Taller Taller 1 Bombas y Estaciones de bombeo Presentado por: Alejandra Chacón Aguirre (133!"# Escuela de $ngenier%a de &ecursos 'aturales y del Ambiente )ni*ersidad del +alle ,ede -el.nde/ Entregado: 0ctubre 2 de 1
Un Ingeniero ha sido contratado para diseñar una estación de bombeo, la cual se requiere que garantice un caudal de bombeo de 60 litros por segundo (lps) , pero sin sobrepas sobrepasar ar un volume volumenn total total bombe bombeado ado de 2.160 m3/día. Establecida la situación en el terreno, la información técnica del sistema de bombeo es la siguiente: Nivel mnimo del agua en el po!o de succión: Nivel m"#imo del agua en el po!o de succión: Nivel promedio del agua en el po!o de succión: $ota en la descarga: $ota propuesta del e%e de las bombas: &ongitud de la tubera de succión: &ongitud de la tubera de impulsión: $oeficiente $ de la tubera nueva:
'((.)) '(*.() '(+.() 975.00
'('.*) 4,5
') -()
$onsidere los accesorios que se requieren requieren para un sistema de succión negativa. 1. Alturas Alturas st!ti"a st!ti"ass del sistema sistema de #om#eo #om#eo..
i espera que el volumen total bombeado no supere los -+) m /0da, se nos indica indica que el bombeo bombeo se reali reali!a !a de modo discont discontinu inuo, o, 1a que -+) -+) m /0da equivale a (&2 3(&2 4+)&25. Qtotal =
2160 m
dia
3
×
1 día 86400 s
×
1000 L 1m
3
=
25 L
s
6$"lculo de horas de bombeo Horas de bombeo= volumen volumen totalbombeado/ caudal caudal de bombeo bombeo
Horas debombeo=
2160000 L 60 L / s
7/+))) s
Horas de bombeo=10 horas
$%!l"ulo de las Alturas est!ti"as totales (&')
&a altura est"tica de bombeo corresponde a la diferencia de niveles entre la cota pie!ométrica superior 1 la cota de la superficie del lquido a elevar. $omo el nivel del agua en el po!o vara 1 se presentan / cotas para la superficie de la misma, se calculan las alturas est"ticas correspondientes a cada una. 8abla -. 9eterminación de la E8 Altura est!ti"a
E83min5 E83prom5 E83m"#5
%!l"ulo
agnitud (m)
$ota de descarga6 nivel mnimo del agua en el po!o '*(6'(( $ota de descarga6 nivel promedio del agua en el po!o '*(6'(+,( $ota de descarga6 nivel m"#imo del agua en el po!o '*(6'(*,(
) -;,( -*,(
$etermina"i*n de las alturas est!ti"as de su""i*n (&es) HET = Hes + Hei Hes=Cota del eje− N . agua
$e%e 7 '(',* m
8abla . 9eterminación de la es <nimo 7 '((m 2romedio7 '(+,(m es 3min.57 =,* m es 3prom.57 /, m
$etermina"i*n altura est!ti"a de impulsi*n (&ei) Hei=Cota de Descarga−Cotadel eje Hei= 975.00−959.7 m
N. <"#.7'(*,(m es 3m"#.57 , m
Hei=15.3 m
2. i!metros de las tu#erías de su""i*n e impulsi*n.
En primer lugar, se calcula el di"metro de la tubera de impulsión, 1 posteriormente se elige el di"metro ma1or consecutivo para la tubera de succión. $
%al"ulo del di!metro de la tu#ería de impulsi*n
e emplea la fórmula de >resse para instalaciones de operación discontinua. 9onde el caudal se e#presa en metros c?bicos por segundo. ∅
i = 1,3∗ λ
0,25
∗Q diseño0,5
Horas de bombeo λ = 24 h
7 -)h0=h
λ =0,4167 0,25
∅
i = 1,3∗(0,4167 )
∅
i = 0,25584 m
∗0,06 0,5
ó (,(;= cm 1∈
E#presado en pulgadas ∅
¿
=10,07 ∈¿ 2,54 cm 0,25584 m× ¿
i = 10 ∈¿
6@rea 1 velocidad de la tubera de impulsión. i = !
D
2
4
2
i = 0,0507 m
"i=
Q i
"i= 1,183 m / s
$%!l"ulo del di!metro de la tu#ería de su""i*n ∅
s> ∅i
∅
,
s =12 ∈¿
6@rea 1 velocidad de la tubera de succión 0,3048
s = ! s =¿
2
4
),)*'+m 3
"s=
0,06 m / s 0,07296 m
2
"s= 0,8223 m/ s
3. Alturas din!mi"as del sistema de #om#eo.
Aepresenta todos los obst"culos que tendr" que superar el lquido para poder llegar al punto de descarga. CD = HE+ #$rdidas ( H% ) H% = H%&rimarias+ H%secundarias
h% = h%&+ h%s=
10.675 L Q 1.85
C
1.85
4.87
∅
2
'(s∗" + 2g
Bigura -. Esquema sistema de bombeo. $'u#ería de su""i*n
8abla /. Cccesorios de la tubera de succión ' A' (m)
A%%+-
D"lvula pie con colador 3d7-in5 $odo de ') radio largo Aeducción e#céntrica &ong. 8ubera de succión7 =,( m
s
*; +,6 $7 -() 2D$ nuevo
),-(
&equiv7 =,( m *;m +,-m 7 ;;,+ m h% succi)n =
10.675 LQ
1.85
C 1.85 ∅4.87
'(s∗" 10.675∗88,6∗( 0,06 ) + = 1.85 4.87 2g 150 ( 0,3048 ) 2
1.85
2
+
0,15∗(0,8223 ) 2g
h%succi)n=0,1646 m
'u#ería de impulsi*n
8abla =. Cccesorios de la tubera de impulsión A%%+-
' A' (m)
s
6
),/
Cmpliación concéntrica -(o D"lvula checF
/
D"lvula de compuerta $odo ') radio largo &ong. 8ubera de impulsión7 ') m
-,* (,( $7 -() 2D$ nuevo
&equiv7 ')m/m-,*m(,(m 7 '(',m h% im& =
10.675 LQ
1.85
C 1.85 ∅4.87
'(s∗" 10.675∗ 959,2∗( 0,06 ) + = 1.85 4.87 2g 150 ( 0,2558 ) 2
1.85
2
+
0,15∗(1,183 ) 2g
h%succi)n=4,07 m
$
etermina"i*n de las alturas din!mi"as totales (%)
8abla (. 9eterminación de la $98 3cabe!a din"mica total5
Altura
%!l"ulo
agnitud (m)
$98 3min5
)),-+=+=,)*
=,/
$98 3prom5
-;,(),-+=+=,)*
,*/
$98 3m"#5
-*,(),-+=+=,)*
-,*/
=. Utili!ando el criterio del 2unto Gptimo de >ombeo 32H>5, seleccione la bomba que utili!ar" en este sistema de bombeo 3deber" buscar cat"logos e información de bombas por internet5. 9ebe suministrar las curvas caractersticas de la bomba e impulsor seleccionado, donde sustente las ra!ones por las cuales seleccionó el impulsor que presenta.
9e acuerdo al caudal de bombeo 3+) &25 1 a la altura din"mica total 3-,*/m4dtotal4 =,/ m5 se eligió la bomba 1 el impulsor que proporcionaran la m"#ima eficiencia posible de bombeo. 2ara ello se revisó cat"logos de bombas de diferentes empresas disponibles en la eb. 9ebido a que las curvas de operación mane%aban diferentes unidades de caudal, se calculó el caudal de bombeo en diferentes unidades, para facilitar la b?squeda, tal como se observa en la siguiente tabla. 8abla +. $audal de bombeo en diferentes unidades +
m3/
(+)
+)
-+
'(-,)
/+))
9e las opciones anali!adas se eligió una bomba centrfuga de 8$+, ínea +. &as bombas de esta lnea se caracteri!an porque est"n construidas en monobloque 1 con e%e libre, con impulsores cerrados en hierro fundido. Estas bombas se emplean para movili!ar lquidos limpios o turbios, bombeo por aspersión, en la industria de la construcción, en equipos contra incendios, entre otros. 3ref.-5 e eligió el modelo +2$5, con una velocidad fi%a de -*() A2<, un di"metro de succión de + pulgadas 1 un di"metro de descarga de ( pulgadas. Cs mismo, se seleccionó el impulsor n. 3figura J 5 de -) pulgadas de di"metro, debido a que satisface los requerimientos de caudal 1 altura din"mica, al tiempo que proporciona una eficiencia que fluct?a entre el ;=6;)K, tal como se aprecia en la siguiente figura. 2or otra parte, se recomiendan que el N2 requerido, valor proporcionada por la f"brica, sea menor que el N2 disponible. 6 N#*H re+uerido =8 %t (fig. 2) N#*H re+uerido=2,438 m
(fig. 2)
− N#*Hdis&onible = Hatm−( Hva& + Hsucci)n + h%succi)n )
9onde atm 3'')m.s.n.m.5 7 ',-= m.c.a. 1 vap3/ o$5 7 ),;' m.c.a. 3ref.5. N#*Hdis&onible=9,14 m−( 0,289 m + 4,5 m + 0,1646 m )
N#*Hdis&onible=4,1864 m N#*H dis&onible > N#*Hre+uerido
Bigura . $urvas caractersticas de la >omba L26(E, de la lnea L< de M9<2U<2. 5.
a "ura del sistema de tu#erías para las tres "ondi"iones de alturas din!mi"as de #om#eo del sistema.
2ara reali!ar las curvas del sistema de tuberas para las tres condiciones de alturas din"micas de bombeo se plantean las siguientes ecuaciones: $etermina"i*n de la e"ua"i*n "a#e:a din!mi"a s de la 'u#ería de su""i*n CD* = Hes +( ( ∗Q
1,85
)
( =
(
( =
(
)
1,85
1 2,63
0,2785∗C ∗ Ds
∗ Le+uiv *ucci)n
)
1,85
1 0,2785∗150∗0,3048
2,63
∗88,6
( =28,79
CD*ma, =2,2+( 28,79 ∗Q
1,85
)
CD*med =3,2 +(28,79 ∗Q
1,85
)
CD*min= 4,7 +( 28,79∗Q
1,85
)
$etermina"i*n de la e"ua"i*n "a#e:a din!mi"a s. de la 'u#ería de impulsi*n
CD- = Hei +( ( ∗Q ( =
(
( =
(
1,85
)
)
1,85
1 0,2785∗C ∗ Di
2,63
∗ Le+uiv -m&ulsi)n
0,2785∗150∗0,254
)
1,85
1 2,63
∗959,2 m
( =756,82 CD*ma, =15,3+( 756,82∗Q
1,85
)
C continuación se presentan las tablas de datos calculados a partir de las anteriores ecuaciones, que se emplearon para construir las curvas del sistema de tuberas. 8abla *. vs. $98 3N. m"#imo del agua en el po!o5 m!;imo
(+) 0 10 20 30 40 50 60 70 <0 90 100 110 120
(m3/s)
%+ (m)
% (m)
%'(m)
) ),)),) ),)/ ),)= ),)( ),)+ ),)* ),); ),)' ),),-),-
,)) ,)+ ,,== ,*( ,/-/ ,/(; ,=-) ,=+' ,(/( ,+)* ,+;( ,**)
-(,/)) -(,=(-(,;== -+,=(/ -*,+ -;,+( -',=(( ),;+ ,/*( =,)'* (,'') ;,)( /),*'
-*,()) -*,+(* -;,)+( -;,+'+ -',(/* ),(*; -,;-/ /,/+ =,;== +,+/ ;,('* /),*/* //,)='
8abla ;. vs. $98 3N. promedio del agua en el po!o5 medio (+) 0 10 20 30 40 50 60 70 <0 90 100 110 120
(m3/s)
%+ (m)
% (m)
%'(m)
) ),)),) ),)/ ),)= ),)( ),)+ ),)* ),); ),)' ),),-),-
/,)) /,)+ /,/,== /,*( /,/-/ /,/(; /,=-) /,=+' /,(/( /,+)* /,+;( /,**)
-(,/)) -(,=(-(,;== -+,=(/ -*,+ -;,+( -',=(( ),;+ ,/*( =,)'* (,'') ;,)( /),*'
-;,()) -;,+(* -',)+( -',+'+ ),(/* -,(*; ,;-/ =,/+ (,;== *,+/ ',('* /-,*/* /=,)='
8abla '. vs. $98 3N. mnimo del agua en el po!o5 (+) 0
(m3/s)
mínimo %+ (m)
% (m)
%'(m)
)
=,*))
-(,/))
),)))
10 20 30 40 50 60 70 <0 90 100 110 120
),)),) ),)/ ),)= ),)( ),)+ ),)* ),); ),)' ),),-),-
=,*)+ =,*=,*== =,**( =,;-/ =,;(; =,'-) =,'+' (,)/( (,-)* (,-;( (,*)
-(,=(-(,;== -+,=(/ -*,+ -;,+( -',=(( ),;+ ,/*( =,)'* (,'') ;,)( /),*'
),-(* ),(+( -,-'+ ,)/* /,)*; =,/-/ (,*/+ *,/== ',-/ /-,)'* //,/* /(,(='
En base a los datos registrados en las tablas se elaboraron las curvas que se plasman en la siguiente figura.
Fig. 3. Curvas sistema de tuberias 38
33
N.máximo
28
N.promedio
CDT(m)
N. mínimo 23
18
13 0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
Q(m3/s)
+. Encuentre el 2unto Aeal de Hperación 32AH5 de este sistema de bombeo, es decir el punto de intercepto de la curva de la bomba con las curvas del sistema de
tuberas para las tres 3/5 condiciones definidas. cu"les son los caudales, alturas de bombeo 1 eficiencia reales que se obtienen con la bomba que seleccionó 1 el sistema de tuberas 1 accesorios que diseño.
El punto real de operación es el punto donde se intercepta entre la curva de la bomba 1 las curvas del sistema de tuberas. En base a las curvas caractersticas de la >omba L26(E, de la lnea L< de M9<2U<2 proporcionadas por la empresa 1 disponibles en internet, se tomaron los puntos correspondientes a la curva del impulsor N. de -) pulgadas 1 se identificaron los puntos de intersección con las curvas de las tuberas. &os caudales, alturas 1 eficiencias correspondientes a los puntos de intercepción de las curvas de las tuberas con la curva de la bomba se muestran en la siguiente tabla. 8abla -). bombeo vs. bombeo 32AH5 3&2<5 caudal de bombeo 3m5 Cltura de bombeo Eficiencia
N. <n.
N.2rom.
N.
/'))
=))
=/))
(
=
/,(
;/K
;K
;-,/K
C continuación, se presenta la gr"fica donde se presenta la intercepción entre la curva del impulsor 1 las curvas de las tuberas.
Fig. 4. Punto Real de Operai!n (PRO) 40.000 35.000 30.000 25.000
$(m)
N. máximo N.promedio
20.000
N.mínimo curva de la bomba
15.000 10.000 5.000 0.000 0 10002000300040005000600070008000 Q("P#)
7. os "onsumos de poten"ia en 8 (ilo=atios) para estas tres (3) situa"iones. Asuma >ue la e?i"ien"ia del motor de la #om#a es del <0@.
&a potencia requerida por el sistema de bombeo se calcula mediante la siguiente e#presión. #=
. ∗Qb∗ Hb Eb∗ Em
9onde, 27 potencia requerida O7 peso especfico del lquido a bombear 3agua5: ',;-FN b7 caudal de bombeo 3m /0s5 b7 altura de bombeo Eb7eficiencia bomba Em7 eficiencia del motor 62ara Nivel mnimo:
#=
#=
. ∗Qb∗ Hb Eb∗ Em 9,81∗ 0,065∗25 0,83∗0,80
#=24,01 /0
62ara Nivel 2romedio #=
#=
. ∗Qb∗ Hb Eb∗ Em 9,81∗ 0,07∗24 0,82∗0,80
#=25,12 /0
62ara Nivel m"#imo: #=
#=
. ∗Qb∗ Hb Eb∗ Em 9,81∗ 0,0716∗23,5 0,813∗0,80
#=25,38 /0
--%A+
6 Aeferencia -: http:00.atb.com.m#0img0dm0ficha6tecnica6bomba6centrifuga6M9<6 L<6L2.pdf
6Aeferencia : http:00.bvsde.paho.org0bvsacg0guialcalde0sas0d/0)/P9isenoPesta cionesPbombeo09iseK$/K>-oK)estaciK$/K>/nK)deK)bombeo.pdf
