DISEÑO DE ESTACION DE BOMBEO DE AGUA POTABLE

ANALISIS DE LA DEMANDA

Sector de Servicio :Conexiones Domiciliarias :Nº Habitantes por conexión :Consumo Percapita :Poblacion Futura :Volumen Diario Requerido :Caudal Proyectado :

CAUDAL DE BOMBEO

Qb :Qmax.d :

N :

N =

Qb =

CARACTERISTICAS DEL FLUIDO

Tipo = Agua Limpia

g = 1000 Kg/m3

m = 0.001 kg/m-segTº = 10 ºCPv = 0.25 m.c.a.Pa = 6.33 m.c.a.

ALTURA GEOMETRICA (Hg)

Cotas y Alturas

Captacion = 3816 m.s.n.m.Cisterna = 3,940.00 m.s.n.m.Reservorio = 3,974.38 m.s.n.m.

TANQUE CISTERNAEspesor de tapa 0.15 mBorde Libre 0.30 mAltura 1.90 m

Cota eje de Bomba = 3,940.50 m.s.n.m.

�� 24=����.� /�

Nivel de Succion Max. =

Bomba1.9

Nivel de Succion Min. =

Hg minima =Hg maxima =

LINEA DE SUCCION

Carga de succionhs =

=

Perdida de Carga en la succion

Caudal de la Linea =Longitud =Diametro =Material =Coeficiente de Flujo =

Accesorios

Canastilla de succion de 56.7 mmValvula de PieValvula de 90° de 56.7 mmReduccion de 56.7 mm a 41.4 mm

HIDRAULICA

Δhs��= +ℎ� ∆ℎ�

∆ℎ�=10.67� �/�^4.87 � �^1.85/�^1.85 +.0826��� �^2/�^4

Velocidad Cinetica

3012.911 +

0.01 m (perdida de la succion)

Teniendo en cuenta la formula de arriba obtenemos el siguiente resultado:

Altura geometrica de succion: hs =

Hs =

LINEA DE IMPULSION

Carga de Impulsion

=

Perdida de Carga en la Impulsion

Caudal de la Linea =Longitud =Diametro =

Material =Coeficiente de Flujo =

Accesorios

Reduccion concentricaTee de 41.1 mmValvula Check Horizontal de 41.1 mmUnion tipo Dreser de 41.1 mmValvula de compuerta de 41.1 mmCodo de PVC de 90° de 41.1 mm

Dhs = Q1.85

Dhs =

NOTA: La mayor desventaja que presentan estas bombas es la limitación en la carga de succión, ya que el valor máximo teórico que alcanza es el de la presión atmosférica del lugar (10,33 m. a la altura del mar), sin embargo, cuando la altura de succión es de 7 metros la bomba ya muestra deficiencias de funcionamiento.

Δhi

��= +∆ℎ� ℎ�

∆ℎ�=10.67� �/�^4.87 � �^1.85/�^1.85 +.0826��� �^2/�^4

��= +∆ℎ� ℎ�

HIDRAULICA

Velocidad Cinetica

1368782.473 +

1.57 m

Teniendo en cuenta la formula de carga de Impulsion obtenemos el siguiente resultado:

hi =

Hi =

ALTURA DINAMICA TOTAL

ALTURA DINAMICA (Hb)

Hb =Hs =Hi =

Hs = 2.56 m

ALTURA DINAMICA TOTAL (Hbt)

Asumimos una presion de entrega Aprox.: Pe =

DATOS DE LA BOMBA SELECCIONADA

Tipo : Monofasico Modelo :Potencia : 1.1 kW 1.5 Hp

Caudal : 40 l/min H :

n : 2900 1/min :

CALCULO NSPH DISPONIBLE

Dhi = Q1.85

Dhi =

NPSH requerido

De acuerdo a los parametros ya determinados en pasos anteriores es que procedemos a reemplazar en la formula teniedo como resultado lo siguiente:

��= +∆ℎ� ℎ�

�� +=�� Hi

〖����〗 = )/_� (�_���−�_��� −ℎ�∓�_� _��

���=��+Pe

OBTENEMOS: =

Tambien según la guia para el diseño de estaciones de Bombeo de Agua Potable del UNATSABAR

Donde : =

Para que no cavite la bomba debe de cumplir:

3.517 > 1.600 m

OK, Cumple, la bomba no cavita.

CALCULO DE POTENCIA DE LA BOMBA

Caudal de Diseño (l/s) Qb =Altura dinamica total (m) H =Eficiencia (n) n =

=

15% por Potencia de mando =

POTENCIA COMERCIAL =

CALCULO DE ARIETE HIDRAULICO

VELOCIDAD DE PROPAGACION DE LA ONDA (m/s)

De la siguiente formula:

Donde :

r = 1000 Densidadd = 0.156 m Diametro Efectivoe = 0.006 m Espesor minimo de Tuberia

NSPHd

NPSHdisponible

Pb

PM

PM

kg/m3

〖����〗 − +ℎ +_�����������=�_��� (�_��� _� )∆�_�

〖����〗 _����������> 〗〖���� _���������

� =_� (�_� )/ ×75) )×� (� (��

�=√(1/ ×(1 / )) ))(� /�+� (�×�

ε = 2.03E+09 Modulo Elastico del Agua

E = 2.94E+09 Modulo Elastico del material

Entonces a =

TIEMPO CRITICO DE PROPAGACION DE LA ONDA (s)

Tenemos :L =a =

Entonces Tc =

CARGA POR SOBRE PRESION (m)

Tenemos :V =a =

g =

=

PRESION MAXIMA EN EL PUNTO MAS BAJO DEL TUBO (m)

Tenemos :

PmaxPmaxPmax

CALCULO DEL DIAMETRO ECONOMICO

: 0.000606

: 0.000958

: 80 Costo unitario de la tubería de impulsión asentada (USD/m)

: 0.1 Diámetro aproximado en metros (haciéndose que K = 1)

i : 0.11 Tasa de descuento

N/m2

N/m2

ΔHa

ΔH

ΔHa

1. Determinación del valor de K para bombeo a velocidad constante.

QB Caudal máximo capacidad de la estación de bombeo (m3/s)Qi Caudal máximo al inicio de proyecto (m3/s)

CTUB

do

�_�=2�/�

∆� = )_� (�×� /�

�_���= +∆�〖 〗∆� _�

�=[4.87(( _1 _2 _3 _4)/(1.5 ))/((1 ) _0 )]^0.17� � +� � �_�/�_� +� �_���/�

USD/KWh : 0.03125 Costo del consumo de energía eléctricaUSD/Kwmes : 566.7412 Costo de la potencia instalada ( demanda)

: 0.9 Rendimiento global de las electrobombas n : 10 Número de años del período de diseño(solo bombas)

: ## :

: ## :

K :

2. Determinacion del diametro economico para bombeo a velocidad constante.

Tenemos :De =

=

3. Diametro de tuberia comercial

Tenemos : Dc ==

4. Velocidad economica por perdidas de carga con caudal de operacion

Tenemos :Ve =

ηG

δ1 δ3

δ2 δ4

�_1=130 ( ℎ)) (���/�� /�_��_2=(1−(√ −1 )×1/(1 )) )/(1−√ −1 )×1/(1 ))(� &�_�/�_� +� ^� (� &�_�/�_� +�

�_3=0.21 ( /(��� 〗〖�� )) _��� /�_�

� √ )_�=� (�_�

� =(4_� )/ ^2 )�_� (��_�

DISEÑO DE ESTACION DE BOMBEO DE AGUA POTABLE

TOTAL71 conex.3.2 Hab/Conex80 l/hab/dia

252 Habitantes20.16 m3/dia0.303 l/s

Caudal de BombeoCaudal Maximo DiarioHoras de Bombeo

12 Hras

0.606 l/s

pH = 6,5 - 8,5

Densidad

Viscosidad DinamicaTemperaturaPresion de vaporPresion atmosferica a 4000 msnm

Max Min Descarga

3939.55 3937.9503,974.88

RESERVORIOEsp. De Tapa 0.1 mBorde Libre 0.3 mAlt. de H2O. 0.5 m

m.s.n.m.

Cota de Descarga3974.876 m.s.n.m.

3939.55 m.s.n.m.

3937.95 m.s.n.m.

35.33 m.36.93 m.

Altura de succionPerdida de Carga en la Succion

0.606 l/s2.55 m56.7 mm

PVC150

Cant K K total

1.00 0.40 0.401.00 1.75 1.751.00 0.90 0.901.00 0.25 0.25

Total L.E. 3.30

�=���

0.24 m3/s

26373.135

(perdida de la succion)

Teniendo en cuenta la formula de arriba obtenemos el siguiente resultado:

2.55 m

2.56 m

Perdida de Carga en la Impulsion

0.606 l/s241.74 m

1 1/2 Pulg Clase 1541.10 mm

PVC150

Cant K K total

1.00 0.25 0.251.00 0.60 0.601.00 2.50 2.501.00 0.10 0.101.00 0.25 0.251.00 0.40 0.40

Total L.E. 4.10

Q2

La mayor desventaja que presentan estas bombas es la limitación en la carga de succión, ya que el valor máximo teórico que alcanza es el de la presión atmosférica del lugar (10,33 m. a la altura del mar), sin embargo, cuando la altura de succión es de 7 metros la bomba ya muestra deficiencias de funcionamiento.

0.46 m/s

118685.214

Teniendo en cuenta la formula de carga de Impulsion obtenemos el siguiente resultado:

34.38 m

35.95 m

Alt. dinamica total o altura de bombeoCarga de succion, m.Carga de impulsion, m.

Hi = 35.95 m

Hb = 38.51 m

5 m

Hbt = 43.51 m

2CP 25/140H

49 m

1.6

Q2

De acuerdo a los parametros ya determinados en pasos anteriores es que procedemos a reemplazar en la formula teniedo como resultado lo siguiente:

�=���

3.517 m

Tambien según la guia para el diseño de estaciones de Bombeo de Agua Potable del UNATSABAR

3.517 m

OK, Cumple, la bomba no cavita.

0.606 l/s43.51 m

0.6

0.586 HP

0.674 HP

1.500 HP(De acuerdo a Catalogo de Producto)

Espesor minimo de Tuberia

Modulo Elastico del Agua

Modulo Elastico del material

327.28 m/s

241.74 m327.28 m/s

1.477 s

0.46 m/s327.28 m/s

9.81

15.24 m.c.a

34.376

15.24

49.61 m.c.a486.72 Kpa

70.57 psi

Costo unitario de la tubería de impulsión asentada (USD/m)

Diámetro aproximado en metros (haciéndose que K = 1)

m/s2

Caudal máximo capacidad de la estación de bombeo (m3/s)

Caudal máximo al inicio de proyecto (m3/s)

�=[4.87(( _1 _2 _3 _4)/(1.5 ))/((1 ) _0 )]^0.17� � +� � �_�/�_� +� �_���/�

Costo de la potencia instalada ( demanda)

Rendimiento global de las electrobombas Número de años del período de diseño(solo bombas)

132.240

6.537

1.321

2. Determinacion del diametro economico para bombeo a velocidad constante.

32.516 mm1.28 Pulg

41.4 mm CLASE 151.5 Pulg

4. Velocidad economica por perdidas de carga con caudal de operacion

0.450 m/s

�_3=0.21 ( /(��� 〗〖�� )) _��� /�_��_4=(1−(1/(1 )) )/(1−(1/(1 )) )+� ^� +�

DIMENSIONAMIENTO DE CISTERNA DE BOMBEO

En la seccion m.4 Volumen de almacenamiento se considera lo siguiente:

Tenemos : (Zona Ñuñumarca)

V = 5.04 m3

V = 6.00 m3

Consideramos la Guia para la formulacion de proyectos de inversion exitosos del MEF para SANEAMIENTO BASICO:

En el MODULO III - FORMULACION, en la seccion 3.4 del Planteamiento Tecnico de las alternativas de solucion:

En zonas rurales la capacidad de regulacion es del 15% al 20% de la demanda de produccion diaria, siempre que el suministro sea continuo. Si dicho suministro es por bombeo, la capacidad sera del 20 a 25% de la demanda promedio diaria.

La demanda de produccion promedio diaria la obtenemos a partir del caudal promedio Qp calculando el 25% del consumo durante un dia en Volumen de agua:

�= (0.25×�_�× )/��� 1000

DIMENSIONAMIENTO DE CISTERNA DE BOMBEO

En la seccion m.4 Volumen de almacenamiento se considera lo siguiente:

(Zona Ñuñumarca)

Consideramos la Guia para la formulacion de proyectos de inversion exitosos del MEF para

En el MODULO III - FORMULACION, en la seccion 3.4 del Planteamiento Tecnico de las

En zonas rurales la capacidad de regulacion es del 15% al 20% de la demanda de produccion diaria, siempre que el suministro sea continuo. Si dicho suministro es por bombeo, la capacidad sera del 20 a 25% de la demanda promedio diaria.

La demanda de produccion promedio diaria la obtenemos a partir del caudal promedio Qp calculando el 25% del consumo durante un dia en Volumen de agua:

CALCULO DE LINEA DE IMPULSION

TUBERIA CLASE

h maxima presion

Ø Comercial (Pulg)

Caudal de Bombeo Qb= 0.606 Lt/seg Coef. Flujo. (C) = 150 Ø interior (mm)

Perdida Inicial por Accesorios de Bombeo = 0.04 m

KM Longitud (m) Caudal (Lts/Seg) Ø Interno (mm) Hf (m)

0+000 3,940.00 0.00 0.606 Presion de agua ha vencer por la bomba desde el Eje= -40.900+010 3,940.47 0.01 0.606 -46.800 27.111 41.40 1.050 0.450 0.0610+020 3,941.09 0.01 0.606 -62.500 25.547 41.40 1.182 0.450 0.0610+030 3,942.05 0.01 0.606 -95.500 23.417 41.40 1.407 0.450 0.0610+040 3,943.00 0.01 0.606 -95.500 23.417 41.40 1.407 0.450 0.0610+050 3,943.96 0.01 0.606 -95.500 23.417 41.40 1.407 0.450 0.0610+060 3,944.91 0.01 0.606 -95.500 23.417 41.40 1.407 0.450 0.0610+070 3,945.87 0.01 0.606 -95.500 23.417 41.40 1.407 0.450 0.0610+080 3,946.82 0.01 0.606 -95.500 23.417 41.40 1.407 0.450 0.0610+090 3,948.42 0.01 0.606 -160.100 21.060 41.40 1.740 0.450 0.0610+100 3,950.04 0.01 0.606 -161.900 21.012 41.40 1.748 0.450 0.0610+110 3,951.66 0.01 0.606 -162.000 21.009 41.40 1.748 0.450 0.0610+120 3,953.28 0.01 0.606 -161.900 21.012 41.40 1.748 0.450 0.0610+130 3,954.90 0.01 0.606 -161.900 21.012 41.40 1.748 0.450 0.0610+140 3,956.52 0.01 0.606 -162.000 21.009 41.40 1.748 0.450 0.0610+150 3,958.15 0.01 0.606 -162.400 20.999 41.40 1.750 0.450 0.0610+160 3,959.77 0.01 0.606 -162.800 20.988 41.40 1.752 0.450 0.0610+170 3,961.40 0.01 0.606 -162.900 20.986 41.40 1.752 0.450 0.0610+180 3,963.03 0.01 0.606 -162.900 20.986 41.40 1.752 0.450 0.0610+190 3,964.71 0.01 0.606 -167.500 20.866 41.40 1.772 0.450 0.0610+200 3,966.39 0.01 0.606 -168.300 20.846 41.40 1.776 0.450 0.0610+210 3,968.07 0.01 0.606 -168.300 20.846 41.40 1.776 0.450 0.0610+220 3,969.76 0.01 0.606 -168.300 20.846 41.40 1.776 0.450 0.0610+230 3,971.75 0.01 0.606 -199.300 20.134 41.40 1.903 0.450 0.0610+240 3,973.99 0.01 0.606 -223.800 19.661 41.40 1.996 0.450 0.061

0+241.74 3,974.38 0.00 0.606 -224.138 19.655 41.40 1.997 0.450 0.011

Niv. Dinámico (m)

Pendiente (m/Km)

Ø Calculado (mm)

Vel. Calcul. (m/seg)

Velocidad Real (m/seg)

CALCULO DE LINEA DE IMPULSION

TUBERIA CLASE

h maxima presion

Ø Comercial (Pulg)

Caudal de Bombeo Qb= 0.606 Lt/seg Coef. Flujo. (C) = 150 Ø interior (mm)

Perdida Inicial por Accesorios de Bombeo = 0.04 m

KM Longitud (m) Caudal (Lts/Seg) Ø Interno (mm) Hf (m)Niv. Dinámico

(m)Pendiente

(m/Km)Ø Calculado

(mm)Vel. Calcul.

(m/seg)Velocidad Real

(m/seg)

PERDIDA TOTAL (m): 1.474ALTURA ESTATICA(m): 34.38

PRESION DE ENTREGA (m) : 5.053

CALCULO DE LINEA DE IMPULSION

TUBERIA CLASE

h maxima presion

Ø Comercial (Pulg)

Caudal de Bombeo Qb= 0.606 Lt/seg Coef. Flujo. (C) = 150 Ø interior (mm)

Perdida Inicial por Accesorios de Bombeo = 0.04 m

KM Longitud (m) Caudal (Lts/Seg) Ø Interno (mm) Hf (m)Niv. Dinámico

(m)Pendiente

(m/Km)Ø Calculado

(mm)Vel. Calcul.

(m/seg)Velocidad Real

(m/seg)

GRADIENTE HIDRAULICA - LINEA DE IMPULSION

LINEA PIEZOMETRICA COTA TERRENO PLANO DE CARGA COTA EJE DE TUBERIA

CALCULO DE LINEA DE IMPULSION

15

100 m

1 1/2

41.40

Alt. Piezom. (m) Presión (m) OBSERVACION

3980.903 0.000 3980.903 CISTERNA

3980.842 40.374 3980.8423980.781 39.688 3980.7813980.720 38.672 3980.7203980.659 37.656 3980.6593980.598 36.640 3980.5983980.537 35.624 3980.5373980.476 34.608 3980.4763980.415 33.592 3980.4153980.354 31.930 3980.3543980.293 30.250 3980.2933980.232 28.569 3980.2323980.172 26.890 3980.1723980.111 25.210 3980.1113980.050 23.529 3980.0503979.989 21.844 3979.9893979.928 20.155 3979.9283979.867 18.465 3979.8673979.806 16.775 3979.8063979.745 15.039 3979.7453979.684 13.295 3979.6843979.623 11.551 3979.6233979.562 9.807 3979.5623979.501 7.753 3979.5013979.440 5.454 3979.440

3979.429 5.053 3979.429 RESERVORIO.

Cota Piezom. (msnm)

CALCULO DE LINEA DE IMPULSION

15

100 m

1 1/2

41.40

Alt. Piezom. (m) Presión (m) OBSERVACIONCota Piezom.

(msnm)

CALCULO DE LINEA DE IMPULSION

15

100 m

1 1/2

41.40

Alt. Piezom. (m) Presión (m) OBSERVACIONCota Piezom.

(msnm)

GRADIENTE HIDRAULICA - LINEA DE IMPULSION

LINEA PIEZOMETRICA COTA TERRENO PLANO DE CARGA COTA EJE DE TUBERIA