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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

DISEO HIDRAULICO II

Diseño de un Sistema de Bombeo

PROFESOR: Ing. Salomón Jaya

NOMBRE: Quinchiguango Córdova Marco Vinicio

SEMESTRE: Sexto PARALELO: Tercero

FECHA DE ENTREGA:20 – 07 - 2012

SEMESTRE LECTIVO:FEBRERO 2012 – AGOSTO 2012

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INTRODUCCION:

DISEÑO DE UNA LINEA DE CONDUCCIÓN POR BOMBEO O SISTEMA DE BOMBEO:

Cuando la fuente de abastecimiento se encuentra a un nivel inferior al deposito o a la población, el agua captada se impulsa por bombeo. Cuando se llega a este caso, se elige el diámetro adecuado mediante un análisis económico . En efecto, si el diámetro es pequeño, la pérdida de carga es grande y entonces habrá que usar una bomba de carga elevada que logre vencer las pérdidas, siendo por esta razón muy elevado el costo de la impulsión. Por el contrario, si el diámetro de la tubería es grande, la pérdida de carga es pequeña y la altura a elevar el agua será menor, lo que se traducirá en menor costo de bombeo, pero con una tubería de mayor diámetro y precio. En resumen en el primer caso, la tubería es barata y el costo de bombeo es grande; en el segundo, sucede lo inverso: la tubería es costosa y el costo de bombeo es reducido. Lo que se debe procurar es que la suma de ambos costos den un costo anual mínimo. El diámetro de la tubería correspondiente a este caso se llama diámetro económico de la línea de conducción. Este costo está integrado por dos componentes: el costo anual de la mano de obra incluida la adquisición de la tubería y el costo anual del consumo de energía eléctrica.

En términos generales puede decirse que la localización de una línea de conducción debe ajustarse a los siguientes lineamientos.

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1.- Evitar en lo posible las deflexiones tanto en planta como en perfil.

2.- Seguir la línea que evite la necesidad de construir puentes, túneles, tajos puentes – canales, etcétera.

3.- Tratar de que la línea se pegue al máximo a la línea piezometrica para hacer que la tubería trabaje con las menores cargas posibles, sin que esto quiera decir que se tenga que seguir una pendiente determinada que obligaría a desarrollar el trazo de la línea.

4.- Si existe una altura entre la fuente de abastecimiento y el tanque, o la población, si es bombeo directo, debe llevarse la línea a esta altura para bajar de allí por gravedad la tubería y tener el menor tramo posible por bombeo, o para trabajar a menor presión si continua porBombeo.

Básicamente una conducción requiere bombeo cuando la posición de la obra de captación con relación al sitio donde termina la línea se encuentra topográficamente mas bajo. Para el diseño de la tubería de conducción se deberá disponer de los planos topográficos( perfil y planta )

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OBJETIVOS:

1.- Encontrar la mejor solución técnica y económica para el sistema de bombeo para la la topografía que se indica.

2.- Calcular el sistema de bombeo o de impulsión con los conocimientos adquiriditos en clase y justificar el procedimiento.

3.- Calcular la línea de conducción desde la salida de la Planta de Tratamiento hasta el inicio de la red de distribución la cual debe llegar con una presión dinámica no mayor a 10 m y no menor a 5 m.

DATOS:

1.- Q = 167,00 lts / seg.

2.- Accesorios varios

MATERIALES:

1.- PVC – P – E / C (TUBERIA DE UNION ELATOMERICA) (Ver anexo de colocación de tubería elstomerica)

CALCULOS :

SISTEMA DE BOMBEO (LINEA DE IMPULSION):

TUBERIA PVC – P – E/C

Q = 167 lts/seg.

Nivel de Bombeo:

0 + 0000 → Cota: 570 → captación desde un rio

0 + 760 → Cota: 869,17 → Tanque de almacenamiento

Δh=869 .17−570Δh=299 .17 m

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Diámetro Tentativo:

φ INT=1 . 35√Q

φ INT=1 . 35√167φ INT=17 . 45 ''

φ INT=1 . 50√Q

φ INT=1 . 50√167φ INT=19 . 38 ''

Debido a la topografía abrupta se necesita diseñar la línea de impulsión en varios tramos por lo cual diseñara con dos estaciones de bombeo con presiones de trabajo de 0.5 M Pa (50m) y con ayuda de la tubería φ250mm y ∅ I NT .=240.2 mm:

Comprobación de la Velocidad:

Debemos tomar en cuenta que para un sistema de bombeo es recomendable que la velocidad este entre: 0,6 m/s - 4.5m/s

∅ 250 mm→ P .T .=0.50 MP A

V 1=QA

V 1=0.167

π∗(0 .2 40 2)2∗0.25

V 1=3.69 m / s

“Esta velocidad cumple”

0,6 m/s < (V1 ) < 4.5m/s

Nivel de las Estaciones de Bombeo:

Las abscisas intermedias se calcularon mediante interpolación lineal

Abscisas Cota ∆NIVELES

NB1 0 + 000.00 59420

NB2 0 + 620.00 61440

620

600

590

594

592

N.B.1

SUBTRAMO 1 8,00

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NB3 0 + 780.00 654

1 er TRAMO NB 1 – NB 2

\Calculamos la longitud total de la tubería hasta el primer punto de bombeo para tuberia:

∅ 250 mm→ P .T .=0.50 MPA250mm

234.4mm

Espesor = 7.8mm

Ahora calculamos las distancias inclinadas a partir de la topografía:

Sub tramo 1.1:

Solo existe longitud vertical:

Long .Vertica l=8 m

Long .1.1=8 m

Sub tramo 1.2:

620

24,30

560,00

SUBTRAMO 1.2

Long . Horizontal=560 m

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∆NIVELES=614−594=20 m

pendiente (% )=∆NIVELES

Long .H .∗100

m= 20560

∗100=4 %

Long . Inclinada=Long . H .∗(m+1)

Long . Inclinada=560∗( 4100

+1)Long . Inclinada=582.4 m≈ 583m

Long .1.2=583 m

Longitud total 1 = Long 1.1 + Long 1.2

Longitud total 1 = 8 + 583

Longitud total 1 = 591m

Calculo de la Gradiente Hidráulica:

∅ 250 mm→ P .T .=0.50 M Pa

∅ INTERNO=240.2 mm

J1=( Q0,28∗C∗∅∫ .

2,63 )(1

0,54 )

J1=( 0.167

0,28∗140∗(0 , 2402 )2,63 )(1

0,54 )

J1=0 , 0 4235

Perdidas por Longitud :

Hf =J∗Long .Tota l

Hf 1=0,0 4235∗59 1

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Hf 1=25.03 m

Perdidas por Accesorios : ∅ 250 mm→ P .T .=0.50 M Pa

∅ INTERNO=2 40.2 mm

AccesoriosN.-

∅ INTERNO Long. Equiv. Long. Total J Hf

Codo de 90 º 1 0,2402 45 10.81 0,04235 0,.4578Unión Simple 6 0,2402 30 43.24 0,04235 1.83Válvula de Pie 1 0,2402 220 52.84 0,04235 2.34

Ʃ 4.63Altura Dinámica Total :

A . D .T .=8+24.30+Hf +Hf ACCESORIOS

∅ 250 mm→ P .T .=0.50 M Pa


A . D .T .=8+24.3+25.03+4.63

A . D .T .=6 1.96m

Observamos que esta altura dinámica no va a ser soportada por la tubería de 0.50 MPa vista en el catalogo, por lo que se utiliza una que soporte mas presión por que utilizamos una tubería ∅ 250 mm→ P .T .=0.80 M Pa y que tiene un ∅ interno=234 . 4mm por lo que recalculamos la velocidad para ver si esta dentro de la permisible y la gradiente hidráulica para esta tubería:

V 1=QA

V 1=0.167

π∗(0.2 344)2∗0.25

V 1=3.87 m / s


0,6 m/s < (V1=3.87m/s ) < 4.5m/s

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Recalculamos la gradiente hidráulica:

J1=( Q0,28∗C∗∅∫ .

2,63 )(1

0,54 )

J1=( 0.167

0,28∗140∗(0,2 344 )2,63 )(1

0,54 )

J1=0,04 771

Recalculamos las pérdidas:

Perdidas por Longitud :


Hf 1=0,04 771∗591 Hf 1=2 8.20 m

Perdidas por Accesorios : ∅ 250 mm→ P .T .=0.80 M Pa

∅ INTERNO=23 44 mm

AccesoriosN.-

∅ INTERNO Long. Equiv. Long. Total J Hf

Codo de 90 º 1 0,2344 45 10.54 0,04771 0,.5031Unión Simple 6 0,2344 30 42.19 0,04771 2.01Válvula de Pie 1 0,2344 220 51.57 0,04771 2.4603

Ʃ 4.9764

Altura Dinámica Total :

A . D .T .=8+24.30+Hf +Hf ACCESORIOS

∅ 250 mm→ P .T .=0.80 M Pa


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A . D .T .=8+24.3+28.20+4.98

A . D .T .=65.48 m

Por lo tanto nuestra tubería de ∅ 250 mm→ P .T .=0.80 MPa si soportara la presión a la que estará trabajando:

P.T > A.D.T(0.80MPa = 80m) > (0.6548MPA= 65.48m)

Potencia del Motor:

HP= Q∗A .D . T .76∗EFICIENCIA

(Para obtener directamente en HP)

∅ 250 mm→ P .T .=0.80 M Pa


HP=167∗65.4876∗0,70

HP=179.85 HP

HP=180 → Potencia Comercial Por ser un trabajo académico para este caso se podría emplear el principio de “bombas en serie”

Por lo que se utilizaran 3 bombas centrifugas de 60HP con lo cual cumpliremos con la potencia necesaria de impulsión.

Chequeo de Caudal:

Q= HP∗EFICIENCIA∗76A . D .T .

∅ 250 mm→ P .T .=0.80 M Pa


Q=3∗60∗0,70∗7665.48

Q=167.14 lts/ seg.

Solución Tramo 1:

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∅ 250 mm→ PVC−P−EC

→ P .T .=0.80 M Pa

3 bombas centrifugas¿ → Potencia Comercial.2 er TRAMO NB 2 – TANQUE DE RESERVA

626.3N.B.2

28,17

160,00654.45

Tanque elevado

TRAMO 21.- N.B.2 - Tanque elevado.L.T. = 188.15 m ; V = 3.69 m /seg. ; Q = 167 lts / seg.Ø 250 mm ; P.T. = 0.50 M PaBomba : 125 HP

Para este tramo del sistema de bombeo procederemos a utilizar una tubería de:∅ 250 mm→ P .T .=0.50 M Pa y ∅ interno=240.2 mm

250mm

240.2mm

Espesor = 4.9mm

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Chequeo de la velocidad:

V 1=QA

V 1=0.167

π∗(0.2 40.2)2∗0.25

V 1=3.69 m /s


0,6 m/s < (V1=3.69m/s ) < 4.5m/s

Long . Horizontal=160 m

∆NIVELES=654.45−62 6.3=28.15 m

m=∆NIVELES

Long . H .

m=28.15160

∗100=17.60 %

Long . Inclinada=Long . H .∗(m+1)

Long . Inclinada=160∗( 17.60100

+1)Long . Inclinada=188.15 m

Long .Total=188.15 m

Calculo de la Gradiente Hidráulica:

∅ 250 mm→ P .T .=0.50 M Pa


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J2=( Q0,28∗C∗∅∫ .

2,63 )(1

0,54 )

J1=( 0 ,167

0,28∗140∗(0 , 2402 )2,63 )(1

0,54 )

J1=0,0 4235

Perdidas por Longitud:


Hf 1=0,0 4235∗188.15 Hf 1=7.97 m

Altura Dinámica Total:

A . D .T .=28.17+Hf

∅ 250 mm→ P .T .=0.50 M Pa


A . D .T .=28.17+7.97

A . D .T .=36.14 m

Potencia del Motor:

HP= Q∗A .D . T .76∗EFICIENCIA

∅ 250 mm→ P .T .=0.50 M Pa


HP=167∗36.1476∗0,70

HP=113.45

HP=125 MPa → Potencia Comercial

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Chequeo de Caudal:

Q= HP∗EFICIENCIA∗76A . D .T .

∅ 250 mm→ P .T .=0.50 M Pa


Q=125∗0,70∗7636.14

Q=184 lts/ seg .

Solución Tramo 2:

∅ 250 mm→ PVC−P−EC

→ P .T .=0.50 M Pa

BombaCentrifuga HP=125 → Potencia Comercial

COSTO APROXIMADO DE BOMBAS: (Anexo de manual de precios y bombas centrifugas):

Bombas utilizadas:

3 Bombas centrifuga 60H1 Bomba centrifuga 125hp

Precios unitarios:

Bombas centrifuga 60H= 12992 $ Bombas centrifuga 125hp = 21054 $

Total62030 $

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CONCLUSIONES :

1.- El diseño total del sistema de bombeo o también conocido como sistema de impulsión estará siempre acorde a una topografía la cual nos dará la colocación de cada accesorio del sistema

2.- Se observa que mientras más pequeño es el diámetro más grande es la perdida ya que la velocidad aumenta y por ende las perdidas.

3.- Al inicio del diseño se debe escoger una tubería con mucho mas soporte que la altura vertical ya que después se deberán sumar las perdidas por longitud y accesorios: y este margen de erro quedara compensado; siempre que se cumpla con las velocidades.

RECOMENDACIÓNES:

1.- Ir siempre chuequeando que las velocidades y la presión de trabajo de nuestra tubería sea o este dentro de las permisibles, para esto nos ayudamos de los catálogos.

2.- Verificar que la tubería seleccionada cuenta con una gran variedad de accesorios para el posterior armado del sistema de bombeo.

3.- Verificar que en el sistema de bombeo, las bombas requeridas se encuentren dentro catálogos comerciales y no de fabricación especial.

BIBLIOGRAFÍA:

1.- Catálogos de PVC – P – E /C PLASTIGAMA

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2.- RODRIGUEZ Pedro Luis, Abastecimiento de agua, Instituto tecnológico de Oaxaca, Cap. 3, Pago 220.

ANEXOS:

COLOCACION DE TUBERIA UNION ELASTOMERICO:

PREPARACIÓNQuite las rebabas con wipe humedecido y alise la espiga si es necesario (lijando). Limpie perfectamente y seque. El bisel de la espiga debe ser a 15º con el eje del tubo y la longitud de entrada debe estar marcada claramente.

COLOCACIÓN DEL ANILLO DE CAUCHOLimpie bien la unión y el anillo de caucho, en especial el canal de la unión. Coloque el anillo como se muestra en la figura y asegúrese de que quede bien alojado en el canal. El anillo debe estar seco al momento de ser colocado.

RECOMENDACIÓN: El anillo de caucho debe estar sumergido en agua 24 horas antes de ser utilizado.

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APLICACIÓN DEL LUBRICANTE VEGETALLubrique por parejo la mitad de la longitud marcada de la espiga del tubo a instalar. Mueva este de tal forma que su espiga penetre en la campana del tubo ya instalado.

ALINEACIÓN DE TUBERÍAAsegúrese de que las tuberías estén perfectamente alineadas en ambos planos.IMPORTANTE: Evite introducir la espiga en ángulo.

ACOPLE MANUAL DE LA ESPIGA EN LA CAMPANAEmpuje la espiga hasta la marca de entrada. Esto debe hacerse con un movimiento rápido siendo de gran ayuda el impulso que se logre entre la boca de entrada y el anillo de caucho.

ACOPLE MECÁNICO Para tuberías de 250 mm. a 400 mm. es preferible usar una acopladora mecánica de tubos. (Consultar el manual de instalación para tuberías plásticasde PVC y Polietileno Plastigama). Esta acopladora mecánica puede servir también para desacoplar los tubos U/Z en caso de ser necesario. Para tuberías mayores a 400 mm utilizar por cada diámetro 2 abrazaderas metálicas y dos templadores de poliester que se accionan para efectuar el ensamble de tubos.

PRECAUCION: Si la tubería ofrece excesiva resistencia a realizar la unión, saque la espiga, quite el anillo de caucho y repita los pasos anteriores. Debe prestarse particular atención al asiento del anillo de caucho y a la alineación de las tuberías.