8/13/2019 Lneas de conduccin por bombeo

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Lneas de conduccin por bombeo.

Generalidades.

Una lnea de conduccin est constituida por la tubera que conduce el agua desdela obra de captacin, hasta el tanque de almacenamiento o red de distribucin, ascomo las estructuras, accesorios, dispositivos y vlvulas integradas a ellas.

La conduccin por bombeo es necesaria cuando se requiere adicionar energa paraobtener la carga dinmica asociada con el gasto de diseo. Este tipo de conduccinse usa generalmente cuando la elevacin del agua en la fuente de abastecimiento esmenor a la altura piezomtrica requerida en el punto de entrega. El equipo debombeo proporciona la energa necesaria para lograr el transporte del agua.

A diferencia de una lnea de conduccin por gravedad donde la carga disponible es

un criterio lgico de diseo que permite la mxima economa, al elegir dimetroscuyas prdidas de cargas sean mximas, en el caso de lneas por bombeos ladiferencia de elevacin es carga a vencer, que va a verse incrementada en funcinde la seleccin de dimetro menores y consecuentemente ocasionar mayorescostos de equipos y de energa, por tanto cuando se tiene que bombear aguamediante una lnea directa al Tanque de Almacenamiento, existir una relacininversa de costo entre potencia requerida y dimetro de la tubera.

Dentro de estas dos alternativas extremas:

- Dimetro pequeo y equipo de bombeo grande lo cual tiene un costo mnimo enla tubera pero mximo en los equipos de bombeos y su operacin.

- Dimetros grandes y un equipo de bombeo de baja potencia, resultando altoscostos para la tubera y bajos para los equipos y su operacin.

Las lneas de conduccin por bombeo, se construyen generalmente con un sistemade tuberas a presin. Sin embargo, en algunos casos se establece un sistemacombinado de tubos a presin y canales abiertos o cerrados, dependiendoprincipalmente de las condiciones topogrficas y geolgicas del lugar.

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Criterios de Diseo.

Caudal de diseo.

El caudal de diseo es el correspondiente al gasto mximo diario (Qm) en el que

se estima considerando el caudal medio de la poblacin para el periodo del diseoseleccionado (Cmd) y el factor (Di) del da del mximo consumo.

Ejemplo.

Con una dotacin o consumo de 300 lt/Hab*da y una poblacin futura de 61000Hab. Determinar el consumo mximo horario, mximo diario y el caudal de diseo.

Consumo mximo diario = 130 - 150% consumo medio.

Consumo mximo horario = 200 230% consumo medio.

Caudal de diseo.

POBLACIN GASTO TOTAL (lt/seg) 3000 10000 hab. 5

10001 20000 hab. 12

20001 40000 hab. 2440001 60000 hab. 4860001 120000 hab. 72

Mayor a 120000 hab. 96

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Sin embargo, no es recomendable ni prctico bombear durante 24 horas. Esfactible reducir las horas de bombeo incrementando el caudal. Se puede utilizar laexpresin:

Sin embargo, se acostumbra, para los casos de sistemas por bombeo utilizar elQm en vez de Qdis , tomando en consideracin que las deficiencias en caudal quepudieran ocurrir durante la operacin puede resolverse aumentando el tiempo debombeo.

Por lo tanto la expresin se transforma en:

Generalmente N < 16 horas.

Seleccin de dimetros

Ser aquella que, satisfaciendo criterios tcnicos, resulte la ms econmica. Sesugiere utilizar 2 o 3 dimetros, variando los rangos de caudal demandado dentrodel perodo de proyecto.

Un procedimiento para la seleccin del dimetro es usando la frmula de Bresse.

Donde:K = 1.3X = (N o de horas de bombeo/24)Qb = Caudal de bombeo en m 3/sg

( )

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Para determinar el mejor dimetro (ms econmico) puede aplicarse la formulasiguiente, ampliamente usada en los Estados Unidos de Norte Amrica. (Similar ala de Bresse, con K=0.9 y n=0.45)

Determinado un D, se escogen tres (2) dimetros comerciales en torno al valor deBresse, con velocidades comprendidas entre 0,6 a 2,0 m/s y se determina lasprdidas de carga y potencia de equipo requerido en cada caso. El anlisis decostos que involucra tuberas, equipo y costos de operacin y mantenimientopermitir seleccionar el dimetro de mnimo costo.

Dimetro Terico.

Para Qb = 0,32 m 3/sg y V = 1,5 m/s

Dimetro Comercial (tubera de PVC).

Dc = 40 cm

Al usar este dimetro se debe corregir la velocidad.

Para el clculo de las perdidas por friccin se utiliza la ecuacin de Manning.

Tubera n

PVC 0,009 Asbesto-Cemento 0,010Hierro Dctil 0,010Concreto Liso 0,012

Acero c/revestimiento 0,012 Acero s/revestimiento 0,014

Tabla 1 Error! No text of specified style in document. .1 Coeficientes de Rugosidad (n) del tubo

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Tuberas

En forma similar a como se determin para la lnea de conduccin por gravedad,habr que determinar las clases de tubera capaces de soportar las presiones deservicio y contrarrestar el golpe de ariete.

Figura 1. Presiones de trabajo para diferentes clases de tubera

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Se deber seleccionar el tipo de tubera en base a la agresividad del suelo y alintemperismo. En este ltimo caso, de usarse el fierro galvanizado se le dar unaproteccin especial.

Aquella en caso que por la naturaleza del terreno, se tenga que optar por tubera

expuesta, se seleccionar por su resistencia a impactos y pueda instalarse sobresoportes debidamente anclados.

Altura dinmica total (Ht)

El conjunto elevador (motor-bomba) deber vencer la diferencia de nivel entre elpozo o galera filtrante del reservorio, ms las prdidas de carga en todo eltrayecto (prdida por friccin a lo largo de la tubera, prdidas locales debidas alas piezas y accesorios) y adicionarle la presin de llegada (figura 2).

Hs = Altura de aspiracin o succin, esto es, altura del eje de la bomba sobre elnivel inferior.

Hd = Altura de descarga, o sea, la altura del nivel superior con relacin al eje de labomba.

Hg = Altura geomtrica, esto es la diferencia de nivel; (altura esttica total)Hs + Hd = Hg

Hftotal = Prdida de carga (totales).

Ps = Presin de llegada al reservorio (se recomienda 2 m).

Ht = Altura dinmica total en el sistema de bombeo, que corresponde a:

Tabla 2 Lnea gradiente hidrulica de la lnea de impulsin

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Caractersticas Hidrulicas.

Diseo.

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Accesorios de la conduccin.

Cmara de vlvula de aire

El aire acumulado en los puntos altos provoca la reduccin del rea del flujo del

agua, produciendo un aumento de prdida de carga y una disminucin del gasto.Para evitar esta acumulacin es necesario instalar vlvulas de aire automticas(ventosas) o manuales.

Cmara de vlvula de purga

Los sedimentos acumulados en los puntos bajos de la lnea de conduccin contopografa accidentada, provocan la reduccin del rea de flujo del agua, siendonecesario instalar vlvulas de purga que permitan peridicamente la limpieza detramos de tuberas.

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Cmara rompe-presin

Al existir fuerte desnivel entre la captacin y algunos puntos a lo largo de la lneade conduccin, pueden generarse presiones superiores a la mxima que puedesoportar la tubera. En este caso se sugiere la instalacin de cmaras rompe-

presin cada 50 m de desnivel.

La tubera de ingreso estar por encima de nivel del agua.

Golpe de ariete.

Es el fenmeno que se presenta debido a una perturbacin en un sistema detubera, como por ejemplo, el cierre de una vlvula o la parada de un equipo debombeo, en este momento y en forma transitoria se produce bruscamente unaumento de presin que viaja en el interior de la tubera el cual desaparece porefecto de la friccin. (mas en el documento tuberas y bombas pagina 52)

Los sistemas de conduccin por bombeo estn sujetos a paradas e interrupcionesbruscas, accin que puede provocar sobrepresiones por el denominado golpe deariete.

En el estudio de este fenmeno hay que abandonar las hiptesis de que el fluidoes incompresible y que el rgimen es permanente. El golpe de ariete es unfenmeno transitorio y por lo tanto de rgimen variable.

Ejemplo.

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Calclese el golpe de ariete en una conduccin de acero de 4000 m de longitud, 1m de dimetro y 9 mm de espesor ( Q = 1,5 m 3/s y T = 3 s).

Velocidad de la onda.

donde:

k = Coeficiente caracterstico del material.

D = Dimetro medio de la tubera.

e = espesor de la pared de la tubera en la misma unidad que el dimetro.

Material K Acero 0,5Hierro dulce 0,5Fundicin de hierro 1Hormign armado 5Fibrocemento 4Polietileno o PVC 33,3

Longitud Crtica.

Velocidad Media.

Golpe de Ariete.

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Por la frmula de Micheaud, antes de aparecer la de Allievi, se hubieraconsiderado:

L c

A

C

B'C'

A'

B

t e c h o

d e p r e

s i o n e s

plano de carga

188 m