ANEJO Nº 4 CÁLCULOS HIDRÁULICOS Y FUNCIONALES proyecto de la “impulsiÓn de aguas residuales del parque de desarrollo industrial norte de extremadura a la e.d.a.r. de navalmoral

PROYECTO DE LA “IMPULSIÓN DE AGUAS RESIDUALES DEL PARQUE DE DESARROLLO INDUSTRIAL NORTE DE EXTREMADURA A LA E.D.A.R DE NAVALMORAL DE LA MATA “.

ANEJO Nº04.CÁLCULOS HIDRAÚLICOS Y FUNCIONALES

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ANEJO Nº 4

CÁLCULOS HIDRÁULICOS Y FUNCIONALES

PROYECTO DE LA “IMPULSIÓN DE AGUAS RESIDUALES DEL PARQUE DE DESARROLLO INDUSTRIAL NORTE DE EXTREMADURA A LA E.D.A.R. DE NAVALMORAL DE LA MATA”

ANEJO Nº4. CÁLCULOS HIDRÁULICOS Y FUNCIONALES

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ÍNDICE

Página

1.- INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 1

2.- CAUDALES DE DISEÑO ............................................................................................................... 2

3.- JUSTIFICACIÓN DEL DIÁMETRO DE LA IMPULSIÓN ............................................................... 6

4.- CÁLCULO DE LA IMPULSIÓN ...................................................................................................... 8

4.1.- PÉRDIDAS EN LA CONDUCCIÓN ..................................................................................... 9

4.2.- PÉRDIDAS EN EL POZO DE BOMBEO ........................................................................... 11

4.3.- LÍNEA PIEZOMÉTRICA .................................................................................................... 15

5.- POZO DE BOMBEO. DIMENSIONAMIENTO ............................................................................. 16

5.1.- CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO. .......................................................................... 16

5.1.1.- VOLUMEN ÚTIL ..................................................................................................... 16

5.1.2.- DISTANCIA ENTRE EJES DE BOMBAS CONTIGUAS ........................................ 17

5.1.3.- DISTANCIA ENTRE VOLUTAS DE BOMBAS CONTIGUAS ................................ 17

5.1.4.- DISTANCIA ENTRE VOLUTAS DE BOMBAS CONTIGUAS ................................ 17

5.2.- DIMENSIONAMIENTO DEL POZO DE BOMBEO ............................................................ 18

6.- CÁLCULO DEL BOMBEO ........................................................................................................... 20

6.1.- CÁLCULO DE LA POTENCIA DE LAS BOMBAS ............................................................ 20

6.2.- SELECCIÓN DE LA BOMBA. ........................................................................................... 21

7.- GOLPE DE ARIETE ..................................................................................................................... 24

7.1.- CALDERÍN ANTIARIETE .................................................................................................. 27



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1.- INTRODUCCIÓN

El presente anejo servirá para la realización de la justificación hidráulica y

funcional de las instalaciones que se proyectan.

Como criterio inicial hemos de tener claro que la base de fundamento de la

solución que se adopta en el proyecto se sustenta en la posibilidad de realizar

la depuración de las aguas residuales del Parque de Desarrollo Industrial Norte

de Extremadura en su primera fase de Construcción en la existente y de

reciente construcción Estación Depuradora de Aguas Residuales de

Navalmoral de la Mata. El dimensionamiento de esta es tal, que a día de hoy

no se encuentra a pleno rendimiento, por lo que admite caudales

suplementarios.

No hemos de perder de vista, por tanto, el carácter provisional de la solución

que se plantea, como tampoco debemos olvidar la incertidumbre existente

tanto en el crecimiento del Polígono en cuanto a la implantación de industrias,

como en cuanto a la tipología de las mismas, función directa en la generación

de aguas residuales.

Se ha de entender por tanto que la solución que se plantea no tiene un techo

temporal concreto. Éste será función de múltiples factores: ritmo de crecimiento

del Polígono, tipología de las industrias que se implanten,…, sin perder de vista

el crecimiento poblacional de la localidad de Navalmoral de la Mata, ya que en

todo momento se está plateando la depuración de las aguas residuales en la

E.D.A.R. del municipio.


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2.- CAUDALES DE DISEÑO

Tras conversaciones mantenidas con la empresa encargada de las labores de

explotación de las instalaciones de la E.D.A.R. y que a su vez mantiene y

gestiona las redes de Abastecimiento y Saneamiento de la localidad de

Navalmoral de la Mata, los caudales máximos actuales de tratamiento de la

Planta en situación no extrema, son de 6.500 m3/día, llegando a 7.000 m3/día

en momentos puntuales de precipitaciones máximas.

Analizando los datos aportados con anterioridad, podemos observar que existe

una diferencia de caudales de tratamiento máximos “normales” con respecto a

los caudales de diseño de la Planta, margen que es el que se pretende

aprovechar para el tratamiento de las aguas que se generen en el Parque

Empresarial.

Caudal de diseño de la E.D.A.R.: 8.000 m3/día.

Caudal máximo de funcionamiento actual E.D.A.R.: 6.500 m3/día.

En cuanto al emisario:

Capacidad de transporte del colector: 689 l/s

Caudal máximo de diseño de entrada a la E.D.A.R. en el pretratamiento:

277 l/sg.



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Se establecen por tanto para el cálculo de la impulsión que se proyecta los

siguientes caudales.

CAUDALES DE CÁLCULO

Caudal de diseño E.D.A.R. Navalmoral de la Mata 8.000 m3/día

Caudal de funcionamiento actual E.D.A.R. de Navalmoral de la Mata 6.500 m3/día

Caudal medio a bombear 1.500 m3/día

Caudal medio 63 m3/h

Caudal diseño del bombeo(2,4Qm) 150 m3/h

Realizaremos, a continuación, una comprobación de la capacidad de la

E.D.A.R de Navalmoral de la Mata, utilizando de base el estudio de

caracterización de vertidos que se realizó para el proyecto de construcción de

la depuradora, en el que existía un estudio de aforos, que a continuación se

adjunta. Este estudio tiene fecha de 2.006.



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Como podemos comprobar los caudales máximos obtenidos arrojan un caudal

acumulado máximo de 5.974,08 m³/ día, con una punta horaria máxima de

máxima de 327 m³/h.

Estos datos se corresponden con una población censada, según el estudio de

16.856 habitantes para el año aforado 2.006.



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Tomando datos del INE para establecer el aumento de población de

Navalmoral de la Mata hasta la fecha actual comprobamos que para 2.011

(último dato publicado), resultan: 17.386 habitantes.

Observamos que en los últimos 5 años la población ha experimentado un

crecimiento de 530 personas. Este incremento se puede cuantificar en

aproximadamente un 0,6 %.

Estableciendo a esta población obtenida, los mismos ratios de generación de

agua residual que los resultantes del estudio de aforos, obtenemos los

siguientes valores:

Acumulado diario: 6.161,93 m³/día (Próximo al dato aportado por la

compañía)

Caudal máximo horario: 337,28 m³/h

El caudal de diseño del bombeo se ha establecido en 150 m³ /h.

El caudal de diseño de la Planta es de 567 m³/h.

Comprobamos de esta manera que aún en puntas de tratamiento la Planta

estaría capacitada para absorber los caudales suplementarios que se aportaría

desde el Parque Empresarial, ya que:

337,28 m³/h(punta teórica 2.012) + 150 m³/h (aportación Parque Empresarial) =

487,28 m³/h < 567 m³/h



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3.- JUSTIFICACIÓN DEL DIÁMETRO DE LA IMPULSIÓN

A continuación se expone la justificación realizada para el cálculo del diámetro

óptimo de impulsión finalmente adoptado. Se ha realizado una análisis con un

horizonte temporal de 10 años.



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4.- CÁLCULO DE LA IMPULSIÓN

Se pretende poner de manifiesto los cálculos realizados para el cálculo de la

impulsión efectuada. De esta forma se ha dividido el estudio en dos. Por un

lado se ha realizado el cálculo de las pérdidas que se producen en la

conducción de impulsión y por otro se han calculado las pérdidas que se

producen en el pozo de bombeo. A continuación se acompañan los cálculos

efectuados así como la representación gráfica de la línea piezométrica

resultante.



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4.1.- PÉRDIDAS EN LA CONDUCCIÓN



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4.2.- PÉRDIDAS EN EL POZO DE BOMBEO

PÉRDIDAS DE CARGA EN EL BOMBEO

CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS DE CARGA

Cota colector general impulsión 282,50 m.

Cota lámina de agua depósito de bombeo 275,60 m.

Altura geométrica de bombeo 6,90 m.

Caudal de tratamiento 150,00 m3/h.

Nº de bombas 1,00 Uds.

Reservas 1,00 Uds.

Caudal unitario 150,00 m3/h.

Pérdidas hasta colector general

Embocadura bombas

Uds Diámetro Caudal( m³/h)

Velocidad (m/s) K

1,00 150,00 150,00 2,36 0,50

h= 0,14 m.

Válvula de compuerta


Velocidad (m/s) K

1,00 150,00 150,00 2,36 0,07

h= 0,02 m.

Válvula de retención de bola


Velocidad (m/s) K

1,00 150,00 150,00 2,36 2,00



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h= 0,57 m.

Pérdida de carga continua en tubería a presión

Metros Diámetro Caudal( m³/h)

Velocidad (m/s) J (m/m)

7,00 150,00 150,00 2,36 0,01

h= 0,05 m.

Te de derivación de llegada

Q1= 150,00 h=Kb*V2/2g

Q 150,00 h=Kr*V2/2g

Q1/Q= 1,00

Kb= 0,46

Kr= 0,53


Velocidad (m/s) Kb

1,00 150,00 150,00 2,36 0,46

Q 1 /Q 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Kb ‐0,6 ‐0,37 ‐0,18 ‐0,07 0,26 0,46

Kr 0 0,160 0,27 0,38 0,46 0,53

Q 1 /Q 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Kb 0,62 0,78 0,94 1,08 1,2

Kr 0,57 0,59 0,6 0,59 0,55



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h= 0,13 m.


Velocidad (m/s) Kr

1,00 200,00 150,00 1,33 0,53

h= 0,05 m.

Codos de 45º


Velocidad (m/s)

K

1,00 150,00 150,00 2,36 0,20

h= 0,06 m.

Codo de 90º


Velocidad (m/s) K

4,00 200,00 150,00 1,33 0,30

h= 0,11 m.



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Pérdida de carga continua en tubería a presión

Metros Diámetro Caudal( m³/h)

Velocidad (m/s) J (m/m)

8,00 200,00 150,00 1,33 0,01

h= 0,06 m.

PÉRDIDAS DE CARGA TOTALES EN EL POZO DE BOMBEO: 1,18 m.



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4.3.- LÍNEA PIEZOMÉTRICA



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5.- POZO DE BOMBEO. DIMENSIONAMIENTO

Se han realizado cálculos para el dimensionamiento del pozo de bombeo

atendiendo a dos situaciones posibles: Se ha establecido el dimensionamiento

del pozo estudiándolo con la instalación de 3 bombas, 2 funcionando y 1 en

reserva. Posteriormente el estudio de eficiencia del bombeo ha arrojado que la

instalación óptima ha de contar con 2 bombas (una funcionando y otra en

reserva). En este momento, se ha comprobado, en base a la selección

realizada, que el pozo dimensionado es válido también para esta opción.

No obstante se ha decidido mantener la obra civil necesaria para la instalación

tres bombas con miras a una posible ampliación futura del bombeo que

dependerá tanto de los caudales demandados a depurar del polígono como de

capacidad futura de la Estación Depuradora.

5.1.- CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO.

5.1.1.- VOLUMEN ÚTIL

El volumen del pozo de bombeo (el comprendido entre el nivel máximo de

arranque y el nivel mínimo de parada) será el comprendido para que el número

máximo de arranques/hora por bomba esté de acuerdo con las indicadas por el

fabricante de las bombas.

La capacidad mínima útil del pozo de bombeo vendrá dada por la expresión:

En donde:

V= Volumen útil del pozo (m³)

= Capacidad de la bomba (l/s)



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Frecuencia del arranque (N/hora)

5.1.2.- DISTANCIA ENTRE EJES DE BOMBAS CONTIGUAS

La distancia entre ejes de bombas contiguas, será como mínimo, la que se

obtenga de la siguiente expresión:

Siendo Q el caudal correspondiente al punto de servicio de la bomba. Si hay varias

bombas se tomará el caudal que corresponde a una bomba trabajando en solitario.

5.1.3.- DISTANCIA ENTRE VOLUTAS DE BOMBAS CONTIGUAS

La distancia entre volutas de bombas contiguas será como mínimo de 200 mm.

5.1.4.- DISTANCIA ENTRE VOLUTAS DE BOMBAS CONTIGUAS

La distancia entre ejes de bombas y entrada de agua, como mínimo, la que se

obtenga de la siguiente expresión.

Siendo Q el caudal correspondiente al punto de servicio de la bomba. Si hay varias

bombas se tomará el caudal que corresponde a una bomba trabajando en solitario.



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5.2.- DIMENSIONAMIENTO DEL POZO DE BOMBEO

CÁLCULOS PARA BOMBEO PARA 2+1

BASES DE CÁLCULO

Caudal medio 62,50 m3/h

Caudal diseño del bombeo (2,4Qm) 150 m3/h

Caudal mínimo (0,6 Qm) 37,5 m3/h

Nº Máximo de Arranques por hora 5

Volumen útil necesario del pozo 7,50 m3

DIMENSIONES DEL POZO EN PLANTA

Sentido colocación bombas

Nº de bombas previsto 2+1 uds

Distancia mínima entre ejes de bombas (según formulación) 0,36 m

Distancia mínima entre volutas 0,20 m

Anchura máxima volutas bombas 0,34 m

Distancia mínima entre ejes de bombas 0,54 m

Distancia adoptada entre eje de bombas 1,00 m

Distancia mínima de bombas y paramentos más próximos(según formulación) 0,15 m

Distancia adoptada entre eje bombas y paramento 0,75 m

Anchura de pozo adoptada línea de bombas 3,5 m

Sentido entrada agua a pozo de bombeo

Distancia mínima entre ejes de bombas y la entrada de agua 0,83 m

Distancia entre paramento y cesta de tamiz 0,76 m

Distancia mínima carcasa bombas paramento 1 m

Distancia mínima total 2,59 m

Distancia adoptada 3 m

DIMENSIONES POZO EN PLANTA: 3,5X3

DIMENSIONES DEL POZO EN ALZADO


H necesaria bajo cesta tamiz hasta motor bombas 0,71 m

H parte superior motor bombas solera pozo bombeo 0,7 m

Calado necesario 1,41

Cota coronación arqueta 280,5 msnm

Cota rasante entrada colector 277,35 msnm

Cota parte baja cesta (‐0,35ajo rasante). Cota arranque 277 msnm

Cota paro de bombas 276,27 msnm

Cota solera adoptada 275,5 msnm

Calado útil 0,75 m

Calado total pozo hasta solera 1,5 m

Altura total pozo de bombeo 5 m

Volumen útil agua residual en funcionamiento a 2,4Qm 7,875 m3

Volumen agua residual total pozo 15,75 m3



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Tiempo estancia a caudal mínimo 0,21 h

JUSTIFICACIÓN DE CÁLCULO PARA BOMBEO PARA 1+1 (ADOPTADO)

BASES DE CÁLCULO

Caudal medio 62,50 m3/h

Caudal diseño del bombeo (2,4Qm) 150 m3/h

Caudal mínimo (0,6 Qm) 37,5 m3/h

Nº Máximo de Arranques por hora 10


DIMENSIONES DEL POZO EN PLANTA

Sentido colocación bombas

Nº de bombas previsto 1+1 uds

Distancia mínima entre ejes de bombas (según formulación) 0,45 m

Distancia mínima entre volutas 0,20 m

Anchura máxima volutas bombas 0,52 m

Distancia mínima entre ejes de bombas 0,72 m

Distancia adoptada entre eje de bombas 2,00 m

Distancia mínima de bombas y paramentos más próximos(según formulación) 0,15 m

Distancia adoptada entre eje bombas y paramento 0,75 m

Anchura de pozo adoptada línea de bombas 3,5 m

Sentido entrada agua a pozo de bombeo

Distancia mínima entre ejes de bombas y la entrada de agua 1,05 m

Distancia entre paramento y cesta de tamiz 0,76 m

Distancia mínima carcasa bombas paramento 1 m

Distancia mínima total 2,81 m

Distancia adoptada 3 m

DIMENSIONES POZO EN PLANTA: 3,5X3

DIMENSIONES DEL POZO EN ALZADO

Volumen útil mínimo necesario del pozo 3,75 m3

H necesaria bajo cesta tamiz hasta motor bombas 0,36 m

H parte superior motor bombas solera pozo bombeo 1,08 m

Calado necesario 1,44

Cota coronación arqueta 280,5 msnm

Cota rasante entrada colector 277,35 msnm

Cota parte baja cesta (‐0,35bajo rasante). Cota arranque 277 msnm

Cota paro de bombas 276,58 msnm

Cota solera adoptada 275,5 msnm

Calado útil 0,42 m

Calado total pozo hasta solera 1,5 m

Altura total pozo de bombeo 5 m

Volumen útil agua residual en funcionamiento a 2,4Qm 4,41 m3

Volumen agua residual total pozo 15,75 m3

Tiempo estancia a caudal mínimo 0,12 h



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6.- CÁLCULO DEL BOMBEO

6.1.- CÁLCULO DE LA POTENCIA DE LAS BOMBAS

Altura Geométrica del bombeo: 15,14 m.

Pérdida de carga hasta punto alto: 9, 354 m.

Pérdida de carga desde punto alto hasta rotura: 6,587 m.

Pérdidas en el pozo de bombeo: 1,20 m.

Altura manométrica considerada: 31 m.

Para el cálculo de la potencia de las bombas, utilizaremos la siguiente

formulación:

En donde:

Q : Caudal de diseño.

:Peso específico del líquido bombeado.

: Altura Manométrica.

: Rendimiento.



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6.2.- SELECCIÓN DE LA BOMBA.

Se ha mantenido colaboración con casa comercial, en este caso SULZER

(ABS), que ha propuesto como opción al bombeo el siguiente equipo:



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7.- GOLPE DE ARIETE

CÁLCULO DEL GOLPE DE ARIETE

DATOS

Caudal Cálculo (2,4Qm) 150,00 m³/h

Longitud de la impulsión (L) 3.470,00 m

Diámetro nominal de la impulsión (D) 250,00 mm

Diámetro útil de la impulsión (D) 250,00 mm

Material de la tubería F.D.

Presión nominal 38 atm.

Espesor de tubería e 10,60 mm

Altura geométrica impulsión (H) 15,14 m

Perdida de carga (J) 9,35 m

Pendiente de la impulsión (%) 0,44 %

FORMULACIÓN:

V= Q/S

t=c+(KLV/gHm)

T=2L/a

a=9900/(48.3+k*(D/e))^1/2

Lc=aT/2

Formula de Michaud : 2LV/gt

Formula de Allievi : aV/g



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COEFICIENTES:

Coeficiente K formula Mendiluce Coeficiente C

de pendiente fórmula de Allievi

Longitud K

0 1,8

500 1,75 % Pendiente C

750 1,67 0 1

1000 1,5 10 1

1250 1,37 20 1

1500 1,25 25 0,8

1750 1,15 30 0,6

2000 1 35 0,4

3000 1 40 0

4000 1

5000 1

6000 1

10000 1

Coeficiente k de material

Material k

PVC 33,3

POLIESTER 6,6

FIBROCEMENTO 5,4

FUNDICION 1

ACERO 0,5

P.E.A.D. 111,11



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CÁLCULOS:

Altura manométrica (Hm) 29,49 m

Velocidad (V) 0,85 m/s

Coeficiente de material (k) 1,00

Coeficiente de pendiente c 1,00

Coeficiente de longitud (K) 1,00

Celeridad de la onda (a) 1159,62 m/s

Tiempo critico de parada (T) 5,98 sg

Tiempo de cese de circulación (t) 11,18 sg

Longitud critica (Lc) 6482,36 m

Longitud de la tubería menor que longitud critica

Tiempo critico de parada mayor que tiempo de cese de circulación

Tipo de impulsión Impulsión corta

Formula a aplicar Michaud

Incremento de presión 53,71 m

PRESIÓN TOTAL 68,85 m



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7.1.- CALDERÍN ANTIARIETE

Tras consulta a casa comercial (en este caso OLAER), se adjuntan cálculos

realizados por la casa para el dimensionamiento del calderín antiariete

necesario, susceptible de colocar en las instalaciones del bombeo proyectado.



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