Abastecimiento de agua para una población pequeña. La selección del equipo de bombeo se opta por una bomba que genere el menor costo de operación y mantenimiento posible durante el periodo d…Descripción completa
Descripción: diseño de carreteras I
bDescripción completa
Descripción completa
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bases del concurso de seguidores de lineaDescripción completa
DISE O DE LA LINEA DE CONDUCCION, CONDUCCION, PARA PARA UN SISTEMA SISTEMA DE IMPULSION IMPULSION (TRAMO - 02) 02) La linea de impulsion se diseña con el caudal maximo diario mas el caudal de reserva, se utiliza caudal de reserva para poblaciones mayores de 10000 hab.
Q DONDE: QI
I
Q
24
*
md
N
: Caudal de impulsion (l/t). : Ca Caudal ma maximo di diario (l(l/t). : Numero de horas de bombeo
Qmd N
Para nuestro caso: Qmd N
= =
QI
=
QI
15.29 l/t 18 hrs 15.29x
24 18
20.386 20.3867 7 l/t
=
ANALISIS DE VELOCIDAD EN EL TRAMO 02 De acuerdo al reglamento para sistemas de impulsion se recomienda la utilizacion de diametros de tuberias que te permitan velocidades:
1.00 m
s
V
V 2.00 m
s
4 *
*
Q D
2
Diametro de tuberia tramo 02 tuberia de 6" 0.152 m V
1.12 m/s > 1.00 m/s
=
OK
Entonces la tuberia de impulsion mass eficiente sera
6"
DETERMINACION DE LAS PERDIDAS DE CARGA 1. Perdidas de carga en la tuberia de impulsion ml = 360 ml 6" = = 20.387 l/l/t = 1.12 m/s De la formula de Darcy Weisbach.
Longitud Diametro Qimp. Velocidad
3
0.0203867 m /s
L V 2 Hf f * * D 2 g
De la formula de SWAMEE - JAIN: Para valores de Re mayores de 4,000 es recomendable usar la siguiente expresion: f
0. 25 Ks D 5 .74 log( 0. 9 3. 7 Re
DONDE: f = Ks = D = Re = Re
2
)
Coeficiente de friccion de la tuberia Rugosidad de la tuberia Diametro de la tuberia (m) Numero de Reynolds (adim)
V
* D
u
DONDE: u = V
Viscosidad cinetmatica (20 °C) velocidad del fluido en la tuberia (m/s)
=
Para nuestro caso sera: -6
u V
= =
1.01*10
Re
=
1.12 0.152 1.01*10-6
= 0.00000101 1.12 m/s
Re 168635 = Luego reemplazando en la ecuacion de SWAMEE - JAIN: f
0 .25 Ks D 5. 74 log( 0 .9 3. 7 Re
2
)
Ks = 0.0015 mm D 0.152 m Aplicando la ecuacion se tiene. f 0.01614
0.0000015 m
=
Reemplazando en la ecuacion de de Darcy: L V 2 Hf f * * D 2 g
g
=
Hf
=
Hf
=
9.81 m/s2 2
x
0.01614
360 1.12 0.152 x 2 x 9.81
2.43 m
2. Perdida de carga en accesorios: Tomando como referencia el cuadro adjunto los valores de K seran: ACCESORIOS codo 30º (6") valvula compuerta (6") valvula check (6")
K 0.1 0.2 2.5
Nº accesorios 1 3 1
parcial 0.1 0.6 5.0
Sumatoria total de K
5.7
Aplicando la longitud equivalente en la ecuacion . Hf K *
Hf
=
Hf
=
V 2 2 * g
(
5.7
)1/2
1.118 2 x 9.81
0.36 m
DETERMINACION DE LA ALTURA DINAMICA DE LA TUBERIA Ecuacion de energia en reservorio de captacion a reservotio proyectado
P 1
2
DONDE: P1 = = V2 = Z2 = HB = Hperd hi
=
V 1
2 * g
Z 1 HB Hperd .
P 2
2
V 2
2 * g
Z 2
presion en el reservorio existente peso especifico del agua velocidad en el reservorio existente altitud del reservorio altura que genera la bomba para impulsar agua al nivel del reservorio proyectado perdida de carga por friccion y accesorios. diferencia de nivel eje del rotor y nivel de descarga.
HB
hi Hperd
V 2 2
2
g
La altura de perdidas de carga estara dada por la suma total de todas las perdidas presentadas en los calculos:
Hperd Hperd .impulsion
Hperd Hperd
= =
2.428 2.79
+
m
0.36
perd .accesorios
DETERMINACION DE LA SOBRE PRESION POR CIERRE INSTANTANEO: Velocidad de propagacion de la onda (m/s). 1
a
DONDE: a = ρ = D = e = ε = E =
D 1 * e *
velocidad de propagacion de la onda (m/s) densidad del agua (1000 kg/m3) diametro de la tuberia (m) espesor de la tuberia (m) modulo de elasticidad del agua (10*10^9 N/m2) modulo de elasticidad de tracciondel material (8.61*10^8 N/m2)
Para nuestro caso sera: ρ
D e ε E
1000
= = = = =
kg/m3
0.152 m 0.0033 m 9
= =
2*10 N/m2 8.61*10 N/m2
2E+09 8.61E+08
N/m2 N/m2
calculo espesor
ε
Dext. 203.2 Dint. 199.9
0.0033
1
a
D 1 e *
*
a
=
135.91 m/s
Tiempo de cierre de la tuberia:
Tc
DONDE: Tc = L
2 *
L
a
Tiempo de cierre de ua valvula (seg)
= longitud de la tuberia (m) Para nuestro caso sera: L
=
Tc
=
Tc
=
360
m
2 x
360 135.91 5.298 m/s
Sobre presion causada por el golpe de ariete: Ha DONDE: ∆Ha
=
∆Ha
=
∆Ha
=
V
*
a
g
Altura de carga de la sobre presion (m)
x 135.91 9.81 15.48 m
1.12
DETERMINACION DE LA ALTURA DE CARGA DINAMICA MAXIMA
H max hi Hperd
.
Ha
DONDE: ∆Hmax = Altura maxima de carga de agua (m) Hperd = altura total de carga de agua por friccion (m) ∆Ha = altura de carga por sobre presion (m) hi diferencia de nivel eje del rotor y nivel de descarga.
=
Para nuestro trabajo las alturas seran: hi
= ∆Hmax = ∆Hmax
=
98 m 98
116.27 m
+
2.79
+
15.48
DETERMINACION DE LA POTENCIA DE LA BOMBA La potencia de la Bomba esta definida por la siguiente ecuacion: Q * H MAX HP 75 * n DATO: Q H MAX n
: gasto en lt/seg : altura dinamica de la bomba : eficiencia recomendado por los fabricantes de bomba.
n (bomba) : 0.90 n (motor) : 0.95 n = n =
0.90 * 0.95 0.86
LUEGO LA POTENCIA DE LA BOMBA SERA:
HP DONDE: Q= H MAX n=
20.3867 116.27 0.86 HP
HP
Q
*
H MAX
75 *
n
lt/seg m
16 . 78 * 145 . 19 75 * 0 . 86
36.8 HP
DISE O DE LA LINEA DE CONDUCCION, POR SISTEMA DE IMPUSION (TRAMO - 01) Para la determinacion del diametro de la tuberia de impulsion se necesita calcular primero el caudal de impulsion.
DETERMINACION DE CAUDAL DE IMPULSION La linea de impulsion se diseña con el caudal maximo diario mas el caudal de reserva, se utiliza caudal de reserva para poblaciones mayores de 10000 hab.
Q DONDE: QI Qmd N
I
Q
md
*
24
N
: Caudal de impulsion (l/t). : Caudal maximo diario (l/t). : Numero de horas de bombeo
Para nuestro caso: Qmd N I
QI
= = = =
15.29 l/t 18 hrs 15.29x
24 18
20.3867 l/t
DETERMINACION DEL DIAMETRO DE LA TUBERIA DE IMPULSION 1. Determinacion del diametro segun fuente capeco.
DOMDE: D X Q
X D 1.3 * 24
1 4
*
Q
: diametro cde la tuberia (m) : Nº de horas de bombeo : caudal de impulsion (m3/s)
Para nuestro caso: Q X
= =
D
=
D D
= =
3
0.020386667 m /s
20.3867 l/t 18 hrs 1.3
x(
)1/4 x (
18 24
0.173 m 6.801 pulg
7"
2. Determinacion del diametro segun BRESSE.
D 0.5873* N 0.25 * Q DONDE: D N Q
: diametro cde la tuberia (m) : Nº de horas de bombeo : caudal de impulsion (m3/s)
Para nuestro caso: D D D
= = =
0.5873 x 18 0.173 m 6.800 pulg
1/4
1/2 0.020386667 7"
)
1/2 0.02038667
3. Determinacion del diametro asumiendo la velocidad optima de reglamento V = 1.5 m/s.
V ¶
= =
D
=
D D
= =
4 V
D
*
Q
*
1.5 m/s 3.14159
(
4 X
)1/2
0.02038667 1.5 x 3.14159 0.132 m 5.179 pulg
5"
ANALISIS DE LOS RESULTADOS DE LOS DIAMETROS De acuerdo al reglamento para sistemas de impulsion se recomienda la utilizacion de diametros de tuberias que te permitan velocidades:
1.00 m
s
V 2.00 m
s
4 *
V
*
2
D
6.26 "
Del promedio de diametros sera tuberia de 6" 0.152 m V
Q Por lo tanto se asumira un diametro de
1.12 m/s > 1.00 m/s
=
OK 6"
Entonces la tuberia de impulsion mass eficiente sera
DIAMETRO DE LA TUBERIA DE SUCCION (Vs). Tomando el diametro comercial superior, se tendra 8" (203.2mm) la velocidad en estas condicones seria de: 0 .6
m
s
Vs D
=
Vs
=
V
8"
0 .9
m
s
Q A
0.203 m 0.629 m/s
0.6
<
0.629 < 0.9
OK
Calculo de la altura de sumergencia:
S 2.5 * D 0.1 S
=
0.608
m
DETERMINACION DE LAS PERDIDAS DE CARGA 1. Perdidas de carga en la tuberia de impulsion Longitud Diametro Qimp. Velocidad
= = = =
1140 ml 6" 20.387 l/t 1.12 m/s
3
0.020386667 m /s
De la formula de Darcy Weisbach.
L V 2 Hf f * * D 2 g De la formula de SW AMEE - JAIN: Para valores de Re mayores de 4,000 es recomendable usar la siguiente expresion: f
DONDE: f = Ks = D = Re =
0 . 25 2
Ks 5 . 74 D log( ) 0 .9 3 .7 Re Coeficiente de friccion de la tuberia Rugosidad de la tuberia Diametro de la tuberia (m) Numero de Reynolds (adim)
Re DONDE: u = V
=
V * D u
Viscosidad cinetmatica (20 °C) velocidad del fluido en la tuberia (m/s)
Para nuestro caso sera: -
u V
= =
1.01*10
Re
=
1.12 x 0.152 1.01*10-6
= 0.00000101 1.12 m/s
Re 168636 = Luego reemplazando en la ecuacion de SWAMEE - JAIN: f
0 . 25 Ks D 5 .74 log( 0. 9 3 .7 Re
)
2
Ks = 0.0015 mm D 0.152 m Aplicando la ecuacion se tiene. f 0.01614
0.0000015 m
=
Reemplazando en la ecuacion de de Darcy:
L V 2 Hf f * * D 2 g g
=
Hf
=
Hf
=
9.81 m/s2 2
0.01614
x
1140 1.12 0.152 x 2 x 9.81
7.69 m
Perdida de carga en el tramo de puente acueducto (tramo de fierro galvanizado). L V 2 Hf f * * D 2 g
f en la ecuacion de SWAMEE - JAIN: f
Ks f
= =
0.25 Ks D 5.74 ) log( 0. 9 3 .7 Re
0.0015 mm 0.01614
=
2
0.0000015 m (F° G°)
Reemplazando en la ecuacion de de Darcy para el tramo puente acueducto: L V 2 Hf f * * D 2 g
L
=
Hf
=
Hf
=
40
m
2
0.01614
x
40 0.152
1.12
2x
9.81
0.270 m
2. Perdida de carga en accesorios: Tomando como referencia el cuadro adjunto los valores de K seran: ACCESORIOS codo 30º (6") codo 90º (6") valvula compuerta (6") valvula de retension(6") valvula de pies mas canastillas (8") valvula check (8")
K 0.1 0.9 0.2 2.7
Nº accesorios 2 2 3 1
parcial 0.2 1.8 0.6 2.7
6.098
1
6.098
2.5
1
5.0
Sumatoria total de K Aplicando la longitud equivalente en la ecuacion .
Hf Hf
= =
V 2
Hf K * (
1/2 2 * ) g 1.118 2 x 9.81
16.4
1.04 m
3. Perdida de carga en la tuberia de succión longitud diametro Qimp ¶
= 4.5 ml 8" = = 20.3867 l/t = = = 3.15159 V
0.203 m 0.020 m/s
4 * *
V
=
4 X 0.020 2 ( ) ¶ X 0.203
V
=
0.627
Q
D
2
m/s
Para hallar Reynolds e tuberia de succion sera:
Re u Re
Re
= = =
1.01*10
-6
V * D u
= 0.00000101
0.627 x 0.203 1.01*10-6 126076
16.4
Luego reemplazando en la ecuacion de SWAMEE - JAIN: 0 .25
f
Ks 5 .74 D log( 0.9 3.7 Re
Ks = 0.0015 mm = D 0.203 m Aplicando la ecuacion se tiene. f 0.01708
)
2
0.0000015 m
=
Reemplazando en la ecuacion de de Darcy:
L V 2 Hf f * * D 2 g
=
g
9.81 m/s2 2
Hf
=
Hf
=
0.01708
x
4.5 0.627 0.203 x 2 x 9.81
0.0076 m
DETERMINACION DE LA ALTURA DINAMICA DE LA TUBERIA Ecuacion de energia en reservorio de captacion a reservotio proyectado
P 1
DONDE: P1 =
= = = =
V2 Z2 HB
Hperd hi hs
= =
V 12 2 * g
Z 1 HB Hperd .
P 2
V 22 2 * g
Z 2
presion en el reservorio existente peso especifico del agua velocidad en el reservorio existente altitud del reservorio altura que genera la bomba para impulsar agua al nivel del reservorio proyectado perdida de carga por friccion y accesorios. diferencia de ni vel eje del rotor y nivel de descarga. diferencia de nivel de agua y eje de la bomba.
HB hs hi Hperd
V 2
2
2 g
La altura de perdidas de carga estara dada por la suma total de todas las perdidas presentadas en los calculos:
DETERMINACION DE LA SOBRE PRESION POR CIERRE INSTANTANEO: Velocidad de propagacion de la onda (m/s). a
DONDE: a = ρ = D = e = ε = E =
1
D 1 * e *
velocidad de propagacion de la onda (m/s) densidad del agua (1000 kg/m3) diametro de la tuberia (m) espesor de la tuberia (m) modulo de elasticidad del agua (10*10^9 N/m2) modulo de elasticidad de tracciondel material (8.61*10^8 N/m2)
Para nuestro caso sera: ρ
D e ε E
1000
= = = = =
kg/m3
calculo espesor
0.152 m 0.0033 m 9
2*10 N/m2 8 8.61*10 N/m2
2000000000 8.61E+08
= =
N/m2 N/m2
Dext.
203.2
Dint.
1
a
D 1 e *
*
a
=
135.91 m/s
Tiempo de cierre de la tuberia:
Tc DONDE: Tc = L =
2 *
L
a
Tiempo de cierre de ua valvula (seg) longitud de la tuberia (m)
Para nuestro caso sera: L
=
1140
Tc
=
2 x 1140
Tc
=
m
135.91 16.776 m/s
Sobre presion causada por el golpe de ariete:
Ha DONDE: ∆Ha
=
∆Ha
=
∆Ha
=
*
V
a
g
Altura de carga de la sobre presion (m)
x 135.91 9.81 15.48 m
1.12
DETERMINACION DE LA ALTURA DE CARGA DINAMICA MAXIMA
H max hs hi Hperd . Ha DONDE: ∆Hmax = Altura maxima de carga de agua (m) Hperd = altura total de carga de agua por friccion (m) ∆Ha = altura de carga por sobre presion (m) hs diferencia de nivel de agua y eje de la bomba. hi diferencia de ni vel eje del rotor y nivel de descarga.
= =
Para nuestro trabajo las alturas seran: hs hi
= =
∆Hmax
=
∆Hmax
=
4.5 m 90 m 4.5
+
118.99 m
90
+
9.01
+
15.48
199.9
ε
0.0033
DETERMINACION DE LA POTENCIA DE LA BOMBA La potencia de la Bomba esta definida por la siguiente ecuacion:
HP DATO: Q
H MAX n
Q
*
H MAX
75 *
n
: gasto en lt/seg : altura dinamica de la bomba : eficiencia recom endado por los fabricantes de bom ba.
n (bomba) : 0.90 n (motor) : 0.95 n = n =
0.90 * 0.95 0.86
LUEGO LA POTENCIA DE LA BOMBA SERA:
HP DONDE: Q=
H MAX
n=
20.3867 118.99 0.86
HP HP =
Q
*
H MAX
75 *
n
lt/seg m 16 . 78 * 101 . 7 75 * 0 . 86
37.6 HP
valores de Rugosidad Absoluta (Ks) para diferentes materiales
metros comerciales exterior Diametro interior mm mm 31.7 29 8/9 38.1 36.3 44.4 42.8 50.8 49 63.5 61.5 69.8 67.8 76.2 74.2 88.9 86.7 101.6 99.2
Perdidas aproximadas
pieza
K
ampliacion gradual boquillas compuerta, abierta controlador de caudal codo de 90º codo de 45º codo de 22º 30' Rejilla curva de 90º curva de 45º
0.30 2.75 1.00 2.50 0.90 0.40 0.20 0.75 0.40 0.20
127
124.4
curva 22º 30º
0.10
152.6
149.5
entrada redondeada (r=D/2)
0.23
203.2
199.9
entrada normal en tubo
0.50
Ampliacion Brusca Nota:
2 D1 1 D 2
2
para el calculo de perdidas en ampliacio
y D en el tramo del menor diametro, por otro lado l
de K (pérdidas locales)
pieza
K
entrada de borda entrada abocinada medidor venturi reduccion gradual valvula de compuerta, abierta valvula de angulo, abierto valvula de tipo globo, abierto salida de tubo Te, pasaje directo Te, salida de lado
