ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLELINEA DE IMPULSION

Noemi Zhirzhán A.

La selección del equipo de bombeo se opta por una bomba que genere el menor costo de operación y mantenimiento posible durante el periodo de vida útil del equipo con un rendimiento acorde a las exigencias futuras de trabajo y con una capacidad de carga y caudal mayores a los que se determina en el diseño de la línea de impulsión.

OBJETIVOS- Mejorar las condiciones de vida de un sector de la población de la zona de estudio, ampliando la continuidad del

abastecimiento de agua potable y en cantidades adecuadas, en función del rendimiento de la fuente

OBJETIVOS ESPECIFICOS- Diseñar una línea de conducción para dar una adecuada funcionalidad al sistema de abastecimiento de agua potable.

INFORMACION DE LA ZONA DEL PROYECTO

El lugar donde se ubicara el reservorio se halla en la cota de 2.620 m.s.n.m. La zona del Pozo se halla en la cota 2440 m.s.n.m. La zona tiene las mismas características del suelo de donde será ubicado el reservorio. El recorrido de las tuberías que constituyen la línea de impulsión del pozo al reservorio corresponde un tramo bien definido. Tramo aproximado de 1000 metros

CRECIMIENTO URBANO Y POBLACIONAL- CONSUMO

Dentro de las parroquias más productivas está la parroquia de Bulán, que se encuentra situado al Noreste de la provincia del Azuay, a 52 Km de la capital Azuaya.

Para la parroquia de Bulán se pudo notar que desde sus inicios esta parroquia siempre estuvo conformada por una misma área, es por esto que tomamos todos los datos censales obtenidos.

Método Geométrico

Aplicando la tasa de crecimiento correspondiente al promedio de los 3 últimos censos, para las proyecciones se tiene:

Año habitantes1974 19381982 20901991 20282000 21732010 22652015 23362020 24082025 24832030 25612035 2640

Tabla 1. Proyección del Cantón Bulán (Método Geométrico)

Gráfico 1. Crecimiento Poblacional para el cantón Bulán según Método Geométrico

Bulán es la parroquia más importante del Cantón Paute, debido al aumento de la actividad económica y agrícola en los últimos años la parroquia ha visto incrementarse su población rural con un crecimiento expansivo hacia los alrededores aprovechando los terrenos libres de actividad agrícola. Esto se demuestra por el último censo realizado en el año de 2010 donde se registró una población de 2265 comparada con la población estimada en el año de 2020 que fue de 2408

La proyección poblacional prevista para el horizonte de planeamiento al año 2025, se estima en un total de 2490.

El consumo promedio es de 130 l/s correspondiente a la dotación de agua para una población urbana mayor a los 10 años Este caudal lo asumimos de acuerdo a las siguientes tablas:

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040190020002100220023002400250026002700

CensosProyección

Habitantes

Tabla 2: Consumo de agua promedio según el tamaño de la Población. Von Sperling, 2007.Ç

Consumo de agua promedio: f(población). Estos valores pueden varias mucho especialmente en zonas de severa escasez de agua

Tabla 3: Consumo Agua promedio según el Tamaño de la Población

PLANTEAMIENTO TEÓRICO Y METODOLOGIA

Del Diseño de la Línea de Impulsión

Diámetro de la Tubería

Un primero paso en la determinación del diseño de la línea de impulsión es la elección del diámetro de la tubería, para esto se utiliza una formula empírica conocida como la fórmula de Bresse para bombeos discontinuos:

D=1.3 (24N )

1 /4

Qb1 /2 (m)

N : Número de horas de bombeo al díaQb : caudal de bombeo obtenido de la demanda horaria por persona, del análisis poblacional y del número de horas

de bombeo por día en (m3/s ¿

Velocidad Media de Flujo

Establecido el diámetro de diseño, si este no es comercial se determina la velocidad media de flujo en la tubería escogiendo para esto el diámetro inmediato superior comercial y utilizando la ecuación de continuidad tenemos:

V=4 Qbπ D2 (m /s)

D : Diámetro interior aproximado (m)

Si la velocidad no se encuentra dentro de los rangos permitidos para líneas de impulsión que son definidos en la sección de criterios y parámetros de diseño, el diámetro se cambia a uno en el cual se cumpla estas exigencias. El rango de velocidades esta entre (1-3 m/s).

Pérdidas de Carga por Fricción

Obtenido la velocidad de flujo se procede al calculo de la perdida de carga por fricción en la línea utilizando para esto la ecuación de Hacen Williams expresada como sigue:

hf i=1.21957∗1010∗L∗QB

1.852

C1.852∗D4.87

Donde:

Qb : Caudal de bombeo (m3/s ¿C : Coeficiente de rugosidad de Hazen Williams

D : Diámetro interior aproximado (m)L : Longitud de la tubería con diámetro constante (m)

Perdidas de Carga Local

Además de las pérdidas de carga por fricción también se presenta en la línea de impulsión perdidas de carga denominadas locales producto de los accesorios instalados. (Para este ejemplo los obviaremos)

Potencia de Impulsión

Establecidas las perdidas se procede a calcular la potencia necesaria para impulsar la columna de agua desde el pozo al reservorio.

Para esto es necesario conocer ciertos parámetros como:- Cuadal de Bombeo (Qb)- Altura dinámica total, representada por la diferencia del nivel máximo de las aguas en el sitio de llegada y el nivel

dinámico del pozo incluido las pérdidas de carga totales. - Altura de impulsión, se obtiene por la diferencia de niveles entre la llegada de las agas en el reservorio y el eje de la

bomba más las pérdidas de carga de dicho tramo.- Altura de succión, se obtiene por la diferencia de niveles entre el eje de la bomba y el nivel mínimo del agua en la fuente

más las pérdidas de carga del tramo. La altura de succión está condicionada por el valor de la presión barométrica en lugar de instalación del equipo y de la presión de evaporación del agua para que no se produzca el fenómeno de cavitación, que causa en los alabes del impulsor impactos que pueden provocar su destrucción en las zonas donde ello ocurre

Potencia de Consumo La energía que requiere la bomba para su normal funcionamiento es conocida como Potencia de Consumo (Pc) y es calculada por la expresión:

Pc (HP )=1000∗Qb∗H76∗ηb

Donde:H : Altura dinámica total (m)Qb : Caudal de bombeo (m3/s ¿ηb : Eficiencia de la bomba (%)

RESULTADOS

- De acuerdo con las consideraciones anteriores de dotación y población obtenemos un caudal medio para la población

qmd= Población∗Dotación86400

l /s

qmd=2490∗13086400

=3.75 l / s

- Para el diseño de la línea de impulsión requerimos del Caudal Máximo Diario

QMD=q .medio∗K 1

K1 → Coeficiente de caudal máximo diario. Coeficiente pico del día de mayor consumo. (K1=2)

QMD=3.75∗2=7.5 l /s

- Calculo del caudal de bombeo con el número de hora de bombeo N = 12 horas

Qb=¿QMD∗(24 /N ) ¿

QB=7.5∗( 2412 )=15 l /s

Debido a que la altura es considerable, he optado por usar un sistema de bombeo en serie, dividendo el altura de impulsión para cada bomba, así la clase de la tubería en ambos tramos clase 1.00 MPa.

La longitud horizontal ahora tomaría la mitad L=500 m y una elevación de 90 m, usando la fórmula de Bresse tendremos:

D=133.8mm

En base a este valor obtenido, procedemos a buscar los diámetros disponibles en el mercado, para lo que se utilizó el catálogo de “Tuberías y Accesorios de PVC para Agua Potable”, de Plastigama, con lo que obtuvimos:

Dnominal=125mm

Y con estos nuevos diámetros procedemos a determinar las pérdidas por impulsión, las velocidades y potencias necesarias, de tal manera que podamos verificar que estos nuevos diámetros considerados cumplan para el caudal a bombear:

hf i=0.88m

V=1.22m /s

P=24.2 HP→ε=0.75

Ahora, para la selección de la bomba requerimos de ciertos datos como NPSH (Net Positive Suction Head).

NPSH=Pa−Pv−S−hf s

Dónde:

S : Carga estática de Succión.

Pa : Presión barométrica del lugar.

Pv : Presión de vapor a la temperatura T°.

hfs : Pérdidas de carga totales en la succión.

Para los datos de presión barométrica y presión de vapor, se utilizaron las siguientes tablas en base a la altitud y temperatura del lugar respectivamente:

Tabla 4: Presión Barométrica según altitud del lugar. Simón Arocha 1977.

Tabla 5: Presión de Vapor según temperatura del lugar. Simón Arocha 1977.

Para la carga estática de succión, se considera la Norma OPS/CEPIS/0.5161 “Guías para el diseño de estaciones de Bombeo de Agua potable”, las cuales explican el uso de alturas de succión asumiendo la posibilidad de que el fabricante no proponga este dato; “para la mayoría de las bombas centrífugas la altura de succión debe ser inferior a 5m”, por lo que este valor es el que se ha considerado para este diseño.

Las pérdidas de cargas totales en la succión, tienen que ver con el diámetro que se ha de considerar, que normalmente resulta ser un diámetro comercial mayor el diámetro de la tubería de impulsión, por lo que se consideró:

Dnominal ( succión )=210mm

Dando como resultado:

hf s=0.005m

NPSH=7.9−0.27−3.5−0.005=4.12m

Obtenidos estos datos procedemos a buscar catálogos para bombas que cumplan con estas condiciones obtenidas en el diseño. Para nuestro caso se consideró a la casa “Hidrostal” en la línea de “bombas para líquidos limpios” de las que seleccionamos: BOMBA CENTRIFUGA ISO 2858 – Modelo 50-250:

Figura 1: Curva característica de la Bomba seleccionada

De lo que podemos decir que la bomba tiene una eficiencia del 73%, con un diámetro de la tubería de succión de 210 mm y un NPSH de 4 m, al ser este valor menor al calculado, podemos decir que el diseño de la bomba es el adecuado.

CONCLUSIONES:

- En la selección de la tubería se debe tener en cuenta la presión estática que se generará, ya este define la clase de la tubería, además de que define el número de bombas en serie que se colocaran.

- Se pudo notar que se puede optar como mejoramiento de un sistema de impulsión colocar bombas en paralelo, cuando un aumento en la demanda de agua obligase a incrementar el caudal bombeado. Estas pueden ser iguales o de diferentes capacidades.

- En ocasiones el posible más que un aumento de caudal, se precise un aumento de la carga dinámica a vencer por la bomba, como consecuencia de modificaciones previstas o hechas al sistema de abastecimiento para atender a zonas desarrolladas a elevaciones mayores, un solución es el acoplamiento de bombas en serie.

ANEXOS: