CAPITULO N.3 DISEÑOS DEFINITIVOS AGUA POTABLE PARA LA CIUDAD DE PICHINCHA BOMBEO Y CONDUCCION

Transcripción

1 3. DISEÑO DEFINITIVO DE LA CONDUCCION Y SISTEMA DE BOMBEO El Agua será conducida, desde los sitios de captación al margen izquierdo del Río Daule, por medio de las Galerías filtrantes hacia el carcamo de bombeo con un caudal de 32 l/seg. de aquí se instalarán dos bombas de 60 HP que trabajaran alternadamente 3.1 Estación de Bombeo La estación de Bombeo, se ha diseñado de manera que los sedimentos que ingresen a este carcamo de agua cruda sean muy pequeños, lo cual permitirá mejorar la calidad de agua y la vida útil de los equipos de bombeo. El análisis para la determinación de los equipos de bombeo se lo realizo considerando la posibilidad de que una de las bombas entre en mantenimiento y trabajando 14 horas alternadamente 3.2 Volumen de la Cámara Húmeda El dimensionamiento de un cárcamo depende del tipo de que se trate. En un cárcamo de flujo constante no es importante el volumen del mismo, aunque se deben guardar ciertas dimensiones geométricas (que son las que definen su volumen), ya que las cámaras no retienen ni regulan el gasto, puesto que el agua que entra es evacuada por las bombas inmediatamente. En un cárcamo de tipo intermitente es muy importante el volumen que se retiene en la o cámaras de bombeo. Sin embargo, el dimensionamiento geométrico para un gasto normal de operación es el mismo para ambos tipos, en este caso al tener un caudal es constante 32 l/seg. y se necesitan 25 l/seg. Para enviar a la planta de tratamiento, el dimensionamiento establecido es para los parámetros mínimos de funcionamiento y mantenimiento de los equipos de bombeo 3.3 Diseño de la línea de Impulsión y equipo de bombeo Partiendo de los parámetros establecidos se procedió a realizar los cálculos respectivos para el dimensionamiento del equipo de bombeo y del diámetro óptimo para la línea de impulsión para conducir los 25 l/seg. La alternativa # 2 escogida para llevar a diseño definitivo de la nueva línea de conducción de agua potable para la ciudad de Pichincha, considera las nuevas adecuaciones a implementar en el Sistema de Tratamiento de Agua Potable de Pichincha, en lo relacionado con la incorporación de un nuevo sistema de bombeo de agua cruda para la nueva línea de impulsión Tarabita Centro Pichincha, Bajo estas condiciones se ha establecido que la población a servir para el año horizonte establecido es de 6435 habitantes, con lo que considerando las dotaciones asumidas para el sistema se tendría un caudal medio del orden de Qmed= lt/seg, determinándose un caudal máximo a conducir con el que se dimensionará la unidad de bombeo a instalar en un orden de Qmax= 25 lt/seg. Para el cálculo de la pérdida de carga total que se tiene a lo largo de la línea de impulsión la Tarbita Planta de Tratamiento, se ha considerado los tres (2) tramos que estarían diferenciados por el diámetro nominal, el caudal a conducir y la longitud del tramo, estableciéndose los siguientes valores de los caudales que circularán por cada uno de los tramos, en función de la población proyectada al año 2040 a servir con el sistema. 1

2 Diámetro (m) (tramo largo) (1.25 MP) D (200 mm. De diámetro) Diámetro (m) tramo corto (150 mm. De diámetro) Longitud de Impulsión (tramo largo) (m) L metros Longitud de Impulsión (tramo corto) (m) metros Con estas consideraciones se tiene que el caudal máximo requerido para el equipo de bombeo es del orden de QB= 25 lts/seg, la tubería de impulsión es una tubería de PVC de 1.25 MPA que tiene un diámetro nominal DN 200 mm (931 metros) y una tubería de PVC de 1 MPA que tiene un diámetro nominal DN 150 mm (31 metros), la misma que se instalara con sus respectivas válvulas de drenaje y de aire en las abscisas determinada en los planos La altura total de bombeo (HB) establecida como la suma de la altura estática de bombeo más las pérdidas de carga por fricción a lo largo de la tubería de impulsión y más las pérdidas de carga menores, se la ha dejado definida en función del factor de fricción y de la velocidad de circulación del agua para cada uno de los tramos definidos de la línea de impulsión, en base a lo siguiente. Datos: CALCULO DE LA POTENCIA DE UNA ELECTROBOMBA SUMERGIBLE - TRIFASICA NUMERO DE CASAS: 1500 HABITANTES : 6 CONSUMO : 200 Lit/Hab/Dia CONSUMO MEDIO : Lit/Hab/Dia VOLUMEN : 1800 m^3 CAUDAL NECESARIO : 20,8 Lit/Seg Prueba de recuperacion del pozo de captacion Recuperacion lineal 1,2 m t = 5 min Area 6,25 m^2 VOLUMEN 7,50 m^3 Caudal recuperado 1,50 m^3/5min 2

3 CAUDAL QUE PRODUCE 25,0 Lit/Seg Reservorio de Distribución por Gravedad Lado A 5 m Lado B 5 m Profundidad 3 m Área 25,00 m^2 Volumen 75 m^3 Tiempo en llenar Reservorio por Gravadad t = 0,9 H Volumen 75 m^3 Caudal 0,0245 m^3/seg Caudal 25 Lit/seg Diámetro de succión K=1,2 D = 0,188 m 188 mm 7 pul Perdida de carga en la tubería de succión 7 pul Válvula check vertical 0 m Válvula de retención vertical 16 m Tubería de succión 0 m Longitud virtual 16 m Perdida de carga unitaria Sf 0, m/m Perdida de carga virtual hf 0,07 m 3

4 Perdida en la tubería de descarga 3 pul Válvula de retención horizontal x3x16 48 m curvas de 90º x3x3,3 9,9 m Válvula de compuerta abierta 1,4 m Salida de la tubería 186,2 m Tubería de descarga 64,9 m Longitud virtual 310,4 m Perdida de carga unitaria Sf 0, m/m Perdida de carga virtual hf 50,4 m Datos Del Pozo de captación Largo 2,5 m Ancho 2,5 m Profundidad 10 m Agua almacenada 10 m Volumen almacenado 62,5 m^3 Tiempo en llenar el pozo de 62,5 m^3 Caudal 90,00 m^3/h t = 1 Horas Volumen comprobado 63 m^3/h 4

5 Tiempo en llenar el reservorio intermedio de 75 m^3 t = 1 Horas Días = 0,03 dias Volumen comprobado 75 m^3/h Diámetro de descarga D = 0,09 m 88 mm 3 pul Altura de succión 0 m Altura de descarga del pozo 11,55 m Altura de descarga al reservorio 64,9 m Altura geométrica total 76,45 m Calidad de la tubería C = 140 Longitud de la línea 931 m Perdida total de la carga Hd = 126,90 m Psi = 181,47 Lb/pulg^2 Rendimiento motor bomba = 0,7 CV = 0,986 HP POTENCIA DE MOTOR BOMBA = 59,25 CV 58 HP CALCULO DE CORRIENTE-POTENCIA ACTIVA Y APARENTE Rendimiento del motor = 0,7 Factor de potencia = 0,9 Voltaje = 440 V 5

6 Potencia de la bomba (HP) = 60 HP Corriente conocida la potencia en HP I = 93 A Calculo de potencia activa y aparente Potencia Activa P = 64 Kw Potencia Aparente P = 71 Kva Perdida total de la carga TDH = 416,24 PIES Caudal = 368 GPM Psi = 181 Lb/pulg^2 Potencia de la bomba (HP) = 60 HP Potencia del Transformador = 71 = 75KVA Corriente = 93 A De acuerdo con estas condiciones, se requiere la implementación de una nueva bomba que en su punto de operación suministre los caudales máximos requeridos para dar el servicio a la población, con las condiciones de altura de bombeo establecidas para el sistema, debiendo el equipo motorbomba operar dentro de los rangos de máxima eficiencia. Se ha considerado trabajar de manera alternada con los equipos de bombeo La bomba a implementar cumplirá con las siguientes especificaciones; el material podrá ser de aluminio o hierro fundido, que trabaje en condiciones sumergidas, el propulsor debe tener resistencia a la abrasión, con bridas de conexión tanto para la succión como para la descarga; (8) Velocidad (tramo largo) Velocidad = (Q / A) Velocidad = (Q / (( * D^2)/4)) Velocidad = (0.025 / (( *.1810^2)/4)) Velocidad = 0.97 m/seg. (9) Velocidad (tramo corto) Velocidad = (Q / A) 6

7 Velocidad = (Q / (( * D^2)/4)) Velocidad = (0.025 / (( *.1448^2)/4)) Velocidad = 1.52 m/seg. (10) Sobre presión por golpe de Ariete Para chequear que la tubería escogida es la mejor, se procede a realizar el cálculo de sobrepresión originada por el golpe de ariete. Tomando en cuenta todas las condiciones de bombeo y para lo cual se plantea utilizar la tubería de 200mm de 1.6 MPA Caudal = m3/seg Modulo de compresión del agua Kg./cm2 = K = 2.06 * 10^4 = 2.06 Modulo de compresión del material Kg./cm2 = E = 2.54 * 10^4 = 2.54 Diámetro de la Tubería mm. = 200 mm. Espesor nominal de la Tubería (1.25 MPA) = 9.5 mm. Velocidad de la Onda en m/s 1420 Vo 0.5 KD 1 Ee 1420 Vo m / s Velocidad del fluido = 9.5 mm. Q Vf m / s 2 2 D Aceleración de la gravedad g = 9.81 m/seg² Sobre presión por golpe de ariete en m.c.a H Vo Vf H m g 9.81 (11) Máxima presión a soportar la tubería Carga (max.) = Altura Manométrica Total + Sobre presión por golpe de ariete = Carga (max.) = m = metros 3.4 Válvulas de Drenajes y salida de aire Las válvulas de aire, irán instaladas en una caja de válvulas como esta establecido en los planos, de la topografía de la línea se definieron la ubicación de las respectivas salidas de aire y drenaje que se presentan a continuación 7

8 Ubicación de las Válvulas de Aire y Drenaje Abscisa Tipo Cota Drenaje Aire Aire Drenaje Aire Drenaje Aire Aire Aire Operación alternada de las bombas De acuerdo a lo planificado las bombas trabajaran alternadamente de manera que se evite el desgaste de los equipos el Caudal a bombear será de 25 l/seg, lo que deberá ser verificado al momento de seleccionar las bombas adecuadas, para esto es importante encontrar el punto de funcionamiento de las dos bombas trabajando alternadamente, Con este objetivo se deberá tener a disposición la Curva de capacidad del sistema y las Curvas características de las bombas a validar, en la practica es preferible contar con curvas características de bombas de diferentes marcas, que cumplan con la altura manométrica (dinámica) y el Caudal que esta planteado. Así seleccionar la mejor bomba en base a la eficiencia, potencia y capacidad. El sistema trabajara 19 horas diarias en al final del periodo de diseño en el año 2040 (1600 m3/dia) pero para esta primera etapa son necesario contar con 780 m3/día. Lo que representa 9 horas diarias de bombeo, De esto se define que el manejo de las bombas se realizara alternadamente funcionando al 50 por ciento del tiempo de cada mes la bomba 1 y el restante tiempo del Mes trabajara la Bomba 2. 8