01 - Sistemas de Bombeo - Introducción Sistemas de Bombeo

Estaciones de Bombeo

Prof. Miguel ASUAJE Abril 2009

Objetivos 

Objetivo General Instruir al estudiante con los conocimientos y criterios necesarios para el diseño de los sistemas integrados de una estación de bombeo – confiable, fácil de operar y mantener – para diferentes tipos de servicios en la industria.

Objetivos 

Objetivo General Instruir al estudiante con los conocimientos y criterios necesarios para el diseño de los sistemas integrados de una estación de bombeo – confiable, fácil de operar y mantener – para diferentes tipos de servicios en la industria.

Objetivos 

Objetivos Específicos 

 

 

Manejar los fundamentos para un efectivo diseño que incluya hidráulica, tuberías, golpe de ariete, electricidad, teoría y descripción de bombas Seleccionar los grupos bomba-motor y realizar el trazado de tuberías de la estación Desarrollar habilidades de reporte y comunicación comunicación con disciplinas de soporte como instrumentación, ruido y vibraciones Comparar estaciones de bombeo, evitar graves errores en su diseño Estimar costos

Contenido 

INTRODUCCIÓN  

El Proyecto de Sistemas de Bombeo Flujo en tuberías a presión: 

Fundamentos de hidráulica en tuberías: Fundamentos

de hidráulica en tuberías. Selección de material de tuberías. Descripción de tuberías, conexiones bridadas y soldadas, sellos. Diseño de tuberías: espesores, bridas y soportes. Válvulas para el control del fluido bombeado. Tipos, selección, instalación y protección a corrosión de válvulas. Fundamentos de la hidráulica no-permanente (Golpe de Ariete), control de problemas del flujo en régimen no-permanente.

Contenido 



Fundamentos Eléctricos y Principios de Sistemas de Potencia: Cálculos eléctricos esenciales para estaciones de bombeo. Coordinación de diseño eléctrico con otras disciplinas. Criterios de Selección de Bombas: Tipos de bombas. Comportamiento de las bombas en operación. Selección y especificación de bombas. Regulación de bombas. Arranque y parada de bombas. Análisis hidráulico de sistemas de bombeo.

Contenido 

Proyecto de Estaciones de Bombeo: Condiciones de Succión. Diseño de tubería y tanque de succión. Instrumentación y Supervisión del funcionamiento de las bombas. Vibraciones y ruido. Instalación de bombas. Operación y control de la estación de bombeo. Accionamiento de las bombas. Ejemplos de diseño de estaciones de bombeo. Evitar errores de diseño en las áreas de: localización, ambiente, seguridad, hidráulica, bombas, válvulas, mecánica, eléctrica, especificaciones, economía.

Contenido 

Estaciones de Bombeo para Diferentes Tipos de Servicios: Suministro de agua potable. Industria petrolera y petroquímica. Sistema contra incendio. Tratamiento de aguas residuales. Aguas negras. Centrales termoeléctricas de vapor. Acumulación por bombeo.

Bibliografía 

    

Karassik I., Krutzsch W., Fraser W., Messina J ., Pump Handbook , second edition, McGraw Hill, New York 1986 Larry W. Mays (Ed.), Water Distribution Systems Handbook McNaughton K., Bombas. Selección, Uso y Mantenimiento, McGraw Hill, New York 1989 Manuel Vicente Méndez, Tuberías a Presión, Publicaciones UCAB 1995 Robert L. Sanks, Pumping Station Design (2nd Edition). Andre Savatier, Les Pompes et le Stations de Pompage. La documentation Francaise Paris Francia 1994

Introducción Proyecto Sistemas de Bombeo Objetivos: Desplazar

un líquido desde una fuente, ej. Río Desplazar

Volúmenes considerables de fluido Incrementar

presión a un determinado fluido para un determinado fin

Casos de Estaciones de Bombeo Caso A

Sistema requiere Tubería de Presión

Casos de Estaciones de Bombeo Caso B

Sistema requiere Tubería de Caudal

Casos de Estaciones de Bombeo Caso C. Inversión mas viable que el canal

Casos de Estaciones de Bombeo Ejemplo Caso B

Casos de Estaciones de Bombeo Caso D. Requerimiento Operativo de Presión Ramal de red de acueducto, donde se debe suministrar a los usuarios un caudal q con una presión de entrega no menor que cierto valor mínimo establecido por las normas de diseño

P>(P) Mínima Recomendable

Proyecto Sistemas de Bombeo El proyecto de una aducción, tubería forzada, estaciones de bombeo debe realizarse con un enfoque interdisciplinario. Especial y Atención a aspectos como: 1. 2. 3. 4.

Caudal de Diseño. Distribución espacial y temporal Período de Diseño Factores hidráulicos Topografía. Restricciones piezométricas en puntos de alimentación y entrega 5. Factores geológicos 6. Factores económicos 7. Clases y características de tuberías 8. Factores constructivos 9. Aspectos energéticos 10. Factores ambientales, ecológicos e institucionales 11. Restricciones derivadas del uso y tenencia de tierras 12. Calidad físico-química del agua 13. Restricciones de acceso 14. Recomendaciones de diseño

Proyecto Sistemas de Bombeo Cuido con cálculos hidráulicos! – Establecen la capacidad de la estación Capital total (costo)

Importante – Selección y especificación de equipo mecánico (confiable)  Estándares – Entender métodos de control – Disponer de equipo para monitoreo – Recomendaciones de fabricantes – Seguridad (NFPA 101: Life Safety Code)

Especialidad

Costo aproximado del diseño [%]

Planificación y manejo del recurso (fluido)

5-15

Inspecciones

0,5-1

Ingeniería de suelos y fundaciones

2-10

Ingeniería Hidráulica

5-15

Análisis de efectos transitorios

0-2

Ingeniería Estructural

20-35

Ingeniería Mecánica y Civil

15-40

Ingeniería Eléctrica

10-30

Ingeniería de Instrumentación

2-5

Arquitectura

0,5-2

Especificaciones y administración de contratos

5-10

Ingeniería de Construcción

15-50

Arranque, operaciones, revisiones

5-20

Estándares y Códigos La calidad del producto del proyecto es ampliamente dependiente de la gran variedad de códigos y especificaciones estándar  

Indispensable ayuda para el control de calidad Las especificaciones deben ser precisas y claras

Los estándares son especificados en documentos de contratos por un simple código como “ANSI B16.1” , “ASTM B43” , “STD ASME B31.1” Existen estándares para tuberías, válvulas, materiales, bombas… Ejm: AWWA American Water Works Association

Recomendaciones de Fabricantes 

Se debe ser cauteloso con el seguimiento de las recomendaciones de fabricantes  

Exigen el uso de sus productos al límite  Disminuir precios! Y aseguran: Los productos tendrán el desempeño deseado sí : exactamente;;  Sus instrucciones son seguidas exactamente  Si las condiciones de operación son las más correctas para su uso

Estás restricciones son raras veces encontradas en una instalación:  Diseñadores: Diseños más conservativos

Seguridad 

Fatales accidentes pueden ocurrir en Estaciones de Bombeo 

Diseñadores deben procurar:  

Buenos diseños Alertas e instrucciones para operación y mantenimiento (manuales O&M)

Un diseñador debería leer un código de seguridad: NFPA 101, Life Safety Code, Code, National Fire Protection Association, Quincy, MA

Impacto Ambiental 



La planificación, diseño, construcción y operación de estaciones de bombeo debe considerar los requerimientos ambientales del proyecto Algunos impactos potenciales adversos:    

Aguas más turbias y con sólidos en suspensión Pérdida de hábitat (Riviera y acuático) Cambios en hidrología y hidráulica Ruido producido por el motor

Equipos Involucrados Equipos y Accesorios  

Tuberías Equipos   



Bombas Intercambiadores de calor Tanques

Accesorios   

Filtros Válvulas Medidores

Ej. Estaciones de Bombeo E/B de Agua Potable

Ej. Estaciones de Bombeo

E/B de Agua con Diques de contención


E/B Aguas blancas Detalle Interior de Casa de Máquinas


E/B Aguas blancas Detalle Interior de Casa de Máquinas


An Example of an Interstage Pumping Station on a Sewage Works Supplying Feed to Tertiary Filters and Also Incorporates the Recirculation and Washwater Pumps. This is a Typical Example of a Refurbished Submersible Pumping Station on a Sewage Treatment Works.


P&I

Sewage Treatment

Ej. Estaciones de Bombeo Diagrama de Conexiones Eléctricas

Ej. Estaciones de Bombeo Aguas Negras

A guas N egras.exe

Ej. Estaciones de Bombeo Aguas Negras

Sistema de Agua Potable. Metro de Caracas 3

2 7 4 6

1

5

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Bomba Centrífuga Manómetro de succión Manómetro de descarga Brida en la tubería de descarga Motor Eléctrico Tubería de Succión

Sistema de Agua Potable. Metro de Caracas

Sistema Aguas Negras. Metro de Caracas

Sistema Aguas Negras. Metro de Caracas

Volumen de Aguas Negras 5000Lt

Sistema Drenaje. Metro de Caracas Volumen de Aguas de Drenaje 20.000Lt

Componentes de los Subsistemas de Aguas Negras y Drenaje 

Dos bombas del tipo sumergible con motor eléctrico incorporado, aptas para ser usadas tanto en fosa seca como en fosa húmeda, diseñadas para extraer aguas residuales y de drenaje



Tubería de descarga, válvulas de compuertas y de retención, juntas flexibles, uniones, elementos de soporte y anclaje y accesorios en cada una de las tuberías de impulsión de las bombas



Bases para acople automático al pie de descarga con guías incorporadas para el izaje del conjunto motor - bomba



Mecanismos de izaje para las bombas



Cuatro sensores de nivel para el control automático



Un sensor de nivel para la señal de "alto nivel de agua"



Un tablero de fuerza y control.

Bombas Electro-sumergibles

Para bombear líquido que contengan impurezas sólidas

Sistema Contra Incendio. Metro de Caracas

5 1 3

2

4

1.

Motor Eléctrico

2.

Bomba Centrífuga

3.

Succión del Sistema

4.

Descarga del Sistema

5.

Válvula de Compuerta Tipo de

Vástago Ascendente


Planta de Deshidratación de Crudo

Ej. Estaciones de Bombeo Planta de Deshidratación de Crudo Jusepin

Ej. Estaciones de Bombeo Planta de Deshidratación de Crudo Jusepin

Organización del Proyecto Integral de Aducciones • Ingeniería Conceptual Fase 1

• Ingeniería Básica Fase 2

• Ingeniería de Detalle Fase 3

Organización del Proyecto Integral de Aducciones Ingeniería Conceptual

•

Recopilar, organizar y evaluar todo lo referente a: Mapas

Cartográficos

a

una

escala

apropiada

Información Aerofotogramétrica Geología regional Planes Rectores y Urbanísticos Calidad del Agua Clase de Terrenos Disponibilidad y costos de tuberías y energía

Pronósticos en las variaciones de costos


•

Factores Implicados en el Planteamiento del Sistema de Aducción Cuanto más recto sea el trazado entre dos puntos fijos, menor será la longitud y diámetro de la tubería, para un caudal y carga hidráulica

Mientras mayores sean las cotas de rasante de la tubería, menores serán las solicitudes por presión interna, y menores serán los costos

En la medida de lo posible, se debe localizar la tubería según las filas del terreno

Una tubería instalada por los derechos de vía que puedan existir en la zona del proyecto, pueden reducir los costos y las dificultades legales inherentes a las expropiaciones y pagos de bienhechurías

Para la definición del trazado de una tubería debe tenerse presente la

importancia de las recomendaciones geológicas, especialmente para los conductos de grandes diámetros


•

Factores Implicados en el Planteamiento del Sistema de Aducción Para el trazado de la tubería debe tenerse en cuenta la altimetría de los puntos origen y de entrega de agua

Para facilitar la eventual construcción de una chimenea de equilibrio, en las aducciones por bombeo se deberá acercarse el trazado de la tubería de impulsión tan cerca como sea posible de una elevación natural del terreno, que pueda existir próxima a la estación

El perfil de una tubería debe ser tal que evite presiones subatmosféricas a lo largo de su trayecto, en condiciones de operación

En la definición del eje de la tubería deben considerarse con atención las

posibles interferencias con la vialidad, con tuberías ya instaladas, con obras de drenaje existente, y en general, con cualquier estructura en la zona del proyecto


•

Factores Implicados en el Planteamiento del Sistema de Aducción En la definición del eje de la tubería debe tenerse presente los costos y las dificultades de la colocación de aducciones en zonas urbanas

Las tuberías pueden instalarse bien sea enterradas o superficiales. Ventajas De las tuberías enterradas versus las superficiales

Mejor Seguridad Mejor Compatibilidad con requerimientos ambientales Menos interferencia Desventajas De las tuberías enterradas versus las superficiales

Protección Exterior Inspección periódica y extensiva es prácticamente imposible

Organización del Proyecto Integral de Aducciones Ingeniería Básica

•

Alcance: Levantamiento geológico detallado a lo largo del trazado, con la

delimitación de la litología aflorante, estructuras geológicas y condiciones físicas del terreo

Ejecución de fosas y taladros a mano Perforaciones Ensayos de laboratorio Preparación de planos geológicos Informe geológico – geotécnico Estudio de Impacto Ambiental


•

Ajuste Planimétrico y Altimétrico del Trazado A fin de facilitar la acumulación y subsecuente expulsión del aire que ingrese a la línea, en puntos altos, las tuberías deben colocarse según rasantes inclinadas •

Especial atención debe prestarse a las recomendaciones geológicas y de impacto ambiental •

Se debe procurar que los cambios de alineamiento de la tubería, tanto perfil como en planta, sean los menos indispensables •

En tuberías enterradas, se debe evitar depresiones del terreno que determinen altas presiones internas y que impliquen un espesor excesivo de los conductos en esos sectores •


•

Características Definitivas de las Tuberías Análisis hidráulico – económico de la tubería que mejor se adapte al caso especifico del proyecto para ello será necesario: Actualizar con la máxima precisión los costos principales del sistema de aducción •

Llevar a cabo una minuciosa investigación que permita pronosticar las pérdidas de energía, tanto de fricción como localizadas •

Verificar la disponibilidad del tipo de tubería seleccionada en el estudio preliminar •

Incorporar eventuales márgenes de reserva en los factores hidráulicos y electromecánicos que caracterizan el sistema de conducción •


•

Documentos del Anteproyecto Información básica utilizada, criterios de diseño, metodologías adoptadas, resultados, conclusiones y recomendaciones relacionadas con el anteproyecto de la aducción

Material Anexo Estudio geológico – geotécnico Estudio de las características de los suelos Análisis de costos Consideraciones sobre impacto ambiental •

•

Memoria Técnica

•

•


•

Anteproyecto de las Principales Obras Complementarias del Sistema de Aducción Se generan los parámetros básicos para el anteproyecto de las principales obras complementarias del sistema de aducción tales como estaciones de bombeo, túneles, estanques, acceso, etc.

Aspectos Institucionales El proyectista deberá fijar los lineamientos cartográficos sobre los cuales se realicen los tramites jurídicos orientado hacia la oficialización de los derechos de paso para la colocación de la tubería, la adquisición de terrenos, o la cancelación de las bienhechurías que puedan requerirse para la construcción del sistema de aducción

Organización del Proyecto Integral de Aducciones Ingeniería de Detalle

•

Ejecución del proyecto definitivo Memoria Descriptiva Planos Lista Definitiva de Tuberías, Piezas Especiales, Válvulas, y Equipos de Medición

Cantidades de Obra y Especificaciones de Construcción Instructivos para la operación y Mantenimiento Anexos

Sistemas de Bombeo en Venezuela


Esquema del Sistema Regional del Centro de Venezuela. I Fase que abastece de agua al eje


Esquema del Sistema Dos Cerritos (Estado Lara, Venezuela)


SISTEMA TUY II

SISTEMA TUY II

Sistema TUY

SISTEMA TUY II

Descripción. Sistema Tuy II

Longitudes y diámetros de T uberías del Sistema T hasta La G uarita. TRAMO LO NG ITUDES [m ] DIAME E/B21-E/B22

11.875,2

E/B22-E/B23

3.153,5

E/B23-La G uarita

20.014,9 1.089,3

La Pereza

502,5 548,11

Cotas de ejes de las bombas.


Cotas de los Embalses y Planta de Tratamiento. Sistema TUY II. Nivel de Nivel de aguas Nivel de aguas aguas medias mínimas normales mbalse Lagartijo

189,75 msnm

173,88 msnm

158 msnm

esarenadores

--------

152,50 msnm

--------

balse Taguacito

9600 msnm

9400 msnm

9200 msnm


Tabla N°6. Cotas de Tanquillas de suc Sistema TUY II. Cota de Fondo Tanquilla de succión

199,63 msnm

de la E/B21 Chimenea 21

363,58 msnm

Tanquilla de succión

335,00 msnm

de la E/B22 Chi

22

673 92


Progresivas desde Embalse Lagartijo hasta Pl Guairita. Sistema TUY II. Pro (K Chimenea de Lagartijo

0+

Tanquilla de succión de la E/B21

2+

Eje deBomba E/B21

2+

Chimenea 21

5+

Tanquilla de succión de la E/B22

14

Eje deBomba E/B22

14

Sistema Tuy II. Los Embalses Embalse Lagartijo El embalse Lagartijo se encuentra sobre el río del mismo nombre, a 4 kilómetros de San Francisco de Yare, en el estado Miranda. Fue construido entre 1960 y 1962 con el fin de abastecer de agua a la ciudad de Caracas. También surte a las poblaciones de San Francisco de Yare y Santa Teresa del Tuy. El embalse Lagartijo tiene capacidad para almacenar alrededor de 80 millones de metros cúbicos de agua, en una superficie total de 451 hectáreas. Embalse Taguacita El embalse Taguacita está ubicado vía Santa Teresa, a 16 kilómetros del Parque Nacional Guatopo, estado Miranda. Este embalse compensatorio forma parte del Sistema Tuy II. Taguacita capta el volumen de agua producido por el embalse Taguaza; además de ser una fuente anexa del Sistema Tuy II, incrementa el suministro de agua en este sistema. La capacidad máxima de este embalse es de 120 millones de metros cúbicos. Embalse La Pereza El embalse La Pereza se encuentra a 18 kilómetros de Petare, estado Miranda. Esta represa fue construida en los años 1966 y 1969 por Eneca S.A, para funcionar como embalse compensador de agua para la ciudad de Caracas, en caso de falla del Sistema Tuy II. La Pereza cuenta con una capacidad máxima de 9 millones de metros cúbicos.

Sistema Tuy II. Los Embalses Embalse Taguacita Embalse Lagartijo

Embalse La Pereza

e d a m e t s i s s b a u c S a l r e a C d o o r t t n e e i M m e l a b n a o i t c o n P u a F u e g d A a m a r g a

CP-11

Ingeniería de Detalle

•

C P 1 1


Estación de Bombeo horizontal en la aducción río Unare,

01 - Sistemas de Bombeo - Introducción Sistemas de Bombeo

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