CURSO ESTACIONES DE BOMBEO-instituto_sanit_hidrolog_y_bombeo.pdf

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INSTITUTO DE INGENIERA SANITARTIA Y AMBIENTAL.Curso de Hidrologa y Diseo de Captaciones de Aguas Superficiales y Metericas. Estaciones de Bombeo. Operacin y

Mantenimiento

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INSTITUTO DE INGENIERA SANITARIA Y

AMBIENTAL

Curso: Hidrologa y Diseo de Captaciones de AguasSuperficiales y Metericas. Estaciones de Bombeo.

Operacin y Mantenimiento

Ing. Hugo R. SchmidtSeptiembre/Octubre 2008


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TEMARIO

I.- Introduccin.I.1.- Requerimientos de orden hidrulico que demandan operaciones de bombeo.

I.1.1.- Agua Potable y SaneamientoI.1.2.- Inundaciones UrbanasI.1.3.- Irrigacin, Usos Agrcolas.I.1.4.- Aguas subterrneasI.1.5.- Generacin HidroelctricaI.1.6.- IndustriaI.1.7.- Otros Usos No ConsuntivosI.1.8.- Medidas estructurales y no estructurales

I.2.- Diferentes tipos de estaciones de bombeo.I.2.1.- Para agua potableI.2.2.- Para servicios cloacalesI.2.3.- Para drenajes pluvialesI.2.4.- Tipos de cmara

I.3.- Principales componentes

I.3.1.- Canal de entrada/aduccinI.3.2.- Pozo de bombeo/cmara de aduccinI.3.3.- Casa de bombas y sala de comando

II.- Aspectos tcnicos que enmarcan los proyectosII.1.- Hidrograma de aporte y condiciones de bombeo

II.1.1.- Conceptos bsicos de hidrologaII.2.- Ubicacin Geogrfica.II.3.- Condiciones del subsuelo.II.4.- Capacidad de retencin y regulacin de caudales afluentes.II.5.- Confiabilidad de servicio.

III.- Planteo de alternativas y evaluacin tcnico econmicaIII.1.- Determinacin de los lugares de bombeo.III.2.- Cantidad de estaciones. Mdulo de bombas. Localizacin de una E.B.

IV.- Seleccin de equipos de bombeo e instalaciones auxiliares.IV.1.- Lay Out de la instalacin.IV.2.- Tipos de bombas. Definicin de parmetros bsicos.

IV.2.1.- Bombas horizontales y verticales, formas de accionamientoIV.2.2.- Curvas caractersticas. A.N.P.A.

IV.3.- Capacidad de bombeo y potencia de bombeoIV.4.- Mdulo de bombas y nmero de unidadesIV.5.- Instalaciones auxiliares.

IV.5.1.- Instalaciones hidro y electromecnicasIV.5.2.- Compuertas, ataguas y vlvulas.IV.5.3.- Rejas de tomaIV.5.4.- MotoresIV.5.5.- Colector de salida

IV.5.6.- Control de efectos transitorios. Sistemas antiarieteIV.5.7.- Gra prtico y elementos de izaje.IV.5.8.- Alimentacin de energa, tablero general de entrada.IV.5.9.- Sala de comando, Tableros de control.IV.5.10.- Sistema de protecciones.IV.5.11.- Iluminacin, aire acondicionado, etc.IV.5.12.- Elementos de medicin y control.

V.- Disponibilidades de suministro de energaV.1.- Servicio pblico.V.2.- Generacin in situ.


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VI.- Alerta meteorolgico. Vinculacin con la operacin del sistema.VI.1.- Anticipo de eventos hidrolgicos.VI.2.- Sistema de telecontrol y telecomando.

VII.- Operacin y MantenimientoVII.1.- Operacin del sistema.VII.2.- Mantenimiento, personal y equipos.

VII.2.1.- Tipos de mantenimiento.VIII.- Aspectos licitatorios, contratacin, montaje y puesta en Servicio.

VIII.1.- Elaboracin del proyecto y sistema de licitacin.VIII.2.- Legajos licitatorios.VIII.3.- Contratacin y ejecucin de las obras.VIII.4.- Puesta en marcha. Perodos de Garanta.

APNDICE I. Mtodo de PincinceAPNDICE II. Altura de Aspiracin. CavitacinAPNDICE III. Inundaciones Urbanas. Instalaciones ExistentesBIBLIOGRAFAFIGURAS


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Hidrologa y diseo de captaciones de aguas superficiales y metericas.Estaciones de bombeo. Operacin y Mantenimiento

I. IntroduccinEl presente curso tiene por objeto presentar los diferentes aspectos de orden tcnico econmico financiero que convergen en la definicin de las caractersticas de un proyectohidrulico, con nfasis en los sistemas de bombeo destinados al drenaje de efluentessuperficiales en zonas urbanas y periurbanas.En principio se presenta un panorama general de los usos del agua y el sin nmero deactividades de las que forma parte, considerando las previsiones necesarias para efectuar sumanejo y control en los diferentes procesos.Luego se presentan los conceptos bsicos de hidrologa aplicables a los fenmenos naturalesreferidos a eventos hidrolgicos que provocan alteraciones de las condiciones de habitabilidadde zonas de produccin y pobladas, representados por lluvias que se precipitan sobre laszonas continentales o por deshielos provenientes de nevadas registradas en zonasmontaosas.A estos fenmenos se agregan los efectos de la creciente de ros que en sus mrgenescuentan con poblaciones susceptibles de ser afectadas.Los tres fenmenos configuran los parmetros principales de afectacin de poblaciones que

bajo ciertas denominaciones se los conoce como fenmenos metericos.De acuerdo con lo expuesto, se pretende desarrollar el tema en su conjunto, desde lageneracin del fenmeno hasta las soluciones ingenieriles y operativas de las obras necesariaspara controlarlos. Por ello, el anlisis terico y analtico en profundidad de la hidrologa y lascaractersticas intrnsecas del terreno se desarrollan en sus reas especficas.Ambos efectos generan situaciones comprometidas sobre las superficies de terrenosdestinados a la actividad agropecuaria y las zonas urbanas y periurbanas con poblacinestable.En funcin de ello se realiza el diseo de las estaciones de bombeo, abarcando luego aspectoslicitatorios, constructivos y de operacin y mantenimiento, con referencias directas ainstalaciones existentes, completando de esta manera el ciclo que se inicia con la identificacinde las necesidades a nivel social, culminando con la evaluacin de sus prestaciones para lascuales fuera diseado.

I.1.- Requerimientos de orden hidrulico que demandan operaciones debombeo.

Conceptos y necesidades.Las estaciones de bombeo requeridas por los sistemas hidrulicospara cumplir con el manejo del fluido deben disponer de la capacidad, seguridad y confiabilidadrequeridas por el servicio. En tal sentido, deben asegurar la transferencia del fluido en elmomento en que es requerida, tenindose presente que en la mayora de los casos laeficiencia de un proyecto depende primordialmente del servicio de bombeo.

I.1.1.- Agua Potable y Saneamiento.Nuestro pas registra un dficit de agua potable que alcanza el 30% de la poblacin, o sea quems de 10.000.000 de habitantes no tienen acceso al agua potable, de los cuales 2.750.000 seencuentran en zonas rurales concentrados en las reas de mayor ndice de necesidades

bsicas insatisfechas (NBI) el NOA y el NEA.

I.1.2.- Inundaciones Urbanas.Las grandes concentraciones urbanas, asentadas a la vera de los grandes ros estnexpuestas a una doble accin de agentes hdricos. Las crecientes estacionales de los rosribereos afectan las zonas bajas, con habitantes de variado nivel econmico.Las precipitaciones pluviales cadas sobre las zonas habitadas tienden a anegarse por lareducida pendiente superficial del terreno. As por ejemplo, la cuenca del AMaldonado en laCiudad Autnoma de Buenos Aires en la mayor parte de su trayecto est ocupada porhabitantes de buen nivel econmico, mientras que en otras zonas, por ejemplo las afectadas


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por los Ros Negro y Paran en la Ciudad de Resistencia, Pcia. del Chaco predominanpoblaciones de reducidos recursos. En otras poblaciones del interior del pas, tal como laCiudad de Clorinda, Pcia. de Formosa cuenta con zonas cuasi rurales.La combinacin de estos factores genera:

Efectos ambientales:Alteracin morfolgica de cauces;Lavado y alteracin de superficial de los suelos;Salinizacin y degradacin de los suelos;Alteracin de niveles freticos y de recarga de acuferos;Contaminacin con vectores qumicos de uso agrcola;Contaminacin por redeposicin y/o contacto con residuos slidos y excretas;Alteracin temporal y/o prdida de cubiertas vegetales;Redeposicin areal de suelos.

Efectos econmicos:Alteracin y/o prdida de vas de comunicacin viales y frreas;Alteracin y/o prdida de sistemas de comunicaciones y redes de servicios;Vulnerabilidad de urbanizaciones;

Alteracin y/o prdidas de edificios de uso pblico;Prdidas de produccin (sembrados, ganadera, etc.);Limitacin de observaciones directas, monitoreo y registros hidrometeorolgicos;Reduccin y/o suspensin del cobro de impuestos, tasas y gravmenes.

Efectos sociales:Prdida de vidas;Prdida total o parcial del hbitat;Disminucin de la calidad de vida;Interrupcin y/o prdida de trabajos urbanos y rurales;Disminucin de la actividad social entre propietarios y habitantes de localidades;Interrupcin de actividades educativas;Aparicin y propagacin de endemias;

Empobrecimiento por disminucin o prdida de recursos econmicos propios;Desarraigo temporal.El desarrollo de proyectos que atiendan estas necesidades requieren de tareasmultidisciplinarias, donde el bombeo representa un factor importante en el manejo y control delos caudales.

I.1.3.- Irrigacin, Usos Agrcolas.De los 278 millones de hectreas que conforman la superficie continental de la Argentina, 32millones son cultivables, pero por disponibilidad de agua, caractersticas agroclimticas yaptitud de los suelos solamente 6,1 millones son aptas para el riego y de esa superficiecuentan con infraestructura 2,5 millones de hectreas, de las cuales se aprovechan solamente1,6 millones de hectreas.

I.1.4.- Aguas subterrneas.Este recurso, disponible en la mayor parte de las zonas del pas tiene un aprovechamientodestacado en la en la subregin andina central Cuyo, en varias zonas o valles de las provinciasde San Juan, Mendoza, Catamarca, Jujuy y Salta. Son reas ridas y semi-ridas quedependen fuertemente de las aguas subterrneas. En la regin hmeda, con las necesidadesde abastecimiento de agua potable a la poblacin y el crecimiento acelerado del riegocomplementario, se ha progresado igualmente en el conocimiento del potencial de losprincipales acuferos y tambin de su vulnerabilidad a la contaminacin.

I.1.5.- Generacin Hidroelctrica.


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El potencial hidroelctrico de la Repblica Argentina es de 170.000 GWh/ao, del cual seaprovecha el 20%. Se tiene programado incorporar otros 12.000 GWh/ao hacia 2010, comoas tambin avanzar con proyectos desde 100 hasta 5.000 kW para atender a poblacionesdispersas, cifras estas que son actualizadas de acuerdo con las diferentes polticas del EstadoNacional vinculadas con la administracin de los recursos energticos.

I.1.6.- Industria.El agua para uso industrial comprende el agua para la industria manufacturera, la minera, laproduccin de energa termoelctrica y la construccin. Hacia fines de la dcada de los 70 laindustria, con excepcin de la generacin termoelctrica, extraa 2,3 km3/ao y consuma 0,193km3/ao, con la siguiente distribucin: alimentos y bebidas (35%), productos qumicos yderivados del petrleo (26%), imprenta y editoriales (22%), textiles (9%), y minera yconstruccin (8%). Para el ao 2000 se haba estimado una extraccin para generacintermoelctrica de 16,4 km3/ao y un consumo de 0,2 km3/ao.El agua para uso industrial comprende el agua para la industria manufacturera, la minera, laproduccin de energa termoelctrica y la construccin.

I.1.7.- Otros Usos No Consuntivos.El transporte fluvial, de particular importancia en Argentina pero de escaso desarrollo en

relacin con su potencial, se circunscribe prcticamente a los grandes ros internacionales(Paran, Paraguay y Uruguay), pero se prev que el desarrollo a corto plazo de la reginnordeste, por influencia del intercambio provocado por el Mercosur, determinar un significativoaumento del movimiento.

I.1.8.- Medidas estructurales y no estructurales.La generacin de los diferentes proyectos en cada una de las actividades lleva al desarrollo demedidas estructurales (obras y elementos que prestan un servicio fsico directo) y noestructurales (representadas por la asistencia de planes sociales, educacin, cursos formativose informativos, talleres, etc).Las medidas estructurales, incluyendo las que ejecutan los propietarios en sus predios, estnbasadas en la construccin de obras civiles, tanto en los cursos de agua como en las planiciesde inundacin y son las primeras acciones que se ejecutaron y comprenden:

a.- Estabilizacin de mrgenes de ros y arroyos mediante obras longitudinales (engeneral terraplenes de reducida altura), que incluso pueden incluir obras transversales,tales como espigones que, si bien ayudan a proteger la margen afectada, pueden, siestn mal diseados, trasladar el problema de erosin a la margen opuesta.b.- Construccin de terraplenes de contencin que, cuando tambin se los destina altransito constituyen las obras denominadas hidroviales, recomendables para reasmuy planas, como en el caso en las provincias de Formosa, Chaco y Santa Fe. El aguaembalsada sirve para utilizarse en perodos de sequa y los terraplenes como refugiopara el ganado.c.- Canales de drenaje superficial y subterrneo, basados en desplazar el agua a otrosterrenos, o bien hacia otros cursos con salida natural los que, si no estn dotados deestaciones de control en pocas de sequas, son muy negativos ya que contribuyen aeliminar la escasa agua fretica disponible en esas pocas.

d.- Estaciones de bombeo para utilizar en las soluciones tipo polders, requieren deuna fuente de energa que, si es a travs de una lnea externa queda expuestaparcialmente al problema de inundaciones que es necesario tener en cuenta en elproyecto de las instalaciones.

Las soluciones estructurales se caracterizan por:a.- La necesidad de disponer de buena informacin bsica, siendo en la actualidad departicular ayuda la informacin satelital.b.- La necesidad de construirlas en el marco de un plan global de defensa regional.

El elevado costo de inversin inicial, incluso cuando se las construye por etapas.


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c.-La conveniencia de construirlas cuando en el sitio no existan inundaciones, lo quesuele provocar una actitud de sorpresa en las poblaciones pues observan que seefectan inversiones en lugares que no las necesitan; en tal caso es indispensableacompaar su construccin con un programa de divulgacin pblica.d.- La necesidad de un mantenimiento continuo; particularmente las obras de defensabasadas en equipamientos hidromecnicos.e.- Los aspectos descriptos pretenden enmarcar los diferentes usos del agua, suimportancia a nivel de la poblacin atendida y la importancia que representa dentro deeste esquema las instalaciones de bombeo en sus diferentes formas.

I.2.- Diferentes tipos de estaciones de bombeo.I.2.1.- Para agua potable.

Instalaciones vinculadas con la extraccin, tratamiento, almacenaje y distribucin de aguapotable.Si la fuente de suministro es subterrnea, el bombeo se efecta desde la napa, siendonecesaria la instalacin de bombas de pozo profundo, con motor sumergido o con ejeextendido accionadas desde la superficie. Con esta disposicin, las estaciones no disponen decuenco compensador, impulsando el fluido hacia los depsitos de reserva.En la figura siguiente se muestra una tpica EB para agua potable.

Fig I.1.- EB para agua potable

I.2.2.- Para servicios cloacales.Se instalan en los puntos colectores de menor cota geodsica con el objeto de elevar el

efluente cloacal hacia la cota que permita efectuar su tratamiento y luego descargar el fluidohacia el cuenco o curso de agua receptor.En general son de cmara hmeda, con bomba sumergida y motor acoplado directamente ocon eje extendido y motor exterior.En la figura siguiente s muestra un instalacin equipada con bombas de motor sumergido.


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Fig I.2.- EB para aguas servidasLa disposicin de los componentes depende de la envergadura de la instalacin, el espaciodisponible y los requerimientos de la impulsin.

I.2.3.- Para drenajes pluviales.Tienen la misin de efectuar el drenaje superficial de caudales provenientes de lluvias ytransferirlos a zonas de mayor cota geodsica. Esta situacin responde al drenaje de zonasinundables, protegidas por defensas especialmente dispuestas para tal fin.Generalmente disponen de caudales instalados elevados y baja altura de impulsin, siendoindicados grupos de gran porte con potencias de accionamiento proporcionalmente baja.

Fig I.3.- EB para drenajes pluviales


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I.2.4.- Tipos de cmaraLa caracterstica distintiva de estas EB es que todas ellas (excepto las de rebombeo) tienen unrecinto denominado pozo de bombeo, donde llega el agua y desde donde las bombas sealimentan para impulsarla fuera de la instalacin. El caudal de la/s bomba/s puede o nocoincidir con el caudal afluente al pozo, en cuyo caso ste acta como recinto pulmn.Por la forma en que la bomba est dispuesta en el pozo de bombeo, las EB se clasifican en:inundadas o de cmara seca.

A.- InundadaCuando las bombas estn sumergidas en el lquido a bombear se denominan EB Inundadas.Las figs I.2. y I.3 muestran dos instalaciones tpicas.Se muestran a continuacin otro caso tpico de EB inundada.

Fig. I.4.- Estacin de bombeo cloacal tipo inundada (con electrobombas sumergibles)

B.- Cmara SecaEn una EB de Cmara Seca las bombas estn ubicadas en una sala contigua al pozo debombeo.El recinto contiguo puede estar al costado del pozo de bombeo, o arriba de l. En el primer

caso (ver figuras I.1 y I.5) la sala de bombas debe estar aislada del pozo de bombeo no slopor un muro divisorio sino por vlvulas en la caera de aspiracin de las bombas, a fin deevitar que ante un desarme de los equipos el lquido ingrese al recinto. En el segundo caso (fig.I.5), los equipos requieren de un dispositivo especial para el cebado de las bombas, previo a supuesta en marcha.


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Fig. I.5.- Estacin de bombeo de cmara seca

Si bien el comportamiento hidrulico entre una y otra es semejante, no lo es en cambio sucosto constructivo ni su costo de mantenimiento. En lneas generales se pueden establecer lassiguientes diferencias de la EB inundada respecto de la de cmara seca:La EB inundada requiere menos espacio en planta, por ende, la obra civil resulta mseconmica.Si la EB inundada posee electrobombas sumergibles toda la estacin puede instalarse debajodel nivel de calzada o acera. Por ende posee menos impacto visual.En la EB inundada los equipos son ms costosos, sean las bombas verticales del tipo turbinacon motor arriba o las electrobombas sumergibles.El mantenimiento de los equipos en una EBinundada es ms costoso.Las EB de cmaras seca requieren por lo general personal de menor especializacin

I.3.- Principales componentes.Como concepto general, una estacin de bombeo es una instalacin hidroelectromecnicacontenida dentro de una obra civil.Atento a ello sus principales constituyentes son: por un lado las obras civiles, donde seconjugan los requerimientos hidrulicos, estructurales, funcionales y estticos. Por otro ladoestn los componentes electromecnicos del equipamiento asociado que permite elfuncionamiento de la instalacin.Sin perjuicio de reconocer la ntima vinculacin existente entre las obras civiles y laselectromecnicas, se describen a continuacin separadamente los principales constituyentesde cada uno de ellos.Las obras civiles de toda EB sea para el servicio que fuere se componen bsicamente de lassiguientes partes:Canal de entrada/Aduccin; Pozo de bombeo/Cmara de succin; Casa de bombas; Sala decomando; Oficina del operador; Parques y jardines.Se expone a continuacin algunas caractersticas de las primeras tres estructuras, en elentendido de que las tres restantes forman parte de la arquitectura de la instalacin.

I.3.1.- Canal de entrada/aduccin.


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Es una estructura hidrulica encargada de hacer llegar el agua al pozo de bombeo sinprovocarle a sta movimientos turbulentos que pudieran ingresar a la aspiracin de lasbombas.En las EB para agua potable como en las pluviales deber procurarse que la direccin dellegada del lquido sea perpendicular a la lnea de ubicacin de las bombas. De no ser posibleesto debern disponerse de pantallas deflectoras que guen el fluido hacia cada una de lascaeras de aspiracin de las bombas.El o los canales de entrada debern poseer pendientes suaves (no superiores a 10) tanto endireccin vertical como horizontal. Deben evitarse pues los ensanchamientos o contraccionesbruscas de la seccin, as como los resaltos.En el caso de EB cloacales, el canal de entrada en rigor es una caera cerrada, denominadatambin aduccin o caera afluente. En estos casos debe evitarse la cada libre del lquidocloacal directamente sobre la superficie del lquido situado en el pozo de bombeo. Para ello seubica en el pozo de bombeo, delante de la salida del cao afluente, una pantalla deflectora detal modo de atenuar el efecto de la velocidad del chorro lquido, evitando con ello la formacinde espumas y bolsones de aire que pudieran ingresar en la bomba.

I.3.2.- Pozo de bombeo/cmara de aduccin.Es el recinto hidrulico donde se recibe el lquido a bombear. Su funcin es la de compensar la

diferencia de volmenes que llegan a la EB con los que habrn de bombearse, dado que lafalta de coincidencia entre el caudal afluente a la estacin [Qa] y el caudal efluente [Qe], obombeado requiere de un volumen de atenuacin.La diferencia de niveles en el pozo de bombeo determina generalmente el momento delarranque de las bombas y tambin el momento de su detencin. Ello se logra a travs desendos sensores de nivel que dan la seal de arranque o parada.Dependiendo si la EB es de Cmara Seca o Inundada el pozo de bombeo se dimensiona paraalojar solamente el cao de succin de las bombas o bien, toda la bomba completarespectivamente. En ambos casos se deben respetar algunas distancias mnimas entre el conode succin de la caera o de la bomba y el fondo, las paredes del pozo y la superficie libre dellquido, a fin de evitar la formacin de vrtices que pudieran provocar un dao a los equipos oal menos, una disminucin de su rendimiento.La siguiente figura muestra en planta el ejemplo de aplicacin en planta una EB pluvial tpica

del tipo inundada, ubicada en el margen de una laguna de acumulacin de aguas de lluvia. A laderecha el canal de entrada de seccin trapezoidal variable atraviesa el terrapln de la laguna,para permitir el ingreso del agua por vasos comunicantes. En el centro el pozo de bombeo acota +2.30 con las tres electrobombas sumergibles, y a la izquierda en cota + 5.05 las vlvulasy la caera de salida.

Fig. I.6- Vista en planta de una EB pluvial con tres bombas sumergibles

Entre todas las distancias mencionadas la sumergencia es la ms importante. Ella se definecomo la distancia entre el cono de succin (o campana) de la bomba y la superficie del lquido.Su valor lo determina por lo general el fabricante del equipo, aunque existe una frmula paracalcularla en funcin del caudal y el dimetro de la campana.


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La adecuada sumergencia de la bomba determina su correcto funcionamiento, libre de vrticeso burbujas en la entrada de ella. Por el contrario, si la sumergencia es inferior a la establecidaen el clculo no slo se produce una merma en el rendimiento de la bomba, sino lo que espeor, daos mecnicos por vibraciones excesivas y an cavitacin.

I.3.3.- Casa de bombas y sala de comando.Esta parte de la estructura es la que aloja la parte seca del equipamiento. Por ende, slo seencuentra en las EB de cmara seca.En efecto, los cabezales de las bombas (si stas son verticales), las bombas horizontales, losmotores, tableros, rganos de control, etc. son alojados en la casa de bombas. En el caso deequipos medianos o grandes tambin se incluyen dentro de la casa de bombas los elementosde izaje (gras o puente gras), las compuertas, el grupo electrgeno, etc. (ver fig I.2.-)En las EB inundadas medianas o pequeas no se requiere este recinto, por cuanto las bombascon sus motores estn enteramente sumergidos y slo emerge en superficie el cable decomando que va hacia el tablero. Las vlvulas se disponen en un pequeo recinto contiguo coningreso restringido.La casa de bombas se completa generalmente con otros servicios como el sistema deventilacin, escaleras, barandas, rampas para ingreso vehicular, vigas carrileras (en caso deque se requiera puente gra para maniobras de izaje), base para el grupo electrgeno, etc.

Si bien las instalaciones electromecnicas de las EB puede diferir entre los tres tipos vistos (EBpluvial, cloacal y agua potable), en general puede afirmarse que todas ellas poseen los mismoscomponentes, aunque difieran en su diseo constructivo segn la funcin desempear. Estoscomponentes son:Compuertas; Rejas; Bombas; Colector de salida; Vlvulas; Motores; Tableros; Atenuadores deefectos transitorios; Equipos de izaje; Iluminacin; Elementos de medicin y control, etc.La descripcin detallada de los mismos figura en el Punto IV.5.- Instalaciones Auxiliares.

II.- Aspectos tcnicos que enmarcan los proyectos de drenaje superficial.Dentro de la variedad de factores que determinan las caractersticas de un proyecto hidrulicose destaca la ubicacin geogrfica que condiciona su disposicin general, las caractersticasdel subsuelo que restringe las alternativas de proyecto y la capacidad de regulacin yretencin.

II.1.- Hidrologa. Hidrograma de aporte y condiciones de bombeo.Las obras hidrulicas de superficie destinadas al control de escurrimientos superficiales debenproyectarse de acuerdo con las caractersticas de los caudales ingresados en cada uno de lospuntos de control, de acuerdo con las caractersticas de escurrimiento de la cuenca.A continuacin se desarrollan los aspectos hidrolgicos bsicos que permiten determinar elhidrograma de aporte y en funcin de ello el desarrollo del diseo de la estacin de bombeo.

II.1.1.- Conceptos bsicos de hidrologaFenmenos naturalesLos fenmenos naturales que definen los regmenes de los ros pueden catalogarse comoprovenientes fenmenos externos (lluvia, nieve) y fenmenos internos (surgentes, afloramientode napas, etc).

Otros fenmenos tales como vientos direccionados (sudestada) o mareas que afectan laszonas de descarga de los ros modificando los niveles de agua, provocando el anegamiento dezonas adyacentes y comprometiendo las zonas pobladas.HidrologaLos ros deben su caudal al aporte efectuado por fenmenos atmosfricos externos (lluvia,deshielos, etc.) o por fenmenos internos como ser el afloramiento de napas o aguasprovenientes de por pozos surgentes. En su mayora afectan zonas de cultivo y poblacionesque se encuentran en sus mrgenes o desembocadura. Las zonas de escurrimiento es de bajapendiente y su caudal est vinculado mayoritariamente a las precipitaciones pluviales.Ciclos de la atmsfera


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El ciclo principal de la atmsfera comprende el proceso de formacin de tormentas y sutransformacin posterior en precipitacin pluvial. Depende naturalmente de las zonasgeogrficas consideradas y su relacin con el clima. La percepcin anticipada de las lluviasmediante pronstico permite evaluar la intensidad del evento futuro.Mediante las tcnicas de conocimiento de las tormentas y su distribucin espacial es posibleconocer con anticipacin su forma e intensidad para diferentes grados de recurrencia.Conocido este proceso es posible evaluar su comportamiento sobre la cuenca y sus efectos encoincidencia con accidentes geogrficos determinados (cultivos, poblaciones, etc.).Zonas comprendidasLas zonas comprendidas por los fenmenos descriptos son bsicamente la cuenca receptora, osea toda aquella superficie de terreno que en funcin de su cota geodsica y las condicionesdel declive de la superficie conduzca los caudales precipitados hacia una seccin A de controlsegn se muestra en la figura siguiente:

Lluvia escorrentaPara evaluar la precipitacin es necesario conocer el rgimen medio mensual de la zona,debindose disponer de registros histricos durante perodos prolongados (20 aos o ms).Mediante estaciones de aforo (Ei) distribuidas en la cuenca se registran las precipitaciones pi en

cada sector, que extendidos a la totalidad de la cuenca se determina la precipitacin media.Para ello es necesario sectorizar y determinar la zona de incidencia de cada registro.Mediante la aplicacin de los polgonos de Thiessen se define la subcuenca hdrica que incidesobre cada estacin. Uniendo las estaciones de aforo entre s y trazando las perpendicularespor la distancia media se delimita cada subcuenca, donde se admite que la precipitacin esuniforme dentro de su rea.As, la precipitacin media se expresa como:

Cuenca Hdrica

Estaciones de Aforo

A

Ro Receptor

Ei

Subcuenca

Hdrica


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n

i ii

medtotal

p * Sp

S==

Donde: pi= Precipitacin estacin i;Si= rea de la cuenca i;

Stotal= rea total de la cuenca.

Efectuando los promedios mensuales se obtiene el histograma que representa elcomportamiento medio de la precipitacin durante el ao, segn se muestra a continuacin:

PRECIPITACIONES MEDIAS MENSUALES

Para conocer el comportamiento de la lluvia durante el evento (tiempo que dura la lluvia otormenta), se determinan intervalos en los cuales la precipitacin de considera constante, datoque surge del registro continuo con un pluvigrafo.Hietograma. Las obras de control de caudales superficiales estn sometidas a la accin de lasprecipitaciones pluviales (lluvias), que se manifiestan de acuerdo con las caractersticas delhietograma y las dimensiones fsicas de la superficie de la cuenca.Esta precipitacin tiene una distribucin espacial y temporal que deber ser tomada como dato

de proyecto, con la recurrencia adoptada que permita determinar la forma e intensidad de laprecipitacin dentro de cada cuenca.Con los datos sucesivos se obtiene el Hietograma del evento, o sea el valor de la

precipitacin durante la duracin del fenmeno:

Meses

p (mm)

1 10 11 128 96 73 4 52


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Luego de haber determinado las condiciones de la precipitacin, queda por mencionar queestos valores estn asociados a una recurrencia del evento, o sea que al determinar elcomportamiento de la lluvia, generalmente en una duracin del orden de 24 horas, el mismotiene asociada una recurrencia, o sea una probabilidad de ocurrencia.Ordenando los valores de precipitacin por unidad de tiempo en forma decreciente, se obtieneel diagrama de duracin segn se muestra a continuacin:

Los valores as ordenados muestran la tendencia de la distribucin de la lluvia, siendo utilizadopara la evaluacin de las capacidades necesarias para efectuar la atenuacin en el proceso delluvia-escorrenta, o sea la manifestacin de la misma sobre el terreno y su capacidad de

Minutos

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

50

40

30

20

Intensidad

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 24

Horas

p (mm)70

60

50

40

30

20

10

0


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traslado superficial. Es de tener presente que en este diagrama dos valores consecutivos noson simultneos en el tiempo, utilizndose para evaluar la tendencia de cada evento.Considerando precipitaciones para diferentes perodos de retorno es posible trazar una familiade curvas que indican las caractersticas de las tormentas y las lluvias para distintasrecurrencias, obtenindose en diagrama siguiente conocido como Curvas IDF:

Con esta informacin se disponen los elementos necesarios para evaluar el comportamiento dela precipitacin y su transformacin en caudal de escurrimiento superficial, transformndose enun hidrograma de aporte representado por el caudal en m3/s en funcin del tiempo. La integraldel diagrama representa el volumen de agua precipitado sobre la cuenca durante la duracindel evento (Te).

Minutos

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

50

40

30

20

Intensidad

PER ODO DE RETORNO

10

5

50

100

2

Qa m3/s

hs

Tb Te

=t

ac dtQaV'0

.


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La precipitacin total sobre la cuenca sufre prdidas hasta llegar a transformarse en hidrogamaaportado medido en la seccin A.Bsicamente existen dos fenmenos que producen las prdidas: la evapotranspiracin y lainfiltracin. La primera vinculada a la capacidad de evaporacin de la lmina de aguaprecipitada debido a la accin combinada de la temperatura, humedad luz solar.La expresin de Thornthwaite permite calcular el volumen evaporado mediante el mecanismode evapotranspiracin potencial expresado por:

1

110

1 612 30

a

ap

Tl NET , * * *

I

=

Donde. ETp= Evapotranspiracin potencial;L1= Nmero de horas reales de sol al da;N = Nmero de das de sol al mes;Ta= Temperatura media mensual en C;I = ndice de calor derivado de la suma de 12 valores ndices mensuales (ii),calculado

segn:1514

5

,

aTi =

La infiltracin depende de las caractersticas naturales del terreno, siendo un parmetro adeterminar segn las condiciones imperantes en la zona a partir de estudios geotcnicos ygeolgicos del subsuelo y de las condiciones de laboreo de la superficie, producto de estudiode las disciplinas especficas y dato de entrada para el anlisis hidrulico objeto del presentecurso.Ambos fenmenos asociados a las condiciones topogrficas modifican los volmenesprecipitados a la vez que le otorgan caractersticas de conduccin que se traducen en unretraso entre el registro del evento y su manifestacin en la seccin A de aforo.A tal fin se definen los parmetros principales que relacionan el exceso de precipitacin de lacuenca y su efecto en dicha seccin:

tc: Tiempo de concentracin:

Tiempo que tarda una gota en llegar desde el punto hidrolgicamente ms alejado hasta laseccin de control A.tr: Tiempo de duracin del aguacero o lluviaTb Te: Tiempo del evento o base del hidrograma

Te: tc +tr

tp: Tiempo de respuesta o retardo de la cuenca. Tiempo comprendidoentre el centro de gravedad del pluviograma (hietograma) y el pico deldiagrama de aporte o hidrograma.Estos valores se indican en la figura siguiente.

Hidrograma afluente. Las obras de control de superficie para cumplir con su cometido deben

tener capacidad para crear las condiciones hidrulicas a lo largo de los conductos y disponerde los puntos de control y bombeo acorde con las condiciones de aporte.El hietrograma de la precipitacin al transformarse en hidrograma de aporte registra unaatenuacin y modificacin de acuerdo con el grado de impermeabilizacin. Las cuencas conbajo grado de ocupacin sufren con el tiempo un incremento de la impermeabilizacin de lasuperficie que incrementa el caudal arribado a la seccin de control, modificndose el tiempode concentracin y el volumen escurrido. Parmetro identificado como coeficiente deescorrenta.


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Por ello es necesario determinar el ao horizonte de cada proyecto, la recurrencia de laprecipitacin y la evolucin del grado de impermeabilizacin para disponer las capacidades delas instalaciones durante la vida til del proyecto.

As, la forma final del hidrograma en la seccin de aforo depende de las caractersticasintrnsecas de la cuenca en los aspectos topogrficos, geolgicos, geotcnicos y climticos.

Evaluacin del comportamiento de la lluvia. Disponibilidad de datosPara evaluar el comportamiento de la lluvia y sus efectos sobre el terreno es necesariodisponer de datos de precipitaciones con el mayor detalle posible. Situacin que en generalpresenta dificultades, ya que la instalacin de estaciones meteorolgicas y su operacin a lo

largo del tiempo no siempre resulta una tarea en la que perdure la organizacin, registro yanlisis de datos.La duracin media de una serie de registro de datos de precipitaciones debe aproximarse a los20 aos, tiempo que supera los perodos de organizacin, disposicin de equipos, incidenciade los cambios tecnolgicos, dotacin de personal, etc.Frente a la falta de series de datos prolongados se han generado tcnicas que permitenevaluar los valores extremos de las tormentas y su comportamiento dentro de cada evento.La evaluacin de tormentas importantes en la ciudad de Chicago (EE UU), di origen al Mtodode Chicago, que en forma simplificada permite calcular el caudal pico del evento en funcin dela distribucin temporal a partir de datos de intensidad, duracin, frecuencia (I-D-F) de la lluviay de las caractersticas de la cuenca.Otro mtodo simplificado es el Mtodo Racional que de forma similar relaciona el caudalmximo del hidrograma con las caractersticas de la cuenca con reas del orden de 2 km2.

Esta limitacin est relacionada con el tipo de cuencas, algunos especialistas en la materiaextienden su aplicacin hasta 13 km2.La hiptesis fundamental del mtodo consiste en suponer una lluvia constante y uniforme quecae sobre la cuenca de estudio producir un gasto de descarga, cuyo valor mximo se alcanzacuando todos los puntos de la cuenca estn aportando al mismo tiempo en la seccin A decontrol.Expresin del caudal mximo:

Q = 0,278 C i ADonde:

tp

hs

Precipitacin

Q m3/s

tr

Tb Te


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Q: Caudal mximo de crecida (m3/s);C: Coeficiente de escorrenta;I: Intensidad de la lluvia correspondiente a una tormenta cuya duracin es igualal tiempo de concentracin del rea y con una frecuencia adecuada a laeconoma e importancia de la obra (mm/h);A: rea de la cuenca de aporte (km2)

Otra forma de evaluar el comportamiento de la lluvia sobre la cuenca es mediante laconfeccin del diagrama unitario que expresa el caudal excedente de la cuenca, elaboradosobre la base de una precipitacin de intensidad unitaria (1 cm, 1 pulgada, etc.) para un eventotpico determinado. Las principales caractersticas que posee son:

1.- El exceso de precipitacin tiene una intensidad constante dentro de la duracinefectiva;2.- El exceso de precipitacin est uniformemente distribuido a travs de todo el rea dedrenaje;3.- El tiempo de base Tbdel evento resultante de un exceso de lluvia de una duracindada es constante;4.- Las ordenadas de todos los diagramas con igual duracin del tiempo de base son

directamente proporcionales a la cantidad total de escorrenta, manteniendo la forma deldiagrama;5.- Para una cuenca dada, el hidrograma resultante de un exceso de lluvia dado reflejalas caractersticas no cambiantes de la cuenca.

Refirindolo al caudal pico se construye el hidrograma unitario adimensional, para ello cadauna de las ordenadas se divide por el caudal mximo o de pico Qadim: Qi/Qpico y las absisasafectadas por el tiempo de pico tadim: ti/tpicoobtenindose el diagrama siguiente:

Otra forma de disponer de elementos de clculo para la evaluacin del evento en la seccin decontrol es la elaboracin del diagrama triangular, trazado a partir del volumen en exceso

precipitado sobre la cuenca con variacin lineal de las ramas ascendentes y descendentes,representando el hidrograma de aporte en la seccin considerada. El rea del tringulocorresponde al rea del diagrama de precipitacin y su perfil es el siguiente:

0,5 1 1,5 2 2,5 3

1,00

0 80

0 60

0,40

0,20

Q/Qp

t/t


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Estimaciones con modelos matemticos:Mediante la aplicacin de algunas de las tcnicas descriptas o una combinacin de ellas esposible evaluar el comportamiento de una cuenca frente a un evento meteorolgico. Para elloes necesario disponer de un potencial de clculo que permita el procesamiento simultneo delas variables. Los modelos matemticos responden a este requerimiento, habindosedesarrollado una amplia gama, entre los que se destaca el HEC-RAS desarrollado por elCentro de Ingeniera Hidrolgica (Hydrologic Engineering Center) del US Army Corps de EEUUque permite analizar flujos en rgimen permanente e impermanente.Con las tcnicas mencionadas es posible disponer del hidrograma de aporte en la seccin A yas definir las caractersticas de la o las estaciones de bombeo en el marco de los requisitos delproyecto y del ao horizonte fijado como lmite de su vida til econmica.

Obras de captacin de caudales:Las obras de captacin y derivacin de caudales en zonas rurales consisten bsicamente en elencauzamiento de las aguas hacia la seccin de control y la incorporacin de efectosretardadores que atenen el hidrograma de aporte.En las nacientes de los cauces de aporte es posible colocar azudes atenuadores. Mediante lainstalacin de un cierre de mediana altura con un orificio calibrado se incorpora un volumen deregulacin que frente al caudal aportado variable se comporta como cuenco de retencin si sesupera el caudal de diseo del orificio. Esta instalacin no presenta elementos mviles deregulacin, siendo necesario atender solamente los elementos slidos que arrastrados por lacorriente arriben a la seccin de ingreso.En caso de requerirse control de los caudales se instala una compuerta o vlvula que permitala regulacin total del caudal.

La conduccin en superficie se realiza mediante canales a cielo abierto en su mayora sinrevestir y perfilados acorde con las caractersticas del terreno.En las zonas urbanas y periurbanas la captacin de las aguas superficiales se realiza ensuperficie mediante canales a cielo abierto revestidos y para instalaciones sumergidasmediante bocas de tormenta y conductos sumergidos que en general conducen el caudal aseccin llena.

Evaluacin de la capacidad de regulacin

tr

tr/2

tp

Tp 1,67 Tp

Q m3/s

hs

Tb

Precipitacin

Qpico


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La capacidad de regulacin de los cuencos atenuadores es posible definirla a partir deldiagrama de masas al igual que el que se describe en el Punto III.2.- Cantidad de estaciones.Mdulo de bombas. Localizacin de una E. B., al analizar el volumen til de la cmara.Otro mtodo es el Mtodo de Conti, que a partir del diagrama de masas y considerando unvolumen til del cuenco permite identificar la secuencia de caudales erogados con la mayorregularidad posible. En el lmite, permite evaluar la capacidad necesaria del cuenco paraefectuar una regulacin a mdulo, situacin ptima para el diseo de instalaciones de bombeoPara evaluar la capacidad de conduccin de los canales, ya sean revestidos o sin revestir seaplica la expresin de Chzy:

V(h) C * R(h) * J= Donde:

V(h): Velocidad media del fluido en m/s, en funcin del t irante hidrulico;C: Coeficiente de proporcionalidad, depende de las caractersticas del canal;R(h): Radio hidrulico, en m, funcin del tirante hidrulico;J: Pendiente de la lnea de agua.

C es posible calcularlo segn las siguientes expresiones:s/ Manning:

1 61 /C * R(h)n

=

s/Bazin:87

1

Cm

R(h)

=

+

s/kutter.

100

1

CmR(h)

=

+

n y m: Parmetros dependientes de la rugosidad de la pared. Laexpresin ms difundida es la de Manning, quien aporta una vasta gamade valores para n, ver Bibliografa: (8).- Hidrulica de los CanalesAbiertos. Ven Te Chow.

Por su parte las obras de captacin para conductos sumergidos consistentes en las bocas detormenta, basan su capacidad de derivacin en funcin del espesor de la lmina lquida, lalongitud del permetro de la rejilla en la seccin de entrada y un coeficiente de enrejado segnse indica a continuacin.

2 31 7

/Q , *P * y=

Donde: Q: caudal en m3/s.P: permetro de la reja en m.y: profundidad de la lmina de hasta 12cm.

Para profundidades de Lmina de ms de 42cm

1 22 91

/Q , * A * y=

A: rea neta de la reja m2.


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Capacidad de conduccin conductos sumergidos:La determinacin de la capacidad de conduccin de los conductos sumergidos se determinamediante la determinacin de la prdida de carga segn la expresin de Darcy Weisbach u otraexpresin similar de uso corriente en la especialidad. Su expresin es:

2

2

L VJ f * *

D * g=

Donde. J: Prdida de carga total en m;f: Coeficiente de friccin, depende de la rugosidad del conducto y N Reynolds;L: Longitud del conducto m;D: Dimetro del conducto m.V= Velocidad media de la corriente fluida m/s;

Los temas expuestos representan un resumen de la diferentes tcnicas a tener en cuentadurante el anlisis de una cuenca hdrica, ya sea en zonas rurales, urbanas o periurbanastendientes a evaluar su comportamiento frente a un evento hidrolgico (lluvia, tormenta, etc.),su efecto en una seccin de control y los elementos a tener en cuanta para el diseo de lasestaciones bombeo que se requieran, cuando la evacuacin del caudal se hace hacia un cursode agua receptor, que eventualmente sufra efectos de creciente que dificulten el drenaje desdela zona continental, o anegando las zonas bajas de las poblaciones adyacentes.

Instalaciones de bombeo.Efecto regulador de la cmara de aduccinLa capacidad de atenuacin del volumen til de la cmara de aduccin de la estacin debombeo se considera para la determinacin del caudal instalado y la forma de operacin de losequipos. El efecto que produce es la modificacin del hidrograma de aporte incorporando unanueva capacidad de atenuacin, entregando al cuenco o ro receptor un hidrograma atenuadosegn se indica en el grfico siguiente:

Con lo expuesto se completa el itinerario de las partculas fluidas desde el momento de laprecipitacin hasta su arribo a la seccin de control descontadas las prdidas en ruta. O seaque se dispone del hidrograma del excedente de la cuenca, ya que las retenciones por zonasde terreno deprimido, evapotranspiracin e infiltracin representan volmenes derivados oretenidos que no llegan a la seccin de control.A continuacin se desarrollan los principios bsicos y de clculo para el diseo de la estacin

de bombeo como ltimo elemento hacia el cuenco receptor final.

II.2.- Ubicacin geogrfica.

Hidrograma de aporte

Hidrograma debombeo

Q (m3/s)

hs


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Los sitios de bombeo se surgen de la combinacin entre la topografa del lugar y losrequerimientos de orden hidrulico, a partir de los hidrogramas de aporte o de demanda segnsea el tipo de proyecto.En zonas urbanas la seleccin de la ubicacin geogrfica de los lugares de bombeo representaun dato fundamental dentro del conjunto de decisiones a adoptar.La ubicacin geogrfica condiciona la disponibilidad y dimensin del terreno disponible paraubicar la estacin, como as tambin la determinacin de las cotas de llegada y de impulsindel fluido.Los costos de expropiacin de los terrenos (importantes en las zonas urbanas) puedencondicionar la rentabilidad del proyecto. Por ello la seleccin de los lugares de bombeo resultade vital importancia para el buen desarrollo tcnico-econmico.

II.3.- Condiciones del subsuelo.El perfil hidrulico definido como ms conveniente para cumplir con los objetivos del proyectoestar condicionado en lo referido a las soluciones tcnicas a adoptar en su desarrollo yespecialmente en las estaciones de bombeo por las condiciones del subsuelo en el que seimplantarn.La cota de toma en las instalaciones de agua potable y la de llega en saneamiento cloacal omanejo de inundaciones urbanas, representan los puntos de partida para el desarrollo de la

instalacin.El mdulo y tipo de bombas impone la altura de aspiracin mnima requerida, llevando la cotade fondo en la aduccin a los valores mnimos.El perfil de la obra civil refleja estos requerimientos, que se traducen en cargas debidas a lasubpresin por efecto de la napa fretica y la carga efectiva a transmitir al terreno provenientedel peso de las estructuras con el respectivo equipamiento, debindose conocer por ello lacapacidad portante del subsuelo.En zonas de llanura, adyacentes al curso de importantes ros (p.ej.:Paran, Paraguay,Uruguay) la capacidad portante del suelo es reducida, condicionando el perfil de las obras. Porello, en todos los casos deber disponerse de este dato al momento de comenzar el proyecto.

II.4.- Capacidad de retencin y regulacin de caudales afluentes.Almacenamiento y retencin. La forma del hidrograma de aporte a cada uno de los puntos de

los proyectos hidrulicos condiciona el dimensionamiento de las estructuras (bocas detormenta, conductos, cmaras de compensacin, secciones de compuertas, estaciones debombeo, etc.). El valor del caudal de diseo tiene una relacin directa con el pico del aporte yel tiempo de operacin en relacin a la duracin del fenmeno.La incorporacin de elementos compensadores en ruta permite la atenuacin paulatina de lospicos, haciendo tender el diagrama a una distribucin ms estable, aumentando la duracin.En este sentido existen elementos a disponer desde la coleccin en las canaletas de los techoshasta la creacin de depsitos de gran volumen con capacidad para absorber la totalidad delpico del diagrama de aporte, llegando a regular en forma completa los caudales.Toda medida que se adopte para atenuar - aunque sea parcialmente - el pico del aporteredunda en un importante beneficio para el dimensionamiento de las estructuras, aportandouna capacidad de sobre carga del sistema en caso de registrarse un evento superior al deproyecto.

En proyectos de drenaje urbano se prev la instalacin de reguladores en descarga decanaletas, laminadores en boca de tormenta y grandes reservorios subterrneos ubicados enlas zonas altas y media de la cuenca.

Diseo Hidrulico de las obras de bombeo. Las estaciones de bombeo requeridas por lossistemas hidrulicos para cumplir con el manejo del fluido deben disponer la capacidad yseguridad de servicio compatibles con los objetivos del proyecto. En tal sentido, debenasegurar la transferencia del fluido en el momento en que es requerida, tenindose presenteque en la mayora de los casos la eficiencia del proyecto depende del servicio de bombeo.


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Efecto de las retenciones. El hidrograma afluente a la estacin de bombeo representa el datode entrada para la definicin de sus parmetros bsicos. Este debe responder al resultado dela operacin del modelo lluvia escorrenta sobre la cuenca de aporte, con la incorporacin delos efectos del incremento de la impermeabilizacin y los retardos impuestos por atenuadores,laminadores y obras de retencin aguas arriba del punto de bombeo.La forma del hidrograma, como ya se indic, deber tender a ser lo ms estable posible a losefectos de lograr la mayor uniformidad posible del diagrama con mnimo volumen decompensacin.La incorporacin de retenciones sucesivas contribuyen en el aplanamiento del hidrograma,situacin que reduce el caudal instalado.Las dimensiones fsicas de las cmaras responden a dos patrones de diseo, uno el impuestopor la forma final del diagrama de aportes y otro el resultante de la real disponibilidad delterreno.Para obras urbanas perifricas destinadas al control de inundaciones, en general no sedisponen superficies acorde con los requerimientos tericos.Existe la posibilidad de crear cuencos reguladores que asistan en la atenuacin del pico,permitiendo optimizar la estacin de bombeo.Las obras ubicadas en centros urbanos con gran densidad de poblacin deben ubicarse enzonas muy restringidas, en general debajo de las calles y con ocupacin parcial de la zona de

veredas.Las disponibilidades de terreno son reducidas, siendo necesario recurrir a soluciones decompromiso que compensen los aspectos hidrulicos, econmicos y de operacin ymantenimiento.Al respecto caben dos menciones directas experimentadas en nuestro medio. Las obras deRegulacin y Saneamiento del Ro Reconquista se disponen en zonas amplias y conrestricciones reducidas. Las 10 (diez) estaciones de bombeo disponen de lugar para incorporarun cuenco regulador, permitiendo optimizar las dimensiones de la cmara de aduccin.Por su parte las obras de Saneamiento del Sistema Matanza Riachuelo se desarrollan enzonas con restricciones medias siendo factible la consideracin de pequeos cuencos,situacin que lleva a disponer de soluciones de carcter intermedio.En cambio, las obras del Sistema de Control de Crecidas de la zona de Boca-Barracas, con 7(siete) estaciones de bombeo plantea las exigencias clsicas de estaciones en zona urbana.

Todas ellas se ubican en adyacencias del Riachuelo con reducida disponibilidad de terreno. Lams exigida, ubicada en Pedro de Mendoza 2002 (Vuelta de Rocha), con 33,28 m3/s de caudalinstalado posee un lugar reducido en relacin a los caudales a manejar. Las posibilidades decompensacin son mnimas, siendo necesario acompaar el diagrama de aporte mediante laincorporacin de grupos en tiempo real, con importantes oscilaciones de los niveles en la zonade aduccin. Estos datos ilustran sobre el grado de competencia alcanzado por nuestro pas enel control de crecidas en zonas urbanas, particularmente en la ltima dcada.Por otra parte, para estaciones destinadas al manejo de efluentes cloacales, su ubicacin engeneral se dispone en zonas urbanas con elevado ndice de urbanizacin. La disponibilidad deterreno es igualmente crtica. La geometra de la estacin resulta de la combinacin de lasdimensiones del terreno, la forma del hidrograma de aporte y de las condiciones depermanencia mxima del fluido en el interior de la cmara (20 minutos).Otro factor que tiene incidencia sobre la geometra es la disposicin de elementos de control de

los efectos transitorios, como tanques AARA de compensacin con el objeto de proteger lasconducciones frente a las maniobras de puesta en marcha y detencin de las bombas.

II.5.- Confiabilidad de servicio.Los servicios que deben cumplir las instalaciones hidrulicas estn destinados a ampliossectores de la sociedad, por ello su aporte debe ser eficiente en calidad y oportuno en elmomento de ser demandado. Las inversiones puestas en juego son de valor absolutoimportante, siendo necesario percibir sus beneficios al momento que es requerido.


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La confiabilidad de servicio debe ser elevada; cada unidad de tiempo en que la instalacin nocumpla con su cometido representa una prdida en trminos econmicos que la sociedad dejade percibir.Estos conceptos deben primar en el diseo, operacin y mantenimiento de estas instalaciones.El suministro de agua potable, la coleccin de residuos cloacales, el control de lasinundaciones, etc. deben cumplir con su cometido en forma eficiente al momento de serrequerido.Por ello, el suministro de energa a las plantas de bombeo debe prever una elevadaconfiabilidad. Para lograrlo se dispone para el suministro de la red pblica que la alimentacindebe realizarse desde dos puntos de alimentacin (centros independientes). El puesto detransformacin deber contener un transformador o bobinado en reserva para atender lasfallas.A modo de complemento o redundancia se plantea la posibilidad de disponer un grupoelectrgeno local con capacidad para abastecer una parte de las bombas (aprox. 30%) paraatender el momento de la emergencia hasta tanto sea reparado el sistema de alimentacinprincipal.Esta disponibilidad depende del grado de premura que demande el sistema.As una instalacin que disponga de informacin anticipada de un sistema de alerta o portransmisin convencional (va telefnica) puede disponer los equipos con cierta anticipacin.

En cambio eventos que requieren el bombeo una hora despus de producido no otorga tiempopara la disposicin de los equipos, requiriendo del servicio de operacin y mantenimiento lamxima eficiencia y la mejor disposicin del Mantenimiento Preventivo.

III.- Planteo de alternativas y evaluacin tcnico econmica.Definidas las caractersticas del proyecto, las alternativas a ser analizadas deben cubrir latotalidad de los esquemas que a criterio del proyectista sean aplicables.Se deben considerar los aspectos de orden civil y electromecnico que sean aplicables alproyecto.As para una instalacin de bombeo de agua potable se tomarn como base el lugar de origeny destino del fluido asociado a la curva de demanda. Definido el caudal instalado se prevernesquemas que combinen los tipos de cmara ms apropiados con equipos de bombeo afines alservicio. Por ejemplo un nmero mnimo de dos bombas con motor exterior o sumergido.

Para servicios cloacales, las estaciones de bombeo en los puntos de coleccin disponen engeneral de espacio reducido, siendo necesario el anlisis de disposiciones compactas conrestricciones para el cumplimiento de las relaciones geomtricas mnimas indicadas por lasnormas de proyecto. La forma en planta en general se reduce a rectangular, cuadrada ocircular. Este tipo, de caractersticas compactas es de uso corriente en lugares donde no serequieran sistemas accesorios para el control de los efectos transitorios.Para el manejo de las inundaciones urbanas, donde se cuente con mayor espacio fsico, ladisposicin de los equipos de bombeo presenta restricciones menores. Salvo, por ejemplo, elcaso del proyecto de Boca-Barracas, Ciudad de Bs. As. donde las estaciones se ubican enlugares densamente urbanizados.Las secciones en planta son del tipo cuadrado o rectangular, previndose igual que en otroscasos, un nmero mnimo de dos grupos de igual mdulo como instalacin bsica.A los efectos de controlar los caudales mnimos afluentes es necesario considerar un grupo de

menor mdulo cuyo valor de caudal se encuentra fuera del rango de aplicacin de los equiposprincipales.Para instalaciones hidroelctricas, como ya se expres, las consideraciones del bombeo partende las caractersticas del sistema de generacin de energa, mereciendo un anlisis particularfuera del alcance de este curso.La evaluacin econmica de un proyecto hidrulico equipado con estaciones de bombeo deberelacionar los beneficios esperados por la puesta en servicio de la instalacin y los costosasociados para su construccin, operacin y mantenimiento durante su vida til.Ambos aspectos condicionan el diseo de las instalaciones, abarcando el nmero y capacidaddel sistema de bombeo. O sea que finalmente las caractersticas generales y de detalle de


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estos puntos de control del sistema se encuentran ntimamente relacionadas con los factoreseconmicos que dieron lugar a su concepcin.Para suministro de agua potable, los beneficios son de orden social, evalundose la mejoraque produce en la poblacin abastecida la disponibilidad de agua de red en reemplazo depozos de bombeo individuales desde la napa subterrnea.Similares consideraciones caben para la evaluacin del servicio cloacal, donde la evacuacindel efluente elimina las posibilidades de contaminacin de la napa al reemplazar los pozosnegros o reduce los efectos provocados por el vuelco al sistema pluvial.Respecto del control de inundaciones las consideraciones son ms amplias. El anegamiento deuna zona urbana por efecto de lluvias intensas o por incremento del nivel de un ro (caso depoblaciones importantes a la vera de los ros), provocan el anegamiento de las propiedades,produciendo prdidas importantes que pueden evaluarse econmicamente.Para ello se plantea el criterio del dao evitado, o sea la evaluacin del efecto de unainundacin en trminos econmicos en relacin con la cota de inundacin. Cuanto mayor seala cota alcanzada por el agua, en caso de colapso o falla de los elementos de proteccin,mayores sern las prdidas econmicas ocasionadas.A los efectos econmicos, el dao evitado representa el beneficio del proyecto, pasando aintegrar la relacin Beneficio/Costo que deber ser mayor que uno para hacer rentable elproyecto.

Relacionando la recurrencia del evento con la cota resultan diferentes configuraciones delproyecto de proteccin.As para recurrencias de 2, 5, 10, 50 o 100 aos resultarn proyectos con inversionescrecientes. La definicin de la recurrencia de proyecto determina su configuracin y lacapacidad de bombeo, como as tambin los puntos de control.En casos de afectaciones de llanura con incidencia sobre zonas periurbanas y rurales seutilizan habitualmente dos esquemas de evaluacin:El anlisis directo de las prdidas por rubro productivo, como ser: ganadera para consumohumano, produccin lctea, forrajes, cosecha de cereales, cosecha de oleaginosas, especiesvegetales varias, herramental y tiles para labores agrcolas.El anlisis probabilstico, en cuanto a proyeccin de horizontes de prdida en funcin derecurrencias de eventos hidrometeorolgicos.El clculo de las prdidas principales tradicionalmente se realiza por comparacin con precio

testigo; as en la afectacin de obras de infraestructura se asimila la prdida a la necesariareposicin del bien, como ser:

Kilmetro de camino, ruta, va frrea; Costo de puente, alcantarilla, obra de arte vial y/o frrea; Kilmetro de lnea elctrica, de comunicaciones, de alumbrado pblico

(incluyendo las piezas sostn y accesorios); Kilmetro de canal; Costo de obra de toma, partidor, derivador y obras de arte hidrulicas

en redes de riego; Edificaciones rurales para explotacin agropecuaria.

El estudio detallado de prdidas principales tambin conduce a la evaluacin de lavulnerabilidad y el riesgo esperables en consonancia con eventos hidrometeorolgicosprevistos y mensurables (en este caso se intenta evaluar el riesgo medio anual esperado parauna localidad o una rea determinada), para lo cual deben aplicarse parmetros de sensibilidadeconmica y definirse tasas de inters y descuento a aplicar.Otros aspectos que es necesario tener en cuenta en el diseo de una EB es considerar lafacilidad en la operacin de sus elementos, as como la sencillez en las tareas demantenimiento. Sin embargo, es muy importante destacar algunos aspectos del entorno dondeva a estar operando la EB, que pueden modificar los criterios tcnicos con que el proyectistadisee la instalacin. Por ejemplo:


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Disponibilidad de mano de obra calificada; Disponibilidad o accesibilidad de repuestos; Sencillez tecnolgica de los componentes; Vigilancia continua o espordica de la EB; Apoyatura logstica para el mantenimiento.

Otro aspecto muchas veces olvidado en los proyectos es la intercambiabilidad de partes. Esto

presupone no slo la instalacin de equipos de bombeo iguales (con sus elementos demaniobra y control), sino la posibilidad de intercambiarse con equipos de otras EB, diseadasobviamente para condiciones semejantes

III.1.- Determinacin de los lugares de bombeo.Tal como se expres, la configuracin y caractersticas del proyecto estn en funcin de losparmetros econmicos utilizados durante la evaluacin.La cantidad y caractersticas de los lugares de bombeo responden de dichos parmetros,siendo el punto de partida para el proyecto detallado de las obras.En instalaciones de saneamiento, agua potable o efluentes cloacales, los lugares fsicos tienenen general pocas alternativas, ya que se encuentran condicionados por la trama urbana. Lasubicaciones pueden ser en zonas de veredas o centros de calle, con instalacionessubterrneas.

En el control de inundaciones, el criterio bsico es efectuar retenciones en la zona alta de lacuenca de aporte, mediante la creacin de embalses permanentes (depsitos de gran volumenen centros de calles, tneles, plazas, canchas de ftbol) o transitorios (lugares de recreacin,parques, etc) que efecten una atenuacin del pico del hidrograma de aporte.Luego de superado el evento, la descarga puede ser por gravedad, controlada mediante unaseccin de escurrimiento o por bombeo de baja capacidad durante un tiempo prolongado.

III.2.- Cantidad de estaciones. Mdulo de bombas. Localizacin de una E. B.Luego de fijada la cantidad de puntos de bombeo ser necesario optimizar su disposicin ydiseo mediante la densificacin de los datos bsicos de proyecto, incrementando los trabajostopogrficos y geotcnicos que permitan corroborar las primeras apreciaciones del proyecto.En zonas de llanura, cualquiera sea el tipo de proyecto, la precisin de los datos topogrficosjuega un papel importante. Las bajas pendientes llevan a convalidar la fusin de puntos de

bombeo, eliminando estaciones y optimizando el mdulo de las bombas, con una operacin ycontrol centralizada.

Caudal instalado. La determinacin del caudal instalado en una estacin de bombeo dependede la forma del hidrograma y de la capacidad de compensacin de acuerdo con la geometrade la cmara.La simulacin del funcionamiento tiene como propsito evaluar el comportamiento del sistemade bombeo frente a las variaciones de caudal.Cuando ms estable sea el diagrama de aporte menor ser el valor final del caudal instalado.La relacin Qinst/Qmx aportadovara en relacin a la capacidad de atenuacin, resultando por ellode vital importancia disponer de reservorios o atenuadores que contribuyan a la estabilizacindel caudal.Por otra parte, para atender situaciones operativas de emergencia se debe prever una

capacidad adicional en concepto de reserva que conlleva el incremento de las dimensiones dela cmara.Su incidencia final est vinculada al tipo de equipo de bombeo utilizado.

Modulacin de las estaciones. En todas las instalaciones hidrulicas de bombeo, como es desuponer, su costo es directamente proporcional al caudal instalado. La limitacin del caudal depico y la regularizacin del diagrama de aporte son premisas bsicas para el diseo econmicode las instalaciones.


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En las zonas periurbanas en general se disponen de cuencos reguladores que permitan logrardicho objetivo. En cambio, en las instalaciones urbanas las disponibilidades de terreno sonescasas y disponer de cuencos reguladores es prcticamente imposible. Por ello, es de vitalimportancia generar reservorios de acumulacin o instalaciones de laminacin en diferentespuntos de la alta cuenca a los efectos de arribar a la estacin de bombeo con un diagrama loms estable posible.Sobre la base del caudal instalado (tomando como referencia la recurrencia de diseoadoptada, 2, 5, 10, 50, etc. aos) se debe determinar la cantidad de grupos a instalar.Como primer paso se tender a instalar como mnimo dos grupos (uno en servicio y otro enreserva). Planteadas las alternativas tcnicas posibles motor externo con eje extendido,motor externo con conducto en sifn, motor sumergido, etc. se definirn las posibilidades delmercado en disponer de los equipos previstos. En el manejo de drenajes superficiales losvalores de caudal a manejar superan con frecuencia las capacidades ofrecidas por la industriacomo equipos convencionales.La instalacin de equipos importantes, de gran porte, no solo est condicionada en el mercadoen lo que hace a sus posibilidades de provisin, sino que debe adems, debe prestarseatencin al tipo de organismo que tendr a su cargo la operacin y el mantenimiento. Laincorporacin de nuevos equipos con avances tecnolgicos respecto de grupos convencionalesrequieren la diagramacin de rutinas operativas y de control fuera de las habituales, donde los

Organismos o Instituciones encargadas de su atencin no siempre poseen la agilidad operativapara adaptarse a los cambios. Es preferible relegar adelantos tecnolgicos en pos de lograrmejores condiciones de servicio al momento del funcionamiento del sistema.Definido el mdulo mximo de los equipos se dispondr la cantidad de equipos a instalar, conla respectiva reserva de potencia de bombeo y con ello la configuracin de los parmetrosrestantes de la cmara y equipos accesorios.Para realizar el diseo de una estacin de bombeo, se requiere conocer en primer lugar:

A.- Tipo de fluido a bombear.B.- Caractersticas del caudal afluente.

B.1.- Forma del hidrograma de aporte.B.2.- Tipo de conduccin. Niveles de llegada.B.3.- Caractersticas fsicas del fluido.

B.4.- Slidos en suspensin o flotacin.C.- Altura de impulsin.D.- Caractersticas fsicas en la descarga.E.- Tipo de demanda o destino del fluido bombeado.

Las dimensiones de la cmara de aduccin dependen del tipo de fluido a bombear, capacidadindividual de los grupos de bombeo y de las caractersticas de los conductos de acceso.Para efluentes cloacales, las dimensiones del cuenco deben ser tales que no permitan ladecantacin de los slidos en suspensin, asegurando as la continuidad del movimiento yreduciendo las posibilidades de obturacin y obstruccin de la instalacin.Para fijar la capacidad unitaria, o mdulo de los grupos, se parte de la forma del hidrograma deaporte, atenuado por la capacidad de regulacin de la cmara de admisin, que en principioresulta desconocida y se debe predimensionar.

Fijando a priori un mdulo de bombas, tal que represente en principio la bomba de mayortamao disponible en el mercado, que pueda satisfacer la totalidad del hidrograma, se partepara la distribucin de las dimensiones bsicas, en planta y en elevacin.El ancho mnimo de la cmara se determina en relacin al dimetro de la bomba adoptada.Para ello se toma como referencia la informacin disponible en la bibliografa tcnica o en loscatlogos y guas tcnicas brindadas por los fabricantes.Adoptando en planta una geometra acorde con las disponibilidades del terreno y tipo deconductos de acometida, se fijan las dimensiones de la seccin de entrada.Con las dimensiones bsicas fijadas, es posible realizar una simulacin del funcionamiento delbombeo aplicando las condiciones de continuidad:


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Volumen bombeado = Volumen aportado + Volumen retenido en la cmara.

La oscilacin del nivel de la cmara depende de las caractersticas del caudal afluente, lacapacidad individual de las bombas y del volumen de compensacin disponible en la cmara.Por otra parte, el nivel mnimo de operacin de la bomba indica el lmite fsico de operacinfrente a las exigencias de la sumergencia para prevenir los efectos de la cavitacin. Por ello, laprofundizacin del fondo de la cmara depende de la altura mnima de aspiracin requerida porla bomba. Esta altura es una funcin creciente con el caudal de la bomba, razn por la cual lamodulacin de los equipos condiciona las dimensiones finales de la cmara en relacin con lasumergencia mnima que asegure su buen funcionamiento, con una proteccin adecuada.Para lograr un bombeo eficiente del caudal aportado, se requiere, adems del suficientevolumen de compensacin en la cmara de aspiracin, mdulos de bombeo que se adapten aldiagrama resultante entre el diagrama de aporte y el efecto del volumen de compensacin.Desde el punto de vista de operacin, mantenimiento y disponibilidad de repuestos, esaconsejable colocar grupos de igual mdulo. Para evacuar los caudales mnimos del diagrama,o bien los aportes en pocas de estiaje, se necesita instalar, con frecuencia grupos de menorpotencia, resultando estaciones con varios grupos y dos mdulos diferentes.

Efecto regulador del cuenco receptor. Volumen de la cmara de aduccin. El problemaconsiste en determinar el volumen mnimo de la cmara, compatible con la mxima frecuenciaadmisible de arranque de los motores impulsores de las bombas.Para un caudal afluente Qa que es variable en el tiempo - durante las horas del da y a lo largodel ao - y la salida de un caudal de bombeo, que puede ser considerado constante por cadabomba. Puede admitirse esa constancia dado el pequeo rango de variacin de las alturasmanomtricas que implica la variacin de niveles en la cmara de aspiracin.El anlisis del caudal a bombear incluye la seleccin de los equipos de bombeo y ladeterminacin del caudal para configuracin operativa de las bombas.Con referencia al volumen ptimo de la cmara de bombeo se plantean dos hechosaparentemente contradictorios:En el arranque, el motor elctrico absorbe una corriente del orden de 6 a 10 veces mayor quela de rgimen. Como el calor producido es proporcional al cuadrado de la intensidad de la

corriente, se pueden producir fallas en la aislacin que provoquen daos permanentes alequipo. Esta condicin tiende a aumentar el perodo entre arranques, que demanda mayorvolumen en la cmara de aspiracin.En instalaciones cloacales, los largos perodos de permanencia del fluido dan lugar a lasedimentacin y septizacin del fluido. Esta condicin tiende a disminuir el volumen de lacmara.Por ello, la optimizacin del volumen de la cmara de aspiracin deber contemplar, deacuerdo con el tipo de servicio, un adecuado tiempo entre arranques para preservar losmotores y un tiempo de permanencia mximo acorde con el tipo de fluido a bombear.

Clculo del Volumen del Pozo de BombeoCon referencia al volumen ptimo de la cmara de bombeo se plantean dos hechosaparentemente contradictorios:

En el arranque, el motor elctrico absorbe una corriente del orden de 6 a 10 veces mayor quela de rgimen. Como el calor producido es proporcional al cuadrado de la intensidad de lacorriente, se pueden producir fallas en la aislacin que provoquen daos permanentes alequipo. Esta condicin tiende a aumentar el perodo entre arranques, que demanda mayorvolumen en la cmara de aspiracin.En instalaciones cloacales, los largos perodos de permanencia del fluido dan lugar a lasedimentacin y septizacin del fluido. Esta condicin tiende a disminuir el volumen de lacmara.


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Por ello, la optimizacin del volumen de la cmara de aspiracin deber contemplar, deacuerdo con el tipo de servicio, un adecuado tiempo entre arranques para preservar losmotores y un tiempo de permanencia mximo acorde con el tipo de fluido a bombear.

Mtodo del diagrama de masas.El mtodo se fundamenta en la integracin del hidrograma de caudales horarios y larepresentacin grfica de los volmenes acumulados en funcin del tiempo y tambin de losvolmenes bombeados durante las horas del da, de acuerdo con el programa defuncionamiento de los equipos.La curva de volmenes aportados en t horas responde a la ecuacin:

Trazando la curva de volmenes acumulados en el plano V-t, las lneas rectas que puedanvincular distintos puntos de la curva con argumento alfa positivo (tg>0) representan el caudalbombeado por el sistema. La mxima distancia vertical entre las rectas de operacin a la curva

de caudales acumulados representa el volumen necesario de la cmara de aduccin. La figurasiguiente ilustra sobre el particular:

La poligonal de bombeo corta a la curva de volmenes acumulados en el punto P con abscisatc, que es la duracin del ciclo de bombeo.

Va m3

T hs

Vu

Q3

Q1

Q2

Qa (m3/s)

hs

=t

ac dtQaV'0

.


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Este valor tc puede tener una duracin arbitraria, pero su mnimo estar acotado por el menortiempo admitido entre los arranques consecutivos de los motores elctricos de accionamientode las bombas.El mtodo del diagrama de masas no es adecuado para el diseo de estaciones de bombeocloacales por las siguientes razones:En general no se cuenta con hidrogramas de aporte de efluentes cloacales para las localidadesdonde se elaboren los proyectos de coleccin cloacal. An as cuando existan son para lasituacin actual; su proyeccin hacia el ao horizonte del proyecto puede representar unaapreciacin subjetiva.La proyeccin a 20 aos de un hidrograma, involucra la proyeccin y definicin de los valoresmedio, mximo y mnimo del aporte, como as tambin la previsin de la forma del diagrama,dado que este tambin influye en la determinacin del volumen ptimo de regulacin.Es preferible la utilizacin de mtodos ms sencillos, basados en la definicin de un valornico: el mximo horario a 20 aos (QE20), en funcin del cual se obtendr el caudal Qb debombeo y con el que definir el volumen ptimo que cumpla con la condicin de no sobrepasarel tiempo mximo de permanencia del fluido en la cmara (para evitar sedimentacin yseptizacin) y sea inferior al nmero mximo de arranques por hora del motor de la bomba.

Arranque consecutivo de bombas. Tomando como dato el caudal de bombeo Qb (fijado a

partir de QE20) y el mnimo tiempo admisible entre arranques consecutivos de cada bomba, sefijan los parmetros de la instalacin condicionando el tiempo mximo de permanencia delfluido.

Caso de una sola bomba en operacin. En el caso ms simple de una sola bomba, elvolumen til de la cmara de bombeo est definida fsicamente por los niveles de arranque yparada.

En la figura se observan los volmenes til (Vu) y de fondo (Vf) en una cmara tpica para unasola bomba en operacin.El volumen de fondo est definido por la altura hf determinada principalmente por lasdimensiones de la bomba y la sumergencia requerida.

El volumen til Vu est definido por el caudal de bombeo y la mxima frecuencia de arranquepor hora admitida por los motores elctricos y sus arrancadores. Con el valor de Vu se calculala altura h entre los niveles de arranque y parada de la bomba.El ciclo de operacin puede representarse por el diagrama de flujo de la parte b de la figura.Partiendo del punto 0 con la bomba detenida, el caudal afluente Qa hace ascender el nivel enla cmara y en el tiempo tp (de parada de la bomba), se alcanza el nivel de arranque. A partirde este momento, el nivel comienza a descender, pues el caudal Qb es mayor que el Qa y elresultado es el caudal neto Q = QbQa. En el tiempo tf de funcionamiento de la bomba, elnivel desciende hasta el punto 0, finalizando el ciclo con la detencin de la bomba.

Qa

(Vu)

(V1)

Qb >Qa

h

hf

tp (Qa) tf (Qb Qa)

Bomba


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Esto significa que el ciclo est integrado por un perodo tp de parada de la bomba durante elcual se llena la cmara; un tiempo de funcionamiento tf de funcionamiento en el cual el nivel dela cmara desciende hasta el mnimo, con la detencin de la bomba.O sea:

tc = tp + tf

Este tiempo de ciclo tc representa el tiempo entre arranques consecutivos de la bomba, o seala inversa de la frecuencia de arranques.Durante el tiempo tp se llena el volumen Vu con el caudal Qa y durante tf se vaca el mismovolumen con caudal de Qb Qa, por ello:

tp = Vu/Qa Tiempo de parada (horas)

tf = Vu/(QbQa) Tiempo de funcionamiento (horas)

tc = (Vu/Qa)+Vu/((QbQa) Tiempo de ciclo (horas)A su vez:

f = 1/tc Frecuencia de arranques (arranques/hora)

tc = (Vu/Qb*(Qa/Qb))+(Vu/(Qb*(1(Qa/Qb)))haciendo k = Qa/Qb (relacin entre caudal afluente y de bombeo),resulta:

tc = (Vu/(k*Qb))+(Vu/((Qb*(1-k)))

Despejando se obtiene:Vu = Qb*tc*1/(1/k+1/(|1-k))

Por ejemplo, para un caudal de bombeo Qb = 10 m3/s y un tiempo de ciclo tc = 0,25 hs, larepresentacin grfica de la expresin de Vu tiene la forma que se indica en la figura siguiente:

Para k=0 el caudal Qa es cero, por lo tanto el volumen requerido de la cmara es nulo.Para k=1, el caudal ingresante es igual al de bombeo, no requirindose volumen decompensacin.Para Qa/Qb = 0,5 la demanda de volumen de compensacin es mxima, representando elpunto de mayor exigencia de funcionamiento de las bombas (por ser tc mnimo) requiriendomayor frecuencia de arranque y parada.Para k=0,5 se cumple:

Qa = Qb/2

Vu

K= Qa/Qb

0,5 1

0,625


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tp = tf = (2*Vumx/Qb)

tcmin = tp+tf = (4*Vumax)/Qb

De donde resulta:

Vumax = (tcmin*Qb)/4 = Qb/(4*fmax)Estas relaciones se expresan en el grfico siguiente, donde en ordenadas se representantc,tp,tf y en abscisas la relacin k = Qa/Qb:

Analticamente, puede llegarse a las relaciones mencionadas derivando el tiempo del ciclorespecto de la relacin k = Qa/Qb:

dtc/dk = (Vu/Qb)*((-1/k2)+(1/(1k2)) = 0

De donde resulta que el mnimo de la funcin ocurre para:

k=(1-k) ; 2*k=1 y k=0,5

El mnimo tc ocurre para Qa = 0,5*Qb, resultando:

tcmin = (4*Vu)/Qb

Vumax = Qb/(4*fmax)

La generalizacin de las consideraciones descriptas para un nmero mayor de bombas (dos,tres, cuatro, etc.) que operen desde una misma cmara se realiza considerando la relacin dela forma del caudal aportado en relacin con al capacidad individual de cada bomba.

As, para dos bombas, el volumen de operacin resultar de considerar que cada bomba operaen un rango determinado, requiriendo un volumen:

Vu = V1+V2

Correspondiendo V1 a la bomba N1 y V2 a la bomba N2

El tiempo del ciclo es:

tc2 = tp+tf11+tf20 =

K = 0,5 K = 0,9K = 0,1

tcmin

tc

tf

tp

K

t


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(V1/Qa)+(V2/(-qa+Qb1))+((V1+V2)/((Qb1+Qb2)Qa)

Para definir la relacin entre el caudal de bombeo y su volumen operativo asociado a cadabomba, considerando el nmero de arranques por hora, el mtodo de Pincenci permite efectuarel planteo matemtico que relaciona las variables. En el Apndice I se desarrolla el mtodohasta tres bombas, sirviendo de base para aplicarlo a un nmero mayor de equipos.

Consideraciones sobre cavitacin. La disposicin de los equipos, luego de definidos losparmetros de caudal instalado y nmero de grupos se realiza sobre la base de un perfildeterminado, largo, ancho y profundidad de la cmara de aduccin.La sobre profundidad requerida por las bombas para mantener su proteccin contra lacavitacin impone una correccin a las medidas previstas originalmente.Para cmaras con dimensiones exigidas esta altura puede incidir en forma determinante por laprofundidad de la excavacin. En t

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