Instalaciones de bombeo - hamep.files. · PDF fileESTACIONES DE BOMBEO DE AGUAS RESIDUALES 1. Definición Las estaciones de bombeo tienen como función trasladar las aguas residuales

ESTACIONES DE BOMBEO DE AGUAS RESIDUALES

1. Definición2. Clasificación de las estaciones de bombeo de desagüe3. Tipos de estaciones4. Componentes de la estación de bombeoCriterios de diseño. Ejemplo de diseño.

ESTACIONES DE BOMBEO DE AGUAS RESIDUALES

1. Definición

Las estaciones de bombeo tienen como función trasladar las aguas residuales de un nivel mas bajo a un nivel mas alto mediante el empleo de equipos de bombeo.

2. Clasificación de las estaciones de bombeo de desagüe

Las estaciones han sido clasificadas de diversas maneras y los criterios más comunes son: Capacidad (m3/s, m3/h, l/s) Fuente de energía (electricidad, diesel, etc.) Método constructivo (convencional, pre moldeada, etc.) Altura manométrica. Función específica.

De acuerdo con la capacidad, las estaciones de desagüe son clasificadas en: Pequeñas (menos de 50 l/s) Medias (de 50 a 100 l/s) Grandes (superiores a 500 l/s)

De acuerdo a su carga en: Bajas (menos de 10 mca) Medias (10 a 20 mca) Altas (superiores a 20 mca) Clasificación de las estaciones en función del tipo, capacidad y método constructivo

Clasificación de las estaciones

Estaciones/Tipo Capacidad m3/s

Eyector neumático < 0,02PremoldeadaPozo húmedo 0,006 – 0,03Pozo seco 0,006 -> 0,1ConvencionalPequeño 0,2 – 0,09Medio 0,06 – 0,65Grande > 0,65

3. Tipos de estaciones

La selección del tipo de estación dependerá de los siguientes factores: Localización; capacidad de la estación; número, tipo y tamaño de las bombas; proyecto estructural; proyecto arquitectónico aspectos estéticos. También la estación pude ser definido por el área disponible para su construcción o aún por su superestructura.

Los tipos de estaciones pueden ser clasificadas a través de las bombas a se utilizadas.

Tipo de estaciones

Bomba Tipo de Estación

Eyector neumático Estación con eyector neumáticoTornillo sin fin Estación con bomba tornillo sin finCentrífuga Estación convencional

Estaciones de Bombeo de Aguas Residuales


Estaciones elevadoras con eyector neumático

Las estaciones con eyector neumáticos son utilizados para impulsar pequeños caudales a alturas manométricas reducidas. La capacidad del eyector varía normalmente de 5 a 15 l/s no pasando de 20 l/s, considerando que para caudales superiores a esta, el consumo de energía crece demasiado.Las estaciones con eyector deben ser proyectadas siempre con una unidad de reserva a fin de asegurar que el servicio no se interrumpa en caso de falla mecánica de una unidad o durante los períodos en que se torna necesario remover el equipamiento para reparación, mantenimiento o limpieza.

Las pérdidas de carga en la línea de impulsión pueden ser calculadas por las fórmulas usuales. Es recomendable que se considere el doble del caudal de proyecto para efectos de ese cálculo.El eyector es razonablemente libre de problemas operacionales, mas mecánicamente es menos eficiente del que la bomba y su eficiencia está limitada a cerca del 15% que es bastante baja.

Sus principales ventajas son:El desagüe permanece encerrado durante su paso por el eyector y consecuentemente no hay escape de gas del desagüe a no ser por el respiro.El funcionamiento es completamente automático y el eyector solo funciona cuando es necesario.El número relativamente pequeño de piezas móviles en contacto con el desagüe requiere poca mantenimiento.Los eyectores no se obstruyen fácilmente.No es necesario el previo cribado del desagüe, pues las válvulas y conductos de conexión dejan pasar libremente cualquier sólido que entre al desagüe.

El ciclo de operación es de 80 seg, siendo 70 seg para llenado y 10 seg para descarga; el consumo de energía es de 100 kw/mes.


Estación con eyector neumático

Estación con bombas de tornillo sin fin

Debido a sus características, las estaciones con bombas de tornillo, generalmente son utilizadas próximo a estaciones de desagües fuera del área urbanizada.El proceso de elevación es enteramente visible en todos sus detalles, pudiendo conducir agua muy poluida sin mayor problema, dispensando inclusive el uso de gradas a la montante

La cámara de ingreso debe ser proyectada de modo que la distancia entre el nivel de descarga y el nivel de lanzamiento sea igual al 15% del diámetro externo del tornillo y la distancia del lanzamiento sea aproximadamente de 50 mm.

Para alcanzar la máxima eficiencia en el bombeo es esencial que la holgura entre las bombas y el fondo sea el menor posible. Para asegurar la holgura correcta se torna posible la obtención de un acabado liso, es usual y recomendable que la conformación final del lecho de fondo del concreto sea ejecutada con una bomba ya instalada. Para las bombas menores que 750 mm de diámetro de tornillo, se puede utilizar el lecho en capa de acero.


Estación con bomba tornillo sin fin - Planta

Estación con bomba tornillo sin fin - Corte

Estaciones convencionales

Clasificación

Pozo seco:Conjunto motor-bomba de eje horizontal.Conjunto vertical de eje prolongado – bomba no sumergida.Conjunto motor bomba de eje vertical – bomba no sumergida.

Pozo húmedo:Conjunto vertical de eje prolongado – bomba sumergida.Conjunto motor bomba sumergido.


c) Conjunto motor bomba de eje vertical – bomba no sumergida

Estaciones elevadoras de pozo seco

a) Conjunto vertical de eje prolongado – bomba sumergible b) Conjunto motor bomba sumergido

Estaciones elevadoras de pozo húmedo


Estaciones convencionales de pozo seco

Las estaciones convencionales de pozo seco tienen un pozo de succión separado de la casa de bombas y como pozo de succión es dimensionado y detallado de la misma manera para todas las estaciones convencionales.

La casa de bombas también denominada pozo seco o sala de bombas deberá ser adecuada para albergar los conjuntos seleccionados, incluido los elementos de montaje y los elementos hidráulicos complementarios.

Las dimensiones de la casa de bombas deben igualmente permitir facilidades de locomoción, mantenimiento, montaje, desmontaje, entrada y salida de los equipamientos y aún albergar cuando fuera el caso, los dispositivos de servicio para maniobra y movimiento de las unidades instaladas. En el caso de del piso de la casa de bombas estar localizado abajo del nivel máximo del líquido en el pozo de succión, es recomendable que sea provista una bomba de drenaje.

Deben ser adecuadamente iluminadas y ventiladas y sus formas y dimensiones deben ser en la medida de lo posible adecuadas desde los puntos de vista estructurales y económicos en cuanto al aspecto constructivo.

Estaciones convencionales de pozo húmedo

La tendencia actual para las estaciones elevadoras de pequeño y medio tamaño es la de utilizarse instalaciones de tipo convencional de pozo húmedo con conjunto motor bomba sumergido.

Las estaciones que utilizan conjuntos motor bomba sumergidos son instalaciones simplificadas y totalmente enterradas, sin superestructuras. Las áreas necesarias para su instalación son menores, pueden funcionar en el mismo local sujeto a eventuales inundaciones a ser construidas en zonas densamente pobladas por ser enterradas y no exhalar olores sensibles. Como son totalmente subterráneas, no alteran la urbanización existente. De modo general estas estaciones elevadoras presentan costo global inferior a las estaciones con utilización de otros tipos de bombas.


Estación elevadora convencional de pozo húmedo – Conjunto motor bomba sumergido. Estación circular. Planta y corte

BibliografíaConcepción de sistemas de desagües sanitarios. Universidad de Sao Paulo. Departamento de Ingeniería Hidráulica y Sanitaria


4. Componentes de la estación de bombeo

Tubería de succión Equipo de bombeo Árbol de descarga Cámara de recolección o húmeda Cámara seca

5. Dimensionamiento de las cámaras de recolección y bombeo

5.1. IntroducciónEn el pasado al diseñar la cámara destinada a almacenar las aguas residuales y alojar los equipos de bombeo, se tenía en cuenta los siguientes criterios y requisitos:

• Fácil acceso de los equipos y personal de operación y mantenimiento.• Mantener los niveles de ruido, dentro de los límites permisibles.• Puertas y/o accesos que permitan el manipuleo, montaje y desmontaje de los equipos.• El acceso a la cámara de recolección y a la cámara de bombeo se efectúa a través de

pozos de registro o escotillas y también por escaleras verticales. Si no hubiese súper estructuras, pueden instalarse subterráneas en las galerías de calles, preferiblemente con entradas de acceso en las aceras o parcelas de césped, aunque a veces se haga en la calzada.

• Por lo general, no se recomiendan bombas sumergidas poara bombeo de aguas residuales in tratar, debido a las dificultades que entraña la inspección y mantenimiento.

5.2. Dimensionamiento de la cámara de recolección

Periodo de retenciónSe recomienda que el tiempo de retención se encuentre en el rango de 5 a 30 minutos; un mayor tiempo originaría que la cámara se comporte como un tanque séptico.

Debe cumplirse que: Qb > Qms

Tiempo de llenadoVutil

Tiempo de llenado mínimo t min = ---------Qms

VutilTiempo de llenado máximo t max = ---------

Qmim

Tiempo de bombeoVutil

Tiempo de bombeo mínimo t min = --------------Qb- Qmin

VutilTiempo de bombeo máximo t max = ------------

Qb- Qms

Periodo de retención

t = tmin llenado + tmin bombeo …………… (1)

t1 = tmax llenado + tmax bombeo …………… (2)

Caudales de diseño


Qmin = QQms = K.Q

Donde K y K1 son coeficientes a determinar.

De (1) se tiene:

Vutil Vutil Vutil Vutil t = --------- + -------------- = --------- + ------------

Qms Qb –Qmin K.Q K1Q-Q

De donde:

1 1 t = Vutil ------- + ------------

KQ Q (K1-1)

De aquí se puede deducir la siguiente ecuación:

t.Q K (K1-1) Vutil = ------------------ ……………….(3)

(K1+K+1)

De (2) se tiene:

Vutil Vutil Vutil Vutil t1 = --------- + -------------- = --------- + --------------

Qmin Qb –Qms Q K1Q-KQ

De donde se puede deducir la siguiente ecuación:

t1.Q K (K1-K) Vutil = -------------------- ……………. (4)

(K1-K+1)

Igualando las ecuaciones 3 y 4 y haciendo que: t1/t = a, se tiene:

t.Q K (K1-1) t1.Q K (K1-K) Vutil = ------------------ = -----------------------

(K1+K+1) (K1-K+1)

De manera que tratando de resolver la ecuación para hallar K1, se tiene la siguiente ecuación cuadrática:

(K-a ) K12 + (a-k2) K1 + K(K-1) (1+a) = 0

Esta ecuación, tendrá un resultado siempre y cuando se cumpla que:

(a-K2 )2 > 4(K-a) K (K-1) (1+a)

De manera que si se cumple la condición, la solución será:

√ b2 – 4acK1 = - b +/- ------------------

2a


6. Equipos de bombeo

6.1. Tipos de bomba

Bombas CentrífugasBombas RotativasDe émbolo (o de pistón)De pozo profundo (tipo turbina) llamadas comercialmente de eje vertical

Bombas Centrífugas

Para atender a su gran campo de aplicación, las bombas centrifugas son fabricadas en los más variados modelos, pudiendo ser seleccionadas tomando diversos criterios:

Por el movimiento del líquidoAspiración o succión simpleDoble aspiración

Por la admisión del líquidoRadialDiagonalHelicoidal

Por el número de impulsoresUn impulsor (o una etapa)Varios impulsores (o etapas o multietapas)

Por el tipo de rotorImpulsor abiertoImpulsor semiabiertoImpulsor cerradoImpulsor a prueba de obstrucciones

Por la posición del ejeEje verticalEje horizontalEje inclinado

Por la presiónBaja presión (Hman < = 15 m)Presión media (Hman de 15 a 50 m)Alta presión (Hman > 50 m)


Potencia de los equipos

Het = Altura geométrica; esto es, la diferencia de nivel (altura estática)Hs = Altura de aspiración o succión, esto es, altura del eje de la bomba sobre el nivel inferiorHd = Altura de descarga o altura del nivel superior en relación al eje de la bombaHs + Hd = Het

Ht = Carga total en el sistema de bombeoHt = Het + pérdidas de carga (totales)

La potencia de un equipo estará dada por:

Donde: P = Potencia en Caballos de fuerzaγ = Peso específico del líquidoQ = Caudal de descarga en m3/segHman = Altura manométrica en mη = Eficiencia del sistema de bombeo = η motor . η bomba

De donde se deduce que para una eficiencia media de 67% y expresando el caudal en l/seg, se encuentra que para agua potable o negra, la siguiente fórmula:

Potencia instalada

En la práctica, se debe admitir un cierto margen para los motores eléctricos. Los siguientes aumentos son recomendables:

50% para bombas hasta de 2 HP30% para las bombas de 2 a 5 HP20% para las bombas de 5 a 10 HP


hf

Hd

Hs

Het

γ Q Ht

P= ----------- 75 η

Q (l/seg) Hman

P= ----------------- 50

15% para las bombas de 10 a 20 HP10% para las bombas de más de 20 HP

Eficiencia de las máquinas

La eficiencia de las máquinas puede variar con la potencia por razones de construcción. Esta eficiencia puede ser más elevada para máquinas grandes.

Eficiencia de motores

HP ½ ¾ 1 1 ½ 2 3 5 10 20 30 50 100ηm 64% 67% 72% 73% 75% 77% 81% 84% 86% 87% 88% 90%

Eficiencia de bombas centrífugas

Q l/seg 5 7.5 10 15 20 25 30 40 50 100 200ηb 52% 61% 72% 66% 68% 71% 80% 84% 85% 87% 88%

Condiciones

La velocidad del agua en la entrada del tubo de aspiración debe ser inferior a 0.90 m/seg.La profundidad útil en la cisterna o depósito de bombeo, o sea, la altura entre el nivel mínimo y la unión de la rejilla o a la boca de entrada de la tubería debe ser igual o superior a los límites siguientes:

Condición hidráulica

V2

h >= ---------- + 0.20 2 g

Para impedir la entrada de aire

h > = 2.5 D + 0.10

Esquema de la tubería de succión

Criterios de diseño

Criterios para el dimensionamiento del volumen efectivo de una cámara húmeda

Tiempo mínimo = 5 minTiempo máximo = 30 minFaja Operacional (FO) = 0.60 mVolumen efectivo = Vútil – (Vbomba + V motor + Vtub)

Criterios para el dimensionamiento de la cámara húmeda


h

>= 0.5 D

h

Desnivel entre el nivel máximo de agua y la tubería de entrada = 0.50 D o 0.10 m mínimo.Desnivel entre la boca de entrada y el fondo de la cámara húmeda = 0.50 DAltura entre el nivel mínimo de agua y la boca de entrada a la tubería de succión =

h>= v2/2g + 0.20h= 2,5D + 0.10

Referencias BibliográficasSaneamiento I. Concepcao de Sistemas de Esgotos Sanitarios. Universidad de Sao Paulo. Escola Politecnica. Departamento de Engeharia Hidraulica e Sanitaria. .Alcantarillado y Drenaje Pluvial Tomo I. Eduardo Arias Govea.Manual de Hidráulica- José M. de Azevedo Netto

Revisión:Abril 2011


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