Curva de Operación Hidráulica de una Tubería de Impulsión

00 Curva De Operacion Hidraulica De Una Tuberia De Impulsion

Curva de Operación Hidráulica de una Tubería de Impulsión

Parte del proceso de selección de una o varias bombas en una Estación de Bombeo abasteciendo a una Tubería de Impulsión, consiste en preseleccionar la Curva Característica de estas bombas y compararlas con la Curva de Operación Hidráulica del sistema, de forma tal de establecer el punto de operación (Caudal y altura) para ciertas condiciones de diseño.

De esta forma, antes de siquiera entrar en el proceso de preselección de los equipos de bombeo, el diseñador debe conocer cuál es la relación existente entre el caudal conducido por ella y las pérdidas de carga que se generan por la conducción del líquido. Para ello se crea la Curva de Operación Hidráulica o Curva Característica como veremos a continuación.

Relación de la Curva de Operación Hidráulica con el Principio de Energía

Suponiendo que se cuenta con un tramo horizontal de tubería del cual es conocida la geometría (longitud, diámetro interno) así como el material (para establecer el Coeficiente de Fricción), el planteamiento de la Ecuación de Energía (despreciando el término de energía cinética) entre su punto inicial (1) y el final (2) conduciría a la siguiente expresión:

Ecuacion-de-Energia-Entre-Dos-Puntos

La cual expresa que la Energía Piezométrica disponible en el punto (1) menos las pérdidas totales (hp) en el tramo en consideración, será igual a la Energía Piezométrica resultante o disponible en el punto (2).

En este caso, las pérdidas totales en el tramo en consideración se corresponderán a un caudal en específico conducido por la tubería, y serán calculadas utilizando ecuaciones como la de Hazen-Williams para el caso de pérdidas por fricción.

Ahora, si quisiéramos establecer cómo varía la energía disponible entre ambos puntos para distintos caudales, podríamos reescribir la anterior ecuación de la siguiente manera (introduciendo la Ecuación de Hazen-Williams incluyendo las pérdidas locales a través de la simplificación del Método de la Longitud Equivalente):

Ecuacion-de-Energia-y-Perdidas-de-Carga

Y, dado que los términos geométricos y físicos son conocidos (Longitud, Coeficiente de Fricción y Diámetro), se puede expresar como:

Curva-de-Operacion-Hidraulica

La cual ya tiene forma de una Curva de Operación Hidráulica, pues permitirá obtener la diferencia de energía para distintos caudales. De esta forma, si conocemos el valor de la Energía Piezométrica en el Punto 1, la ley de Variación de la Energía Piezométrica en el punto 2 tendrá una forma similar a la siguiente:

Grafico-Curva-de-Operacion-Hidraulica

Nótese que en la Curva de Operación Hidráulica anterior se ha particularizado los valores de H1, hp y H2, para un Caudal determinado. Esta Curva de Operación permite así comprender (o visualizar) que, en la medida que el caudal sea mayor, las pérdidas entre ambos puntos también lo serán y, por lo tanto, la Energía Piezométrica disponible en el punto 2 será menor. Por supuesto, si el caudal conducido es nulo, la energía en el punto 2 será igual a la del punto 1 (condición sin pérdidas de carga).

Particularizando la Curva de Operación Hidráulica para una Tubería de Impulsión

El planteamiento anterior es más bien general siendo específicamente aplicable al caso de una Tubería Abastecida por Gravedad, en la que se conoce la energía disponible en su punto de inicio y para la cual podría requerirse determinar la Energía resultante en su punto final cuando se conduce un caudal específico.

En el caso de una Tubería de Impulsión o Aducción por Bombeo, la situación es diferente pues, en este caso, se conoce es la Energía en su punto final (un tanque de descarga generalmente) siendo necesario obtener, para un caudal de diseño dado, la energía en su inicio, es decir: la Energía que debe suministrar la Estación de Bombeo que la abastece.

Así, el planteamiento de la Curva de Operación Hidráulica para una Tubería de Impulsión será el siguiente:

Curva-de-Operacion-Hidraulica-Tuberia-de-Impulsion

Con la consiguiente modificación en el gráfico:

Grafico-Curva-de-Operacion-Hidraulica-Tuberia-de-Impulsion

De esta manera, conociendo la Curva de Operación Hidráulica de la Tubería de Impulsión, es posible conocer cuál será el punto de operación necesario para garantizar el suministro de determinado caudal desde la Estación de Bombeo que la abastece. De hecho, la combinación de esta curva con la Curva Característica de las Bombas Centrífugas preseleccionadas, permitirá realizar la Caracterización y diseño hidráulico del Sistema de bombeo. Pero esto lo dejamos para un próximo Tutorial, por ahora veamos un ejemplo numérico:

Generar la Curva de Operación Hidráulica de una Tubería de Impulsión con las siguientes características:

Diámetro=500 mm
Longitud=2.500 m
Coeficiente de Fricción de Hazen-Williams = 120 (Tubería de Acero)
Coeficiente de Mayoración por pérdidas localizadas (Lc/Lr)=1,15

y la cual descarga en un Estanque cuyo nivel máximo de aguas es de 50 msnm.

A partir de esta curva, determinar cuál será la energía piezométrica necesaria para conducir a través de ella 300 l/s.

Planteamiento de la Curva de operación Hidráulica

Con la información suministrada se obtiene el siguiente factor de pérdidas, para el caudal en litros por segundo:

Coeficiente-de-Perdidas

Con lo cual la Curva de Operación será:

Ejemplo-Curva-de-Operacion-Hidraulica-Tuberia-de-Impulsion

Evaluando esta expresión para caudales entre 0 y 550 l/s y graficando se tiene:

Ejemplo-Curva-de-Operacion-Hidraulica-Tuberia-de-Impulsion

Energía Requerida al inicio de la Tubería de Impulsión Para Conducir el Caudal de 300 l/s

Desde la Curva de Operación Hidráulica obtenida, al interceptarla para el caudal de 300 l/s, obtendremos un valor de Energía Piezométrica necesario a la salida de la Estación de bombeo de 63,5 m aproximadamente:

Ejemplo-Curva-de-Operacion-Hidraulica-Tuberia-de-Impulsion

Vale decir que, para los efectos del ejemplo, hubiera bastado con evaluar la Ecuación obtenida para Q=300 l/s, resultando en un valor exacto de 63,608 m, sin necesidad de realizar el gráfico anterior.

Deja un Comentario