tesis sistema de bombeo

Upload: albertomorales

Post on 06-Jul-2018

388 views

Category:

Documents


11 download

TRANSCRIPT

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    1/80

    P á g i n a  | 1

    UNIVERSIDAD NACIONAL DE ALTIPLANO- PUNO

    FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA

    Y SISTEMAS

    ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

    TESIS

    “DISEÑO Y SELECCIÓN DE COMPONENTES PARA UNA PLANTA DE

    BOMBEO DE AGUA POTABLE EN LA COMUNIDAD DE HUARIZÁN – 

    HUANCANÉ” 

    PRESENTADA POR:

    BACH. AURELIO MAMANI MAMANI

    PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE :

    PUNO , ENERO DEL 2013

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    2/80

    P á g i n a  | 2

    CAPÍTULO I

    PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

    1.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

    En los años venideros la limitación de recursos Hídricos tendrá

    graves consecuencias sobre el abastecimiento adecuado y seguro de

    agua para las ciudades y la población rural. Para poder abordar estos

    problemas, los gobiernos y autoridades de turno del área y a cargo del

    suministro de agua ya están tomado las medidas convenientes para las

    ciudades, pero para la población rural, como muchas de nuestra región,

    no es así, debido a muchos aspectos; principalmente el económico, por lo

    que las instituciones que tienen que ver con la solución de los problemas

    del agua, deben concentrar esfuerzos y recursos en el desarrollo de

    tecnologías de bajo costo fáciles de comprender, operar y mantener en el

    área rural.

    Si bien la población de centros urbanos tiene agua de calidad

    relativamente bueno, las comunidades rurales están lejos de tener un

    suministro adecuado. En las regiones rurales el agua potable y el agua

    para otros fines domésticos se obtiene de varias fuentes: Captación de

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    3/80

    P á g i n a  | 3

    agua de lluvia, el agua de pozos profundos o superficiales, ríos, lagunas,

    estanques, arroyos. De estas fuentes, el agua de pozos profundos o

    superficiales, es la más segura en términos de enfermedades transmitidas

    por el agua, para su uso como agua potable y para otros fines como para

    la agricultura y la ganadería, que es el sustento de las comunidades

    campesinas.

    De la población de nuestra región un buen porcentaje vive en el

    área rural y más de la mitad carece del líquido elemental; nuestros

    campesinos practican la agricultura de subsistencia y cultivan productos

    tradicionales básicos escasamente rentables, siendo un factor principal

    para estos resultados el no contar con el agua para regar sus tierras ydependen solamente de las aguas de la lluvia. Esta población rural, es un

    sector habitualmente desprotegido, y sin embargo son la clase mayoritaria

    que soporta la economía de nuestro país.

    En este contexto es necesario aportar para dar solución al

    problema del agua en las comunidades rurales, el proyecto de

    investigación que se desarrollará contribuirá a solucionar de los

    problemas más importantes de las comunidades rurales que es el

    abastecimiento del agua, a través del diseño y selección de sistema de

    bombeo para agua potable en la comunidad de Huarizán  –  Huancané,

    considerando diversas condiciones de nuestra región en cuanto a

    características tales como capacidad de fabricación local, costo de

    fabricación, confiabilidad, durabilidad y capacidad de mantenimiento a

    nivel mundial.

    Este tipo de investigación no es llevado a cabo por fabricantes

    nacionales de maquinarias agrícolas, ya que ellos enfocan su apoyo

    exclusivamente a líneas de alto costo que tiene un mercado más rentable.

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    4/80

    P á g i n a  | 4

    Todo el trabajo de investigación en mecanización, queda solo como

    idea sobre el prototipo.

    Esta situación puede tener las siguientes explicaciones:

    -  Los servicios de extensión agrícola no son capaces de llevar

    adecuadamente las nuevas tecnologías al campesino.

    -  El tamaño de sus parcelas son pequeñas o su topografía del

    terreno no es susceptible del uso de maquinaria agrícola de gran

    capacidad.

    -  La situación financiera del campesino no le permite que invierta en

    maquinaria y no existen líneas de crédito eficientemente parapromover la inversión de su parte.

    -  El sector agrícola cuenta con abundante mano de obra que realiza

    duros trabajos con la técnica inadecuada y sin el costo de

    maquinaria.

     Aunque en muchas circunstancias algunos de estos aspectos

    posiblemente sean relevantes, el problema central se considera

    que sea el aislamiento del investigador, potencial generador de

    tecnología; de la situación real del campesino, más teniendo en

    cuenta que no existen instituciones privadas ni estatales que lo

    ayuden financieramente.

    Considerando lo anterior, la escuela profesional de

    Ingeniería Mecánica Eléctrica, pretende suplir ese problema a

    través de la realización de Tesis, realizando un trabajo de

    investigación, pretendiendo Diseñar y Seleccionar un sistema de

    Bombeo para agua potable para la comunidad de Huarizán  – 

    Huancané.

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    5/80

    P á g i n a  | 5

    1.2. PROBLEMA

    El suministro de agua potable en comunidades y centros poblados

    de la región Puno es bastante ínfimo, en tal razón se hace necesario

    investigar tecnología adecuada para resolver este potencial problema.

    De acuerdo con el enunciado del problema podemos plantear la

    siguiente interrogante. ¿En qué medida se podrá proyectar un sistema de

    bombeo de agua diseñando y seleccionando los componentes requeridos

    para el abastecimiento de agua potable en comunidad de Huarizán?.

    1.2.1 Problemas específicos

    ¿El diseño y selección de componentes del sistema de bombeo de agua

    permitirá contribuir en la implementación y abastecimiento de agua

    potable en la comunidad de Huarizán?.

    ¿En qué medida se podrá seleccionar adecuadamente los accesorios de

    un sistema de planta de bombeo?

    ¿En qué medida influirá la selección de bombas y componentes a una

    toma de decisión económicamente viable, para las familias campesinas

    de la comunidad de Huarizán para sus diferentes usos como fisiológicos,

    domésticos y agrícola?.

    1.3. OBJETIVO GENERAL.

    Diseñar y seleccionar los componentes de un sistema de bombeo

    de agua potable en la provincia de Huancané, más específicamente para

    la comunidad de Huarizán.

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    6/80

    P á g i n a  | 6

    1.3.1 Objetivos específicos.

      Diseñar y seleccionar una bomba adecuada para el abastecimiento de

    agua en condiciones salubres para el consumo humano, ganadero y

    agrícola y otras necesidades de los habitantes de la comunidad

    campesina de Huarizán – Huancané. 

      Seleccionar los componentes del sistema de bombeo bajo cálculos

    que impliquen una adquisición de materiales adecuados para el

    sistema de bombeo de agua potable. 

      Efectivizar los cálculos económicos que impliquen los gastos de fluidoeléctrico, por funcionamiento de la bomba seleccionada bajo diseño.  

    1.4. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

    El Sistema de Bombeo para agua potable en la comunidad de

    Huarizán- Huancané de tipo vertical sumergible, permitirá la eficiencia desucción del agua, donde se desarrollará tecnología de otras partes del

    mundo al desarrollo doméstico, ganadero y agrícola de la región.

    Permitirá a los estudiantes de la escuela profesional, disponer de

    una metodología académica de diseño, como la aplicación de la teoría de

    los cursos de Mecánica de fluidos, turbomáquinas, diseño de máquinas y

    construcción de máquinas.

    El desarrollo del proyecto de investigación permitirá evaluar

    tecnologías seleccionados para solucionar el problema de la

    disponibilidad de agua para diferentes usos, de las comunidades rurales

    como Huarizán – Huancané.

    El proyecto de investigación nos permitirá nuevas oportunidades

    para investigar diseño técnico adecuado a las condiciones del mundo

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    7/80

    P á g i n a  | 7

    andino, desarrollando un sistema de bombeo de agua potable para uso

    doméstico en la región y en el país. Por tanto, el diseño técnicamente

    adaptado a nuestras condiciones reales de nuestra región debe demostrar

    sus ventajas para el desarrollo de sistemas rurales de abastecimiento de

    agua.

    Es difícil especificar un diseño técnico óptimo de sistema de

    bombeo por razones prácticos, debe ser un acuerdo entre una variedad

    de factores, como sencillez, facilidad de montaje y selección de

    componentes y también altos ejercicios mecánicos y volumétricos; pero el

    proyecto de investigación, técnicamente nos permitirá esa posibilidad.

    El proyecto en suma, permitirá el desarrollo de una tecnología para

    el abastecimiento de agua: el sistema de bombeo.La justificación económica del proyecto de investigación tiene

    varios aspectos, siendo uno que el pobre bolsillo de los campesinos

    frecuentemente no alcanza a cubrir el costo de la maquinaria agrícola,

    específicamente las bombas; y desafortunadamente las líneas de crédito

    son casi escasas y mal llevadas y en caso de ser eficientes prosperarían

    bastante la situación del campesino. En ese sentido la bomba a diseñar,

    se pretende que sea de un diseño sencillo, técnicamente óptimo desde el

    punto de vista económico lo más accesible a la economía de los

    pobladores de la comunidades rurales como Huarizán – Huancané.

    La perspectiva futura de utilizar el sistema de bombeo es

    suministrar de agua potable a la comunidad campesina de Huarizán  – 

    Huancané y propiciará el desarrollo agrícola, elevando el nivel económico

    de la población.

    Otra justificación económica fundamental del sistema de bombeo

    es que eleva el nivel de vida de los comuneros de Huarizán, porque el

    costo de consumo de energía eléctrica será cómodo.

    El proyecto de investigación contribuirá a cumplir uno de los

    objetivos fundamentales de la escuela profesional de Ingeniería Mecánica

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    8/80

    P á g i n a  | 8

    Eléctrica y por ende de nuestra Universidad: la proyección social a las

    comunidades rurales.

    Desde el punto de vista social, el sistema de bombeo de agua

    aprovecha la red de electricidad que soluciona los problemas de agua en

    la comunidad de Huarizán por que la población ya no tendrá que recorrer

    varios kilómetros para obtener el líquido elemental como para usos

    domésticos, ganaderos y agrícolas.

    La cantidad de agua que bombea la bomba hidráulica durante dos

    horas, sería suficiente para elevar el nivel social de los pobladores, al

    cubrir las necesidades diarias del consumo de agua de las personas y

    animales, para su alimentación, higiene y para fines agrícolas. De la

    siguiente característica:

    Tabla N° 1.1 Consumo promedio de agua de una comunidad rural.

    Cantidad Consumo Consumo Diario(L/hab) sierra

    Total

    8000 Personas 50 400000

    TOTAL 400000 L

    Fuente: MINSA- Puno-Perú 2012 

    El consumo diario de esta comunidad sería de 400000 L = 400 m³

    la experiencia en el campo del diseño nos permitirá ofrecer servicios de

    Ingeniería para solucionar problemas de la sociedad y de la industria.

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    9/80

    P á g i n a  | 9

    1.5 HIPÓTESIS GENERAL

    Con las ecuaciones de diseño para bombas, existentes dentro de la

    literatura se podrá diseñar y seleccionar los componentes

    adecuados, para un sistema de bombeo de agua potable en la

    comunidad de Huarizán - Huancané

    1.5.1 Hipótesis específica

    Calculando el caudal necesario y el diámetro de succión de

    la bomba se podrá dimensionar el volumen y tiempo de

    llenado del líquido bombeado.

    Calculando de conformidad a la bomba, con las ecuaciones

    de Darcy y Bernoulli nos permitirá seleccionar los

    componentes de un sistema de bombeo.

    Calculando los costos del material del sistema eléctrico,

    sistema hidráulico, montaje del sistema eléctrico y montaje

    del sistema de bombeo.

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    10/80

    P á g i n a  | 10

    CAPÍTULO II

    MARCO TEÓRICO

    2.1 ANTECEDENTES

    El gran impulso que ha tenido hasta la actualidad la utilización de

    las bombas hidráulicas, tanto en plantas de sistema de bombeo de agua

    potable y en diferentes procesos industriales. El desarrollo de los

    diferentes métodos para generar transporte de agua por el año de 1919, y

    desde entonces se dio a diferentes cambios, para hacer cada vez más

    eficiente las Bombas Hidráulicas.

    Las Bombas Hidráulicas están constituidas por un conjunto

    integrado de diferentes componentes, cuya finalidad es aprovechar

    eficientemente el caudal que genera ya sea por consumo de combustible

    o fluido eléctrico, para hacer posible la succión del agua a una diferencia

    de altura, elemento de primordial importancia en el campo del sistema de

    agua potable e industrial por sus múltiples aplicaciones.

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    11/80

    P á g i n a  | 11

    2.1.2 Bomba hidráulica

    Estas máquinas por lo general, operan bajo un caudal, altura, y

    velocidad de rotación constante. Por lo tanto, éstas son diseñadas para un

    punto de operación en particular y que se denomina punto de

    funcionamiento y no requiere de un dispositivo de regulación de caudal o

    distribuidos. En condiciones ideales, el punto de funcionamiento coincide

    con las máximas eficiencia de la máquina.

    2.1.3 Diseño de bomba hidrodinámico

    La energía cinética entregada al fluido debe ser transformada, todao parcialmente, en energía de presión o potencial; es decir que el fluido

    debe ser desacelerado a lo largo de su trayectoria que va desde el

    impulsor hasta la cámara espiral o voluta. Esta desaceleración por lo

    general es muy sensible al fenómeno de separación y, por lo tanto, con la

    formación de remolinos. Para evitar estos fenómenos anormales, los

    pasajes del impulsor son realizados de grandes canales lisos con

    incremento gradual de su sección transversal. Las pérdidas por fricción en

    estos canales, son relativamente altas.

    2.2 RELACIÓN PRESIÓN – ELEVACIÓN

    La relación que existe entre un cambio de elevación h,en un líquido

    cambio en la presión, Δp, es:

     Δp=ϒh 

    (2.1)

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    12/80

    P á g i n a  | 12

    Donde:

    ϒ= peso específico del líquido.

    h = cambio en la elevación.

    Fuente: Mott, R. 1996

    2.2.1 Presión expresada como la altura de una columna de

    líquido.

    Cuando medimos presiones en algunos sistemas de flujo de fluidos, lamagnitud de la lectura de presión, a menudo, es pequeña. En ocasiones

    se utilizan manómetros para medir tales presiones y los resultados están

    dados en unidades como m. de agua, en lugar de unidades

    convencionales de Pa. ó lb/pulg².

    Para convertir estas unidades a las que se necesitan para efectuar

    los cálculos, se debe utilizar la relación presión – elevación:

    p=ϒh (2.2) 

    De donde:  

     P h  

      (2.3) 

    Fuente: Mott, R. 1996

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    13/80

    P á g i n a  | 13

    2.3 ECUACIÓN DE CONTINUIDAD

    Un flujo fluye de la sección 1 a la sección 2 con una velocidad constante.

    Esto es, la continuidad de flujo que pasa por cualquier sección en un

    cierto tiempo dado es constante.

    222111  V   AV   A        

     (2.4)

    Si el líquido es incompresible, ρ₁ = ρ₂ 

    (2.5)

    21  QQ  

      (2.6)

    Fuente: Mott, R. 1996

    2.3.1 Ecuación de bernoulli

    Cuando se analizan problemas de fluido en tubería, el elemento de fluido

    tendrá las siguientes formas de energía.

      Energía potencial: debido a su elevación, respecto a algún nivel de

    referencia es: Z

      Energía de presión: debido a su velocidad, la energía cinética delelemento es: V²/2g

      Energía de presión: representa la cantidad de trabajo necesario para

    mover el elemento o fluido a través de una cierta sección en contra de la

    presión p = p/ϒ si no se agrega energía al fluido o se pierde entre las

    2211  V   AV   A  

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    14/80

    P á g i n a  | 14

    secciones 1 y 2, entonces el principio de conservación de la energía,

    Ecuación de Bernoulli, establece que:

    2

    2

    2

    2

    2

    1

    1

    1

    22   g V   Z  P 

     g V   Z  P 

          

    (2.7)

    Fuente: Mott, R. 1996

    2.4 PÉRDIDA DE ENERGÍA DEBIDO A LA FRICCIÓN

     A medida que un fluido fluye por un conducto, tubería o dispositivo,ocurren pérdidas de energía debido a la fricción interna en el fluido, la

    ecuación de Darcy permite calcular la pérdida de energía:

     g 

     D

     L  f  h L

    2

    2

     

    (2.8)

    Donde:  Lh  = Longitud de conducto (m).

    2V   = Velocidad del flujo promedio (m/s).

    K = Coeficiente de resistencia (adimensional).

    Fuente: Mott, R. 1996

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    15/80

    P á g i n a  | 15

    2.4.1 Pérdida de energía debido a dispositivos

    Las pérdidas son menores debido a presencia de válvulas, juntas,

    cambios en el tamaño de sección del flujo y cambios en la dirección del

    flujo.

    La pérdida de energía son proporcionales a la velocidad del fluido, las

    pérdidas de energía se reportan en términos de un coeficiente de

    resistencia K, de la siguiente forma: 

     g 

     K h L 2

    2

      (2.9) 

    Donde:

    L = Pérdida de energía (m)

    D = Diámetro del conducto (m)

    V = Velocidad del flujo promedio (m/s)

    f = factor de fricción (sin dimensiones)

    Fuente: Mott, R. 1996

    2.5 PRESIÓN DINÁMICA Y ESTÁTICA.

    Si la ecuación de Bernoulli le multiplicamos por ϒ (peso específico),

    podemos reescribir este principio este principio en forma de suma de

    presiones, de esta forma el término relativo a la viscosidad se llamará

    presión dinámica, los términos de presión y altura se agrupan en la

    presión estática.

    2

    2V   

     CONSTANTE  Z  p       

      (2.10) 

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    16/80

    P á g i n a  | 16

    Presión PresiónDinámica Estática

    Fuente: Mott, R. 1996

    2.6 PARÁMETROS Y ECUACIONES FUNDAMENTALES DE BOMBAS

    2.6.1 Presión

    Se define la fuerza por unidad de área. En la siguiente Figura 2.1, se

    aclaran otros términos.

    Figura 2.1

    Fuente: KENNETH, J. M. 1998

    2.6.2 Altura de Carga

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    17/80

    P á g i n a  | 17

    Es la columna de fluido que ejerce sobre su base una presión tal como “P”  

      

     P  H   

      ( 2.11 ) 

    Donde: P = Presión

    D = Diámetro del conducto (m)

    ϒ = Peso específico del fluido

    2.6.3 Altura de Carga de Posición (Geodésica)

    Es la altura de un punto dado respecto a un nivel de referencia.

    Gráfica 2.2

    Fuente: KENNETH, J. M. 1998

    2.6.4 Altura de Velocidad

    Es la energía asociada a la velocidad expresada en términos dealtura.

    POSICI N 1

    ALTURA DECARGA DEPRESIÓN

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    18/80

    P á g i n a  | 18

     g 

    V h

    2

    2

      (2.12)

    Donde: V= Velocidad media

    h = Altura de velocidadg = Aceleración de la gravedad

     Fuente: Crane, CO. (1982)

     

    2.6.5 Altura de Carga Estática

    En el gráfico 2.3 se ilustra este término.

    Fuente: KENNETH, J. M. 19982.6.6 Cavitación.

    Se denomina cavitación a la formación y colapso o ruptura de

    burbujas de vapor en el medio líquido que está siendo bombeado.

     ALTURA DE CARGA EST TICA DE ASPIRACI N

    ALTURA DE CARGAESTÁTICA

    TOTAL

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    19/80

    P á g i n a  | 19

    Esta condición puede ser el resultado de excesiva temperatura del medio,

    alta concentración de vapor en el líquido, cañerías de succión de longitud

    excesiva o dimensionamiento inadecuado, válvulas bypass o excesiva

    turbulencia en la línea por alta velocidad del líquido.

    La energía que se libera durante la ruptura de las burbujas en la succión

    de la bomba causa la erosión de las paredes interiores de la envolvente,

    eje y rotor o rodete como así también juntas y sellos; en las paredes

    metálicas tiende a formarse picaduras localizadas (pitting) y los

    elastómeros pueden parecer rasgados y deshilachados.

    La cavitación es un fenómeno que aparece cuando un líquido se

    mueve en una región donde la presión es menor que la presión de vapor;allí el líquido hierve y forma burbujas de vapor en su seno. Las burbujas

    de vapor son arrastradas con el líquido hasta una región donde se alcanza

    una presión más elevada y allí descansen. Una vez que la burbuja se

    produce un desplazamiento de las partículas de fluido que la rodean y que

    se permitan para colmar el vacío así creado, produciéndose un impacto

    localizado conocido como golpe de ariete.

    Un factor importante para el funcionamiento satisfactorio de una

    bomba es evitar la cavitación, tanto para obtener un buen rendimiento

    como para evitar daños en el impulsor. Cuando un líquido pasa por el

    impulsor de una bomba, se produce un cambio de presión. Si la presión

    absoluta de un líquido cae por debajo de presión de vapor, se producirá

    cavitación. Las zonas de vaporización obstruyen el flujo limitando la

    capacidad de la bomba. Cuando el fluido avanza a una zona de mayor

    presión, las burbujas colapsan y su implosión puede producir un picadodel impulsor la cavitación suele producirse con más frecuencia cerca de la

    salida (periferia) de los impulsores de flujo radial y mixto, donde se

    alcanzan las velocidades mayores. También puede aparecer en la

    aspiración del impulsor, donde las presiones son menores. En el caso de

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    20/80

    P á g i n a  | 20

    las bombas de flujo axial, l parte más vulnerable a la cavitación es el

    extremo de los alabes.

    Los ingenieros deben estar capacitados para detectar rápidamente

    los signos de la cavitación e identificar correctamente su tipo y la causaque la produzca, para así poder eliminarla o atenuarla con el fin de evitar

    pérdidas de producción, daños al equipo y lo peor de todo, lesiones al

    personal. Una comprensión correcta de estos conceptos es una

    herramienta clave para el diagnóstico y la solución a cualquier problema

    de bombeo. (PDVSA, 1997) 

    2.6.7 Carga neta positiva de succión, NPSH

    El NPSH por sus siglas en ingles “Net Positive Succión Head” o

    carga neta positiva de succión es la energía disponible o requerida para

    forzar un líquido determinado a viajar a través de una tubería al centro del

    impulsor de una bomba sin vaporizarse. Su determinación implica la

    consideración de la energía potencial y de presión del sistema de succión.

    2.6.8 Carga neta positiva de succión requerida, NPSHr

    El NPSH requerido es la cantidad mínima de energía requerida o

    presión necesaria para que el líquido fluya sin vaporizarse desde la brida

    de entrada de la bomba hasta el centro del impulsor. Por lo general, es

    expresada como una carga de agua (pies del líquido) y corresponde a una

    característica individual para cada tipo bomba según el tipo de marca,

    diseño y modelo. Este valor es designado por el fabricante para unaoperación satisfactoria a las condiciones nominales especificadas.

    2.6.9 Carga neta positiva de succión disponible, NPSHd

    El NPSH disponible  se define como la cantidad de energía

    disponible que posee la línea de aspiración de la bomba

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    21/80

    P á g i n a  | 21

    (independientemente del tipo de esta) por encima de la presión de vapor

    del líquido a la temperatura de bombeo. Este valor depende de los

    cambios de presión, temperatura y de las características del sistema de

    succión, tales como: la presión absoluta y el nivel del líquido en el

    recipiente de succión, las pérdidas de energía por fricción (tuberías,

    válvulas y accesorios), la densidad y la presión de vapor del líquido. Si se

    varía cualquiera de estos parámetros el NPSHd puede alterarse. En la

    Tabla2.1 se presenta un resumen general sobre su comportamiento.

    Tabla 2.1 Variaciones del NPSH disponible

    Fuente: (PDVSA, 1997).Los líquidos puros requieren de un alto NPSH disponible, ya que

    todo el líquido tiende a vaporizarse a la misma condición de presión y

    temperatura, es decir; el líquido tiene un punto de ebullición único. En

    cambio los flujos de mezclas líquidas tales como; las corrientes típicas de

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    22/80

    P á g i n a  | 22

    refinería causan una reducción en el NPSH requerido con respecto a las

    corrientes puras, porque sólo una porción de la mezcla ebulle inicialmente.

    Por lo tanto, el requerimiento del NPSH para hidrocarburos líquidos tiende

    a ser menor que la del agua a la misma temperatura (PDVSA, 1997).

    En la Figura 2.4, se presentan cuatro configuraciones típicas de un

    sistema de succión, en las que pueden determinarse el NPSH disponible.

    Fuente: (PDVSA, 1997)

    Cuando el NPSH disponible cae por debajo del valor del NPSH requerido

    o la presión de succión sea menor que la presión de vapor, la bomba

    empezará a cavitar y a perder eficiencia. Por lo tanto, es necesario que el

    NPSH disponible en la instalación sea mayor o igual que el NPSH

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    23/80

    P á g i n a  | 23

    requerido por la bomba y que la presión de succión sea mayor a la presión

    de vapor.

    NPSH disponible ≥ NPSH requerido 

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    24/80

    P á g i n a  | 24

    CAPÍTULO III

    CONSIDERACIONES PARA LOS PARÁMETROS DE DISEÑO DE LA

    BOMBA HIDRÁULICA

    3.1 CONCEPTO DE BOMBA

    Las bombas son dispositivos que se encargan de transferir energía

    a la corriente del fluido impulsándolo, desde un estado de baja presión

    estática a otro de mayor presión. Están compuestas por un elemento

    rotatorio denominado impulsor, el cual se encuentra dentro de una carcasa

    llamada voluta.

    Inicialmente la energía es transmitida como energía mecánica através de un eje, para posteriormente convertirse en energía hidráulica. El

    fluido entra axialmente a través del ojo del impulsor, pasando por los

    canales de éste y suministrándosele energía cinética mediante los álabes

    que se encuentran en el impulsor para posteriormente descargar el fluido

    en la voluta, el cual se expande gradualmente, disminuyendo la energía

    cinética adquirida para convertirse en presión estática.

    Figura 3.1 bomba centrífuga

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    25/80

    P á g i n a  | 25

    3.1.2 Concepto resumen de bombas. 

    Las primeras bombas de las que se tiene conocimiento, sonconocidas de diversas formas, dependiendo de la manera en que se

    registró su descripción, como las ruedas persas, ruedas de agua o norias.

    Todos estos dispositivos eran ruedas bajo el agua que contenían cubetas

    que se llenaban con agua cuando se sumergían en una corriente y que

    automáticamente se vaciaban en un colector a medida que se llevaban al

    punto más alto de la rueda en movimiento. La existencia, en algunas partes

    de Oriente, de ruedas semejantes ha continuado aun dentro del siglo veinte.

    Sin embargo, es probablemente más interesante el hecho con todo el

    desarrollo tecnológico que ha ocurrido desde los tiempos antiguos,

    incluyendo la transformación de la potencia del agua en otras formas de

    energía, hasta la fisión nuclear, la bomba queda probablemente como la

    segunda máquina de uso más común, excedida apenas por el motor

    eléctrico.

    Puesto que las bombas han existido por tanto tiempo y su uso está

    tan extendido, no es de sorprenderse que se produzcan en una infinidad de

    variedades de tamaños y tipos y que se apliquen también a una infinidad de

    servicios. Proporcionando un trabajo comprensible de algunos tipos de

    estas bombas.

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    26/80

    P á g i n a  | 26

    El funcionamiento en sí de la bomba será el de un convertidor de

    energía, o sea, transformara la energía mecánica en energía cinética,

    generando presión y velocidad en el fluido.

    Existen bombas que trabajan con presiones y alturas iguales queúnicamente adicionan energía de velocidad. Sin embargo a este respecto

    hay muchas confusiones en los términos presión y velocidad por la

    acepción que llevan implícita de las expresiones fuerza-tiempo. En la

    mayoría de las aplicaciones de energía conferida por la bomba es una

    mezcla de las tres. Las cuales se comportan de acuerdo con las ecuaciones

    fundamentales de la mecánica de fluidos.

    Normalmente un generador hidráulico (bomba) es accionado por un

    motor eléctrico, térmico, etc. mientras que un motor hidráulico (turbina)

    acciona un generador eléctrico.

    Esta clasificación toma en cuenta la forma cómo el fluido se desplaza

    dentro de los elementos de la bomba, así para aquellos en los que el fluido

    se desplaza a presión dentro de una carcasa cerrada, como resultados del

    movimiento suavizada de un pistón o embolo, se le denomina 1) “bombas

    de desplazamiento positivo”, mientras que las bombas en las cuales el

    fluido es desplazado por el movimiento circular de uno o varios impulsores

    provistos de alabe, se les denomina “Bombas Centrifugas” y en el presente

    trabajo a estas últimas a las que se hará referencia.

    Consiste en saber si la bomba succionara del recipiente y con alturas

    variables o si la bomba se instalará en un sumidero o en una fosa. Así

    mismo es necesario el líquido que la bomba manejará: si con volátiles,viscosos, calientes o pastas aguadas, que así se manejará el concepto de

    densidad y partículas que la bomba pueda impulsar.

    Respecto a la forma física de la bomba se debe tener en cuenta que

    existen bombas de eje horizontal o vertical, ambas de empujes centros o de

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    27/80

    P á g i n a  | 27

    desplazamiento positivo, baja o alta velocidad, también la especificación de

    los materiales deben ser compatibles con los líquidos que se bombearán.

    Una práctica común es definir la capacidad de una bomba con el

    número adimensional llamado velocidad específica, que se describeposteriormente que es función del número de revoluciones a las que giren

    sus participantes rotatorias, de la siguiente forma puede ser de alta o baja

    velocidad.

    3.2 CARACTERÍSTICAS DE LAS BOMBAS

    3.2.1 Caudal 

    El caudal de una bomba está determinado por la siguiente relación:

    CAUDAL = CILINDRADA * VELOCIDAD

    El caudal así obtenido es llamado caudal teórico, que es simplemente

    superior al caudal real en función del rendimiento volumétrico de la

    bomba, es decir de las fugas internas de la misma.

    Se define el rendimiento volumétrico como la relación entre el

    caudal real y el caudal teórico:

    Este rendimiento volumétrico oscila entre el 80 y el 99% según el tipo de

    bomba, su construcción y sus tolerancias internas, y según las

    condiciones específicas de velocidad, presión, viscosidad del fluido,

    temperatura, etc.

    El rendimiento total de una bomba es el producto de sus rendimientos

    volumétrico y mecánico:

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    28/80

    P á g i n a  | 28

    El rendimiento total de una bomba nueva puede oscilar entre el 50 y el

    90%, valores que disminuirán con el uso y el desgaste de los elementos

    de estanqueidad interna propia de la bomba.

    3.2.2 Presión de Trabajo

    Todos los fabricantes otorgan a sus bombas un valor denominado presión

    máxima de trabajo, algunos incluyen las presiones de rotura o la presión

    máxima intermitente, y otros adjuntan la gráfica de presión /vida de sus

    bombas. Estos valores los determina el fabricante en función de una

    duración razonable de la vida útil.

    3.2.3 Vida 

    La vida de una bomba viene determinada por el tiempo de trabajo desde el

    momento en que se instala hasta el momento en que su rendimiento

    volumétrico haya disminuido hasta un valor inaceptable, sin embargo este

    punto varía mucho en función de la aplicación. Así por ejemplo hay

    instalaciones donde el rendimiento no puede ser inferior al 90%, mientras

    que otras se aprovechan la bomba incluso cuando. Su rendimiento es

    inferior al 50%. La vida de una bomba también varía considerablemente

    en función del nivel de contaminación del fluido con el que se está

    trabajando.

    3.3 BOMBA CENTRÍFUGA

    Una bomba centrífuga es una máquina que consiste de un conjunto de

    paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o cárter, o una cubierta o

    coraza. Se denominan así porque la cota de presión que crean es

    ampliamente atribuible a la acción centrífuga. Las paletas imparten energía

    al fluido por la fuerza de esta misma acción. Así, despojada de todos los

    refinamientos, una bomba centrífuga tiene dos partes principales: (1) Un

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    29/80

    P á g i n a  | 29

    elemento giratorio, incluyendo un impulsor y una flecha, y (2) un elemento

    estacionario, compuesto por una cubierta, estoperas y chumaceras.

    Figura 3.2 bomba centrífuga 

    Fuente: Hidrostal – Perú 2000

    3.3.1 Funcionamiento. 

    El flujo entra a la bomba a través del centro u ojo del rodete y el fluido

    gana energía a medida que las paletas del rodete lo transportan hacia fuera

    en dirección radial. Esta aceleración produce un apreciable aumento de

    energía de presión y cinética, lo cual es debido a la forma de caracol de la

    voluta para generar un incremento gradual en el área de flujo de tal manera

    que la energía cinética a la salida del rodete se convierte en cabeza de

    presión a la salida.

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    30/80

    P á g i n a  | 30

    Figura 3.3 Principio de funcionamiento de una bomba centrífuga 

    3.4 PARTES DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA

    3.4.1 Carcasa.  Es la parte exterior protectora de la bomba y cumple la

    función de convertir la energía de velocidad impartida al líquido por el impulsor

    en energía de presión. Esto se lleva a cabo mediante reducción de la

    velocidad por un aumento gradual del área.

    3.4.2 Impulsores. Es el corazón de la bomba centrífuga. Recibe el líquido y

    le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba.

    3.4.3 Anillos de desgaste.  Cumplen la función de ser un elemento fácil y

    barato de remover en aquellas partes en donde debido a las cerradas

    holguras entre el impulsor y la carcasa, el desgaste es casi seguro, evitando

    así la necesidad de cambiar estos elementos y quitar solo los anillos.

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    31/80

    P á g i n a  | 31

    (3.1)

    3.4.4 Eficiencia Hidráulica. Se define en términos de la relación entre eltrabajo específico ideal de la máquina y el real del rodete, el trabajo

    específico ideal de la máquina se calcula basado en las condiciones totales

    o estáticas.

    3.5 CARACTERÍSTICAS DEL RENDIMIENTO Y DE SELECCIÓN DE LA

    BOMBA

    3.5.1 Rendimiento volumétrico 

    El rendimiento volumétrico de la bomba es el cociente que se obtiene al

    dividir el caudal de líquido que comprime la bomba y el que teóricamente

    debería comprimir, conforme a su geometría y a sus dimensiones. Dicho

    en otros términos el rendimiento volumétrico expresa las fugas de líquido

    que hay en la bomba durante el proceso de compresión, fugas que sedeben a las holguras existentes en el interior de los componentes de la

    bomba.

    3.5.2 Rendimiento mecánico

    El rendimiento mecánico mide las pérdidas de energía mecánica que se

    producen en la bomba, debidas al rozamiento y a la fricción de los

    mecanismos internos. Es esencial evitar la fricción y el rozamiento en elinterior de la bomba, de tal manera que la energía que se comunica al eje

    de la bomba se invierta, en el mayor grado posible en aumentar la presión

    del líquido y no en vencer rozamientos y fricciones excesivas entre las

    partes mecánicas de la bomba.

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    32/80

    P á g i n a  | 32

    En términos generales se puede afirmar que una bomba de bajo

    rendimiento mecánico es una bomba de desgaste acelerado,

    principalmente debido al rozamiento que sufre las partes en movimiento.

    3.5.3 Altura útil y manométrica 

    Se definen como altura útil de una bomba el llevado al ascenso vertical y

    que experimenta la superficie sobre el líquido, sea, del peso del agua

    hasta el depósito de almacenamiento.

    Se designe a la altura humanamente que h de una bomba elevadora es la

    suma de la altura útil más las pérdidas de carga producidas en las

    cañerías de aspiración y de elevación

    3.5.4 Tipos de pérdida 

    Las pérdidas de energía en el interior de la bomba son de tres especies:

    Pérdida hidráulica: debido a un frotamiento continuo para accidentales que

    el líquido encuentran al atravesar la bomba, para evitarlas se deben

    realizar los aforismos ya enunciados.

    Pérdidas volumétricas: Debida a las fugaces que eventualmente se

    pueden producir al pasar el líquido a través de la bomba, las otras pueden

    ser diferencias de presiones, o que existe entre las partes fijas y móviles

    de la bomba.

    3.5.5 Cavitación en las Bombas 

    Un factor importante para el funcionamiento satisfactorio de una bomba es

    evitar la cavitación, tanto para obtener un buen rendimiento como para

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    33/80

    P á g i n a  | 33

    evitar daños en el impulsor. Cuando un líquido pasa por el impulsor de una

    bomba, se produce un cambio de presión. Si la presión absoluta de un

    líquido cae por debajo de presión de vapor, se producirá cavitación.

    Las zonas de vaporización obstruyen el flujo limitando la capacidadde la bomba. Cuando el fluido avanza a una zona de mayor presión, las

    burbujas colapsan y su implosión puede producir un picado del impulsor la

    cavitación suele producirse con más frecuencia cerca de la salida

    (periferia) de los impulsores de flujo radial y mixto, donde se alcanzan las

    velocidades mayores. También puede aparecer en la aspiración del

    impulsor, donde las presiones son menores. En el caso de las bombas de

    flujo axial, l parte más vulnerable a la cavitación es el extremo de los

    alabes. Para las bombas se define el parámetro de cavitación.

    3.6 TIPO DE BOMBAS

    Las bombas más frecuentemente usadas en el abastecimiento de aguason las bombas centrifugas, horizontales y verticales, y las bombas

    sumergibles. El proyectista de acuerdo a las características del proyecto,

    seleccionará el tipo de bomba más adecuada a las necesidades del

    mismo.

    3.6.1 Bombas centrífugas horizontales

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    34/80

    P á g i n a  | 34

    Son equipos que tienen el eje de transmisión de la bomba en forma

    horizontal. Tienen la ventaja de poder ser instaladas en un lugar distinto

    de la fuente de abastecimiento, lo cual permite ubicarlas en lugares secos,

    protegidos de inundaciones, ventilados, de fácil acceso, etc.

    Este tipo de bomba se debe emplear en cisternas, fuentes

    superficiales y embalses. Por su facilidad de operación y mantenimiento

    es apropiada para el medio rural. Su bajo costo de operación y

    mantenimiento es una ventaja adicional.

    Se pueden clasificar, de acuerdo a la posición del eje de la bomba

    con respecto al nivel del agua en la cisterna de bombeo, en bombas desucción positiva y bombas de succión negativa. Si la posición del eje está

    sobre la superficie del agua, la succión es positiva y en la situación inversa

    la succión es negativa (véase figura 4).

    La mayor desventaja que presentan estas bombas es la limitación

    en la carga de succión, ya que el valor máximo teórico que alcanza es el

    de la presión atmosférica del lugar (10.33 m. a la altura del mar), sin

    embargo, cuando la altura de succión es de 7 metros la bomba ya muestra

    deficiencias de funcionamiento.

    De acuerdo a las variantes constructivas, estos equipos se pueden

    clasificar en los siguientes:

    3.6.2 Bombas Monobloc

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    35/80

    P á g i n a  | 35

    Son equipos sencillos que forman un conjunto compacto con su

    electromotor. Tienen una caja compacta integral, en los tamaños

    pequeños, y/o partida verticalmente en los de gran tamaño. La succión es

    axial y la descarga tangencial. Los modelos pequeños tienen conexión de

    succión y descarga roscada y los modelos más grandes, a bridas. Tienen

    dos impulsores cerrados que pueden trabajar en serie o en paralelo

    (véase figura 5). Este tipo de bombas es adecuado para pequeñas

    instalaciones, cuya potencia no sea mayor a 10 HP.

    3.6.3 Bombas de silla

    Son equipos algo más complicados porque tienen cuatro partesdistintas:

    a) La carcasa de la bomba, sujeta en voladizo a un soporte especial o

    silla, que a su vez sirve de soporte al eje de la bomba.

    b) Un motor eléctrico.

    c) Una base metálica común.

    d) Un acoplamiento elástico para los ejes.

    Estas bombas también tienen dos impulsores, que pueden ser

    iguales o diferentes y trabajar en serie o en paralelo (véase figura 6).

    Figura 3.4 Bombas centrífugas de eje horizontal. 

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    36/80

    P á g i n a  | 36

    Fuente: OPS Lima-2005

    3.6.4 Bombas de caja partida horizontal

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    37/80

    P á g i n a  | 37

    En estos equipos la caja de la bomba está dividida en dos partes

    según un plano horizontal que pasa por el eje de la misma. Generalmente

    son construidas de tamaño grande. Pueden tener dos o más impulsores,

    pero por lo general tienen solo uno de gran tamaño y de doble entrada, lo

    que obliga a bifurcar tanto la conexión de la succión como la descarga

    (véase figura 7). Este tipo de bombas es adecuado para emplearlas en

    medias y grandes casetas de bombeo.

    3.6.5 Bombas centrífugas verticales

    Son equipos que tienen el eje transmisión de la bomba en formavertical sobre el cual se apoya un determinado número de impulsores que

    elevan el agua por etapas. Deben ubicarse directamente sobre el punto de

    captación, por lo cual casi se limita su uso a pozos profundos.

    Estas bombas se construyen de diámetros pequeños, a fin de poder

    introducirlas en las perforaciones de los pozos, los cuales exigen

    diámetros pequeños por razones de costo.

    Una unidad de bombeo de un pozo consta seis partes principales,

    que son: a) la máquina motriz, b) el cabezal de transmisión, c) eje de

    transmisión, d) la columna o tubería de impulsión, e) la bomba, y f) la

    tubería de succión (véase figura 8).

    De acuerdo al tipo de lubricación del eje de transmisión de la

    bomba, pueden ser de dos tipos: lubricadas con el mismo líquido que se

    bombea y lubricadas con aceite.

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    38/80

    P á g i n a  | 38

    3.6.6 Bombas sumergibles

    Son equipos que tienen la bomba y motor acoplados en forma

    compacta, de modo que ambos funcionan sumergidos en el punto de

    captación; se emplean casi exclusivamente en pozos muy profundos,

    donde tienen ventajas frente al uso de bombas de eje vertical.

    Estas bombas tienen la ventaja de poseer eficiencia alta, por lo

    cual, aun cuando su costo de adquisición es bajo, el costo de operación es

    elevado por su alto consumo de energía (véase figura 9).

    Figura 3.5 Corte longitudinal de una bomba monobloc para altapresión. (El impulsor tiene anillo posterior de sello)

    Fuente: OPS Lima-2005

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    39/80

    P á g i n a  | 39

    Figura 3.6 Vista exterior de una bomba de silla montada en fábrica

    Sobre base estructural.

    Figura 3.7 Bomba con caja partida horizontal destapada.

    Fuente: OPS Lima-2005

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    40/80

    P á g i n a  | 40

    3.7 Motores 

    Los motores para bombas se clasifica en dos grupos principales: de

    combustión y eléctricos.

    3.7.1 Motores eléctricos

    Estos motores utilizan la corriente eléctrica como fuente exterior de

    energía. Los más empleados en abastecimiento de agua son los de

    velocidad constante o los que tienen velocidad prácticamente constante.

    Es decir, se puede considerar únicamente los dos tipos siguientes:

    a) Motor síncrono de velocidad rigurosamente constante, dependiente delnúmero de polos y al ciclaje o frecuencia de la línea de alimentación.

    b) Motor de inducción, es decir, asíncrono con velocidad dependiente al

    valor de la carga.

    Los motores sincrónicos pueden resultar más económicos para

    accionamientos de gran potencia y baja velocidad. En todo caso, la

    eficiencia del motor sincrónico es ligeramente mayor que el motor de

    inducción. Las desventajas de estos motores están en que requieren una

    operación más cuidadosa y no soportan bien las caídas de tensión.

    Los motores de inducción con rotor bobinado, particularmente los

    de tipo de rotor en jaula o cortocircuito, ya sea común o de alto par de

    arranque, constituyen en la actualidad las máquinas motrices másempleadas en la industria. La ventaja de estos motores está en su

    simplicidad, fiabilidad y economía.

    Los motores eléctricos por su principio sencillo y construcción

    robusta, no exigen grandes requisitos de mantenimiento, evitando

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    41/80

    P á g i n a  | 41

    costosas interrupciones en el servicio que prestan y los gastos

    consiguientes de reparación, si se tiene el cuidado de emplearlas

    correctamente, sobre todo en lo que se refiere las siguientes

    características de placa: potencia, corriente, tensión, frecuencia,

    velocidad, número de fases, temperatura, lubricación y condición del

    medio ambiente donde opera.

    Figura 3.8 Bombas centrífugas de eje vertical. 

    Fuente: OPS Lima-2005

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    42/80

    P á g i n a  | 42

    Figura 3.9 Bombas sumergibles.

    Fuente: OPS Lima-2005

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    43/80

    P á g i n a  | 43

    3.8 SISTEMAS DE AGUA POTABLE.

    3.8.1 Alcances.

    En este capítulo se presentan con mayor detalle los lineamientostécnicos para elaborar mayor detalle y cálculos hidráulicos de los sistemas

    de abastecimiento de agua potable.

    3.8.2 Sistemas de control y automatización. 

    Un aspecto fundamental que debe incluirse en todos los proyectos

    de agua potable, es la necesidad de implementar dispositivos electrónicos

    de control y automatización de los controles de arranque y paro de las

    bombas; medición de gastos de entrada y salida; presiones en la línea de

    bombeo; niveles de tanques, en especial el nivel máximo del agua; entre

    otros o todos estos controles deberán integrarse y ser compatibles con el

    sistema automatizado, vía telemetría.

    3.8.3 Componentes del sistema de abastecimiento.

    Los principales componentes de un sistema de abastecimiento de

    agua, son los siguientes:

    -  Fuentes de abastecimiento (superficiales o subterráneas).

    -  Conducciones.

    -  Potabilización (si se requiere)-  Regulación (o regularización)

    -  Red de distribución, y

    -  Tomas y medidores domiciliarias.

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    44/80

    P á g i n a  | 44

    3.9 FUENTES DE ABASTECIMIENTO.

    3.9.1 Clasificación de las obras de captación.

    Se denomina “obras de captación” a las obras civiles y

    electromecánicas que permiten disponer del agua superficial o subterránea

    de la fuente de abastecimiento.

     A continuación se clasifican las principales obras de captación que pueden

    aplicarse a los proyectos de abastecimiento de agua para fines urbanos:

    Directas. AGUAS SUPERFICIALES - Presas de Captación- Presas de derivación.

    CAPTACIÓN 

     Almacén. 

    AGUAS SUBTERRÁNEAS  - Manantiales. 

    - Galerías filtrantes.

    - Pozos profundos.

    3.9.2 Captación de aguas subterráneas. 

    Las obras más utilizadas para captación de aguas subterráneas, son las

    siguientes:

    1). Manantiales.

    2). Galerías filtrantes.3). Pozos someros.

    4). Pozos profundos.

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    45/80

    P á g i n a  | 45

    3.10 LÍNEAS DE CONDUCCIÓN.

    La línea de conducción es la parte del sistema que transporta el agua

    desde el sitio de la captación ya sea por medio de bombeo y/o rebombeo, o

    a gravedad, hasta un tanque de regulación, planta potabilizadora o un

    crucero predeterminado de la red. También se considera como parte de la

    línea de conducción al conjunto de conductos, estructuras de operación y

    especiales y cruceros.

    3.10.1 Por Gravedad.

    En la gran mayoría de las obras de los sistemas de abastecimiento

    de agua potable, se utilizan tuberías para la conducción del agua, por lo que

    en este documento no se trata lo relativo a canales.

    En el cálculo hidráulico de una conducción, el caso más frecuente

    que se presenta es el de determinar el diámetro, tipo de tubería y clases, en

    función de lo siguiente:

    3.10.2 Conducciones por bombeo.

    El bombeo del agua se hace generalmente de un pozo o de un

    cárcamo. El equipo de bombeo produce un incremento brusco en el

    gradiente hidráulico para vencer todas las pérdidas de energía en la tubería

    de conducción. Para definir las características de una línea de conducción,

    debe realizarse un análisis de diámetro económico.

    3.10.3 Tuberías a utilizar.

    Una tubería se define como el conjunto formado por el tubo y su

    sistema de unión. En la actualidad, las tuberías más utilizadas son las

    fabricadas de plástico (polietileno y PVC) y acero; siendo las dos primeras

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    46/80

    P á g i n a  | 46

    las más utilizadas en la actualidad. En la selección de los diámetros a

    utilizar independientemente del RD (relación del diámetro con el espesor)

    se deberá considerar que el diámetro a respectar será el interno ya que

    los espesores de las tuberías plásticas P.V.C. o P.E.A.D. tienden a reducir

    las áreas de conducción y en diámetros mayores a 6” se puede incurrir en

    errores de gastos de conducir.

    mine

     D RD  

      (3.2)

    3.10.4 Válvulas eliminadoras de aire.

    Se instalan con el objeto de expulsar el aire retenido en la succión

    cuando la bomba no trabaja y cuando el aire se acumula en los puntos

    altos de una línea de conducción; y se ubican generalmente a

    continuación de la junta flexible; la válvula 1 de la FIG. 3.1. Es más

    empleada en comunidades urbanas.

    Fig. 3.10 Colocación de válvulas admisión y expulsión de aire yEliminadoras de aire después de un tramo horizontal.

    Fuente: CRANE CO. (1982).

    VEA

    VAEA

    VÁLVULA DE ADMISIÓN YEXPULSIÓN DE AIRE

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    47/80

    P á g i n a  | 47

    TABLA 3.1 Guía para selección de diámetros de las válvulas de

    expulsión de aire, para líneas de conducción de algunos sistemas

    urbanos (fraccionamientos).

    Diámetro de la

    tubería

    Gasto en litros por

    segundo (l/s)

    Diámetro de la

    válvula

    1.27 a 10.2 cm

    (1/2” a 4”) 

    0 a 12.6 1.27 cm (1/2”) 

    15.2 a 25.4 cm (6”

    a 10”) 

    12.7 a 50.4 2.54 cm (1”) 

    Fuente: CRANE CO. (1982).

    3.10.5 Válvulas de admisión y expulsión de aire y válvulas de

    control de aire combinadas.

    La función de la válvula de admisión y expulsión es de permitir la

    rápida salida de grandes cantidades de aire cuando se está llenando

    inicialmente una tubería y permitir la entrada de aire en cantidades

    suficientes cuando ésta se vacíe. Ésta válvula ya no permitirá la salida oexpulsión de aire cuando se haya cerrado y la tubería esté bajo presión.

    Cuando la presión del sistema baje al punto de la presión atmosférica la

    válvula abrirá permitiendo la entrada de aire.

    3.10.6 Metodología de diseño

    Generalmente los pasos a seguir para el diseño de una línea de

    conducción, son los siguientes:

    a) Trazo planimétrico

    b) Trazo altimétrico

    c) Cálculo hidráulico

    d) Localización de piezas especiales y dispositivos

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    48/80

    P á g i n a  | 48

    3.11 OBRAS DE REGULACIÓN Y ALMACENAMIENTO.

    3.11.1 Descripción General.

    La regulación es la parte del sistema de abastecimiento de agua

    potable que tiene por objeto lograr la transformación de un régimen de

    aportaciones (de la conducción) que normalmente es constante, en un

    régimen de consumos o demandas (de la red de distribución) que siempre

    es variable. Cuando además de ser regulador, el tanque tiene la

    capacidad de almacenar suficiente agua para dos días de reserva a Gasto

    Medio diario (Qmd), entonces se considera como tanque de

     Almacenamiento.

    En ambos casos, los tanques siempre deben proporcionar un

    servicio continuo y eficiente, bajo normas y condiciones estrictas de

    higiene y seguridad.

    3.11.2 Capacidad adicional.

    En todos los sistemas se debe analizar la capacidad adicional de los

    tanques superficiales o elevados, tomando en cuenta los requerimientos

    para atender imprevistos como son: demandas contra incendio, falla de

    energía eléctrica (en sistemas de bombeo) y fallas en las líneas de

    conducción.

    3.11.3 Tipos de tanques.

    Los tanques pueden ser superficiales o elevados o una

    combinación de ambos. La elección del tipo de tanque y su ubicación, se

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    49/80

    P á g i n a  | 49

    deberán basar en diversos factores, entre los cuales se encuentran los

    siguientes: 

    3.12 Comparación de curvas para bombas de modelos disponibles

    El punto de corte de la curva de cabeza del sistema con la curva de

    cabeza-capacidad de la bomba es llamado el punto de operación de la

    bomba. Esta será la tasa de flujo que la bomba entregará al menos que

    unas características del sistema sean cambiadas, por ejemplo

    restringiendo la válvula de salida.

    Se hace una comparación de la curva del sistema, con la teórica de

    la bomba ofrecida por el fabricante, situando sobre ésta el punto o lospuntos de trabajo.

    En la Figura se ven sobre las curvas correspondientes a una

    bomba, la situación del punto de trabajo, considerando cinco casos

    diferentes que se comentan a continuación:

    Fuente: TYLER G. HICKS, (2001)

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    50/80

    P á g i n a  | 50

    1. CASO A: Se encuentra en el punto de máximo rendimiento, pero

    correspondiendo a la línea del impulsor de máximo diámetro, por lo que

    las características de la bomba no podrán aumentarse de exigirlo así una

    modificación del sistema.

    2. CASO B: El punto de trabajo se encuentra sobre la curva de diámetro

    mínimo de impulsor, indica un claro sobredimensionamiento de la bomba,

    y por lo tanto, representa así un encarecimiento.

    3. CASO C: Aquí está situado en un diámetro intermedio, pero el

    rendimiento es muy bajo y por lo tanto, el consumo elevado; la bomba

    está sobredimensionada.

    4. CASOS D Y E: Ambos serían teóricamente correctos, pero mientras el

    D al aumentar el diámetro del impulsor mejoraría el rendimiento, en el E

    disminuiría. Superior al 70% del máximo y situado en la parte izquierda del

    rendimiento.

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    51/80

    P á g i n a  | 51

    CAPÍTULO IV

    CARACTERIZACIÓN DEL ÁMBITO DE ESTUDIO

    El estudio proyectado se realizó en la Provincia de Huancané

    más específicamente para la comunidad de Huarizán que está

    ubicado en la zona nor este del departamento de Puno, tiene sus

    extensiones desde las orillas del Lago Titicaca, aproximadamente a

    3825 m.s.n.m. En cuyo potencial se pone énfasis para el

    aprovechamiento del recurso Hídrico, de esa forma suministrar

    agua potable para estas comunidades de la parte alta.

    Para tal fin se realizó un diseño y selección de componentes

    que permita el óptimo funcionamiento de la bomba y una impulsión

    del caudal a 105 m. de altura para un reservorio de 33.3 m3 de agua

    empleando para ello el diseño de un plano desde la succión de la

    bomba sumergible, las conexiones adecuadas de la tubería y

    accesorios secundarios hasta conectar al reservorio.

    Ver plano en anexos.

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    52/80

    P á g i n a  | 52

    CAPÍTULO V

    CÁLCULOS E INGENIERÍA DEL PROYECTO

    5.1 CÁLCULO DEL SISTEMA HIDRÁULICO PARA LA BOMBA “A” 

    5.1.1 Fuente lago Titicaca: caudal (Q) y altura de elevación (H).

    Los caudales máximos y mínimos así como las alturas

    máximas y mínimas son registrados en diferentes épocas del año,

    resultando en la época de avenida el mayor caudal y la mayor

    elevación y en la época de sequía el menor caudal y menor

    elevación del lago Titicaca un promedio de:

    Qmax  / Qmin = VariableHelevmax / Helevmin = variable

    Los datos máximos nos permitirán considerar el diseño, la

    protección de la planta de bombeo y los datos mínimos servirán

    para el diseño de la planta de bombeo a ser utilizado en el sistema

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    53/80

    P á g i n a  | 53

    de agua potable. El caudal del Lago garantiza el sistema de

    bombeo a ser utilizado según los requerimientos del cliente

    (Q = 4.6296 L /s). Para el presente estudio los cálculos son muy

    aproximados para su futura instalación.

    5.1.2 Demanda total de caudal a ser utilizado en el sistema de

    bombeo agua potable.

    De la tabla 1.1 se tiene:

    Número de habitantes = 8000

    Consumo diario = 50 L / habitanteReemplazando datos en;

    Q= # hab. * Dotación / 86400 s

    Se tiene:

    El volumen total del reservorio a utilizarse es de 40.0 m3, los

    cuales se dividirán para los diferentes sectores de la Provincia de

    Huancané comunidad campesina de Huarizán, se obtiene las

    demandas total promedio de 4.6296 L /s; el mismo que debe ser

    abastecido por 01 bomba de alimentación desde la casa de bombeo

    ubicado al costado de Lago hasta el reservorio de distribución

    ubicado en la parte alta de la comunidad de Huarizán (cerro).

    V = Q*t V = (4.6296 L/S) (7 200 s) = 33 333.12 L.

    V = 33.3 m3

     smQbomba   /0046296.0  3

     

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    54/80

    P á g i n a  | 54

    El caudal total de alimentación del Lago al reservorio de

    succión de la bomba que requiere es de 0.0046296 m3/s siendo

    este caudal menor que el caudal mínimo en la época de sequía,

    captándose aproximadamente la mínima parte garantizándose de

    esta forma el abastecimiento del caudal requerido por la planta de

    bombeo.

    5.1.3 Cálculo del diámetro de succión de cada bomba

    Considerando una velocidad media de succión de 2.5 m/s (menor

    que 3 m/s recomendado) se obtiene un diámetro aproximado de:

    m x

     x

    Q D   0486.0

    5.2

    004629.044

        

     

    Seleccionando el diámetro de tubería según el catálogo del

    fabricante AMANCO para implementación de sistema de agua

    potable se dispone de un diámetro máximo de:

    D = 49 mm 2” aprox. 

    Recalculando la velocidad media en la tubería de succión se

    tiene:

     sm DQVm   /3.2

    )0508.0()004630.0(44 22  

         

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    55/80

    P á g i n a  | 55

    Altura geodésica (H)

    H = (cota del distribuidor) – (cota de ubicación de la bomba)

    H = 105.0 m

    H = 105 m

    Caudal de la bomba (Q)

    Q = 4.6296 L /s = 0.004630 3m /s

    5.2 EVALUACIÓN DE PÉRDIDAS (HP)

    5.2.1 Pérdida por fricción en la tubería de succión (hfs)

    La pérdida por fricción debido a la longitud de la tubería de succión,

    puede calcularse aplicando la fórmula de Darcy:

     g 

    Vms

     Ds

      fxLshfs

    2

    2

     

    Siendo:

    f = 0.02 ………….…….. Factor de fricción. 

    L = 165 m ………….…. Longitud de succión de la tubería. 

    D = 0.0508 m (2”) ….…. Diámetro de succión de la tubería. 

    g = 9.81 m/s 2 ……...….  Aceleración de la gravedad.

    Hfs= 17. 5148 m

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    56/80

    P á g i n a  | 56

    5.2.2 Cálculo de la Velocidad media en la succión (Vms)

     sm D

    QVms   /3.2

    )0508.0(

    )005.0(4422

     

        

     Vms = 2.3 m/s

    Esta velocidad es menor que 3 m/s que es recomendable en la

    tubería de descarga.

    5.2.3 Cálculo de la pérdida por fricción en la descarga (hfd)

    m x x

    hfd    5149.17)81.9(2

    )3.2(

    0508.0

    16502.0   2

     

    5.3 PÉRDIDA SECUNDARIA EN LA DESCARGA (hkd)

    La pérdida secundaria en la tubería de succión se calcula

    aplicando la siguiente fórmula:

     g 

    Vmsk hkd 

    2

    )(   2

     

    Siendo:

    Vms = 2.3 m/s ………. Velocidad media. 

    g = 9.81m/s2 …………… Aceleración de la gravedad. 

    ∑k = sumatoria de las constantes de pérdidas de accesorios y

    reducciones.

    Hfd = 17. 5149 m

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    57/80

    P á g i n a  | 57

    5.3.1 Cálculo de la sumatoria de la constante de pérdida en la

    descarga (hkd): 

    De catálogos de fabricante y tablas se obtiene las constantes

    de pérdidas que se encuentran en los accesorios y reducciones en

    la tubería de descarga:

    K5 = 1.15 (Constante de pérdida para válvula compuerta con ¾ de

    apertura)

    K6 = 2.5 (Constante de pérdida para válvula Chéck, completamente

    abierto).

    K7 = 0.23 (Constante de pérdida para codo regular de 90º y tapón

    de cebado)

    K8 = 0.42 (Constante de pérdida para tee con brida D = 76.2 mm)

    K9 = 0.71 (Constante de pérdidas menores para expansión gradual)

     

    K10 = 0.10 (Constante de pérdida de codo de 45º gradual D =

    76.2mm)

    Sumatoria de las constantes de pérdidas, se tiene:

    ∑K = 5.11 

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    58/80

    P á g i n a  | 58

    5.3.2 Cálculo de la velocidad media en la descarga (hkd)

    Sabiendo que la velocidad media en la descarga es de:

    Vm = 2.3 m/s, se tiene la pérdida secundaria en la descarga de:

    m x

    hkd    38.1)81.9(2

    )3.2(11.5   2  

    hkd = 1.38 m

    5.3.3 Cálculo de la pérdida total en la descarga (hpd)

    hpd = hfd + hkd

    Siendo:

    Hfd = 17. 5149 m

    Hkd = 1.38 m

    Reemplazando valores se tiene:

    hpd = 17. 5149 + 1.38 = 18. 8949 m

    5.3.4 Cálculo de la altura dinámica Total (ADT)

    La altura dinámica total está determinada por la altura geodésica

    más la altura de pérdidas:

    . geod  ADT H hp  

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    59/80

    P á g i n a  | 59

    Siendo:

    H geod. = 105 m

    Hp = 18. 8949 m 

    Reemplazando valores se tiene:

     ADT = 105 + 18.8949 

    5.3.5 Cálculo de la potencia absorbida por la bomba (PB).

    Está determinada por la fórmula.

     HP  x

     x x ADT Q PB   78.10

    70.076

    8949.123004630.01000

    76

    )(

     

      

     

    Siendo:

    γ = 1000 Kgf/m3 (Peso específico del agua) 

    Q = 0.004630 m3/s (caudal de la bomba)

     ADT =105 (altura dinámica total)

    η = 0.70 (rendimiento de la bomba asumida)

    Reemplazando valores se tiene:

    PBR = 10.78 / 0.70 PBR = 15.40 HP

    Con estos datos elegimos la bomba tipo: 5MQLL  –  10 - 15Hp de

    70% de 3” Ø; por su magnitud el motor será trifásica. 

    ADT = 123.8949 m

    PB = 10.78 HP

    PB = 8.0438 kw

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    60/80

    P á g i n a  | 60

    5.4 DISEÑO Y CÁLCULOS PARA EL TIPO DE BOMBA “B” 

    5.4.1 Cálculo del diámetro de succión de la bomba

    Considerando una velocidad media de descarga de 1.2 m/s (menor que

    2m/s recomendado) se obtiene un diámetro aproximado de:

    m x

     x

    Q D   070090.0

    2.1

    004630.044

        

     

    Seleccionando el diámetro de tubería según el catálogo del fabricante

     AMANCO para implementación de sistema de agua potable se dispone

    de un diámetro interno máximo de:

    D = 76.2 mm =3” 

    5.4.2 Recalculando la velocidad media en la tubería de succión se

    tiene:

     sm sm D

    QVm   /0153.1/015295.1

    )0762.0(

    )004630.0(4422

     

        

     

    Altura geodésica (H)

    H = (cota del distribuidor) – (cota de ubicación de la bomba)H = 105.0 m

    H = 105.0 m

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    61/80

    P á g i n a  | 61

    Caudal de la bomba (Q)

    Q = 4.6296 L /s = 0.0044630 3m /s

    5.4.3 Evaluación de pérdidas (hp)

    5.4.3.1 Pérdida por fricción en la tubería de succión (hfs)

    La pérdida por fricción debido a la longitud de la tubería de

    succión, puede calcularse aplicando la fórmula de Darcy:

     g 

    Vms

     Ds

      fxLshfs

    2

    2

     

    Siendo:

    f = 0.02 ………….…….. Factor de fricción. 

    Ls = 2 m ………….….…. Longitud de succión de la tubería. D = 0.0762 m (3”) ….…. Diámetro de succión de la tubería. 

    g = 9.81 m/s2 ……...…. Aceleración de la gravedad. 

    5.4.3.1.1 Cálculo de la velocidad media en la succión (Vms)

     sm

     Ds

    QVms   /015295.1

    )0762.0(

    )004630.0(4422

     

        

     

    Vms = 1.015295 m/s

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    62/80

    P á g i n a  | 62

    Esta velocidad es menor que 2 m/s que es recomendable en la

    tubería de succión.

    5.4.3.1.2 Cálculo de la pérdida por fricción en la succión (hfs)

    m x x

    hfs   027580.0)81.9(2

    015295.1

    0762.0

    202.0   2  

    5.4.3.2 Pérdida secundaria en la tubería de succión (hks)

    La pérdida secundaria en la tubería de succión se calcula aplicando

    la siguiente fórmula:

     g 

    Vmsk hks

    2

    )(   2

     

    Siendo:

    Vms = 1.015295 m/s ………. Velocidad media. 

    g = 9.81m/s2 ……………… Aceleración de la gravedad. 

    ∑k = sumatoria de las constantes de pérdidas de accesorios y

    reducciones.

    hfs = 0.027580 m

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    63/80

    P á g i n a  | 63

    5.4.3.3 Cálculo de la sumatoria de la constante de pérdida en la

    succión (hks): 

    De catálogos de fabricante y tablas se obtiene las constantes de pérdidas

    que se encuentran en los accesorios y reducciones en la tubería de

    succión:

    K1 = 0.40 (Constante de pérdida en la canastilla, para D = 76.2mm)

    K2 = 0.80 (Constante de pérdida en la válvula de pie, para D = 76.2mm)

    K3 = 0.20 (Constante de pérdida de codo regular de 90º para D = 76.2mm)

    K4 = 0.40 (Constante de pérdida en reducción de 3” a 4”)  

    Sumando las constantes de pérdidas, se tiene:

    5.4.3.3.1 Cálculo de la pérdida secundaria en la succión (hks)

    Sabiendo que la velocidad media en la succión es de:

    Vms = 1.015295 m/s, se tiene la pérdida secundaria en la succión

    de:

    m x

    hks   094571.0)81.9(2

    015295.18.1   2  

    hks = 0.094571 m

    ∑K = 1.8 

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    64/80

    P á g i n a  | 64

    5.5 PÉRDIDAS POR FRICCIÓN EN LA TUBERÍA DE DESCARGA

    DESDE LA BOMBA HASTA EL RESERVORIO (hfd)

    La pérdida por fricción debido a la longitud de la tubería de descarga,

    puede calcularse según la siguiente fórmula de Darcy:

     g 

    Vmd 

     Dd 

      fxLd hfd 

    2

    2

     

    Siendo:

    f = 0.02 ………….…Factor de fricción.

    L = 165 m ……….….Longitud de la tubería. 

    D = 0.0508 m (2”)…..Diámetro interno de la tubería. 

    g = 9.81 m/s2 ………Aceleración de la gravedad. 

    5.5.1 Cálculo de velocidad media en la tubería de descarga (Vmd)

     sm D

    QVmd    /28.2

    )0508.0(

    )004630.0(4422

     

         

    Esta velocidad es menor que 3 m/s que es recomendable en la tubería

    de descarga.

    Vmd = 2.28 m/s 

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    65/80

    P á g i n a  | 65

    5.5.2 Pérdida por fricción de descarga (hfd)

    Considerando la velocidad media de descarga de 2.4670 m/s, la pérdida

    por fricción en la descarga se tiene:

    m x x

    hfd    21.17)81.9(2

    )28.2(

    0508.0

    16502.0   2  

    Hfd = 17. 21 m. 

    5.5.3 Pérdida secundaria en la descarga (hkd)

    La pérdida secundaria en la descarga se calcula aplicando la siguiente

    fórmula: 

     g 

    Vmd k hkd 

    2

    )(  2

     

    Siendo:

    Vmd = 2.28 m/s….…….…….Velocidad media en la descarga. 

    g = 9.81 m/s2 ……………………. ..Aceleración de la gravedad. 

    ∑k = sumatoria de las constantes de pérdidas de accesorios y

    medidores.

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    66/80

    P á g i n a  | 66

    5.5.4 Cálculo de la sumatoria de la constante de pérdida en la

    descarga (hkd):

    De catálogos de fabricante y tablas se obtiene las constantes de pérdidas

    que se encuentran en los accesorios y reducciones en la tubería de

    descarga:

    K5 = 1.15 (Constante de pérdida para válvula compuerta con ¾ de

    apertura)

    K6 = 2.5 (Constante de pérdida para válvula Chéck, completamente

    abierto).

    K7 = 0.23 (Constante de pérdida para codo regular de 90º y tapón de

    cebado)

    K8 = 0.42 (Constante de pérdida para tee con brida D = 76.2 mm)

    K9 = 0.71 (Constante de pérdidas menores para expansión gradual)

    K10 = 0.10 (Constante de pérdida de Codo de 45º gradual D = 76.2 mm)

     

    Sumatoria de las constantes de pérdidas, se tiene:

    ∑K = 5.11 

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    67/80

    P á g i n a  | 67

    Cálculo de la velocidad media en la descarga

    Sabiendo que la velocidad media en la descarga es de:

    Vm = 2.28 m/s , se tiene la pérdida secundaria en la descarga de:

    m x

    hkd    35391.1)81.9(2

    )2.28(11.5   2  

    5.5.5 Cálculo de la pérdida total en la succión (hps)

    hps = hfs + hks

    Siendo:

    hfs = 0.027580 m

    hks = 0.094571 m

    Reemplazando valores se tiene

    hps = 0.027580 + 0.094571 = 0.122151 m

    5.5.6 Cálculo de la pérdida total en la descarga (hpd)

    hpd = hfd + hkd

    Siendo:

    Hfd = 17.21 m

    Hkd = 1.353916 m

    Reemplazando valores se tiene:

    hpd = 17.21+ 1.359117 = 18.563916m

    Hkd = 1.35391 m.

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    68/80

    P á g i n a  | 68

    5.5.7 Cálculo en la pérdida total del sistema en la succión y descarga

    (hp)

    hp = hps + hpd

    Siendo:

    hps = 0.122151 m

    hpd = 18.563916 m

    Reemplazando valores se tiene:

    hp = 0.122151 + 18.563916 = 18.686067 m

    5.5.8 Cálculo de la altura dinámica total (ADT)

    La altura dinámica total está determinada por la altura geodésica más la

    altura de pérdidas:

    . geod  ADT H hp  

    Siendo:

    Hgeod. = 105 m

    hp = 18.686067 m

    Reemplazando valores se tiene: ADT = 105 + 18.686067

    ADT = 123.686067 m

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    69/80

    P á g i n a  | 69

    5.5.9 Cálculo de la potencia absorbida por la bomba (PB).

    Está determinado por la fórmula.

     HP  x

     x x ADT Q PB   7644.10

    70.076

    686067.123004630.01000

    76

    )(

     

      

     

    Siendo:

    γ = 1000 Kgf/m3 (Peso específico del agua) 

    Q = 0.004630 m3/seg (caudal de la bomba)

     ADT =123.68607 (altura dinámica total)η = 0.70 (rendimiento de la bomba asumida) 

    Reemplazando valores se tiene:

    PB = 10.7644 HP

    PB = 8.0302 kW 

    5.5.10 Cálculo de la potencia del motor eléctrico

     Hp PM  R   3777.157.0

    10  

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    70/80

    P á g i n a  | 70

    5.6 EVALUACIÓN DE LA CAVITACIÓN PARA LA BOMBA

    SELECCIONADA

    5.6.1 Cavitación.

    Para evitar los inconvenientes de la cavitación es necesario

    que la altura disponible (NPSHD) del sistema sea igual o mayor que

    la altura requerida de aspiración (NPSHR), para el presente estudio

    no tendremos problemas con la cavitación en vista que la bomba es

    sumergible.

    (NPSH)D ≥ (NPSH) R …………. (I) 

    5.6.2 Altura Requerida de aspiración (NPSH) R

    Del catálogo del fabricante Hidrostal, para el tipo de bomba

    centrífugo seleccionada Modelo 200 – 400, con los datos de Caudal

    4,6296 L /s y altura 105 m de la curva de fabricante de la bomba, se

    tiene la altura requerida de aspiración.

    (NPSH)R  = 4m ……… (II)  (se considera una estimación del

    valor solicitado al fabricante)

    5.6.3 Altura disponible de aspiración (NPSH) D 

    La altura disponible del sistema, se puede determinar a partir

    de la siguiente ecuación:

    (NPSH)D = Hatmf - Hs – Hps - Hv

    ( i )

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    71/80

    P á g i n a  | 71

    5.6.4 Altura de presión atmosférica (Hatm)

    De tablas y ábacos se selecciona la presión atmosférica para la

    altura de 3825 msnm, se tiene:

    Hatm = 6.36 mca = 0.636 bar……………………….. (5.1) 

    5.6.4.1 Altura de presión de vapor (Hv)

    Se obtiene de tablas de presión de vapor a la temperatura del

    líquido considerando una temperatura de 20° C, se tiene:

    Hv = 0.234 mca………………………………( 5.2 ) 

    5.6.4.2 Altura de pérdidas de carga en la succión (Hps)

    Son las pérdidas de carga existente en la aspiración (succión):

    pérdidas primaria o por fricción en la tubería (hfs) y pérdidas

    secundarias en accesorios (hks):

    hps = hfs + hks = 0.027580 + 0.094571

    hps = 0.122151 m ……………………………..( 5.3 )

    5.6.4.3 Elevación de succión o aspiración (Hs)

    La elevación estática propuesto inicialmente considerando el

    trabajo de la planta en la época de sequía es de:

    Hs = 0.5 m……………………………………...( 5.4 ) 

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    72/80

    P á g i n a  | 72

    5.7 ALTURA DISPONIBLE DE ASPIRACIÓN (NPSH)D 

    Reemplazando valores de 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 en (i). , se tiene:

    (NPSH)D = 6.36 - 0.5 - 0.122751- 0.234 = 5.503849

    (NPSH)D = 5.503849 m ………………. (III)

    5.7.1 Condición de cavitación

    Reemplazando las ecuaciones (II) y (III) en (I) para poder

    compararlo se tiene:

    (NPSH)D ≥ (NPSH)R 

    5.503849 m ≥ 4 m 

    Para que no Cavíte se cumple que el (NPSH)D  es mayor que el

    (NPSH)R  ; siendo el (NPSH)R  igual a 2 m (según la curva del sistema

    proporcionado por el fabricante). Por lo tanto,   para la altura de succión

    inicial propuesta de Hs = 0.5 m no existirá cavitación, debiendo trabajar la

    bomba sin problemas internos del álabe de la bomba en la época del

    sequía. 

    5.7.1.1 Margen de seguridad para evitar la cavitación.

    Considerando las posibles sobrecargas en la cámara de aspiración

    (tanque de succión) y poder ubicar el alivio es posible elevar la altura de

    aspiración a Hs = 1.0 m, siendo el nuevo (NPSH)D de:

    (NPSH)D = 6.36 – 1.0 – 0.122151 - 0.234 = 5.0038 m

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    73/80

    P á g i n a  | 73

    (NPSH)D = 5.0038 m

    Por lo tanto, para que no exista cavitación dentro de un margen de

    seguridad de 5.0038 m

    5.7 CONTRASTACIÓN DE LA ALTURA DE ASPIRACIÓN (NPSH)D 

    El (NPSH)D  puede ser calculado aplicando la fórmula de HIDROSTAL,

    mediante la siguiente ecuación.

     HfsS 

     xGE 

     Pv Ps NPSH   D  

    9850

    )(  

    Donde:

    Ps = 63336 Pa (Presión atmosférica a 3820 msnm)

    Pv = 2485Pa (Presión de vapor de agua a 21°C)

    Hps = 0.12215 m ca (Considerando la pérdida total en la línea de

    succión)

    GE = 0.9989 (Gravedad específica para 21°C)

    S = 1.0 m (altura de succión estática: Nivel de líquido a bombear se

    encuentra por debajo del eje de la bomba).

    Reemplazando valores se tiene:

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    74/80

    P á g i n a  | 74

    1569.5027580.00.19989.09850

    248563336)(  

     x NPSH 

     D  

    (NPSH)D = 5.1569 mca

    Por lo tanto para que no Cavíten las bombas centrífugas seleccionadas

    cumple que el (NPSH)D disponible es mayor al (NPSH)R  requerido por el

    fabricante, asegurando la disponibilidad de la bomba, siendo

    (NPSH)D > (NPSH)R

    5.1569 m > 4.0 m 

    Por lo tanto, en estas condiciones la bomba no cavitaría teniendo un

    margen de seguridad 5.1569 m según la fórmula planteada por la empresa

    Hidrostal 

    5.8 ALTURA DE SUCCIÓN MÁXIMA A UTILIZARSE PARA QUE NO

    CAVITE.

    Hs < Hat – Hpsucc – Hv – (NPSH)R 

    Siendo:

    Hat = 6.36 ……………………. (Para 3820 msnm) 

    H psucc = 0.12215 mca …..… (Pérdida en la succión)

    Hv = 0.234 mca …………….. (Para una temperatura de 20ºC) 

    (NPSH)R = 4 mca……..……...(Obtenido en la curva del fabricante) 

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    75/80

    P á g i n a  | 75

    Reemplazando valores se tiene:

    Hs ≤ 6,36 – 0,12275 – 0,234 – 4= 2,00325 mca.

    Hs ≤ 2,00385 mca 

    Por lo tanto, se dispone de una altura máxima aprovechable de:

    (Hs)max = 2,00385 mca

    Si se instala la bomba a un metro sobre el nivel de agua no habrá el

    problema de cavitación en la bomba teniendo un margen de

    seguridad de 0.00385 m.

    5.9 CÁLCULO DEL PUNTO DE OPERACIÓN DE LA BOMBA

    5.10.1 Pérdida total para bomba (hp)

    Sabemos que la pérdida total para una bomba está dada por:

    hp = hps + hpd

    Siendo:

    hps = 0.12215 Q2 

    hpd = 18.5639 Q2 

    Reemplazando se tiene

    Hp = 18.6861 Q2 

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    76/80

    P á g i n a  | 76

    5.10.2 CÁLCULO DE LA ALTURA DINÁMICA TOTAL (ADT)

     ADT = Hgeod + hp

    Siendo:

    Hgeod = 105 m

    hp = 18.6861 Q2

    Reemplazando se tiene:

     ADT = 105 + 18.6861 Q2 

    5.10.3 Curva de operación de la bomba

    En el gráfico se muestra la intersección del caudal y altura de

    impulsión de la bomba. Donde se tiene un caudal de diseño de 4.6 l/s y una

    altura dinámica total de (ADT) 123.69 m. 

     ADT = 123.6861 Q2 

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    77/80

    P á g i n a  | 77

    5.11 POTENCIA DEL MOTOR ELÉCTRICO (PM)

    Sabiendo que la potencia en el eje de la bomba seleccionada es de

    7 kW y considerando los incrementos debido a la pérdida por la altura

    principalmente, del 3% y otras pérdidas mínimas (arranque y

    transmisión) del orden del 2%, (Hidrostal- Perú - 2012) se tiene:

    PM. = 8 x 1.05 = 8.4 kW

    5.12 POTENCIA DEL TRANSFORMADOR

    CUADRO DE CARGAS

    NOMBRE LOCALIDAD

    SERVICIO

    PARTICULAR TOTAL POTENCIA

    N° U.2013 Kw Kw I(A) KVA

    HUARIZÁNOtros 3.00 3.00 4.92

    19.301 Bomba 8.00 8.00 18.04

    TOTALES 11.00 11.00 25.03 25

    Factor de Demanda FD 0.6

    Factor de Potencia cos 0.8

    Máxima Demanda M.D. 10.00

    Considerando una reserva de 10%

    KVA diseño KVA 19.25

    10% Pérdida por altura KVA 21.175

    Transformador Seleccionado 25 KVA

    Fuente: elaboración propia

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    78/80

    P á g i n a  | 78

    5.12.1 SELECCIÓN DEL TRANSFORMADOR

    Del catálogo de fabricante se selecciona el transformador trifásico de

    distribución marca DELCROSA, serie 12 kV - 4000 msnm, cuya potencia

    nominal del transformador que satisface al motor, considerando el factor de

    seguridad seleccionado es de:

    Potencia Nominal del transformador = 25 KVA.

    5.13 EVALUACIÓN DE COSTO CONSUMIDO

    5.13.1 Sistema de bombeo de agua potable de la comunidad de

    Huarizán- Huancané.

    Energía consumida mensual

      Potencia del Motor : 25 kW

      Número de motores : 01

      Potencia instalada: PI = 25 kW

      Potencia Contratada (Pc) 

    Potencia contratada: Pc = PI x 0.8

    Pc = 25 x 0.8

    Pc = 20 kW

      Energía consumida por día (Ed) 

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    79/80

    P á g i n a  | 79

    Considerando un régimen de trabajo de 2 horas / día.

    Ed = 25 kW x 2día

    horas

     

    Ed = 50día

    kWH 

     

      Energía consumida por mes (EM)

    Considerando un trabajo de 30 días/mes:

    mes

    días

    día

    kwh E 

     M 

    3050    

    mes

    kwh E 

     M   1500  

    5.13.2 Pago Mensual por Consumo de Energía Eléctrica

    Considerando según el sistema de tarifación de Electro Puno le

    corresponde: “TARACO - JULIACA Rural sector S”. 

    Para el pago de energía eléctrica consumida se considera la tarifa

    MT4, que consta de los siguientes:

      Cargo fijo mensual …………………………………………S/. 9.15 

      Cargo por ener gía activa 1500 x 0.1284 …………...…S/. 192.6 

  • 8/18/2019 Tesis Sistema de Bombeo

    80/80

    P á g i n a  | 80

      Cargo por potencia activa de generación

    Para usuarios (25 kw x 3.54meskw

     soles

    ) …..…………… S/. 88.5 

      Cargo por potencia activa por uso de redes de distribución

    (22.4 x 14.44) …………………………………………..…..S/. 577.6

      Cargo por energía reactiva que excede el 30% del total de

    (1.95192343)

    Energía activa (2342.30812 x 0.3 x 0.036) …… S/. 25.30

    Sub Total …….….S/. 907.73 IGV …….. S/.  172.46

    TOTAL …., S/. 1080.1987 

      Costo por usuario mensualusurios

    mes soles

    .8000

    /1987.1080  

    usuariomes

     soles

    .148.0