6. DISEÑO DEL SISTEMA DE SUMINISTRO

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1 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y 6. DISEÑO DEL SISTEMA DE SUMINISTRO 6.1 Meoria de Calculo de la Línea de Ipulión Calculo del Diáetro y Pérdida de Carga Una vez conocido lo criterio y paráetro e procede al calculo del dieño propiaente dicho de la línea de ipulión. La nueva línea e ha dividido en ei trao dede el pozo P-03 hata el reervorio R-A para acilitar el proceo de calculo de la pérdida locale y de ricción que periten deterinar la altura dináica total del itea. El trao de etudio para el dearrollo del calculo eta reerido al trao 4, el cual e el trao de la línea de ipulión ha er reeplazada. Lo valore obtenido del calculo para ete trao y lo otro trao e preentan en la tabla N 01 reuida en el capitulo reultado. Epleando la orula de Bree para bobeo dicontinuo calculao el diáetro que tendrá la nueva tubería de PVC (trao 4). Utilizando lo paráetro obtenido de lo etudio preliinare: Caudal de bobeo (Q b ) : 35 l/ N de hora de bobeo (N) : D (18 hora) dia D 0.6 En ete cao el valor obtenido correponde al diáetro interior de una tubería coercial de PVC de diáetro noinal DN 50 (10 ). Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM

2 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y La velocidad del lujo e obtiene aplicando la ecuación de continuidad: V 3 4(0.035 ) π (0.6 ) V 0.87 Eta velocidad e ayor a 0.6 / y enor a /, e decir e encuentra dentro del rango de velocidade periible egún criterio de dieño. La pérdida de carga por ricción e calcula epleando la orula de azen- Willia decrita en el planteaiento teórico, iendo aplicada al trao 4 de etudio, con lo iguiente dato: Longitud del trao (L): Coeiciente de rugoidad C para tubería nueva de PVC : (0.6 ) 3.35 La pérdida locale e deterinan utilizando el teorea de Borde-Belanger teniendo en cuenta lo acceorio y el cabio de dirección de lo trao de tubería durante u intalación. Para el trao 4 (tubería de PVC DN 50 ) e ha deinido egún el peril de la línea, el uo de lo iguiente acceorio con u repectivo valore del coeiciente de pérdida locale k detallado en el cuadro N 06 obtenido de divero anuale y texto epecializado en hidráulica. Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM

3 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y Cuadro N 06. Valore del coeiciente de pérdida local para acceorio. Acceorio Cantidad k Total Codo Codo Codo Tee (Válvula de purga) Suatoria de k 1.60 Velocidad en el (/) 0.87 Entonce reeplazando lo dato en la expreión de pérdida local reulta: l ( 0.87 ) ( ) l 0.06 Relacionando el diáetro con la longitud de la tubería del trao en etudio. ψ Obtendreo: ψ 430 Con lo que e concluye que la pérdida por acceorio y cabio de dirección en el trao de la tubería de PVC e depreciable y no debe er toada en cuenta en el proceo de calculo. Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM

4 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y Con el in de realizar un dieño a conervador y teniendo la inoración a dipoición e ha optado por coniderar eta pérdida local para el trao en cuetión, aún cuando puede er coniderada depreciable. La pérdida locale igniicativa e encuentran en lo trao de tubería FFD en la etación de bobeo y en el reervorio-many all por er en eta donde e encuentran el ayor nuero de acceorio. Lo valore de eta pérdida locale e preentan en la tabla N 0 del capitulo reultado Calculo de la Sobrepreión por Cierre Intantáneo Epleando la ecuacione del étodo de Allievi para tubería de tipo PVC DN50 PN 10 (Clae 10) e tiene lo iguiente paráetro: Reitencia Máxia a la Preión de Agua : 100.c.a. Epeor de tubería (e) : Modulo de elaticidad del aterial (E) :.75x10 9 N/ Modulo de elaticidad del agua (K) :.0x10 9 N/ Diáetro interior (d) : 0.6 Denidad agua (ρ) : 1000 kg/ 3 Contante de gravedad (g) : 9.81 / Longitud de tubería (L) : Velocidad del agua en la tubería (V) : 0.87 / Dierencia de nivele entre el punto a alto de llegada del agua al reervorio y el punto a bajo del eje de tubería ( ) : Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM

5 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y Calculao priero la velocidad de propagación de la onda: a 1000 kg ( N )( ) 9 N 9 a El tiepo de propagación de la onda igual al tiepo de cierre intantáneo e calcula coo: Τ c ( ) Τ c 5.3 Obtenido eto dato podreo calcular la carga por obrepreión en.c.a: a ( 0.87 ) ( ) 9.81 a 3.7 Entonce la preión áxia en el punto a bajo del eje de la tubería erá: P áx P áx 8.7 ca.. Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM

6 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y Con lo que podreo concluir que la clae ecogida para la tubería de PVC (clae 10) para la condicione de trabajo e la correcta; coincidiendo con la epeciicacione técnica y paráetro de dieño planteado en el etudio ya que la reitencia áxia de preión de agua no uperará lo 100.c.a. coo e oberva en lo reultado de obrepreión por eecto del golpe de ariete. Eta tubería oportara in problea la obrepreión por eecto del golpe de ariete in la neceidad de intalar acceorio de eguridad copleentario o válvula contrapreión elevando el coto total de inverión. Debido a que la unione en lo cabio de dirección on de FFD la preione que pueden oportar on ayore a la de PVC por tal otivo, eta oportaran tabién la obrepreión in problea. Luego de calcular eto paráetro correpondiente a la línea de ipulión e neceario deterinar la potencia necearia que requiere el equipo de bobeo para vencer la altura dináica total y entregar el agua al reervorio de ora eectiva Calculo de la potencia Potencia de conuo Energía entregada por la boba al agua coniderando que: Altura dináica total (DT) : Caudal de Bobeo ( Q b ): 35 l/. Eiciencia de la boba (η b ): 78% Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM

7 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y P c 100 (35 l ) (68.00 ) 75 (78) P c 40.7.P Potencia intalada Energía entregada al otor coniderando que: Eiciencia del itea en conjunto boba-otor (η c ): Donde: η eiciencia del otor : 83% η η c c 78% 83% 65% P c l 100 (35 )(68.00 ) 75 (65) P c 48.8.P. Calculado ya el diáetro, la clae, el tipo de tubería y la potencia del equipo de bobeo de acuerdo a lo criterio y paráetro del dieño, debeo deterinar lo coto de cada uno de lo coponente del itea decrito en la etodología para obtener el Valor Preente de lo coto totale Calculo de Coto totale y Valore Preente Para el trao 4 de PVC DN 50 procedeo a calcular lo coto totale y u repectivo Valore Preente. - Coto total tubería intalada (adquiición, tranporte, intalación y teteo). Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM

8 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y US $ ( ) ( ) CotoTotalTuberia ( US$) CotoTotalTuberia ( US$) 50,994 - Coto total equipo de bobeo (adquiición, tranporte, intalación, y teteo). Coto TotalEquipo ( US$) 111. (48.8 P) Coto TotalEquipo ( US$) 19,777 - Coto Anual de Operación (Energía conuida). Coto Anual Operacion ( US$) 6570 (35.9 kw ) 0. Coto Anual Operacion ( US$) 47,179 US$ ( kw h) - Coto Anual de Manteniiento (Repueto, inuo, peronal, herraienta, etc). Coto Anual Manteniiento ( US $) 1,000 - Valor Preente de Inverione Totale. VPInverione.. Totale ( US$) 50, ,777 VPInverione.. Totale ( US $) 70,771 - Valor Preente de Repoicione Totale. V.P. Repoición Total (US$) 0.1 (1+ 0.1) 10 70, (1+ 0.1) 10 1 V.P. Repoición Total (US$) 54,483 - Valor Preente de Explotación Totale. Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM

9 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y V.P. Explotacion Totale (US$) (1+ 0.1) (1, ,179) (1 0.1) V.P. Explotacion Totale (US$) 7,3 - Valor Preente Coto Totale V.P. Coto Totale (US$) 70, , ,3 V.P. Coto Totale (US$) 397,476 Luego en la deciión de i éte diáetro e el correcto o no econóicaente debeo calcular lo coto totale para nueva línea calculada con do diáetro coerciale anteriore y do poteriore al prier diáetro coercial deterinado con la orula de Bree. A ete procediiento e le conoce coo análii de enibilidad econóica y no perite identiicar el diáetro a utilizar de acuerdo al enor coto total preente para la elección del nuevo equipo de bobeo. Lo valore de eto cálculo e reuen en la tabla N 03 correpondiente al capitulo reultado. Se incluye adeá lo valore de la pérdida de carga por ricción y locale para lo ditinto diáetro coerciale alternativo. 6. Meoria de Calculo del Sitea de Bobeo Obtenido el valor del diáetro econóico procedeo a calcular la curva caracterítica de la red copueta por la tubería de ipulión, e decir elaborar la curva de altura gato de la red para conrontarla con la curva caracterítica del equipo de bobeo ecogido en el dearrollo del diáetro econóico y deterinar el punto de operación óptio (eiciencia boba>50%). Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM

10 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y 6..1 Calculo de la Curva Caracterítica de la red A cada punto de la curva le correponde un caudal y una altura dináica total que e calcula coo e decribe en el planteaiento teórico. Lo caudale dado para contruir la curva van dede 5 l/ a 40 l/. Para deterinar la DT e debe calcular la pérdida de carga tanto por ricción coo locale utilizando la orula de azen-willia y el teorea de Borde- Belanger repectivaente. Prier Punto de la curva caracterítica de la red Caudal inicial (Q) : 5 l/ Pérdida de carga por ricción ( ) (0.150 ) Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM

11 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y (0.005 ) (0.150 ) ( ) (0.50 ) ( ) (0.6 ) Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM

12 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y (0.005 ) (0.50 ) ( ) (0.600 ) Pérdida de carga locale por acceorio y válvula + + l l + l l + l l Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM

13 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y l (0.005 ) 16 (0.005 ) π (9.81 )(0.150 ) π (9.81 )(0.50 ) (0.005 ) 16 (0.005 ) π (9.81 )(0.6 ) π (9.81 )(0.50 ) ( ) 5.05 π ( )(0.600 ) l 0.47 Reeplazando en la ecuación correpondiente a la DT: DT Geo Re l DT De igual ora e calcula para lo iguiente punto con lo uceivo caudale procediendo luego a graicarlo en Excel. Lo valore de eto cálculo e preentan en la tabla N 04 del capitulo reultado. 6.. Cálculo de la Curva Caracterítica de la Boba De acuerdo a criterio de elección e ha vito conveniente el uo de un tipo de boba con otor uergible (electroboba uergible), de extena aplicación en Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM

14 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y la extracción de agua ubterránea a gran proundidad. La electroboba uergible e han vuelto la alternativa a aceptable en vita de la liitacione que preentan otro tipo de boba coo la boba centriuga verticale cuya capacidad de ucción eta liitada en la practica a un áxio de 7 de proundidad por debajo del nivel del terreno. En vita de ello e buca odelo de electroboba uergible cuyo capo de utilización e adapten a la condicione de dieño. E aí coo e obtiene la electroboba con la iguiente caracterítica: Boba Tipo : Suergible Marca : CAPRARI Modelo : S9S50/4C DN : 15 Núero de etapa : Cuatro (4und) Motor Marca : CAPRARI Modelo : MS840 Voltaje : 440 V (Triáica) Frecuencia : 60 z Potencia : 40 P (30 kw) Velocidad : 3600RPM Factor de potencia : 83% Teperatura Max : 40 C N polo: (Do) Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM

15 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y Núero de unidade: Uno (1 und) Lo dato de caudal y altura de bobeo que dearrolla eta electroboba on extraído de la curva proporcionada por el abricante o proveedor que e detalla en la laina N 01 de la ección anexo y preentado en el iguiente cuadro N 07. Cuadro N 07. Altura-Gato de la electroboba uergible eleccionada. Q boba (lt/) DT () Qboba (lt/) DT () Tabién eto dato e preentan en la tabla N 05 del capitulo reultado. Eto dato oran la curva caracterítica de la electroboba y deben er ploteado en la ia graica de la curva caracterítica de la red para poder encontrar el punto óptio de operación del equipo. Para nuetro cao con la electroboba eleccionada el punto óptio tendrá lo iguiente paráetro: Caudal Óptio (Q óptio ) : lt/ Altura Dináica Total Óptio (DT óptio ) : 68.1 Altura Poitiva de Succión Neta requerido (NPS) : 6.6 Eiciencia de la Boba (η boba ) : 78% La curva caracterítica de la red y de la boba e uetran en la graico N 01 donde e oberva el punto óptio de operación. Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM

16 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y Adeá en la Laina N 01 del capitulo reultado e preenta un reuen de la caracterítica del equipo de bobeo eleccionado y lo paráetro de uncionaiento óptio Calculo del Coeiciente de Velocidad Epeciica Para aegurar que la elección de la boba e la correcta calculao u coeiciente de velocidad epeciica. Se utiliza la altura de ipulión de un olo rotor DT c/ rotor 4 Entonce: N rp (17.03 ) N 94.5 rp Utilizando la graica de la zona de buen Rendiiento de la boba etableceo lo liite para la altura de cada rotor: Liite ínio : N1 400 rp Liite áxio : N 600 rp El graico de la zona de buen Rendiiento de la boba por cada rotor e preenta en la Laina N 03 de la ección anexo. Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM

17 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y 6.3 Meoria de Calculo de la Cientación Coportaiento de Tubería Enterrada Toando el punto a bajo de la línea de ipulión donde el uelo e de tipo SM (arena lioa), e tendrá la ayor carga de relleno. Utilizando lo iguiente dato: Peo epeciico del uelo (γ) : 140 kg/ 3 Proundidad del relleno obre la corona del tubo (R) :.0. Carga viva para vehículo de eje iple (Po) : 957 kg/ Reeplazando en la expreión de la carga de total: kg P (140 3 ) (.0 ) kg P 3797 kg El euerzo de copreión en la parede del tubo erá: σ c kg (3797 )(9.81 )(0.50 ) 1000 (0.01 ) σ kn c Ete euerzo de copreión obtenido no debe obrepaar en ete cao el σáx de copreión para tubería de PVC. Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM

18 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y Por lo tanto, el actor de eguridad al líite de ete euerzo en la pared e calculado ediante la expreión: ηcru kn kn ηcru.53> Siendo σáx σc 10 kg/c (981 kn/ ) la reitencia áxia de copreión que puede oportar el tubo de PVC PN 10 ante del allo de ruptura Dieño de Anclaje Toando la línea de la tubería de PVC, el dieño del anclaje e dearrolla para un nudo de cabio horizontal y uno de cabio vertical. Cabio de dirección orizontal (Nudo 1 Codo 45 ) Utilizando lo iguiente dato para er epleado en el calculo del epuje por preión de agua: Peo epeciico del agua (γ) : 1000 kg/ 3 Diáetro interior de tubo (D) : 0.50 Carga noinal en el cabio de dirección (p) : Angulo de cabio de dirección horizontal (α) : 45 Reeplazando en la orula de la reultante: Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM

19 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y kg 3 π (0.50 ) (1000 )(1.5) (66.71 ) en R 45 R kg De acuerdo a la inoración de uelo euerzo vertical adiible para el trao de 800. donde e encuentra el nudo 1 e de 3.09 kg/c a la proundidad de 1.5 etro. Coo el anclaje e apoya en la pared de la zanja e debe de calcular el área con el euerzo horizontal adiible correpondiente a la itad del euerzo vertical adiible e igual a 1.55 kg/c. Reeplazando ete dato en la orula del área de contacto del bloque: A B kg c kg A B c Finalente la dienione de la upericie de contacto del anclaje tendrán que er aquella que e den un área ayor a la calculada. Para ete cao deignao lo iguiente valore: L 55 c y W 45 c AB eectiva 475 c > AB La tercera dienión e obtiene coniderando el ancho de la zanja que egún la epeciicacione técnica de excavación e obtiene por la ua del diáetro Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM

20 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y noinal del tubo a Entonce podreo auir para el tubo de DN 50 : N 40 c Coo la ora del bloque ecogido para la cientación e del tipo tronco piraidal, la dienione de la bae on la obtenida arriba (L y W), ientra que la otra do dienione del área que e encuentra en contacto con el tubo erán deterinada en unción del diáetro noinal y la tercera dienión N. 5 T ( ) c, F (40 ) c T 35 c, F 7.50 c Cabio de dirección Vertical (Nudo 4 Codo 11.5 ) De la ia anera que el procediiento anterior olaente e neceita conocer: Carga noinal en el cabio de dirección (p) : Angulo de cabio de dirección vertical (θ) : 11.5 Reeplazando en la orula de la reultante: kg 3 π (0.50 ) (1000 ) (1.5) (63.78 ) en R 11.5 R kg Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM

21 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y De acuerdo a la inoración de uelo la euerzo vertical adiible para el trao de 00 donde e encuentra el nudo 4 e de.7 kg/c a la proundidad de.0 etro. Coo el anclaje e apoya en el ondo de la zanja e debe de calcular el área de la upericie de contacto epleando el euerzo vertical adiible. Reeplazando ete dato en la orula del área del bloque: A B kg kg.7 c A B c Entonce la dienione que cuplen con la condición del área ayor a A b erán: L 40 c y W 35 c AB eectiva 1400 c > AB El área eectiva de la upericie de contacto e alta ya que cada una de la do dienione deben er ayore al diáetro noinal del tubo. Para la tercera dienión uareo la ora practica para anclaje de cabio de dirección vertical. N 1. 5 c 30 c Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM

22 Dieño de una nueva línea de ipulión y elección del equipo de bobeo para la extracción del agua ubterránea plane de expanión de ínio coto de agua potable y De igual ora que en el calculo para el anclaje horizontal, la dienione de la bae del bloque de tronco piraidal on la obtenida arriba (L y W), ientra que la otra do dienione del área que e encuentra en contacto con el tubo erán deterinada en unción de la tercera dienión N y el diáetro noinal. 5 T ( ) c, F (30 ) c T 5 c, F c La dienione de lo bloque de tronco piraidal de anclaje para lo otro nudo e detallan en la tabla N 06 del capitulo reultado. El aterial del que eta hecho el bloque de anclaje e de concreto cuya reitencia a la copreión e c140 kg/c, por coniguiente el epuje no provocará deplazaiento ni copreión del aterial y el euerzo erá tranitido al uelo que oportara in problea la tenión reultante. El anclaje etará colocado de tal ora que la uerza de epuje reultante R incida de ora perpendicular con la bae de éte, debiendo adeá paar por el centro de la upericie de contacto con el uelo. Elaboración y dieño en orato PDF, por la Oicina General del Sitea de Biblioteca y Biblioteca Central UNMSM