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VII Conducciones a presin Curso SewerCAD/GEMS
Pag. 7-1
Conductos a Presin yBombas
Hidrulica
Ecuaciones para clculos en tubos a presin Hazen-Williams (US)
Darcy-Weisbach (Europa y LatAm)
Manning (tpico para sifones invertidos y tuberassobrecargadas)
Energa es aadida al sistema por las bombas
Bombas centrfugas son las ms usadas
La energa proporcionada es llamada Carga deBombeo
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Curva caracterstica de la bomba
Relacin entre la energa adicionada
Carga de bombeo es la diferencia entre lapresin del lado de succin y la del lado de ladescarga
Gasto
Carga
Curva del sistema (Caso Simple)
Gasto
Crcamo
de bombeo
Pozo de
descarga
Piezomtrica
bomba
elevacin
prdidas
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Gasto (lps)
Punto de Operacin
de la bomba
Punto de operacin de la bomba
Otros conceptos adicionales
Otras curvas de las bombas Potencia al freno (brake horsepower)
Eficiencia
Carga Neta Positiva en la Succin (NPSHr)
En el diseo de una bomba, el NPSH disponibledebe ser mayor al NPSH requerido
El Motor debe ser de un tamao apropiado
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Eficiencia
Prdidas de energa ocurren cuando sta se
transforma de una forma a otra
Cada transferencia tiene una eficiencia Eficiencia del Motor brake / input power
Eficiencia de la Bomba water / brake power
Eficiencia Hidrulica water / input power
La eficiencia de la bomba vara con el caudal,mientras que la eficiencia del motor permanecerelativamente constante
El punto de mayor eficiencia es el punto ideal deoperacin para una bomba (BEP-Best EfficiencyPoint)
Seleccin de Bomba
h
QGasto dediseo
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Bombas de velocidad variable
La curva de la bomba puede ser modificada paracualquier velocidad y el dimetro del impulsorpuede ser determinado con las leyes de afinidad
2
1
2
1
n
n
Q
Qy
2
2
1
2
1
n
n
h
h
Q = Gasto de la bomba
h = Carga de la bomban = Velocidad de la bomba
Bombas de velocidad variable
Efectos de la velocidad relativa en la curva de labomba
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Aplicaciones en tramos a presin
Plantas obsoletas sustituidas por estaciones debombeo
Tramos a presin usados para acortar rutashacia una red existente, desde una nuevasubdivisin
Se ubican en la parte baja de un desarrollo pararecoger las aguas servidas en un slo punto
Utilizados en terrenos muy planos
Diseo de estacin de bombeo / tramopresurizado
Determinar la necesidad de bombeos
Dimensionamiento de tramos a presin
Tipo de bombeos (constante vs. vsp)
Eficiencia energtica
Tipo de estacin de bombeo
Nmero y tipo de bombas
Dimensionamiento de crcamos de bombeo
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Dimensionamiento de Bombas y tubos
Parmetro clave en diseo velocidades entre0.6 2.4 m/s con velocidad ptima de 1.5 m/s
Capacidad de diseo de la estacin > gasto pico
Una estacin debe ser capaz de bombear elgasto pico con la bomba ms grande, fuera deservicio
Los caudales en la parte aguas arriba de la red,proporcionan una forma de determinar las
aportaciones de diseo (gasto pico) en unaestacin de bombeo
Curvas del sistema
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 200 400 600 800
Q, gpm
h,ft
D=6 in.
8
10
12
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Dimensionamiento de tramos forzados
Estimacin inicial del dimetro
Determine los mejores dimetros con un rangoamplio de caudales
Construya curvas del sistema para cada dimetro
Encuentre dimetros comerciales disponibles queminimicen costos de energa
V
QkD
D = dimetro
Q = Gasto de diseo (pico)
V= Velocidad deseada
k= 0.64 (sist. Ingls) 35.7
Energa vs. Costos de inversin
0
100,000
200,000
300,000
400,000
500,000
600,000
700,000
800,000
0 2 4 6 8 10 12
Diameter, in
PresentWorth,$ PWEnergy
Capital
Total
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Mltiples bombas en tramos a presin
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
Q, L/s
H,m
All 3 on
2 on
1 on
Tramos a presin y tamao de bombas
Las bombas necesitan ser capaces de operarsobre una variedad de condiciones de flujo
El diseo de las tuberas est controlado por elgasto pico
Si el nivel en el pozo hmedo se incrementa con
las bombas funcionando, entonces los tramos apresin o las bombas deben ser modificadospara garantizar el buen funcionamiento delsistema
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ndices o tasas de bombeo
Los gastos aguas abajo, en un da promedio,puede ser mucho menor que el caudal bombeado
Usar la tasa del gasto pico puede dar tasasexcesivas para tuberas aguas abajo
Estos efectos es mejor simularlos con EPS, elcual rutea los caudales.
Procure que la tasa de bombeo est basada en elgasto medio que llega a la estacin de bombeo
Seleccin de bombas
1. Simule la estacin de bombeo inicialmentecomo influente conocido
2. Utilice caudales conocidos e intente con variosdimetros hasta lograr una gama develocidades razonables.
3. Con todas las bombas encendidas, la velocidaddeber permanecer < 2.5 m/s, pero > 0.6 m/scon 1 bomba operando
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Seleccin de bombas (contina)
4. Con dimetros conocidos, determine elintervalo de piezomtricas a la salida de cadaestacin de bombeo
5. Conociendo las piezomtricas, los niveles delpozo hmedo y los caudales, haga unaseleccin inicial de bombas
6. Inserte las curvas de las bombas seleccionadasen el modelo y simule diferentes situaciones de
operacin
Representando bombas en SewerCAD
3 puntos
Punto de diseo (Design Point)
Potencia constante (Constant horsepower)
Extensin estandar (standard extended)
Extensin personalizada (Custom extended ) Mltiples puntos (Multi point)
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Punto de Diseo (1 Point)
Una bomba puede ser definida con un slopunto de diseo (Hd @ Qd). Desde este punto,la curva se extiende hasta los ejes de carga ygasto mediante la siguiente frmula:
Este tipo de curva es tambin til para diseospreliminares, pero no debe ser usada para un
anlisis definitivo. No es para bombas de flujo axial
Ho = 1.33 x Hd and Qo = 2.00x Qd
Curva de 1 punto
Hd
Qd
h
Q
1.33Hd
2Qd
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Bombas de Potencia Constante
Cuando se desconoce la curva de la bomba, seasume que aade presin al flujo a potenciaconstante Esta aproximacin puede ser prctica para diseos
preliminares y para estimar el tamao de la bomba
No debe ser usada cuando se desean resultados deprecisin
Esta potencia NO es la del motor
Estandar 3 puntos (Standard 3 Point)
Esta curva se define con 3 puntos Carga a gasto nulo (Shutoff head) (Carga mxima
sostenida por la bomba, sin flujo)
Punto de Diseo (Design point)
Punto mximo de operacin (Maximum operating point)(mximo flujo en el que la bomba se desempea demanera predecible)
h
Q
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Extensiones Estandar y Personalizada
Extensin Estndar (Standard Extended) igualque la de 3 puntos, pero con un dato extendidoal punto donde se tiene carga cero. Este puntoes extrapolado por SewerCAD
Extensin personalizada (Custom Extended) -similar a la anterior, pero permite al usuarioingresar el gasto, para carga igual a cero
h
Q
Mltiples puntos
Permite al usuario definir la curva de la bombamediante una tabla Carga vs. Gasto
Usa interpolacin lineal o cuadrtica paraconectar los puntos
Q
h
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Pag. 7-15
Bombas de Desplazamiento Positive
Se usan para bombear polmeros y flujos pesados
Curva muy pronunciada en gasto de operacin
Use mltiples puntos o un nodo con flujo conocido
Q
h
Pozos Hmedos
Proporcionan carga en la succin para evitar laentrada de aire al sistema
Proveen almacenamiento, as las bombas nonecesitan bombear el mismo gasto que ingresa ala estacin de bombeo
El tiempo del ciclo On/off para una bomba develocidad constante es directamente proporcionalal volumen del pozo hmedo
Pueden construirse pozos ms pequeos, cuandose tienen bombas de velocidad variable
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Pag. 7-16
Transicin de sistemas a gravedadhacia estaciones de bombeo
Transicin Hidrolgica Acumula los gastos aguas arriba con flujo local para
determinar el caudal total de aportacin al sistemapresurizado
Transicin Hidrulica del Pozo Hmedo Nivel fijo en el Pozo Hmedo
El nivel inicial de agua en el pozo es usado como condicin defrontera entre el sistema a gravedad y el sistema presurizado
Nivel variable en el Pozo Hmedo Pozo hmedo es ajustado si la carga es insuficiente
Transicin de Sistema Presurizado aSistema por Gravedad
Conservando el Gasto Bombeado Gastos instantneos bombeados son utilizados en los
anlisis de capacidad de los sistemas a gravedad.Llamado conservando el gasto pico
Conservando las Aportaciones Las aportaciones totales del sistema presurizado son
distribuidas al sistema a por gravedad. Llamado tambinconservando el volumen es usado donde ese volumenes requerido para almacenamiento o diseo de plantasde tratamiento
Sin Problemas en SPE
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Puntos Altos Intermedios
Bomba
Expulsinde Aire
Pozo deDescarga
Tubo
LlenoTuboLleno
Lleno con Q altoCanal con Q bajo
Piezom.
Fin
Bombas de otramanera el agua slofluir hacia abajo.