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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA
TESIS COLECTIVA
CLCULO HIDRULICO DE LA PLANTA DE BOMBEO GRAN CANAL DE
ECATEPEC
PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO MECNICO REALIZARON: LOS CC.
GARCA GUZMN RAL HURTADO DAZ EDUARDO
Mxico D.F. Julio 2005
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AGRADECIMIENTOS
RAL GARCA GUZMN
A MIS PADRES (ARMANDO GARCA y HERMILA GUZMN)
Antes que nada les agradezco eternamente por haberme dado la
vida, y
por educarme como lo hicieron por que gracias a esa educacin
que
ustedes me dieron estoy escribiendo estos renglones de
agradecimientos, me hicieron el hombre que ahora soy con
defectos y
virtudes pero sobre todo SU HIJO el cual no se cansar de darles
las
gracias por todo el apoyo que me brindaron en mi formacin
acadmica, desde mi decisin de dejar de estudiar, ustedes
siempre
estuvieron ah para convencerme que lo mejor era estudiar;
mis
vivencias sentimentales, que aunque en algn tiempo mis nimos
estuvieron por los suelos siempre supieron darme los
consejos
adecuados para salir adelante; y sobre todo en mis tiempos
de
enfermedad, los cuales no fueron pocos pero supieron tenerme
la
paciencia para brindarme el tiempo y la tencin que en esos
momentos
necesitaba; hasta mis ltimos das de mi formacin, aunque en
esos
das estuve sin trabajo me apoyaron econmicamente para
culminar
este gran logro, gracias.
Por todo ese amor incondicional que me brindaron, solo les puedo
decir
que ha sido correspondido, LOS AMO, por todo, muchas gracias
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A MIS HERMANOS (Marco A., Hugo y David)
Quiero agradecerles todo el apoyo que recib de ustedes, cada uno
de
ustedes fueron un modelo para motivarme e inspirarme a iniciar
mi
formacin acadmica e intervinieron mucho para que ese inicio
culminara en esto, estuvieron conmigo en las buenas y en las
malas, en
la salud y en la enfermedad, siempre supieron ser BUENOS
HERMANOS, gracias por todo, los quiero mucho.
A MIS AMIGOS Por estar a mi lado y aguantarme todos mis
tropiezos y brindarme su
hombro cuando lo necesitaba.
A EDUARDO Por darme la oportunidad de compartir esto contigo y
por ser un gran
amigo durante nuestra formacin acadmica.
A MIS PROFESORES Por todos los conocimientos que me brindaron en
estos 4 aos y medio.
AL ING. MILLER Por darme su apoyo en este ltimo esfuerzo.
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A LOS NO NOMBRADOS A todas aquellas personas que en su momento
supieron brindarme su
apoyo incondicional, siempre estarn en mi mente.
A DIOS Por darme salud y fuerza para llegar hasta ste da, por
poner en mi
camino a las personas indicadas, y por el amor que me brindas
aunque
no sea merecedor de l.
A TODOS, MIL GRACIAS
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EDUARDO HURTADO DAZ A MI MAM.
Por ser la principal responsable de que esto sucediera,
Por siempre hacer lo imposible para que nada nos falte,
Por ser el ejemplo mas grande de mi vida.
Por darme esta educacin y formacin
desde siempre, Por ensearme
a vivir para servir. Por ser mi mam.
GRACIAS.
Nunca terminare de agradecerte lo que me has enseado Te quiero
mucho m.
A MI HERMANO. Fabin gracias por todas las cosas que he aprendido
de ti,
Espero que esto sirva de ejemplo para que lo superes por
mucho.
A KRIS. Por quererme y hacerme feliz.
Por presionarme para que me esfuerce un 110% Por estar siempre a
mi lado, gracias, te amo.
A MI PAP Porque aunque no esta presente, siempre lo llevo en mi
corazn y
Por haber dejado su ejemplo. Te quiero p
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A LA FAMILIA DAZ
Abuelita, tos, primos, por la ayuda que me brindaron
en algn momento de mi formacin, gracias.
A RAUL Por ser un buen compaero y amigo
y brindarme la oportunidad de trabajar juntos.
A MIS PROFESORES. Por la enseanza que dejan en m,
AL ING. MILLER Por el apoyo incondicional en la carrera
A LOS NO NOMBRADOS Todas aquellas personas
a las que no nombre pero llevo en mi mente, gracias
A DIOS Por darme la vida, salud y proteccin,
se que siempre esta conmigo, y aunque no te puedo ver,
se que existes y estas aqu, Por todo lo que me has dado
Y me seguirs dando, MIL GRACIAS
GRACIAS, GRACIAS, GRACIAS
vi
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I N D I C E.
INTRODUCCIN.....................................................................................4
JUSTIFICACIN......................................................................................5
CAPITULO 1: ANTECEDENTES.
1.1
OBJETIVO.........................................................................................7
1.2 EL
PASADO.......................................................................................8
1.2.1 poca
prehispnica..............................................................8
1.2.2 poca
colonial......................................................................9
1.2.3 Siglo
XIX.............................................................................10
1.3 HISTORIA
RECIENTE.....................................................................11
1.3.1 El Hundimiento de la
Ciudad..............................................11
1.3.2 Una salida para el
Agua.....................................................12
CAPITULO 2: INGENIERA BSICA.
2.1
OBJETIVO.......................................................................................14
2.2 SISTEMA DE
UNIDADES................................................................15
2.2.1 Sistema de
dimensiones....................................................15
2.3 PRINCIPIOS
BSICOS...................................................................17
2.4 MECNICA DE LOS
FLUIDOS.......................................................20
2.5 VISCOCIDAD
DINMICA................................................................22
2.6 VISCOSIDAD
CINEMTICA............................................................24
2.7
PRESIN.........................................................................................26
2.7.1 Principios de
Pascal...........................................................26
2.7.2 Tipos de
presiones.............................................................29
2.7.3 Medicin de la presin
relativa...........................................32
1
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2.8 MANMETRO DE
BOURDON........................................................33
2.9 ECUACIN DE
CONTINUIDAD......................................................34
2.10 ECUACIN DE
EULER.................................................................35
2.11 ECUACIN DE
BERNOULLI.........................................................36
2.12
FLUJOS.........................................................................................42
2.13 NMERO DE
REYNOLDS............................................................44
2.14
CAUDAL........................................................................................45
2.15 COLUMNA DE PRESIN DE UNA
BOMBA.................................46
2.16 PROCEDIMIENTO DE CLCULO PARA SISTEMAS DE
BOMBEO...............................................................................................49
CAPITULO 3: CLCULO DEL SISTEMA.
3.1
OBJETIVO.......................................................................................51
3.2
GENERALIDADES..........................................................................52
3.3 ESQUEMA
RESOLUTIVO...............................................................54
3.4 ESTACIN DE BOMBEO GRAN
CANAL.......................................57
3.5 REJILLAS AUTOMTICAS DE
LIMPIEZA.....................................60
3.6 CARCAMO DE
BOMBEO................................................................61
3.7 PROPELA MANEJANDO LQUIDO QUE CONTIENE SLIDOS
FIBROSOS............................................................................................64
3.8 ESQUEMA DE
BOMBEO................................................................65
3.9 CLCULO DEL SISTEMA DE
BOMBEO........................................66
3.10 EQUIPOS DE
BOMBEO................................................................71
3.11SELECCIN DE EQUIPO DE
BOMBEO.......................................72
2
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CAPITULO 4: CARACTERSTICAS DEL EQUIPO DE BOMBEO.
4.1
OBJETIVO.......................................................................................75
4.2 BOMBAS
P......................................................................................76
4.3 BOMBAS DE
HLICE......................................................................78
4.4 CURVAS DE
COMPORTAMIENTO................................................81
4.5 VENTAJAS DEL EQUIPO
SUMERGIBLE.......................................84
4.6 DESCRIPCIN DE LA BOMBA
SUMERGIBLE..............................85
4.7 ESQUEMA DE LA PLANTA DE BOMBEO DE GRAN CANAL.......88
ANEXOS..91
GLOSARIO..95
CONCLUSIN.......................................................................................97
BIBLIOGRAFA......................................................................................98
3
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INTRODUCCIN. El siguiente trabajo presenta la mayor cantidad de
informacin
disponible de la planta de gran canal, la cual es una
importante
construccin de la ciudad de Mxico y a nivel Latino Amrica.
Muestra rasgos histricos del porque se hizo una construccin de
tal
magnitud y para que sirve, desde los principios de la ciudad
hasta
nuestros tiempos.
Se podrn apreciar datos importantes de la ubicacin, construccin
y
funcin de este sistema, as como fechas, tiempos en que se
realizaron
las acciones para la elaboracin del proyecto con los cuales se
llevo a
cabo este trabajo.
Nos daremos cuenta que es una construccin importante para el
buen
funcionamiento y mantenimiento de la Ciudad de Mxico en
nuestros
das.
Para finalizar se definir el sistema que ayuda al desalojo de
aguas
residuales, pluviales, negras, etc., de nuestra Ciudad por medio
de un
gran sistema de bombeo.
4
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JUSTIFICACIN.
El sistema principal de la Ciudad de Mxico fue diseado para
funcionar
por gravedad, sin embargo, con el paso del tiempo se modific
su
funcionamiento hidrulico debido a los hundimientos regionales
del
subsuelo, ocasionados por la sobreexplotacin de los mantos
acuferos
del Valle de Mxico.
Como consecuencia de los hundimientos del terreno especialmente
se
han modificado las pendientes y el sentido de escurrimiento de
diversos
colectores y algunos conductos para el desalojo de las aguas
residuales
y aguas pluviales fuera del Valle de Mxico, como el gran canal
del
desage, en el que el desalojo de las aguas se ha reducido
drsticamente en los ltimos aos de 90 sm3 que era su
capacidad
original a menos de 7 sm3 en la actualidad. Esto se debe a que
hasta el
km 18 + 500 el gran canal esta alojado en terrenos
correspondientes a
fondos lacustre a partir de ese punto y hacia el norte, existe
una capa
dura en el subsuelo que evita que el gran canal de desage se
hunda a
la misma velocidad que en el centro de la ciudad, provocndose
la
perdida de capacidad de conduccin de este canal.
Para restituir la capacidad hidrulica de desalojo por este
importante
conducto, el Gobierno del Distrito Federal construy la planta
de
bombeo gran canal, localizada en el km 18+500 del gran canal
de
desage, en zona federal, en el municipio de Ecatepec, Estado
de
Mxico.
Esta planta bombear hasta 40 sm3 de aguas residuales y aguas
pluviales, lo que permitir disminuir los riesgos de inundaciones
en la
5
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ciudad de Mxico y en la zona metropolitana ubicada en terrenos
bajos.
Asimismo, al entrar en operacin esta planta, se podr
proporcionar el
mantenimiento que requiere el sistema de drenaje profundo,
con
personal especializado, lo que no ha podido realizarse desde
hace
varios aos, ya que este tambin se utiliza en temporadas de
estiaje
(secas), para conducir aguas residuales.
Adems, con la operacin de esta planta, durante la temporada
de
lluvias ser posible mantener niveles de agua bajos ante una
tormenta,
en el sistema de lagunas y canales del oriente de la Ciudad y su
zona
metropolitana, como son el propio gran canal de desage, el
drenaje
general del Valle, las lagunas de regulacin horaria y Churubusco
lago,
con lo cual se recuperara 2.1 millones de m3 de capacidad de
regulacin.
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CAPITULO 1: ANTECEDENTES.
1.1 OBJETIVO.
En este capitulo se hablar de la aguas residuales urbanas,
aguas
residuales industriales, la clasificacin de los contaminantes y
los
contaminantes habituales.
Se abordar el tema explicando como ha sido afectada nuestra
Ciudad
desde el pasado hasta nuestros das, como es que se ha afrontado
esta
problemtica.
Se explicar el asentamiento que ha tenido la misma, teniendo
como
objetivo el funcionamiento de la planta de gran canal y el
proceso que
lleva el desalojo de las aguas estancadas.
Daremos a conocer la importancia de esta construccin y la
funcionalidad que ahora tiene dicha construccin, para que la
urbanizacin que tiene continuamente la Ciudad de Mxico no
siga
siendo afectada por los hundimientos que ha tenido.
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1.2 EL PASADO.
1.2.1 poca prehispnica.
En aquella poca, los lagos formaban parte de montaas cubiertas
de
pinos, encinos, robles y numerosos ros pequeos. Como los
lagos
estaban a diferente altura, el agua de Chalco se desbordaba
con
frecuencia sobre el de Texcoco.
Desde entonces comenz la lucha de los habitantes del Valle
contra el
agua, ya que aunque no ocurrieran tormentas extraordinarias,
bastaba
con que durante varios aos se presentaran veranos lluviosos para
que
el nivel de los lagos se elevara peligrosamente, ya que no
existan
desages.
Los primeros asentamientos indgenas se localizaron en los
islotes y
riberas de los lagos, pero conforme se acentu el predominio de
los
aztecas, Tenochtitln se extendi hacia las superficies que ganaba
el
agua. Entonces el aumento en los niveles de los lagos comenz
a
ocasionar daos cuantiosos.
Ante este problema se construyeron bordos y diques de contencin.
En
1450 Netzhualcoyotl, rey de Texcoco, por encargo del rey
azteca
Moctezuma, dise y dirigi la construccin de un albarradn de
ms
de doce kilmetros de longitud y cuatro metros de ancho para
proteger
a la gran Tenochtitln del azote de las inundaciones. El dique
dividi
desde entonces el lago de Texcoco y la parte occidental que se
le dio el
nombre de Laguna de Mxico. Esta obra tambin contribuy a la
Ciudad, beneficiando a los cultivos.
8
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Tenochtitln era una Ciudad lacustre cuyos habitantes aceptaban
a
esas circunstancias naturales, por lo que slo pensaron en
contener las
aguas, sin crear ningn sistema para desahogarlas del Valle.
1.2.2 poca colonial.
Pero todo cambi al iniciarse la conquista. Durante el asedio de
la
ciudad por Hernn Corts en 1521, se abrieron varios boquetes en
el
albarradn de Netzhualcoyotl para permitir el paso de las
embarcaciones espaolas.
Posteriormente, las lluvias torrenciales alertaron a las
autoridades
coloniales sobre el grave problema de las inundaciones que
afectaban a
la Ciudad de Mxico, por lo que en 1555 el Virrey Velasco orden
la
construccin del albarradn de Lzaro y se hizo un primer
proyecto
para el desage del Valle de Mxico.
Sin embargo, en 1604 y en 1607 ocurrieron grandes
inundaciones,
provocadas principalmente por los escurrimientos del ro
Cuautitln, que
ocasionaron numerosas muertes y cuantiosos daos materiales.
Alarmado el Virrey envi una proposicin al Cabildo para que
se
procediera a construir un desage de la ciudad.
Finalmente a partir de 1789 se dio salida permanente a las aguas
de la
cuenca de Mxico, para seguridad de sus habitantes.
En 1803 y 1804, Humboldt, luego de inspeccionar las obras
hidrulicas
llego a la conclusin de que haba que complementar el plan de
Enrico
Martnez para drenar el Valle con un gran canal de desage. Pero
la
lucha por la independencia retras este ambicioso proyecto casi
un
siglo.
9
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1.2.3 Siglo XIX.
La salida de la cuenca por el tajo de Nochistongo empez a
alterar la
ecologa del Valle e inici un nuevo proceso: el nivel de los
lagos ya no
creca como antes, los diques crearon reas seguras para que
la
Ciudad se extendiera sobre las planicies lacustre y la poblacin
se
concentro an ms en las orillas de los antiguos lagos. Estas
zonas
sufran cuantiosos daos cuando se desbordaban.
Hacia 1856 las inundaciones eran cada vez ms alarmantes: en
algunas zonas su nivel alcanzaba hasta tres metros de altura.
A
principios de ese ao se abri un concurso para el proyecto de
las
obras del desage, ofrecindose un premio de doce mil pesos oro
al
vencedor. El plan ms completo y mejor calificado fue del
Ingeniero
Francisco de Garay, que comprenda el Gran Canal del Desage y
el
primer Tnel de Tequisquiac. Ambas obras se inauguraron en 1900.
Se
trataba de un esfuerzo colosal, pero de ninguna manera se
haba
logrado la solucin total.
10
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1.3 HISTORIA RECIENTE.
En 1930 se termin la primera red de drenaje por gravedad,
consistente
en un sistema de tuberas que descargaban al Gran Canal y en el
Lago
de Texcoco.
Pero como consecuencia del crecimiento demogrfico y de la
expansin
urbana, este sistema se volvi insuficiente para una poblacin que
se
haba duplicado en diez aos y que en 1940 era de casi dos
millones de
habitantes.
En esa poca hubo varias inundaciones graves en las partes bajas
de
la Ciudad, ya que adems otro problema se haba aadido: el
hundimiento cada vez ms acelerado del suelo, ocasionado por
la
sobreexplotacin de los mantos acuferos, que determin el sistema
y
disminuy su capacidad para desalojar las aguas del Valle, lo
que
motiv la ampliacin del Gran Canal y la construccin del segundo
tnel
de Tequisquiac.
1.3.1 El Hundimiento de la Ciudad.
Desde principios de siglo hasta 1936, los hundimientos de la
Ciudad de
Mxico se mantuvieron en el orden de cinco centmetros por ao.
Al
principio al aumentar la demanda de agua, se inici la perforacin
de
pozos profundos, y entre 1938 y 1948, el hundimiento en el
centro del
Distrito Federal se increment a 18 centmetros por ao, para
llegar
despus a 30 y 50 centmetros anuales. Como consecuencia, el
drenaje
proyectado para trabajar por gravedad requiri de bombeo para
elevar
las aguas al nivel del Gran Canal, con un gran incremento en los
costos
de operacin y mantenimiento. En 1960 se construyeron el
interceptor y
11
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el Emisor del Poniente, con objeto de recibir y desalojar las
aguas del
Oeste de la cuenca, descargndose a travs del trabajo de
Nochistongo.
No obstante, el desmesurado crecimiento de la Ciudad volvi
insuficientes las capacidades del drenaje del Gran Canal y del
Emisor
del Poniente en 1970; ya el hundimiento haba sido tal que el
nivel del
lago de Texcoco, que en 1910 se hallaba 1.90 metros por debajo
del
centro de la ciudad, se encontraba 5.50 metros ms arriba. Se
requera
de un sistema de drenaje que no fuera afectado por los
asentamientos
del terreno, que no necesitar bombeo y que expulsara las aguas
por la
cuarta salida artificial; era necesario construir el Sistema de
Drenaje
Profundo de la Ciudad de Mxico.
1.3.2 Una salida para el agua.
Desde el punto de vista geohidrlogico, la cuenca del Valle de
Mxico
es una gran olla cuyas paredes y fondo impermeable estn
constituidas
por rocas volcnicas. Esa olla est rellenas de sedimentos
fluviales,
lacustres y volcnicos que van desde arenas gruesas hasta
arcillas con
altos contenidos de agua. Dentro de ese marco histrico, geolgico
e
hidrolgico funciona el sistema de drenaje del Distrito
Federal.
El sistema es combinado, aunque en la actualidad se estn
separando
los drenajes, conduciendo tanto aguas de lluvia como residuales
a
travs de una red primaria y una secundaria, con plantas de
bombeo,
tanques de tormenta, causes abiertos, ros entubados, presas,
lagunas
y drenaje profundo.
Sin el conjunto de obras del sistema de drenaje, no sera posible
dar
solucin al desalojo de las aguas de la Ciudad.
12
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Por sus caractersticas de construccin y por la profundidad a que
se
encuentra, no es afectado por el hundimiento y opera por
gravedad, por
lo que ser una obra durable y econmica a largo plazo.
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CAPITULO 2. INGENIERA BSICA.
2.1 OBJETIVO.
El capitulo presenta las formulas bsicas a usar para el clculo
del
sistema de gran canal. Se explica cada una de ellas y se dar
a
conocer su funcionamiento y aplicacin.
Se sabe que cada una de estas formulas son de gran importancia
para
la construccin y el correcto funcionamiento de la planta de
bombeo
Gran Canal.
Para el logro de este capitulo nos auxiliamos en la ingeniera
hidrulica
bsica y as obtener un mayor entendimiento.
Es importante recalcar que la ingeniera bsica en este capitulo
es de
suma importancia para los logros esperados en los siguientes
captulos.
La importancia de hacer correctamente las cosas es sin duda la
base,
es por eso la necesidad de esta capitulo para la correcta
aplicacin de
los siguientes.
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2.2 SISTEMA DE UNIDADES.
En mecnica de fluidos existen cuatro dimensiones fundamentales
que
son:
Longitud (l)
Tiempo (t)
Fuerza (F)
Masa (m)
Los sistemas de unidades ms comunes en este medio, las
podemos
resumir de la siguiente manera:
Sistema mtrico, MKS (Metro, Kilogramo, Segundo).
Sistema Ingls
Sistema de dimensiones.
DIMENSIONES FLT (Tcnico) MLT (Tcnico) FMLT (Tcnico)
Fuerza kg Newton kgfMasa UTM kg kgm
Longitud m m m
Tiempo s s s
Fuerza lb poundal lbfMasa slug lb lbm
Longitud pie pie pie
15
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Se han definido las unidades fundamentales y suplementarias
como
sigue:
METRO (m): Es la longitud de la trayectoria recorrida por la luz
en el
vaco durante un intervalo de tiempo de 1/299 792 458 de
segundo.
KILOGRAMO (kg): Es la unidad de masa y es igual a la masa
del
prototipo internacional del kilogramo.
SEGUNDO (s): Es la duracin de 9192631770 periodos de la
radiacin
correspondiente a la transicin entre dos niveles hiperfinos del
estado
fundamental del tomo de Cesio 133.
LIBRA FUERZA (lbf): Es la fuerza que acta sobre una libra masa
en un
punto sobre la tierra donde la magnitud de la aceleracin de
la
gravedad es: g = 32.174 2spie
KILOGRAMO FUERZA (kgf.): es la fuerza necesaria para soportar
el
kilogramo patrn en contra de la accin de la gravedad
terrestre:
g = 9.81 2sm
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2.3 PRINCPIOS BSICOS.
Con el propsito de tener un mejor entendimiento del contenido de
este
proyecto se presenta un breve recordatorio de los principios
bsicos de
la fsica relacionados con el estudio de las mquinas
hidrulicas.
FUERZA.
Todo agente que produce o tiende a producir movimiento, y puede
ser
de carcter u origen mecnico, elctrico, trmico, etc. Obsrvese
que
una fuerza no siempre produce movimiento. Por ejemplo, una
fuerza
relativamente pequea no har que se mueva un cuerpo pesado,
pero
tiende a producir su movimiento.
PRIMERA LEY DE NEWTON.
Todo cuerpo conserva su estado de reposo o de movimiento
rectilneo
uniforme a menos que sea obligado a cambiar ese estado por
fuerzas
que se le apliquen.
SEGUNDA LEY DE NEWTON.
Se puede resumir en la siguiente expresin:
a m F rr =
Donde F es la suma (vectorial) de todas las fuerzas que actan
sobre el cuerpo, m es la masa del mismo y a es su aceleracin
(vectorial).
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TERCERA LE DE NEWTON.
A toda accin se opone siempre una reaccin igual; o en otras
palabras, las acciones mutuas de dos cuerpos entre s siempre
son
iguales, y dirigidas en direcciones contrarias.
TRABAJO, ENERGA Y POTENCIA.
TRABAJO.
Es el producto de la fuerza aplicada a una partcula y la
distancia que
recorre esta en la direccin o sentido de aquella. Si la fuerza
aplicada
es insuficiente para hacer que se mueva la partcula, entonces no
se
realiza trabajo. Las unidades empleadas para medir esta magnitud
son:
pie-libra fuerza, metro-kilogramo fuerza y en el sistema
internacional es
el joule (J) o Newton-metro (Nm).
ENERGA.
Se define como la capacidad de realizar trabajo. La energa puede
ser
de naturaleza mecnica elctrica, trmica, qumica, etc. Y
pueden
transformarse una en otra. Recordemos que tanto la masa como
la
energa no se crean ni se destruyen solo se transforman. Puesto
que la
energa de un sistema o dispositivo representa el trabajo que
puede
hacer, las unidades de energa y trabajo son iguales.
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POTENCIA.
Es la rapidez con que se realiza el trabajo. La potencia media
producida
por un agente es el trabajo total ejecutado por la agente
dividido entre el
intervalo de tiempo total, o sea,
P = tT
Donde:
P = Potencia HP
T = Trabajo realizado Joule
t = Tiempo que se tard en realizar el trabajo s
La unidad de la potencia en el sistema internacional es el watt
(w),
significa que se realiza trabajo a razn de 1 Joule por
segundo.
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2.4 MECNICA DE FLUIDOS.
Es la rama de la mecnica que se encarga del estudio de los
fluidos.
Desde el punto de vista de la mecnica de los fluidos, la materia
solo
puede presentarse en dos estados slidos y fluidos.
Los slidos ofrecen gran resistencia al cambio de forma y
volumen,
dado que poseen una gran cohesin intermolecular.
Los fluidos son aquellas sustancias que, debido a su poca
cohesin
intermolecular, carece de forma propia y adapta la forma del
recipiente
que lo contiene.
Los fluidos se dividen en lquidos y gases.
Los lquidos ocupan un volumen definido y tienen superficies
libres. Son
prcticamente incompresibles.
Los gases se expansionan hasta ocupar todas las partes del
recipiente
que lo contenga. Son compresibles.
Para su estudio, la mecnica de fluidos se divide en las
siguientes
cuatro ramas.
HIDROSTATICA. Estudia los lquidos en reposo.
HIDRODINMICA. Estudia los lquidos en movimiento.
AEROSTATICA. Estudia los gases en reposo.
AERODINMICA. Estudia los gases en movimiento.
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Quiz la mecnica de fluidos es la rama de la ingeniera mecnica
que
ms aplicaciones encuentra en la vida prctica, es difcil imaginar
una
mquina, dispositivo o herramienta que no tenga en su interior
algn
fluido, o cuyo diseo no se base en la mecnica de fluidos.
Las
bombas, los ventiladores, los compresores, cohetes y turbinas de
gas
son fundamentalmente mquinas de fluidos. Todas las mquinas
tienen
que ser lubricadas, y el lubricante es un fluido.
Propiedades de los fluidos.
PESO ESPECFICO (). Es el peso por unidad de volumen de una
sustancia.
= VW
Donde:
W = peso kg ; UTM
V = volumen m3
Unidades en el ST: 3mUTM
Unidades en el SI: 3mkg
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2.5 VISCOSIDAD DINMICA ().
Un slido puede soportar esfuerzos normales de dos clases: de
compresin y de traccin. Un lquido puede soportar esfuerzos
de
compresin pero no de traccin. Los slidos y los fluidos pueden
estar
sometidos a esfuerzos cortantes o esfuerzos tangenciales. En
ellos la
fuerza es paralela al rea sobre la que acta, en los cuerpos
elsticos la
deformacin desaparece cuando deja de actuar la fuerza.
En la deformacin plstica subsiste la deformacin aunque
desaparezca la fuerza deformadora.
En los fluidos la deformacin aumenta constantemente bajo la
accin
del esfuerzo cortante, por pequeo que este sea, esto es, un
fluido
sometido a un esfuerzo cortante se deforma continuamente.
Entre las molculas de un fluido existen fuerzas moleculares que
se
denominan fuerzas de cohesin. Al desplazarse unas molculas
con
relacin a las otras se produce a causa de ellas una friccin. Por
otra
parte, entre las molculas de un fluido en contacto con un slido
y las
molculas del slido existen fuerzas moleculares que se
denominan
fuerzas de adherencia. El coeficiente de friccin interna del
fluido se
denomina Viscosidad Dinmica y se designa con la letra .
En otras palabras la viscosidad es una medida de la resistencia
interna
que presenta un fluido al movimiento.
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Las caractersticas que distingue esencialmente un fluido de un
slido
es que un fluido no ofrece resistencia a la deformacin por
esfuerzo
cortante.
En un slido rgido = infinito. En un fluido ideal = 0. En un
fluido real la viscosidad dinmica tiene un valor finito distinto
de
cero.
Cuanto mayor sea esta, mayor ser la fuerza necesaria para mover
la
placa.
La viscosidad produce una resistencia a la deformacin, o
resistencia a
que unas capas resbalen sobre otras y, por tanto, una prdida
de
energa en la corriente.
En el fluido ideal no existe resistencia alguna.
El fluido real en reposo se comporta exactamente como un fluido
ideal
= 0.
Unidades en el ST: 2mskg
Unidades en el SI: 2msN
Unidades en el STI: 2pieslb
Las anteriores son las unidades bsicas de viscosidad dinmica en
los
diferentes sistemas de dimensiones y unidades. Sin embargo,
estas
unidades tienen el inconveniente de ser demasiado grandes para
los
valores que ordinariamente tiene la viscosidad de los fluidos
usuales,
23
-
Generalmente es mucho mas empleada otra unidad ms pequea
llamada Poise, la cual es igual a:
1 Poise = 0.01 2msN
2.6 VISCOSIDAD CINEMTICA.
Muchas de las ecuaciones de la mecnica de fluidos y de la
hidrulica
incluyen la combinacin . Puesto que esto ocurre con frecuencia,
se
le ha asignado con el nombre especial de viscosidad
cinemtica,
asignndole a sta la letra griega . Por lo tanto tenemos.
=
Unidades en el STM: sm2
Unidades en el SI: sm2
Unidades en el STI: s
pie2
En la prctica se utiliza ms otra unidad ms llamada Stoke, la
cual es
igual a:
1 Stoke = 0.0001 sm2
24
-
En Espaa, Alemania y otros pases es muy empleado el
viscosmetro
Engler, el cual consiste de un recipiente de latn de 106 mm
de
dimetro inferior y con fondo esfrico que desagua por un tubo de
2.9
mm de dimetro y de 200 mm de longitud que cierra mediante un
obturador. El recipiente se llena de lquido cuya viscosidad se
desea
medir hasta una seal y mantenindose a temperatura constante
en
bao mara; a continuacin se levanta el obturador y se cronometra
el
tiempo necesario para evacuar 200 cm3 de lquido. El resultado de
la
medida se expresa en grados Engler, E, la nueva unidad de
viscosidad, que se define como la relacin entre los tiempos
necesarios
para evacuar 200 cm3 de lquido y el mismo volumen de agua a 20
c
(48.51 s).
A continuacin se presenta una frmula emprica para obtener la
viscosidad.
= EE 0631.00731.0 [
scm2 ]
Tambin la SAE (Society of Automotive Engineers) ha difundido
su
nomenclatura y a continuacin se establece la siguiente tabla
referida
de aceites lubricantes, vlida para 50 c.
SAE 10 20 30 40 50 60
E 3-5 5-7 7-9 9-12 12-17 17-19
Los nmeros de invierno se determinan mediante pruebas a 0 f. As
se
tienen 5W, 10W, 20W. Los nmeros de aceites para verano 20, 30,
40,
50, etc. Designan el porcentaje SUS a 210 F.
25
-
2.7 PRESIN.
En trminos generales podemos decir que la presin es una fuerza
por
unidad de rea, esto es:
P = AF
2smkg
Donde:
F = Fuerza 2smkg
A = rea m2
2.7.1 Principios de Pascal.
Este principio dice que En cualquier punto en el interior de un
lquido
en reposo la presin es la misma en todas las direcciones.
Esto significa que, si tenemos un recipiente como el de la
figura y por
medio del pistn le aplicamos una fuerza (F) y suponiendo que
no
existe fuga de lquido a travs de ste, entonces el lquido dentro
del
recipiente se comprimir con una presin a (AF ). Al suceder
esto,
observamos que los tubitos colocados en diferentes partes
del
recipiente, el lquido sube la misma altura (h) en todos ellos lo
cual
quiere decir que la presin en cada punto del recipiente es la
misma.
26
-
F
h
Una aplicacin prctica del principio de Pascal, se representa en
el
principio de la prensa hidrulica.
F1 F2 D1 D2
27
-
Esto es, si aplicamos una fuerza (F), el mbolo de la izquierda,
ste
provocar una presin sobre el lquido en el interior, la cual
valdr:
P1 = 1
1
AF
Como A1 es circular podemos poner que:
P1 = 21
14DF
Como, de acuerdo con el principio de Pascal, la presin es la
misma en
todas las direcciones, entonces la presin (P1) se transmitir a
travs
del lquido y actuar sobre el pistn de la derecha, es decir
P1 = P2
Esta es la expresin matemtica del principio de la prensa
hidrulica.
P2 = 2
2
AF = 2
2
24DF
Donde:
F2 = Fuerza ejercida sobre el pistn de la derecha.
F1 = Fuerza ejercida sobre el pistn de la izquierda.
D2 = Dimetro del pistn de la derecha.
D1 = Dimetro del pistn de la izquierda.
28
-
2.7.2 Tipos de Presiones.
Se estudiarn tres tipos de presiones de uso comn en la
prctica
ingeniera, las cuales son:
Presin atmosfrica o baromtrica.
Presin absoluta.
Presin relativa o manomtrica.
A) PRESIN ATMOSFRICA.
Esta es la presin debido a que los pesos de los gases de la
atmsfera
terrestre nosotros vivimos en el fondo de un ocano de gases, a
la
mezcla de las cuales llamamos aire, este aire tiene peso
(aproximadamente 1/815 del peso del agua) y provoca una presin
al
actuar sobre la superficie terrestre.
En base a lo anterior, es lgico que la presin atmosfrica vare
con la
altitud. Un lugar ms alto tendr menos columna de aire sobre el,
y, por
tanto una presin menos que un lugar ms abajo.
La presin atmosfrica que acta sobre el nivel medio del mar
se
denomina Presin atmosfrica normal o estndar.
A la presin atmosfrica que se ejerce sobre una localidad
determinada
se le llama Presin atmosfrica local.
29
-
Por lo tanto, para cualquier lugar situado a nivel del mar se
tiene que:
Presin atmosfrica normal = Presin atmosfrica local
Patm normal = 76 cm Hg.
En el sistema internacional de unidades, la unidad bsica para
medicin
de cualquier tipo de presin es el pascal, el cual se define
como:
1 Pascal = 1 2mNewton
Entonces, la presin atmosfrica normal en pascales valdr:
Patm normal = 10330 2mkg X 9.81
kgN = 101337.3 Pascales
Sin embargo, el Pascal presenta el inconveniente de ser una
unidad
bastante pequea para medir la gran mayora de las presiones
usuales
en ingeniera, por lo que se acostumbra usar ms algn mltiplo
de
esta, como el kPA (kilo Pascal = (10)3 pascales), el MPA (Mega
Pascal
= (10)6 pascales).
A pesar de lo anterior para el caso particular de la presin
atmosfrica,
es muy usado el BAR, el cual se define como.
1 BAR = 10 5 pascales
Por lo tanto, la presin atmosfrica en bares valdr:
Patm normal = 101337.3 Pascales = 1.01337 bares
30
-
B y C) PRESIN ABSOLUTA Y PRESIN RELATIVA O
MANOMTRICA.
En una regin como el espacio exterior que esta prcticamente vaco
de
gases, la presin es esencialmente cero.
Tal condicin puede lograrse en forma muy aproximada en el
laboratorio.
La presin en el vaco absoluto se llama Cero absoluto. No puede
haber
una presin menor al cero absoluto. Todas las presiones que se
midan
con respecto al cero absoluto se denomina Presiones absolutas;
por lo
tanto, no puede haber una presin absoluta negativa.
Ahora. Muchos aparatos medidores de presin no miden
presiones
absolutas sino nicamente incrementos o decrementos de presin
con
respecto a la presin atmosfrica local. En este caso la presin
de
referencia (o el cero de la escala) corresponde precisamente al
valor de
la presin atmosfrica local. A este tipo de presin se le llama
Presin
relativa o manomtrica.
Para este tipo de presin, como es lgico, existe la posibilidad
de que la
lectura sea positiva o negativa. A las presiones relativas
negativas se
les llama Presiones de vaco.
31
-
Para encontrar la presin absoluta a partir de la presin leda en
un
dispositivo que nos de la presin relativa, habr que sumar la
presin
leda en ese dispositivo la presin atmosfrica local medida
exactamente con un barmetro. Esto puede expresarse
matemticamente como:
Pabs = Patm local + Prel
2.7.3 Medicin de la presin relativa.
En general, los aparatos para medir presin se llama manmetros.
Ya
en particular, segn el tipo de presin a medir adopta distintos
nombres,
por ejemplo:
Para medir la Patm: Barmetros
Para medir la Pabs: Manmetros de presin absoluta
Para medir la Prel (positiva): Manmetros
Para medir la Prel (negativa): Vacumetros
Para medir presiones muy pequeas: Micromanmetros
Para medir diferencia de presiones: Manmetro diferencial
Existen innumerables tipos de aparatos para medir presin,
algunos
mecnicos, otros elctricos y cada uno con grados de presiones
muy
diversos. En hidrulica industrial el manmetro ms utilizado es
el
manmetro de Bourdon.
32
-
2.8 MANMETRO DE BOURDON.
Este tipo de manmetro consta de un tubo que tiene una seccin
trasversal elptica doblado en un arco circular, cuando la
presin
atmosfrica (presin relativa cero) prevalece en el manmetro, el
tubo
no se reflexiona; para ello la aguja del manmetro est calibrada
para
leer una presin de cero.
Este manmetro puede leer tambin presiones absolutas, a
condicin
de que por la parte exterior del tubo elptico se haga un vaco
total. Esto
se logra solo si todo el interior del manmetro se encuentra
sellado y
vaco, de esta manera cualquier presin por encima del cero
absoluto
que entre al tubo elptico deforma este, ya que por su parte
exterior la
presin es cero absoluto.
Este tipo de manmetro es muy comn, y es bastante confiable si no
se
le somete a excesivas pulsaciones de presin o choques
externos
indebidos. Sin embargo, como ambas condiciones prevalecen a
veces
en la prctica, en tales casos es recomendable utilizar manmetros
con
glicerina que le sirve como amortiguador.
33
-
2.9 ECUACIN DE CONTINUIDAD.
La cantidad de fluido que pasa a travs de una seccin transversal
a
una corriente, en la unidad de tiempo, se denomina caudal o
gasto.
Esta cantidad de fluido puede expresarse en unidades de volumen,
de
masa o de peso, denominndose en cada caso gasto volumtrico,
gasto msico o gasto en peso, respectivamente.
El gasto volumtrico es el ms utilizado en hidrulica
industrial.
La ecuacin de continuidad para un tubo de corriente y un
fluido
incompresible (lquidos) est dada por:
Q = A V = cte
Donde:
Q = Gasto volumtrico sm3
A = rea de la seccin transversal m2
V = Velocidad sm
34
-
2.10 ECUACIN DE EULER.
Es la ecuacin fundamental para el estudio de las turbo
mquinas
hidrulicas y trmicas.
Hu = g
CVCV vv 2211
Donde:
Hu = Es la energa terica (altura hidrulica) comunicada al
fluido.
C1v = Componente perifrica de la velocidad absoluta del fluido a
la
entrada.
C2v = Componente perifrica de la velocidad absoluta del fluido a
la
salida.
V1 = Velocidad absoluta del labe a la entrada o velocidad
perifrica a
la entrada
V2 = Velocidad absoluta del labe a la entrada o velocidad
perifrica a
la salida.
g = Constante de la gravedad.
35
-
2.11 ECUACIN DE BERNOULLI
Pensemos en un conducto a travs del cual existe un flujo de un
fluido
incompresible (lquido). Vamos a asumir que el flujo sea
permanente
(sin variacin de las propiedades del fluido dentro del tubo con
respecto
del tiempo) y que no existe transferencia de masa a travs de
las
paredes del conducto, es decir, que la cantidad del fluido que
entre por
una seccin determinada del conducto sea igual a la que sale por
otra
seccin en el mismo intervalo.
Aplicando el principio de la conservacin de la energa, el cual
dice que:
E1 + W1-2 = E2 En donde:
E1 = Energa de las partculas del fluido en la seccin (1)
E2 = Idem de la seccin (2)
W1-2 = Trabajo necesario para llevar una partcula de fluido de
la
seccin (1) a la seccin (2)
Como la energa en cada punto se divide en energa cintica y
en
energa potencial, tenemos:
Ecin1 + Epot1 + W1-2 = Ecin2 + Epot
Sabemos que:
Ecin = mv2 y que Epot = mgz
36
-
El trabajo de 1 a 2 lo podemos evaluar de la siguiente manera:
En el
sentido del fluido acta la fuerza F1 = P1 A1 la cual ayuda a
trasladar las
partculas del punto (1) al punto (2), la fuerza F2 = P2 A2 acta
en
sentido contrario, es decir, trata de impedir que las partculas
del fluido
pasen del punto 1 al punto 2. A parte de estas dos fuerzas,
existe que
trata de impedir el flujo de 1 a 2, esta la fuerza de rozamiento
entre las
paredes del conducto y las partculas del fluido en contacto con
ellas.
Sin embargo, en el anlisis siguiente vamos a considerar
despreciable
esta ltima fuerza.
La fuerza (F1) en un instante pequeo de tiempo (t) mueve
ciertas
partculas de fluido en una distancia (I1); como el fluido es
incompresible, este movimiento se trasmite hasta el punto 2, en
el cual
las partculas se desplazan una distancia (I2). Entonces el
trabajo de 1 a
2 podemos expresarlo como:
W1-2 = F1 L1 F2 L2W1-2 = P1 A1 L1 P2 A2 L2
Como las distancias I1 y I2 son pequeas, podemos considerar
que
A1I1 = V1 y A2 L2 = V2 en donde V1 y V2 son los volmenes
desplazados
en un instante pequeo de tiempo (t).
Pero V1 = V2 ya que el flujo es permanente, incompresible y
sin
transferencia de masa a travs de la pared del conducto.
Debido a lo anterior podemos establecer que:
V1 = V2 = VT
37
-
Sustituyendo tenemos:
W1-2 = P1 V1- P2 V2 = (P1 P2) V
Poniendo el volumen en funcin de la densidad y masa del
fluido
tenemos:
W1-2 = (P1 P2) pm
Sustituyendo las energas cinticas y potencial en cada punto y
el
trabajo de 1 a 2 en la ecuacin respectiva, tenemos:
m v12 + mgz1 + (P1 P2) pm = mv22 + mgz2
La ecuacin anterior se conoce como la Ecuacin de Bernoulli en
la
cual se ha despreciado las prdidas por rozamiento y no se ha
considerado la adicin de energa por medios externos al
flujo.
Si consideramos las prdidas por rozamiento y tenemos algn
dispositivo que aada energa al flujo entre los puntos 1 y 2, la
Ecuacin
de Bernoulli toma la siguiente forma:
2
2
22
211
1
21
22PZ
gVHHPZ
gV
fA ++=+++
38
-
Donde:
v1 = velocidad media del fluido en la seccin 1 sm
v2 = velocidad media del fluido en la seccin 2 sm
Z1 = distancia vertical desde el plano de referencia al punto 1
m
Z2 = distancia vertical desde el plano de referencia la punto 2
m
P1 = presin del fluido en el punto 1 2cmkg
P2 = presin del fluido en el punto 2 2cmkg
Hf 1-2 = prdidas de energa por rozamiento del punto 1 al punto 2
m
HA = energa aadida al sistema kgm
En resumen podemos decir que la Ecuacin de Bernoulli junto con
la
Ecuacin de Continuidad, son las dos ecuaciones de la
hidrodinmica
aplicada. Su utilizacin es obligada en cualquier problema que
involucre
fluidos en movimiento.
Como las presiones que se utilizan en hidrulica industrial son
muy
grandes, los trminos relacionados a las distancias verticales
son
despreciables, por lo que la Ecuacin de Bernoulli se reduce
a:
2
22
211
21
22P
gVHHP
gV
fA +=++
ECUACION DE DARCY
39
-
De acuerdo a las investigaciones de Darcy, la prdida de carga
que
ocurre entre dos secciones de una corriente (canal, tubera,
etc.) es
igual a la suma de la prdida de carga por friccin ms la prdida
de
carga debida a la turbulencia producida por las obstrucciones
que obran
en la corriente.
La frmula de Darcy para la prdida de carga por friccin es:
=
g2V
dl f h
2
f
Donde:
hf = Prdida de carga por friccin m
f = coeficiente de friccin
l = Longitud del canal o conducto m
d = dimetro m
V = Velocidad media de la corriente sm
g = Gravedad = 9.81 2sm
ECUACIN DE MANNING
40
-
hf = L Q2 K
Donde:
hf = Prdida de carga por friccin m
L = Longitud de la tubera (Le) longitud equivalente m
Q = Gasto volumtrico sm3
K = constante de Manning
316
2
D
n 10.293 K =
n = coeficiente de rugosidad
D = dimetro del tubo m
DL Le =
Le = Longitud equivalente m
L = Longitud de la tubera m
D = Dimetro del tubo m
2.12 FLUJOS.
41
-
Es el movimiento o trayectoria de un fluido. Existen diferentes
tipos de
flujo.
Flujo ideal.
Flujo real.
Flujo permanente.
Flujo no permanente.
Flujo uniforme.
Flujo no uniforme.
Flujo laminar.
Flujo turbulento.
FLUJO IDEAL. Es el flujo perfecto, compresible e incompresible
y
cumple con todas las propiedades que uno le asigne.
FLUJO REAL. Es el flujo viscoso y en cual existe rozamiento.
FLUJO PERMANENTE. Es aquel en el que las caractersticas de
escurrimiento son las mismas a travs del tiempo, permanece
constante
en diferentes tiempos.
FLUJO NO PERMANENTE. Un flujo es no permanente cuando las
condiciones en un punto cualquiera del fluido cambian con el
tiempo.
FLUJO UNIFORME. Es aquel en el que sus propiedades fsicas y
termodinmicas en cualquier punto del espacio o seccin
transversal no
varan con relacin al tiempo, esto es en diferentes posiciones se
tienen
los mismos valores.
42
-
FLUJO NO UNIFORME. El flujo no uniforme es el caso
contrario.
FLUJO LAMINAR. Es un flujo en le cual sus capas forman capas
laminares, es decir que tienen un movimiento ordenado y
organizado de
partculas. Las partculas fluidas se mueven segn trayectorias
paralelas, formando el conjunto de ellas capas o laminas. El
flujo
laminar puede ocurrir en muchas ocasiones, sin embargo sus
caractersticas particulares son siempre las mismas, las
partculas
individuales del fluido siguen trayectorias que no se cruzan con
las
partculas vecinas.
FLUJO TURBULENTO. En este tipo de flujo las partculas se
mueven
en todas las direcciones en forma desordenada. Es posible
conocer la
trayectoria de una partcula individualmente.
2.13 NMERO DE REYNOLDS.
43
-
Las investigaciones de Osborne Reynolds han demostrado que
el
rgimen de flujo en tuberas, es decir si es laminar o turbulento
depende
del dimetro de la tubera, de la densidad, la viscosidad del
fluido y la
velocidad del flujo. El valor numrico de Reynolds es el
parmetro
adimensional de semejanza en los problemas con predominio de
la
viscosidad, es una combinacin de cuatro variables que pueden
considerarse como la relacin de la fuerza de inercia a la fuerza
de la
viscosidad, el nmero de Reynolds es:
vD Re =
Donde:
= Densidad del fluido en 3mkg
D = Dimetro de la tubera en m
v = Velocidad media en sm
= Viscosidad dinmica sm
kg
Para estudios tcnicos, el rgimen de flujo en tuberas se
considera
como laminar si el nmero de Reynolds es menor que 2000 y
turbulento
si es mayor que 4000.
Entre estos dos valores se encuentra la zona conocida como
crtica
puede ser laminar, turbulento o de transicin.
2.14 CAUDAL.
44
-
Es el volumen o gasto de fluido por unidad de tiempo que pasa a
travs
de una seccin transversal a la corriente. El caudal se obtiene
por la
siguiente ecuacin:
tV Q =
Donde:
Q = Caudal volumtrico sm3
t = Tiempo s
V = Volumen m3
O bien
Q = V A
Donde:
Q = Caudal volumtrico sm3
V = Velocidad sm
A = rea de una seccin transversal del tubo m2
2.15 COLUMNA DE PRESIN EN UN BOMBA.
45
-
En la seleccin de una bomba intervienen varios datos esenciales,
entre
otros son: la columna, capacidad, naturaleza del lquido,
condiciones de
succin (columna, dimetro de tubera) condiciones de descarga,
columna total, servicio continuo o intermitente, condiciones
de
instalacin, requisitos especiales en cuanto a su diseo,
construccin o
caractersticas de las bombas, etc.
Uno de los datos que intervienen para el clculo de la
potencia
requerida por la bomba es la columna. Entenderemos por columna
la
fuerza que ejerce una columna de fluido sobre una superficie
unitaria.
Esta presin se puede expresar en 2lgpulb , 2cm
kg o en metros de
columna de lquido.
Se debe tener presente que la presin hidrosttica:
P = h Si
P = 21 cmkg
32 1000 mkg
OH =
c.a. m10
mkg1000
1mcm10
cmkg1
Ph
3
2
24
2
===
Tambin:
46
-
a Ha = sus HsusDonde:
a = Peso especifico del agua ha = Columna o presin del agua
sus = Peso especifico de la sustancia hsus = Columna o presin de
la sustancia
(Es funcin de ASNM)
1 atm = 1.033 2cmkg
En el clculo de la potencia requerida por la bomba adems de
las
anteriores columnas o cargas estticas debemos considerar las
energas que se deben vencer debido al rozamiento. A la suma de
ellas
se le llama alturas o cargas manomtricas, tenindose lo
siguiente:
HT = HD - HsDonde:
HT = Carga manomtrica total
Hs = Carga manomtrica de succin
HD = Carga manomtrica de descarga
Hs = h s hf tubera ht accesorios sP
Donde:
hs = Carga esttica de succin.
47
-
hf tubera = Prdida de energa o carga en la tubera de succin por
efecto
de la friccin.
hf accesorios = Prdida de energa o carga en los accesorios de la
succin.
sP = Presin existente en el depsito de succin.
HD = +-hD + hf tubera + hf accesorios DP
Donde:
hD = Carga esttica de descarga.
hf tubera = Prdida de energa o carga en la tubera de descarga
por
efecto de la friccin.
hf accesorios = Prdida de energa o carga en los accesorios de
la
descarga.
DP = Presin existente en el depsito de descarga.
Por tanto la Potencia requerida por una bomba es:
B
TB 76
HQ P = PB = Potencia de la bomba HP
= Peso especifico del agua 3mkg Q = Caudal volumtrico
sm3
HT = Carga manomtrica total m c.a.
B = Eficiencia de la bomba 2.16 PROCEDIMIENTO DE CLCULO PARA
SISTEMAS DE BOMBEO.
48
-
1. Elaborar un isomtrico del sistema.
2. Determinar prdidas por rozamiento, en las lneas de succin
y
descarga.
3. Determinar las condiciones de operacin y propiedades del
fluido,
entre ellas el gasto mnimo, normal, mximo, temperatura, etc.
4. Para el clculo y seleccin de la bomba se debe usar un factor
de
seguridad, para lo cual debemos seguir los siguientes
criterios:
Hacer los clculos de cada de presin por rozamiento con el
gasto
mximo esperado, al obtener el factor por rozamiento (friccin) f,
se le
aumenta del 20 % al 30 % y se continan los clculos. Este aumento
se
hace debido al cambio de rugosidad que va sufriendo la pared de
la
tubera estando en servicio de 5 a 10 aos.
En el caso de que el flujo mximo no est perfectamente
determinado,
o exista la posibilidad de un aumento sobre el gasto estimado,
se
deber aplicar de un 10 % a 20 % adicional al gasto en el momento
de
seleccionar la bomba.
Usar como gasto de diseo el mximo esperado y calcular las
cadas
de presin. Para Qmx. Se debe procurar que la relacin siguiente
se
cumpla.
normal
mx
QQ
= 1.1
49
-
Al seleccionar la bomba se aumentar un 25 % al gasto normal.
Este
factor se aplica pensando en la posibilidad de que hallan
cambios en el
suministro.
c) Usar el gasto mximo para calcular las prdidas por friccin
y
aumentar 10 % al Hf resultante. Al seleccionar la bomba se usar
Hf
modificada y el Qmx aumentado en un 10 %, Qsel = 1.1 Qmx. En
el
caso de que usen los criterios a y b para, seleccionar un fs,
es
necesario revisar si la bomba resultante es compatible y
aceptable
segn las curvas de comportamiento de las bombas.
5. La velocidad recomendada para lquidos semejantes al agua en
la
lnea de succin es de 1.2 a 2 sm . En el caso en el que el
(NPSH)D
resulte de los clculos sea de mayor de 10 pies las velocidades
podrn
ser de 2 a 5 sm .
6. Determinar la presin absoluta disponible en la succin de la
bomba
(NPSH)D.
7. Obtener la Potencia terica para mover el lquido.
50
-
CAPITULO 3: CLCULO DEL SISTEMA.
3.1 OBJETIVO.
Este captulo aplica los conocimientos de la ingeniera bsica.
El captulo es la base para la realizacin de este proyecto ya que
en
base a los clculos realizados aqu nos daremos cuenta de que
el
proyecto es el adecuado para el objetivo del trabajo
(tesis).
Se estima conocer el porque de la importancia de la construccin
de
esta planta de bombeo, en captulos anteriores se dan a conocer
las
bases para el inicio de este proyecto, este capitulo presenta el
clculo
del sistema hidrulico de la planta, es de entera importancia ya
que sin
el la seleccin del equipo prcticamente seria nula.
Se presentan los clculos realizados para poder dar a conocer
el
funcionamiento de la misma.
51
-
3.2 GENERALIDADES.
a) El objetivo bsico de la planta de bombeo Gran Canal consiste
en
restablecer la capacidad de evacuacin de agua residual del
Gran
Canal de desage, alcanzando 40 sm3 , posibilitando el
adecuado
comportamiento de la infraestructura hidrulica de desalojo de
aguas
negras de la zona metropolitana de la Ciudad de Mxico con
descarga
al exterior del valle de Mxico.
El servicio de esta instalacin permitir el manejo en estiaje de
36-38
sm3 , de agua proveniente del rea citadina evitando descargas
al
sistema de drenaje profundo y en forma consecuente poder
realizar
actividades de mantenimiento de la red profunda.
Es conveniente tener presente la conceptualizacin del
drenaje
profundo destinado al manejo exclusivo de aguas combinadas,
considerando revisin y reparacin en pocas de estiaje.
b) El colapso hidrulico del Gran Canal disminuy notoriamente
su
capacidad de evacuacin de aguas negras limitndose actualmente
al
orden de 5-8 sm3 , con riesgo evidente de desbordamientos.
El Gran Canal con trazo Sur-Norte, direccin al exterior del
Valle, est
sometido a severos asentamientos diferenciales que provocan
la
prdida que provocaron la prdida de la pendiente fsica
original.
c) El plan maestro de la zona metropolitana del Valle de
Mxico
contempla la solucin definitiva de la deficiente situacin
actual.
52
-
Cabe tener presente que en las proximidades del cadenamiento
km 10 + 000 del Gran Canal, con fluencia con ro de Los Remedios,
se
tiene elevacin 29.50 m correspondiente a la parte superior de
bordos,
mientras que en el cadenamiento 18 + 500, convergencia con el
canal
de la Draga se observa cota 34.00 m en la corona de bordos.
Por otra parte la cercana del km 20 + 000, el fondo del Gran
Canal
muestra un parte agua con elevacin 27.60 m 27.70 m, el cual
se
comporta como seccin de control hidrulico.
Al transito de 5 8 sm3 de aguas negras se observa niveles de
superficie libre de agua en Gran canal de 28.20 m en la zona de
la
Draga y 28.70 m en el cadenamiento km 10 + 000, disponindose
de
0.80 m de bordo libre en este ltimo cadenamiento.
53
-
3.3 ESQUEMA RESOLUTIVO.
a) El esquema resolutivo considera la premisa de mantener
niveles
hidrulicos que no excedan la elevacin 28.50 m en la trama de
aguas
arriba del Gran Canal, contemplando la cota 26.50 m como nivel
normal
de operacin.
La elevacin de superficie libre de agua 26.50 m tendr
carcter
permanente en estiaje y solamente ser excedido por situacin
de
aportaciones pluviales que superen la capacidad de la instalacin
de
bombeo (40 sm3 ).
54
-
En este caso el volumen de Gran Canal comprendido ente las
cotas
26.50 m y 28.50 m se empleara como tanque de regulacin con
capacidad del orden de 1.2 millones de metros cbicos.
Al alcanzarse la elevacin 28.50 m se iniciar la entrega de
volumen de
agua excedente al drenaje profundo.
b) Para garantizar la aportacin de 40 m3/s la estacin
proveniente de
Gran Canal y la draga, es imperativo reacondicionar el fondo del
Gran
Canal evitando elevaciones que excedan la cota 26.50 m.
c) En general el esquema resolutivo contempla establecer dos
elevaciones de superficie de agua. En el sector sur se dispondr
bajo
nivel de agua negra (26.50 m) para evitar desbordamientos en la
zona
prxima al cadenamiento km 10 + 000.
En el sector norte del Gran Canal se contara con suficiente
tirante
hidrulico para posibilitar flujo de 40 sm3 sobre el parte agua
de fondo
de cause de desage (27.60 m 27.70 m).
En caso de que el parte agua funcione como seccin de control,
se
observaran niveles de 27.99 m (5 sm3 ), 28.22 m (10
sm3 ) y 29.17 m
(40 sm3 ) de superficie libre de agua en la seccin norte del
canal. Estas
elevaciones hidrulicas son aceptables al contemplar corona de
bordos
a la cota 33.00 m 3400 m en esta zona.
55
-
Finalmente en la situacin que la seccin de control corresponda a
la
compuerta radicales ubicadas al extremo aguas abajo del Gran
Canal
(km 48 + 000), rea de tneles de Tequisquiac, la elevacin del
nivel
hidrulico en la descarga de la planta de bombeo se establecer
en
28.60 m para 10 sm3 y 31.50 m al manejo de 40
sm3 acorde a estudios
realizados por la dependencia obliga a revisar los niveles
de
desbordamiento a los canales denominados desfogue y sales.
d) El requerimiento de disponer de dos elevaciones de superficie
libre
de agua en el Gran Canal se solventara mediante la construccin
de un
dique de contencin que seccionar el cauce hidrulico en la
proximidad del cadenamiento 18 + 540 en adicin a construir la
planta
de bombeo con un objetivo bsico de traspalear aguas negras
entre
ambos lados del dique.
El citado esquema hidrulico permitir la operatividad de la
infraestructura de alcantarillado de la zona metropolitana y
posibilitara
que en poca de estiaje se cancele la entrega de volmenes de agua
al
sistema de drenaje profundo y el consecuente desarrollo de
actividades
de mantenimiento y reacondicionamiento del sistema profundo.
e) Deber considerarse que la observacin permanente de
asentamientos diferenciales a lo largo del Gran Canal define el
carcter
temporal de servicio a plena capacidad de la instalacin de
bombeo.
56
-
3.4 ESTACIN DE BOMBEO GRAN CANAL.
a) En funcin de la magnitud de la capacidad nominal (40 sm3 ) de
la
instalacin de bombeo y la limitante del mercado respecto a
capacidad
unitaria de equipos, se decidi implementar crcamo de hmedo
multibombas, contemplando 14 unidades con capacidad individual
de
3 sm3 de agua negra parcialmente sptica.
57
-
b) Se decidi la aplicacin de bombas propela accionadas
unitariamente mediante motor elctrico sumergido en aguas
negras.
c) La estacin de bombeo tendr por objetivo bsico mantener la
superficie libre de agua en el sector sur del Gran Canal a la
elevacin
de 26.50 m, mediante el traspaleo de volumen de agua residual
al
sector norte del Gran Canal con respecto al dique de
seccionamiento.
Deber tenerse presente que el nivel hidrulico de la zona de
descarga
fluctuar entre las cotas 28.60 m y 31.50 m.
d) La fontanera de descarga de cada equipo de bombeo ser
unitaria,
considerando esquema de tipo sifn.
El gasto de cebado del sifn ser suministrado por la propia
bomba,
garantizando tirante hidrulico en la cresta del sifn del orden
de 0.70
veces del dimetro de la tubera.
e) Con carcter de proteccin a los equipos de bombeo, la
instalacin
contar con tratamiento preliminar a base de sistema de cribado
para
captura y disposicin final, a la exterior de la planta, de
slidos mayor a
51 mm.
Pese a este esquema es factible que diversos elementos
fibrosos
reconozcan la zona de bombeo, requirindose equipos que permitan
el
paso y expulsin de componentes fibrosos y garanticen
eficiencia
hidrulica sostenida.
58
-
f) En general se estiman fundamentales los niveles de instalacin
que
se mencionan a continuacin:
- Nivel restante fondo Gran Canal 26.00 m
- Nivel fondo canal de la Draga 23.50 m
- Nivel fondo zona de rejillas 24.00 m
- Nivel fondo zona de bombeo 22.50 m
- Nivel fondo Gran Canal, aguas de bajo de dique de
seccionamiento 23.50 m
- Nivel fondo Gran Canal, correspondiente parte agua en km
20+000 27.70 m
- Nivel superior bordos, en rea prxima a Km. 10 + 000 29.50
m
- Nivel superior bordos, en zona de planta de bombeo 34.00 m
Finalmente, cabe tener presente la magnitud de los
asentamientos
histricos en los cadenamientos km 10 + 000 y km 18 + 540 del
Gran
Canal correspondientes a 15 20 cm/ao y 5 6 cm/ao
respectivamente.
59
-
3.5 REGILLAS AUTOMTICAS DE LIMPIEZA.
a) Con carcter de proteccin a los equipos de bombeo la
instalacin
dispondr de un sistema de cribado constituido por 5 rejillas
automticas de limpieza destinadas a la captura de slidos
arrastrados
por los volmenes de agua que reconozcan la estacin de
bombeo.
Cada rejilla se alojara en canal rectangular de 4.00 m de ancho
libre,
contemplando elevaciones de 24.00 m y 34.00 m en fondo al piso
de
operacin de la estructura. Los slidos sern elevados sobre el
piso de
operacin y descargados a contenedores mviles para su
disposicin
definitiva al exterior de la planta de bombeo.
b) El nivel de superficie libre de agua, a la entrada a la
estructura
de cribado, corresponder a al elevacin 26.70 m (tirante
hidrulico
4.70 m) para condicin de gasto que influye 40 sm3 la velocidad
de
aproximacin a las rejillas tendr magnitud de 0.43 sm .
c) Deber garantizarse uniformidad de distribucin de flujo
hidrulico en
los 5 canales de transito que constituyen la estructura de
cribado.
60
-
3.6 CRCAMO DE BOMBEO.
a) Crcamo hmedo tipo multibombas, alojar 14 equipos de
bombeo
con capacidad unitaria de 3 sm3 de aguas residuales, instalados
en
celdas individuales.
El nmero de bombas en servicio simultneo depender de la
magnitud
del gasto de aguas negras que reconozca la instalacin,
manteniendo la
superficie libre de agua del Gran Canal a la elevacin de 26.50
m.
Se dispondr de 8 unidades en el desarrollo longitudinal del
dique de
seccionamiento, 3 en el margen de izquierda y 3 en el de la
derecha.
61
-
b) La geometra del crcamo intenta una aproximacin frontal de
flujo
hidrulico al reconocer los equipos de bombeo. Esta situacin
se
satisface plenamente en las bombas localizadas en el dique
de
seccionamiento, con velocidad de flujo principal del orden de
0.25 sm
Por otra parte la velocidad de flujo en celda unitaria se limit
a 0.19 sm
considerando gasto de 3 sm , ancho de celda de 3.94 m y
tiran
Respecto a los equipos ubicados en los mrgenes del Gran
Canal
tendrn condiciones de servicio, en forma
3
te
hidrulico de 26.50 m 22.50 m = 4.00 m.
similar al caso anterior con
velocidad de flujo en 0.19 sm en celda de alojamiento
unitaria.
Para situaciones de crcamos derivados de un cauce princ
ipal, el
ydraulic Institute (American National Standart for Pums Intake
Desing)
lzer recomienda la siguiente
isposicin lateral de bombas.
a la siguiente geometra del crcamo al
onsiderar derivacin a 90 con velocidad a 60
H
estipula las siguientes recomendaciones:
Por otra parte el manual de ingeniera Su
d
El Hydraulic Institute recomiend
csm en el cauce principal,
es conveniente tener presente que el proyecto contempla
derivacin a
45 y velocidad de flujo 0.25 0.30 sm en el cauce principal.
62
-
Q = 3
sm3 Q = 3.6
sm3
A 10.16 m 11.43 m
B 1.52 m 1.70 m
C m 0.63 0.71 m
H 4.57 m 5.08 m
S 3.81 m 4.44 m
Y 4.45 m 5.10 m
DIBUJO (DIM SIONES CO UIDO MLT
EN NTRA FL IPLE)
63
-
3.7 PROPELA MANEJANDO LQUIDO QUE CONTIENE SLIDOS FIBROSOS.
DISEO TRADICIONAL
1. La parte frontal del labe
captura elementos fibrosos
arrastrados por las aguas
negras. Por lo tanto se
incrementa la demanda de
potencia y obliga el paro de la
bles para manejar
agua con componentes
fibrosos.
DISEO ACTUAL DEL LABE
1. En funcin del diagrama de
fuerzas, los largos
componentes fibrosos se
desplazan hacia el radio
exterior del labe posibilitando
el lavado y disposicin final
2. La fuerza resultante elimina el
taponamiento del borde
delantero del labe de la
propela.
3. El huelgo labe-tazn es del
orden de 2 % del dimetro
exterior, evitando
atascamiento en esta zona.
4. La demanda de potencia se
La efic ce
constan
bomba.
2. Estos labes no son
del exterior de la bomba del
elemento fibroso.
recomenda
mantiene constante.
iencia hidrulica permane
te.
64
-
3.8 ESQUEMA DE BOMBEO.
cie libre de agua (en zona bombeo) a la cota 26.50
Objetivo de proyecto: Mantener la elevacin de superfi
2
22.50
26.50
28.60
31.50
32.74
Z
1
Vlvula
Z2
33.3433.07
ACOT: m
65
-
66
3.9 CLCULO DEL SISTEMA DE BOMBEO
CONDICIN: NIVEL 31.50 m
f (1-2) + gVc2
2
H = Z + Z2 + h
Z = 31. 26.50 m = 5.00 m
Z2 = 33.07 m 31.50 m = 1.57 m
- Para tubera de dimetro de 1.2 m
A = r2 (0.6 m)2 = 1.13 m2
V1=
50 m
=
2
3
m 13.1=
m 3s
AQ = 2.65
sm
66 1081.21013.1
2.165.2 ==d v
V NR =
56
1081.32.1
72.5
ver tabla # 1
gram
104 ==
a
dia a de Moody tenemos (ver grafica # 1) = 0.013
D
Par
Del f
-
hf =
2m 9.812m 1.2
=
2
2
s
s 2.65
m 23 0.013 2gV
DL f = 0.089 m
- Para tubera de dimetro de 1.40 m
= r2 = (0.7 m)2 = 1.54 m2
2 =
m
A
2
3
m 54.1
m 3s
AQ = = 1.95
sm V
66 4.21013.1
4.195.1 == v
Vd 10 NR =
56
1026.3==D 4.1
1072.45
os f = 0.012
hf =
Del diagrama de Moody tenem
= 2gD
2
2
2
sm 9.812
sm 1.95
m 1.4m 6.57 0.012 V L f = 0.011 m
67
-
- Para 2 codos de 90
hf = L Q2 K
ara codos estndar 90
P
mDL 25
2.130 == Como son dos codos: 25 (2) L = 50 m
K =
Para L ver tabla # 2
316
2293.10
D
n
K = 3
16
2
2.1
013.0293.10 = 0.0006
hf = 50 m (3
Para n ver tabla # 3
sm3 )2 0.0006 = 0.27 m
H = Z + Z2 + hf (1-2) +
hf (1-2) = hf = 0.089 m + 0.011 m + 0.27 m = 0.370 m
gV
gV
22
22
21 +
H = 5 m + 1.57 m + 0.370 m +
+
2
2m
2
2
81.92
s 95.1
81.92
sm 65.2
sm
sm
H = 7.49 m c.a.
68
-
CONDICIN: NIVEL 28.60 m
2 f (1-2) +
gVc2
2
H = Z + Z + h
Z = 28.60 m 26.50 m = 2.10 m
Z2 = 33.07 m 28.60 m = 4.47 m
2) = 0.37 m
1 = 2.65
hf (1-
sm V
V2 = 1.95 sm
= 2.1 m + 4.47 m + 0.37 m + H 2 .92 81.92 s
+
2
22
81
sm 95.1
sm 65.2
smm
.
H = 7.49 m c.a
69
-
POTENCIA DE LA BOMBA
N = B
QH
76
= 1000 3mkg
b = 80 %
=
8.076
m 3mkg 1000c.a. m 49.7
3
3
N s
= 370 HP
oncluimos que: Motor elctrico, induccin, jaula ardilla,
alojamiento en
aire en cmara hermticamente sellada, aislamiento clase F,
adecuado
en aguas negras crudas spticas
sin prdida de sellado, enfriamiento mediante lquido
bombeado,
capacidad 400 HP, 3 fases, 4160 VCA, 60 hertz, velocidad
operacin
10 (580 rpm), cdigo de arranque E, factor de servicio 1.10,
actor de potencia 0.85, curva par-velocidad NEMA B,
conexin DELTA, temperatura de operacin NEMA B.
N
C
a profundidad de inmersin de 20 m.
5
eficiencia 93%, f
70
-
3.10 EQUIPOS DE BO
Equipo de bombeo, vertical, un paso, impulsor hlice
eficiencia
instalacin crcamo hmedo, montaje sobrepuesto en
terior columna de bombeo, descarga superficial;
accionamiento
conexin directa (en misma flecha) con motor elctrico sumergido
en
aguas negras crudas, 3 fases, 4160 VCA, 60 Hertz.
luido a manejar
Aguas negras crudas, parcialmente
spticas, Temperatura 10-20 C
MBEO.
sostenida,
in
F
Tratamiento preliminar Cribado, paso 51 mm
Nivel fondo crcamo 22.50 m
Nivel loza operacin 31.30 m
Nivel horizontal, 32.74 m
tubera de descarga
Dimetro columna de bombeo 1400 mm (interior)
Dimetro tubera horizontal 1220 mm (nominal)
Nivel succin en Gran Canal 26.50
Modificacin grafica
caracterstica de equipo de
bombeo
- Curva carga-gasto
- Gasto mnimo operacin
- Control presin mnima en
succin de bomba.
- Vibracin mecnica.
Fontanera descarga de equipos Esquema tipo sifn
de bombeo
Las caractersticas del equipo de bombeo debern posibilitar el
eficiente
rpido establecimiento del sifn. y
71
-
La fontanera de descarga de cada bomba contar con 2 vlvulas
de
ontrol de sifn tamao nominal 203 mm (8) clase 8.8 c 2cm
contemplando cierre de flotador con flujo hidrulico en sentido
normal y
apertura de vlvula por palancaje, por flujo inverso o situacin
sin flujo.
kg ,
72
-
3.11 SELECCIN DE EQUIPO DE BOMBEO.
3
Bomba vertical, 1 paso, impulsor hlice, eficiencia sostenida,
capacidad
sm3 de aguas negras crudas, acondicionamiento mediante motor
lctrico sumergido en aguas negras, induccin, jaula de ardilla,
3
ses, 4160 VCA, 60 Hertz.
IVELES DE SERVICIO.
Diseo
2226.50 aportacin pluvial
e
fa
N
Operacin continua
2226.50 (estiaje) aportacin pluvial
Fondo de crcamo
2222.50 aportacin pluvial
73
-
CARGA DINMICA TOTAL.
Nivel esttico.
Nivel de agua en zona de bombeo 26.50 m
Nivel de descarga lnea de conduccin. 33.07 m
33.34 m
------------------- 32.74 m
-----------------------------------------------
_____ _ _ _____ _ _ ___
1219 mm (48)
33.07 m
_ ____ ____ _ _____ _ _____ _ _____ _ __
74
-
CAPITULO 4: CARACTERSTICAS DEL EQUIPO DE BOMBEO.
.
ma se seleccionar
n base a estos el equipo apropiado para el correcto
funcionamiento y
urabilidad de la planta de bombeo Gran Canal.
del equipo seleccionado, sus capacidades,
amiento del sistema hidrulico de la
uipo de bo a el eficaz funcionamiento de la
lanta.
l haber escogido este equipo de bombeo, fue minuciosamente
elegido
espus de haber explicado las razones, como los distintos
puntos
atados en este proyecto, nos llevaron a la eleccin del mejor
equipo
e bombeo para el ptimo funcionamiento de la planta de bombeo
de
ran Canal.
4.1 OBJETIVO
Despus de realizar con xito los clculos del siste
e
d
Se explica el funcionamiento
as como su ventaja en el funcion
planta de bombeo.
Despus de haber realizado los clculos del sistema, es
primordial
escoger un eq mbeo apto par
p
A
d
tr
d
G
75
-
4.2 BOMBAS P.
La bomba P de hlice es la solucin perfecta en la aplicacin, ya
que es
erfecta para desage, regula niveles de aguas en canales
ar en condiciones duras. El nivel de eficiencia de la
omba tambin desempea un buen papel a la hora de tragar
grandes
nifica que el impulsor, con su cabeza cnica, puede funcionar
s eficientemente, sin atascos.
labes gua del cuerpo de la bomba incorporan un diseo
ara proporcionar la mxima eficiencia y reducir al mnimo el
riesgo de
tascos.
a bomba P es sumergible, solo los componentes elctricos
ermanecen fuera del agua, como la unidad de accionamiento
esta
tegrada con la bomba, sin un eje largo de por medio, la bomba P
es
ompacta y sin vibraciones. Todo esta integrado en una nica
unidad
p
provenientes de lluvias torrenciales o crecientes de ros. Las
bombas
son capaces de manejar agua fluvial, como agua pluvial que
amenazan
con inundaciones durante las pocas del ao.
Tienen una funcin autolimpiante que permiten que funcionen
aunque el
agua contenga fibras y trozos pequeos de vegetacin, son fiables
y
capaces de funcion
b
cantidades de agua, independientemente del tamao. El diseo de
la
parte hidrulica deja pasar el agua con la mnima resistencia
posible
esto sig
m
Los labes del impulsor, orientados hacia atrs, a menudo,
estn
rodeados por un anillo con una ranura de descarga que reduce el
riesgo
de obstrucciones.
Incluso, los
p
a
L
p
in
c
76
-
que requiere poco espacio y no requiere una carga especial, lo
que
duce an ms los costes.
re
El caudal de entrada y el caudal de salida estn diseados para
que el
agua pueda pasar a travs de la estacin de bombeo sin ningn
problema.
77
-
4.3 BOMBAS DE HLICE.
Las bombas de hlice contienen:
ara permitir una fcil manipulacin, el cableado se ha
implificado gracias a la placa de conexiones claramente
identificada.
otor para con rotor jaula de ardilla,
evanados con aislamiento para 155 C permitiendo hasta 15
rranques a la hora.
ontrol. Se instalan sondas trmicas en los bobinados del estator
para
revenir sobrecalentamientos.
pulsor y alojamiento de la bomba. Diseado para rendimiento
un
idrulico ptimo, la forma del impulsor curvado hacia atrs, junto
con
na ranura nica en el alojamiento da la bomba, reduce el riesgo
de
tasco.
ntrada de cables protegida. Prensas separadas y un sistema
especial
ontra tirones reducen el riesgo de daar la bomba en caso de
manejo
adecuado.
roteccin contra corrosin. Para aplicaciones en lquidos
corrosivos,
uministro con nodo de zinc y con el eje y el impulsor en
acero
oxidable, tambin se dispone de un revestimiento exterior a base
de
intura epoxy.
Caja de bornas separada. Aislada del motor, la caja de bornas
esta
diseada p
s
M trabajar duro. De induccin
d
a
C
p
Im
h
u
a
E
c
in
P
s
in
p
78
-
Aprobacin por normas internacionales. Bomba verificada y
aprobada
e acuerdo con normas nacionales e internacionales.
mara de aceite multifuncional. La cmara de aceite acta como
un
je a prueba de flexiones. El voladizo del eje se ha mantenido lo
ms
vida til ms prolongada de la junta y
s rodamientos y un funcionamiento silencioso.
por el cubo cnico proporcionando al caudal un camino casi
cto a lo largo de la bomba. Consecuentemente el caudal es ms
d
C
compensador aportando una seguridad adicional contra la
penetracin
de lquidos. El aceite ecolgico lubrica las juntas mecnicas y
disipa el
calor del motor y los rodamientos.
Rodamientos duraderos. Diseados y aprobados para una vida
til
mnima de 100,000 horas.
E
corto posible eliminando virtualmente cualquier flexin. Esto da
como
resultado mnimas vibraciones,
lo
Paso del caudal ms fcil para un mayor rendimiento hidrulico.
La
fabricacin de los labes del impulsor elimina la necesidad del
cubo
esfrico
re
estable y uniforme, se aumenta la capacidad de la bomba y la
posible
tendencia a la cavitacin disminuye.
79
-
DISEO ANTIGUO DISEO NUEVO
80
-
4.4 CURVAS DE COMPORTAMIENTO.
ft m
18
50
10
7.43
20
5
10
2
3,000
200 500 1,000 2,000 3,000 5,000
Q (l / s)
5,000 10,000 20,000 50,000
S(gpm)
Modelo 7121
5
Datos del motor 50Hz 125-460 KW
Tamao 1400 "56
mm
81
-
82
-
83
-
4.5 VENTAJAS DE UN EQUIPO SUMERGIBLE.
El hecho de que las bombas funcionen sumergidas y sea muy
compactas proporcionan varias ventajas econmicas y tcnicas.
Los
equipos sumergibles constituyen una solucin rpida, eficaz y
rentable
para muchas aplicaciones.
Costos sustancialmente ms bajos.
La bomba trabaja dentro del liquido bombeado y por tanto no
precisa
ningn recinto especial ni superestructura, los gastos en obras
pueden
reducirse en un 40-60 % el motor y la seccin hidrulica estn
integrados en una solo seccin compacta, esto significa menor
tamao
de la bomba y menos caras de instalar, adems pueden reducir
los
gastos operativos hasta un 75 %, debido al menor consumo de
energa
y costes de mantenimiento ms ajos.
A prueba de inundacin.
Cuando la bomba se instala en seco, no es preciso dedicar gastos
a
medidas de precaucin contra inundaciones. Una bomba sumergible
es,
por definicin, completamente a prueba de inundaciones.
Robusta y fiable.
Los equipos sumergibles son fiables, duraderos y
extremadamente
resistentes. Soportan las condiciones de trabajo ms duras al
mismo
tiempo que mantienen unas prestaciones ptimas.
84
-
Flexibilidad y facilidad de manejo.
Los equipos sumergibles pueden emplearse de diversas maneras
y
ofrecen soluciones flexibles en un amplio abanico de
aplicaciones, su
manejo es sencillo y son de poco peso.
Eliminacin de ruido y de calor.
na vez sumergido, el equipo es prcticamente silencioso gracias a
la
ara aplicaciones corrosivas las bombas pueden equiparse con
nodos
uperresistente a la corrosin, revestimiento
poxdico y eje e impulsor de acero inoxidable.
U
unidad de motor estanca. El calor generado por el motor se
disipa con
el lquido, pero tambin acta como refrigerante. Tampoco hay
motivos
para hacer inversiones en equipos de refrigeracin.
4.6 DESCRIPCIN DE LA BOMBA SUMERGIBLE.
P
de zinc, junta externa s
e
Todas las bombas estn probadas y homologadas de acuerdo a
las
normas nacionales e internacionales.
85
-
1
3
5
2
4
86
-
87
contra
rones.
) Motor de induccin de alto rendimiento tipo jaula de ardilla
para uso
umergido, esta diseado hasta para 15 arranques por hora, a
tervalos regulares.
) Dos juntas mecnicas que trabajan independientemente para
doble
eguridad.
lubricantes de juntas mecnicas, la cmara de aceite
ispara el calor generado por el motor y los rodamientos. El
alojamiento
mbin proporciona seguridad adicional contra la penetracin de
quidos.
) La configuracin del labe gua estabiliza el flujo y evita
la
cumulacin de fibras y otros residuos.
LICE.
iseada para una eficacia hidrulica ptima. Su forma curvada
hacia
bomba,
duce el riesgo de obstrucciones.
1) La entrada del cable esta provista de junta estanca y
protector
ti
2
s
in
3
s
4) Adems de
d
ta
l
5
a
H
D
atrs, junto con una ranura especial en el alojamiento de la
re
-
4.7 ESQUEMA DE LA PLANTA DE BOMBEO DE GRAN CANAL.
La planta cuenta con de bombeo trabajando
lternadamente, anterior a esto existen las rejillas de limpieza
para
vitar atascos con los slidos, entre estos dos se encuentra el
carcamo
e bombeo como lo especifica la figura.
14 unidades
a
e
d
88
-
DISTRIBUCIN DE LAS 14 BOMBAS
REJILLAS DE LIMPIEZA
89
-
CUARTO DE CONTROL
SLIDA DE AGUAS
90
-
ANEXOS
x 10 6 (m) TIPO DE TUBO
Lmites Diseo
Fundicin de hierro
Asfalto
121.92
121,92
Latn y Cobre
609.6
609.6
Concreto
304.8 3048
1219.2
in de hierro
259.08
259.08 Fundic
Hierro galvanizado 152.4 152.4
Hierro forjado 45.72 45.72
Acero 45.72 45.72
Acero remachado 914.4 9144 1828.8
Duela 182.88 914.4 609.6
Tabla #1
eza absoluta (), tubos comerciales nuevos y mpios.
Valores de la asper
li
91
