01 - Sistemas de Bombeo - Introducción Sistemas de Bombeo
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Estaciones de Bombeo
Prof. Miguel ASUAJE
Abril 2009
Objetivos
Objetivo General
Instruir al estudiante con los conocimientos y criterios necesarios para el diseño de los sistemas integrados de una estación de bombeo – confiable, fácil de operar y mantener – para diferentes tipos de servicios en la industria.
Objetivos
Objetivos Específicos
Manejar los fundamentos para un efectivo diseño que incluya hidráulica, tuberías, golpe de ariete, electricidad, teoría y descripción de bombas
Seleccionar los grupos bomba-motor y realizar el trazado de tuberías de la estación
Desarrollar habilidades de reporte y comunicación con disciplinas de soporte como instrumentación, ruido y vibraciones
Comparar estaciones de bombeo, evitar graves errores en su diseño
Estimar costos
Contenido
INTRODUCCIÓN El Proyecto de Sistemas de Bombeo
Flujo en tuberías a presión:
Fundamentos de hidráulica en tuberías: Fundamentosde hidráulica en tuberías. Selección de material detuberías. Descripción de tuberías, conexiones bridadas ysoldadas, sellos. Diseño de tuberías: espesores, bridas ysoportes. Válvulas para el control del fluido bombeado.Tipos, selección, instalación y protección a corrosión deválvulas. Fundamentos de la hidráulica no-permanente(Golpe de Ariete), control de problemas del flujo enrégimen no-permanente.
Contenido
Fundamentos Eléctricos y Principios de Sistemas de Potencia: Cálculos eléctricos esenciales para estaciones de bombeo. Coordinación de diseño eléctrico con otras disciplinas.
Criterios de Selección de Bombas: Tipos de bombas. Comportamiento de las bombas en operación. Selección y especificación de bombas. Regulación de bombas. Arranque y parada de bombas. Análisis hidráulico de sistemas de bombeo.
Contenido
Proyecto de Estaciones de Bombeo: Condiciones de Succión. Diseño de tubería y tanque de succión. Instrumentación y Supervisión del funcionamiento de las bombas. Vibraciones y ruido. Instalación de bombas. Operación y control de la estación de bombeo. Accionamiento de las bombas. Ejemplos de diseño de estaciones de bombeo. Evitar errores de diseño en las áreas de: localización, ambiente, seguridad, hidráulica, bombas, válvulas, mecánica, eléctrica, especificaciones, economía.
Contenido
Estaciones de Bombeo para Diferentes Tipos de Servicios: Suministro de agua potable. Industria petrolera y petroquímica. Sistema contra incendio. Tratamiento de aguas residuales. Aguas negras. Centrales termoeléctricas de vapor. Acumulación por bombeo.
Bibliografía
Karassik I., Krutzsch W., Fraser W., Messina J.,Pump Handbook, second edition, McGraw Hill, New York 1986
Larry W. Mays (Ed.), Water Distribution Systems Handbook
McNaughton K., Bombas. Selección, Uso y Mantenimiento, McGraw Hill, New York 1989
Manuel Vicente Méndez, Tuberías a Presión, Publicaciones UCAB 1995
Robert L. Sanks, Pumping Station Design (2nd Edition).
Andre Savatier, Les Pompes et le Stations de Pompage. La documentation Francaise Paris Francia 1994
Introducción
Proyecto Sistemas de Bombeo
Objetivos:
Desplazar un líquido desde una fuente, ej. Río
Desplazar Volúmenes considerables de fluido
Incrementar presión a un determinado fluido para un determinado fin
Casos de Estaciones de Bombeo
Caso A
Sistema requiere Tubería de Presión
Casos de Estaciones de Bombeo
Caso B
Sistema requiere Tubería de Caudal
Casos de Estaciones de Bombeo
Caso C. Inversión mas viable que el canal
Casos de Estaciones de Bombeo
Ejemplo Caso B
Casos de Estaciones de Bombeo
Caso D. Requerimiento Operativo de Presión
Ramal de red de acueducto, donde se debe suministrar a los usuarios un caudal q con una presión de entrega no menor que cierto valor mínimo
establecido por las normas de diseño
P>(P) Mínima Recomendable
El proyecto de una aducción, tubería forzada, estaciones de bombeo debe realizarse con un enfoque interdisciplinario.
Especial y Atención a aspectos como:
Proyecto Sistemas de Bombeo
1. Caudal de Diseño. Distribución espacial y temporal2. Período de Diseño3. Factores hidráulicos4. Topografía. Restricciones piezométricas en puntos
de alimentación y entrega5. Factores geológicos6. Factores económicos7. Clases y características de tuberías8. Factores constructivos9. Aspectos energéticos10. Factores ambientales, ecológicos e institucionales11. Restricciones derivadas del uso y tenencia de tierras12. Calidad físico-química del agua13. Restricciones de acceso14. Recomendaciones de diseño
EspecialidadCosto aproximado
del diseño [%]
Planificación y manejo del recurso (fluido)
5-15
Inspecciones 0,5-1
Ingeniería de suelos y fundaciones 2-10
Ingeniería Hidráulica 5-15
Análisis de efectos transitorios 0-2
Ingeniería Estructural 20-35
Ingeniería Mecánica y Civil 15-40
Ingeniería Eléctrica 10-30
Ingeniería de Instrumentación 2-5
Arquitectura 0,5-2
Especificaciones y administración de contratos
5-10
Ingeniería de Construcción 15-50
Arranque, operaciones, revisiones 5-20
Cuido con cálculos hidráulicos!– Establecen la capacidad de
la estaciónCapital total (costo)
Importante– Selección y especificación de
equipo mecánico (confiable) Estándares
– Entender métodos de control– Disponer de equipo para
monitoreo– Recomendaciones de
fabricantes– Seguridad (NFPA 101: Life
Safety Code)
Proyecto Sistemas de Bombeo
La calidad del producto del proyecto es ampliamente dependiente de la gran variedad de códigos y especificaciones estándar
Indispensable ayuda para el control de calidad
Las especificaciones deben ser precisas y claras
Los estándares son especificados en documentos de contratos por un simple código como “ANSI B16.1” , “ASTM B43” , “STD ASME B31.1”
Existen estándares para tuberías, válvulas, materiales, bombas…Ejm: AWWA American Water Works Association
Estándares y Códigos
Recomendaciones de Fabricantes
Se debe ser cauteloso con el seguimiento de las recomendaciones de fabricantes
Exigen el uso de sus productos al límite Disminuir precios!
Y aseguran: Los productos tendrán el desempeño deseado sí:
Sus instrucciones son seguidas exactamente;
Si las condiciones de operación son las más correctas para su uso
Estás restricciones son raras veces encontradas en una instalación:
Diseñadores: Diseños más conservativos
Seguridad
Fatales accidentes pueden ocurrir en Estaciones de Bombeo
Diseñadores deben procurar:
Buenos diseños
Alertas e instrucciones para operación y mantenimiento (manuales O&M)
Un diseñador debería leer un código de seguridad:
NFPA 101, Life Safety Code, National Fire Protection Association, Quincy, MA
Impacto Ambiental
La planificación, diseño, construcción y operación de estaciones de bombeo debe considerar los requerimientos ambientales del proyecto
Algunos impactos potenciales adversos:
Aguas más turbias y con sólidos en suspensión
Pérdida de hábitat (Riviera y acuático)
Cambios en hidrología y hidráulica
Ruido producido por el motor
Equipos y Accesorios
Tuberías
Equipos
Bombas
Intercambiadores de calor
Tanques
Accesorios
Filtros
Válvulas
Medidores
Equipos Involucrados
Ej. Estaciones de Bombeo
E/B de Agua Potable
Ej. Estaciones de Bombeo
E/B de Agua con Diques de contención
Ej. Estaciones de Bombeo
E/B Aguas blancasDetalle Interior de Casa de
Máquinas
Ej. Estaciones de Bombeo
E/B Aguas blancasDetalle Interior de Casa de
Máquinas
Ej. Estaciones de Bombeo
An Example of an Interstage Pumping Station on a Sewage Works Supplying Feed to Tertiary Filters and Also Incorporates the Recirculation and Washwater Pumps. This is a Typical Example of a Refurbished Submersible Pumping Station on a Sewage Treatment Works.
Sewage Treatment
Ej. Estaciones de Bombeo
P & I
Ej. Estaciones de Bombeo
Diagrama de Conexiones Eléctricas
Ej. Estaciones de Bombeo
Aguas Negras
Aguas Negras.exe
Ej. Estaciones de Bombeo
Aguas Negras
Sistema de Agua Potable. Metro de Caracas
2
3
1
4
5
6
7
1. Bomba Centrífuga
2. Manómetro de succión
3. Manómetro de descarga
4. Brida en la tubería de descarga
5. Motor Eléctrico
6. Tubería de Succión
7. Tubería de Descarga
Sistema de Agua Potable. Metro de Caracas
Sistema Aguas Negras. Metro de Caracas
Sistema Aguas Negras. Metro de Caracas
Volumen de Aguas
Negras
5000Lt
Sistema Drenaje. Metro de Caracas
Volumen de Aguas de
Drenaje
20.000Lt
Componentes de los Subsistemas de Aguas Negras y Drenaje
Dos bombas del tipo sumergible con motor eléctrico incorporado, aptas
para ser usadas tanto en fosa seca como en fosa húmeda, diseñadas
para extraer aguas residuales y de drenaje
Tubería de descarga, válvulas de compuertas y de retención, juntas
flexibles, uniones, elementos de soporte y anclaje y accesorios en cada
una de las tuberías de impulsión de las bombas
Bases para acople automático al pie de descarga con guías incorporadas
para el izaje del conjunto motor - bomba
Mecanismos de izaje para las bombas
Cuatro sensores de nivel para el control automático
Un sensor de nivel para la señal de "alto nivel de agua"
Un tablero de fuerza y control.
Bombas Electro-sumergibles
Para bombear líquido que
contengan impurezas sólidas
Sistema Contra Incendio. Metro de Caracas
13
4
2
5
1. Motor Eléctrico
2. Bomba Centrífuga
3. Succión del Sistema
4. Descarga del Sistema
5. Válvula de Compuerta Tipo de
Vástago Ascendente
Ej. Estaciones de Bombeo
Planta de Deshidratación de Crudo Jusepin
Ej. Estaciones de Bombeo
Planta de Deshidratación de Crudo Jusepin
Planta de Deshidratación de Crudo Jusepin
Ej. Estaciones de Bombeo
Organización del Proyecto Integral de Aducciones
Fase 1
• Ingeniería Conceptual
Fase 2
• Ingeniería Básica
Fase 3
• Ingeniería de Detalle
Organización del Proyecto Integral de Aducciones
•Ingeniería Conceptual
Recopilar, organizar y evaluar todo lo referente a:
Mapas Cartográficos a una escalaapropiada
Información Aerofotogramétrica
Geología regional
Planes Rectores y Urbanísticos
Calidad del Agua
Clase de Terrenos
Disponibilidad y costos de tuberías yenergía
Pronósticos en las variaciones de costos
Organización del Proyecto Integral de Aducciones
•Ingeniería Conceptual
Factores Implicados en el Planteamiento del Sistema de Aducción
Cuanto más recto sea el trazado entre dos puntos fijos, menor será lalongitud y diámetro de la tubería, para un caudal y carga hidráulica
Mientras mayores sean las cotas de rasante de la tubería, menoresserán las solicitudes por presión interna, y menores serán los costos
En la medida de lo posible, se debe localizar la tubería según las filas delterreno
Una tubería instalada por los derechos de vía que puedan existir en lazona del proyecto, pueden reducir los costos y las dificultades legalesinherentes a las expropiaciones y pagos de bienhechurías
Para la definición del trazado de una tubería debe tenerse presente laimportancia de las recomendaciones geológicas, especialmente para losconductos de grandes diámetros
Organización del Proyecto Integral de Aducciones
•Ingeniería Conceptual
Factores Implicados en el Planteamiento del Sistema de Aducción
Para el trazado de la tubería debe tenerse en cuenta la altimetría de lospuntos origen y de entrega de agua
Para facilitar la eventual construcción de una chimenea de equilibrio, enlas aducciones por bombeo se deberá acercarse el trazado de la tubería deimpulsión tan cerca como sea posible de una elevación natural del terreno,que pueda existir próxima a la estación
El perfil de una tubería debe ser tal que evite presiones subatmosféricasa lo largo de su trayecto, en condiciones de operación
En la definición del eje de la tubería deben considerarse con atención lasposibles interferencias con la vialidad, con tuberías ya instaladas, conobras de drenaje existente, y en general, con cualquier estructura en lazona del proyecto
Organización del Proyecto Integral de Aducciones
•Ingeniería Conceptual
Factores Implicados en el Planteamiento del Sistema de Aducción
En la definición del eje de la tubería debe tenerse presente los costos ylas dificultades de la colocación de aducciones en zonas urbanas
Las tuberías pueden instalarse bien sea enterradas o superficiales.
Ventajas De las tuberías enterradas versus las superficiales
Mejor Seguridad
Mejor Compatibilidad con requerimientos ambientales
Menos interferencia
Desventajas De las tuberías enterradas versus las superficiales
Protección Exterior
Inspección periódica y extensiva es prácticamente imposible
Ejecución de fosas y taladros a mano
Perforaciones
Ensayos de laboratorio
Preparación de planos geológicos
Informe geológico – geotécnico
Estudio de Impacto Ambiental
Organización del Proyecto Integral de Aducciones
•Ingeniería Básica
Alcance:
Levantamiento geológico detallado a lo largo del trazado, con ladelimitación de la litología aflorante, estructuras geológicas ycondiciones físicas del terreo
Organización del Proyecto Integral de Aducciones
•Ingeniería Básica
Ajuste Planimétrico y Altimétrico del Trazado
•A fin de facilitar la acumulación y subsecuente expulsión del aire queingrese a la línea, en puntos altos, las tuberías deben colocarse segúnrasantes inclinadas
•Especial atención debe prestarse a las recomendaciones geológicas y deimpacto ambiental
•Se debe procurar que los cambios de alineamiento de la tubería, tantoperfil como en planta, sean los menos indispensables
•En tuberías enterradas, se debe evitar depresiones del terreno quedeterminen altas presiones internas y que impliquen un espesor excesivode los conductos en esos sectores
Organización del Proyecto Integral de Aducciones
•Ingeniería Básica
Características Definitivas de las Tuberías
•Actualizar con la máxima precisión los costos principales del sistema deaducción
•Llevar a cabo una minuciosa investigación que permita pronosticar laspérdidas de energía, tanto de fricción como localizadas
•Verificar la disponibilidad del tipo de tubería seleccionada en el estudiopreliminar
•Incorporar eventuales márgenes de reserva en los factores hidráulicos yelectromecánicos que caracterizan el sistema de conducción
Análisis hidráulico – económico de la tubería que mejor se adapte al casoespecifico del proyecto para ello será necesario:
Organización del Proyecto Integral de Aducciones
•Ingeniería Básica
Documentos del Anteproyecto
Información básica utilizada, criterios de diseño, metodologíasadoptadas, resultados, conclusiones y recomendaciones relacionadascon el anteproyecto de la aducción
Memoria Técnica
•Estudio geológico – geotécnico•Estudio de las características de los suelos•Análisis de costos•Consideraciones sobre impacto ambiental
Material Anexo
Organización del Proyecto Integral de Aducciones
•Ingeniería Básica
Anteproyecto de las Principales Obras Complementarias del Sistema de Aducción
Se generan los parámetros básicos para el anteproyecto de lasprincipales obras complementarias del sistema de aducción talescomo estaciones de bombeo, túneles, estanques, acceso, etc.
Aspectos Institucionales
El proyectista deberá fijar los lineamientos cartográficos sobre loscuales se realicen los tramites jurídicos orientado hacia laoficialización de los derechos de paso para la colocación de la tubería,la adquisición de terrenos, o la cancelación de las bienhechurías quepuedan requerirse para la construcción del sistema de aducción
Organización del Proyecto Integral de Aducciones
•Ingeniería de Detalle
Ejecución del proyecto definitivo
Memoria Descriptiva
Planos
Lista Definitiva de Tuberías, Piezas Especiales, Válvulas, y Equipos deMedición
Cantidades de Obra y Especificaciones de Construcción
Instructivos para la operación y Mantenimiento
Anexos
Sistemas de Bombeo en Venezuela
Sistemas de Bombeo en Venezuela
Esquema del Sistema Regional del Centro de Venezuela. I Fase que abastece de agua al eje Tinaquillo- Valencia-Maracay-Las Tejerías
Sistemas de Bombeo en Venezuela
Esquema del Sistema Dos Cerritos (Estado Lara, Venezuela)
Sistemas de Bombeo en Venezuela
Esquema del Sistema Turimiquire, Venezuela
SISTEMA TUY II
SISTEMA TUY II
Sistema TUY
SISTEMA TUY II
Descripción. Sistema Tuy II
Longitudes y diámetros de Tuberías del Sistema TUY II desde la E/B21
hasta La Guarita.
TRAMO LONGITUDES [m] DIAMETROS [pulg]
E/B21-E/B22 11.875,2 74
E/B22-E/B23 3.153,5 74
E/B23-La Guarita 20.014,9 74
1.089,3 84
La Pereza 502,5 55
548,11 84
Cotas de ejes de las bombas.
Sistema TUY II.
ESTACIÓN Cota del eje de las
bombas
E/B21 136,5 msnm
E/B22 264,5 msnm
E/B23 593,5 msnm
E/B24 936 msnm
Descripción. Sistema Tuy II
Cotas de los Embalses y Planta de Tratamiento.
Sistema TUY II.
Nivel de
aguas
normales
Nivel de aguas
medias
Nivel de aguas
mínimas
mbalse Lagartijo 189,75 msnm 173,88 msnm 158 msnm
Desarenadores -------- 152,50 msnm --------
mbalse Taguacito 96,00 msnm 94,00 msnm 92,00 msnm
La Guarita 502,5 945,00 msnm --------
La Pereza 1068,50 msnm -------- 1010 msnm
Descripción. Sistema Tuy II
Tabla N°6. Cotas de Tanquillas de succión y Chimeneas.
Sistema TUY II.
Cota de Fondo Cota de Rebose
Tanquilla de succión
de la E/B21
199,63 msnm 173178,64msnm
Chimenea 21 363,58 msnm 265,40 msnm
Tanquilla de succión
de la E/B22
335,00 msnm 298,00 msnm
Chimenea 22 673,92 msnm 623,73 msnm
Tanquilla de succión
de la E/B23
663,42 msnm 625,04 msnm
Chimenea 23 1051,30 msnm 993,16 msnm
Tanquilla de succión
de la E/B24
990,96 msnm 957,40 msnm
Chimenea 24 1072,12 msnm --------
Descripción. Sistema Tuy II
Progresivas desde Embalse Lagartijo hasta Planta de Tratamiento La
Guairita. Sistema TUY II.
Progresiva
(Km+m)
Chimenea de Lagartijo 0+608,00
Tanquilla de succión de la E/B21 2+686,58
Eje deBomba E/B21 2+275,42
Chimenea 21 5+441,28
Tanquilla de succión de la E/B22 14+423,32
Eje deBomba E/B22 14+492,32
Chimenea 22 15+776,60
Tanquilla de succión de la E/B23 17+377,66
Eje deBomba E/B23 17+395,66
Chimenea 23 19+556,64
Conexión con E/B24 29+086,57
Planta de Tratamiento La Guarita 36+717,01
Sistema Tuy II. Los EmbalsesEmbalse LagartijoEl embalse Lagartijo se encuentra sobre el río del mismo nombre, a 4 kilómetros de San Francisco de Yare, en el estado Miranda. Fue construido entre 1960 y 1962 con el fin de abastecer de agua a la ciudad de Caracas. También surte a las poblaciones de San Francisco de Yare y Santa Teresa del Tuy. El embalse Lagartijo tiene capacidad para almacenar alrededor de 80 millones de metros cúbicos de agua, en una superficie total de 451 hectáreas.
Embalse La PerezaEl embalse La Pereza se encuentra a 18 kilómetros de Petare, estadoMiranda. Esta represa fue construida en los años 1966 y 1969 por EnecaS.A, para funcionar como embalse compensador de agua para la ciudad deCaracas, en caso de falla del Sistema Tuy II. La Pereza cuenta con unacapacidad máxima de 9 millones de metros cúbicos.
Embalse TaguacitaEl embalse Taguacita está ubicado vía Santa Teresa, a 16 kilómetros del Parque Nacional Guatopo, estado Miranda. Este embalse compensatorio forma parte del Sistema Tuy II. Taguacita capta el volumen de agua producido por el embalse Taguaza; además de ser una fuente anexa del Sistema Tuy II, incrementa el suministro de agua en este sistema. La capacidad máxima de este embalse es de 120 millones de metros cúbicos.
Sistema Tuy II. Los Embalses
Embalse Taguacita
Embalse Lagartijo
Embalse La Pereza
CP-11
CP-11
Dia
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un
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el S
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ota
ble
Metr
o C
aracas
•Ingeniería de Detalle
Sistemas de Bombeo en Venezuela
Estación de Bombeo horizontal en la aducción río Unare, Estado Anzoátegui, Venezuela
Sistemas de Bombeo en Venezuela
Estación de Bombeo 2-Abastecimiento de
Ciudad Fajardo. Miranda, Venezuela.