APLICACIÓN DE MODELOS APLICACIÓN DE MODELOS DE SIMULACION EN LA DE SIMULACION EN LA

EVALUACION Y DISEÑO DE EVALUACION Y DISEÑO DE ESTACIONES DE BOMBEOESTACIONES DE BOMBEO

Alternativas de configuración de Alternativas de configuración de Sistemas por BombeoSistemas por Bombeo

1 2

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1. Bombeo alimentando directamente un sistema cerrado.

2. Bombeo alimentando a través de una VRP.

3. Bombeo con válvula de alivio de presión.

4. Bombeo alimentando un sistema con equipo hidroneumático.

5. Bombeo alimentando un sistema con tanque de compensación.

6. Bombeo alimentando un sistema con tanque de almacenamiento (con bombeo).

Pasos Básicos para Modelar un Pasos Básicos para Modelar un Sistema de Distribución con BombeoSistema de Distribución con Bombeo

1. Seleccione la elevación de la Línea de Gradiente Hidráulico de la descarga como la cabeza de bombeo constante.

2. Predimensione las tuberías de succión y descarga de tal manera que se obtengan pérdidas de cabeza aceptables para condiciones de demandas pico (vel < 1.5m/s). Corrida en Steady-State.

3. Calcule las curvas del sistema con corridas en Steady-State y seleccione la bomba a partir de estas curvas.

4. Reemplace la cabeza constante de bombeo por la curva característica de la bomba seleccionada.

5. Evalúe el sistema usando corridas en Steady-State, para demandas promedio, mínimas y máximas.

6. Si el sistema incluye almacenamientos, realice corridas en período extendido para verificar niveles de tanque y ciclos de bombeo.

Bombeo Hacia Red Cerrada Bombeo Hacia Red Cerrada con y con y sinsin Control de PresiónControl de Presión

No Regulado Regulado

Si las bombas tienden a sobre presurizar el sistema en períodos de baja demanda (noche), se recomienda la instalación de Válvulas Reguladoras de Presión o Válvulas de Alivio de Presión, en la descarga de las bombas, cuya operación debe evaluarse con corridas en período extendido.

Bombeo hacia un Sistema con Bombeo hacia un Sistema con Tanque de CompensaciónTanque de Compensación

• Una bomba que descarga directamente contra la red, debe responder instantáneamente a cualquier cambio en la demanda porque no existe almacenamientode compensación.

• Si existe suficiente almacenamiento de compensación, la zona de presión puede responder a cortes de energía sin necesidad de generadores alternos y swiches de transferencia.

• Se utilizan corridas en período extendido para definir los controles de la bomba y asegurar que esta operará eficientemente en cualquier condición y podrá recuperar los niveles mínimos del tanque de compensación.

Bombeo desde Pozos ProfundosBombeo desde Pozos Profundos

Sistema Real

Modelo

El bombeo de pozos es similar a los sistemas descritos anteriormente. Una diferencia importante es que al bombearse, la cabeza de succión de bombeo varía de acuerdo con la caída de la superficie piezométrica del acuífero.

En acuíferos muy porosos la caída de la tabla de agua puede ser insignificante y el pozo puede representarse en el modelo como un reservorio.

Bombeo desde Pozos ProfundosBombeo desde Pozos Profundos

Cuando el abatimiento es significativo y es relativamente lineal con respecto al caudal bombeado, debe ajustarse la curva de la bomba restando el abatimiento de la curva original de la bomba.

Bombeo desde Pozos ProfundosBombeo desde Pozos Profundos

Si existen variaciones significativas en la presión residual de bombeo por abatimiento del pozo y no se desea someter a la red a dicha condición, deben usarse válvulas reguladoras de presión o tanques de almacenamiento superficial.

Aunque el tanque superficial supone mayores costos por requerir bombeos adicionales se facilitan procesos de desinfección por disponerse de mayores tiempos de contacto y se dispone de un volumen de agua para emergencias.

Bombas en ParaleloBombas en Paralelo

• En general las estaciones de bombeo deben ser capaces de atender las demandas requeridas aún si la bomba principal esta fuera de servicio.

• En estaciones pequeñas usualmente existen dos bombas capaces de atender la demanda independientemente.

• En grandes estaciones es usual garantizar confiabilidad y flexibilidad instalando mas de dos bombas, las cuales deben operar correctamente trabajando alternadas o en paralelo con otra bomba.

Bombas Iguales en ParaleloBombas Iguales en Paralelo

Si el sistema de tuberías de descarga es de gran capacidad (curva de sistema plana),cada bomba puede descargar 270 gpm trabajando sola; al trabajar al

mismo tiempo pueden descargar 500 gpm.

Si la capacidad de las tuberías es limitada (curva de sistema pronunciada), cada bomba producirá 180 gpm individualmente y juntas producirán únicamente 220

gpm.

El incipiente aporte de la segunda bomba no se debe a la capacidad de bombeo sino a la capacidad de las tuberías para transportar caudal.

Bombas Diferentes en ParaleloBombas Diferentes en Paralelo

En este caso la bomba A se prende cuando se demandan caudales altos y la bomba B cuando se demandan caudales bajos. Cuando la curva del sistema es plana, la bomba A produce sola 270 gpm, la bomba B produce 160 gpm y operando juntas

producen 380 gpm.

Cuando la curva del sistema es pronunciada, la bomba A sola produce 180 gpm, la bomba B sola produce 120 gpm, pero las dos operando al tiempo solo producen

180 gpm.

La razón por la cual no existe incremento en caudal es porque la bomba A genera presiones mayores a la cabeza de apagado de la bomba B, por lo que esta no puede

aportar caudal.

Pérdidas de Cabeza en la SucciónPérdidas de Cabeza en la Succión(NPSH)(NPSH)

Si la tubería de succión es larga y/o de baja capacidad, pueden ocurrir problemas debidos a la elevación de las bombas y pérdidas significativas de cabeza en la tubería de succión. Si la cabeza de succión de la bomba es baja pueden presentarse problemas de cavitación y “descebamiento” de la bomba.

Debe compararse la cabeza de succión disponible (NPSHd), con la cabeza de succión requerida (NPSHr). La (NPSHd) depende de la elevación del gradiente hidráulico de la fuente, la elevación de la bomba y las pérdidas en la succión. La (NPSHr) es función del caudal y las propiedades y características de la bomba.

Pérdidas de Cabeza en la SucciónPérdidas de Cabeza en la Succión(NPSH disponible)(NPSH disponible)

lossvapsbard hHHHNPSH −−+=

Donde: Hbar = Presión atmosférica

Hs = Cabeza estática (elev.de bomba – nivel del agua).

Hvap = Presión de vapor de agua

hloss = Sumatoria de pérdidas en la succión

Si la NPSH disponible es menor que la NPSH requerida, debe escogerse alguna de las siguientes opciones:

• Bajar la bomba

• Elevar el nivel del agua en el tanque de succión

• Incrementar el diámetro de la succión para reducir pérdidas

• Seleccionar una bomba con un menor requerimiento de NPSHr

Esquema Típico de Modelo de Esquema Típico de Modelo de Simulación con BombeoSimulación con Bombeo

Fuente Bomba

Tanque de Compensación

VRP

Nodo

Información de la(s) BombaInformación de la(s) Bomba

Reporte Gráfico de Operación de la Reporte Gráfico de Operación de la BombaBomba