CARCAMOS DE BOMBEO

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

UNIDAD PROFESIONAL ZACATANCO

TEMA: CARCAMOS DE BOMBEO

PRESENTADO POR:

SERNA CUVAS MIGUEL ANGEL

MEXICO DF. MARZO 2015-04-15

CARCAMOS DE BOMBEO

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SERNA CUVAS MIGUEL ANGEL

MEXICO 2015 DF.

CARCAMOS DE BOMBEO

INDICE

INTRODUCCION-------------------------------------------- A

DESCRIPCION-------------------------------------------------1

CAPTACION---------------------------------------------------2

CONDUCCION, MAYAS Y REGILLAS-------------------------------3

CAMPANA Y TUBERIA---------------------------------------------4

EQUIPO DE BOMBEO-----------------------------------------------4

TUBERIA DE DESCARGA---------------------------------------------5

BOMBAS AUXILIARES-----------------------------------------------5

DISPOSITIVOS------------------------------------------------------6

LOCALIZACION-----------------------------------------------------8

DISEÑO-----------------------------------------------------------10

CONCLUCION-------------------------------------------------B

BIBLIOGRFIA---------------------------------------------------C

INTRODUCCION

El manejo del agua residual en una población se lleva a cabo por medio de sistemas de recolección, así como de tratamiento, reusó y disposición. En cada uno de ellos, es necesario contar con una serie de

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muy diversas estructuras. Entre éstas se encuentra los cárcamos de bombeo, cuya función es elevar el agua de una cota inferior a otra superior, con el propósito de hacer que el agua posteriormente llegue a su destino por gravedad. Así mismo, los cárcamos son pieza fundamental para mitigar las inundaciones que ocurren en nuestro país en relación con el drenaje sanitario y pluvial. Puesto que el objetivo básico de un cárcamo es elevar el agua, estos se componen por cámaras, bombas y equipos auxiliares. Los cárcamos de bombeo consisten básicamente de dos componentes, la estructura para interceptar y contener el agua donde se homogeniza la carga de bombeo y se encuentran el equipo complementario, y otra que sirve para proporcionar la energía necesaria para elevar el agua acumulada y que constituye el equipo de bombeo. El diseño de los primeros y la selección de los segundos son básicos para el correcto funcionamiento de los cárcamos. Cabe señalar que, en principio, los cárcamos de bombeo deben ser concebidos como una excepción y no la regla en los sistemas de alcantarillado, dado que dificultan la operación y la tornan más costosa en comparación con los sistemas que operan por gravedad. Sin embargo, se debe reconocer como indispensable para vencer los tramos contra pendiente o mover caudales en terrenos planos. En consecuencia, los cárcamos de bombeo, al igual que su tamaño y ubicación, debe atender a criterios tanto técnicos como económicos. Adicionalmente se debe recordar que en todo momento se bombea agua residual y/o pluvial la cual con frecuencia contiene sólidos y diversos contaminantes que ocasionan problemas adicionales de operación.

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DESCRIPCION GENERAL DE LOS SISTEMAS DE BOMBEO

Un sistema de bombeo es un elemento de conjunto de elementos constituido por los conductos y por medios mecánicos de elevación del agua, así como de una serie de estructuras de elevaciones, que se utilizan para proporcionar energía de presión y energía cinética al agua; y conducirla al alguna fuente natural de aprovechamiento hasta el sitio

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de descarga; estos sistemas se utilizan para diferentes usos; ya sea para irrigación, dotación de agua potable, manejo de aguas negras y pluviales y para la industria, destacando en este último rubro los sistemas de enfriamiento que se emplean en plantas termoeléctricas y núcleo eléctricas.

Estos sistemas requieren diseños especiales muy distintos unos de otros. Su diseño hidráulico debe analizar los efectos del comportamiento del flujo y hacia el cárcamo, el flujo a través de la bomba de los conductos hacia el condensador y en la descarga, los cuales se derivan principalmente de los gastos necesarios para cada uno, y que determinaran el tamaño y dimensiones del sistema.

A continuación se mencionan las partes que lo componen, en general son las siguientes:

CAPTACION CONDUCCION MALLAS Y REJILLAS CARCAMOS CAMPANA Y TUBERIA DE SUCCION EQUIPO DE BOMBEO TUBERIA DE DESCARGA BOMBAS AUXILIARES DISPOSITIVOS DE CONTROL Y ALIVIO CASETA DE OPERACIÓN SUB ESTACION ELECTRICA ALUMBRADO PATIO DE MANIOBRAS ACCESO

(CONAGUA, 2015)

CAPTACION

Para alimentar al sistema, primeramente habrá que ubicar la fuente de abastecimiento la que puede ser el mar, una laguna o algún rio; y dependiendo del tipo de esta, habrá que diseñar la obra de toma, la cual

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es una estructura que nos permitirá extraer en el momento y en el volumen que se requiera.

Figura

La captación deberá proyectarse procurando no modificar relativamente el régimen de dicha fuente, por lo cual se deberá realizar los estudios necesarios para conocer las características más generales de esta y tales como mareas, corrientes, oleaje,

Batimetría y velocidades, temperaturas e inclusive fauna acuática existente. Por su tipo se clasifican en sumergidas y superficiales los cuales deberán cumplir, en su operación básicamente con lo siguiente.

a. Que capten y regulen los gastos necesarios para el sistema; aun cuando se presenten condiciones de bajamar o de estiaje extraordinario.

b. Que reduzca al máximo las pérdidas de energía por entrada y conducción

c. Que eviten a través de rejillas, la entrada de cuerpos flotantes o extraños como troncos escombros o basura.

Adicionalmente a estas condiciones y cuando se trate de una toma sumerjida en un océano, habrá que diseñarla de tal forma que la entrada tenga un doblez normal al hecho donde este asentada, protegiendo la apertura con una tapa horizontal de tamaño y forma tales que el agua entrante viaje horizontalmente a una velocidad suficiente para ahuyentar a los peces; ya que estos solo pueden detectar las corrientes horizontales no asi las verticales.

(CONAGUA, 2015)

CONDUCCION

Posteriormente a la obra de toma habrá que diseñar la conducción, la cual puede ser una tubería, para el caso de bocatoma sumergida o de un canal de acceso cuando la bocatoma sea superficial que es lo más usual en las plantas termoeléctricas y núcleo eléctricas.

Las funciones principales del canal de llamada son:

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a. Conducir el agua de mar hasta el cárcamo, desde un punto donde exista la menor cantidad posible de arena en suspensión.

b. Servir de tanque sedimentado. La poca arena en suspensión que entre por boca del canal deberá sedimentarse dentro del mismo, para evitar que llegue a las bombas. Requiriendo de dragado periódico para mantener la profundidad del proyecto.

c. Regular el gasto que será entregado al cárcamo, mediante compuertas y canales internos mismos que en su diseño debe considerarse el patrón de flujo requerido.

(CONAGUA, 2015)

MALLAS Y REGILLAS

En la parte inmediata a las compuertas de control de flujo del canal de acceso, se construyen estructuras especiales para la limpieza del agua. El cual consiste de rejillas con rastrillo y mallas giratorias, que sirven para retener la basura y cuerpos flotantes e inclusive fangos que pudieran llegar, evitando que estos cuerpos extraños pasen al cárcamo de bombeo y puedan ser succionados por las bombas y por consiguiente dañar las mismas.

Estas mallas y rejillas son de forma y tamaño variados, que dependen del tipo de cuerpos que vayan a retener, del gasto que estará circulando y de su forma de su instalación, operación, limpieza y mantenimiento.

Su colación deberá de ser paralela al flujo para evitar choque directo con los cuerpo circulantes.

(CONAGUA, 2015)

CARCAMO DE BOMBEO

El cárcamo de bombeo o pozo de succión, es un tanque enterrado, que se comunica con la conducción de alimentación, con el canal de la llamada y en el cual se alojan las succiones de las bombas. Los hay

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comunes, que dan servicios a varias bombas y simples, que dan servicio a una sola.

(CONAGUA, 2015)

CAMPANA Y TUBERIA DE SUCCION

La campana de succión en un aditamento abocinado instalado en el extremo inferior de la tubería de succión que conecta directamente a la bomba, es allí donde se transforma el flujo de la superficie libre en el flujo a presión. El objeto principal de esta entrada abocinada es eliminar la separación del flujo. Que ocurre con una entrada de borde agudo, esto asegura que el flujo sea uniforme a través de toda la sección transversal de la admisión, por lo que las pérdidas de cargas asociadas con la admisión serán mínimas,

La tubería o columna de succión, es medida a partir de la zona de impulsor hasta el eje de la tubería de descarga cuando la tubería es vertical y cuando sea horizontal se medirá desde la pared posterior del cárcamo húmedo hasta la brida de succión de la bomba.

(CONAGUA, 2015)

EQUIPO DE BOMBEO

Debido a la importancia que representa el equipo de bombeo en los cárcamos a continuación se presentas los aspectos más importantes.

Este equipo está conformado por el conjunto bomba-motor instalado a lo largo del propio sistema de bombeo y su objeto es proporcionar energía cinética y de presión al agua, para llevarla de un nivel inferior a un nivel superior.

Una bomba hidráulica es un transformador de energía, ya que la energía mecánica recibida a través de una flecha rotatoria, procedente de algún motor eléctrico o de combustible, la transforma de energía cinética de presión y posición del agua al entrar a las tuberías

(CONAGUA, 2015)

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La bomba consta básicamente de dos componentes:

Carcasa e impulsor, la primera es fija y constituye la parte envolvente de la bomba, y la segunda se le llama impulsor o embolo, y de hecho es el corazón de la maquina ya que al girar hace que el agua circule a través de este.

Las bombas se dividen comúnmente por su funcionamiento en dos tipos: las de desplazamiento positivo. Que funcionan por cambios de volumen, el cual pasa a través de un contorno móvil y que al girar obliga al fluido a avanzar a través de la maquina.

El otro tipo son las rotadinamicas, que con su nombre lo indican son aquellas que suministran energía al liquido mediante la acción del impulsor, elemento rotatorio compuesto por alabes y cuyo funcionamiento se basa en las ecuaciones de Euler. (CONAGUA, 2015)

TUBERIA DE DESCARGA

La descarga comprende básicamente al conjunto de tuberías y dispositivos a donde se entrega el agua bombeada, desde la salida de las bombas hasta el lugar donde se inicia la distribución del agua; el diseño de su diámetro y su espesor, son función del gasto, presiones y resistencias del material que lo contribuyen. En esta tubería son donde son colocados los principales dispositivos de control y alivio.

(CONAGUA, 2015)

BOMBAS AUXILIARES

Estas bombas, como su nombre lo indica auxilian, a las propias instalaciones, recayendo principalmente su uso para el lavado de mallas y como equipo contra incendio.

(CONAGUA, 2015)

DISPOSITIVOS DE CONTROL Y ALIVIO

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Los principales dispositivos de control y alivio de un sistema de bombeo son los siguiente:

Valvula de aire-vacio

Valvula de drenaje

Valvula de descarga

Valvula de no retorno

Valvula aliviadora de presión

Cámara de aire

Tanque undireccional

Tanque de oscilación

Con respecto a los demás componentes de un sistema de bombeo no se definen por que se salen de la importancia hidráulica que es lo que nos interesa.

(CONAGUA, 2015)

DESCRIPCION DE LOS CARCAMOS DE BOMBEO

DESCRIPCION

El cárcamo de bombeo es una estructura de forma geométrica simple. Los más comunes son los cilíndricos y prismáticos. Este es un depósito del cual se succiona el agua con las bombas y de hecho es donde se transforma el flujo de la superficie libre a un flujo de presión; sus dimensiones se determinan con base a su funcionamiento hidráulico, al número y tamaño de las bombas que vayan a instalar y el procedimiento empleado en la construcción.

Los cárcamos se dividen en cárcamos húmedos y cárcamos secos.

El cárcamo húmedo es llamado así, porque la zona de impulsores se encuentra sumergida en la masa de agua que se estará bombeando, este tipo es utilizado en las plantas generadoras de energía eléctrica ya que por sus dimensiones y características de construcción resulta el más adecuado para la instalación de sus equipos.

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Un cárcamo seco es donde se ubica el conjunto bomba-motor y los dispositivos de control y alivio, constituyendo de esta forma una casa de maquinas.

LOCALIZACION

Cuando se presenta una demanda de agua en algún lugar y que de acuerdo a las condiciones físicas, se requiera atender esta con equipo de bombeo, de hecho se establece el sitio de descarga sin establecer aun cual será el cárcamo. Analógicamente cuando se ubica la fuente de aprovechamiento que se explotara, se tiene la localización de la obra de toma, de que que la ubicación del sitio sobre el cual se ha de construir el cárcamo, ya sea junto, cerca o lejos de las estructuras, se determinan a través de los siguientes estudios previos:

Estudios técnicos

Visitas de inspección

Ante proyecto

Conociendo los resultados de los estudios anteriores, se estará en posibilidades de establecer la ubicación del cárcamo y obras a fines, para lo cual el suelo deberá de ser estable sin peligro de derrumbes, lejos de cruces con arroyos y de fácil acceso.

Estas características físicas del sitio y en general los datos precisos para el diseño del proyecto se agrupan en los siguientes estudios definitivos.

Topográficos

Hidrológicos

Geológicos

Mecánica de suelos

Costos

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DISEÑO

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Para lograr el funcionamiento hidráulico optimo del carcamo de bombeo su diseño contemplara además de lo enunciado el uso que se le va a dar, esto es, en sus dimensiones se determinan en base al volumen de agua que esta circulando y por ende al numero y tamaño de bombas, por lo que en su diseño definitivo se debe elegir una geometría especial, sobre todo cuando se instalen en el bombas centrifugas de eje vertical. (CONAGUA, 2015)

CALCULO DEL VOLUMEN DEL CARCAMO El volumen mínimo necesario del cárcamo de bombeo depende del tipo de funcionamiento de las bombas. Si éstas son de velocidad variable, de forma que se varía el caudal de bombeo de acuerdo con el agua residual que llega al cárcamo, el volumen requerido es pequeño, siendo suficiente aquel que permita alcanzar el nivel definido para este. Normalmente, este tiempo suele ser inferior a un minuto. En cambio las bombas de velocidad constante o de dos velocidades necesitan mayores volúmenes de almacenamiento para evitar ciclos demasiado cortos. El tiempo entre arranques es función de los caudales de bombeo que entran al cárcamo. En bombas con motores de dos velocidades, el caudal de bombeo es la diferencia entre el caudal correspondiente a cada velocidad. El tiempo mínimo del ciclo de funcionamiento de una sola bomba ocurre cuando el caudal de entrada es exactamente igual a la mitad de la capacidad de la bomba. En estas condiciones, la duración en funcionamiento y paro son iguales. Para caudales de entrada mayores, el tiempo de funcionamiento es mayor y el de paro menor, mientras que para caudales de entrada menores, ocurre lo contrario. En ambos casos el ciclo es mayor. (CONAGUA, 2015)

VOLUMEN MAXIMO En general siempre se establece un tiempo de retención máximo en el cárcamo para minimizar el desarrollo de condiciones sépticas y producción de olores que conduce a su vez a un volumen máximo. A menudo, éste se establece en diez minutos, para el caudal medio del proyecto. Desgraciadamente, este valor se contrapone con la necesidad de disponer de volumen adecuado para evitar ciclos de funcionamiento de las bombas demasiado cortos. Por esto se instalan varias bombas o bombas de dos velocidades para reducir el incremento del caudal de

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bombeo y, en consecuencia, el volumen necesario. Además, se puede minimizar la producción de olores si el nivel mínimo de agua en el cárcamo se encuentra por encima de la zona cuyo fondo tiene una pendiente, lo cual se logra al dicho nivel concuerde con la primera bomba dentro de la secuencia se bombeo. (CONAGUA, 2015)

DIMENSIONES DEL SISTEMA

La función del depósito del cual se va a tomar agua, es proporcionar una distribución del flujo hacia la campana de succión. Una distribución se caracteriza por fuertes corrientes locales que favorecen la formación de torbellinos y con bajos valores de profundidad que pueden introducir aire a la bomba, reduciendo su capacidad y produciendo mucho ruido. El nivel adecuado de profundidad depende, principalmente, del acceso a la toma y del tamaño de la bomba. Los fabricantes de bombas generalmente proporcionan información sobre los problemas específicos, cuando el diseño del cárcamo es en forma preliminar, y si este diseño contiene todos los dibujos necesarios para la instalación que proporcionen las limitaciones físicas del lugar.

Es conveniente mencionar también que un diseño incorrecto de los cárcamos, puede tener implicaciones de gran alcance en el funcionamiento general en la estación de bombeo de ahí que el diseño de la toma, solo se alcance atinadamente a través de su análisis en un modelo hidráulico.

Por lo anterior, el movimiento el movimiento del liquido antes de la succión resultara especialmente crítico, por lo que cada bomba solo rendirá su mejor funcionamiento cuando el flujo que llegue a ella cumpla con un conjunto estricto de condiciones hidráulicas.

La falta de cumplimiento de tales condiciones tiene efectos que pueden llegar a limitar las características de operación de todo el conjunto de bombeo, causar severos daños a las bombas, requiriendo importantes inversiones y costos por concepto de mantenimiento, reparaciones y modificaciones, y además la falta de servicio y dejando inclusive de generar la energía comprometida

(CONAGUA, 2015)

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CONDICIONES DE OPERACIÓN DE CARCAMOS DE BOMBEO

El flujo en el carcamo debe cumplir con las condiciones y las reales determinara el grado de ocurrencia del problema del funcionamiento. (CONAGUA, 2015)

UNIFORMIDAD

En una sección transversal convenientemente definida de la cámara, la magnitud y dirección de las velocidades en todos los puntos de la sección deben ser iguales, la falta de esta condición se debe generalmente a la asimetría de la estructura con respecto a la dirección del flujo y la geometría particular del cárcamo, provocando un giro de la masa liquida hasta la entrada de la campana, así como casos graves, la formación de vórtices sumergidos y de vórtices superficiales con el consiguiente acarreo de aire.

(CONAGUA, 2015)

PERMANENCIA

La magnitud y dirección de las velocidades no deben variar en función del tiempo ya que las velocidades con respecto al tiempo generan fuerzas irregulares, no equilibradas en el impulsor, esto provoca la aparición de vibraciones las cuales con el tiempo pueden dañar los cojinetes y otras partes de la bomba. (CONAGUA, 2015)

UNICIDAD

El flujo debe de ser de una sola fase; es decir no debe de haber arrastre de aire o de vapor. La inclusión de aire en el flujo puede deberse a varias causas; sugerencia insuficiente, altas velocidades y vortocidad. La formación de burbujas de vapor de agua y de aire disuelto es el resultado de bajas presiones deberías en general a los vórtices sumergidos y a las altas velocidades cerca de la campana de succión, presentándose la cavitación en el impulsor y otras partes de la bomba con grandes consecuencias en caso extremos.

(CONAGUA, 2015)

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VORTOCIDAD

En general los vórtices se han divididos en dos grupos:

Los vórtices superficiales y los vórtices sumergidos; los primeros como ya se dijo resultan de una distribución no uniforme del flujo que se acerca a la bomba y son fácilmente visibles en la superficie del agua; mientras que los segundos a diferencia de los primeros solo pueden observarse en el modelo hidráulico además que este tipo de vórtices no arrastran aire en el interior de la bomba; pero pueden formar una columna de vapor que al ser arrastrada por la succión será cortada por las aspas del impulsor, aumentando considerablemente la presión, estas burbujas de vapor se condensan súbitamente implotano, produciendo erosión por cavitación en los componentes del impulsor y en las paredes de la carcasa de la bomba, prácticamente destruyéndola.

Para clasificar la intensidad en forma cualitativa para ambos grupos de vórtices, se recurre en general al criterio de Jhon L Dicmas el cual se describe a continuación, también existe la clasificación para vórtices superficiales debida al alden reserch laboratory, asi como las que utilizan diferentes fabricantes de bombas, como es el caso de la ingersoll-rand y de la kubota L.T.D.

Clasificación según Jhon L Dicmas

(CONAGUA, 2015)

VORTICES SUPERFICALES

Tipo I. inicia con una pequeña depresión (hoyuelo) si la superficie del agua es lisa. Al aumentar la rotación, el vórtice arrastra intermitentemente algunas burbujas de aire que finalmente llegan a ser succionadas. Este tipo de vórtice generalmente no afecta la eficiencia de la bomba solamente el inicio de la vorticidad.

Tipo II. Los vórtices de este tipo presentan una mayor depresión en la superficie y una mayor velocidad de rotación que los del tipo I, pero generalmente intermitentes formándose y desapareciendo en ciclos entre 15 y 20 segundos, la presencia de este tipo de vórtices permite la entrada de cantidades considerables de agua a la succión, pero

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probablemente no en la medida suficiente para afectar la eficiencia de la bomba; pero este tipo de vórtice debe evitarse. (No admisible).

Tipo III. Son vórtices de corazón abierto, de formación continua que permiten la entrada de aire a la succión produciendo ruido. Algunas veces son intermitentes. Cualquier reducción de la sumergencia bajo el nivel que produce este tipo de vórtice causa la suspensión de la succión, este tipo de vórtice es inadmisible.

CONCLUCION:

“Cárcamos de bombeo para alcantarillado funcional e hidráulico”, en el cual se establezcan los criterios fundamentales para proyectar y diseñar adecuadamente cárcamos de bombeo que manejen aguas residuales o pluviales, así como describir la metodología de cálculo.

BIBLIOGRAFIA: http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Publicaciones/Publicaciones/Libros/09DisenoDeInstalacionesMecanicas.pdf

(CONAGUA, 2015)