m2, un sistema de calefacción de dos tubos, hecho con un tubo de 32 mm, 50 m de largo. La temperatura del refrigerante en el circuito tiene un ciclo de este tipo. de 90/70 ° C. La pérdida de calor en casa es de 24 kW.

Producción: para un sistema de calefacción con estos parámetros, se requiere una bomba con un caudal / capacidad de más de 2,8 m3 / h.

Cálculo de la altura de la bomba de circulación.

Es importante saber que el cabezal de la bomba de circulación no depende de la altura del edificio, como se describe en los ejemplos para calcular una bomba sumergible y de superficie para suministro de agua, sino de la resistencia hidráulica en el sistema de calefacción..

Por lo tanto, antes de calcular la altura de la bomba, es necesario determinar la resistencia del sistema..

Dónde,

Ntr – altura requerida de la bomba de circulación, m.

R – pérdidas en una tubería recta por fricción, Pa / m.

L – la longitud total de toda la tubería del sistema de calefacción para el elemento más lejano, m.

ρ – la densidad del medio que se desborda, si es agua, entonces la densidad es 1000 kg / m3.

gramo – aceleración de la gravedad, 9,8 m / s2.

Z – factores de seguridad para elementos adicionales de la tubería:

Z = 1,3 – para racores y racores.
Z = 1,7 – para válvulas termostáticas.
Z = 1,2 – para un mezclador o dispositivo anti-circulación.

Como se estableció mediante experimentos, la resistencia en una tubería recta es aproximadamente igual a R = 100 – 150 Pa / m. Esto corresponde a una altura de bomba de aproximadamente 1 – 1,5 cm por metro..

Se determina la rama de la tubería, la más desfavorable, entre la fuente de calor y el punto más distante del sistema. Es necesario sumar el largo, ancho y alto de la rama y multiplicar por dos.

L = 2 * (a + b + h)

Un ejemplo de cálculo de la altura de una bomba de circulación. Tomaremos los datos del ejemplo de cálculo del rendimiento..

En primer lugar, calculamos la rama de la tubería.

L = 2 * (50 + 5) = 110 m.

Htr = (0.015 * 110 + 20 * 1.3 + 1.7 * 20) 1000 * 9.8 = (1.65 + 26 + 34) 9800 = 0.063 = 6 m.

Si hay menos accesorios y otros elementos, se requerirá menos cabeza. Por ejemplo, Нтр = (0.015 * 110 + 5 * 1.3 + 5 * 1.7) 9800 = (1.65 + 6.5 + 8.5) / 9800 = 0.017 = 1.7 m.

Producción: este sistema de calefacción requiere una bomba de circulación con una capacidad de 2,8 m3 / hy una altura de 6 m (dependiendo del número de accesorios).

Cómo determinar el flujo y la altura de una bomba centrífuga

La capacidad / caudal y altura de una bomba centrífuga dependen del número de revoluciones del impulsor.

Por ejemplo, la altura teórica de una bomba centrífuga será igual a la diferencia en la presión de la cabeza en la entrada del impulsor y en la salida del mismo. El líquido que entra en el impulsor de una bomba centrífuga se mueve en dirección radial. Esto significa que el ángulo entre la velocidad absoluta a la entrada de la rueda y la velocidad periférica es de 90 °.

Dónde,

Nuevo Testamento – altura teórica de una bomba centrífuga.

tu – velocidad periférica.

C – velocidad del fluido.

α – el ángulo mencionado anteriormente, el ángulo entre la velocidad a la entrada de la rueda y la velocidad periférica, es de 90 °.

Dónde,

β= 180 ° -α.

aquellos. el valor de la altura de la bomba es proporcional al cuadrado del número de revoluciones en el impulsor, porque.

u =π* D * n.

La altura real de una bomba centrífuga será menor que la teórica, ya que parte de la energía del fluido se gastará en vencer la resistencia del sistema hidráulico dentro de la bomba..

Por tanto, la determinación del cabezal de la bomba se realiza según la siguiente fórmula:

Dónde,

ɳg – eficiencia hidráulica de la bomba (ɳg = 0,8-0,95).

ε – coeficiente que tiene en cuenta el número de palas de la bomba (ε= 0,6-0,8).

El cálculo de la altura de una bomba centrífuga requerida para proporcionar suministro de agua en la casa se calcula utilizando las mismas fórmulas que se dieron anteriormente. Para una bomba centrífuga sumergible de acuerdo con las fórmulas de una bomba de pozo sumergible y para una bomba centrífuga de superficie, de acuerdo con las fórmulas de una bomba de superficie.

Determinar la presión y el rendimiento requeridos de una bomba para una residencia de verano o una casa de campo no será difícil si aborda el problema con paciencia y la actitud correcta. Una bomba correctamente seleccionada garantizará la durabilidad del pozo, el funcionamiento estable del sistema de suministro de agua y la ausencia de golpe de ariete, que es el principal problema a la hora de elegir una bomba “con un gran margen de visión”. El resultado es un golpe de ariete constante, un ruido ensordecedor en las tuberías y un desgaste prematuro de los accesorios. Así que no seas perezoso, calcula todo de antemano.