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juan-carlos-jimenez
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Diseño de estación de bombeo de agua potable, línea de succión, línea de impulsión, cálculo de potencia de la bomba, cálculo de ariete hidráulico
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DISEÑO DE ESTACION DE BOMBEO DE AGUA POTABLE
ANALISIS DE LA DEMANDA
Sector de Servicio :Conexiones Domiciliarias :Nº Habitantes por conexión :Consumo Percapita :Poblacion Futura :Volumen Diario Requerido :Caudal Proyectado :
CAUDAL DE BOMBEO
Qb :Qmax.d :
N :
N =
Qb =
CARACTERISTICAS DEL FLUIDO
Tipo = Agua Limpia
g = 1000 Kg/m3
m = 0.001 kg/m-segTº = 10 ºCPv = 0.25 m.c.a.Pa = 6.33 m.c.a.
ALTURA GEOMETRICA (Hg)
Cotas y Alturas
Captacion = 3816 m.s.n.m.Cisterna = 3,940.00 m.s.n.m.Reservorio = 3,974.38 m.s.n.m.
TANQUE CISTERNAEspesor de tapa 0.15 mBorde Libre 0.30 mAltura 1.90 m
Cota eje de Bomba = 3,940.50 m.s.n.m.
�� 24=����.� /�
Nivel de Succion Max. =
Bomba1.9
Nivel de Succion Min. =
Hg minima =Hg maxima =
LINEA DE SUCCION
Carga de succionhs =
=
Perdida de Carga en la succion
Caudal de la Linea =Longitud =Diametro =Material =Coeficiente de Flujo =
Accesorios
Canastilla de succion de 56.7 mmValvula de PieValvula de 90° de 56.7 mmReduccion de 56.7 mm a 41.4 mm
HIDRAULICA
Δhs��= +ℎ� ∆ℎ�
∆ℎ�=10.67� �/�^4.87 � �^1.85/�^1.85 +.0826��� �^2/�^4
Velocidad Cinetica
3012.911 +
0.01 m (perdida de la succion)
Teniendo en cuenta la formula de arriba obtenemos el siguiente resultado:
Altura geometrica de succion: hs =
Hs =
LINEA DE IMPULSION
Carga de Impulsion
=
Perdida de Carga en la Impulsion
Caudal de la Linea =Longitud =Diametro =
Material =Coeficiente de Flujo =
Accesorios
Reduccion concentricaTee de 41.1 mmValvula Check Horizontal de 41.1 mmUnion tipo Dreser de 41.1 mmValvula de compuerta de 41.1 mmCodo de PVC de 90° de 41.1 mm
Dhs = Q1.85
Dhs =
NOTA: La mayor desventaja que presentan estas bombas es la limitación en la carga de succión, ya que el valor máximo teórico que alcanza es el de la presión atmosférica del lugar (10,33 m. a la altura del mar), sin embargo, cuando la altura de succión es de 7 metros la bomba ya muestra deficiencias de funcionamiento.
Δhi
��= +∆ℎ� ℎ�
∆ℎ�=10.67� �/�^4.87 � �^1.85/�^1.85 +.0826��� �^2/�^4
��= +∆ℎ� ℎ�
HIDRAULICA
Velocidad Cinetica
1368782.473 +
1.57 m
Teniendo en cuenta la formula de carga de Impulsion obtenemos el siguiente resultado:
hi =
Hi =
ALTURA DINAMICA TOTAL
ALTURA DINAMICA (Hb)
Hb =Hs =Hi =
Hs = 2.56 m
ALTURA DINAMICA TOTAL (Hbt)
Asumimos una presion de entrega Aprox.: Pe =
DATOS DE LA BOMBA SELECCIONADA
Tipo : Monofasico Modelo :Potencia : 1.1 kW 1.5 Hp
Caudal : 40 l/min H :
n : 2900 1/min :
CALCULO NSPH DISPONIBLE
Dhi = Q1.85
Dhi =
NPSH requerido
De acuerdo a los parametros ya determinados en pasos anteriores es que procedemos a reemplazar en la formula teniedo como resultado lo siguiente:
��= +∆ℎ� ℎ�
�� +=�� Hi
〖����〗 = )/_� (�_���−�_��� −ℎ�∓�_� _��
���=��+Pe
OBTENEMOS: =
Tambien según la guia para el diseño de estaciones de Bombeo de Agua Potable del UNATSABAR
Donde : =
Para que no cavite la bomba debe de cumplir:
3.517 > 1.600 m
OK, Cumple, la bomba no cavita.
CALCULO DE POTENCIA DE LA BOMBA
Caudal de Diseño (l/s) Qb =Altura dinamica total (m) H =Eficiencia (n) n =
=
15% por Potencia de mando =
POTENCIA COMERCIAL =
CALCULO DE ARIETE HIDRAULICO
VELOCIDAD DE PROPAGACION DE LA ONDA (m/s)
De la siguiente formula:
Donde :
r = 1000 Densidadd = 0.156 m Diametro Efectivoe = 0.006 m Espesor minimo de Tuberia
NSPHd
NPSHdisponible
Pb
PM
PM
kg/m3
〖����〗 − +ℎ +_�����������=�_��� (�_��� _� )∆�_�
〖����〗 _����������> 〗〖���� _���������
� =_� (�_� )/ ×75) )×� (� (��
�=√(1/ ×(1 / )) ))(� /�+� (�×�
ε = 2.03E+09 Modulo Elastico del Agua
E = 2.94E+09 Modulo Elastico del material
Entonces a =
TIEMPO CRITICO DE PROPAGACION DE LA ONDA (s)
Tenemos :L =a =
Entonces Tc =
CARGA POR SOBRE PRESION (m)
Tenemos :V =a =
g =
=
PRESION MAXIMA EN EL PUNTO MAS BAJO DEL TUBO (m)
Tenemos :
PmaxPmaxPmax
CALCULO DEL DIAMETRO ECONOMICO
: 0.000606
: 0.000958
: 80 Costo unitario de la tubería de impulsión asentada (USD/m)
: 0.1 Diámetro aproximado en metros (haciéndose que K = 1)
i : 0.11 Tasa de descuento
N/m2
N/m2
ΔHa
ΔH
ΔHa
1. Determinación del valor de K para bombeo a velocidad constante.
QB Caudal máximo capacidad de la estación de bombeo (m3/s)Qi Caudal máximo al inicio de proyecto (m3/s)
CTUB
do
�_�=2�/�
∆� = )_� (�×� /�
�_���= +∆�〖 〗∆� _�
�=[4.87(( _1 _2 _3 _4)/(1.5 ))/((1 ) _0 )]^0.17� � +� � �_�/�_� +� �_���/�
USD/KWh : 0.03125 Costo del consumo de energía eléctricaUSD/Kwmes : 566.7412 Costo de la potencia instalada ( demanda)
: 0.9 Rendimiento global de las electrobombas n : 10 Número de años del período de diseño(solo bombas)
: ## :
: ## :
K :
2. Determinacion del diametro economico para bombeo a velocidad constante.
Tenemos :De =
=
3. Diametro de tuberia comercial
Tenemos : Dc ==
4. Velocidad economica por perdidas de carga con caudal de operacion
Tenemos :Ve =
ηG
δ1 δ3
δ2 δ4
�_1=130 ( ℎ)) (���/�� /�_��_2=(1−(√ −1 )×1/(1 )) )/(1−√ −1 )×1/(1 ))(� &�_�/�_� +� ^� (� &�_�/�_� +�
�_3=0.21 ( /(��� 〗〖�� )) _��� /�_�
� √ )_�=� (�_�
� =(4_� )/ ^2 )�_� (��_�
DISEÑO DE ESTACION DE BOMBEO DE AGUA POTABLE
TOTAL71 conex.3.2 Hab/Conex80 l/hab/dia
252 Habitantes20.16 m3/dia0.303 l/s
Caudal de BombeoCaudal Maximo DiarioHoras de Bombeo
12 Hras
0.606 l/s
pH = 6,5 - 8,5
Densidad
Viscosidad DinamicaTemperaturaPresion de vaporPresion atmosferica a 4000 msnm
Max Min Descarga
3939.55 3937.9503,974.88
RESERVORIOEsp. De Tapa 0.1 mBorde Libre 0.3 mAlt. de H2O. 0.5 m
m.s.n.m.
Cota de Descarga3974.876 m.s.n.m.
3939.55 m.s.n.m.
3937.95 m.s.n.m.
35.33 m.36.93 m.
Altura de succionPerdida de Carga en la Succion
0.606 l/s2.55 m56.7 mm
PVC150
Cant K K total
1.00 0.40 0.401.00 1.75 1.751.00 0.90 0.901.00 0.25 0.25
Total L.E. 3.30
�=���
0.24 m3/s
26373.135
(perdida de la succion)
Teniendo en cuenta la formula de arriba obtenemos el siguiente resultado:
2.55 m
2.56 m
Perdida de Carga en la Impulsion
0.606 l/s241.74 m
1 1/2 Pulg Clase 1541.10 mm
PVC150
Cant K K total
1.00 0.25 0.251.00 0.60 0.601.00 2.50 2.501.00 0.10 0.101.00 0.25 0.251.00 0.40 0.40
Total L.E. 4.10
Q2
La mayor desventaja que presentan estas bombas es la limitación en la carga de succión, ya que el valor máximo teórico que alcanza es el de la presión atmosférica del lugar (10,33 m. a la altura del mar), sin embargo, cuando la altura de succión es de 7 metros la bomba ya muestra deficiencias de funcionamiento.
0.46 m/s
118685.214
Teniendo en cuenta la formula de carga de Impulsion obtenemos el siguiente resultado:
34.38 m
35.95 m
Alt. dinamica total o altura de bombeoCarga de succion, m.Carga de impulsion, m.
Hi = 35.95 m
Hb = 38.51 m
5 m
Hbt = 43.51 m
2CP 25/140H
49 m
1.6
Q2
De acuerdo a los parametros ya determinados en pasos anteriores es que procedemos a reemplazar en la formula teniedo como resultado lo siguiente:
�=���
3.517 m
Tambien según la guia para el diseño de estaciones de Bombeo de Agua Potable del UNATSABAR
3.517 m
OK, Cumple, la bomba no cavita.
0.606 l/s43.51 m
0.6
0.586 HP
0.674 HP
1.500 HP(De acuerdo a Catalogo de Producto)
Espesor minimo de Tuberia
Modulo Elastico del Agua
Modulo Elastico del material
327.28 m/s
241.74 m327.28 m/s
1.477 s
0.46 m/s327.28 m/s
9.81
15.24 m.c.a
34.376
15.24
49.61 m.c.a486.72 Kpa
70.57 psi
Costo unitario de la tubería de impulsión asentada (USD/m)
Diámetro aproximado en metros (haciéndose que K = 1)
m/s2
Caudal máximo capacidad de la estación de bombeo (m3/s)
Caudal máximo al inicio de proyecto (m3/s)
�=[4.87(( _1 _2 _3 _4)/(1.5 ))/((1 ) _0 )]^0.17� � +� � �_�/�_� +� �_���/�
Costo de la potencia instalada ( demanda)
Rendimiento global de las electrobombas Número de años del período de diseño(solo bombas)
132.240
6.537
1.321
2. Determinacion del diametro economico para bombeo a velocidad constante.
32.516 mm1.28 Pulg
41.4 mm CLASE 151.5 Pulg
4. Velocidad economica por perdidas de carga con caudal de operacion
0.450 m/s
�_3=0.21 ( /(��� 〗〖�� )) _��� /�_��_4=(1−(1/(1 )) )/(1−(1/(1 )) )+� ^� +�
DIMENSIONAMIENTO DE CISTERNA DE BOMBEO
En la seccion m.4 Volumen de almacenamiento se considera lo siguiente:
Tenemos : (Zona Ñuñumarca)
V = 5.04 m3
V = 6.00 m3
Consideramos la Guia para la formulacion de proyectos de inversion exitosos del MEF para SANEAMIENTO BASICO:
En el MODULO III - FORMULACION, en la seccion 3.4 del Planteamiento Tecnico de las alternativas de solucion:
En zonas rurales la capacidad de regulacion es del 15% al 20% de la demanda de produccion diaria, siempre que el suministro sea continuo. Si dicho suministro es por bombeo, la capacidad sera del 20 a 25% de la demanda promedio diaria.
La demanda de produccion promedio diaria la obtenemos a partir del caudal promedio Qp calculando el 25% del consumo durante un dia en Volumen de agua:
�= (0.25×�_�× )/��� 1000
DIMENSIONAMIENTO DE CISTERNA DE BOMBEO
En la seccion m.4 Volumen de almacenamiento se considera lo siguiente:
(Zona Ñuñumarca)
Consideramos la Guia para la formulacion de proyectos de inversion exitosos del MEF para
En el MODULO III - FORMULACION, en la seccion 3.4 del Planteamiento Tecnico de las
En zonas rurales la capacidad de regulacion es del 15% al 20% de la demanda de produccion diaria, siempre que el suministro sea continuo. Si dicho suministro es por bombeo, la capacidad sera del 20 a 25% de la demanda promedio diaria.
La demanda de produccion promedio diaria la obtenemos a partir del caudal promedio Qp calculando el 25% del consumo durante un dia en Volumen de agua:
CALCULO DE LINEA DE IMPULSION
TUBERIA CLASE
h maxima presion
Ø Comercial (Pulg)
Caudal de Bombeo Qb= 0.606 Lt/seg Coef. Flujo. (C) = 150 Ø interior (mm)
Perdida Inicial por Accesorios de Bombeo = 0.04 m
KM Longitud (m) Caudal (Lts/Seg) Ø Interno (mm) Hf (m)
0+000 3,940.00 0.00 0.606 Presion de agua ha vencer por la bomba desde el Eje= -40.900+010 3,940.47 0.01 0.606 -46.800 27.111 41.40 1.050 0.450 0.0610+020 3,941.09 0.01 0.606 -62.500 25.547 41.40 1.182 0.450 0.0610+030 3,942.05 0.01 0.606 -95.500 23.417 41.40 1.407 0.450 0.0610+040 3,943.00 0.01 0.606 -95.500 23.417 41.40 1.407 0.450 0.0610+050 3,943.96 0.01 0.606 -95.500 23.417 41.40 1.407 0.450 0.0610+060 3,944.91 0.01 0.606 -95.500 23.417 41.40 1.407 0.450 0.0610+070 3,945.87 0.01 0.606 -95.500 23.417 41.40 1.407 0.450 0.0610+080 3,946.82 0.01 0.606 -95.500 23.417 41.40 1.407 0.450 0.0610+090 3,948.42 0.01 0.606 -160.100 21.060 41.40 1.740 0.450 0.0610+100 3,950.04 0.01 0.606 -161.900 21.012 41.40 1.748 0.450 0.0610+110 3,951.66 0.01 0.606 -162.000 21.009 41.40 1.748 0.450 0.0610+120 3,953.28 0.01 0.606 -161.900 21.012 41.40 1.748 0.450 0.0610+130 3,954.90 0.01 0.606 -161.900 21.012 41.40 1.748 0.450 0.0610+140 3,956.52 0.01 0.606 -162.000 21.009 41.40 1.748 0.450 0.0610+150 3,958.15 0.01 0.606 -162.400 20.999 41.40 1.750 0.450 0.0610+160 3,959.77 0.01 0.606 -162.800 20.988 41.40 1.752 0.450 0.0610+170 3,961.40 0.01 0.606 -162.900 20.986 41.40 1.752 0.450 0.0610+180 3,963.03 0.01 0.606 -162.900 20.986 41.40 1.752 0.450 0.0610+190 3,964.71 0.01 0.606 -167.500 20.866 41.40 1.772 0.450 0.0610+200 3,966.39 0.01 0.606 -168.300 20.846 41.40 1.776 0.450 0.0610+210 3,968.07 0.01 0.606 -168.300 20.846 41.40 1.776 0.450 0.0610+220 3,969.76 0.01 0.606 -168.300 20.846 41.40 1.776 0.450 0.0610+230 3,971.75 0.01 0.606 -199.300 20.134 41.40 1.903 0.450 0.0610+240 3,973.99 0.01 0.606 -223.800 19.661 41.40 1.996 0.450 0.061
0+241.74 3,974.38 0.00 0.606 -224.138 19.655 41.40 1.997 0.450 0.011
Niv. Dinámico (m)
Pendiente (m/Km)
Ø Calculado (mm)
Vel. Calcul. (m/seg)
Velocidad Real (m/seg)
CALCULO DE LINEA DE IMPULSION
TUBERIA CLASE
h maxima presion
Ø Comercial (Pulg)
Caudal de Bombeo Qb= 0.606 Lt/seg Coef. Flujo. (C) = 150 Ø interior (mm)
Perdida Inicial por Accesorios de Bombeo = 0.04 m
KM Longitud (m) Caudal (Lts/Seg) Ø Interno (mm) Hf (m)Niv. Dinámico
(m)Pendiente
(m/Km)Ø Calculado
(mm)Vel. Calcul.
(m/seg)Velocidad Real
(m/seg)
PERDIDA TOTAL (m): 1.474ALTURA ESTATICA(m): 34.38
PRESION DE ENTREGA (m) : 5.053
CALCULO DE LINEA DE IMPULSION
TUBERIA CLASE
h maxima presion
Ø Comercial (Pulg)
Caudal de Bombeo Qb= 0.606 Lt/seg Coef. Flujo. (C) = 150 Ø interior (mm)
Perdida Inicial por Accesorios de Bombeo = 0.04 m
KM Longitud (m) Caudal (Lts/Seg) Ø Interno (mm) Hf (m)Niv. Dinámico
(m)Pendiente
(m/Km)Ø Calculado
(mm)Vel. Calcul.
(m/seg)Velocidad Real
(m/seg)
GRADIENTE HIDRAULICA - LINEA DE IMPULSION
LINEA PIEZOMETRICA COTA TERRENO PLANO DE CARGA COTA EJE DE TUBERIA
CALCULO DE LINEA DE IMPULSION
15
100 m
1 1/2
41.40
Alt. Piezom. (m) Presión (m) OBSERVACION
3980.903 0.000 3980.903 CISTERNA
3980.842 40.374 3980.8423980.781 39.688 3980.7813980.720 38.672 3980.7203980.659 37.656 3980.6593980.598 36.640 3980.5983980.537 35.624 3980.5373980.476 34.608 3980.4763980.415 33.592 3980.4153980.354 31.930 3980.3543980.293 30.250 3980.2933980.232 28.569 3980.2323980.172 26.890 3980.1723980.111 25.210 3980.1113980.050 23.529 3980.0503979.989 21.844 3979.9893979.928 20.155 3979.9283979.867 18.465 3979.8673979.806 16.775 3979.8063979.745 15.039 3979.7453979.684 13.295 3979.6843979.623 11.551 3979.6233979.562 9.807 3979.5623979.501 7.753 3979.5013979.440 5.454 3979.440
3979.429 5.053 3979.429 RESERVORIO.
Cota Piezom. (msnm)
CALCULO DE LINEA DE IMPULSION
15
100 m
1 1/2
41.40
Alt. Piezom. (m) Presión (m) OBSERVACIONCota Piezom.
(msnm)
CALCULO DE LINEA DE IMPULSION
15
100 m
1 1/2
41.40
Alt. Piezom. (m) Presión (m) OBSERVACIONCota Piezom.
(msnm)
GRADIENTE HIDRAULICA - LINEA DE IMPULSION
LINEA PIEZOMETRICA COTA TERRENO PLANO DE CARGA COTA EJE DE TUBERIA