Cálculo de La Altura Dinámica Total

48

3.1.2 Cálculo de la altura dinámica total

TDH  ¿

).

La bomba a seleccionar debe vencer la resistencia de un sistema de bombeo para lograr que el líquido fluya totalmente en el sistema. La resistencia resistencia al flujo flujo del líquido líquido es conocido conocido como altura altura dinámica dinámica total TDH. Esta comprende los siguientes siguientes ítems: alturas estática de succin y de descarga! las p"rdidas por ro#amiento! la altura de veloci velocidad dad!! p"rdid p"rdidas as de carga carga locale localess y la diferen diferencia cia de presin presin e$istente e$istente sobre el líquido en el lado de la succin succin y en el lado de la descarga.

%ara el present presente e proyecto proyecto no e$isten e$isten

condic condicion iones es de succin! succin!

porque las bombas están sumergidas y estás succionan el agua resid residual ual direc directa tame ment nte e sin sin nece necesi sida dad d de acce accesor sorio ioss y tuber tubería ías. s. Entonces:  P D  P S −

0

=

!

V S

=

0

!

Z S 0 =

!

&eempla#ando estos valores en la ecuacin de energía entre dos superficies libres y considerando slo condiciones de descargas! tenemos que:

49

2

2

2

V  D V  D l V  D TDH =Z  D +  + f  +∑  K  L  D 2 g 2g 2g

3.1.3 Diseño del sistema de tuberías y accesorios La tubería de impulsin es la que recibe el agua residual descargada por la estacin de bombeo y que la transporta a presin 'asta el punto de evacuacin. Los aspectos más importantes del dimensionamiento de la tubería de descarga son la velocidad de circulacin y las p"rdidas por friccin. E$iste un conflicto entre ellos porque la velocidad debe ser lo suficientemente alta para transportar  los slidos por la tubería! aunque las velocidades elevadas crean mayores p"rdidas de friccin! aumentando la altura dinámica total a las bombas.

En general! una velocidad mínima de (.)* ft+seg ,-.* m+seg mantiene los slidos en suspensin y una velocidad de *./* ft+seg ,0 m+seg puede arrastrar aquellos slidos que 'ayan podido sedimentarse en la tubería.

50

1omo se detalla en el 2%34D51E 1 la longitud y disposicin del sistema de tubería están en base a las condiciones del proyecto como topografía! requerimientos de construccin! normas de construccin de sistemas de bombeo! etc. Los diámetros de la tubería se dise6an en base a las velocidades mínimas y má$imas para suspender y arrastrar los slidos! estos cálculos se muestran en el 2%34D51E 2.

 2quí se muestran las diferentes velocidades para cada diámetro de tubería a un caudal constante y de acuerdo a esto se selecciona una tubería de diámetro nominal de 7 pulgadas! dimensiones bajo norma 2485 clase (0/. 8e selecciona este diámetro porque se encuentra en el rango de dise6o! y porque además la bomba a seleccionar dispone de una descargada de 7 pulgadas! en las condiciones del punto de trabajo. En la cámara '9meda se selecciona como material de la tubería acero 5no$idable! debido al gran medio corrosivo al que estará e$puesto. En la cámara seca se selecciona tubería 2/ ;rado < 1ED 7-! a este se le aplicará ;alvani#ado en caliente =- micras en la parte interior y e$terior! además en la parte e$terior se le aplicará un ep$ico bituminoso con

51

poliamida ,1oaltar epo$i dos capas de 0-- micras! con un tiempo de curado de siete días! seg9n normas 2485+2>>2 10(- ,Liquid epo$i coating systems for t'e interior and e$terior of steel ?ater  pipelines.

1omo elementos importantes dentro del sistema de tuberías! se tiene a los pasamuros! en el presente dise6o e$isten dos! un elemento brida@liso y otro brida@brida

de cuatro pulgadas de

diámetro nominal! ambos con un anillo de estanqueidad! para evitar  posibles filtraciones y este anillo se lo utili#ará tambi"n para fijarlo mediante puntos de soldadura proveyendo así una

e$celente

fijacin antes de la fundicin de las paredes! evitando un posible desalinamiento o p"rdida de niveles que ocasionarían un problema al momento de acoplar todo el sistema.

Los componentes adicionales de la tubería tales como válvulas! codos! cone$iones en Tee! etc! se los denomina accesorios del sistema de tuberíaA estos contribuyen a la p"rdida de carga global del sistema. 1ada uno de estos componentes está definido por un coeficiente de p"rdida! el cual depende de la geometría del

52

componente considerado. %ara el presente proyecto la sumatoria de los coeficientes de p"rdidas de todos los componentes necesarios para el sistema de tubería dise6ado es .B7! como se lo puede apreciar en la tabla del 2%34D51E 2.

Los accesorios serán bridados y sus dimensiones serán seg9n norma 2485+2>>2 10-B ,Dimensions for fabricated steel ?ater  pipe fittings y 2485+2>>2 10-= ,8teel %ipe Clanges for  >ater?ors 8ervice. 2demás a estos accesorios se les aplicará el mismo recubrimiento contemplado para la tubería de acero 2 / ;rado < 1ED 7-. %ara mayor detalle se muestra en el 2%34D51E  las tablas de especificaciones t"cnicas para el sistema de tubería y accesorios! las mismas que deben ser consideradas por los constructores de la Estacin de
El sistema de
53

adecuado montaje y desmontaje. Las especificaciones t"cnicas de las válvulas seleccionadas se detallan en el 2%34D51E .

%ara la fabricacin de los tramos de tubería se debe dise6ar un procedimiento de soldadura el mismo que será

calificado

y

registrado seg9n cdigo 28FE seccin 5G o 4ormas 2485+2>>2 10-* ,Cield ?elding of steel ?ater pipe. 2demás se debe reali#ar  pruebas no destructivas a los elementos si las circunstancia lo ameritan.

3.1.4 Curva del sistema de Bombeo. La altura requerida por las bombas! para descargar el caudal de (/.-0 lt+s a trav"s del sistema de tubería! se la obtiene desarrollando la curva altura vs caudal del sistema. Esta curva es la representacin gráfica de la altura del sistema y se la obtiene dibujando los puntos correspondientes a la altura manom"trica total ,altura geom"trica más p"rdidas para una gama de caudales que varían desde cero al valor má$imo esperado. El gráfico se lo puede observar en el 2%34D51E 2 y en la figura .(.

54

8e e$presa la ecuacin con el caudal  en ;%F! porque es más usual encontrar curvas de los fabricantes con este valor. Entonces la ecuacin sería: TDH = 25.36 + 9.18 E

−05

Q

2

8e obtiene el punto de operacin! con un cabe#al requerido de -./= ft a 0B.(* ;%F.

55

60.00

50.00

40.00

TDH [ft]

30.00

20.00

10.00

0.00

0.00

100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00

Q[GPM]

FI!"# 3.1 1urva del sistema.

3.1.$ Curvas características de las Bombas a ser utili%adas. La altura a la que la bomba puede impulsar los diversos caudales a la velocidad de funcionamiento constante se establece en los ensayos de bombeo que reali#an los fabricantes. La altura manom"trica de la bomba es la diferencia entre las energías e$istentes en el conducto de impulsin y aspiracin de la bomba.

56

En el curso del ensayo se varía el caudal de bombeo actuando sobre una válvula dispuesta en la descarga de la bomba y se mide la altura correspondiente. Los resultados del ensayo se representan gráficamente dando lugar a una curva de alturas@caudales para la velocidad de giro empleada. 2l mismo tiempo! se mide el rendimiento y la potencia absorbida y los valores resultantes se representan sobre el mismo diagrama. El conjunto de estas curvas se denomina curvas características de la bomba.

%ara el presente proyecto la bomba que se adapta a los requerimientos del proyecto ,dimensiones! diámetro de descarga! punto de operacin! etc.! es un modelo comercial 2FG 77@(B7! marca Homa! cabe recalcar que se 'a elegido esta marca porque cumple con los requerimientos del proyecto a reali#ar! pero queda abierta la posibilidad del constructor que seleccione otra marca de bomba siempre y cuando cumpla con los requerimientos y con la calidades de la que se 'a seleccionado. El gráfico de las curvas características de esta bomba seleccionada se los puede visuali#ar  en el 2%34D51E D.

57

3.1.& 'unto de (eraci*n del +istema de Bombeo. El punto de operacin de la bomba lo determina la interseccin entre la curva del sistema y la curva característica de la bomba seleccionada. La interseccin de estas curvas da un valor de 0B.(* ;%F y de -./= ft! con una eficiencia del *.7 I. El punto de operacin de la bomba se lo puede visuali#ar en el 2%34D51E D.

3.1., Cálculo de la 'otencia de los -uios de Bombeo !tili%ados. Fediante cálculos reali#ados en el 2%34D51E < se obtiene la mínima potencia 'idráulica ganada por el fluido con un valor de apro$imadamente  H%! el motor el"ctrico seleccionado trabajará a 7*- voltios! frecuencia de *- Hert# a (=/- rpm además la potencia de la bomba seleccionada por marca! será de / H% y devanado de 7 polos.

3.1./ +istema de I%a0e. La estacin debe contar con elementos que permitan el transporte y movili#acin de maquinaria! teniendo en cuenta las siguientes disposiciones:

58

(. La capacidad del equipo debe ser suficiente para mover el elemento de mayor peso que pueda ser transportado. 0. El curso del equipo debe ser anali#ado para permitir en todo momento el retiro! movili#acin del equipo de bombeo. . Deben ser previstos los accesos necesarios en la casa de bombas! de manera que permitan el manejo adecuado de los equipos en los labores de mantenimiento.

%ara el presente proyecto! debido a que las dimensiones y peso de las bombas y accesorios a montar o desmontar son de baja magnitud! el i#aje que se dise6 consiste en dos sistemas id"nticos con

un carro y polipasto manual de /-- Jg! los mismos que se

ajustarán a una viga 5! fabricada. 8e provee al carro una proteccin estándar contra caída e inclinacin de acuerdo con la norma D54 (/-(B y con las directrices sobre la maquinaria. 2demás el polipasto debe estar constituido con cadenas resistentes de acero ino$idable para aumentar la resistencia a la corrosin. En el 2%34D51E 5 se detallan los planos y especificaciones del sistema de i#aje. 1omo un adicional al sistema de i#aje! las bombas a seleccionar deben tener  accesorios de i#aje adicionales! los mismos que se compondrán

59

principalmente de un riel de dos tubos de ( K y un codo base de descarga fijo! este codo será bridado de 7 seg9n 2485 <(*.(! entonces cuando se requiera reali#ar un mantenimiento a cualquiera de las bombas! slo bastará con desensamblar los pernos y la bomba será levantada fácilmente con el polipasto manual.

3.2 DI+-( D- '(( 56-D( 3.2.1 Dimensiones del 'o%o 7medo Despejando de la ecuacin deducida en el 2%34D51E ; el volumen requerido para el po#o '9medo será: V 

=

QΦmin 4

%or lo tanto! si: Φmin

 M )-- segundos ,La frecuencia de cada arranque será cada

(/ minutos. Q

 M 1audal de bombeo o capacidad de bombeo.

60

V 

=

15.02 x 900 4

V =3379.5 litros

%or ra#ones de rdenes prácticos y constructivos ,debido a la cota de llegada de los ramales primarios! se adoptan las siguientes dimensiones para el po#o '9medo: Largo M 0 m.  2nc'o M 0 m.  2ltura M /.B m. Nolumen 8 21.$2 m3.

3.2.2 Características del 'o%o 7medo Entre las consideraciones para el dise6o y construccin del po#o '9medo se tienen: •

 2 la base del po#o '9medo se le consider una inclinacin 'acia la #ona de aspiracin de las bombas! debido a que por el tama6o del po#o el flujo no siempre es turbulento! por lo que suele producirse la

•

deposicin de arenas y slidos.   %ara evitar una obstruccin de las bombas con trapos u otros slidos que pueden causar un atascamiento se 'a dise6ado una reja para que separe los trapos y otros materiales. La reja es un

61

dispositivo formado por un conjunto de barras paralelas cuya separacin es de (- cm y la limpie#a de esta se la reali#a de forma

•

manual.   1omo el ciclo de funcionamiento de las bombas depende de la potencia de las mismas y de las recomendaciones del fabricante! se 'a dise6ado el sistema mediante el siguiente criterio para bombas de 'asta 0- H%! el tiempo entre arranques debe ser entre (- y (/

•

minutos.  Dos elementos importantes a instalarse en la cámara '9meda son las compuertas planas desli#antes! se entenderá como compuertas a los dispositivos que permiten controlar el flujo de las aguas residuales entre las cámara de llegada y la cámara '9meda de bombeo y tambi"n para dar paso a un posible flujo de rebose si el caso lo amerita! sus ubicaciones se detallan en el 2%34D51E 1! en el plano %E< --. Estas serán de accionamiento manual a trav"s de un volante y se debe reali#ar una prueba de maniobrabilidad luego del montaje! esta prueba consiste en levantar y descender la compuerta verificando que la operacin se realice con suavidad y sin presentar atascamientos. En el 2%34D51E 1! se detallan más especificaciones t"cnicas que provee el fabricante.

62

3.3 C(9+ID-"#CI(9-+ '#"# # C(9+:"!CCI;9 D- # -+:#CI;9 DB(6B-( •

•

La estructura de la estacin de bombeo será de 'ormign armado.  2 las paredes e$teriores situadas por debajo del terreno y las de la cámara de aspiracin que se encuentran por debajo del nivel má$imo de agua se les colocará un revestimiento bituminoso para evitar 

•

filtraciones. Las secciones serán cuadradas y rectangulares! ya que permiten

•

una utili#acin mejor del espacio disponible. 8e tiene que tener en cuenta que para el montaje de los pasamuros se deben rigidi#ar de la mejor manera posible! no 'ay que escatimar  materiales y costos porque estos son de e$trema importancia al momento de montar las tuberías restantes y si se los instala con alg9n desalineamiento o que se muevan durante la fundicin de los muros conllevaran a que 'aya problemas a futuro con el montaje del

•

resto de los accesorios y tuberías. 8e 'an dise6ado vigas carril para suspender a las bombas para

•

cuando necesiten mantenimiento. %ara atender situaciones de emergencia y en base al criterio de que el n9mero de 'abitantes es menor a ---! se colocarán dos bombas! cada una con capacidad de bombear el caudal de bombeo calculado.

63

Ona de ellas será la unidad de reserva y funcionará alternamente con

•

la unidad principal.  2 las bombas se le 'a incorporado un sistema de fijacin que permite su e$traccin sin desmontar a la tubería de descarga! mediante unas

•

guías a lo largo de las cuales se desli#an las bombas. 8e 'an dise6ado tapas de inspeccin sobre las válvulas c'ec y

•

válvulas compuertas. El proceso de funcionamiento! tanto manuales! como automáticos de los equipos del sistema de bombeo! se los reali#ará desde un T2(! 8>0 Q 8>! y serán del modelo F< para la marca seleccionada ,HPF2! las especificaciones de los mismos se detallan en el 2%34D51E D.

8>0 encenderá la

bomba R (! 8> encenderá a la bomba R 0 en caso de

64

emergencia y 8>( apagará las bombas cuando se llegue al nivel @

@(.B m. On selector

rotativo

para

conmutacin

del

modo

de

funcionamiento de bombeo! 9nica y e$clusivamente operable @

•

manualmente! con opciones: 2pagado! Fanual y automático. %ulsanteras de arranque y paro para el modo de funcionamiento

manual. @ %ulsantera de paro de emergencia. @ Luminarias de se6ali#acin de estado de equipos y+o procesos. Las longitudes de las trabas del flotador se las 'a dise6ado en base a la altura del rango de bombeo. Los gráficos utili#ados para el dise6o

•

se los muestra en el 2%34D51E 1. En modo de operacin 2%2;2DP! no será posible la operacin de bombas! se empleará para mantenimiento e intervencin de los

•

equipos! sin riesgo para el personal que efectuará estas labores. En modos de operacin F24O2L! será posible o encender o apagar  las bombas! mediante la simple accin sobre las teclas de la tarjetas

•

de control de funcionamientos de las bombas. En modo 2OTPFST51P será el controlador programable! el responsable de encender o apagar las bombas mediante rutinas que ejecuten el proceso de funcionamiento automático de las bombas siguiente: @ 1uando el nivel del agua 'aya alcan#ado la cota @-.BB m! es decir  cuando se alcance el nivel de marc'a de bombeo! el flotador  8>0 encenderá la bomba R -(.

65

@

8i en un supuesto caso si el nivel sigue subiendo y logra alcan#ar  la cota @-.0B m se encenderá una alarma y a su ve# la bomba

@

R-0. Las bombas permanecerán en funcionamiento 'asta cuando se alcance la cota @(.B m! en cuyo caso se apagarán ambas bombas.