MEMORIA DE CÁLCULO DE LA CÁMARA DE BOMBEO Y LÍNEA DE IMPULSIÓN DE AGUAS RESIDUALES. CÁLCULO POBLACIONAL DEL ÁREA DE INFLUENCIA DEL PROYECTO: El cálculo poblacional se ha realizado teniendo en cuenta el número de lotes tanto de la APV “Los Médanos del Chipe” como el de las “Lomas del Chipe”.
Para el cual se ha hecho la siguiente consideración: Tratándose de nuevas habilitaciones para viviendas unifamiliares se deberá considerar por lo menos una densidad de 6 hab/lote.
Asociación
Número de Lotes
Densidad (6hab/Lote)
Número Habitantes
APV Los Médanos del Chipe
140
6
840
APV Las Lomas del Chipe
190
6
1,140
TOTAL (Población de saturación)
1,980
La construcción de viviendas será de manera gradual a lo largo del tiempo hasta alcanzar su población de saturación .
CÁLCULO DE LOS CAUDALES DE DISEÑO: De acuerdo a las Normas de Saneamiento se considera una dotación de 220 l/hab/día correspondiente a clima cálido como el caso de la ciudad de Piura, el coeficiente diario K 1=1.3 y el coeficiente horario K 2=1.8 De acuerdo a las Normas de Saneamiento se considera que el 80% del caudal de Agua Potable consumida, ingresa al sistema de Alcantarillado. Porcentaje que es aplicable al caudal promedio, al caudal máximo diario y al caudal máximo horario. En algunos casos se considera una contribución de caudal adicional por posibles infiltraciones de aguas freáticas, en la zona del proyecto la profundidad del nivel freático esta muy por debajo del nivel de instalación de tubería previsto, por lo que no se considera aportes adicionales.
ASOCIACION
N LOTES
DOTACION
POBLACION
Factor
QPROM.
QMAX.DIA
QMAX.HOR.
(L/HAB./DIA)
DE SAT.
de
(LPS)
(LPS)
(LPS)
Retorno LOS
MEDANOS
140
220
840
0.8
1.71
2.22
3.08
190
220
1,140
0.8
2.32
3.02
4.18
4.03
5.24
7.26
DEL CHIPE LAS LOMAS DEL CHIPE
TOTAL
Cuadro resumen de caudales de aguas residuales.
El caudal total promedio de contribución al alcantarillado en el horizonte del proyecto es de 4.03 lps, lo cual se ha tenido en cuenta para el dimensionamiento de la cámara de bombeo y línea de impulsión de agua residuales, que se proyecta para el presente proyecto.
DISEÑO DEL VOLUMEN ÚTIL DE LA CÁMARA DE BOMBEO DE AGUAS RESIDUALES.
El diseño hidráulico del caisson prevé que el periodo de retención de las aguas residuales en la cámara húmeda será entre 10 y 30 minutos, con un volumen útil de la cámara húmeda de 2.5m3. Los cálculos realizados son los siguientes: A. Caudales de Contribución: Caudal Promedio (QP)
Caudal Maximo (QM)
4.03 lt/Seg
7.26 lt/Seg
B. Caudal Minimo: % del Caudal Promedio (50% u otro)
50 %
% del Caudal Maximo (15% u otro) Caudal Mínimo (Qmin)
2.02 lt/Seg
C. Coeficientes de Variación de Caudal: Coeficiente de Variación Diaria (K1) Coeficiente de Variación Horaria (K 2)
1.3 1.8
D. Periodos de Retención: Periodo de Retención Máximo (t 1) Periodo de Retención Mínimo (t2)
30 minutos 10 minutos
E. Cálculos: Relación QMax/Qmin, (K) Coeficiente de calculo: a´ = t 1/t
3.59 3.00
Según la ecuación cuadrática: K´ (K-a´) + K´ (a´-K¨2) + K (K-1)(1+a´) Desarrollando y adoptando constantes para calcular la determinante (b 2-4ac): a = (K-a´) = 0.59 b = ( a´-K2) = -9.89 c = K (K-1) (1+a´) = 37.19 ¿ Se obtienen valores imaginarios para la variable K´ ?
NO
Raíces de la ecuación cuadrática: K´1 = 11.08 K´2 = 5.69 K´ = 5.69 (*) NOTA (*) Se recomienda tomar como resultado el menor valor por razones económicas
Las características físicas: F. Resumen: Caudal mínimo de contribución Caudal Máximo de Contribución Caudal de bombeo Volumen Útil de la Cámara de Bombeo Volumen Útil Seleccionado
2.02 lt/seg 7.26 lt/seg 12.00 lt/seg 2.40 m3 2.5 m3
Tiempo Mínimo de Arranque tmin retención tmin bombeo
9.94 minutos 5.74 minutos 4.18 minutos
Tiempo Máximo de Arranque tmax retención tmax bombeo
29.42 minutos 20.63 minutos 8.79 minutos
NOTA: Entonces tenemos: Periodo de retención minimo = tmin llen + tmin vac = 9.94 min Periodo de retención máximo = t max llen + t max vac = 29.42 min
Las dimensiones a considerar
de la cámara proyectada obedecen a la
arquitectura de la cámara diseñada por el estructural y tipo de equipamiento a realizar por el electromecánico; teniendo en cuenta que se debe de respetar para cualquier geometría de la cámara proyectada que el volumen útil deberá ser de 2.5m3 (volumen considerado entre los niveles de arranque y parada del equipo de bombeo).
CÁLCULO DEL DIÁMETRO ECONÓMICO Y POTENCIA DE LA BOMBA EN LA LÍNEA DE IMPULSIÓN DE AGUAS RESIDUALES DE LA CÁMARA DE BOMBEO ".
Los cálculos realizados se han realizado teniendo en cuenta el recorrido de la línea de impulsión de aguas residuales (de la cámara de bombeo a construir hasta el buzón de descarga) y los caudales de diseño considerados para el dimensionamiento de la misma. La fórmula matemática para determinar el diámetro más económico es la de Bresse, Decon. = 1.5 (QBomb) ½ Donde: QBomb = Caudal de bombeo en m 3/s Decon = Diámetro económico en m. Los cálculos realizados son las siguientes:
A. Cálculo del diámetro económico
Decon. = 1.5 (0.012)1/2 = 0.164 m Se escoge un diámetro comercial de 6 pulgadas
B. Consideraciones de Diseño: Caudal Máximo Diario (QMD)
5.24 lt/seg
Número de Horas de Bombeo (N)
10 horas
Caudal de Impulsión (Qi) Diámetro de Impulsión
12 lt/seg 6 pulg
Longitud de Línea de Impulsión (L)
1,200 m
Constante “C” de Hazen y Williams
140
Nivel de succión de equipo de bombeo
17.50 msnm
Cota de descarga de línea de impulsión
33.99 msnm
Altura estática
16.49 m
Pérdida Hidráulica (con form. de Hazen y Williams) Altura Dinámica Total
3.60 m 20.09 m
C. Resultados: Potencia del Equipo de Bombeo Diámetro de la Línea de Impulsión Número de Bombas
3 HP y/o 2.25 KW 6” ( 150 mm) 2 unidades
En los cálculos de la potencia de los equipos se ha tenido en consideración un caudal de bombeo de 6 LPS, es decir una primera etapa de desarrollo poblacional, posteriormente se deberá considerar un equipo adicional de bombeo cuando se alcance la población de saturación de ambas urbanizaciones. De acuerdo a los resultados se tiene que el diámetro de la línea de impulsión, será de PVC, clase 7.5, Ø150mm, NTP ISO 4422. y se recomienda contemplar 02 equipos de bombeo, uno en operación y uno en reserva, posteriormente cuando se alcance la población de saturación deberá incrementarse un equipo de bombeo adicional.
CÁLCULO DEL GOLPE DE ARIETE EN LA LÍNEA DE IMPULSIÓN Las ecuaciones que rigen los movimientos transitorios en conducciones a presión son las de SAINT VENANT: Siendo la ecuación de Allieve, de la máxima sobre presión por el "golpe de ariete", cuando se llega al cierre total o parada de la bomba .
Donde:
El cálculo de la celeridad o velocidad de propagación de fenómeno transitorio, que resulta para tuberias de pared delgada es la siguiente:
Para nuestro caso se tiene los siguientes datos: Para el caso de tubería de PVC y con fluido agua residual domestica se tiene:
m2
D= e= E= U= g= Ho = TC = L = 1,196
kg/m3 155.8 mm (Tubería Clase 7.5) 6.1 mm (Tubería Clase 7.5) 300000000 kg/m2 (PVC) 0.6 m/s 9.81 m/s2 16.5 m 5 seg (Tiempo de cierre) m
Para el caso de cierre lento que se da en los equipos de bombeo se tiene los siguientes resultados:
a) Calculo de la celeridad de la onda C = 1492.07 / 4.316 = 345.7 m/s
b) Calculo de 2L / C
2L / C = 7 seg > TC
Cierre brusco
c) La sobrepresión máxima (válida para la faz de golpe directo) de golpe de ariete es :
h máx. = 21.14 m
d) por tanto la presión máxima en el punto más critico será de: Pmáx. = 37.64 m
e) De acuerdo a los resultados obtenidos (presión máxima de 37.64 m de columna de agua) la tubería proyectada en la línea de impulsión garantiza la operatividad de la misma.
