Planta de Bombeo Proyecto
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8/18/2019 Planta de Bombeo Proyecto
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Benemérita Universidad Autónoma de
Puebla
Facultad de Ingeniería
Colegio de Ingeniería Civil
Obras Hidráulicas I
Profesor: Ing !osé "scobar #$acón
Planta de Bombeo %et&'uititla
Ubicación: %et&titlán( Hidalgo
Proyectó y calculó: Juan Manuel Mosqueda Sánchez
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14 de Marzo de !1"
)*+I#"1# Justi$icación del Proyecto####################################################################################
# %escri&ción del &royecto#####################################################################################
'# (a)la de de*andas#############################################################################################''#1 +olu*en anual necesario#################################################################################'
'# %istri)ución *ensual del volu*en###################################################################4
4# (ie*&o de o&eración y ca&acidad de la &lanta##################################################4
,# -nidades de )o*)eo##########################################################################################,
"# (ie*&o a.ustado de )o*)eo###############################################################################"
/# Condiciones de escurri*iento y niveles en el río###############################################/
/#1 %istri)ución *ensual del volu*en###################################################################/
/# 0iveles del agua en el río#################################################################################/
# %ise2o de la to*a y conducto#############################################################################/
#1 Cálculo del tirante nor*al#################################################################################/
# Sección del ducto 3levación 56######################################################################
#' 7in del ducto 3levación C6#############################################################################
#4 structura de ca&tación y to*a########################################################################
#, 0ivel de agua en el cárca*o 3levación %6#####################################################
8# Cárca*o de )o*)eo###########################################################################################8
8#1 levación de $ondo 3levación 6##################################################################1!
8# %i*ensiones del cárca*o y dis&osición de las )o*)as###############################1!
1!# Características de los equi&os de )o*)eo###################################################1!
1!#1 Potencia del *otor#######################################################################################1!
1!# %iá*etro de la colu*na y $lecha de i*&ulsión#############################################11
1!#' Cálculo de &9rdidas######################################################################################11
1!#'#1 P9rdidas &or $ricción en la colu*na#######################################################11
1!#'# P9rdidas &or $ricción en la descarga#####################################################11!#4 Carga Mano*9trica######################################################################################1
1!#, Potencia del *otor#######################################################################################1'
1!#" l equi&o de )o*)eo###################################################################################1'
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, !ustificación del Pro-ecto
a &rinci&al actividad del %unici.io de %et&titlán del estado de Hidalgo es la agricultura;que se &ractica &rinci&al*ente de te*&oral< cuenta con tierras de )uena calidad &ero lainseguridad de la dis&osición del agua es una li*itante &ara su desarrollo econó*ico# Su&roducción consiste &rinci&al*ente en *aíz; $ri.ol; cala)aza y trigo#
Se &retende a&rovechar los escurri*ientos del río %et&titlán &ara el )ene$icio de /000$ectáreas de )uena calidad agrícola que &ertenecen al e.ido que da no*)re al &royecto yrelativa*ente cercanas a la $uente; *ediante una ca&tación &or )o*)eo que estudioseconó*icos y de via)ilidad indican que &uede contri)uir al *e.ora*iento econó*ico y)ienestar de nu*erosas $a*ilias de esta zona y ta*)i9n al desarrollo del stado#
/ +escri.ción del .ro-ecto
l a&rovecha*iento quedará constituido &or todos los ele*entos que en general $or*an unsiste*a de riego con ca&tación &or )o*)eo; es decir: o)ra de to*a; ducto de conducción;cárca*o de )o*)eo; tanque de descarga; casetas de control y vigilancia; una su)estaciónel9ctrica; canal de conducción a la zona de riego y una red de distri)ución con canalesrevestidos de concreto#
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1 2abla de demandas
Mediante investigaciones de ca*&o se esta)lecieron las &ro&orciones de los di$erentescultivos que se van a i*&lantar< y &ara el ante&royecto; &or *edio de las $ór*ulas e*&íricas
&ara el cálculo de los usos consuntivos de las &lantas; 3en este caso el *9todo de 5laney yCriddle6; y el calendario de riegos; se determinaron las láminas - demandas mensuales.ara las /000 $ectáreas( alcan&ando un índice global anual bruto de 030 m < el desglosede estos datos se *uestra a continuación:
#ultivo "nero Febrero %ar&o Abril %a-o !unio
Maíz #44 '#1
7ri.ol "#8' "#11 #8' '#/Cala)az
a4#8
(rigo 4# "#"/ 4#/ #,"
Su*a 4#8 4# 1'#" 1!#8 /#8' "#81
#ultivo !ulio Agosto4e.tiembr
eOctubr
e*oviembr
e+iciembr
eMaíz #18 '# 4#1"
7ri.ol #4Cala)az
a '#4 ,#/8 ,# ,#!,
(rigo
Su*a 4#,8 '# /#," ,#/8 ,# ,#!,
%e acuerdo a la ley de de*andas *ensuales:
1, 5olumen anual necesario
V =20' 000,000m
2×0.80m=16
' 000,000m
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1/ +istribución mensual del volumen
MesDistribución
(%)Vol. Mens. en miles de
m3
E 5 858
F 6 64M 1! 2!2"
# 14 216
M 1" 1586
$ 1382
$ 6 18
# 4 64"
1512
& ! 1158
' ! 1"56
D 6 1"1" 1"" 16"""
6 2iem.o de o.eración - ca.acidad de la .lanta
a ca&acidad de la &lanta de )o*)eo de)e satis$acer la de*anda en el *es de *á=i*oconsu*o que de)e cu)rir en vol>*enes iguales diarios; y de&enderá del tie*&o de o&eracióndel equi&o#
Co*o es di$ícil $i.ar a &riori la ca&acidad y el tie*&o de )o*)eo del equi&o se e$ectuó un
análisis econó*ico &ara di$erentes horas de )o*)eo considerando los costos dea*ortización del ca&ital necesario &ara los di$erentes as&ectos del dise2o y de la o&eraciónde la &lanta# ?sí se esti*aron los costos de la estructura; las tu)erías; el canal deconducción; o&eradores; lu)ricantes; energía el9ctrica y los que en alguna $or*a a$ectarán aldise2o de la estructura que se &royecta#
%e esta $or*a se llegó a esta)lecer que el $orario de bombeo más económico es el de ,7$oras diarias; y el gasto &ara satis$acer la de*anda *á=i*a *ensual sería:
Q= 2
' 720,000m
3
3600×30×16=1.574
m3
s
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Para o)tener la ca&acidad de la &lanta y &or consiguiente la del conducto ali*entador y delcanal &rinci&al de salida; es conveniente incre*entar en un !@ &ara cu)rir &osi)lesi*&revistos en la de*anda; quedando:
1.574 m
3
s ×1.20=1.88
m3
s
?.ustando en de$initiva la ca&acidad en ,8 m1 9s; gasto que las )o*)as tra)a.ando encon.unto las horas calculadas; de)erá satis$acer la de*anda *á=i*a distri)uida envol>*enes iguales diarios#
Unidades de bombeo
Considerando el gasto a su*inistrar y el es&acio que será necesario &ara la instalación delos equi&os; se &ro&onen unidades de 0 m1 9s cada una; que &ara su*inistrar el gasto
*á=i*o serían necesarias:
1.90 m
3
s
0.5 m
3
s
=3.8unidades
A ya que el n>*ero seleccionado sólo será requerido &ara cu)rir la de*anda *á=i*a*ensual< el n>*ero adecuado de )o*)as será el que &ueda satis$acer todas las de*andas*ensuales con el *enor n>*ero de )o*)as ociosas< &or tanto se de)en analizar alternativas
&ara di$erentes ca&acidades y n>*ero de )o*)as#n el caso se analizaron alternativas &ara ; ' y 4 unidades de varias ca&acidades;ace&tando la de 1 unidades de 0 m1 9s cada una; ya que el &orcenta.e dea&rovecha*iento anual resultó de ,1#4@; siendo el que *e.or se a.usta al horario de )o*)eoseleccionado#
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4elección del e'ui.o de bombeo
Alternativa: 1 unidades ' ; 000 m1 9s*ero de)o*)as quesatis$acen el
gasto necesario
' ' ' 1
5o*)as sino&erar
1 1 ! ! ! 1 1 1 1 1 1
Bastosu*inistrado &or las )o*)as en
o&eración
1 1 1#, 1#, 1#, 1 1 1 1 1 1 !#,
Doras *áquina
diarias;necesarias &or )o*)a
/#8 #8 1"# 1'#" 8# 1# #, ,#8 14#! 1!#/ 8# 1#/
Doras *áquinadiarias; totales
1,#8 1/#8 ,!#4 4!#/ 8#4 ,#" 1/#! 11#8 #! 1#4 18#" 1#/
Doras *áquina anual *á=i*a E 30×16×12×3=17,280horas
Doras *áquina anual necesarias E 296.3×30=8,889horas
@ de utilización del equi&o E
8889
17.280
×100=51.4
!
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%
* ; 00,6
4 ; 000/
E"A: 1.50m×0.76m=1.14m2
P"E)%"2EO %O!A+O:1.50m+ (2×0.76m)=3.02m
EA+IO HI+EUDI#O:1 .14m
2
3 .02m =0 .377m
A R2/3=1.14×0.522=0.595
POE 2A*2O: H0 ; 0?7 % "4 "D 2IEA*2"*OE%AD
3/ 4ección del ducto G"levación B
"levación B: 3.75m−(0.76m+0.45m+0.15m)=2.39m
l estudio geológico indica que los suelos del &er$il de la sección del &royecto estánconstituidos &or conglo*erados y areniscas esta)les &ara la e=cavación de un t>nelrevestido de concreto ar*ado de '! c* de es&esor; de sección rectangular cerrada en arco;
con &latilla de 1#,! * y altura al e.e vertical de:0.76m+0.45m+0.75m=1.96m
Con longitud de 70 m hasta conectar con el &ozo o cárca*o de )o*)eo#
31 Fin del ducto G"levación #
"levación #: 2.39m−(60m×0.002 )=2 .27m
36 "structura de ca.tación - tomastará &rovista de la estructura de ca&tación de concreto ar*ado con *uros lateralesconvergentes hacia la to*a# (iene &or $inalidad ca&tar y conducir el agua de la $uente en$or*a gradual hacia ella; &rovocando la sedi*entación de los *ateriales en sus&ensión conuna contra&endiente de 006 y una velocidad de entrada no *ayor de !#! *s#
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a to*a será una estructura de concreto ar*ado de !#, * de es&esor al inicio y del anchodel ducto con el &iso a la elevación ,38 msnm; con a&oyo a las re.illas de &rotección hastala elevación 6/8 msnm; y a la torre de o&eración que se eleva hasta la cota 773 msnmarri)a del 0?MI0 nor*al registrado a la 73; estructura que alo.a los *ecanis*os de controlque en este caso; se e$ectuará *ediante agu.as de *adera#
a to*a constituye la entrada del agua al conducto; cuya cota inicial quedará a la elevación/18 m 3lev# 56 de.ando un escalón so)re el &iso de la to*a que retenga los sedi*entos quelleguen a &asar hacia las )o*)as#
3 *ivel de agua en el cárcamo G"levación +
?l $inal del ducto y descarga del agua al cárca*o; se &roducirá un ca*)io de r9gi*en de $lu.oy un tirante crítico que &ara el gasto de 1#8 *'s será de:
asto má=imo: ,8m1 9s
Anc$o+el conducto: ,0 m
"levación #: //? m
Basto unitario:1.90
m3
s
1.5m =1.27
m3
s /m
(irante crítico: dc=3
√1.27
2
9.81=0.55m
Por tanto; el nivel de agua en el cárca*o será:
Elev D= ElevC +dc=2.27m+0.55m=2.82m
8 #árcamo de bombeo
l cárca*o de )o*)eo o &ozo de succión es la estructura vertical donde descarga elconducto de la to*a y se instalan las )o*)as &ara elevar el agua al nivel deseado#
Consistirá en un de&ósito enterrado de sección circular de 4#!! * de diá*etro concretoar*ado y !#4! * de es&esor uni$or*e desde el des&lante hasta la corona ya que seráconstruido hincando anillos &or el *9todo de F&ozo indioG# as di*ensiones $ueron
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deter*inadas &ara la instalación de ' )o*)as )a.o las es&eci$icaciones reco*endadas &or elS(H0%? % I0S(I(-( % DI%H-IC? &ara estas estructuras#
8, "levación de fondo G"levación "
Con el $in de de.ar es&acio en el $ondo &ara el de&ósito de los *ateriales que &udieran llegar hasta las )o*)as causando da2os y a$ectando su $unciona*iento se de.ará una so)reelevación de 1#4! * *ás !#'! * de se&aración a las ca*&anas de las tu)erías de succión#
Seg>n el stándar del -#S#I#D# &ara un gasto de )o*)a de !#,!! * 'sE /#8, g&*; del niveldel agua al &iso del $ondo &ara )rida; ca.a de i*&ulsores; ca*&ana de succión y se&araciónal &iso:
%"+I+A H: 3 PUD ; /, %
"D"5A#I* AD PI4O +"4U##I*:
"D"5A#I* AD PI4O +"D#E#A%O:
Elev D−2.15m=2.82m−2.15m=0.67m
Elev E=0.67m−1.40m=−0.73m
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8/ +imensiones del cárcamo - dis.osición de las bombas
as di*ensiones del cárca*o serán las que &er*itan alo.ar las )o*)as colocadas seg>n lasreco*endaciones del stándar del -#S#I#D# y las tres )o*)as quedarán instaladas en elcárca*o co*o se indica en la $igura su&erior; en un diá*etro de 4#!! * con se&araciones
adecuadas en la tu)ería de descarga#
,0 #aracterísticas de los e'ui.os de bombeo
%e acuerdo a los datos del &royecto; se ado&tarán )o*)as verticales ti&o tur)ina *arcaJohnston o si*ilares accionadas &or *otores el9ctricos una que se tiene considerada laconstrucción de una derivación &ara el e$ecto#
,0, Potencia del motor
os *otores que se &ro&ongan de)erán ser de la &otencia su$iciente &ara la elevación delgasto del &royecto y &ara vencer las &9rdidas de carga que se &roduzcan &or el $lu.o delagua a trav9s de los *ecanis*os de la )o*)a; de la tu)ería de descarga y los accesorios dela instalación< es decir de)erá tra)a.ar contra una C?B? M?0MK(IC? %I0HMIC?#
Seg>n datos del &royecto:
"D"5A#I* +" DA +"4#AEA:
"D"5A#I* +" DA 4UP"EFI#I" +"D
AUA "* "D #E#A%O G+:
#AEA "422I#A
,3/ %
/3/ %
18.2m−2.82m=15.38m≈15.4m
a elevación de la descarga $ue esta)lecida &or la to&ogra$ía y es la que de)erá tener elagua al inicio del canal de conducción &ara entregarla en la zona de a&rovecha*iento a lacota &roveniente &ara su distri)ución#
,0/ +iámetro de la columna - flec$a de im.ulsión
Para el cálculo de las &9rdidas &revia*ente de)erán conocerse las di*ensiones de losele*entos de la )o*)a y que son &ro&orcionadas &or los $a)ricantes# Seg>n ta)las con esa
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5"DO#I+A+: V =0.500
m3
s
0.126m2 =3.97
m
s
EA+IO HI+EUDI#O: r=d
4=
0.40m
4=0.10mr
2 /3=0.2154
#O"FI#I"*2" +" EUO4I+A+: *;00,1
PME+I+A POE FEI##I*: h! =( 3.97m
s ×0.013
0.2154m )2
×38.5m=2.21m
#AEA +" 5"DO#I+A+
"* DA +"4#AEA: hvd=3.97
2
19.62=0.81m
,06 #arga %anométrica
#arga estática:Fricción en la succión:Fricción en la descarga:#arga velocidad de salida:
#arga manométrica:
1,#4 *!#/ *#1 *!#1 *
18# *
,0 Potencia del motor
P=500 LPS× 19.2m
76×0.80=157.9h
Co*o la &otencia del *otor de)erá ser igual o *ayor que la *á=i*a que de*anda la )o*)a;se eligió un *otor co*ercial de /00 $.; que en vista de que el $actor de servicio de estos*otores es de 1,@ &odrían &ro&orcionar una &otencia *á=i*a de hasta:
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200×1.15=230h
,07 "l e'ui.o de bombeo
%e acuerdo con los datos &ro&orcionados &ara el &royecto; la solución ado&tada y loscálculos anteriores; el equi&o de )o*)eo quedará constituido &or tres unidades de las
siguientes características:• Cuer&o de )o*)eo de un solo &aso *arca Johnston o si*ilar con e$iciencia *íni*a
de ,@#• Colu*na co*&leta de succión lu)ricada &or aceite de 1" de diá*etro con $unda
&rotectora y $lecha y 1,#' * de longitud#• Codo ca)ezal de acero; con descarga so)re la su&er$icie &ara reci)ir la colu*na de
succión de 1" de diá*etro; y aco&le de tu)ería de acero del *is*o diá*etro conaccesorios de lu)ricación auto*ática con aceite#
• Motor el9ctrico vertical de $lecha hueca; servicio inte*&erie; tres $ases; "! ciclos; 44!
volts# Con &otencia de !! h&; 11/, r#*# &ara e*&u.e a=ial *á=i*o de ,! Ng#• ?rrancador *anual a volta.e reducido con ca&acidad &ara un *otor de 1, DP;
interru&tor de cuchillas; ' &olos en ca.a *etálica con cartuchos $usi)les ti&oregenerarle#
• (ra*o de tu)ería con descarga de acero de 1" de diá*etro &or O de es&esor con
e=tre*os )ridados de longitud varia)le#• Codo estándar de 8!L de acero o $ierro $undido con )rida#
7or*arán &arte del equi&o las )ases estructurales &ara la instalación en el cárca*o;incluyendo una gr>a via.era que inicial*ente servirá &ara colocarlo y &osterior*ente &arasu *ovilidad &or cualquier eventualidad#
ugar y $echa: D# Pue)la de aragoza a 14 de *arzo de !1"Proyectó y calculó: Juan Manuel Mosqueda Sánchez
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