CAPITULO V DISEÑO FINAL

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Salvador Blanco Cortés
hace 7 años
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1 CAPITULO V DISEÑO FINAL 72

2 5.1 POBLACION DE DISEÑO Calculo de K: Considerando los cuadros de población presentados en el capitulo III tenemos: Es decir: K = P 2 - P 1 N K 1 + K 2 + K K n K promedio = n K promedio = POBLACION [ ( )+( )+( )+( )+( )+( )+( )} 7 K promedio = {( )+( )+( )+( )+( )+( )+( )} 7 K promedio = = Considerando un periodo de diseño de 20años, tenemos la siguiente población: 73

3 Y 1999 = ( ) Y (1999) = (1) = 4991 Habitantes Luego: Y (2019) = ( ) Y (2019) = (20) Y (2019) = 6131 Habitantes 5.2 CALCULO DE CAUDALES CAUDAL MEDIO DIARIO (Q md ) Considerando una dotación mínima de 100 lt/p/día, siendo esta la condición más desfavorable según Tabla 4.C, y la formula del caudal medio diario, tenemos: Qmd = 6131 Habitantes X 100 lt/p/día = 7.10 lt/seg

4 CAUDAL MAXIMO DIARIO (Qmaxd ) Qmaxd = 1.5 X 7.10 = lt/seg. CAUDAL MAXIMO HORARIO (Qmaxh) Qmaxh = 2.4 X 7.10 = lt/seg CAUDAL DE BOMBEO (Q B ) Q B = X 24 horas = lt/seg VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO Debido a que la población es rural no se considerara volumen de incendio, por lo que el volumen de almacenamiento será igual al volumen por variaciones en el consumo, por lo que tenemos: Volumen = 30% X 7.10 X = 184 M Por lo que se proyectara un tanque de 200 M 3 con una altura de 4.0 Mtrs y un diámetro de 8.0 Mts. 75

5 5.4 VOLUMEN DE CISTERNA DE REBOMBEO Si proyectamos un equipo de bombeo de eje horizontal no seria necesaria una cisterna de gran altura ya que sus impulsores no están sumergidos en el agua, por lo tanto se puede proyectar una cisterna donde se deberá tomar en cuenta únicamente que el caudal de entrada será igual al caudal de salida. Concluyendo se proyectara una cisterna de 50 M 3 según plano típico de ANDA (Ver anexos) 5.5 FUENTE DE ABASTECIMIENTO POR MEDIO DE POZO PROFUNDO Tomando en cuenta las características del pozo de San Andrés (Ver cuadro No 10 ), el cual según estos datos proporcionados por ANDA, tiene una producción de 704 GPM que es igual a lt/seg por consiguiente, de acuerdo a consultas realizadas con personal técnico de esa institución y de acuerdo a los caudales de diseño, conociendo que la diferencia de nivel entre el pozo de San Andrés y el pozo proyectado es de 10 Mtrs, entonces este tendrá las características siguientes: 76

6 Diámetro de Perforación: 15 Diámetro de Ademe: 10 Elevación del Terreno: msnm Profundidad Total: 175 mts (575 pies) Nivel Estático: 88 mtrs. Caudal Esperado: 25 lts/seg 5.6 LINEA DE IMPELENCIA La línea de impelencia se ha diseñado para conducir el caudal de bombeo durante un periodo de 20 horas diarias, correspondiente al final del periodo de diseño. La determinación del diámetro más económico de la línea de impelencia se ha efectuado en base a la formula de Bresse, tomando la siguiente información: Datos de diseño: Caudal máximo diario Qmaxd (2019) = lt/seg 77

7 Caudal de Bombeo(20 horas) Longitud Línea impelencia 1 = L/s = 4, metros. Calculo del diámetro Económico (DE): DE = 1.3 * (N/24) 1/4 x Cv 1/2 Siendo: N= número de horas de bombeo = 20 horas Qb= Caudal de bombeo = L/s = m3/s DE = 1.3 * (20/24) 1/4 x ( ) 1/2 DE = m = 5.53" DE = 6" (asumido) Caudal máximo diario Qmaxd (2019) = L/s Caudal de Bombeo(20 horas) Longitud Línea impelencia 2 = L/s = 5, metros. 78

8 Calculo del diámetro Económico (DE): Siendo: DE = 1.3 * (N/24) 1/4 x C B 1/2 DE = 1.3 * (20/24) 1/4 x ( ) 1/2 DE = m = 5.53" DE = 6" (asumido) Una ves obtenido el diámetro económico (asumido) se procederá al diseño definitivo de la línea de impelencia para lo cual se utilizara el programa LOOPED DISTRIBUTION NETWORK, SIMULATION PROGRAM (LOOP VERSION 5.0 ) Creado en Julio de 1986 por los Doctores Paul Herbert y Daniel del Puerto. Para poder correr este programa es necesario tener definido una elevación requerida o conocida de la línea piezometrica, la cual en el tramo desde el pozo de producción al punto de rebombeo dicha elevación será la del punto mas alto, es decir el punto donde estará ubicada la cisterna de rebombeo mas una altura de 7.00 m.c.a ; y en el tramo desde el punto de rebombeo hasta el Tanque de Distribución será la elevación del punto donde estará ubicado el Tanque de Distribución mas una altura de 7.0 m.c.a. 79

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14 Después de haber corrido el programa LOOP para los dos tramos de línea de impelencia y haber realizado diversas pruebas en cuanto a cambios de diámetros y materiales de tuberías (Cambio de C de Hazen-Williams), se recomienda lo siguiente: LINEA DE IMPELENCIA ENTRE POZO DE PRODUCCION Y CISTERNA DE REBOMBEO. Desde el cabezal de descarga hasta el nudo No 10 se utilizara tubería de acero debido a las altas presiones de trabajo (mayores de 350 PSI), desde el nudo No 10 hasta el nudo No 14 se utilizara tubería de Hierro Fundido dúctil con capacidad hasta 350 PSI, desde el nudo No 14 hasta el nudo No 18 se utilizara tubería de PVC C-250 PSI, y desde el nudo No 18 hasta la cisterna se utilizara tubería de PVC C-160 PSI. LINEA DE IMPELENCIA ENTRE CISTERNA DE REBOMBEO Y TANQUE DE DISTRIBUCION. Desde el cabezal de descarga (nudo No 33) hasta el nudo No 58 se utilizara tubería de Acero, desde el nudo No 58 hasta el No 67 se utilizara tubería de HoFo dúctil, desde el nudo No 67 hasta el No 77 se utilizara tubería de PVC C-250 PSI, y 85

15 desde el nudo No 77 hasta el Tanque se utilizara PVC C-160 PSI, subiendo al tanque con tubería de Hierro Fundido. El diámetro de la línea se considerara de 6 constante debido a que el diámetro de 4 ocasiona altas perdidas y por consiguiente presiones demasiado elevadas. 5.7 CALCULO DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO Y REBOMBEO EQUIPO DE BOMBEO El agua succionada del pozo será impulsada a través de un equipo de bombeo tipo sumergible lubricado por agua hacia una cisterna de rebombeo tal como se describió en el capitulo anterior. La recomendación de un equipo de bombeo sumergible se basa mas que todo en su eficiencia y en su capacidad de operar a 3600 rpm a profundidades mayores de 200 pies, a la ves que sus costos de reparación y mantenimiento son relativamente menores que un equipo de eje vertical, todo esto aunado a que su operación resulta más continua. La potencia HP del equipo de bombeo a ser instalado se ha determinado de acuerdo a 86

16 la formula siguiente: POTENCIA (HP) = CDT X Q B (1) 3960 X E Siendo: CDT = Carga Dinámica Total (pies) QB = Caudal de Bombeo (gpm) E = Eficiencia de la Bomba (%) Determinación de CDT CDT = Hs + AH + Hft Donde: Hs = Altura de Succión del Seting de la bomba (pies) AH = Diferencia de nivel entre el punto de perforación y cisterna de rebombeo (pies) Hft = Perdidas Totales por fricción (pies) Para el calculo de la altura de succión del pozo se recomienda que el seting de 87

17 la bomba este ubicado a un mínimo de 30 pies del cono de sedimentación del pozo por lo tanto este se encontrara a 545 pies. Luego: Hs = 545 pies AH = mts. = pies Determinación de Hft Perdidas por fricción en tubería de succión de la bomba: Hf = L X (Q ) 1.85 ( X C) 1.85 X D 4.87 Siendo: L = Longitud de Tubería (Mtrs) Q = Caudal de Bombeo (M3/seg) C = Coeficiente de Hazen-Williams de la Tubería D = Diámetro de la Tubería (Mtrs) Considerando un diámetro de la tubería de succión de 4, tenemos: 88

18 Hf = 165 X ( ) 1.85 = 8.17 Mtrs. = 26.8 pies ( X 100) 1.85 X (0.10 ) 4.87 Perdidas por fricción en línea de impelencia: Hf = X ( )1.85 = Mtrs = pies ( X 100)1.85 X (0.15)4.87 Entonces: Hft = = pies Por lo tanto: CDT = CDT = 1, pies La eficiencia de la bomba se considerara en el 80% debido a que con este valor se disminuye la potencia necesaria del equipo de bombeo y por consiguiente disminuyen los costos de operación y mantenimiento del mismo. 89

19 Sustituyendo valores en ecuación (1) Con Q = lt/seg = GPM Potencia = X = HP 3960 X 80% Por lo tanto se instalara un Equipo de Bombeo de 125 HP con tres válvulas CHECK verticales de alta presión, distribuidas una a 200 pies, la otra a 400 pies y la ultima en la caja de salida de la bomba EQUIPO DE REBOMBEO El agua será impulsada desde la cisterna de rebombeo hasta el tanque de distribución proyectado. Determinación de CDT: CDT = AH + Hf AH = (Altura de Tanque) 4.0 AH = mtrs = pies 90

20 Hf = X ( ) 1.85 = mtrs = pies ( X 100) 1.85 X (0.15) 4.87 CDT = = pies Sustituyendo valores en (1) y considerando el mismo valor de eficiencia: Potencia = X = 81.13HP 3960 X 80% Por lo tanto se instalara un equipo de rebombeo de 100 HP de eje horizontal. Para el rebombeo se recomienda una bomba de tipo horizontal debido a que la instalación de la succión de estas no requiere de mucha profundidad en la cisterna, por lo tanto dicha cisterna no es necesario que sea de gran volumen, si no que la única condición es que el caudal de entrada debe ser igual al caudal de salida (tal como se explico en el numeral 5.4); pudiéndose inclusive conectar en forma directa en la tubería con el único objetivo de levantar presiones en dichos puntos. 91

21 5.8 RED DE DISTRIBUCION Para el diseño de la red de distribución se utilizara el mismo programa que se utilizo para el diseño de la línea de impelencia (LOOP), el cual nos indicara los puntos necesarios en donde se instalaran válvulas reguladoras y sostenedoras de presión. Los elementos necesarios para el uso de este programa son los siguientes: a) Distribución de caudal de diseño en cada nudo b) Elevaciones de los nudos c) Distancia de cada tramo d) Diámetros asumidos e) Coeficiente C de Hazen-Williams f) Altura o elevación de línea piezometrica en u punto. Una ves obtenido los resultados puede procederse a cambios de diámetro, cambios del coeficiente C, según los parámetros que se deseen corregir tales como velocidades y presiones. 92

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