UNIVERSIDAD DE CUENCA

UNIVERSIDAD DE CUENCASistema de Bombeo02/06/2015LORENA TORRES VALVERDE

Introduccin2Objetivo2Conceptos bsicos2Desarrollo3Proyeccin de la poblacin de la ciudad de Riobamba3Clculo de Caudales de Diseo.4Caudal Medio Diario4Caudal Mximo Diario4Prdidas por friccin5Carga dinmica o altura manomtrica total ()6Carga de succin 6Carga de impulsin, (6Potencia del equipo de bombeo7Carga neta de succin positiva (NPSH)9Conclusiones:10Recomendaciones:10Bibliografa:11Anexos11

Introduccin

El sistema de bombeo tiene como objeto elevar la presin del fluido trmico para vencer la resistencia que opondr el circuito a su circulacin. Las presiones de trabajo deben ser tales que se garanticen en todo momento que el fluido permanece en estado lquido y que no hay vaporizacin.Objetivo

El presente informe tiene como objetivo disear una estacin de bombeo de agua potable para la ciudad de Riobamba. Conceptos bsicos

Bomba hidrulica.Unabomba hidrulicaes unamquinageneradora que transforma la energa (generalmenteenerga mecnica) con la que es accionada en energa del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede serlquidoo una mezcla de lquidos y slidos como puede ser el hormign antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energadel fluido, se aumenta su presin, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas segn elprincipio de Bernoulli.Periodo de bombeo. El nmero de horas de bombeo y el nmero de arranques en un da, depende del rendimiento de la fuente, el consumo de agua, la disponibilidad de energa y el costo de operacinCavitacin.Un lquido se evapora cuando la energa no es suficiente para mantener las molculas unidas, entonces estas se separan unas de otras y aparecen de vapor. El agua que fluye por las tuberas esta generalmente a presin, producida por una bomba o debido a una diferencia de alturas (proveniente de un deposito) y es considerable mayor que la presin de vapor. Para comprender porque razn la presin del agua en el punto de estrangulamiento de una vlvula llega a ser menor que la presin de vapor, se estudia el balance de energa del fluido.La energa total de un fluido est compuesta de energa potencial, presin, cintica y de carga, la suma de todas estas cargas es una constante. La energa total almacenada en el depsito debido a la carga estticamente acumulada en el mismo es la energa potencial del sistema. Cuando circula un caudal por la tubera horizontal la energa potencial disponible se convierte en energa cintica, de presin y de carga.Debido al estrechamiento de la seccin de paso en punto de regulacin, la velocidad del fluido y por tanto su energa cintica aumentan considerablemente. Debido tambin al estrechamiento las perdidas tambin aumentan de forma apreciable. En la vena contracta la energa de presin restante y por tanto la presin local decrece considerablemente ya que la energa total debe permanecer constanteSi en este punto la presin baja por debajo de la presin de vapor, el agua puede evaporarse y entonces se forman burbujas de vapor que se deforman al incrementarse la presin y finalmente explotan y desparecen. Cuando explotan el agua cambia de estado gaseoso a liquido, las burbujas de vapor se colapsan subitamnte y produce que el agua que las rodea se acelere hacia el interior de las mismas formando una especie de hendidura.Esto origina un microchorro que golpea las paredes del cuerpo de la valvula o de la tuberia a muy alta velocidad(v>1000m/seg) causando picos de presion de hasta 10000 bares, lo que erociona los materiales a nivel molecular.NPSH requerido.El NPSH requerido es funcin del diseo de fbrica de la bomba, su valor, determinado experimentalmente, es proporcionado por el fabricante. El NPSH requerido corresponde a la carga mnima que necesita la bomba para mantener un funcionamiento estable. DesarrolloProyeccin de la poblacin de la ciudad de Riobamba

Aplicando el mtodo de mnimos cuadrados como se muestra en el trabajo anterior (diseo de un sistema de conduccin).Se obtiene los siguientes valores de la poblacin proyectada.

ao Poblacin proyectada

2025222115

2035277921

Ilustracin 1. Poblacin futura de Riobamba.

Clculo de Caudales de Diseo.

Caudal Medio Diario: es el consumo que se espera realice la poblacin de diseo durante un periodo de un da.

Caudal Mximo Diario: es el mximo consumo que se espera realice la poblacin en un da y se calcula como un factor de ampliacin (K1) del Qmd.

El coeficiente de variacin del caudal mximo diario con respecto al caudal medio diario K1, es inversamente proporcional al nmero de habitantes En ciudades grades las costumbres son muy heterogneas, por lo que los periodos de mximo consumo son ms largos y el pico del hidrograma ser menos acentuado, el coeficiente puede variar entre 1.3 para poblaciones menores de 12.500 habitantes y 1.2 para poblaciones mayores.

Cuando el sistema de abastecimiento de agua incluye reservorio de almacenamiento posterior a la estacin de bombeo; la capacidad de la tubera de succin, equipo de bombeo y tubera de impulsin debe ser calculada con base en el caudal mximo diario y el nmero de horas de bombeo.

Dnde:

Como primera aproximacin de los dimetros, se utiliza la frmula de Bresse:

Tubera de impulsinLa tubera de impulsin no debe ser diseada con cambios bruscos de direccin de flujo. Deben instalarse los dispositivos necesarios para evitar el contra flujo del agua, cuando la bomba deja de trabajar o en caso de que exista falla elctrica (Organizacin Panamericana de la Salud 2005)N(h)Qb(l/s)Qb(m/s)D(mm)DN infDNDN sup

1067,250,0672528270,86250315355

1256,040,056044258,79250315355

1448,040,04803771249,01200250315

1642,030,042033240,83200250315

1837,360,03736267233,84200250315

Tabla1. Dimetros nominales para la tubera de succin.Tubera de succinLa tubera de succin debe ser la ms corta posible, evitndose al mximo, piezas especiales como curvas, codos, etc. La tubera de succin debe ser siempre ascendente hasta alcanzar la bomba. Se pueden admitir pequeos tramos perfectamente horizontales.La tubera de succin tendr como dimetro mnimo, el dimetro nominal superior del dimetro de la tubera de recarga. La estacin de bombeo debe poseer caractersticas tales que atiendan las condiciones previstas de caudal y altura manomtrica determinada.N(h)Qb(l/s)Qb(m/s)D(mm)DN infDNDN sup

1067,250,0672528270,86315355400

1256,040,056044258,79315355400

1448,040,048037714249,01250315355

1642,030,042033240,83250315355

1837,360,037362667233,84250315355

Tabla2. Dimetros nominales para la tubera de impulsin.

Prdidas por friccin

A medida que un fluido fluye por un conducto, tubo o algn otro dispositivo, ocurren prdidas de energa debido a la friccin que hay entre el lquido y la pared de la tubera; tales energas traen como resultado una disminucin de la presin entre dos puntos del sistema de flujo. Para calcular dichas perdidas se aplicara la frmula de Hazen& Williams.

De donde: C = Coeficiente de rugosidad de Hazen& Williams, adimensional (130). D = Dimetro de la tubera, m. L = longitud de la tubera, m. Q = caudal (m/s)

Carga dinmica o altura manomtrica total ()

La altura dinmica puede ser definida como el incremento total de la carga del flujo a travs de la bomba. Es la suma de la carga de succin ms la carga de impulsin:

Carga de succin

Viene dado por la diferencia de elevacin entre el eje de la bomba y el nivel mnimo del agua en la fuente o captacin, afectado por la prdida de carga en el lado de la succin.

Ver tabla 3, columnas 2-3-4.

Carga de impulsin, (

Est dada por la diferencia de elevacin entre el nivel mximo de las aguas en el sitio de llegada y el eje de las bombas ms la prdida de carga del lado de la tubera de impulsin:

Ver tabla 3, columnas 5-6-7.

Reemplazando las ecuaciones de carga de succin y de carga de impulsin en la ecuacin de altura manomtrica total se tienen las siguientes relaciones

Datos y consideraciones para la bomba

Ver tabla 3, columna 8

12345678

N(h)hshf (succin)HShihf( impulsin)HiHb(m)

101,50,004241,5098,53,26101,76103,27

121,50,004241,5098,52,33100,83102,33

141,50,013061,5198,55,19103,69105,20

161,50,013061,5198,54,05102,55104,07

181,50,013061,5198,53,26101,76103,27

N(h)hshf (succin)HS98,5hf( impulsin)HiHb

101,50,002371,5098,51,0699,56101,06

121,50,002371,5098,50,7699,26100,76

141,50,004241,5098,51,75100,25101,75

161,50,004241,5098,51,3799,87101,37

181,50,004241,5098,51,1099,60101,10

N(h)hshf (succin)HS98,5hf( impulsin)HiHb

101,50,001321,5098,50,5999,09100,59

121,50,001321,5098,50,4298,92100,42

141,50,002371,5098,50,5799,07100,57

161,50,002371,5098,50,4498,94100,45

Tabla 3. Altura manomtrica total para las diferentes horas de bombeo.

Potencia del equipo de bombeo

El clculo de la potencia de la bomba debe realizarse con la siguiente frmula:

La bomba seleccionada debe impulsar el volumen de agua para la altura dinmica deseada, con una eficiencia () mayor a 70%

Impulsinsuccin

N(h)Qb(l/s)DN infDN infHf totalV (m/s)Hb(m)Pb(HP)

1067,252503153,271,370103,27123,47

1256,042503152,331,142102,33101,96

1448,042002505,201,529105,2089,84

1642,032002504,071,338104,0777,76

1837,362002503,271,189103,2768,60

N(h)Qb(l/s)DNDNHf totalvHbPb

1067,253153551,060,863101,06120,83

1256,043153550,760,719100,76100,39

1448,042503151,750,979101,7586,90

1642,032503151,370,856101,3775,75

1837,362503151,100,761101,1067,16

N(h)Qb(l/s)DN supDN supHf totalvHbPb

1067,253554000,590,679100,59120,27

1256,043554000,420,566100,42100,06

1448,043153550,570,616100,5785,89

1642,033153550,450,539100,4575,06

1837,363153550,360,479100,3666,66

Tabla4. Potencia del equipo de bombeo

El nmero de horas de bombeo y el nmero de arranques en un da, depende del rendimiento de la fuente, el consumo de agua, la disponibilidad de energa y el costo de operacin. Por razones econmicas, operativas y debido a las prdidas del sistema hemos optado por un nmero de 14 horas.N(h)Qb(l/s)DN impulsinDN succinHf totalV (m/s)Hb (m)Pb (HP)

1448,042002505,201,529105,2089,84

Debe consultarse al proveedor o fabricante, sobre las curvas caractersticas de cada bomba y motor para conocer sus capacidades y rendimientos reales. Carga neta de succin positiva (NPSH)

La carga neta de succin positiva es la diferencia entre la presin existente a la entrada de la bomba y la presin del vapor del lquido que se bombea. Esta diferencia es la necesaria para evitar la cavitacin. El NPSH disponible es funcin del sistema de succin de la bomba

Riobamba se encuentra ubicada en el centro geogrfico del pas, en la cordillera de losAndes, a 2.750msnm. Ver anexo 2

Para evitar el riesgo de la cavitacin por presin de succin, se debe cumplir que:

Ilustracin 2.Curvas caractersticas de la bomba

No abra riesgo de cavitacin por presin de succin.Conclusiones:Para un caudal de 48.04 l/s en una longitud de 500m se determin una carga dinmica o altura manomtrica total de 105.20m y una potencia de 89.84 HP. Para estas condiciones se colocara una bomba NB/NK 80-160 (ISO 996) ver anexo 3Recomendaciones:Realizar, un manual que considere las condiciones operacin, mantenimiento y calidad del agua. Otras causas de cavitacin en bombas son las excesivas revoluciones del rotor. En este caso se debe verificar que la velocidad especfica de operacin no sobrepase la mxima dada por el fabricante.Bibliografa:

GUAS PARA EL DISEO DE ESTACIONES DE BOMBEO DE AGUA POTABLE, LIMA 2005http://www.lenntech.com/Data-sheets/Grundfosliterature-NB-NBE-NK-NKE-ES-L.pdfhttps://es.wikipedia.org/wiki/RiobambaAnexos

Anexo 1Dimetros nominales de PVC

Anexo 2Equivalencia de la presin atmosfrica segn la altitud.

AltitudPresin AtmosfricaAltitudPresin Atmosfrica

MetrosMilibaresMetrosMilibares

24007562750724

24507522800719

25007472850715

25507422900710

26007372950706

26507333000701

27007283050697

Anexo 3

BOMBA NB/NK 80-160

Anexo 4.Diseo de un sistema de bombeo.

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