Estación de bombeo Bahía Solano
Caudales para el año máximo de diseño
TRAMO
DO
TA
CIÓ
N
DE PZ Nº A PZ Nº [ha] [hab/ha] [hab] [l/hab-día] [l/s]
81 WW1 67.06 119.82 9950 135 10.783
CÁLCULO DEL DIÁMETRO DE LA TUBERÍA DE IMPULSIÓN
Caudal de diseño 27.59Caudal medio 10.80Caudal PTAR 14.65
Para no utilizar un tanque de recibo del caudal de diseño en la PTAR, se selecciona un caudal de bombeo similar al caudal de la PTAR , utilizando dos bombas para el caudal total.El bombeo se inicia con una bomba arrancando en el nivel máximo de diseno.Se establece un nivel por encima del máximo de diseño para el arranque de la segunda bomba que desvia el flujo hacia un drenaje al rio,
Caudal de bombeo 14.65Caudal medio 10.80
Donde,K = 1,4Q = Caudal m3/s
AREA TRIBUTARIA
AGUAS RESIDUALES
DE
NS
IDA
D
PO
BL
AC
IÓN
POBLACION
CA
UD
AL
A
PO
RT
ES
D
OM
ÉS
TIC
OS
Caudal de una bomba l/s
Q m3/s K D pg D mts0.01465 1.2 8.005609044885 0.2033
Selección del diámetro en pulgadas 12 30.480 Velocidad en la tubería = Q/A 0.2008 < 1,5 m/s
Para operación continua
Horas_diarias_servicio_real = 24*Caudal medio/Caudal máximo
Horas_diarias_servicio_real = 24*0,11/0,16 = 17.70
K Q D m D pg0.927 1.2 0.01465 0.1346 5.2992 <12"
Pérdidas de altura
Longitud L1 mtsSucción 5
Impulsión1 codo radio largo a 90° 5
3 codos a 45° 12Longitud de tubería 561.24 561.24Accesorios1 válvula mariposa 11 cheque mariposa 5
Altura de velocidad V²/2g 0.002
Total 589.24
Utilizando la fórmula de Hazen-Williams
donde, C = Coeficiente de flujo Hazen-WilliamsQ=Caudal en m³/sDi = Diámetro interior de tubería en mts
0.008
0.00014
Longitud equivalente
j0,54 = Q/0,2785xCxD2,63 =
j = 0,0241/0,54 =
D=4√β∗K∗√Qβ=
Horasdiarias servicioreal24
L=Longitud mts equivalente de tubería de diámetro Di
Longitud equivalente Coeficente HW Caudal Diámetro
L m C (PVC) Qm³/s Di m J m/m Hf mts He mts589.24 150 0.0147 0.3048 0.00013 0.07 16.072
Cálculo de la potencia
Eficiencia Potencia HPe Qb l/s Pb
0.75 14.65 4donde, Pb = Potencia en HPQb = Caudal de bombeo, l/segHb = Altura total de bombeoe = eficiencia de la bomba
Cálculo del Pozo Húmedo
Retencion minutos = 15Volumen de bombeo m³ = Caudal medio x 2 x Tiempo retencion = 10,8 x 2 x 15 x 60 / 1000
Volumen = 19 m³Tiempo mínimo de bombeo minutos = Volumen (m³) x 1000 / Caudal de bombeo (l/s) x 60
Tiempo mínimo de bombeo = 22 min
Para un pozo de muro vertical 1 19 4.4
Asumiendo un área de 5m x 5m y una diferencia de niveles máximo y mínimo de 1 metro se tiene para una pirámide a 45 grados
Base mayor B = 5 mBase menor b = 5 - 2 x 1 = 3 mH = B/2 = 2,5h = 2,5 - 1 = 1,5 m
Volumen piramideVp = H x B²/3 - h x b²/3 = 16.33 m³
Volumen parte verticalVv = Volumen - Vp = 3.11 m³
Altura mínima parte vertical = Vv / B² = 0.125 m
Diámetro de Succion Ds = 4"
Sumergencia, S=2,5Ds+0,1= 0.354 m
Hf= Pérdidas de cabeza por fricción, mts de agua
Pérdidas por fricción
Altura estática
Caudal de bombeo
Diferencia niveles mts
Area transversal m²
Ancho del pozo m
Distancia de succion al fondo = 0.5 m
Altura desde fondo a batea de entrada = Dif niveles + Sumergencia + Dist de succion al fondo
Altura = 1 + 0,354 + 0,5 = 1.854 m
Curva de operación del sistema
Longitud equivalente Coeficente HW Caudal Diámetro VelocidadL m C (PVC) Qm³/s Di m J m/m Hf mts m/s
589.24 150 0.04 0.3048 0.00081 0.4778772 0.5482002589.24 150 0.06 0.3048 0.00172 1.0158885 0.8223003589.24 150 0.08 0.3048 0.00294 1.7347309 1.0964003589.24 150 0.1 0.3048 0.00446 2.6271491 1.3705004589.24 150 0.12 0.3048 0.00626 3.6877532 1.6446005589.24 150 0.14 0.3048 0.00834 4.9122773 1.9187006589.24 150 0.16 0.3048 0.01069 6.2972059 2.1928007
CAVITACION
NPSHd= [Altura Barometrica-(-Altura estática + Pérdidas Fricción + V²/2g)] - Pvapor
Altura barométrica = 10,33 mAltura estática de succión = -1.00Pérdidas en la succión L. Equivalente Succión m = 5Diámetro de succión m = 0.3048De la ecuación de Hazen-Williams se obtiene
J = 0.01090hfs = J x Les = 0.1752 m
Altura de velocidad = Vs²/2g
Vs = Q x 4 / 3,1416 x D²
Vs = 0.201 m/s
Vs²/2g = 0.002 m
Presión de vapor: Para una temperatura de 26° según las tablas se obtiene una presión de vapor de 0,35 m
NPSHd = [Altura barométrica-(altura estática + pérdidas de succión + Vs²/2g] - Pv
Dimensiones de tuberías de PVCNPSHd = [10,33 - (-Hes + Hfs + Vs²/2g)] - 0,35 = 10.803
Diámetro ExteriorLa bomba debe tener un NPSHr < 10,9 mts para evitar el fenómeno de cavitación Real Nominal
(mm) (pulg)
Pérdidas por fricción
20 ½25 ¾
Cálculo de rejillas 32 1
Caudal = 14.65 40 1 1/4Diámetro tubería = 0.625 50 1 1/2
Area = 3,1416 *( D)² /4 = 0.3068 63 2Velocidad de entrada al canal = Q/A = 0.0234 m/s 75 2 1/2
90 3Para la rejilla con barras horizontales en la dirección del flujo el área neta es 110 4
125 4 ½Aneta = aBN 140 5donde, 160 6a = separación de barras 180* 7N = número de orificios 200 8B = Ancho del canal 250 10
315 12Reemplazando en función de la longitud 355 14Aneta = B x L x a / (a + b) 400 16b = espesor de cada barraL = LongitudPor otra parte el caudal a traves de la rejilla esQ = K x Aneta x VbsiendoK = 0,9 para flujo paralelo a la secciónVb = Velocidad entre barras (máxima 0,2 m/s)
Adoptando una anchura de 0.7m con barras de 1/2" (0,0127m) y separación de 5 cm entre barras con velocidad de 0,1 m/s
Aneta = Q / 0,9 x Vb = 0,0496 /( 0,9 x 0,1) = 0.551 m² = B x L x a / (a + b)
L = 0,551 x (0,05 + 0,0127) / ( 0,05 x 0,8) 0.987
Se adopta 1,2 m de longitud
Aneta = 0,7 x1,2 x 0,05/(0,05 + 0,0127) = 0.6699
N = Aneta / (a x L) = 0,6699 / (0,05 x 2) = 6.70
Se adoptan 11 orificios a 5 cms quedando las condiciones finales
Aneta = 0,05 x 1,2 x 11 = 0.66 m²
Vb = 0,0496 / (0,9 x 0,66) = 0.084 m/s
Pérdidas por fricción
m
donde :
S=0,0127 mb = 0,05 m
K = 14.9757
mH = 0.00940
CÁLCULO DEL GOLPE DE ARIETE
h = a*Vo/g m/s
Vo= 1.5 m/s
a = 390.2055656651
Donde: h = 59.66445958182
1.420 = Constante que corresponde a la velocidad del sonido en el agua.K = Modulo de elasticidad del agua = 20.670 Kg/c2D = Diámetro de la tubería en centímetros (c)E = Modulo de elasticidad del material del tubo
t = Espesor de la pared del tubo en centímetros (c)V = Velocidad del agua en el tubo (m/s)g = aceleración de la gravedad (m²/s)
h = sobrepresión debida al cierre instantáneo.
En la Tabla No 3.4.1 se presentan los parámetros empleados para el cálculo del golpe de ariete en ésta estación de Bombeo.
TABLA No 3.4.1PARÁMETROS EMPLEADOS PARA EL CÁLCULO APROXIMADO DEL GOLPE DE ARIETE – METODO DE ALIEVI - ESTACIÓN DE BOMBEO BAHIA SOLANO
Velocidad de la onda de presión (a)
Modulo elasticidad del agua (K) 20.67Diametro tuberia (D) D (cm) 20.32
Modulo elasticidad del material (E) 31400
H = 14,97 * 0,1112 / (2 * 9,81)
· Fundición: 1.054.500 Kg/c2
· Acero: 2.067.000 Kg/c2
· Asbesto Cemento 230.000 Kg/c2
· PVC: 31.400 Kg/c2
a = aceleración de la onda de presión (m2/s)
K (K/cm2)
E (K/cm2)
a=1420
√1+ K∗DE∗t
Espesor pared del tubo (t) t ( cm ) 1.49Velocidad onda (a) a (m/s) 390Velocidad del agua en el tubo (Vo) Vo (m/s) 1.5Sobrepresion debida al cierre instantaneo (Hi)
Hi (m) 59.66Altura dinamica total Hb (m) 11.47
6.55
Sp (m) 4.19
135.81
Sobrepresion debida al cierre lento (HL)
HL (m)
Sobre presion (SP) debida al cierre SP = HB-HL
Sobre presion permisible (Sper) Sper =140-SP
CA
UD
AL
ME
DIO
[l/s] [l/s] [l/s] [l/s] [l/s] [l/s] [m]
1.043 0.730 6.71 5.76 10.80 27.59 343.41
Se establece un nivel por encima del máximo de diseño para el arranque de la segunda bomba que desvia el flujo hacia un drenaje al rio,
CA
UD
AL
C
OM
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CIA
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RIA
HYDROMATIC S4F-S4HX 1750 rpm
Hb mts16.15
Asumiendo un área de 5m x 5m y una diferencia de niveles máximo y mínimo de 1 metro se tiene para una pirámide a 45 grados
Altura dinámica
total
Altura estática Altura dinámicam Mínima Máxima Mínima Máxima Media
0.0153 15.07 16.07 15.55 16.55 16.05
0.0345 15.07 16.07 16.12 17.09 16.61
0.0613 15.07 16.07 16.87 17.81 17.34
0.0958 15.07 16.07 17.79 18.70 18.25
0.1380 15.07 16.07 18.90 19.76 19.33
0.1878 15.07 16.07 20.17 20.98 20.58
0.2453 15.07 16.07 21.61 22.37 21.99
Dimensiones de tuberías de PVC
Espesor Peso Espesor Peso Espesor Peso Espesor Peso(mm) kg/tira (mm) kg/tira (mm) kg/tira (mm) kg/tira
Altura de velocidad
Vd²/2g
Clase 4 (RD=50) Clase 6 (RD=34) Clase 10 (RD=21) Clase 16 (RD=13)
1.5 0.831.5 1.051.8 1.59
1.8 2.02 2 2.211.8 2.55 2.4 3.341.9 3.43 3 5.22 4.7 7.88
1.8 3.93 2.2 4.78 3.6 7.47 5.6 11.141.8 4.74 2.7 6.93 4.3 10.73 6.7 162.2 7.12 3.2 10.07 5.3 16.03 8.2 23.952.5 9.1 3.7 13.1 6 20.54 9.3 30.692.8 11.33 4.1 16.39 6.7 25.75 10.4 38.583.2 14.87 4.7 21.33 7.7 33.75 11.9 50.323.6 18.66 5.3 27.014 22.94 5.9 33.29 9.6 52.76 14.9 79.265 35.31 7.3 51.94 12 82.5 18.6 123.24
6.2 56.38 9.2 82.5 15.2 130.637 71.82 10.5 105.21 17.1 169.478 91.35 11.7 132.93 19.2 212.3
Adoptando una anchura de 0.7m con barras de 1/2" (0,0127m) y separación de 5 cm entre barras con velocidad de 0,1 m/s
En la Tabla No 3.4.1 se presentan los parámetros empleados para el cálculo del golpe de ariete en ésta estación de Bombeo.
PARÁMETROS EMPLEADOS PARA EL CÁLCULO APROXIMADO DEL GOLPE DE ARIETE – METODO DE ALIEVI - ESTACIÓN DE BOMBEO BAHIA SOLANO
DIA
ME
TR
O
"
12
CANTIDADES DE OBRA EBAR BAHIA SOLANO ITEM UNIDAD LARGO ANCHO ALTO CANTIDAD TOTAL
2.1 Descapote e = 25 - 50 cms
M3 50.62 1 1 50.62
M3 50.62
2.2 Excavación material común de 0,0 a 1,5 m (máquina)
M3 50.62 6.1 1 308.79
M3 308.79
2.3 Relleno de material proveniente de la excavación
Corte vertical 17-17 M3 6.60 2.84 1 18.77
Corte vertical 18-18 M3 6.10 8.34 1 50.86
Corte vertical 18-18` M3 2.00 7.82 1 15.63
M3 85.26
2.4 Concreto para solados (10.4 Mpa) e = 0.1 m
M3 6.10 0.66 1.00 4.03
M3 2.00 0.60 1.00 1.19
5.22
2.5 Concreto (28Mpa)
Paredes M3 5.4 0.3 5 4 32.40
Placas M3 5.6 0.3 5.6 2 18.82
Corte vertical 18-18´ M3 0.2 1.258 1 0.25
M3 0.3 4.708 1 1.41
52.88
2.6 Concreto Ciclopeo
M3 5.6 1.718 1 9.62
M3 9.62
PASAR DE : A:KW HP 1.341
KW CV 1.36
HP CV 1.014
Kpa 0.0102
KPa PSI 0.14504
PSI 0.07031
Lb Kg 0.4536
Lb N 4.448
Kg N 9.806
Lb.ft mkg 0.138
Lb.ft Nm 1.353
mkg Nm 9.806
HP KW 0.7457
CV KW 0.7355
CV HP 0.9863
Kpa 98.0665
PSI KPa 6.89465
PSI 14.22334
Kg Lb 2.205
N Lb 0.225
N Kg 0.102
mkg Lb.ft 7.246
Nm Lb.ft 0.739
Nm mkg 0.102
UNIDADES DE ENERGÍAJ KJ MJ cal
Julio (J) 1 0.24
Kilo Julio (KJ) 103 1 240
Mega Julio (MJ) 106 103 1
caloría (cal) 4.18 1
Kilocaloría (Kcal) 4180 4.18 103
BTU 1050 1.053 252
termia (th) 4.18 106
HPh (HPh) 2683 2.683
Caballo hora (CVh) 2646 2.646
Kilovatio hora (KWh) 3600 3.6
MULTIPLICAR POR:
Kg/cm2
Kg/cm2
Kg/cm2
Kg/cm2
1/103 1/106
1/103
240*103
4,18*103 4,18/106
4,18/103
1,053/103
4,18*106 4,18*103
2683*103 644*103
2646*103 635*103
3,6*106 864*103
UNIDADES DE ENERGÍAKcal BTU th HPh CVh KWh
0.24 0.952
240 952 0.24 0.373 0.378 0.278
1 3.97
0.252 1
103 3968 1 1.553 1.575 1.157
644 0.644 1 1.014 0.746
635 0.635 0.986 1 0.735
864 0.864 1.34 1.36 1
0.24/103 9,52/104 0.24/106 3,73/107 3,78/107 2,78/107
0.240/103 3,73/104 3,78/104 2,78/104
1/103 3,97/103 1/106 1,55/106 1,57/106 1,157/106
1/103 1,55/103 1,55/103 1,157/103
252/106 3,92/104 3,97/104 2,915/104
2,56*103
2,52*103
3,43*103
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