Bombas y agotamiento de aguas

Transcripción

1 y agotamiento de aguas Definición L a b o m b a e s u n a m á q u i n a q u e transmite la energía que proviene de un motor, a un fluido. Esta energía permite que el fluido pueda ser transportado desde un cierto nivel a otro superior. Motor Energía Energía Fluido Bomba Tipos De desplazamiento Dinámicas Pistón Diafragma Tornillo... Centrífuga Periféricas... Tipos De desplazamiento E l f l u i d o e s f o r z a d o a m o v e r s e empujado por el desplazamiento de un pistón, una membrana, un tornillo (helice) o rodillo. Dinámicas El fluido es acelerado por paletas de un rotor que gira accionado por un motor. Pasa a una cañería o recinto de mayor sección por lo que disminuye velocidad convirtiendo la energía cinética en potencial (presión). Tipos De desplazamiento Tipos De desplazamiento positivo De pistón Impulsión : Válvula abierta cerrada De diafragma o membrana Aspiración Abierta Impulsión cerrada Aspiración cerrada Impulsión abierta cerrada abierta cerrada abierta Aspiración abierta cerrada

2 Tipos De desplazamiento positivo De diafragma o membrana Tipos De desplazamiento positivo De tornillo Tipos Dinámicas Centrífuga Válvulas Abierta Cerrada Esquema típico de un agotamiento Aspiración o Succión Impulsión Bomba - Presión interna mayor que la externa: la cañería está traccionada No necesita rigidez Puede usarse mangueras o cañerías livianas - Presión interior menor que la atmosférica, La cañería está comprimida - Necesita rigidez para que no se aplaste. Cañerías o mangueras pesadas Capacidad máxima de aspiración Vacío ~ 9.8 m Prs. Atmosf.

3 La bomba aspira, es decir produce vacío Si el vacío fuera total, en el lado de la aspiración podría elevar el agua hasta una altura de unos 9,8 metros (presión atmosférica medida en columna de agua) En la práctica, la capacidad máxima de aspiración de una bomba fluctúa entre los 6 y 7 metros. Sumergibles Existen bombas sumergibles que no tienen cañería de aspiración. La bomba opera sumergida con el motor bajo agua Son eléctricas, Se refrigeran por el paso del agua También hay neumáticas. Son las más usadas en la industria de la construcción ya que, al no tener cañería de aspiración, son muy fáciles de instalar. Sin embargo, el equipo es más caro. Sumergibles Manguera Cable eléctrico Cámara hermética Rotor Motor eléctrico Sumergibles La información previa para dimensionar el sistema de agotamiento es muy imprecisa. Caudales más o menos proporcionales a permeabilidad. Indice de Darcy Ej K comprendido entre Notese que entre los dos valores la diferencia es 10 veces. La geometría de la excavación va cambiando. Aumenta profundidad y superficie.

4 Tipos de agotamiento Tipos de agotamiento Agotamiento superficial Agotamiento superficial Se deja salir el agua a la superficie, se encauza y luego se extrae con bombas y tuberías. NF Agotamiento subterráneo pozo S e h a c e n p o z o s d e e x t r a c c i ó n d e agua subterránea. Se extrae antes de que aflore. Tipos de agotamiento Agotamiento superficial Usar agotamiento superficial es lo normal ya que es más barato y rápido de instalar que el agotamiento subterráneo. Permite flexibilidad. Cuando se dimensiona el sistema de agotamiento no se conocen con aproximación adecuada los caudales. Los caudales varían con la profundidad y extensión de la excavación y con las lluvias y otros factores. Se emplean bombas, cañerías y mangueras normales. En casos especiales (suelos finos no cohesivos), el agua, debido a su gradiente hidráulico, erosiona y destruye el suelo (lo tubifica). En esos casos es necesario usar agotamiento subterráneo. Mas caro y menos adaptable a las condiciones reales descubiertas al excavar Consiste en rodear la excavación de pozos de extracción de agua subterránea. Tienen que equiparse y ponerse en funciones antes de excavar. Con agotamiento subterráneo se logran taludes más verticales y excavación en terreno seco. Tipos de agotamiento Agotamiento subterráneo NF

5 Tipos de agotamiento Agotamiento subterráneo El sistema consiste en rodear de pozos la excavación. En general, es más caro y menos flexible que el agotamiento superficial. Excepto cuando el suelo permite usar punteras o wellpoint (suelos finos y poco cohesivos) Las punteras consisten en cañerías que se clavan mediante chorros de agua a presión. Luego se conectan todos estos minipozos a una cañería. Una bomba succiona dicha cañéría. Se logra rebajar la napa como máximo unos 6 a 7 metros. Punteras

6 Las punteras se hincan con mucha facilidad mediante un chorro de agua cuando el suelo está formado por arenasfinas o limos Las punteras casi no se usan en otros casos En casi todas las obras en la costa chilena son muy utiles.

7 Las punteras son relativamente flexibles pues su instalación es rápida y los equipos y materiales abundan Para superar los 6 a 7 metros, se debe usar doble corrida de punteras, la segunda en un nivel más bajo. Otra forma de alcanzar mayor profundidad es mediante venturis con corriente de aire comprimido. Venturi Eject well point (bombas de chorro ) Trabajan en forma similar a las venturi pero con agua en vez de aire. Con una bomba se alimenta de 8 a 10 pozos. Los pozos son pequeños. Requieren pozo de menor diámetro que las bombas de pozo profundo. No tienen limitación en altura de elevación. Tienen mal rendimiento.

8 En el caso de la foto hay un estanque desde donde toma el agua la bomba Se inyecta el agua a favor de la tubería de salida. Produce succión. El caudal que sale es mayor que el que se inyecta. Vuelve al estanque el que rebalsa el caudal extraído Agotamiento en excavaciones v/s en industrias Diferencias En las excavaciones, los caudales son poco predecibles y fluctuantes, mucha incertidumbre en cuanto a condiciones del suelo, permeabilidad, composición, etc. Las características del suelo son muy variables de un punto a otro, además la geometría de la excavación y la profundidad de la napa van cambiando Consecuencias Obliga a sobredimensionar y emplear equipos y materiales disponibles en forma inmediata en el mercado Obliga a tener capacidad de cambiar de sistema rápidamente Agotamiento en la construcción v/s en industrias Diferencias E l u s o d e l o s equipos y de las instalaciones es temporal Consecuencias Se privilegian los costos de instalación frente al costo de la energía de operación. Es decir se pueden aceptar pérdidas de carga mayores que en el caso de las industrias, por eso se trabaja con velocidades mayores (3 a 4 m/ seg frente a 1 m/seg o menos) Se usan mangueras que significan mayores pérdidas de carga comparado con cañerías metálicas

9 Pérdidas de carga En un fluido real hay que considerar pérdidas de carga debido a: - Fricción del fluido con las paredes de la tubería - Singularidades presentes en la instalación como reducciones y/o ampliaciones de la sección de la cañería, válvulas, curvas, bifurcaciones, etc. - Pérdida por velocidad de descarga. Varía entre 50 y 80 cm. de altura para los flujos típicos en la construcción Las mangueras tienen aprox. 1,2 veces la pérdida de carga de una cañería metálica lisa. Pérdidas de carga Por fricción (PF) PF = % de pérdida*longitud de cañería ampliada por singularidades Q (lts/min) ,9 40 6,9 0, ,7 0,7 0, ,5 13 1,66 0, ,5 3, J = 10.67*(Q/c) * D (Hagen Williams) Pérdidas de carga Por singularidades (PS) Long. de cañería ampl. por singul. = Longitud real + PS Elemento Codo 90º Codo 45º Válvula compacta Válvula globo Pérdida (PS) 35φ 16φ 7φ 700φ Altura bruta Las pérdidas se suman a la altura de diseño que necesita elevar una bomba. La altura neta dada por la diferencia de altura entre el punto de toma (poza inferior) y el de descarga (poza superior) Altura bruta = altura neta + pérdidas por fricción + pérdidas por singularidades + pérdidas por velocidad de descarga Altura bruta = altura neta + PF + pérdidas por velocidad de descarga Altura bruta Altura bruta = altura neta + PF + pérdidas por velocidad de descarga Bomba Altura neta

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