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

ER

CIA

L

CA

UD

AL

IN

ST

ITU

CIO

NA

L

CA

UD

AL

IN

FIL

TR

AC

IÓN

CA

UD

AL

C

ON

EX

ION

E

RR

AD

A

CA

UD

AL

AG

UA

R

ES

IDU

AL

(d

ise

ño

)

LO

NG

ITU

D

TU

BE

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