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Maestría en Ingeniería Ambiental

MODULO: POTABILIZACION DE AGUA

Autor:

INTEGRANTES DE GRUPO Gerson Vanegas

Ma. Laura Salinas R.

Junio 18, 2011. Managua, Nicaragua.

SEMINARIO POZOS HUMEDOS

 

 

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INDICE DE CONTENIDO

1.  PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO  1 

2.  CONVENIENCIA DE SU APLICACIÓN (USOS)  2 

3.  CRITERIOS DE DISEÑO  2 

ESTACIONES DE POZOS HÚMEDOS  2 RECOMENDACIONES GENERALES DE DISEÑO DEL CARCAMO  3 

4.  PROCEDIMIENTOS PARA EL DISEÑO  4 

5.  ANEXO  8 

 

 

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1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Los pozos húmedos, mejor conocidos como Carcamos de Bombeo se pueden definir de la siguiente manera: ¨Es la estructura hidráulica complementaria que sirve como almacenamiento provisional, para rebombear algún líquido de un nivel determinado a un nivel superior. Se emplea para el agua potable, agua tratada, drenaje sanitario y drenaje pluvial¨. Puesto que el objetivo básico de un cárcamo es elevar el agua, estos se componen por cámaras, bombas y equipos auxiliares. Los cárcamos de bombeo consisten básicamente de dos componentes, la estructura para interceptar y contener el agua donde se homogeniza la carga de bombeo y se encuentran el equipo complementario, y otra que sirve para proporcionar la energía necesaria para elevar el agua acumulada y que constituye el equipo de bombeo. El diseño de los primeros y la selección de los segundos son básicos para el correcto funcionamiento de los cárcamos. Cabe señalar que, en principio, los cárcamos de bombeo deben ser concebidos como una excepción y no la regla, dado que dificultan la operación de los sistemas y los tornan más costosos en comparación con los sistemas que operan por gravedad. Sin embargo, se debe reconocer como indispensable para bombear el agua de tanques enterrados o sobre el suelo, así como servir de estaciones de relevo (booster) ubicados entre la línea de conducción, para vencer los tramos contra pendiente o mover caudales en terrenos planos. En consecuencia, los cárcamos de bombeo, al igual que su tamaño y ubicación, deben atender a criterios tanto técnicos como económicos

 

 

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2. CONVENIENCIA DE SU APLICACIÓN (USOS) Se usan para impulsar todo tipo de agua (consumo humano, residual, pluvial, industrial, etc.) cuando: La cota de área donde se capta el agua baja como para drenar por gravedad a

colectores existentes en proyecto. Se requiere drenar zonas situadas fuera de la cuenca vertiente. El bombeo disminuya los costos para instalar el alcantarillado posterior para

dar servicio a una zona determinada.

3. CRITERIOS DE DISEÑO ESTACIONES DE POZOS HÚMEDOS En el diseño del pozo húmedo de una estación de bombeo, se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones:

Deberá diseñarse con una capacidad mínima equivalente a 20 minutos de bombeo máximo.

Sus dimensiones deben ser tales que facilite el acceso y colocación de los

accesorios y eviten velocidades altas y turbulencia del agua. Se recomienda que la velocidad del agua en la tubería de succión esté entre 0.60 mt/seg. y 0.90 mt/seg.

La sumergencia mínima de la parte superior de la coladera será de 1 mt,

para lograr la sumergencia se hará una depresión en el tanque con la profundidad adecuada.

La entrada del agua al pozo deberá ser por medio de compuertas o canales

sumergidos para evitar turbulencia.

Debe existir una distancia libre, entre la abertura inferior de la coladera y el fondo del pozo equivalente 0.5 el diámetro de la tubería de succión.

Cuando el pozo sea de sección circular, la entrada del agua no debe ser

tangencial para evitar su rotación.

El pozo tendrá un área transversal mínima de 5 veces la sección del conducto de succión.

Se deben proveer dispositivos de desagüe y limpieza del pozo.

 

 

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Para bombas de eje horizontal: Se recomienda que cuando sea posible el eje de la bomba, esté por debajo del nivel mínimo del agua en el pozo. Fuente: INAA. Normas de Diseño de Sistemas de Abastecimiento y Potabilización del Agua. Nicaragua, 1989. RECOMENDACIONES GENERALES DE DISEÑO DEL CARCAMO Las características que debe reunir un correcto diseño de la cámara de aspiración se resumen a continuación: Flujo uniforme. Disipación de energía cinética de flujo de llegada lo mas lejos posible de la

aspiración de las bombas. De no poder aumentar esta distancia se recomienda el uso de pantallas tranquilizadoras.

Todos los elementos que puedan provocar obstrucciones en el flujo deben alejarse lo más posible de la toma.

Guiar el fluido hacia la toma de la forma mas suave posble. En el caso de tener que realizar cambios de dirección, disponer los elementos necesrios para que estos se hagan de forma gradual.

Evitar que existan zonas de estancamiento en la cámara de aspiración, en las que puedan producirse sedimentos.

Dosponer de lso elementos necesarios para la retención de solidos. Mantener las velocidades por debajo de los valores máximos recomendadso a

fin de evitar turbulencias y disminuir las perdids energéticas. Para el flujo de entrada a la cámara 0.6m/s, para el flujo de aproximación a la toma 0.3 m/s, para la entrada a la toma, formada generalmente por una boca abocinada, 1m/s y para la tubería de aspiración propiamente dicha 1´5 m/s. en caso de arrastre de sólidos, las velocidades mínimas pueden aumentar hasta 0.7 m/s.

 

 

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4. PROCEDIMIENTOS PARA EL DISEÑO Diseño de las Cámaras de Succión. En los cárcamos prefabricados, la zona de ubicación debe adaptarse a ellos, los cárcamos convencionales tienen un diseño específico para cada situación. El cárcamo en si debe constar de: entradas y salidas para el personal, entradas y salidas para los equipos, zonas de reparaciones en el sitio de bombas motores, iluminación, ventilación y suelos adecuados. Las paredes y pisos deberán garantizar su impermeabilidad. Las dimensiones recomendadas, extraídas de la bibliografía, son las siguientes: Boca de aspiración. La forma de esta boca debe ser abocinada, Figura 1 para asegurar una entrada de flujo a la tubería de aspiración lo mas uniforme posible. Con esta disposición, las perdidas energéticas a la entrada se ven disminuidas. La forma abocinada de la boca de aspiración esta basada en un cuadrante de elipse de semiejes a y b. la relación D/Da entre el diámetro de la boca D y el de la tubería de aspiración Da, esta usualmente en el rango 1.5 a 2. Llamando b al semi-eje mayor de la elipse y 2r al espesor de la conducción, se puede establecer que D= Da+2ª+2r

Figura 1. Boca de entrada a la Tubería de Aspiración

Sumergencia mínima. La sumergencia es la cota mínima de agua sobre la boca d entrada a la tubería de aspiración, necesaria para evitar la formación de vértices superficiales. Es uno de los parámetros, junto con la distancia de la boca de entrada de la tubería a la solera de la cámara, C, que define la profundidad de excavación y el volumen muerto a considerar. Generalmente estos valores vienen dados por el fabricante de la bomba, se recomienda una sumergencia mínima de 1.5D y un valor de C cercano a 0.5D a como se ilustra en Figura 2 a continuación.

 

 

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Figura 2. Sumergencia de la Boca de Aspiración

Instalación para una sola bomba. En los que se refiere a la zona de aspiración cabe distinguir dos casos: bomba sumergida o en aspiración, y bomba en carga. Para la bomba de bomba instalada en carga ver dimensiones recomendadas en Figura 3.

Figura 3. Instalación de una Bomba en Carga

En la Figura 4 se presenta la toma de una bomba sumergida o en aspiración Cuando el flujo en la cámara de aspiración es uniforme. Como ya se ha comentado anteriormente, la relación D/D oscila entre 1.5 y 2. El ancho de la cámara, de valor recomendado 2D, puede ser aumentado hasta 3D. En el caso de no disponer de condiciones de flujo uniforme será necesario instalar dispositivos tranquilizadores y anti vórtice o aumentar la sumergencia.

 

 

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Figura 4. Instalación de una Bomba Sumergida o en Aspiración

Instalación de varias bombas. La primera recomendación a realizar en el caso de cámara de aspiración para varias bombas es que el flujo de entrada sea perpendicular a la línea de bombas. En caso de que no sea así habrá que aumentar la distancia entre la entrada a la cámara y la línea de bombas. La distribución en planta de la zona C (zona de aspiración) puede realizarse, en principio, de dos maneras: con zona de aspiración común y bombas en disposición transversal (Figura 5) o con cámaras de aspiración individualizadas por medio de tabiques separadores entre las tomas de las diferentes bombas (Figura 6). Este último caso es el más aconsejable cuando se prevea un flujo poco uniforme.

Figura 5. Cámaras de Aspiración con Varias Bombas en Disposición

Transversal

Figura 6. Cámaras de Aspiración Individuales para Varias Bombas.

 

 

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En cuanto a la longitud de la zona de aspiración, esta se suele medir desde la sección donde se ubica el último obstáculo hasta la pared final de la cámara (aguas debajo de la boca de aspiración). Dependiendo de las características de la cámara y de la uniformidad del flujo se tiene unos a otros valores. Como mínimo se aconseja de 4D para flujos de entrada en condiciones muy satisfactorias. Este valor mínimo se puede incrementar hasta 10D o valores superiores en muchos casos, dependiendo de la forma de entrada. Para la zona B (zona de transición), se recomienda que la solera tenga ligera pendiente inferior a 10º. Se deberá guiar el flujo de la manera más suave posible, evitando puntos donde puedan provocarse estancamientos. Para ello se recomienda dar una forma divergente a esta zona, con Angulo de apertura máximo de cada una de las paredes paralelas de 20º. En el caso cámaras de aspiración individuales valen las recomendaciones hechas por una sola bomba, la instalación de este tipo se presenta en la Figura 6 La ventaja que presenta es que las condiciones de aspiración no se ven afectadas por el número de bombas en funcionamiento. La longitud de cada una de estas cámaras individuales es función de la calidad de flujo de aproximación a la zona de aspiración; en cualquier caso se recomienda que no sea inferior a 4D. La separación entre ejes de las bocas de aspiración debe estar en el intervalo 2D a 2.5D. En el Anexo se presenta una forma gráfica para el dimensionamiento del cárcamo en función del flujo de trabajo.

 

 

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5. ANEXO

 

 

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Figura 7. Dimensiones del Cárcamo con relación al flujo1

                                                            1 MANUAL DE AGUA POTABLE, ALCANTARILLADO Y SANEAMIENTO CÁRCAMOS DE BOMBEO PARA ALCANTARILLADO, FUNCIONAL E HIDRAULICO Diciembre de 2007 www.cna.gob.mx 

 

 

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Conociendo el caudal de trabajo del cárcamo, se busca en el eje Y, y se proyecta con una línea horizontal hasta interceptar cada línea de la grafica correspondiente a cada dimensión y luego se proyecta hacia el eje X, obteniendo los valores para el dimensionamiento. El proceso se repite para cada una de las variables. • La dimensión “H” es el valor mínimo y está basada en el nivel normal del agua en la campana de succión de la bomba, tomando en consideración las pérdidas por fricción a través de la pichancha, rejilla y acceso a la toma. Esta dimensión puede ser considerablemente menor, momentáneamente, o con poca frecuencia, sin que por eso se produzca un daño grave a la bomba. Sin embargo, deberá recordarse que esta no representa la profundidad, la cual se estima a partir de “H” menos “C” que representa la altura física del nivel del agua arriba de la entrada de la campana de succión. La bomba debe estar sumergida un poca más de este último nivel mencionado ya que la abertura del impulsor está a cierta distancia arriba de la entrada de la campana de succión, posiblemente de 0.9 a 1.2 metros. • Las dimensiones “Y” y “A” son valores mínimos recomendados, que pueden ser tan grandes como se desee, pero con el límite indicado en la curva. Si el diseño no incluye una rejilla, la dimensión “A” puede ser más grande, sin embargo si el diseño si la incluye, las dimensiones del ancho y de la altura de este no deben ser, sustancialmente, menores que “S” y “H”, respectivamente. • Si la velocidad de la corriente principal es mayor que 0.6 m/s, es necesario construir, separadores en el canal de acceso paralelo al flujo, aumentar la dimensión “A”, hacer un ensayo con un modelo de la instalación o idear una combinación de estos factores. • Las dimensiones que se muestran en la Figura anterior se basan en la capacidad de las bombas para una carga determinada. Cualquier aumento en la capacidad es aceptable en forma momentánea o por tiempo muy limitado, ya que el diseño se basa en valores de carga determinados. Si estos tiempos de operación llegan a ser largos, es preferible que el diseño se realice de acuerdo a la máxima capacidad de las bombas y así mismo obtener las dimensiones correspondientes del diseño del cárcamo. A continuación, en la Figura 8 se presentan otras consideraciones RECOMENDADAS y NO RECOMENDADAS para el dimensionamiento del cárcamo.

 

 

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Figura 8. Cárcamo para varias bombas