planta de bombeo proyecto

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

5


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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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