TALLER DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EN SISTEMAS DE BOMBEO DE AGUA DE SERVICIO PÚBLICO MUNICIPAL M. en I. Ramón Rosas Moya
CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS Uno de los aspectos más relevantes a definir con respecto a la conducción, es el del diámetro. Diámetro pequeño baja inversión / alto consumo de energía Diámetro mayor alta inversión / bajo consumo de energía
DISEÑO DE LA CONDUCCIÓN 600 500 DIÁMETRO ÓPTIMO COSTO 400 300 200 100 0 OPTIMO 0 5 10 15 20 25 30 DIÁMETRO INVERSIÓN OPERACIÓN TOTAL
PÉRDIDAS DE CARGA 1.- Diseño de la instalación - evitar detalles malignos - excesos de codos y malas disposiciones de éstos - correcto dimensionamiento de la tubería 2.- Cálculo del Sistema - datos de caudal, presión y condiciones de succión - características del fluido - recorrido geométrico
CARGA DIFERENCIAL TOTAL ECUACIÓN DE BERNUOLLI SIMPLIFICADA P 2 H b = Hr 1-2 + (Z 2 - Z 1 ) P 1 Z 2 2 Z 1 1 BOMBA
CURVA CARGA CAPACIDAD C ARGA 100 80 60 40 20 0 0 0.5 1 CAPACIDAD hfr Hr1-2 Z2 - Z1 hg
PÉRDIDAS TOTALES DE CARGA Pérdidas primarias - rozamiento del fluido con la pared (capa límite) - rozamiento entre capas de fluido (régimen laminar) - rozamiento por el choque de partículas (régimen turbulento) Pérdidas Secundarias - transiciones en accesorios.
L V2 hfp = f -------- * -------- D 2g Donde: hfp = L = D = V = g = f = Pérdidas primarias de carga, en pies de líquido o (m.c.a) Longitud de la tubería, en pies o (m) Diámetro interior de la tubería, en pies o (m) Velocidad en la tubería, en pies por segundo o (m/seg) Aceleración debida a la gravedad, en pies/seg2 (m/seg2) coeficiente de fricción (dependiendo de la rugosidad relativa de la tubería y del número de Reynolds
Número de Reynolds: V x D Re = ----------- donde: R = Número de Reynolds (adimensional) V = Velocidad promedio del fluido en la tubería (m/s) D = Diámetro interior de la tubería (m) = Viscosidad cinemática en (m2/s)
Viscosidad Cinemática del Agua Temperatura ( C) Viscosidad Cinemática Temperature ( C) Viscosidad Cinemática (m2/s) 10 1.307 E-06 28 0.833 E-06 12 1.235 E-06 30 0.798 E-06 14 1.169 E-06 32 0.765 E-06 16 1.108 E-06 34 0.734 E-06 18 1.053 E-06 36 0.706 E-06 20 1.002 E-06 38 0.679 E-06 22 0.955 E-06 40 0.653 E-06 24 0.911 E-06 50 0.547 E-06 26 0.870 E-06 60 0.468 E-06
Rugosidad relativa ( ): = ------- donde: es la rugosidad absoluta (mm) D D diámetro (mm)
Valores de para diferentes tubería ε (mm) Acero remachado 0.9-9 Concreto 0.3-3 Hierro fundido 0.25 Hierro galvanizado 0.15 Hierro fundido asfaltado 0.12 Acero comercial o hierro forjado 0.046 Tubería estirada (PVC) 0.0015
EJEMPLO: Se tiene agua a 22 C bombeada a través de una tubería de hierro forjado a una capacidad de 340 m3/h hasta un depósito situado a una altura geométrica de 34 metros. El sistema de tubería esta compuesto de la siguiente manera: -Tramos rectos de tubería 830 m -Diámetro de tubería 8" -Codos de 90 24 -Codos de 45 6 -Válvulas de compuerta 2 Calcular: 1) Las pérdidas totales en m.c.a. del sistema 2) La carga de bombeo en m.c.a.
CÁLCULO DE LA LONGITUD EQUIVALENTE POR ACCESORIOS: Codos de 90 : 24 x 6.1 m = 146.4 m Codos de 45 : 6 x 3.2 m = 19.2 m Válvulas de compuerta: 2 x 1.4 m = 2.8 m TOTAL: = 168.4 m
CÁLCULO DE LA LONGITUD TOTAL EQUIVALENTE: Longitud equivalente por accesorios Longitud de tramos rectos: LONGITUD TOTAL EQUIVALENTE: = 168.4 m = 830.0 m = 998.4 M
CÁLCULO DE LA VISCOSIDAD CINEMÁTICA: Viscosidad a 22 C: 0.00957 stoks 0.957 E-6 m2/s
CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DEL AGUA: V = Flujo volumétrico / Área de la seccióm transversal Flujo volumétrico = 340 m3/h 0.0944 m3/s Área de la sección transversal = * D2 / 4 = 0.03243 m2 V = 0.0944 / 0.03243 = 2.91 m/s
CÁLCULO DEL NÚMERO DE REYNOLDS: V x D 2.91 x 0.20 Re = ---------- = -------------------- = 608,150 0.957 E-6
CÁLCULO DE LA RUGOSIDAD RELATIVA Rugosidad absoluta del hierro forjado: ε = 0.046 Rugosidad relativa: ε = ε / D = 0.046 / 200 = 0.00023
DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE FRICCIÓN Reynolds: Re = 608,150 Viscosidad relativa: ε = 0.00023 Coeficiente de fricción: f = 0.0155
CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS EN LA TUBERÍA: L V2 998.4 8.47 hfp = f -------- * -------- = 0.0155 x ---------- x ----------- = 33.4 mca D 2g 0.2 19.62
CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS EN LA TUBERÍA: Hb = Hr + (Z2 - Z1) = 33.4 + 34 = 67.4 mca