Ejemplo de Diseño de Sistema de Bombeo Para Riego 2

8/19/2019 Ejemplo de Diseño de Sistema de Bombeo Para Riego 2

1/20

Instalación del Servicio de Agua para el Sistema de Riego Capachica.

EJEMPLO DE DISEÑO DE SISTEMA DE BOMBEO PARA RIEGO

“SISTEMA DE CAPTACIÓN, IMPULSIÓN ENERGIZADO CON PANELES

FOTOVOLTAICOS”

PROYECTO: INSTALACION DEL SERVICIO DE AGUA PARA EL SISTEMA DE RIEGO CAPACHICA, DISTRITO

DE CAPACHICA, PROVINCIA DE PUNO, REGION PUNO.

1. DESCRIPCION TECNICA DE LA INFRAESTRUCTURA DEL SISTEMA DE CAPTACION,IMPULSION ENERGIZADO CON PANELES FOTOVOLTAICOS.

1.1. UBICACIÓN DE LA ZONA DEL PROYECTO.

1.1.1. Localización.

Ubicación Política y Geográfica.

Ubicación Política.

Región : Puno

Provincia : Puno

Distrito : Capachica

Comunidades : C.C. Hilata, C.C. San Cristobal, C.C. San Juan de Yancaco Grande.

Ubicación Geográfica.

El ámbito de Proyecto se encuentra ubicada geográficamente, según el siguiente detalle:

Región Hidrográfica : Del Titicaca

Cuenca : Coata - Área Circunlacustre

Región Natural : Sierra (Altiplano de Puno)

Altitud : 3,822 - 3870 msnm

Este : 407,000.00 a 413,000.00 UTM, WGS 84 19L SUR

Norte : 8’279,000.00 a 8’270,000.00 UTM, WGS 84 19L SUR

1.2. ACCESIBILIDAD

El Distrito de Capachica, se encuentra ubicada en la Provincia de Puno, Departamento de Puno,tiene como medios de acceso básicamente de 02 ciudades como: Puno y Juliaca.


2/20


TRAMO TIPO DEVIA

ESTADO DISTANCIA TIEMPO

PUNO - CAPACHICA ASFALTADA BUENO 62 km 53 min

JULIACA -

CAPACHICA

ASFALTADA BUENO 40 km 38 min

II. PARAMETROS DE DISEÑO

2.1 GENERALIDADES

El proyecto “Instalación del servicio de agua para el sistema de riego Capachica” Con elpropósito de satisfacer la impulsión hidráulica necesaria y la energía eléctrica requeridapara en sistema de riego del distrito de Capachica, y cuyo principal objetivo la disminuciónde costos en consumo de energía eléctrica, están divididas en dos bloques defuncionamiento independientemente según las demandas establecidas.

2.2 ALCANCES

El Proyecto comprende la Implementación del sistema de impulsión hidráulica energizado conmódulos fotovoltaicos para el proyecto “Instalación del servicio de agua para el sistema deriego Capachica” en las comunidades del distrito de Capachica, el cual cubrirá la demandadel caudal de bombeo necesaria con la energización de los paneles solares fotovoltaicasen el sistema.

RESPONSABILIDADEl fabricante de los módulos fotovoltaicos y los componentes del sistema de impulsión hidráulica

será responsable de cualquier error u omisión en el diseño de su fabricación, materiales yaccesorios, debido a que cuenta con un periodo de 05 años de garantía.

UNIDADES DE MEDIDATodas las dimensiones y medidas que aparezcan en la documentación técnica del sistema de

impulsión hidráulica y de los módulos fotovoltaicos serán dadas en unidades del SistemaInternacional de Unidades y/o unidades métricas.

NORMASLas especificaciones técnicas, mantenimiento, funcionamiento y usos, están dentro del marco de

las diferentes normas dadas por:

Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI). Dirección ejecutiva de Proyectos del Ministerio de Energía y Minas (DEP -MEM). Código nacional de electricidad.

2.3 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTOEn el proyecto “Instalación del servicio de agua para el sistema de riego Capachica” con partida

“Sistema de captación, impulsión energizado con paneles Fotovoltaicos”, los cuales estánimplementado en dos bloques, el primero consta con diez sistemas de bombeo hidráulicopara cada módulo de reservorio energizado con módulos fotovoltaicos, el segundo constacon cuatro sistemas de bombeo hidráulico de los cuales se hará la instalación ycapacitación respectiva para la maniobra de los equipos; cada módulo contará con lassiguientes características técnicas:

ESQUEMA DE INSTALACION

Este esquema se utiliza cuando las cargas necesitan corriente alterna tales como motores en

bombeo, electrodomésticos en general, etc.


3/20


ESQUEMA DE INSTALACION DE SISTEMA:

Para el proyecto se hará la adquisición de los módulos del sistema de Captación, Impulsión y elsistema fotovoltaico con las características apropiadas a 4000 msnm y certificado con protocolode prueba. Luego se realizará el transporte de todos sus implementos a la zona de estudio(Comunidad del Distrito de Capachica), seguidamente se realizará el montaje e instalación decada módulo con el esquema de instalación descrito, la cual lo realizara un técnico especializadoen la instalación de los módulos, realizándose las pruebas respectivas.Finalmente se procederá con la capacitación a los operadores y beneficiarios realizada porIngenieros Especialistas en la Instalación de Sistemas de captación, impulsión hídrica ySistemas Fotovoltaicos (SF).

3.SISTEMA DE IMPULSION

3.1 ELEMENTOS DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO.

Los componentes básicos de una estación de captación e impulsión de bombeo de aguason los siguientes:

- Caseta de bombeo.

- Equipo de bombeo.

- Grupo generador de energía y fuerza motriz.


4/20


- Tubería de impulsión.

- Válvulas de regulación y control.

- Interruptores de máximo y mínimo nivel.

- Tableros de protección y control eléctrico.

- Sistema de ventilación, natural o mediante equipos.

- Cerco de protección para la protección de robo.

TUBERÍAS DE IMPULSIÓN.

El diámetro de la tubería de impulsión deberá ser determinado en base a un análisistécnico económico; teóricamente puede asumir cualquier valor; sin embargo, existe unvalor para el cual cumple los criterios mencionados.

El análisis debe considerar que si el diámetro adoptado es grande, la pérdida de carga

en la tubería será pequeña y por tanto la potencia de la bomba será reducida;consecuentemente el costo de la bomba será reducido, pero el de la tubería deimpulsión será elevado. El análisis inverso también es valedero, es decir, si adoptamosun diámetro pequeño, al final, el costo de la tubería de impulsión será reducido y elde la bomba será elevado. De acuerdo a esta fórmula la medición de una línea deimpulsión se hace básicamente por imposiciones económicas, por tanto, el valor delcoeficiente K es consecuencia del precio de la energía eléctrica, de los materiales y delas máquinas empleadas en las instalaciones, variando por esto con el tiempo y con laregión considerada.

En el diseño y cálculo de tuberías de impulsión, además, se deben tomar encuenta los siguientes aspectos:

- Dotar al sistema de los dispositivos que aseguren los riesgos debido alfenómeno del golpe de ariete.

- A la salida de la bomba debe proyectarse una válvula de retención y una decompuerta. Asimismo, debe considerarse la instalación de uniones flexibles paramitigar los efectos de vibración.

- El diámetro de las tuberías largas, debe ser calculado con velocidadesrelativamente bajas, generalmente entre 0,6 a 1,50 m/s.

- El diámetro de la tubería de impulsión, para distancias cortas, debecalcularse para velocidades mayores, que esté entre 1,50 a 2,00 m/s.

La tubería de impulsión no debe ser diseñada con cambios bruscos de dirección deflujo. 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 eléctrica.

3.2 DE LA LÍNEA DE IMPULSIÓN.

Para las líneas de impulsión se toma como base una serie de criterios y parámetros,partiendo de las condiciones a las que se encontrará sometida la tubería, como suentorno y el tipo de fluido que conducirá.

Partiendo de datos básicos como caudal, longitud y desnivel entre el punto de carga yde descarga, se parte en la elección de:


5/20


a) Material de la tubería

Tubería de fierro galvanizado inoxidable con el contacto de agua. La tubería debe estardiseñada para una vida útil de 50 años, ser 100% atoxica y no contener sales demetales pesados.

b) Diámetro de la tubería Los criterios de elección del diámetro se basan en un análisis técnicoeconómico.

Criterio Técnico

Para determinar las pérdidas de carga por fricción se utilizó la fórmula de HazenWilliams, utilizando los coeficientes de rugosidad.

La elección de la dimensión del diámetro depende también de la velocidad en elconducto, en donde velocidades muy bajas permiten sedimentación de partículas yvelocidades altas producen vibraciones en la tubería, así como pérdidas de carga

importantes, lo que repercute en un costo elevado de operación.

Las velocidades recomendables son:

- Líneas de Impulsión de 0.6 m/s a 2.0 m/s.

Para su evaluación se toma como información los siguientes datos:

- Caudal de bombeo.

- Longitud de la línea de impulsión.

- Coeficiente de rugosidad de Hazen Williams.

- Niveles de succión y descarga.

- Horas de funcionamiento de la bomba

Coeficientes de rugosidad – C

Empleado para cálculo de la perdida de carga por fricción con la fórmula de HAZEN – WILLIAM y que depende del tipo de tubería a utilizar.

MATERIAL C MATERIAL C

Fundición sin revestir nueva 115 Acero soldado nuevo 130Fundición sin revestir usada 95 Fierro fundido nuevo 100Fundición sin revestir vie ja 85 Acero soldado vie jo 90fundición revestimiento asfaltico 130 Hormigón 110Fundición revestida de mortero 135 Hormigón usado 90Fibro Cemento 135 Hormigón vie jo 65 Acero estirado 135 Plásticos 150

Válvulas de Aire (evacuación y admisión de aire)

La válvula es apropiada para: expulsar a la atmósfera a alta velocidad de flujo durante elllenado inicial del sistema, la introducción de grandes cantidades de aire cuando la


6/20


tubería de drenajes, mantenimiento de la atmósfera presiones en la tubería y prevenir elcolapso de cavitación y daños a los conductos.

Profundidades de excavación y altura de relleno

Se considera profundidades de excavación en el rango de 0.8m a 1.8 m y una altura de

relleno mínima de 1.0 m encima de la clave del tubo.

3.3 CALCULOS JUSTIFICATIVOS REALIZADOS

3.3.1 CALCULO DE CAUDAL DE BOMBEO

Las horas y el caudal de bombeo van íntimamente ligados, ya que si las horas debombeo aumentan, el caudal de bombeo (QB) disminuirá y por el contrario si las horasde bombeo disminuyen, el caudal de bombeo (QB) deberá aumentar. Para determinar

ambos, es preciso saber si el aforo de la fuente tiene la capacidad para soportar elbombeo. La determinación del caudal de bombeo (QB) se puede determinarmediante la siguiente expresión:

QB = Qmb x12/Tb

Dónde:

Qmd: Caudal Máximo Diario 0.415 m3 /s

Tb: Horas de Bombeo Diario 9 horas

QB: Caudal de Bombeo Diario m

3 /s

- CALCULO DE CAUDAL DE DISEÑO y BOMBA:

1.- CAUDAL MEDIO DIARIO (Qmd).

Qmd = 0.415 m3/s

Qmd = 13446 m3/dia

2.- CAUDAL DE BOMBEO (QB).

QB = 0.553 m3/s

QB = Qmb x12/Tb


7/20


3.4 CALCULO DE LA LINEA DE IMPULSION

3.4.1 CALCULO DE DIAMETRO DE IMPULSION DE LA TUBERIA

Es preciso determinar el diámetro de tubería a utilizar ya que de éste dependerá en mucho lapotencia de la bomba; si se adopta un diámetro relativamente grande, resultarán pérdidas

de carga pequeñas y en consecuencia la potencia del sistema de bombeo será reducida; portanto las bombas serán de menor costo, pero el costo de la tubería de descarga será elevadoy si el diámetro de la tubería es pequeño, la tubería será de menor costo pero la bombaserá costosa y consumirá más energía.

Existe un diámetro conveniente para el cual el costo total de las instalaciones es Mínimo, asícomo su operación, a éste se le designa “diámetro económico (De)” y es el diámetro quepermite conducir el caudal requerido a un mínimo costo total entre tubería y operación debombeo. El diámetro económico (De) puede determinarse mediante la siguiente expresión

0.250.5873 b D N Q

Donde:

D=Diámetro económico(m)N=cantidad de horas de bombeo = 9

Q=caudal de bombeo = 0.553 3 /m s

Reemplazando en la formula se tiene:

0.250.5873 9 0.415 D

Por lo tanto:

0.66 D m


8/20


3.4.2 CALCULO DE LA VELOCIDAD MEDIA DE FLUJO

Una vez calculado y establecido el diámetro de impulsión de la tubería en diámetros

normalizados y comerciales se pasa a recalcular nuevamente el caudal y la velocidad mediareales que tendrá el sistema, para ello lo recalcularemos con la ecuación de HAZEN – WILLIAMS Por consiguiente la velocidad media se calculara con la ecuación de continuidad:

Dónde:

Qb: Caudal de Bombeo Qb = 0.553 m3 /s

C: Coeficiente de Hazen – Williams C = 150

D:

V:

Diámetro de la tubería de Impulsión

Velocidad Media del Flujo en la tubería

D =

V

0.66 m

(m/s)

2 2

0.551

3

0.66

4 4

.21 /b bQ QV

D A

m s

Por lo tanto:

1.21 / sV m

El rango de velocidades operativas es el siguiente:

Velocidad máxima teórica: 3 m/seg.

Velocidad máxima práctica: 2.5 m/seg.

Velocidad mínima: 0.6 m/seg.


9/20


CALCULO DE PERDIDAS DE CARGA EN TUBERÍAS DE IMPULSIÓN

Estas se dividen en dos tipos:

Calculo de Pérdidas de carga por Fricción (perdidas primarias)

Con los datos de la velocidad de flujo en el sistema de impulsión se procede con el cálculo dela pérdida por carga por fricción en la línea utilizando para lo cual la ecuación de HAZEN – WILLIAMS el cual se expresa:

A. NUMERO DE REYNOLDS.

.

e

V D Rv

Dónde:

v = viscosidad cinemática

D:

V:

Diámetro de la tubería de Impulsión

Velocidad Media del Flujo en la tubería

D =

V =1.2

0.66 m

1(m/s)

Para 013T , interpolando Se tiene: 6 21.181 10 /v x m s

Entonces:5

6

. 1.21* 0.666.80 10

1.181*10e

V D R x

v

Por lo tanto:5

6.80 10e

R x (flujo turbulento)


10/20


B. RUGOSIDAD RELATIVA.

D

Dónde:=rugosidad de la tubería de fierro fundido = 0.1mm

D: Diámetro de la tubería de Impulsión =0.66m

Por lo tanto:40.0001

1.52 100.66

x D

De acuerdo a la tabla:

Dónde:

/ 5

4

23 231.55 10

/ 1.52 10e

R x D x

5

4

560 560" 36.96 10

/ 1.52 10e

R x D x

Por lo tanto: ! "e e e

R R R se usara la ecuación de:


11/20


C. COEFICIENTE DE FRICCION.

De la ecuación:

se realiza el proceso en una hoja de cálculo de Excel(función objetivo)

Por lo tanto: 0.0104 f

D. PERDIDA DE CARGA

f s H h h

Dónde:

H= perdida de carga total

Hf=perdida de carga por fricción

Hs=perdida de carga singulares o por accesorios


12/20


Se usa el método de la longitud equivalente

. . .

.

( ) .( ) .( )(2 ) f s equiv equiv equiv f V

H h h j l l f l l l l D g

Dónde: L= 699.26mD=0.66mf =0.0104V=1.21m/s

Reemplazando datos:

.

. 0.0104*1.21.( ) .(699.26 8382.74) 4.14

(2 ) 0.66(2*9.81)equiv

f V H l l m

D g

Por lo tanto:4.14

T H m


13/20


SE USA EL ABACA PARA .


14/20


CALCULO DE LA ALTURA DINAMICA TOTAL (ADT)

Para una succión negativa:

2

2 ESTATICA f s

V ADT H H H RP

g

Dónde:

ADT: Altura dinámica total;HESTATICA: Altura estática;

∑Hf: Pérdida de carga por fricción∑Hs: Pérdida de carga singular;Rp: Requerimiento de presión del sistema

V²/2g :Energía cinética a la salida.


15/20


PERFIL DEL TERRENO

PLANO TOPOGRAFICO DE LA LINEA DE IMPULSION


16/20


DEL PLANO DE IDENTIFICA LOS DATOS:

ADT: Altura dinámica total;HESTATICA: Altura estática = 60.98m

∑Hf: Pérdida de carga =4.14mHs: Altura de succión =2.5m

Rp: Requerimiento de presión del sistema =0mV²/2g :Energía cinética a la salida. =0.07m

APLICANDO LA ECUACION DE ENERGIA DE BERNOULLI:

, 1 2

1 2

P P

V V

Entonces reemplazando:

- 2.5 4.14 60.98 ADT


17/20


POR LO TANTO:

67.62 . . . ADT m c a

POTENCIA DE LA BOMBA

.

75

bQ H HP n

Donde:

30.553 / 553 /

67.62

82%

bQ m s lt s

H m

n

Reemplazndo:

. 553(67.62)593.56

75 75(0.82)

bQ H HP hpn

600 HP hp

Por lo tanto:

SE USARA 4 UNIDADES DE BOMBAS DE 150HP

CADA BOMBA IMPULSARA =553

138.25 140 /4 4

bQ

lt s


18/20


CAVITACION

Bomba centrifuga ,modelo 125-40,n=1770rpm

https://www.google.com.pe/imgres?imgurl=http://img.directindustry.es/images_di/photo-g/104833-5667931.jpg&imgrefurl=http://www.directindustry.es/prod/pompe-garbarino-spa/product-104833-1310711.html&h=384&w=568&tbnid=kKTjvKiuapawIM:&docid=9KMoFyhmx-AyMM&ei=bNncVsCXJoaymQGt0byICA&tbm=isch&ved=0ahUKEwjA_Yaltq3LAhUGWSYKHa0oD4EQMwhKKCQwJA


19/20


De la curva se tiene:

3.5 REQUERIDO NPHS m

DE LA TABLA SE TIENE:

PARA:

0

.

: 13

0.131

: 3880 . . . .

6.55 . . .

vapor

atm

para T

p

para h m s n m

p m c a

2.5

0.023

1

succ

f

H m

h m

S

Entonces:

Reemplazando:


20/20


6.55 0.131 2.5 0.023 DISPONIBLE

NPHS

3.896 3.9 DISPONIBLE NPHS m m

Por lo tanto:

DISPONIBLE REQUERIDO NPHS NPHS

Se concluye q no se producirá el fenómeno de la cavitación

Ejemplo de Diseño de Sistema de Bombeo Para Riego 2

Documents

Transcript of Ejemplo de Diseño de Sistema de Bombeo Para Riego 2