proyecto de estacion de bombeo

7/22/2019 Proyecto de Estacion de Bombeo

http://slidepdf.com/reader/full/proyecto-de-estacion-de-bombeo 1/93

Sección 5

Proyecto Ejecutivo

fgh5-i

CONTENIDO E ÍNDICES

5.1 PROYECTO HIDRÁULICO-FUNCIONAL ............................................................................................................. 5-1 5.1.1 Conceptualización del Diseño ............................................................................................................... 5-2 5.1.2 Diseño de las Estructuras .......... .......... ........... .......... ........... .......... ........... ........... .......... .......... ........... ... 5-3 5.1.3 Evaluación Técnico Económica del Equipo de Bombeo ........... ........... .......... .......... ........... ........... ...... 5-10 5.1.4 Consideraciones Particulares para la Estación de Bombeo ............................................................... 5-12

5.2 PROYECTO ARQUITECTÓNICO ....................................................................................................................... 5-14 5.2.1 Antecedentes ................... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... . 5-14 5.2.2 Unidad de Pretratamiento y Cárcamo de Bombeo .............................................................................. 5-15 5.2.3 Caseta de Operación y Control ........................................................................................................... 5-16 5.2.4 Áreas de Lavado de Arena y Filtro Biológico de Control de Olores .......... .......... ........... .......... .......... 5-17

5.3 PROYECTO ESTRUCTURAL............................................................................................................................. 5-18 5.3.1 Códigos Empleados ............................................................................................................................. 5-18 5.3.2 Cargas Utilizadas en el Diseño ........................................................................................................... 5-18 5.3.3 Consideraciones Estructurales y Métodos de Diseño .......................................................................... 5-20 5.3.4 Diseño Estructural .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... ........... .......... .......... ........... . 5-20 5.3.5 Edificaciones .......... ........... .......... ........... ........... .......... ........... .......... ........... .......... .......... ........... .......... 5-22 5.3.6 Especificaciones de Análisis ........... ........... .......... .......... ........... ........... .......... ........... .......... ........... ...... 5-23 5.3.7 Diseño de Elementos ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... ........ 5-23 5.3.8 Características del Concreto ............................................................................................................... 5-23 5.3.9 Características del Refuerzo ................................................................................................................ 5-23

5.4 PROYECTO ELÉCTRICO.................................................................................................................................. 5-25 5.4.1 Memoria Descriptiva de las Instalaciones Eléctricas.......... .......... ........... .......... ........... .......... ........... . 5-25 5.4.2 Instalaciones Eléctricas de Proyecto .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ..... 5-26 5.4.3 Instalaciones Generales ........... .......... ........... .......... ........... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ... 5-57

5.5 PROYECTO MECÁNICO .................................................................................................................................. 5-65 5.5.1 Sistema de Cribado Mecánico y Extracción de Arenas ....................................................................... 5-65 5.5.2

Control de Olores ................................................................................................................................ 5-66

5.5.3 Protección anticorrosiva .............. ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... ........ 5-67 5.5.4 Tuberías, Válvulas y Conexiones ......................................................................................................... 5-68 5.5.5 Tornillería ............................................................................................................................................ 5-72 5.5.6 Equipos Electromecánicos .......... ........... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... .......... 5-72 5.5.7 Cálculo de la Carga de Bombeo .......................................................................................................... 5-75 5.5.8 Selección de Equipo de Bombeo y Curvas de Comportamiento .......................................................... 5-76

5.6 EMISOR A PRESIÓN DE AGUAS R ESIDUALES.................................................................................................. 5-79 5.6.1 Análisis Preliminares y Determinaciones Iniciales .................. ........... .......... ........... .......... ........... ...... 5-79 5.6.2 Dimensionamiento del Conducto a Presión ........... .......... ........... .......... ........... ........... .......... .......... ..... 5-81 5.6.3 Obras y Accesorios Complementarios ................................................................................................. 5-82

5.7 DISEÑO HIDRÁULICO PARA LA I NFRAESTRUCTURA PROPUESTA DE ALCANTARILLADO................................ 5-87 5.7.1 Fórmulas Para el Cálculo de Gastos .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ..... 5-87 5.7.2 Coeficientes de Variación .................................................................................................................... 5-88 5.7.3 Velocidades Máximas y Mínimas ......................................................................................................... 5-89 5.7.4 Fórmulas para Cálculo de Conductos a Presión .......... .......... ........... .......... ........... ........... .......... ........ 5-90



Sección 5 – Contenido e Índices

fgh5-ii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 5-1 Características Iniciales para Selección de Bombas en EB General .............................................................. 5-7 Tabla 5-2 Caudales Teóricos y Cargas de Operación Sistema........................................................................................ 5-8 Tabla 5-3 Evaluación Técnica Económica de Equipo de Bombeo ................................................................................ 5-11 Tabla 5-4 Evaluación Técnica Económica de Equipo de Bombeo ................................................................................ 5-12 Tabla 5-5 Características del Transformador ............................................................................................................... 5-27 Tabla 5-6 Valores de Tensión de Operación ................................................................................................................. 5-28 Tabla 5-7 Tipo de Arrancadores .................................................................................................................................... 5-28 Tabla 5-8 Cálculos de Dispositivos y Conductores ....................................................................................................... 5-51 Tabla 5-9 Desglose de Cargas en Tablero de Distribución ........................................................................................... 5-52 Tabla 5-10 Profundidad de Canalizaciones Eléctricas.................................................................................................. 5-63 Tabla 5-11 Evaluación de Cribas Mecánicas, Compactador y Lavador de Arenas ...................................................... 5-66 Tabla 5-12 Evaluación de Cribas Mecánicas, Compactador y Lavador de Arenas ...................................................... 5-67 Tabla 5-13 Protección Anticorrosiva en Función de la Calidad Ambiental Prevaleciente ........................................... 5-68 Tabla 5-14 Características Principales de Líneas de Proceso (Especificación AC) ..................................................... 5-69 Tabla 5-15 Características Principales de Tuberías de Proceso (Especificación AC) ................................................. 5-69 Tabla 5-16 Características Principales en Accesorios de Tubería de Proceso (Especificación AC) ............................ 5-69 Tabla 5-17 Características Principales en Válvulas de Proceso (Especificación AC) .................................................. 5-70 Tabla 5-18 Características Principales en Derivaciones Líneas de Proceso (Especificación AC) ............................... 5-71 Tabla 5-19 Principales Características de los Componentes Electromecánicos del Sistema........................................ 5-73 Tabla 5-20 Velocidad Máxima Permisible ..................................................................................................................... 5-90

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 5-1 Curva del Sistema de Bombeo .................. .......... ........... .......... ........... .......... ........... ........... .......... .......... ....... 5-9 Figura 5-2 Arreglo General de Unidades .......... .......... ........... .......... ........... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ... 5-15 Figura 5-3 Vista de Unidad de Pretratamiento y Cárcamo de Bombeo .......... .......... ........... .......... .......... ........... .......... 5-16 Figura 5-4 Vista de la Caseta de Operación y Control .............. .......... ........... .......... ........... .......... .......... ........... .......... 5-17 Figura 5-5 Bomba de Aguas Residuales .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... ........... .......... .......... ..... 5-77 Figura 5-6 Bomba de Extracción de Arenas ......... ........... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... .......... 5-78



Sección 5

Proyecto Ejecutivo

fgh5-1

El proyecto ejecutivo del Cárcamo General de Bombeo (CGB), de Miguel Alemán se elaborósiguiendo los criterios establecidos en los términos de referencia y los lineamientos técnicosaplicables en materia de bombeo y conducción de aguas residuales domésticas. El proyecto

ejecutivo comprende aspectos relativos a las áreas de especialización: hidráulica, mecánica,eléctrica, civil – estructural y arquitectónica mediante las cuales se integra el proyecto ejecutivo quese presenta en este informe.

La elaboración de la ingeniería de las diversas áreas de especialización obligan al cumplimiento delas normas y criterios de diseño vigentes en México y para aquellos equipos y materiales defabricación extranjera es preciso que sean cumplidas las normas y criterios internacionales deinstituciones tales como:

ACI American Concrete Institute

AISC American Institute of Steel Construction

AISI American Iron and Steel Institute

ANCE Asociación Nacional de Normalización y Certificación del Sector Eléctrico

ANSI American National Standards Institute

ASME American Society of Mechanicals Engineering

ASSE American Society of Sanitary Engineering

ASTM American Society for Testing Materials

AWS American Welding Society

AWWA American Water Works Association

BHRA British Hydromechanics Research Association

CFE Comisión Federal de ElectricidadCONAGUA Comisión Nacional del Agua

HIS Hydraulic Institute Standards

IEC International Electrotechnical Commission

IEEE Institute of Electrical and Electronics Association

ISO International Standardization Organization

MSS Manufactures Standardization Society of valve and Fittings Industry

NEMA National Electrical Manufacturers Association

NFPA National Fire Protection Association

NOM Normas Oficiales MexicanasTodas ellas se toman en consideración para la elaboración del proyecto y en casos particulares, secitan en las especificaciones técnicas de equipos y/o materiales.

5.1 PROYECTO HIDRÁULICO-FUNCIONAL

El proyecto hidráulico funcional de la estación de bombeo tuvo por objetivo definir las dimensionesgenerales de las diferentes estructuras que integraran la estación, el equipamiento necesario para la



Sección 5 - Proyecto Ejecutivo

fgh5-2

protección de los equipos instalados o a instalar al igual que los niveles en los mismos de acuerdo alos arrastres de la red existente de alcantarillado y al funcionamiento hidráulico que se presentará enlas estructuras.

Para desarrollar el proyecto funcional de la estación de bombeo, inicialmente fue necesario definir los componentes requeridos para el adecuado funcionamiento de la estación. A este respecto, dentro

del análisis realizado se recomienda utilizar un equipo de cribado mecánico el cual manejará hastaun 55% de exceso del caudal medio de diseño, los excedentes deberán derivarse a cribado de tipomanual, todo esto con el fin de retener sólidos grandes y proteger los equipos localizados aguasabajo en el sistema. El efluente de los cribados llegaran al cárcamo de bombeo el cual tendrá lacapacidad para manejar hasta el caudal máximo extraordinario por medio de equipos de bombeo deltipo sumergible, dos de los cuales se encuentran actualmente instalados y operando adecuadamente,otras dos bombas adicionales, también sumergibles serán necesarias para abatir la totalidad delcaudal generado a futuro (año 2030) y en condiciones de flujo máximo extraordinario.

5.1.1 Conceptualización del Diseño

En este apartado se hace una descripción general de la secuencia de funcionamiento de la estación

de bombeo que fue adoptada según los criterios generales descritos anteriormente, siguiendo elsentido del flujo que se tendrá en el paso por las diferentes estructuras que integran la estación.

Antes de ello se expondrán las fases del proceso constructivo de la nueva estación de bombeo, poniendo de manifiesto la coordinación necesaria para que durante toda la obra la estación de bombeo no cese su trabajo. Inicialmente seguirá funcionando la estación de bombeo existentemientras se van construyendo las nuevas instalaciones, para posteriormente pasar a funcionar con lanueva estación y así poder finalizar todos los trabajos de desmontaje y urbanización. A continuaciónse describen las diferentes actividades del proceso constructivo en orden cronológico:

1. Demoler edificaciones existentes en predio aledaño.

2. Tala de árboles existentes

3. Construcción y equipamiento de nuevas edificaciones.

4. Cambio de malla perimetral existente por muro fabricado en block de concreto.

5. Construcción y equipamiento de cárcamo de bombeo.

6. Construcción de caja de llegada (sin modificar tuberías aún).

7. Construcción y equipamiento de sistemas accesorios como lavado de arenas y control deolores.

8. Cambio de subestación reductora por una de mayor capacidad.

9. Modificación de tuberías e interconexiones en caja de llegada.

10. Desmontaje y reinstalación de equipo de bombeo actual en cárcamo nuevo.

11. Sellado de tuberías en cárcamo de bombeo actual y construcción de pozo de visita paraderrame de excedencias en línea existente

12. Rellenar cárcamo existente con material seleccionado producto de la excavación.

13. Reposición de vialidades y áreas de maniobra por material asfáltico.




fgh5-3

Ahora sí, se pasará a describir la secuencia de funcionamiento de la estación de bombeo. La primeraestructura por la cual pasa el caudal de agua residual, que es descargada de la red de alcantarilladoexistente y será recibida en la estación de bombeo, es una caja en la que coincidirán los tres caudalesque actualmente se reciben, de esta caja sale una sola línea de tubería hacia las instalaciones delcárcamo de bombeo, se ingresa a una caja que recibe el caudal y alimenta al equipo de cribado

mecánico. Cuando el caudal es tal que el nivel de agua que ingresa a este equipo se eleva losuficiente comienza un vertido lateral a la estructura que alberga el cribado manual de tal forma queindependientemente de la cantidad de agua que se reciba esta siempre saldrá cribada a el cárcamo de bombeo, una vez que haya pasado la condición de caudal excedente los cribados podrán ser retornados a la cámara donde se aloja el equipo mecánico por medio de un lavado de agua a presióny así aprovechar el mismo equipo de cribado mecánico para la extracción de los sólidos recolectadosen la criba manual, aunque este método no descarta por completo la necesidad de eventualmentehacer una limpieza manual de la criba, por medio de un operador que tendrá que bajar a la zona delimpieza para efectuarla. El agua una vez cribada es conducida directamente al cárcamo de bombeo.

El cárcamo de bombeo existente (a abandonar), presenta un diseño de planta circular y aloja dosequipos de bombeo, los cuales se tienen pensado reutilizar en el proyecto del nuevo cárcamo, y un

vertedor para demasías. En el caso del cárcamo de bombeo de proyecto se presenta un diseño de planta rectangular, con una estructura para uniformizar y amortiguar el flujo al ingreso, de talmanera que no afecte el correcto funcionamiento de las bombas las cuales se encuentran en elextremo opuesto al ingreso.

Dicho cárcamo se revisó para asegurar que cuente con la capacidad de retener el gasto pico de aguasresiduales por un periodo no mayor de 30 minutos, esto acorde a los criterios de diseño paracárcamos establecidos por el American Hidraulic Institute (AHI) y la Britsh Hydromechanics Research Association (BHRA).

Adicionalmente a lo anterior y como equipo accesorio se contará con equipos de bombeo paramanejo de arenas que se pudieran depositar en el fondo del cárcamo e instalaciones especificas para

el manejo y compactado de sólidos de rechazo de la criba mecánica, así como de las arenas extraídasdel cárcamo, las cuales se dispondrán en un lavador mecánico de arenas.

La metodología utilizada para el diseño funcional de los diferentes elementos que componen laestación de bombeo se describe en los párrafos siguientes, el cual se basó principalmente en losconceptos de la hidráulica que se tienen establecidos para estos fines.

5.1.2 Diseño de las Estructuras

En este apartado se hace una breve descripción de los cálculos realizados para el diseño funcional delas diferentes estructuras de la estación de bombeo, siguiendo al igual que en el anterior, el orden delsentido del flujo. Los detalles de los datos base utilizados para el análisis, así como de los resultadosque se obtienen para esta estación en particular, se presentan en la memoria de cálculo del Anexo D.

En el caso particular de esta estación de bombeo, la primera estructura involucrada es una caja queintegra los tres caudales existentes que vienen a diferentes niveles y con diferentes diámetros en unosolo. Obviamente y debido a las condiciones de los colectores existentes que se deberán interceptar,se ha tomado como nivel más bajo el nivel de la tubería que se encuentra a mayor profundidad,corrigiendo su trayectoria hacia el cárcamo de proyecto e integrando los caudales adicionales. Alsalir de esta caja se tiene una tubería de 36”de diámetro la cual tiene como nivel de plantilla la cota N+52.00. A partir de este nivel se tiene una conducción de 3.8 m hacia la caja de ingreso a cribados.




fgh5-4

Esta caja, que es solo de paso, tiene un volumen tal, que a condiciones de flujo máximo mantengaun tiempo de retención de 20 segundos. De esta caja se alimentará la unidad de cribado mecánico por medio de una tubería empotrada en el muro opuesto al ingreso de agua. Conforme aumente elcaudal influente el nivel en esta caja aumentará de acuerdo a las pérdidas de carga propias de latubería alimentadora y del equipo de cribado en sí. Si el caudal influente aumentara en forma tal que

sobrepasara la capacidad de diseño del equipo de cribado mecánico, se cuenta con un vertedor lateral el cual lleva el agua a la unidad de cribado manual la cual cribará las excedencias. Se hanrealizado los cálculos necesarios para dar capacidad tanto al vertedor como a la criba manual detratar todo el caudal, incluso el máximo extraordinario, en caso de mantenimiento o falla del equipode cribado mecánico. Este vertedor lateral se ha calculado como vertedor rectangular concontracción ya que la longitud de vertido no abarca de lado a lado de la caja de ingreso. La fórmulautilizada para el cálculo de tales vertedores es la que se muestra a continuación.

Q = 1.84 (L-0.2h) h1.5,

Donde:

Q = Caudal que vierte en m3/s

L = Longitud de vertido, en mh = Carga hidráulica sobre el vertedor, en m

Tanto el equipo de cribado como la criba manual se encuentran alojados en canales independientesuno del otro, y estos a su vez, se conectan a la caja de ingreso al cárcamo. De tal forma queindependientemente del canal por el cual corra el agua siempre llegará cribada al cárcamo.

La caja de ingreso al cárcamo tiene por objetivo amortiguar la turbulencia provocada por el flujo delagua a la unidad, y así facilitar la operación de los equipos de bombeo. Estos equipos se encuentranalojados en cámaras independientes de tal forma que no se interfieran en su funcionamiento. En laactualidad se cuenta con dos equipos de bombeo de 36 HP, los cuales se propone retirar en virtud deque las nuevas condiciones de operación reutilizarán en este proyecto. Los equipos mencionados noalcanzan a proporcionar el caudal extraordinario hacia la línea de bombeo, aún con lasmodificaciones sugeridas, por lo que se necesita un tercer equipo de bombeo para alcanzar el caudalobjetivo.

Este nuevo equipo, se calcula basándose en las variaciones que se tiene en las pérdidas de cargaconforme se aumenta el caudal en la misma línea de impulsión. Por lo que es necesario revisar elfuncionamiento del sistema utilizando diferentes combinaciones de bombas dependiendo de lascaracterísticas del mismo sistema.

De manera general se puede afirmar que todos los sistemas hidráulicos obedecen a la ley de laconservación de la energía la cual expresada en términos de hidráulica es conocida como la Ley deBernoulli, la que involucra las energías por presión, cinética, potencial, pérdidas de energía por

transporte, y energía aplicada o extraída al sistema por medios mecánicos. Si esta ecuación seexpresa en términos de Kgf-m/Kgm o abreviado como “metros de columna de agua” tiene la

siguiente forma:

s

ccc

W Dg

fL

g

zg

g

P

22

22

Donde:




fgh5-5

ΔP = Cambio de presión sobre el líquido, kg/cm2

Δv = Cambio de velocidad en el fluido, en m/s

Δz = Cambio de alturas en succión y descarga, en m

g = Aceleración debida a la gravedad, en m/s2

L = Longitud de la tubería, en m

f = factor de fricción para cálculo de pérdidas en tuberías, adimensional

ρ = Densidad del fluido, en kg/m3

D = Diámetro de la tubería, en m

Ws = Carga del sistema, en m

El cuarto término de esta ecuación es conocido como “pérdidas de carga por transporte” y es

determinado por la velocidad, el diámetro y la longitud de la trayectoria que se recorre, así como los

accesorios que se incluyan es esta, Es necesario mencionar que interviene también un “factor defricción” que depende de algunas de estas variables y de sí mismo, esto se expresa en la ecuación de

Colebrook-White , en la cual se ve que el factor “f” depende de sí mismo. Esta situación llevaría aque la ecuación anterior fuera insoluble por métodos algebraicos.

Existen valores plasmados para la ecuación anterior lo cual es expresado en un grafico que se

denomina “Diagrama de Moody”, pero implica que la resolución de los problemas sea solo de tipográfico y dependiendo de la exactitud de la lectura al resolverlo. Con el fin de subsanar esto se hanutilizado diferentes métodos numéricos para obtener una ecuación que permita el cálculo explicitode este valor de fricción.

Como resultado de esto se han obtenido diferentes expresiones algebraicas de las cuales se haseleccionado la denominada “Ecuación de Schacham” debido a su exactitud respecto de los valores

experimentales presentados por la bibliografía especializada.

Esta ecuación se expresa de la siguiente manera:

2

Re

5.14

71.3log

Re

02.5

71.3log2

1

D

e

D

e f

Donde:

f = factor de fricción para cálculo de pérdidas en tuberías, adimensional




fgh5-6

e = rugosidad interna de la tubería, en mm

D = Diámetro de la tubería en la cual se está realizando el análisis, en mm

Re = Número que relaciona de manera interna las fuerzas cinéticas y viscosas al transportar un fluido por un conducto, adimensional. Este número es expresado con la siguiente forma:

v

VDRe

Donde:

V = Velocidad promedio del líquido, en m/s

ν = viscosidad cinemática del fluido, en s-1

La proximidad de esta ecuación se plasma en la imagen de la página siguiente y es extraída del

documento ”Tutorial – Fluid Flow Formulas, J. Christopher Finch, David W. Ko”, que fuera presentado en la “PSIG Annual Meeting” en Toronto, Canadá en octubre de 1988.

De acuerdo a las características del sistema de bombeo, al estar abierto a la atmósfera, tanto lasucción como la descarga, se asigna que el primer término de la ecuación de Bernoulli tiene un valor de cero




fgh5-7

Como la tubería de impulsión del sistema no tiene cambios de diámetro, tampoco tiene cambios develocidad por lo que el segundo término de la ecuación tiene un valor de cero

Sabiendo que el caudal total a bombear es la suma de los caudales individuales de las bombas setiene que:

Qt = Q1 + Q2 + Q3

Y la potencia total expresada en la ecuación de Bernoulli adquiere la siguiente forma

(Ecuación 1)

De la expresión anterior se ve que la potencia que se añadirá al sistema será empleada en vencer lacarga estática del sistema, así como en las pérdidas provocadas por el flujo del agua a lo largo de lastuberías.

En nuestro caso las características de flujo de las bombas que deben ser seleccionadas se muestranen la Tabla 5-1 5-1 5-1.

Tabla 5-1 Características Iniciales para Selección de Bombas en EB General

Equipo de Bombeo Caudal Individual (L/s) Potencia HP

Bomba 1 117 45.3

Bomba 2 117 45.3

Bomba 3 220 138.6

Con estos valores se calculan los diferentes caudales de la siguiente manera:

Se asigna el valor del caudal total (Qmax = 370 lps), como dos de las bombas del cárcamo son igualeslos valores de Q1 y Q2 serán iguales, se procede a despejar de la ecuación (1) para Q3 obteniendo laecuación (2) mostrada a continuación. Este caudal corresponde a la capacidad de la bomba mayor de proyecto, se realizan los cálculos de pérdidas de carga los cuales arrojaran como resultado laenergía a aplicar al sistema (W) y de la expresión

212

32

QQ g

zg W

fL

g DAQ

c

Ecuación (2)

Se calcula el Q3 que se deberá de comparar con el obtenido de la ecuación Q 3 = Qt - Q1 - Q2

Esta rutina se realizó de manera repetitiva hasta que la diferencia entre los resultados obtenidosconcordara y la diferencia fuera mínima.

Realizando la rutina anterior bajo diferentes escenarios de bombeo, es decir aplicando las posiblescombinaciones de bombeo y observando el comportamiento del sistema. De esta forma se

s

cc

W g DA

QQQ fL

g

zg

2

2

2

321




fgh5-8

obtuvieron resultados estrictamente teóricos para las condiciones del sistema los cuales son plasmados en la Tabla 5-2 5-2 5-2.

Tabla 5-2 Caudales Teóricos y Cargas de Operación Sistema

Bombas en

Operación

Caudal, en L/s Carga del Sistema

Bomba 1 Bomba 2 Bomba 3 En Sistema CDT, mca

Bomba 1 117 Apagada Apagada 117 16.7

Bomba 2 107 107 214 19.5

Bomba 1 + 2+ 3 82.5 82.5 220 370 32.4

Bomba 1 + Bomba 3 95.0 Apagada 225.0 320 27.0

Tomando como punto de partida los resultados de caudal mostrados anteriormente y las bases dediseño para la elaboración del proyecto ejecutivo presentadas en la Sección 2 de este informe para elhorizonte de proyecto de 20 años, y resumidos a continuación se calcularon las potencias de los

equipos de bombeo:Caudal mínimo 51 L/s

Caudal medio 102 L/s

Caudal máximo 246 L/s

Caudal máximo extraordinario 370 L/s

Material de tubería de conducción PVC

Diámetro de tubería 20 pulgadas

Longitud de la conducción 2,717 M totales de los cuales existen ya construidos 794

M en la obra de la PTAR Carga estática a vencer 13.60 M

El tipo de agua a bombear es agua residual doméstica con las siguientes características deacuerdo al proyecto ejecutivo de la PTAR:

pH 6 – 9

Grasas y aceites 22 mg/l

Sólidos suspendidos totales 270 mg/l

DBO5 270 mg/l

Temperatura 15ºCSólidos sedimentables < 10 ml/l

Coliformes fecales 5x107 NMP/100 ml

Al no ser aditivo el caudal de cada bomba, es conveniente mostrar de manera gráfica la curva delsistema de bombeo para los casos en los que operan simultáneamente las tres bombas.




fgh5-9

En la Figura 5-1; se presenta la curva del sistema considerando que operan todas las bombas almismo tiempo, En el Anexo D, se presenta el detalle completo de la integración de la curva delsistema de bombeo y sus condiciones de operación.

Figura 5-1 Curva del Sistema de Bombeo

El siguiente elemento que se revisa es el nivel de fondo del cárcamo, calculándose el volumenrequerido en el mismo tomando como criterio de diseño que se cuente con un tiempo de retención




fgh5-10

menor a 30 min en esta estructura, utilizando la ecuación, de acuerdo con las recomendaciones de laHIS y la BHRA:

Donde:

Q = Gasto de diseño, en l/min

T = Tiempo entre arranques, en min

El cárcamo se ha propuesto de sección rectangular, tratando de simplificar en la mayor medida de lo posible el cálculo. Bajo esta consideración, se calcula el volumen buscando que el tirante de aguasea cercano a los 2.00 m y que el tiempo entre arranques en la condición de flujo máximo sea menor de 10 veces por hora obteniéndose un volumen mínimo de cárcamo de 33.3 m 3.

Se propone seleccionar equipos de bombeo para tener la capacidad de bombea con una bomba el

caudal promedio, con dos bombas lo más aproximado al caudal máximo y con tres bombas el caudalmáximo extraordinario. Debido a que las condiciones de caudal máximo extraordinario se presentanen eventos pluviales se tomó la decisión de no respaldar el equipo que posibilita alcanzar el caudalmáximo en virtud de que esta bomba operará muy poco durante el año.

5.1.3 Evaluación Técnico Económica del Equipo de Bombeo

La selección del equipo para el bombeo del caudal promedio se realiza con respecto a las nuevascondiciones de operación. En esas nuevas condiciones el equipo de bombeo existente presentacondiciones de operación de muy baja eficiencia (menos del 45%), y a condiciones de caudalmáximo baja aun más la eficiencia, por lo que por razones de uso eficiente de la energía se toma ladeterminación de utilizar equipos de bombeo nuevos.

Para la selección del equipo más conveniente se procede a consultar tres marcas diferentes y seselecciona una para establecer las condiciones de operación requeridas para este proyecto.

En el Anexo D, se muestran el cálculo teórico detallado de la potencia requerida para cumplir con elcaudal de diseño y con esa información se procede a hacer una selección del equipo de bombeo. Enel mismo anexo se presenta las curvas de las diferentes marcas y equipos evaluados. Los equiposque mejor desempeño presentan para las condiciones de proyecto es una combinación de bombas de45.3 hp (dos), y una bomba 138.7 hp. Las bombas de 45.3 hp conducirán al menos el caudal promedio de aguas residuales a la PTAR. Cuando se requiera bombear el caudal máximo seutilizarán las tres bombas.

Con la finalidad de seleccionar el equipo de bombeo más conveniente para esta aplicación, en la

Tabla 5-3 5-3 5-3, se presenta una evaluación técnica – económica de los equipos de bombeosusceptibles de ser usados en esta aplicación.

Para la selección de las bombas más pequeñas es necesario tomar en consideración que esta bombadeberá ser capaz de vencer la presión a las condiciones de caudal máximo. Esta condición complicala selección ya que el rango de operación en el que trabajarán será muy amplio, desde la condiciónde bombear solamente una bomba hasta la de bombear las tres bombas.




fgh5-11

En la siguiente Tabla 5-4 se presenta el comparativo para las bombas grandes, las cuales deberáncomplementar el caudal necesario para cumplir con las condiciones de diseño establecidas para ucaudal máximo extraordinario de 370 l/s.

Tabla 5-3 Evaluación Técnica Económica de Equipo de Bombeo

Equipo deBombeo Tipo

Potencia demotor en hp Ventajas Desventajas

Bombasumergible Flygt Sumergible 45.3

1. Equipo eficiente

2. Calidad reconocida

3. Alcanza máxima demanda1. Alto costo de

inversión

BombasumergibleBARNESA Sumergible 49.1

1. Calidad intermedia

2. Costo de inversión bajo

1. Mayor potencia

2. Vida útil más corta

BombasumergibleFairbanks Sumergible 45

1. Calidad buena

2. Costo de inversiónintermedio

1. Costo de inversión

intermedio2. El punto deoperación a caudal

promedio se extiendemuy a la derecha dela curva

Bombasumergible Wilio Sumergible 66

1.- Calidad intermedia

2.- Costo intermedio

1.- Mayor potencia

2.- Baja eficiencia

3.- Poca penetración enmercado mexicano




fgh5-12

Tabla 5-4 Evaluación Técnica Económica de Equipo de Bombeo

Equipo deBombeo Tipo

Potenciade motor

en kW

Costo deInversión

USD Ventajas Desventajas

Bombasumergible FlygtCP 3306/6651185 rpm Sumergible 104 kW $73,770

4. Equipo eficiente

5. Calidad reconocida

6. Alcanza máximademanda

7. Cuenta con posibilidadde controlarse con PLCde la misma fabrica 1. Alto costo de inversión

Bombasumergible ABSXFP 250M CH2PE860/6 Sumergible 86 kW $35,950

3. Calidad intermedia

4. Menor potencia

5. Costo de inversión bajo

1. No alcanza máximocaudal, se requeriríauna bomba más

2. Vida útil más corta

Bombacentrífugacualquier marca Horizontal 100 kW

$20,000 a$40,000

1. Costo de inversiónmedio

2. Buena calidad

3. Facilidad demantenimiento

1. Mayor obra civil

2. Incrementa el costo deinversión de la obracompleta, haciendoinviable suimplementación

La bomba que mejor se adapta al sistema de bombeo es la de marca Flygt, al posibilitar cumplir conel caudal máximo sin necesitar otra bomba de capacidad similar, con la desventaja de no contar conrespaldo.

En el Anexo D se presentan los cálculos detallados de las bombas tomando en consideración los tresequipos de bombeo siendo uno de ellos de diferente capacidad.

5.1.4 Consideraciones Particulares para la Estación de Bombeo

La Estación de Bombeo de Cd. Miguel Alemán es una estación nueva que se construirá en el prediodel cárcamo existente y que aprovechará los colectores de la estructura hidráulica actual y quecontará con una caseta de control de nueva construcción.

Esta estación cuenta con un cárcamo de bombeo de planta circular que se abandonará y el nuevocárcamo será diseñando para un caudal máximo extraordinario de 370 l/s.

En la Estación de Bombeo General no se prevé la descarga de las aguas pluviales, sin embargo, enlas casas habitación se suelen conectar bajantes de azoteas y el drenaje de patios al drenaje sanitariode la casa, combinando de esta forma las aguas pluviales captadas en las casas habitación con lasaguas residuales domésticas. Esta condición, puede provocar que el caudal máximo extraordinariosea superado y por tanto, la capacidad de bombeo de la Estación de Bombeo General sea igualmentesuperada. Derivado de esta eventualidad, el alcantarillado sanitario de la ciudad empieza aincrementar su nivel de agua de tal forma que si se mantiene la condición de alto flujo puede llegar asubir el nivel de agua en el cárcamo hasta un punto que es conveniente derivar el agua combinada para prevenir inundaciones en la ciudad. Cabe señalar que la totalidad del agua que ingrese al




fgh5-13

cárcamo de bombeo será cribada aun en los casos en que el caudal entrante supere sustancialmenteel caudal máximo extraordinario.

Con el fin de reducir los problemas de inundación en la ciudad se propone mantener en operación lalínea existente de demasías una vez que el nivel en la Estación de Bombeo General alcanza la cota+52.91 m. Para este fin, se propone la construcción de una línea de 20” y un pozo de visita en donde

se conectara esta línea nueva con el existente tubo de demasías.Esta tubería posibilitaría la descarga de excedencias de agua que la estación de bombeo no sea capazde bombear en avenidas de agua extraordinarias, debidas a aportaciones de agua de lluvia procedentes de azoteas y patios.

Para que el tubo de demasías inicie a derramar, es necesario que exista una condición de caudal quesupere significativamente el caudal máximo extraordinario. Esta condición sólo se espera que sea producto de aportaciones pluviales extraordinarias.

El gasto máximo extraordinario de 370 l/s, será bombeado mediante una línea de presión hasta lacaja de llegada a la Planta de Tratamiento existente.

La Estación de Bombeo contará con una planta generadora de energía de emergencia, con capacidad para evacuar el caudal máximo extraordinario, para los casos en que sea necesario continuar el bombeo aún durante fallas eléctricas y así evitar problemas de inundaciones en las zonas decobertura de la EB.

En esta estación de bombeo se está proponiendo un cárcamo con tirantes de operación mínimos, loscuales se logran con mayor eficiencia mediante el manejo de cárcamo por medio de un tablerocontrol tipo “inteligente”, que reduce los volúmenes necesarios y facilita la operación al tener

mejores características que el diseño convencional de los cárcamos.

Los resultados obtenidos para el diseño hidráulico-funcional de la Estación de Bombeo General se presentan en el Anexo D.

Al ser la Estación de Bombeo General de uso sanitario, se pueden presentar quejas de los vecinos sino se controlan los olores, por lo que el proyecto de rehabilitación de la estación contempla unainstalación especial para la extracción y tratamiento de los gases (o “aire gastado”).




fgh5-14

5.2 PROYECTO ARQUITECTÓNICO

5.2.1 Antecedentes

El objetivo de este proyecto es complementar al Proyecto Ejecutivo de Construcción del Cárcamode Regulación y Bombeo de Aguas Residuales marcando algunos parámetros de diseñoarquitectónico para enriquecer la propuesta.

El proyecto para el Cárcamo de Bombeo comprende las siguientes unidades de proceso principales:

1. Unidad de Pretratamiento y Cárcamo de Bombeo

2. Caseta de Operación y Control

3. Área de Lavado de Arenas

4. Filtro Biológico para Control de Olores

En respuesta a los requerimientos de proceso antes enumerados, se plantea el proyecto

arquitectónico del Cárcamo de Bombeo dentro del área disponible del predio donde actualmente selocaliza una infraestructura similar que será sacada de operación una vez que esté terminada lanueva, se cuenta con la superficie suficiente para albergar las unidades de proceso antesmencionadas.

Se propone reducir el impacto visual de esta infraestructura mediante una barda perimetral queademás dará mayor seguridad al interior y al exterior, ya que se localiza en una zona habitada. Dicha barda será de block de concreto en acabado aparente y con dalas y castillos de concreto armado, conuna altura de 3.00m.

Se propone que el ingreso sea directo por la calle 2 de Abril para que no exista necesidad demaniobrar algún vehículo en la vía pública, proponiendo también un cancel metálico de ingreso lo

suficientemente ancho (5.00m) para que facilite la entrada y la salida de vehículos.Con respecto a la vialidad interna y área de maniobras vehiculares se propone sea de carpetaasfáltica de 5cm de espesor, con las características técnicas para este uso y con pendiente dirigida auna boca de tormenta que captara el agua de lluvia y la incorporará al flujo del Cárcamo de Bombeo.

Las banquetas serán de concreto reforzado con malla electrosoldada y con guarniciones de concretoen todo su perímetro pintadas en color amarillo transito, las banquetas tendrán un acabado apalilladofino para que sean antiderrapables y serán moduladas en losas de 1.00x1.50 m.

Todas las áreas donde no exista banqueta o vialidad serán cubiertas de pasto para mejorar el aspectoestético de la infraestructura y evitar la erosión del terreno.

En la Figura 5-2 5-2 5-2 se muestra el arreglo propuesto para el Cárcamo de Regulación y Bombeodonde se puede apreciar la propuesta de vialidades, accesos al interior y distribución general.




fgh5-15

Figura 5-2 Arreglo General de Unidades

ARREGLO GENERAL DE UNIDADES

B A N Q U E T A

B A N Q U E T A

PRIVADA 2 DE ABRIL

COL. BARRERA

PROPIEDAD PRIVADA

INGRESOPRINCIPAL

PLANTA ARQUITECTONICA GENERAL

CALLE 2 DE ABRIL

COL. BARRERA

5.2.2 Unidad de Pretratamiento y Cárcamo de Bombeo

Con respecto a la Unidad de Pretaratamiento y Cárcamo de Bombeo se propone una banqueta perimetral de 1.00 metros de ancho alrededor de todo su perímetro. Con esta propuesta de acceso peatonal se permitirá al operador un fácil acceso a la unidad de proceso facilitando con ello suoperación adecuada.

La escalera marina deberá ser fabricada en fibra de vidrio reforzada así como barandales perimetrales de protección, la selección de materiales plásticos para barandales y escaleras obedecea las condiciones de alta humedad a las que se verán expuestos dado que la aplicación de materiales

metálicos como el acero al carbón, son muy susceptibles a la corrosión.Todos los barandales de protección, tanto en puente de operación como en la escalera marina, seránen fibra de vidrio reforzada en color amarillo con una altura mínima de 1.00 metro.

Se rotulará en el tanque su nombre de acuerdo a los estándares para este tipo de instalaciones.

En la Figura 5-3 5-3 5-3 se puede apreciar la propuesta de andadores y barandales para la Unidad dePretratamiento y Cárcamo de Bombeo.




fgh5-16

Figura 5-3 Vista de Unidad de Pretratamiento y Cárcamo de Bombeo

B A N

Q U E T A

B A N Q U E T A

5.2.3 Caseta de Operación y Control

En virtud de que la operación y control del Cárcamo de Regulación y Bombeo requieren deelementos complementarios para su funcionamiento se propone una Caseta para albergarlos.

Dicha caseta cuenta con área para instalar una planta generadora de electricidad de emergencia,cuarto eléctrico de control de motores, cuarto de hidroneumático para el agua de servicio y un baño para el servicio de los operadores.

La caseta de Operación y Control está diseñada y ubicada en función de las necesidades deoperación de la infraestructura principal. Está desplantada a 80cm por encima del nivel natural delterreno para minimizar el impacto nocivo en caso de inundación, su construcción será a base de

cubierta de concreto armado y muros de block de concreto enjarrados y pintados. Las puertas yventanas serán metálicas en acero y/o aluminio. Contara con servicios de electricidad, agua potabley drenaje.

En la Figura 5-4 5-4 5-4 se muestra una vista en planta de la Caseta de Operación y Control.




fgh5-17

Figura 5-4 Vista de la Caseta de Operación y Control

5.2.4 Áreas de Lavado de Arena y Filtro Biológico de Control de Olores

Estas áreas complementarias al Cárcamo Regulador y de Bombeo se ubicaron en puntos estratégicos para evitar la interferencia de operación entre ambos. Se dejo un acceso directo y funcional al Áreade Lavado de Arena dado que se tendrá la necesidad de retirar en vehículos de carga los desechosque se producen, esta actividad será continua por lo que se genera un patio de maniobras para sudesarrollo.

En el caso del Filtro Biológico de Control de Olores, esté se ubicó en un área aislada ya que suoperación es prácticamente nula, dado que es un equipo automatizado. Solo se cuido que tuviera

fácil acceso en caso de mantenimiento o reparación.




fgh5-18

5.3 PROYECTO ESTRUCTURAL

La presente memoria descriptiva comprende lo relativo al diseño estructural de las estructuras quecomprenden el Cárcamo de Bombeo General de ciudad Miguel Alemán, Tamaulipas. En estasección se definen los criterios y métodos empleados en el diseño estructural que conforman el

proyecto, así como los reglamentos y normas técnicas bajo las cuales se diseñaron dichasestructuras. Como parte del expediente técnico además de los planos, especificaciones y la presenteSección se adiciona en el informe electrónico el resultado de las corridas de los modelosestructurales realizadas para llevar a cabo el proyecto estructural el cual se incluye en el discocompacto en la sección correspondiente al proyecto estructural.

Además de acuerdo a los niveles y a la geometría indicada en los planos de ingeniería de proceso, serevisaron las condiciones críticas de carga para cada uno de los elementos que conforman el proyecto.

Los tanques se diseñaron usando métodos que recomienda la Asociación Portland del Cemento(PCA) las cuales se citan en el manual de diseño, construcción y operación de tanques de agua

potable de la CNA.Las edificaciones que se encuentra en el proyecto, se diseñaron conforme al reglamento deconstrucción local y sus normas técnicas complementarias para diseño estructural.

La cimentación de los tanques y del edificio, fue diseñada de acuerdo a la información contenida enel estudio de mecánica de suelos realizado para este proyecto. De este estudio se tomaron los parámetros para analizar los empujes del terreno sobre los tanques, ya que se encuentran enterrados.

5.3.1 Códigos Empleados

A continuación se mencionan los reglamentos, normas técnicas y manuales de diseño que seemplearon en el diseño de las diferentes estructuras que conforman el proyecto.

General Construcción: Manual de diseño, construcción y operación de tanques de agua potable de la CNA, 1998 yReglamento de construcciones del Estado de Tamaulipas.

Estructuras de Concreto:

ACI-350-R89, Estructuras sanitarias para el mejoramiento del medio ambiente.

ACI-318-S08, Reglamento de las construcciones de concreto reforzado.

Sismo:

Manual de Obras Civiles C.F.E. 1993.

Viento:Manual de Obras Civiles CFE 1997.

5.3.2 Cargas Utilizadas en el Diseño

Las cargas consideradas se tomaron de acuerdo a las Normas Técnicas Complementarias delreglamento del Distrito Federal, al reglamento del ACI-350-R89, y se tomó en cuenta larecomendación más crítica de ambos reglamentos.




fgh5-19

Cargas Muertas

Las cargas muertas corresponden a los pesos volumétricos de los materiales utilizados en laconstrucción, y se presentan a continuación algunos pesos volumétricos de los materiales másusados en este diseño.

Concreto reforzado 2400 kg/m³

Acero estructural 7840 kg/m³

Rellenos compactados 1700 - 2080 kg/m³

Agua Residual 1040 kg/m³

Cargas Vivas

Las cargas vivas para el diseño de los tanques se tomaron de acuerdo a lo marcado por el ACI-350-R89 y se citan a continuación algunas de ellas.

Las cargas vivas en pasarelas, escaleras, entrepisos de oficinas y laboratorios deben ser de unmínimo de 488 kg/m². En los cuartos para equipo pesado, donde las máquinas puedan llegar adesarmarse y almacenarse en el piso, se recomienda diseñar las losas de entrepiso para un mínimode carga viva de 1,465 kg/m².

En tanques que se construyan sobre el nivel del terreno se considera una carga viva en la losa tapa(cuando el tanque cuente con ella) de 120 kg/m².

En tanques enterrados, la carga viva en la losa tapa, si se cuenta con ella, no deberá ser menor a 488kg/m².

Para las estructuras de oficinas administrativas y techumbres ligeras se consideró lo marcado por elreglamento de construcción local.

Azotea con pendiente menor al 5% 100 kg/m².

Azotea con pendiente mayor al 6% 40 kg/m².

Acciones Accidentales

Sismo

Para el diseño sísmico se tomaron en cuenta los parámetros marcados por las recomendaciones delManual de Obras Civiles C.F.E. 1997, donde se señala como coeficiente de comportamiento sísmicoc=0.16. Para la caseta de control se utilizó un factor de ductibilidad q=2.0.

El factor de comportamiento sísmico Q para tanques de acuerdo a CFE 1997 y CNA 1998 se tomóigual a 1.25 para tanques de concreto reforzado.

Viento

Para el diseño por viento de las diferentes estructuras de la PTAR, se tomaron en cuenta los parámetros marcados por las recomendaciones del Manual de Obras Civiles de CFE.




fgh5-20

Presión Lateral del Terreno y Empuje Hidrostático

Para los empujes del terreno se consideró la teoría de presiones de suelo de Rankine con lossiguientes parámetros para obtener los empujes laterales:

Peso volumétrico del material 2080 kg/m³ (valor máximo)

1700 kg/m³ (valor mínimo)Para los empujes estáticos del nivel freático se tomó un peso volumétrico del agua igual a 1000kg/m³.

Para los empujes hidrostáticos del líquido contenido (aguas negras) se tomó un peso volumétrico delagua igual a 1040 kg/m³.

5.3.3 Consideraciones Estructurales y Métodos de Diseño

Las bases de diseño de los tanques de concreto reforzado que conforman el proyecto de la estaciónde bombeo, se han diseñado bajo los siguientes principios:

Para el diseño de los tanques, las acciones principales a las que se someten son las del empujehidrostático del agua, el empuje del terreno, así como los empujes del agua subterránea. Se estableceque “Los muros que soportan tanto las cargas interiores de agua como las cargas exteriores de tierradeben ser diseñados para soportar tanto el efecto total de la presión interior del agua como el efectototal de la presión exterior máxima de tierra, sin considerar que una carga podría minimizar el efectode la otra.”

Para diseñar de acuerdo con el método de esfuerzos de trabajo de la sección 2.6.7 ACI 350, lasvarillas corrugadas o el alambre deben tener una separación tal que la cantidad de Z no exceda de20,537 kg/cm, y las separaciones no deben ser de más de 30 cm centro a centro. Así mismo, deacuerdo a la figura 2.5 del ACI 350, se establece que: “El refuerzo mínimo por temperatura y por contracción debe ser de varillas del # 4; y la separación máxima debe ser de 30 cm centro a centro

en cada cara.” 5.3.4 Diseño Estructural

El diseño estructural de los elementos de concreto reforzado se basó en el método de Diseño por Resistencia, usando cargas factorizadas (U), resistencias especificadas del acero de refuerzo (fy) ydel concreto (f´c) y factores de reducción ().

Se contempla un requisito básico para el diseño dado por las recomendaciones del ACI-350-R89, elcual consiste en fijar un espesor mínimo de 0.30 metros para los muros con altura mayor a 3.00 m.

Los factores de carga descritos (U) en el ACI-350-R89, se describen a continuación:

Presión lateral de tierra (H): 1.70

Presión lateral del líquido (F): 1.70




fgh5-21

Además se contempla un factor por durabilidad sanitaria aplicable al acero de refuerzo:

Refuerzo en flexión: (Durabilidad) 1.30 U

Tensión directa: 1.65 U

Tensión diagonal: 1.30 UPara casetas se utilizaron los factores de seguridad del ACI 318-08.

Carga Muerta 1.2

Carga Viva 1.6

Factores de Reducción de la Resistencia

El ACI-350-R89 marca los mismos factores de reducción de la resistencia que los del ACI-318-08.A continuación se presentan los más comunes usados en el diseño de los tanques.

Flexión sin carga axial 0.90

Carga axial y carga axial con flexión,

tensión axial y tensión axial con flexión 0.90

Compresión axial y flexo compresión axial,

elementos con refuerzo en espiral 0.75

Otros elementos reforzados 0.70

Cortante y torsión 0.75

Combinaciones de Cargas Básicas

Las combinaciones de carga usadas en el diseño de los diferentes tanques, se basan en lasrecomendaciones del ACI-318-08 y ACI-350-R89, las cuales también se citan en el Manual dediseño de CNA y que a continuación se muestran:

La resistencia requerida (U) se analizó bajo las siguientes combinaciones de carga.

Carga muerta + Carga viva

U= 1.3 (1.4 D + 1.7 L)

Si se incluyen los empujes laterales del terreno y/o los empujes hidrostáticos del Agua (H) lacombinación será la siguiente:

U= 1.3 (1.4 D + 1.7 L + 1.7 H)




fgh5-22

Se evalúa también esta combinación con el efecto de la carga viva (L) igual a cero para lo cual lacarga muerta se reduce al 90% de su valor:

U= 1.3 (0.9 D + 1.7 H)

Para las combinaciones donde se tome en cuenta las acciones del viento (W) en la que se tenga queevaluar con la condición de carga viva se toma la siguiente combinación:

U=0.75*1.3 (1.4 D + 1.7 L + 1.7 W)

Para la condición de carga viva igual a cero se toma la siguiente combinación:

U= 1.3 (0.9 D + 1.3 W)

Para edificaciones se tomaron en cuenta las combinaciones de diseño conforme al reglamento ACI318-08, capítulo 9.

Para la condición de incluir los efectos del sismo (E) se aplican las mismas combinaciones para elviento pero remplazando W por 1.1 E

Resistencias Específicas para Materiales del Concreto Reforzado

Limite de fluencia para el acero de refuerzo (fy): 4200 kg/cm²

No se deberá basar los diseños en una resistencia a la fluencia del acero de refuerzo fy que excedade 5500 kg/cm², según ACI-318 (9.4)

Resistencia a compresión a los 28 días para el concreto en tanques: 250 kg/cm²

Resistencia a compresión a los 28 días para el concreto en casetas: 200 kg/cm²

El concreto que se utilice en los elementos estructurales de los tanques para los sistemas de agua potable, tendrá una resistencia a la compresión a los 28 días f’c no menor a 250 kg/cm², según CNA

IV-40 Manual de diseño de tanques de agua potable.

5.3.5 Edificaciones

Se presentan los parámetros y especificaciones empleados para el diseño estructural de la casetadonde se ubican equipos eléctricos y oficinas.

El sistema constructivo de la caseta consiste en muros de tabique confinados con castillos quesoportarán losas macizas de concreto o aligeradas según convenga a la edificación.




fgh5-23

Se proyectó un sistema de cimentación acorde al estudio de mecánica de suelos.

5.3.6 Especificaciones de Análisis

Para obtener los parámetros de diseño, se utilizaron las especificaciones indicadas en losreglamentos de construcción, de donde se utilizaron los siguientes casos:

Cargas vivas: Azotea: 100 kg/m²

Entrepiso: 490 kg/m²

Diseño Sísmico:

Coeficiente sísmico, C = 0.16

Factor de comportamiento sísmico, Q = 2.0

Para la determinación de los esfuerzos de diseño se estudiaron los elementos estructurales con unanálisis elástico.

Se soportó el cortante basal mediante muros de concreto y marcos sísmico resistente en ambasdirecciones.

5.3.7 Diseño de Elementos

Para el diseño de los elementos de concreto, se siguió el criterio especificado en el Reglamento deDiseño de Estructuras de Concreto Reforzado ACI 318-08, utilizándose concreto de resistencianominal f’c=200 kg/cm² en elementos estructurales y de f’c= 150 kg/cm² para castillos.

5.3.8 Características del Concreto

Se usará concreto premezclado o mezclado en el lugar, utilizando material que cumpla con las

características especificadas en las secciones del capítulo 3 del ACI 318-08.Edificaciones

La resistencia que tendrá el concreto será de 200 kg/cm². Se emplearán revenimientos entre 7 y 14cm, el que sea apropiado para cada elemento estructural. El tamaño máximo de agregado será de3/4".

Tanques

La resistencia del concreto deberá ser f’c=350 kg/cm2, elaborado con cementos resistentes a lossulfatos, deberá tener una relación agua/cemento máxima de 0.45 además de impermeabilizanteintegral para dar mayor protección al acero de refuerzo de ser posible, el concreto deberá contener fibra de polipropileno al 1.5%.

Se deberá revisar que todos los elementos queden cubiertos con la cantidad suficiente de concretoespecificada en las secciones del diseño estructural. Deberán de tomarse en cuenta los capítulos 4 y5 del ACI 318-08.

5.3.9 Características del Refuerzo

Se utilizará acero en forma de varillas corrugadas con calidad alta resistencia (AR), y deberá decumplir con los siguientes requisitos:




fgh5-24

La resistencia mínima de fluencia fy será de 4,200 kg/cm², pero no deberá de exceder de 5,600kg/cm².

Además de la resistencia señalada el acero deberá de cumplir con los requisitos marcados en elcapítulo 3 del ACI 318-08.

Para la colocación, dobleces, juntas y tolerancias se tomarán en cuenta los siguientes puntos:

Para la limpieza lo indicado en el capítulo 7 del ACI 318-08.

Para la fijación se deberá de colocar el acero con precisión, asegurando que no se desplazarádurante las maniobras de colado.

Los implementos que se usen para apoyar varillas, las tolerancias en la exactitud de laubicación y de las longitudes, se apegarán a lo marcado en el capítulo 7 del reglamento antesmencionado.

Los anclajes de refuerzo se encuentran indicados en los planos estructurales. Donde eldesarrollo deba lograrse doblando varillas, como sucede en los extremos de cualquier miembro estructural y en los columpios de las losas, los dobleces y las extensiones de lavarilla después del doblez respetarán las secciones del capítulo 7 del ACI 318-08.

Los traslapes que se requieran deberán de efectuarse como sigue:

En trabes y nervaduras el refuerzo inferior se traslapará en los tercios exteriores del claro delmiembro.

En trabes el refuerzo superior se traslapará en el tercio central del claro.

En ninguna sección podrá traslaparse más del 50% del refuerzo especificado para esasección en los planos estructurales.




fgh5-25

5.4 PROYECTO ELÉCTRICO

5.4.1 Memoria Descriptiva de las Instalaciones Eléctricas

Los criterios de diseño empleados para la elaboración del Proyecto de Rehabilitación de lasInstalaciones Eléctricas de la Estación de Bombeo General, perteneciente al municipio de MiguelAlemán Tamaulipas, han sido las normas y códigos que a continuación se indican de tal forma quese cumpla con ellos para la aprobación del organismo operador que solicita este proyecto y demásautoridades.

Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2005

Adicionalmente a lo anterior se toman como referencia algunas de las reglas o normas de:

Comisión Federal de Electricidad (CFE)

Con el objeto de garantizar la operación de las instalaciones eléctricas, es recomendable que seautilizada mano de obra especializada. Preferentemente se recomienda que todos los materiales,equipos e instalaciones de este proyecto (y las que por su propia naturaleza no se indican a detalle)deberán ser de alta calidad, normalizados y deberán cumplir con lo indicado en la normatividadantes mencionada y estar certificados por la Asociación Nacional de Normalización y Certificacióndel Sector Eléctrico (ANCE).

Al cance de los Trabajos

De acuerdo a las necesidades del proyecto es necesario rehabilitar las instalaciones eléctricas con elfin de facilitar la operación y aseguren mediante dispositivos de control, fuerza, seccionamiento y protección a las instalaciones eléctricas que estarán dentro de la EBG.

La EBG cuenta actualmente con servicio eléctrico, se continuara con el mismo contrato registrandoante la CFE las modificaciones y su actualización de carga y en el equipo de medición de la CFE.

Se instalará un transformador de distribución tipo pedestal de 300 kVA, tipo costa, operación radial,frente muerto Enfriamiento OA Trifásico, conexión delta estrella, En alta tensión 13,200 volts, en baja tensión 480/277 volts con 4 derivaciones del 2.5% c/u 2 arriba y 2 abajo del voltaje nominalDiseñado para operar a nivel del mar, con una sobre elevación de temperatura de 65 gradoscentígrados sobre una media de 30 grados centígrados y una máxima de 40 grados centígradossumergido en aceite impedancia estándar, boquillas tipo pozo frente muerto NORMA NMX-J-285Propiamente en el mismo sitio solo adicionando una transición de aéreo a subterránea para evitar que pueda molestar las maniobras dentro de la planta.

Planta de emergencia.- se deberá suministrar una planta de Emergencia de la marca PLANELECmodelo OD0225 o Similar Calidad, para operar a un voltaje de 480-277 volts, con una capacidad de200 kW en servicio continuo y 225 kW en emergencia, con todos sus accesorios tales como tablerode transferencia automático, cargador de batería, batería y tanque de combustible (Diesel) de 595litros. La conexión entre este tanque de Diesel y la planta deberá de ser con tubo de fierro negro ced40.con las siguientes características Motor Diesel 6 Cilindros, 4 Tiempos 345 H. P. AspiraciónTurboalimentada, Postenfriada, Gobernador Electrónico Generador Tipo Magna Plus (Marathon).




fgh5-26

Tabla Comparativa de la Planta de Emergencia

Marca ModeloServicio

EmergenciaServicio

ContinuoVentaja Desventaja

IGSA JD-200 200 kW. 180 kW.Menor capacidad de lacarga total de operación

IGSA JD-250 250 kW. 225 kW Mayor capacidad de lacarga total de operación

Planelec 5C0210 210 kW 194 kWMenor capacidad de lacarga total de operación

Planelec 0D0225 225 kWw 200 kWCapacidad adecuada a lacarga total de operación

Selmec 200 SC LTA10-G1 200 kW. 180 kWMenor capacidad de lacarga total de operación

Selemec 200 SC LTA10-G1 250 kW 225 kWMayor capacidad de lacarga total de operación

5.4.2 Instalaciones Eléctricas de Proyecto

Selección y Arreglo de la Subestación E léctr ica

Durante la relocalización de la posición de la subestación deberán checarse los equipos de protección tales como cuchillas seccionadoras fusibles y apartarrayos autovalvulares para el debidocumplimiento de la NOM-001-SEDE-2005 y NORMA CFE, en caso de que se aprecie algún tipo dedaño estos deberán ser sustituidos.

Se recomienda que los herrajes galvanizados que componen esta subestación sean revisados y encaso de presentar signos de oxidación sean cambiados por nuevos.

Calculo y selección de transformador.- Tomando en cuenta las cargas instaladas y en operación setiene la siguiente carga:




fgh5-27

Tabla 5-5 Características del Transformador

Transformador Tipo Seco

El transformador deberá de ser tipo seco ventilado baja tensión de 600 Volts máximo de 15 kVA480 -220 volts clase 7410 de la marca SQUARE D o similar. En gabinete NEMA 2 adecuado parainstalaciones interiores secos y ventilados sin embargo estos funcionas correctamente mientrasestán enraizados en lugares con mucha humedad.

Por lo anterior no se puede aprovechar el transformador actual de 150 Kva; mismo que seráreutilizado en otro sistema por la COMAPA Cd. Miguel Alemán.

Equipo de Medición de Energía

El equipo de medición a utilizar será el mismo que se tiene actualmente, ubicándolo donde indicanlos planos o la CFE lo indique de acuerdo con sus normas aprobadas en la zona.




fgh5-28

Selección de Tensión de Operación

Con el objeto de poder operar de manera más simple y sencilla los distintos equipos de proceso einstalaciones generales se han separado algunas de las cargas de acuerdo a sus distintas potencias ytipo de servicio de acuerdo a la siguiente tabla.

Tabla 5-6 Valores de Tensión de Operación

Tipo de Servicio Voltaje

Transformador Principal

Tensión primaria

Tensión secundaria

13.2 kV

480/277V

Transformador de Servicios

Tensión primaria

Tensión secundaria

480 V

220/127 V

Centros de control de motores 480 volts

Motores eléctricos

Motores de 0.1 hasta 5 HpMotores de 0.1 hasta 15 Hp

Motores de 15 hasta 50 Hp

Motores de 50 hasta 250 Hp

Motores eléctricos

127 / 220 V220/ 480 V

480 V

480 V

Tableros de servicios generales 220-127 V

Servicios generales

Alumbrado en vialidades/exteriores

Alumbrado en interiores

Contactos de Oficinas

Contactos de uso rudo

Motores eléctricos

220 V

127 V

127 V (1 fase + 1 neutro + 1 tierra)

220 V

Selección del Ti po de Ar rancadores de Motores

Con el objeto de poder operar de manera más simple y sencilla los distintos equipos de proceso einstalaciones generales se indican los distintos tipos de arrancadores propuestos para la operación delos mismos.

Tabla 5-7 Tipo de Arrancadores

Potencia de Equipo Tensión Tipo de Arrancador

Motores de 0.1 hasta 5 Hp 220/ 480 V Tensión plena

Motores de 0.1 hasta 15 Hp 220/ 480 V Tensión plena

Motores de 15 hasta 50 Hp 480 V- Tensión reducida t/autotransformador

- Estado sólido- Variador de frecuencia

Motores de 50 hasta 250 Hp 480 V- Estado sólido

- De acuerdo a fabricante

Motores mayores a 250 Hp 480/4.16 kV- Variador de frecuencia- De acuerdo a fabricante




fgh5-29

Selección de Interruptor es y Protecciones

Con el objeto de poder operar de manera más segura se simple y sencilla los distintos equipos de proceso se han seleccionado interruptores de protección con el objeto de proteger contra corto

circuito y contra sobre corriente, la selección de estos dispositivos, se realiza tomando en cuenta lacorriente de operación nominal y seleccionando el valor comercial más próximo hacia arriba, en loscasos en los que el interruptor es posible ajustar de acuerdo a las necesidades, se indica su valor deajuste.

En los caso en los cuales debido a las necesidades de la instalación se deben instalar interruptoresderivados “dobles”, se realiza el cálculo para el interruptor más próximo al equipo obteniendo un

valor, y adicionalmente se indica la instalación de un (segundo) interruptor de una capacidad almenos 10% mayor a la necesaria, con el objeto de dar seguridad al sistema y proteger losconductores en caso de corto circuito.




fgh5-30




fgh5-31




fgh5-32

Estudio corto circuito enviado por CFE Miguel Alemán a COMAPA.




fgh5-33

Cálcul o y Selección de Al imentadores

De acuerdo a la corriente de operación nominal de cada equipo o tablero eléctrico, se realiza uncálculo en el cual se toman en cuenta los siguientes factores.

- Cálculo por capacidad de corriente (incluyendo 25% extra)

- Selección de conductor (incluyendo factor de agrupamiento)

- Cálculo por caída de tensión (< 3%)

- Cálculo por corto circuito

Con el objeto de asegurar las instalaciones a pesar de que la norma de instalaciones eléctricasvigente NOM -001-SEDE-2005 indica que se calcule y seleccionen conductores que no rebasen el3% de caída de tensión, se toma la decisión de instalar conductores por debajo de estos porcentajes,garantizando su correcta operación.

Procedimiento Para el Cálculo y Selección de Alimentadores

Este procedimiento es para determinar por medio de cálculos y datos técnicos, que combinación deequipos y materiales se requiere para proveer el óptimo funcionamiento eléctrico en base a la NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-001-SEDE-2005.

La instalación eléctrica para motores se debe de hacer siempre de acuerdo con las disposiciones delas normas técnicas para instalaciones eléctricas que se refieren no sólo a la instalación misma de losmotores, sino, también a los requisitos que deben llenar los elementos que la conforman.

Para el cálculo de los distintos elementos de la instalación eléctrica de un transformador o un motor se parte de un dato básico que es:

La corriente a plena carga.

Es la corriente que toma o consume un transformador cuando desarrolla su potencia nominal y seindica por lo general en su placa de características.




fgh5-34

Procedimiento de cálculo.

Kva = 300 Kva e= 480 volts

0,9

kW = 270 kW

I = 270 = 360,84 Amps

0,748246

= 225 Amps.

Factor de corrección por temperatura = 0,87 %

= 225 x 0,87 = 195,75 Amps.

= 195,75 x 2 = 391,5 Amps.

i = 360,84 Amps

(L) Long. = 35 m

(e%) Caída de tensión

máxima

= 3%

Resistividad cable = 0,266numero de cables = 2

=

e = 2,9094 volts

Por lo tanto, la caída de tensión es:

e % = 0,6061 %

ohms/ km

Calculando el alimentador por protección, tenemos que:

Alimentador general de Transfornador de 300 Kva a interruptor principal de Centro de Control de

Motores

Calculando el alimentador usando el criterio por corriente, tenemos que:

Por lo tanto 2 Cables de cobre de 3/0, Tipo THHW-LS, 600 V, a 90 °C, son los conductores apropiados

para el alimentador al Centro de control de motores, por cumplir por caída de tensión.

Como 0.606 < 3.0 %, implica que 2 conductores de 3/0 cumple para nuestro alimentador con lo estipulado

que exige la norma.

Capacidad del conducción del cable de cobre 3/0 Tipo THHW-LS, 600 V a 90 °C

Como 360.84 < 400 A, implica que se necesitan 2 conductores del calibre 3/0,son los conductores

apropiados para el alimentador usando el criterio por corriente, puesto que la capacidad de conducción del

Cable de Cobre 3/0, Tipo THHW-LS, 600 V a 90 °C ,(195.75* 2=391.5 A)

Calculando el alimentador usando el criterio por caída de tensión, tenemos que:

Capacidad corregida del cable de cobre 3/0, Tipo THHW-LS, 600 V a 90 °C

Debido a que se esta utilizando una protección de 400 A es necesario seleccionar 2 conductores de

calibre 3/0, puesto que la capacidad de conducción del Cable de Cobre de 3/0 es de 195,75 A * 2

conductores nos da 391,5 A por lo que este es el conductor apropiado por proteger el sistema, la

protección y el mismo conductord, devera ajustarse en campo para proteccion del alimentador.

Amps p f e

kW I

3..

3.1000. cables Noad resistivid cablelong ie

%100% E

ee

p f kVAkW .

Potencia Factor p f ,.




fgh5-35


H .P. = 45 f. p.= 0,90 ef. Motor =0,95

kW = 35,34


I = 35,34 = 49,78 Amps ; conforme a la NOM:

0,7099

Corriente de acuerdo

a tabla 430-150 = 65 A

Sobre corriente 125%

= 81,25 A

= 95 Amps.


= 95 x 0,87 = 82,65 Amps.

= 82,65 x 1 = 82,65 Amps.

i = 81 Amps

(L) Long. = 25 m


máxima

= 3%

Resistividad cable = 1,07

numero de cables = 1

e = , vo s


e % = 0,78 %

Alimentador Bomba Aguas Residuales (BAR-1)

Capacidad del conducción del cable de

cobre 4 Tipo THHW-LS, 600 V a 90 °C

Capacidad corregida del cable de cobre 4, Tipo THHW-LS, 600 V a 90 °C

e = 480 volts


Como 0,78< 3.0 %, implica que conductores de 4 cumple para nuestro alimentador con lo

estipulado que exige la norma.

Por lo tanto 1 Cables de cobre de 4, Tipo THHW-LS, 600 V, a 90 °C, son los conductores

apropiados para el alimentador al grupo motor bomba, por cumplir por caída de tensión.

ohms/ km


Debido a que se esta utilizando una protección de 100 A es necesario seleccionar 1

conductor de calibre 4, puesto que la capacidad de conducción del Cable de Cobre de 4 es

de 82,65 A por lo que este es el conductor apropiado por proteger el sistema, la protección y

el mismo conductor.

Como 81,25 < 82,65 A, implica que se necesitan 1 conductor del calibre 4, es el apropiados para el

alimentador usando el criterio por corriente, puesto que la capacidad de conducción del Cable de Cobre 4,

Tipo THHW-LS, 600 V a 90 °C


%100%

E

ee

Ampef p f e

kW

I

3..




fgh5-36


H .P. = 45 f. p.= 0,90 ef. Motor =0,95

kW = 35,34



0,7099


a tabla 430-150 = 65 A


= 81,25 A

= 95 Amps.


= 95 x 0,87 = 82,65 Amps.

= 82,65 X 1 = 82,65 Amps.

i = 81 Amps

(L) Long. = 27 m


máxima

= 3%

Resistividad cable = 1,07numero de cables = 1

e = 4,066 volts


e % = 0,85 %

Alimentador bomba aguas residuales (BAR-2)



e = 480 volts


Como 81,25 < 82,65 A, implica que se necesitan 1 conductor del calibre 4, es el apropiados

para el alimentador usando el criterio por corriente, puesto que la capacidad de conducción

del Cable de Cobre 4, Tipo THHW-LS, 600 V a 90 °C


Como 0,85< 3.0 %, implica que conductores de 4 cumple para nuestro alimentador con lo


ohms/ km

Por lo tanto 1 Cables de cobre de 4, Tipo THHW-LS, 600 V, a 90 °C, es el conductor apropiado para el alimentador al grupo motor bomba, por cumplir por caída de tensión.


Debido a que se esta utilizando una protección de100 A es necesario seleccionar 1


de 82,65 A por lo que este es el conductor apropiado por proteger el sistema, la protección y

el mismo conductor.


%100% E

ee

Ampef p f e

kW I

3..




fgh5-37


H .P. = 150 f. p.= 0,90 ef. Motor =0,95

kW = 117,79



0,7099


a tabla 430-150 = 180 A


= 225 A

= 130 Amps.


= 130 x 0,87 = 113,1 Amps.

= 113,1 x 2 = 226,2 Amps.

i = 225,00 Amps

(L) Long. = 30 m


máxima

= 3%



e = 3,9166 volts


e % = 0,82 %

e = 480 volts

ohms/ km

Como 0.82< 3.0 %, implica que conductores de 2 cumple para nuestro alimentador con lo


Por lo tanto 2 Cables de cobre de 2, Tipo THHW-LS, 600 V, a 90 °C, son los conductoresapropiados para el alimentador al grupo motor bomba, por cumplir por caída de tensión.




de 113,1*2=226,2 A por lo que este es el conductor apropiado por proteger el sistema, la

protección y el mismo conductor.

Alimentador Bomba Aguas Residuales (BAP)




Como 225 < 226,2 A, implica que se necesitan 2 conductores del calibre 2, son los

conductores apropiados para el alimentador usando el criterio por corriente, puesto que la

capacidad de conducción del Cable de Cobre 2, Tipo THHW-LS, 600 V a 90 °C



%100% E

ee

Amp

ef p f e

kW I

3..




fgh5-38


H .P. = 7,5 f. p.= 0,90 ef. Motor =0,95

kW = 5,89



0,7099


a tabla 430-150 = 11 A


= 13,75 A

= 40 Amps.


= 40 x 0,87 = 34,8 Amps.

= 34,8 x 1 = 34,8 Amps.

i = 13,75 Amps

(L) Long. = 35 m


máxima

= 3%



e = 3,5509 volts


e % = 0,7 %

e = 480 volts


Como 13,75< 34,8 A, implica que se necesita 1 conductor del calibre 10, es el conductor

apropiado para el alimentador usando el criterio por corriente, puesto que la capacidad de

conducción del Cable de Cobre 10, Tipo THHW-LS, 600 V a 90 °C


Como 0.70< 3.0 %, implica que el conductores de 10 cumple para nuestro alimentador con

lo estipulado que exige la norma.

ohms/ km

Alimentador bomba Extraccion de Arenas (BAE)


cobre 10Tipo THHW-LS, 600 V a 90

°C

Por lo tanto 1 Cable de cobre de 10, Tipo THHW-LS, 600 V, a 90 °C, es el conductor

apropiados para el alimentador motor del estractor de arenas, por cumplir por caída de

tensión.


Debido a que se esta utilizando una protección de 15 A es necesario seleccionar 1 conductor

de calibre 10, puesto que la capacidad de conducción del Cable de Cobre de 10 es de 34,8

A por lo que este es el conductor apropiado por proteger el sistema, la protección y el mismo


%100% E

ee

Amp

ef p f e

kW I

3..




fgh5-39


H .P. = 7,5 f. p.= 0,90 ef. Motor =0,95

kW = 5,89



0,7099


a tabla 430-150 = 11 A


= 13,75 A

= 40 Amps.


= 40 x 0,87 = 34,8 Amps.

= 34,8 x 1 = 34,8 Amps.

i = 13,75 Amps

(L) Long. = 37 m


máxima

= 3%



e = 3,7556 volts


e % = 0,8 %

e = 480 volts

ohms/ km

Alimentador Bomba Extraccion de Arenas (BAE-R)



°C


Como 13,75< 34,8 A, implica que se necesitan 1 conductor del calibre 10, es el apropiado






Por lo tanto 1 Cable de cobre de 10, Tipo THHW-LS, 600 V, a 90 °C, es el conductor

apropiados para el alimentador motor del estractor de arenas, por cumplir por caída de

tensión.


Debido a que se esta utilizando una protección de15 A es necesario seleccionar 1 conductor



conductor.


%100% E

ee

Ampef p f e

kW I

3..




fgh5-40


f. p.= 0,90 ef. Motor =0,95

kW = 4


I = 4 = 5,63 Amps ; conforme a la NOM:

0,7099


a tabla 430-150 = 11 A


= 13,75 A

= 40 Amps.


= 40 x 0,87 = 34,8 Amps.

= 34,8 x 1 = 34,8 Amps.

i = 13,75 Amps

(L) Long. = 35 m

(e%) Caída de tensiónmáxima

= 3%



e = 3,5526 volts


e % = 0,7 %

e = 480 volts

ohms/ km



°C

Alimentador Motor Criba Mecanica (CMF)


Como 13,75< 34,8 A, implica que se necesita 1 conductor del calibre 10, es el apropiado




Como 0,7< 3.0 %, implica que conductores de 10 cumple para nuestro alimentador con loestipulado que exige la norma.

Por lo tanto 1 Cables de cobre de 10, Tipo THHW-LS, 600 V, a 90 °C, es el conductor

apropiado para el alimentador del motor de la criba mecanica, por cumplir por caída de

tensión.



de calibre 10, puesto que la capacidad de conducción del Cable de Cobre de 10 es de 34.8



%100% E

ee

Amp

ef p f e

kW I

3..




fgh5-41


f. p.= 0,90 ef. Motor =0,95

kW = 1,12



0,7099


a tabla 430-150 = 3 A


= 3,75 A

= 40 Amps.


= 40 x 0,87 = 34,8 Amps.

= 34,8 x 1 = 34,8 Amps.

i = 3,75 Amps

(L) Long. = 35 m


máxima

= 3%



e = 0,969 volts


e % = 0,20 %

Por lo tanto 1 Cables de cobre de 10, Tipo THHW-LS, 600 V, a 90 °C, es el conductor apropiado para el alimentador motor del clasificador de arenas de motores, por cumplir por

caída de tensión.





conductor.

Alimentador Motor de Clasificador de Arenas (CLA)



°C

e = 480 volts


Como 3,75< 35,2 A, implica que se necesita 1 conductor del calibre 10, es el apropiado para

el alimentador usando el criterio por corriente, puesto que la capacidad de conducción del

Cable de Cobre 10, Tipo THHW-LS, 600 V a 90 °C




ohms/ km


%100% E

ee

Ampsef p f e

kW I

3..




fgh5-42


f. p.= 0,90 ef. Motor =0,95

kW = 4,5



0,7099


a tabla 430-150 = 11 A


= 13,75 A

= 40 Amps.


= 40 x 0,87 = 34,8 Amps.

= 34,8 x 1 = 34,8 Amps.

i = 13,75 Amps

(L) Long. = 35 m


máxima

= 3%



e = 3,55 volts


e % = 0,74 %

e = 480 volts

Alimentador Motores Control de Olores (SCO)



°C


Como 3,75< 34,8 A, implica que se necesita 1 conductor del calibre 10, es el apropiado para

el alimentador usando el criterio por corriente, puesto que la capacidad de conducción del

Cable de Cobre 10, Tipo THHW-LS, 600 V a 90 °C


ohms/ km




apropiados para el alimentador al Centro de control de motores, por cumplir por caída de

tensión.





conductor.


%100%

E

ee

Ampef p f e

kW I

3..




fgh5-43

H .P. = 5 f. p.= 0,90 ef. Motor =0,95

kW = 3,75



0,7099


a tabla 430-150 = 7,6 A


= 9,5 A

= 40 Amps.


= 40 x 0,87 = 34,8 Amps.

= 34,8 x 1 = 34,8 Amps.

i = 9,50 Amps

(L) Long. = 10 m


máxima

= 3%



e = 0,70 volts


e % = 0,15 %

e = 480 volts

Como 13,75< 35,2 A, implica que se necesita 1 conductor del calibre 10, es el apropiado



Alimentador Hidroneumatico (ASP)


cobre 10 Tipo THHW-LS, 600 V a 90

°C






conductor.

ohms/ km





apropiados para el alimentador al sistwma hidroneumatico, por cumplir por caída de tensión.


%100% E

ee

Amp

ef p f e

kW I

3..




fgh5-44


Kva = 15 Kva

F .P.(Factor de

potencia) = 0,9

Kw = Kva * F. P.kW = 13,5 kW


I = 13,5 = 18,04 Amps

0,748246

= 55 Amps.


= 55 x 0,87 = 47,85 Amps.

= 47,85 x 1 = 47,85 Amps.

i = 18,04 Amps

(L) Long. = 15 m


máxima

= 3%



e = 0,1 volts


e % = 0,03 %

ohms/ km


Por lo tanto 1 Cable de cobre de 8 Tipo THHW-LS, 600 V, a 90 °C, son los conductores

apropiados para el alimentador al transformador de servicios propios por cumplir por caída

de tensión.Calculando el alimentador por protección, tenemos que:


conductores de calibre 8, puesto que la capacidad de conducción del Cable de Cobre de 8

es de 47,85 A * 1 conductor nos da 47,85 A por lo que este es el conductor apropiado por

proteger el sistema, la protección y el mismo conductor.

Como 0.03 < 3.0 %, implica que 1 conductore de 8 cumple para nuestro alimentador con lo


e = 480 volts


Como 18,04 < 47,85 A, implica que se necesitan 2 conductores del calibre 8, son los

Alimentador general interruptor de Centro de control de Motores a Transfornador de

15 Kva tipo Seco




Amps p f E

kW I

3..

%100% E

ee




fgh5-45

Fuente: Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2005




fgh5-46





fgh5-47

Resistividad del Cable de Cobre Utilizada




fgh5-48





fgh5-49





fgh5-50

Referencia: Manual del Electricista Viakon




fgh 5-51

Tabla 5-8 Cálculos de Dispositivos y Conductores

Tablero: CCM-1 480 Volts

localización:

Capacidad

Amps

1 Conductor

Capacidad

Amps

Fa=0.87

Capacidad

Amps

(Total

conductores)

Bomba de aguas Residuales BAR-1 M-1 45,0 35,34 35,34 47,23 65,00 81,25 3 X 100 95 82,65 82,65 25 1 4 0,78%

Bomba de aguas Residuales BAR-2 M-2 45,0 35,34 35,34 47,23 65,00 81,25 3 X 100 95 82,65 82,65 27 1 4 0,85%

Bomba de Flujo maximo extraordinario BAP M-3 150,0 117,79 117,79 157,42 180,00 225,00 3 X 250 130 113,1 226,2 30 2 2 0,64%

Bomba extraccion de arenas BAE M-4 7,5 5,89 5,89 7,87 11,00 13,75 3 X 15 40 35,2 35,2 35 1 10 0,7%

Bomba extraccion de arenas (Reserva) BAE-R M-5 7,5 5,89 7,87 11,00 13,75 3 X 15 40 35,2 35,2 37 1 10 0,8%

Criba Mecanica CMF M-6 4,00 4,00 5,35 11,00 13,75 3 X 15 40 35,2 35,2 35 1 10 0,7%

Clasificador de Arenas CLA M-7 1,10 1,10 1,47 3,00 3,75 3 X 15 40 35,2 35,2 20 1 10 0,2%

Control de olores SCO M-8 4,50 4,50 6,01 7,60 9,50 3 X 15 40 35,2 35,2 35 1 10 0,74%

Hidroneumatico ASP M-9 3,70 3,70 4,94 7,60 9,50 3 X 15 40 35,2 35,2 20 1 10 0,15%

Servicios Propios TSP 13,50 13,50 18,04 22,55 3 X 20 55 48,4 48,4 10 1 8 0,03%

De Acuerdo a Carga Total de Tablero CCM-1 270,00 360,84 360,84 3 X 400 225 195,75 391,5 35 2 3/0 0,60%

Motor - EquipoNo.-

Motor hPTAG KW

En

Operación

Kw

Corriente a

plena

carga

Sobre-

corriente

125%

Interruptor

a instalar

Longitud

m

AmpsNOM-

430-150

(Todas las cargas estan

conectadas a la energia

emergencia)

Cables

x Fase

Calibre de

Conductor

% Caida

de

tensión




fgh5-52

Tableros en Baja Tensión

Centro de control de motores: Con el objeto de concentrar los dispositivos de arranque de losequipos de proyecto y los distintos servicios se ha indicado la instalación de un Control de Controlde Motores (CCM) marca ALLEN BRADLEY en los cuales están instalados interruptores ycombinaciones de arrancadores (estado sólido) de acuerdo con la necesidad de cada equipo, este tipode tablero es un equipo fabricado de línea comercial en lamina rolada en frío con barras de cobreestañado o de material de fácil conducción de corriente eléctrica, este tablero opera a una tensión de480 volts, 600 Amps. Capacidad interruptiva media 35 kA. el cual cuenta con un equipo demedición del tipo digital, el tipo de interruptores tanto el principal como los derivados pueden ser del tipo termomagnético o de operación automática con una perilla de ajuste de disparo de acuerdo ala corriente de diseño, todas las interconexiones de conductores a barras o a interruptores seránmediante conectores de calidad reconocida a nivel nacional y de acuerdo al calibre del conductor,todos los interruptores derivados, como las combinaciones, deben contar con una placa de leyenda para su fácil identificación, en la parte inferior de este gabinete se instalarán grupos de conectores(clemas) para la conexión de botoneras y/ o dispositivos de control remoto;.

Tablero de servicios generales: Para facilitar la operación de los distintos circuitos de los serviciosgenerales en la caseta o edifico de servicio se ha indicado la instalación de un tablero dedistribución, este opera a una tensión de 220/127 volts, los cuales protegerán las instalaciones deforma global. La totalidad de los circuitos de fuerza o distribución, ya sean principales o derivadosserán protegidos mediante la instalación de interruptores del tipo termo magnético, con unacapacidad de corto circuito de 10 KA o mayor.

Tabla 5-9 Desglose de Cargas en Tablero de Distribución

Equipo Tensión Potencia

Alumbrado 127 v 638 wattsContactos 220-127 v 9,300 watts

Instrumentación 220-127 v 2,500 watts

Carga a Futuro 220-127 v 862 watts

Total 13.5 kW

Planta de Emergencia

Con el objeto de asegurar la operación de los equipos de bombeo e instalaciones aun cuando

ocasionalmente se presenta una falla en el suministro de energía eléctrica “Normal” por parte de laCFE, se proyecta con un equipo de respaldo el cual podrá generar energía eléctrica mediante laoperación de un motor de combustión interna y un generador, la capacidad de generación de energíaes para todos los equipos instalados en la EBG

Tomando en cuenta la totalidad de las cargas se ha indicado la instalación de una planta deemergencia de las siguientes características de la marca PLANELEC o similar.




fgh5-53

Relación de Cargas de Proyecto

Con el objeto de conocer de forma sencilla cuales son las cargas de estas instalaciones se listan acontinuación.




fgh5-54

RESUMEN GENERAL DE CARGAS ESTACION DE BOMBEO GENERAL MUGUEL ALEMAN

Tablero: CCM-1Tensión de Operación: 480 VOLTS

Equipos que Opera:

Motor - Equipo

Numero de

Motor Tablero

Tension de

OperaciónTAG hP kW

En

Operación

Kw

En

reserva

Bomba de aguas Residuales M-1 CCM-1 480 BAR-1 45,00 35,34 35,34

Bomba de aguas Residuales M-2 CCM-1 480 BAR-2 45,00 35,34 35,34

Bomba de Flujo maximo extraordinario M-3 CCM-1 480 BAP 150,00 117,79 117,79

Bomba extraccion de arenas M-4 CCM-1 480 BAE 7,50 5,89 5,89

Bomba extraccion de arenas (Reserva) M-5 CCM-1 480 BAE-R 7,50 5,89 5,89

Criba Mecanica M-6 CCM-1 480 CMF 4,00 4,00

Clasificador de Arenas M-7 CCM-1 480 CLA 1,10 1,10

Control de olores M-8 CCM-1 480 SCO 4,50 4,50

Hidroneumatico M-9 CCM-1 480 ASP 3,70 3,70

Servicios Propios CCM-1 480 TSP 13,50 13,50

440 CARGA TOTAL 227,04 221,15 5,89

La totalidad de las cargas estan conectadas a la

planta de emergencia

Corrección de Factor de Potencia

Con el objeto de evitar las penalizaciones por bajo factor de potencia deberá suministrarse einstalarse un banco de capacitores de 70 kVAR conectado permanentemente y así compensar el 83% de factor de potencia actual y llevarlos a un punto cercano a la unidad.




fgh5-55

Este documento pretende únicamente mostrar el método de cálculo del banco de capacitores para lacorrección del factor de potencia.




fgh5-56

Sistemas de Control

Para la operación de arranque – paro de los equipos de bombeo, se indica la instalación de undetector ultrasónico de nivel MultiRanger Plus, de acuerdo a su altura de instalación, ordenarán elarranque o paro secuencialmente o alterno con registros de operación mediante temporizadoresexternos , con transductor sumergible en caso de inundaciones y control de nivel de cada equipo de bombeo, el MultiRanger Plus tiene dos modos de operación Run (servicio normal) y Cal(programación), el cual se programará para que la operación de los equipos del Cárcamo deBombeo de aguas residuales opere de la siguiente manera: los equipos BAE-1 y BAE-2 (36 h.p.)operen alternándose en su arranque y el equipo BAP (150 h.p.) opere cuando el nivel del cárcamoalcance el nivel +50.60 que deberá ocurrir cuando el caudal sea mayor a 154 L/s




fgh5-57

Con las siguientes especificaciones

Alimentación 100/115/200/230 Vca.+-15% 50/60 HZ.

Opcion 12/24 Vcd 15 W

Ambiente exterior

Altitud Max. 2000 msnm

Temperatura Máxima Ambiente 50 grados centígrados

Categoría de instalación II

Nivel de contaminación 4

Rango 0.3 a 15.0 m (1 A 50 pies)

Precisión 0.25 % del rango o 6 mm (0.24”) lo que sea mayor

Resolución 0.1 % del rango o 2 mm (0.08”) lo que sea mayor

Memoria EEPROM (no volátil) no necesita batería

Salidas del transdusctor 41 KH, pulsos de 400 V p/pl ms, 1mseg. Con retorno de12 volts

Relés 5 relés multifuncional (alarma control de bombas) 1contacto tipo “C” por relé, 5 a 250 Vca no inductivo

histéresis ajustable

Cableado cable coaxial RG/62A/U máxima distancia a laelectrónica 365 m (1200pies) deberá de instalarse entubería metálica con toma de tierra

Se indica la instalación de un gabinete Nema (4X/4XIP65) de policarbonato el cual tendráconcentrados todos los dispositivos de control y de los equipos de bombeo de aguas residuales, estegabinete será apto para operar en ambientes exteriores y tipo costa,

5.4.3 Instalaciones Generales

Iluminación

Iluminación en Interiores

Debido a que las áreas son de servicio tipo oficina se han indicado luminarias con lámparafluorescente 2x28 watts en gabinetes tipo industrial sellado y cerrado con gabinete de policarbonatode la marca HOLOPHANE. Las luminarias a instalar serán de alta calidad y contarán con balastrosdel tipo electrónico de alto factor de potencia y bajo consumo de energía eléctrica. La altura máximade montaje es de 2.70 m.




fgh5-58




fgh5-59




fgh5-60

Iluminación en Exteriores

Para el alumbrado de las áreas exteriores de la caseta de operación se considera la instalación deluminarias Solar combinada (flourecente de Inducción-Súper-LED”s) marca SAECSA modelos LSI-80-240 C/P, con un generador fotovoltaico de 240 watts con optimizador de carga de 12 a 18 vcd enestructura metálica para montaje a una altura de 9.00 mts. Centro de carga y descarga electrosolar

200 A-H, con cargador inteligente CA-CD 1.5 A-H a 12 vcd en gabinete aislado térmico para postecon fotocelda a cada luminaria y lámpara de SAE-40-6-3 en carcaza metálica hermética tiporeflector acabado espejo, con sistema de iluminación flourecente de inducción, consumo 40 watts, ySúper-LEDs 45 watts, total 85 watts a 12 vcd automatizado con tarjeta electrónica inteligenteSAECSA modelo EDOCA (encendido- descarga optima-cambio apagado) 19,500 lumens diámetrode iluminación 30 mts.




fgh5-61

Sistemas de Tierras

Con el objeto de proteger las instalaciones eléctricas contra descargas atmosféricas, o bien cortoscircuitos debidos a fallas en los equipos, se deberá instalar un sistema de tierras utilizando unconductor desnudo de cobre calibre 4/0 AWG enterrado a 0.90 m. de profundidad mínimo. Lainstalación del conductor será por todo el perímetro de la caseta de control de olores, en el cual se

soldarán varillas Copper Weld de 5/8” x 10’, y a cada varilla se adicionará gel mejorador del suelo.Esta red estará conectada a la red de tierras existente y a los gabinetes y equipos eléctricos yaterrizará los circuitos de fuerza y alumbrado de todas las instalaciones.

Para el sistema de tierras, todas las uniones entre varilla Copper Weld y conductor de cobre se haráncon soldadura Cadweld No. 90 y 115. Los sistemas de tierras deberán dar una resistencia menor a 5Ohm en temporada de lluvias y 10 Ohm en tiempo de estiaje de acuerdo con la Norma 921-25b dela NOM-001-SEDE-2005 la cual indica que el valor de la resistencia eléctrica total en subestacionesmayores a 250 Kva y hasta 34.Kv. debe ser menor a 10 ohms y la NORMA CFE.

Las conexiones del sistema de tierras a los equipos con vibraciones o movimiento (como sonmotores o bombas), deberán efectuarse mediante conectores mecánicos para este uso.

A continuación se muestra la Norma 921-25 de la NOM-001-SEDE-2005




fgh5-62




fgh5-63

Cables y Equipo en General

Calidad de Conductores Eléctricos y Equipo en General

Las alimentaciones eléctricas deberán realizarse con el calibre, número de conductores ycanalización de acuerdo al plano a que pertenezcan. Serán tipo THHW-LS tensión máxima 600 volts

y 90° mínimo. Los conductores serán de marca Condumex o Conductores Monterrey.Los tableros eléctricos, centro de control de motores, arrancadores, interruptores y botoneras debenser marcas reconocidas mismas que cumplan con la NOM.

Se recomienda que se mantenga un estándar en lo correspondiente a las marcas de los equiposeléctricos instalados en la planta, con el fin de que sea fácil el reemplazo o intercambio de partes derepuesto.

Canal izaciones en Baja Tensión

Tubería conduit subterránea.- Será de PVC servicio pesado, con diámetros indicados en el plano,encofrada con concreto con aditivo color rojo para testigo, con resistencia F’c = 100 Kg/cm

2 a una

profundidad mínima de 50 cm, de acuerdo a detalles en el plano correspondiente.

Tabla 5-10 Profundidad de Canalizaciones Eléctricas

Utilización Profundidad

Conductores en Media tensión 0.90 m

Conductores en baja tensión 0.70 m

Conductores Alumbrado Exterior 0.50 m

Tubería conduit expuesta a la intemperie (Exterior).- Será tubería tipo conduit del tipo DomexBond Rojo (resistente a la corrosión) pared gruesa roscado, de diámetros indicados en planos. Así pues, las cajas condulet, conectores y accesorios necesarios deberán ser acordes a este tipo detubería. Su instalación deberá realizarse con herramientas adecuadas, de acuerdo al fabricante y deacuerdo al uso y servicio que van a dar. Dicha tubería deberá ser perfectamente instalada y debeestar físicamente continua desde el punto de alimentación del tablero hasta el equipo que va aalimentar.

Tubería conduit flexible.- Se prevé la instalación de tubería flexible tipo Liquid Tight en latotalidad de las uniones a los equipos (entre la tubería de fierro galvanizado y el equipo propiamente), esto con el fin de evitar fallas en las canalizaciones eléctricas debidas a vibración del

equipo. Es importante señalar que estas tuberías deberán estar conectadas con los conectoresespecíficos para Liquid Tight.

Soportes de canalización en exterior.- Serán fabricados en obra o bien de materiales y perfilescomerciales de acero inoxidable (esto con el objeto de resistir la corrosión del medio ambiente) sedeberán instalar abrazaderas, tornillos, elementos de soporte de acero inoxidable o de materiales decalidad reconocida para resistir la corrosión y estos elementos de soporte no deberán dañar lascanalizaciones ni sus recubrimientos, por lo cual se deberán utilizar herramientas adecuadas.




fgh5-64

Registros Eléctr icos

Para la red de fuerza, los registros a utilizar serán de acuerdo al número de conductores quecontengan, y estos serán de concreto prefabricado los registros con dimensiones mayores a 1.00 mdeberán contemplar la instalación de tapas y marcos circulares de material polimérico Norma CFE,los registros con dimensiones menores a esta, utilizaran tapa, marco y contramarco metálicos,

galvanizados, con las siguientes dimensiones: RI = 1.16 x 1.16 x 1.16 m

RII = 0.80 x 0.50 x 0.65 m

RIII = 0.60 x 0.40 x 0.60 m

RIV = 0.33 x 0.33 x 0.33 m

Botoneras de Servicio Exterior

Para facilitar las labores de operación y dar mayor flexibilidad, se implementó la instalación degabinetes para botoneras arranque/paro. Estas botoneras remotas sirven para permitir operar odetener la operación de algún equipo en particular. El tipo de gabinete debe ser NEMA 3R, para usoexterior en ambientes corrosivos.

Receptáculos de Servicio

Para facilitar las labores de operación y dar mayor flexibilidad, se implementó la instalación decontactos monopolares a 127 volts, 1f + Tierra, 3h, y de servicio pesado los cuales tendrán unatensión de operación de 220 V, 2F, 3H, con una capacidad máxima de 2,500 W, y máximo 20 A, yen contactos de seguridad o de media vuelta Twist Lock, el tipo de gabinetes debe ser para uso eninterior.

Marcas y Cal idad de los Materiales y Equipos Eléctr icos

Con el objeto de asegurar la correcta operación de los equipos y servicios, se han seleccionado paraeste proyecto materiales y equipos eléctricos que cumplan con NOM.de reconocida calidad a nivelnacional, con suficiente información técnica y garantía de operación por un periodo mínimo de 1año.

La modificación o intercambio de marcas distintas a las de proyecto deberán ser sujetas a laautorización del SUPERVISOR y deberán hacerse los ajustes necesarios bajo riesgo y costo delCONTRATISTA.




fgh5-65

5.5 PROYECTO MECÁNICO

En esta sección, de acuerdo con los lineamientos técnicos para la elaboración de estudios y proyectos de agua potable y alcantarillado sanitario editado por la Comisión Nacional del Agua, seconsideran los datos fundamentales, tales como dimensiones, niveles máximos, mínimos y de

operación normal, del líquido en cárcamos de bombeo, pérdidas menores en válvulas, tuberías y piezas especiales, así como gastos de proyecto. Contempla además los cálculos de la carga dinámicatotal (CDT) de bombeo y de la potencia hidráulica, así como cálculo y selección de compuertas,rejillas, válvulas y equipos electromecánicos que forman parte del Proyecto Ejecutivo. Así mismo seincluye un análisis de las condiciones de flujo-velocidad del agua en los diferentes diámetros de lastuberías seleccionadas.

El criterio general considerado en la selección del diámetro de tuberías consiste en obtener velocidades medias en condiciones ideales de entre 1.00 y 1.50 m/s, para el diseño de este cárcamode bombeo, las velocidades de operación son cercanas a 0.50 m/s en condiciones de caudal mínimoy en la condición de caudal máximo extraordinario se presenta 1.87 m/s que es ligeramente superior a la condición ideal pero al ser muy esporádica esta situación se toma como aceptable. En el cuadrotitulado “Matriz de velocidades en tuberías de diferentes diámetros” (Anexo D – Memoria deCálculo) se presentan “sombreadas” las velocidades de operación de los sistemas de tuberías a los

diámetros seleccionados, considerando básicamente el funcionamiento de una o más bombas.

En el Anexo E- Información de Equipos, como complemento justificativo a la selección de losequipos que intervienen en el proceso, se encuentra la información técnica de los equiposseleccionados proporcionados por los proveedores.

En lo que respecta a las líneas de proceso, considerando que no trabajarán bajo presión internaimportante, vibración, vacio, esfuerzos que provoquen pandeo y/o colapso, los tipos de material ycaracterísticas principales para las condiciones generales de operación para tuberías, válvulas yconexiones, son las que se presentan en los cuadros siguientes:

5.5.1 Sistema de Cribado Mecánico y Extracción de Arenas

Con la finalidad de proteger al equipo de bombeo se propone la instalación de un sistema de cribadomecánico para una capacidad superior al 50% del caudal promedio y un sistema de extracción dearenas para lo cual se propone utilizar un sistema combinado de una misma marca en los dosequipos y hacer la selección del equipo que mejores prestaciones ofrezca.

Para la EBG se consideraron tres tipos de cribas para resolver el problema de los sólidos gruesos,una de ellas es aplicar una criba mecánica inclinada, la otra opción es considerar la aplicación de unacriba vertical a 90º y la tercera una criba de extracción vertical de sólidos. Se revisaron las opcionesexistentes en el mercado y se procedió a cotizar cada una de ellas para determinar el equipo más

apropiado para Cd. Miguel Alemán.Para la extracción de arenas, al ser equipos más comunes se procedió a cotizar solamente dos tiposexistentes en el mercado en el entendido que se puede aplicar prácticamente cualquier equipo quecumpla con las especificaciones del equipo seleccionado.




fgh5-66

Tabla 5-11 Evaluación de Cribas Mecánicas, Compactador y Lavador de Arenas

Equipo Costo deInversión

$USD

Ventajas Desventajas

Rejilla vertical a cable ModeloDCV-D 85-118-15 con sonda dedetección de nivel, tablero decontrol, transportador de banda yclasificador de arenas modeloOMEGA CS 32 Marca EMO

$83,715

Calidad Aceptable

Se instala a 90º

Fabricación europea, tiempo deentrega de partes más larga

Se puede atascar en unaavenida fuerte de lodo

Criba rotativa automática paracárcamo de bombeo, marca Huber,serie ROTAMAT Ro4/700/6 en

placa perforada de 6 mm dediámetro y clasificador de arenasROSF4 Size I, material y tornillo,AISI 304. Eficiencia de lavado:

Máx 3% de orgánicos a la salida yen masa seca 1 ton/hora

$76,820

Muy buena calidad

No se atasca en avenidas delodos

Instalación a 90º

Fabricación europea, mayor tiempo de entrega de partes

Cribas inclinadas con mecanismostipo Step Screen

Sin cotizar

Equipo más robusto y puedeseleccionarse para manejar hasta el caudal máximoextraordinario

Buena calidad

Demanda una mayor área decárcamo que incrementasustancialmente los costos deinversión a más del doble

Se propone la instalación de la criba de marca Huber por las prestaciones que tiene y su menor costode inversión, además de permitir una instalación a 90º.

5.5.2 Control de OloresLa selección de un sistema de control de olores para instalaciones pequeñas se limita a determinar lacantidad de airea tratar. Para ello, se determina el volumen del tanque de donde será extraido el airey se considera un recambio de 4 veces el volumen de la zona de extracción en un periodo de unahora. Si el volumen promedio de la zona donde se tomará el aire es aproximadamente 90 m 3, elvolumen total a tratar serían al menos 360 m3/h. Con esta capacidad de tratamiento de gases seselecciona el equipo para control de olores más conveniente.




fgh5-67

Tabla 5-12 Evaluación de Cribas Mecánicas, Compactador y Lavador de Arenas

Equipo Costo deInversión

$USD

Ventajas Desventajas

Sistema de control de olores marcaBioteg modelo SBRF 500 para 505m3/h fabricado en polietileno

$25,447

Cumple con requerimiento deremoción de olores

Se aproxima al caudal degases a tratar

Calidad intermedia

Sistema de control de olores marcaBioteg modelo SBRF 500 para 833m3/h, fabricado en metal o fibra devidrio

$36,517

Mayor capacidad detratamiento

Cumple con eficienciarequerida

Mayor costo de inversión queopción anterior

Sistema de control de oloresPentapack PP-450 para un flujomáximo de 450 CFM

$159,179 Eficiente y cumple con los

requerimientos Alto costo de inversión

Sistema de control de olores a basede carbón activado

Sin cotizar

Eficiente y cumple con losrequerimientos

Demanda mayor mantenimiento

Requiere cambio de carbónactivado con mayor

periodicidad

El costo de operación ymantenimiento lo hace laopción menos atractiva

Se selecciona el sistema de 505 m3/hora que se aproxima más a las necesidades de esta instalación ycumple con los requerimientos técnicos.

5.5.3 Protección anticorrosiva

Todos los materiales y equipos que componen el CBG, deberán contar con protección anticorrosiva, bien sea por medio de la utilización de materiales de construcción resistentes a al a corrosiónimperante en el ambiente o bien mediante la aplicación de películas protectoras conforme a laespecificación No. 09800 – Recubrimientos anticorrosivos (protectores), cuyo cuadro resumen se presenta en la Tabla 5-13 5-13 5-13, a continuación.




fgh5-68

Tabla 5-13 Protección Anticorrosiva en Función de la Calidad Ambiental Prevaleciente

Concepto Interior Exterior Inmersión Enterrado oahogado en

concreto

Accesorios yelementosmecánicos

Tipo delimpieza

Chorro de arenaacabadocomercial

Chorro de arenaacabado casi metal

blanco

Chorro de arenaacabado metal blanco

Chorro de arenaacabadocomercial

Mecánica a basede carda, cepillo,soplete, rasquetay lija

EspecificaciónSSPC-SP-6-

NACE No. 3SSPC-SP-10-

NACE No. 2SSPC-SP-5-NACE

No. 1SSPC-SP-6-

NACE No. 3SSPC-SP-2

Recubrimiento primario

Epóxicocatalizado con

poliamidas (RP-6,PEMEX)

Epóxico catalizadocon poliamidas(RP-6,PEMEX)

Alquitrán de hullaepóxico catalizadocon poliamidas tipo B(EH-B, RP-5B,PEMEX)

Alquitrán dehulla epóxicocatalizado con

poliamidas tipo B(EH-B, RP-5B,PEMEX)


poliamidas (RP-6, PEMEX)

No. De capas yespesor mínimoseco en

pulgadas c/u

Una de tresmilésimas Una de tresmilésimas Dos de seis milésimas Dos de seismilésimas Dos de seismilésimas

Recubrimientode acabado


poliamidas dealtos sólidos (RA26, PEMEX)

Epóxico catalizadocon poliamidas dealtos sólidos (RA26, PEMEX)

Alquitrán de hullaepóxico catalizadocon poliamidas tipo B(EH-B, RP-5B,PEMEX)

Alquitrán dehulla epóxicocatalizado con

poliamidas tipo B(EH-B, RP-5B,PEMEX)


poliamidas dealtos sólidos (RA26, PEMEX)

No. De capas yespesor mínimo

seco en pulgadas c/u

Una de tresmilésimas

Una de tresmilésimas

Dos de seis milésimas Dos de seismilésimas

Dos de seismilésimas

5.5.4 Tuberías, Válvulas y Conexiones

Las líneas de interconexión de agua en la estación de bombeo son, en su mayoría, tramos pequeños por lo que, en general, se decidió utilizar como material el acero al carbón para las líneas de tuberíade todos los diámetros. Debido al espacio reducido con el que se cuenta para su instalación, laslíneas de servicio de diámetros menores a 6” y donde sea posible, se prefiere utilizar como material

el PVC. Para todas las líneas de aire gastado del control de olores el material seleccionado es la fibrade vidrio o PRFV.

Las tuberías de de conducción se proponen en PVC por la facilidad de mantenimiento que esto lerepresenta a la comapa, las líneas que estarán colocadas a la intemperie, se proponen en acero alcarbón con un recubrimiento de pintura resistente a la corrosión. Posterior al múltiple de descarga yal enterrarse la línea a dos metros del eje del bajante se hará un cambio de material de acero alcarbón (AC) a PVC, el cual será de pared lisa, siendo inadmisible el tipo corrugado.

Todas las tuberías, independientemente del material de fabricación, deberán cumplir con las normasde hermeticidad, ASTM F-1417 y NOM-001-CNA-1995.




fgh5-69

En todas las entradas y salidas de estructuras de concreto, sean cajas, unidades o interconexiones, se propone la utilización de empotramientos de acero al carbón protegidos, de acuerdo aespecificaciones con recubrimiento epóxico de alquitrán de hulla, tanto en su exterior como en suinterior. Estos empotramientos presentan la doble función de servir como anclaje de las líneas deentrada y salida, además de evitar que se presenten fugas de agua en la unión tanque-tubería

(concreto-acero), mientras que el cambio de material en todas las líneas de tubería deberá hacersecon uniones tipo brida.

Todas las tuberías, válvulas, piezas especiales y elementos de fontanería en general se seleccionaronde acuerdo con lo establecido en los lineamientos de la Comisión Nacional del Agua, para donde seespecifique acero al carbón. De la Tabla 5-14 5-14 5-14 a la Tabla 5-18 5-18 5-18 se presentan las principales características de diseño para los sistemas de tuberías fabricados en acero al carbón.

En todo sitio donde se instalen válvulas (de cualquier tipo), que se encuentren en el interior de unacaja de válvulas o espacios confinados, deberán contar con acoples tipo Dresser o juntas flexibles deacuerdo con lo establecido por el propio proyecto a fin de facilitar su mantenimiento.

Tabla 5-14 Características Principales de Líneas de Proceso (Especificación AC)

Especificación: AC Presión permisibleMáx / Mín: kPa (psig)

1965 (285) 552 (80)

Clase: 150 R.F. Acero al carbono. Temp. PermisibleMin / Máx: °C (°F)

-29 (-20) 427 (800)

Servicio: 1). Servicios Generales, Agua de Proceso,Aguas de lavado, Lodos de proceso, Drenes enGeneral y Aire de Proceso.

Tol. Corrosión: mm (pulg) 1,3 (0,05)

Tabla 5-15 Características Principales de Tuberías de Proceso (Especificación AC)

Diám Nom.

DN 15 20 25 40 50 65 80 100 150 200 250 300 350 400 450 500 600 650 750 850 900

(NPS) (1/2) (3/4) (1) (1 1/2) (2) (2 1/2) (3) (4) (6) (8) (10) (12) (14) (16) (18) (20) (24) (26) (30) (34) (36)

ubo. (1) ASTM A106 Gr. B. ASTM A 53 Gr. B. ASTM A53 Gr. B tipo E. ASTM A672 Gr. A55 clase 11.

Cédula oE/P.

S/CXS.

S/CEstándar.

C/C ERWE/P 10 (3/8)

C/C EFWE/P 10 (3/8)

Extremos. Planos.

Tabla 5-16 Características Principales en Accesorios de Tubería de Proceso (Especificación

AC)Accesorio Descripción

Niples. ASTM A 106 Gr. B S/C, cédula 160 para DN 15 (NPS 1/2) a DN 50 (NPS 2),extremos requeridos por diseño.

Brida caja soldable. ASTM A 105, clase 150 R.F., para DN 15 (NPS 1/2) a DN 50 (NPS 2) diámetrointerior igual al tubo.




fgh5-70

Accesorio Descripción

Brida deslizable. ASTM A 105, clase 150 R.F., para DN 65 (NPS 2 1/2) a DN 600 (NPS 24),diámetro interior igual al tubo pero con bisel. ASTM A 105, clase 150 R.F., de DN650 (NPS 26) a DN 900 (NPS 36) cédula de acuerdo al tubo pero con bisel,dimensiones MSS SP-44.

Conexión caja soldable. ASTM A 105, clase 3000, para DN 15 (NPS 1/2) a DN 50 (NPS 2).

Conexión soldable a tope. ASTM A 234 Gr. WPB, SIC para DN 65 (NPS 2 1/2) a DN 600 (NPS 24),diámetro interior igual al tubo pero con bisel. ASTM A 234 Gr. WPB, CIC,diámetro interno igual al tubo pero con bisel, dimensiones p/bridas MSS SP-44.

Conexión inst. presión. Nipolet extremo plano, ASTM A 105, clase 6000, de DN 20 (NPS 3/4).

Conexión inst. temperatura. DN 25 (NPS 1 ) NPT, ASTM A 105 clase 6000, ver tabla cabezal-ramal.

Empaque. Grafito puro laminado flexible con inserto de lámina perforada de acero inoxidableUNS S31600 de 1,3 mm (0,05 pulg) de espesor, unida mecánicamente, de 1,6 mm(1/16 pulg) de espesor del empaque, clase de acuerdo a bridas.

Espárrago. ASTM A 193 Gr. B7 galvanizado por inmersión en caliente conforme a la

especificación ASTM A 153 o equivalente, de acuerdo al párrafo 5.10 deANSI/ASME B 1.1 o equivalente.

Tuerca. ASTM A 194 Gr. 2H hexagonal, galvanizado por inmersión en caliente conformea la especificación ASTM A 153 o equivalente, de acuerdo al párrafo 5.10 deANSI/ASME B 1.1 o equivalente.

Unión normal y mantenimiento. Bridada caja soldable para DN 15 (NPS 1/2) a DN 50 (NPS 2); bridada cuello soldable para DN 65 (NPS 2 1/2) a DN 900 (NPS 36).

Tabla 5-17 Características Principales en Válvulas de Proceso (Especificación AC)

Válvula Descripción

Compuerta caja soldable (cuñasólida).

Clase 800 API Std 602, cuerpo ASTM A 105, interiores de acero inoxidable UNSS41000, tornillo exterior y yugo, bonete atornillado, disco tipo cuña sólida, asientoy disco endurecido intercambiables, operada con volante, para DN 15 (NPS 1/2) aDN 50 (NPS 2).

Globo caja soldable (disco libre). Clase 800 API Std 602, cuerpo ASTM 105, interiores de acero inoxidable UNSS41000, vástago saliente, tornillo exterior y yugo, bonete atornillado disco libre,asiento endurecido, intercambiable, operada con volante para DN 15 (NPS 1/2) aDN 50 (NPS 2).

Retención caja soldable, verticaly horizontal (bola).

Clase 800 API Std 602, cuerpo ASTM 105, interiores disco acero inoxidable UNSS41000, asiento intercambiable, de DN 15 (NPS 1/2) a DN 50 (NPS 2).

Compuerta bridada (cuña

sólida).(2)

Clase 150 R.F.; cuerpo ASTM A 216 Gr. WCB, interiores de acero inoxidable

UNS S41000, tornillo exterior y yugo, bonete atornillado, disco tipo cuña sólida oflexible y asientos intercambiable operada con volante para DN 65 (NPS 2 ½) aDN 900 (NPS 36).

Globo bridada (disco libre). Clase 150 R.F., cuerpo ASTM A 216 Gr. WCB, interiores de acero inoxidableUNS S41000, tornillo exterior y yugo, bonete atornillado, disco libre, asientointercambiable. operada con volante para DN 65 (NPS 2 ½) a DN 350 (NPS 14).




fgh5-71

Válvula Descripción

Retención bridada columpio. Clase 150 R.F., cuerpo ASTM A 216 Gr. WCB, interiores de acero inoxidableUNS S41000, tapa atornillada, asiento intercambiable, para DN 65 (NPS 2 ½), aDN 300 (NPS 12).

Válvula de retención (check) Clase 800# ANSI extremos roscados, cuerpo de acero al carbón forjado ASTM A-

105, interiores de acero inoxidable con 17% cromo AISI-410, tipo bola, horizontalo vertical, para DN 15 (NPS ½”) a DN 50 (NPS 2”).

Válvula de retención (check)Tipo oblea con resorte

Clase 150 R.F., ANSI extremos Bridados, Cuerpo de hierro fundido ASTM A-216Grado WCB, disco de acero inoxidable 316 ASTM A-743 CF8M, vástago de aceroinoxidable 316 ASTM A-276, asiento de EPDM, resorte de acero inoxidable 316 ytapón de acero al carbón, para DN 65 (NPS 2 ½”) a DN 300 (NPS 12”). Vástago

de acero inoxidable 16-8 ASTM A-276 UNS S30400, asiento de EPDM, conactuador de engranes para DN 350 (NPS 14”) a DN 600 (NPS 24”).

Macho bridada (auto lubricada)tipo corto.

Clase 150 R.F., patrón corto, auto lubricada, cuerpo ASTM A 216 Gr. WCB,macho e interiores de acero inoxidable UNS S31600, asiento y sellos de PTFE a

prueba de fuego sello del vástago de grafito flexible, junta de grafito flexible parala tapa, con tope y llave manual, operada con maneral para DN 25 (NPS 1) a DN

100 (NPS 4), operada con engranes para DN 150 (NPS 6) a DN 300 (NPS 12).Macho bridada (auto lubricada)tipo Venturi.

Clase 150 R.F., patrón Venturi, auto lubricada, cuerpo ASTM A 216 Gr. WCB,macho e interiores de acero inoxidable UNS S31600, asiento y sellos de PTFE a

prueba de fuego, sello del vástago de grafito flexible, junta de grafito flexible parala tapa, con tope y llave manual, operada con engranes para DN 350 (NPS 14 ) ymayores.

Válvula de mariposa (oblea) tipoorejada (lugged)

Clase 150 R.F., ANSI extremos Bridados, Para instalarse entre bridas, cuerpo dehierro fundido ASTM A-126 clase B, disco de acero inoxidable 316 ASTM A-743CF8M, vástago de acero inoxidable 316 ASTM A-276 UNS S30600, asiento deEPDM, Actuador de palanca o engranes., para DN 50 (NPS 2”) a DN 300 (NPS

12”).

Tabla 5-18 Características Principales en Derivaciones Líneas de Proceso (Especificación AC)

DNR/DNC(4) 15 20 25 40 50 65 80 100 150 200 250 300 350 400 450 500 600 660.4 750 850 900

DN (NPS) (1/2) (3/4) (1) (1 1/2) (2) (2 1/2) (3) (4) (6) (8) (10) (12) (14) (16) (18) (20) (24) (26) (30) (34) (36)

15 (112) SWT STR STR STR STR SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL

20 (3/4) SWT STR STR STR SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL

25 (1) SWT STR STR SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL

40 (1 1/2) SWT STR SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL

50 (2) SWT SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL SOL

65 (2 1/2) BWT BRT RT OL WOL WOL WOL WOL WOL WOL WOL WOL WOL WOL WOL OL

80 (3) BWT RT RT WOL WOL WOL WOL WOL WOL WOL WOL WOL WOL WOL OL

100 (4) WT RT BSRT BRT WOL WOL WOL WOL WOL WOL WOL WOL WOL OL

150 (6) WT BRT BRT BRT BRT BRT WOL WOL WOL WOL WOL WOL OL

200 (8) omenclatura: (3) BWT BRT BRT BRT BRT BRT BRT WOL WOL WOL WOL OL

250 (10) NC - Diámetro nominal cabezal. BWT BRT BRT BRT BRT BRT BRT WOL WOL WOL OL

300 (12) NR. Diámetro nominal ramal. BWT BRT BRT BRT BRT BRT BRT WOL WOL OL




fgh5-72

350 (14) SWT - Te inserto soldable. BWT BRT BRT BRT BRT BRT BRT WOL OL

400 (16) STR - Te reducción o te y reducción inserto soldable. BWT BRT BRT BRT BRT BRT BRT RT

450 (18) SOL - Inserto soldable a 90. (Sockolet). BWT BRT BRT BRT BRT BRT RT

500 (20) OL - Boquilla soldable (Weldolet). BWT BRT BRT BRT BRT RT

600 (24) WT - Te soldable a tope. BWT BRT BRT BRT RT

660.4 (26) RT - Te reductora soldable a tope. BWT BRT BRT RT

750 (30) BWT BRT RT

850 (34) BWT RT

900 (36) WT

NOTAS:

1. Se debe radiografiar el 30% del total de juntas soldadas; cada junta soldada debe radiografiarse al 100 %, el resto de las juntas se debeninspeccionar al 100 % visualmente y con partículas magnéticas.

2. Los operadores de engrane se instalan en las válvulas de compuerta solo cuando se indique en DTI's y/o planos constructivos.

3. Las laterales "Y", normales y reductoras se deben usar en los mismos diámetros que las tee’s normales y reductoras y los latr olets en losmismos diámetros que los weldolets.

4. En la tabla para conexión cabezal-ramal se indica la recomendada por diseño, más no es limitativa

5. Se deben indicar los servicios específicos de acuerdo al índice de servicio del proyecto.

5.5.5 Tornillería

Toda la tornillería a usarse en la planta de tratamiento incluyendo, tuercas, arandelas, tornillos yespárragos entre otros, deberán cumplir con las especificaciones ASTM A193/193M, ASTMA320/320M, ASTM A194/194M, ASTM B766 y NRF-027-PEMEX-2001 y serán de aceroinoxidable 304 donde así lo indiquen los planos o el proyecto.

El roscado de las piezas (a menos que se indique otra cosa) deberá cumplir con la norma ANSIB1.1, y el ajuste será clase 2A. Para diámetros de 1" y menores la rosca será UNC, y para diámetros

de 1 1/8" y superiores la rosca será 8UN (8 hilos por pulgada)Se deberá marcar cada pieza con elgrado del material en un extremo y con la identificación del fabricante en la otra. Para el GradoB7M, que ha sido inspeccionado al 100% (cumpliendo con la norma) deberá tener una línea debajodel grado para distinguirlo de otros grados B7M producidos bajo revisiones anteriores de la normaen la que no se requería la inspección al 100%.

Las tuercas deberán de ser hexagonales y con las dimensiones requeridas en ANSI/ASME B18.2.2.

El roscado de las tuercas deberá cumplir con la norma ANSI/ASME B1.1, y el ajuste será clase 2B.Para diámetros de 1" y menores la rosca será UNC.

Para tuercas de diámetros de 1 1/8" y superiores la rosca será 8UN (8 hilos por pulgada) y el ajusteserá 2B.

Se deberá marcar cada pieza con la identificación del fabricante y con el grado del material en unlugar visible.

5.5.6 Equipos Electromecánicos

En lo referente a la selección del equipo electromecánico, el equipo necesario para el tratamiento eimpulsión de agua residual es el siguiente:




fgh5-73

• Rejas de finos mecánicas en el área de pretratamiento, incluye sistema de transporte desólidos producto del rechazo de las cribas

• Cribado manual en el área de pretratamiento. Esta tratará el agua que no sea capaz de tratar la rejilla de finos mecánica, de tal manera que toda el agua que llegue al cárcamo lleguecribada.

• Equipos de bombeo en el cárcamo de agua residual. El dimensionamiento del cárcamo de bombeo y el cálculo de la potencia de las bombas para conducir 370 L/s a lo largo de 2,717M de conducción de los cuales 794 ya se tienen construidos en un diámetro de 20 pulgadas,se encuentra en el Anexo D – Memoria de Cálculo.

Adicionalmente se contará con equipos electromecánicos accesorios que permitirán el mejor funcionamiento del sistema de bombeo, de entre estos equipos los principales se refieren a lossiguientes:

• Equipo para extracción de arenas, consistente en bombas sumergibles, que se activarán por tiempo (timer) y/o manualmente a juicio del operador, este sistema enviará las arenasextraídas a un equipo lavador-clasificador de arenas que dejará las arenas libres de orgánicos

y listas para su disposición final.• Equipo de extracción y tratamiento de gases olorosos a base de filtro biológico de composta

vegetal que hará la extracción forzada de los gases y los conducirá al sistema de tratamiento para descargarlos libre de olor a la atmosfera.

A continuación se presenta la Tabla 5-19 5-19 5-19 con la información más importante relacionadacon las características del equipo mecánico y electromecánico seleccionado:

Tabla 5-19 Principales Características de los Componentes Electromecánicos del Sistema

Criba Rotativa Automática.

Ubicación En Zona de CribasTAG CMF

Tipo Criba rotativa automática para cárcamo de bombeo deoperación mecánica con tornillo de extracción de sólidosretenidos

Capacidad de flujo máximo 180 l/s (flujo de agua residual, 15%DR)

Claro libre de malla 6 mm

Capacidad de cribado 12.5 l/min (con, 15%DR)

Marca Huber

Modelo RoK 4/700/6

Longitud de Tornillo de Extracción 7.00 m

Diámetro de Tornillo de Extracción 700 mm

Altura de Descarga de la Criba 1.45 m

Longitud de Total de la Criba 9.00 m

Accesorios Rejilla automática, y tornillo transportador de cribados.

Potencia de Motor Máximo de 4 kW @ 9.2 rpm




fgh5-74

Grado de Protección IP-65

No. de Equipos Total Uno

Criba Manual. Gruesa

Ubicación En Zona de Cribas

TAG CGMTipo Criba Manual

Material de Fabricación Acero Inoxidable

Ancho de Barras 6 mm

Claro Libre entre Barras 25 mm

Ancho de Criba 100 cm

Cribas en operación 1 (Uno)

Bombas de Agua Residual 1 y 2

TAG BAE-1-2

Tipo Sumergible

Operación En Paralelo

Flujo Total de la Bomba a Caudal Máximo >75 l/s

Carga Dinámica Total 31.4 mca

Potencia Máxima de Motor 45.3 HP

Tensión nominal 460 V

Velocidad Nominal (máxima) 1775 rpm

Diámetro Succión/Descarga 200/150 mm

Diámetro del Impulsor 278 mm

Material del Impulsor Fierro vaciado

Diámetro paso de esfera >3”

No. de Equipos en Operación 2 (Dos)

Bombas de Agua Residual Proyecto

TAG BAP 1

Tipo Sumergible

Operación En Paralelo

Flujo de Diseño por Bomba (a Plena Carga) 220 l/s

Carga Dinámica Total 31.4 mcaPotencia Máxima de Motor 104 kW


Diámetro Succión/Descarga 250/250 mm


Diámetro paso de esfera > 3”




fgh5-75

Tensión nomina 460 V

No. de Equipos en Operación Una

Bombas de Extracción de Arenas de Cárcamo

TAG BAR 1-2

Tipo SumergibleOperación En Paralelo

Flujo de Diseño por Bomba 8.0 l/s

Carga Dinámica Total 41.5 mca

Potencia Máxima de Motor 8.2 kW


Diámetro Succión/Descarga -/80 mm


No. de Equipos 2 (Dos ) 1 Operación + 1 Reserva

Lavador de Arenas de Cárcamo

TAG CLA 1

Tipo Cuerpo y tornillo,

Operación discontinua

Flujo de Diseño 8 lps

Potencia Máxima 1.1 kW tornillo + 0.55 kW agitador

Modelo ROSF4 - 1

No. de Equipos en Operación 1 (Uno )

Sistema de control de oloresTAG SCO 1

Tipo Empacado

Operación Continua

Flujo de Diseño 505 m3/h

Potencia Máxima

Marca Bioteg

Modelo SRBF 500

No. de Equipos en Operación 1 (Uno )

5.5.7 Cálculo de la Carga de Bombeo

En el Anexo D se muestra el procedimiento de cálculo del sistema de bombeo, indicándose ademáslas formulas físico-matemáticas empleadas en el cálculo, siguiendo lo establecido por la Comisión Nacional del Agua en sus publicaciones técnicas:

Los casos que se presentan son:

1.- Una bomba operando lo más próximo al caudal promedio




fgh5-76

2.- Una bomba que permita alcanzar el caudal máximo extraordinario considerando que operantodas las bombas al mismo tiempo.

Cabe aclarar que los resultados de estos cálculos indican la potencia teórica requerida, que da una buena aproximación del comportamiento esperado de las bombas a ser instaladas, sin embargo, laseficiencias de los equipos son diferentes dependiendo del tipo de bomba y la marca por lo que el

consumo definitivo de energía depende del equipo seleccionado.

5.5.8 Selección de Equipo de Bombeo y Curvas de Comportamiento

El equipo seleccionado para complementar la capacidad de bombeo requerida para cumplir con loscriterios de diseño establecidos corresponde a bombas disponibles en el mercado con una potencia34 kW (dos) y una de 104 kW, para que en conjunto se cumpla con el caudal de diseño.

Para el caso de las bombas de extracción de arena se seleccionó el modelo CP3127.181 type SH de8.2 kW de potencia. Con las que se pretende bombear la arena hacia el clasificador.

En las figuras siguientes se muestran las curvas de operación de las dos bombas operandoindependientemente.




fgh5-77

Figura 5-5 Bomba de Aguas Residuales




fgh5-78

Figura 5-6 Bomba de Extracción de Arenas




fgh5-79

5.6 EMISOR A PRESIÓN DE AGUAS RESIDUALES

Como parte de los trabajos para el proyecto del cárcamo de regulación y bombeo de las aguasresiduales de la localidad de Miguel Alemán, la presente Sección presenta el diseño de lainfraestructura de conducción del agua residual, para lo cual es importante mencionar que en estemomento existe una línea de 20” de diámetro y 794 m de longitud ya construida como parte de la

planta de tratamiento la cual fue tomada en consideración para fines de cálculo hidráulico de potencias de bombas y pérdidas de carga. Al estar ya construido este tramo, no se incluye como parte de los suministros e instalaciones en la obra del emisor a presión de este proyecto.

Esta infraestructura corresponde al diseño del emisor de las aguas residuales que son generadas en lalocalidad y que se descargan a través de la red de alcantarillado en el cárcamo general, de tal formaque es en este sitio donde arranca su trayecto dicho emisor, para descargar en la caja de entrada de la planta de tratamiento con que se cuenta en Miguel Alemán. Dado que el emisor de agua residualinicia en el cárcamo general, su funcionamiento será a presión generada por el bombeo, continuandoasí hasta la planta de tratamiento.

Los criterios aplicados para el diseño de esta infraestructura se presentan a continuación.

5.6.1 Análisis Preliminares y Determinaciones Iniciales

Tr azo de la Línea Requerida

Para proponer el trazo de esta línea se buscaron diversas opciones de espacios disponibles para ello,considerándose al inicio dos posibles trazos, ambos teniendo naturalmente como criterio comúniniciar en el cárcamo general y terminar en la planta de tratamiento.

El primero de los trazos considerados fue en términos generales siguiendo un trayecto paralelo a lalínea de impulsión actualmente en operación, la cual en su mayor longitud se encuentra alojada por el costado sur de la carretera a Reynosa; el inicio de este trazo como se ha mencionado es en el

cárcamo general, tomando curso hacia el Sur, cruza el arroyo que se encuentra unos metros adelante, para luego continuar por una calle sin nombre hasta llegar a la carretera a Reynosa, la cual tambiéncruza para seguir por su costado sur, dentro del derecho federal de esta vía de comunicación,tomando dirección al Este. El trazo se mantiene por el costado de la carretera hasta llegar a la alturade la parte Noroeste de la planta de tratamiento, donde tiene un giro hacia el Sur para finalmenteligarse con el tramo de tubería existente que se instaló como parte de las obras de la planta detratamiento, la cual cuenta con longitud de 794 metros, y es de polietileno de alta densidad de 20” de

diámetro. La longitud resultante del trazo en esta primera alternativa fue de 1,663 metros, justo hastasu unión con la tubería existente de la planta de tratamiento.

En cuanto al segundo de los trazos, éste se propuso por otras calles de la población, a fin de evitar eltrayecto por el costado de la carretera de la primera alternativa, dado que además de la existencia de

la línea de impulsión actualmente en funcionamiento, se encuentran instaladas por ese mismo ladolíneas de fibra óptica, que limitan el espacio disponible. De esta forma, el inicio de este trazo alternoes similar al de la primera alternativa anteriormente descrita, separándose después de recorrer 70metros, justo antes de hacer el cruce con el arroyo, tomando ahí dirección al Este; de cualquier forma, también con este segundo trazo se requiere hacer el cruce del mismo arroyo, después de locual continúa en la misma dirección al Este por la calle Nuevo Tamaulipas hasta su cierre en la calleRío San Fernando, por la cual toma dirección al Norte por sólo 40 metros aproximadamente, paraluego retomar su rumbo al Este por una franja de servidumbre municipal existente en esta parte, por




fgh5-80

la cual se tiene alojada una tubería de agua potable. Por esta franja se arriba al Libramiento CavazosLerma, por cuyo costado poniente se propuso continuar el trazo con dirección al Norte, por pocomás de 120 metros, para luego dar un nuevo giro y así seguir en otro tramo de longitud similar a laanterior con dirección al Sureste, ingresando a un camino interno de un predio particular; secontinúa el trazo por este camino interno en línea recta con rumbo al Sur, hasta encontrarse con la

carretera a Reynosa, la cual cruza pasando a su costado sur, empatándose aquí con el trazo de la primera alternativa, coincidiendo en los últimos 285 metros de trayecto. La longitud total que resultó para este segundo trazo fue de 1,877.9 metros, también hasta el punto en que se une con la tuberíaexistente de la planta de tratamiento la cual se extiende 794 metros más hasta la caja de entrega.

Luego de hacer el planteamiento de estas dos alternativas de trazo al personal técnico de laCOMAPA, se consideró por ellos que la mejor de estas opciones era la segunda, aún cuando lalongitud fuese mayor, ya que la limitante de espacio disponible por el costado de la carretera aReynosa se estimó importante, pues podrían significar dificultades en el momento de laconstrucción.

En virtud de lo anterior, dado que el trazo de la segunda alternativa quedaba en un tramo por uncamino interno de un predio particular, según lo antes descrito, se realizaron gestiones por laCOMAPA para permitir la futura construcción de la obra, en lo que inicialmente se estimó no habríamayor dificultad. Sin embargo, finalmente no fue posible lograr el permiso sobre todo para lafacilidad de la operación y mantenimiento de la línea que en un momento dado se requerirá en ella, por lo que fue necesario buscar una tercera opción tratando de mantener el concepto de evitar que eltrazo de la nueva línea quedara por el costado de la carretera a Reynosa en la mayor longitud posible.

De esta forma, la tercera opción de trazo que se planteó, se origina de la segunda alternativa, ya queal inicio de su trayecto lleva el mismo trazo, esto hasta llegar al Libramiento Cavazos Lerma; en este punto, el trazo de la tercera alternativa se prolongó un poco solamente para realizar el cruce dellibramiento, y enseguida gira hacia el Sur para seguir con el trazo por el costado poniente de esta

vialidad de las afueras del área urbana de Miguel Alemán. Este tramo del trazo continúa de estaforma hasta llegar a la carretera a Reynosa, la que se cruza para integrarse con el trazo propuesto enla alternativa 1, es decir por el costado sur de esta carretera, con dirección al Este, llegando así hastael mismo punto final considerado para las otras dos alternativas. La longitud que resultó para estaalternativa 3 de trazo fue de 1,923 metros al punto de intersección más los 794 metros ya existentes.

Aún cuando la tercera alternativa de trazo proyecto para el emisor a presión de aguas residuales dela localidad de Miguel Alemán es la de mayor longitud, se consideró como la más viable deimplementar, por lo que se dejó como trazo definitivo para el diseño del emisor a presión del aguaresidual de Miguel Alemán.

Material de la Tubería

Otra determinación inicial que se efectuó para el diseño del emisor fue la definición del material dela tubería, existiendo gran variedad en el mercado actual de materiales con los cuales se elaboratubería para la conducción de fluidos a presión, entre los que se puede incluir el agua residual,contándose entre otros con tuberías de acero, de asbesto cemento, de hierro dúctil, de polietileno dealta densidad y de PVC. Previendo generar las menores pérdidas por fricción por el flujo del agua enla tubería, se consideraron de inicio las fabricadas en materiales que ofrecieran un bajo coeficientede rugosidad de Manning, teniéndose disponibles esencialmente tuberías de material plástico comoel PVC y el polietileno de alta densidad, además de la fibra de vidrio que se viene usando desde




fgh5-81

fechas más recientes; un menor coeficiente de rugosidad permite a una misma velocidad obtener menores pérdidas de energía.

Para definir el material de la tubería, se aprovechó el procedimiento de cálculo del diámetroeconómico, el cual es precisamente utilizado para determinar la dimensión más adecuada delconducto, que sin embargo puede aplicarse con distintos materiales de tubería. El procedimiento de

cálculo del diámetro económico se describe en el inciso siguiente.

5.6.2 Dimensionamiento del Conducto a Presión

El diseño de la línea de impulsión que se requirió como infraestructura de conducción del aguaresidual se realizó con los criterios establecidos para conductos que funcionan a presión, en los que básicamente para la determinación del diámetro se aplica la ecuación de continuidad considerandoque la velocidad del flujo se tenga entre 1.00 m/s y 2.00 m/s, dependiendo de las condiciones particulares de la línea que se esté proyectando.

Para esto, el gasto de diseño considerado fue el máximo extraordinario, aún cuando lo usual enlíneas a presión que parten de una estación de bombeo es el máximo instantáneo, ya que para este

caso en particular no se tuvo algún cuerpo receptor para el vertido del agua excedente a la sanitaria,que corresponde comúnmente a las aportaciones pluviales. Una primera dimensión de la tubería sedetermina considerando obtener una velocidad de conducción cercana a 1.5 m/s con el gasto dediseño, verificando de igual manera la velocidad que se tendría en la misma conduciendo el gastomedio, para verificar que ésta no resulte menor a la mínima de 0.3 m/seg.

Bajo estas consideraciones, se verificó el diámetro más adecuado de la tubería mediante el análisisde diámetro económico con distintas opciones de dimensión para la tubería en las líneas deimpulsión, con el fin de determinar cuál de ellos sería el más adecuado. En este mismo análisis seincluyeron distintos materiales de tubería, considerando que contaran con capacidad para soportar presiones internas, usándose como variantes el polietileno de alta densidad (PEAD), el PVC y elAsbesto-Cemento.

En el análisis de diámetro económico se hace una primera determinación de potencia requerida parael bombeo del agua, para lo cual se realiza el cálculo de las pérdidas por fricción que se generan enla conducción, utilizando la ecuación de Darcy-Weisbach; la rugosidad utilizada para ladeterminación de las pérdidas por fricción fue de 0.0015 mm para la tubería de PVC y de PEAD, yde 0.025 mm para la de asbesto-cemento. Al tener calculadas las pérdidas por fricción, a cuyo valor se le incrementó el 5% considerando las pérdidas secundarias por concepto de accesorios, se leagrega además el desnivel estático (topográfico) que se debe vencer con la línea de impulsión, eneste caso desde el nivel de succión en el cárcamo de la estación de bombeo, hasta la estructura deentrega en el sitio de vertido o descarga. A la sumatoria de estos valores se le conoce como cargadinámica total, con base en la cual se calcula la potencia requerida para los equipos de bombeo.

Luego se hace la selección de la clase de tubería adecuada dependiendo de la presión internaresultante en la línea, de acuerdo a las pérdidas por fricción calculadas. Adicionalmente se calcula lasobrepresión que se pudiera generar por el efecto del fenómeno transitorio denominado como golpede ariete, para lo cual se aplica la ecuación del pulso de Joukowsky, que se basa en la teoría de laceleridad; conforme al valor resultante de sobrepresión, se verifica si la tubería es capaz de soportar el total de esta carga adicional, o bien se le asigna el 20% de la misma, y el 80% restante se debesolventar mediante un equipo especial de protección contra este fenómeno.




fgh5-82

Con las potencias y clases de tuberías determinadas para cada alternativa incluida en el análisis deldiámetro económico se obtienen los costos de operación por el bombeo, esencialmente en lo que serefiere al consumo de energía eléctrica, y el de inversión para la construcción de la obra. Del costode inversión total se calcula el importe anual de amortización, considerando un porcentaje de interésy en un periodo de amortización que generalmente es de 20 años; y por otro lado se determina el

costo anual por el consumo de energía eléctrica. Con la sumatoria de ambos importes se obtienefinalmente el costo anual integrado de bombeo de cada opción, y el que resulte ser el más bajo deellos, es el que define el diámetro adecuado para la línea en diseño.

De acuerdo al análisis del diámetro económico para el emisor a presión del agua residual de MiguelAlemán, se obtiene que el diámetro más adecuado para la tubería es el de 20”, en PVC. Se anexa lahoja de cálculo del diámetro económico en la que se puede observar la información completadesarrollada para este procedimiento.

Para la aplicación del procedimiento anterior, se partió del gasto medio de diseño establecido y a partir de éste se calcularon los demás gastos de diseño, considerando los respectivos coeficientes devariación, sobre todo el de Harmon que se aplica para el gasto máximo instantáneo y cuyo valor depende de la población; en este caso, se usó el correspondiente a la población total de la localidadde Miguel Alemán.

Al tratarse de una línea de impulsión, el gasto de diseño es el mismo en todo su trayecto, por lo quela línea queda conformada por un solo tramo.

Más adelante, en esta misma sección, se presentan las fórmulas utilizadas para realizar los cálculosmediante los cuales se dimensionó la línea de impulsión que constituye el emisor del agua residualde la localidad de Miguel Alemán.

5.6.3 Obras y Accesorios Complementarios

Como es el caso en prácticamente todos los proyectos de líneas de conducción de agua, además de latubería se requiere de diseñar algunos elementos complementarios, que dependiendo de la forma del

funcionamiento de la línea (a presión o a gravedad) y del tipo de fluido a conducir (por ejemplo agua potable o agua residual), son los accesorios que se requieren.

Para el caso del nuevo emisor del agua residual de la población de Miguel Alemán, sufuncionamiento será a presión mediante bombeo, de tal forma que los accesorios que se diseñaronfueron esencialmente las válvulas de admisión y expulsión de aire, y los atraques. Adicionalmentese realizó la determinación de las cargas máximas que se podrían generar en el sistema por el efectodel fenómeno transitorio conocido como golpe de ariete, a fin de verificar si era necesario proponer algún accesorio para aliviar esta sobrepresión eventual.

Los trabajos desarrollados para el diseño y selección de los elementos accesorios complementariosen el emisor a presión para el agua residual de la ciudad de Miguel Alemán se describen a

continuación.

Atraques

Los atraques es el nombre con el que se designan a ciertos apoyos generalmente de concreto que seemplean en las líneas de conducción a presión, y su localización en un sistema hidráulico dependede las necesidades del proyecto: bifurcaciones, válvulas, codos, etc. En el presente caso, se requierede la colocación de atraques en los codos que se instalarán en las deflexiones de la tubería queconforma la línea de impulsión.




fgh5-83

Desde el punto de vista hidráulico, el volumen necesario en el atraque se obtiene determinando laresultante de los empujes hidrostático y dinámico que, actuando en las paredes de las tuberías, setransmiten al atraque, de acuerdo a lo que se señala en el libro “Abastecimiento de Agua”, EnriqueCésar Valdéz, Facultad de Ingeniería de la UNAM, pags. 163-167.

En ese mismo texto se menciona que, cuando se tiene el caso de un cambio de dirección en el planohorizontal y a cualquier ángulo, como se presenta en la figura, las componentes de la resultante Fson:

)cos(cos1 PA PAV V Q g

F Fx

PA PAV V Q g

F Fy coscos2

donde:

F1 y F2 = Fuerzas de empuje que actúan sobre las paredes de la tubería, en kg

g = Peso específico del fluido conducido, en este caso agua, en kg/m 3

Q = Gasto conducido, en m

3

/segV = Velocidad del fluido, en m/seg

A = Área transversal de la tubería, en m2

P = Presión interna en la tubería, en kg/m2

D = Deflexión en la tubería

Esto se debe a que los ángulos con respecto a los ejes X, Y y Z son:

Fuerza F1 F2

Eje A n g u l o s

X A1 = 0° A2 = D

Y B1 = D B2 = 0°

Z C1 = 90° C2 = 90°

Simplificando:




fgh5-84

cos1cos11 PAV Q g

F

cos1cos12 PAvQ g

F

La fuerza resultante es igual a la suma algebraica de las fuerzas en ambas direcciones:F = F12 + F22

22

sen PAQV

g F

22

2

sen P

g

V A F

Así pues, mediante esta fórmula se determinó la magnitud de la fuerza de empuje que se genera por el cambio de dirección del agua en las deflexiones de la línea de impulsión. Los parámetros queintervienen en la misma fueron los siguientes:

como valor de “A” se utilizó el área exterior de la tubería, es decir, incluyendo el espesor de las paredes de la misma, como un factor de seguridad;

el valor de “g” que se utiliza en cualquier cálculo es de 1,000 kg/m3;

el valor de “g” usado fue de 9.81 m/seg2, que también es el valor común;

en el caso de la “P” se utilizó el valor de la presión hidrostática en la tubería, más lasobrepresión que se asigna a la tubería de la línea de impulsión;

la “V” se obtiene de acuerdo al caudal de diseño, que en este caso es de 370 L/s; y finalmente el valor de D es el que se obtuvo en el momento de realizar el trazo de la

línea de impulsión.

Una vez que se obtiene el valor de esta fuerza de empuje se calcula el volumen que se requiere parael atraque necesario en la deflexión en estudio. Para ello se utilizó una fórmula que es de usanzageneral, en la que se supone que del total de la magnitud del empuje, el 60% lo recibe el atraque,mientras que el 40% restante lo soporta el terreno natural en el que está alojada la tubería,considerando que se cumplen las especificaciones que se tienen establecidas para la compactacióndel relleno de la zanja. La fórmula señalada es:

C

E F Vol 6.0.

donde:

Vol = Volumen requerido en el atraque, en m3

FE = Fuerza de empuje, en kg

gC = Peso específico del concreto o del material utilizado en el atraque, en kg/m3




fgh5-85

Para nuestro caso se utilizó un valor de 2,200 kg/m3, correspondiente al concreto simple.

Finalmente, determinando el volumen con esta fórmula se proponen las dimensiones necesarias paracubrirlo, considerando que el volumen real del atraque será el obtenido de la cubicación con lasdimensiones propuestas, menos el volumen desalojado por el tubo, que es el correspondiente a lamitad del diámetro exterior de la tubería en toda la base del atraque que se apoya en la tubería.

Análi sis del fl ujo transitor io

Con el propósito de determinar los efectos que se pueden tener en las líneas de impulsión debido a la presencia de un fenómeno transitorio, el cual se origina básicamente por una disminución repentinaen la velocidad de circulación del fluido conducido en ella, como puede ser por el paro súbito de losequipos de bombeo a causa de un corte en el suministro de energía eléctrica o de una equivocaciónen la operación, se realizó un análisis hidráulico con apoyo de un programa de cómputo a través delcual se obtuvo la magnitud de las sobrepresiones y depresiones que se generan por este fenómeno,que también es conocido como golpe de ariete.

Los cálculos que se realizaron consideraron lo establecido en los lineamientos técnicos de laComisión Nacional del Agua, en su libro Conducciones, del Manual de Diseño de Agua Potable,Alcantarillado y Saneamiento. En general, en lo que se refiere a la sobrepresión, los cálculos están basados en la teoría de la celeridad, que consiste en la velocidad de propagación de la onda de presión a través del agua, la cual depende entre otras cosas de la elasticidad del material defabricación de las paredes de la tubería; además se usan el valor del diferencial de velocidad y laaceleración de la gravedad como valor constante.

La ecuación de la celeridad es:

e E

D K +1

K/ =a

donde:

a = Celeridad de la onda de presiones;

K = Módulo de elasticidad del agua;

= Densidad del agua;

E = Módulo de elasticidad del material del tubo;

D = Diámetro interior del tubo;

e = Espesor de las paredes del tubo.

Para el agua, K = 206,700,000 Kg/m2 y = 102 Kg s2/m4

Los módulos de elasticidad para los materiales comerciales son:

E polietileno = 21,090,000 Kg/m2

E pvc = 281,000,000 Kg/m2

Efibrocemento = 3,280,000,000 Kg/m2

Efierro = 20,400,000,000 Kg/m2




fgh5-86

Sustituyendo los valores de K en Kg/m2 y en Kg s2/m4 en la fórmula anterior, se obtiene laceleridad “a” en m/s

e

D

E

K +1

1423.5 =a

Es importante señalar que deben tener las mismas unidades tanto K y E, como D y e.

Otros datos que se requieren para la simulación del fenómeno transitorio en el programa de cómputoson referentes a las características de los equipos de bombeo, tales como su curva de operación(carga-gasto), su potencia y su momento de inercia. Estos datos generalmente se obtienen del propiofabricante del equipo de bombeo que se tenga seleccionado, aunque del que con mayor dificultad sedispone es el momento de inercia; sin embargo es posible calcularlo mediante algunas ecuacionescon las que se cuenta, tales como la de Linton o la del Bureau of Reclamation, en las que intervienela potencia del equipo y su velocidad de rotación.

Al efectuar las corridas del programa de cómputo de análisis transitorio, se consideraron en todoslos casos un paro repentino del equipo de bombeo donde existe una válvula de no retorno.

El procedimiento de diseño es el siguiente:

1. Paro accidental del equipo de bombeo sin dispositivo de alivio, considerando el bombeototal.

2. Si en el paso número 1 se presentan presiones inadecuadas, se buscará el dispositivo dealivio más adecuado para resolver el problema. Esto se logra proponiendo diferentesdimensiones de dispositivos y corriendo el programa para simular el transitorio para un paroaccidental del equipo de bombeo.

3. Revisión del sistema de conducción a flujo transitorio contemplando el dispositivo de alivio

encontrado en el paso 2 para otros escenarios posibles de funcionamiento como son elfuncionamiento de diferentes tanques.Para el presente caso del emisor a presión de las aguas residuales de la ciudad de Miguel Alemán, alrealizar el paso 1 del procedimiento, de la simulación hidráulica se obtiene en la totalidad de laconducción una envolvente de presiones máximas que sobrepasa a la presión de trabajo a flujo permanente, pero sin rebasar la presión de trabajo de la tubería. Se hicieron simulacionesconsiderando tubería de PEAD y tubería de PVC, resultando una presión máxima de 4.3 kg/cm 2,habiéndose propuesto tubería clase RD-21 para el caso de usar PEAD, cuya resistencia nominal esde 5.6 kg/cm2, y Clase 7 para el PVC que soporta hasta 7 kg/cm2. Se anexan a este reporte tablas conlos resultados de las simulaciones del fenómeno transitorio efectuadas con dos programas decómputo, que son el Hammer comercializado por Bentley Systems, y el Ariete creado por el IMTA.

Por lo tanto, al no encontrar presiones inadecuadas no fue necesario buscar dispositivos de alivio para el fenómeno transitorio y realizar nuevas simulaciones con ellos, siendo capaz de soportarlo latubería, tanto para el caso de usar tubería de PEAD en clase RD-21 como de PVC Clase 7.




fgh5-87

5.7 DISEÑO HIDRÁULICO PARA LA INFRAESTRUCTURA PROPUESTA DEALCANTARILLADO

La información detallada de las fórmulas y procedimientos utilizados para el cálculo de los gastos de proyecto para el diseño de la infraestructura de conducción de agua residual se presentan acontinuación, lo cual se reproduce de lo establecido por la Comisión Nacional del Agua en suslineamientos técnicos para la elaboración de estudios y proyectos de alcantarillado sanitario ysaneamiento.

5.7.1 Fórmulas Para el Cálculo de Gastos

Según lo ya mencionado anteriormente, los gastos que se consideran en los proyectos dealcantarillado son: medio, mínimo, máximo instantáneo y máximo extraordinario. Los tres últimosse determinan a partir del primero.

Gasto Medio

La cuantificación del gasto medio de aguas negras en un tramo de la red se hace en función de la

población y de la aportación de aguas negras. Esta aportación se considera como un porcentaje de ladotación de agua potable, que a su vez está en función de los diferentes usos del suelo (comercial,industrial y habitacional).

La expresión para calcular el valor del gasto medio en condiciones normales, es:

Qmed A P

86 400,

Donde:

Qmed = Gasto medio, en l/sA = Aportación de aguas negras, de acuerdo al uso del suelo, en l/hab/díaP = Población de proyecto, en habitantes86,400 = Segundos/día

Para el caso de las zonas industriales o comerciales que aportan al sistema de alcantarilladovolúmenes de consideración, se debe adicionar el gasto de aportación generado por estas zonas algasto medio. En el caso del presente proyecto, no se consideran aportaciones adicionales a lasdomésticas, por lo que no fue necesario realizar cuantificaciones por separado.

Gasto Mínimo

La expresión que generalmente se utiliza para calcular el valor del gasto mínimo es:

Qmin = 0.5*QmedDonde:

Qmin = Gasto mínimo, en l/sQmed = Gasto medio, en l/s

El límite inferior de la fórmula anterior debe ser de 1.5 l/s cuando se tengan en la zona excusados de16 litros de capacidad y 1.0 l/s para excusados de 6 litros. Lo anterior significa que en los tramos




fgh5-88

iniciales de las redes de atarjeas, cuando resulten valores del gasto mínimo menores a 1.5 l/s ó 1.0 l/ssegún sea el caso, se debe adoptar este valor para utilizarlo en el diseño, siguiendo los criterios de laCONAGUA, en sus lineamientos básicos.

Es conveniente mencionar que 1.5 l/s es el gasto que genera la descarga de un excusado con tanquede 16 litros. Considerando que actualmente se dispone de excusados con tanque de 6 litros, su gasto

de descarga es de 1.0 l/s.

Gasto Máximo I nstantáneo

La estimación del gasto máximo instantáneo se hace afectando al gasto medio por el coeficiente devariación máxima instantánea "M" o coeficiente de Harmon, por lo que:

QMI = M*Qmed

Donde:

QMI Gasto máximo instantáneo, en l/sQmed Gasto medio, en l/s

M Coeficiente de variación máxima instantáneaGasto Máximo Extraordinari o

En función de este gasto se determina el diámetro adecuado de los conductos y su valor se calculamultiplicando el gasto máximo instantáneo por el coeficiente de seguridad, es decir:

QME = CS*QMI

Donde:

QME Gasto máximo extraordinario, en l/sCS Coeficiente de seguridadQMI Gasto máximo instantáneo, en l/s

5.7.2 Coeficientes de Variación

Los coeficientes de variación de las aportaciones de aguas negras son dos: uno que cuantifica lavariación máxima instantánea de las aportaciones de aguas negras, y el otro es el de seguridad. Eneste caso, para el primero de los coeficientes señalados, se determinó usar el de Harmon, el cual seaplica al gasto medio, mientras que con el segundo se afecta al gasto máximo instantáneo.

Coefi ciente de Variación Máxima I nstantánea

Para cuantificar la variación máxima instantánea de las aportaciones, se utiliza la fórmula de

Harmon, cuya expresión es:

M= 1+14/(4+P0.5)

Donde:

M Coeficiente de variación máxima instantánea de aguas negras.




fgh5-89

P Población servida acumulada hasta el tramo de tubería considerada, en miles dehabitantes.

El Coeficiente de Variación máxima instantánea, o coeficiente de Harmon, se aplica tomando encuenta las siguientes consideraciones:

- En tramos que presentan una población acumulada menor a los 1,000 habitantes, elcoeficiente se considera constante e igual a 3.8.

- Para una población acumulada mayor de 63,450 habitantes, el coeficiente se consideraconstante e igual a 2.17, es decir, se acepta que su valor a partir de esta cantidad dehabitantes, no sigue la ley de variación establecida por Harmon.

Lo anterior resulta de considerar al alcantarillado como un reflejo de la red de distribución de agua potable ya que el coeficiente "M" se equipara con el coeficiente de variación del gasto máximohorario necesario en un sistema de agua potable, cuyo límite inferior con relación al gasto medio esde 1.40*1.55 = 2.17.

Coef iciente de Segur idad

Generalmente en los proyectos de redes de alcantarillado se considera un margen de seguridadaplicando un coeficiente.

En el caso de rehabilitaciones a una red existente, previendo los excesos en las aportaciones que puede recibir la red, generalmente por concepto de aguas pluviales, se considera un coeficiente que puede ser igual a 1.5.

Para nuevos asentamientos, siempre y cuando se garantice que las aportaciones pluviales de los lotesurbanizados no se conecten a los albañales o a las atarjeas del alcantarillado sanitario, el Coeficientede Seguridad será igual a 1.0.

En el caso de este proyecto, debido a que se trata de una línea nueva que recibirá las descargas deuna red en una zona ya urbanizada, es decir un complemento del alcantarillado, no es posiblegarantizar que el agua pluvial pueda excluirse totalmente del sistema; por lo tanto se toma comoCoeficiente de Seguridad el valor de 1.50.

5.7.3 Velocidades Máximas y Mínimas

Velocidad máxima. La velocidad máxima permisible para evitar erosión en las tuberías, está enfunción del tipo de material que se utilice y sus diferentes valores se presentan más adelante, en laTabla 5-20 5-20 5-20.

Para su revisión se utiliza el gasto máximo extraordinario, considerando el tirante que resulte (a tubo

lleno o parcialmente lleno).Velocidad mínima. La velocidad mínima permisible es de 0.3 m/s, considerando el gasto mínimo ysu tirante correspondiente.

Adicionalmente debe asegurarse que dicho tirante tenga un valor mínimo de 1.0 cm en casos defuertes pendientes y de 1.5 cm en casos normales.

Estas restricciones tienen por objeto evitar el depósito de sedimentos que provoquen azolves ytaponamientos en el tubo.




fgh5-90

Tabla 5-20 Velocidad Máxima Permisible

Tipo de TuberíaVelocidad

Máxima (m/s)

Concreto simple hasta 45cm. de diámetro 3.0Concreto reforzado de 60cm. de diámetro o mayores 3.5

Concreto presforzado 3.5

Asbesto cemento 5.0

Acero galvanizado 5.0

Acero sin revestimiento 5.0

Acero con revestimiento 5.0

P.V.C. (policloruro de vinilo) 5.0

Polietileno de alta densidad 5.0

5.7.4 Fórmulas para Cálculo de Conductos a Presión

Existe una gran variedad de fórmulas para calcular la resistencia al flujo en las tuberías, destacandoentre ellas las de Darcy-Weisbach, Hazen-Williams y Manning.

La CONAGUA, a través del IMTA realizó estudios para definir cuál de estas fórmulas simula mejor los fenómenos de escurrimiento; resultando la ecuación de Darcy-Weisbach como la más adecuada para conducciones a presión, por lo que fue la utilizada en los cálculos del presente proyecto.

La expresión de la fórmula de Darcy-Weisbach es la siguiente:

g

V

D

L f h f

2

2

Donde:hf = Pérdida de energía por fricción, en mf = Coeficiente de fricción (adimensional)L = Longitud de la tubería, en mD = Diámetro interno de la tubería, en mV = Velocidad media del flujo, en m/sG = Aceleración de la gravedad, en m/s2

Para encontrar el valor del coeficiente de fricción “f”, se usa la fórmula de Colebrook - White:

f

D

f Re

51.2

71.3log2

1

Donde:f = Coeficiente de fricción (adimensional)e = Rugosidad del tubo, en mm




D = Diámetro interior del tubo, en mmRe = Número de Reynolds (adimensional)

y el número de Reynolds está dado por la expresión:

Re VD

Donde:

V = Velocidad media, en m/sD = Diámetro interior del tubo, en m = Viscosidad cinemática del agua, en m2/s

La viscosidad cinemática “” varía con la temperatura. Para este caso se asumió el valor de 1x10 -6 m2/s correspondiente a una temperatura en el agua de 20º C.

Se han obtenido expresiones explícitas ajustadas a los resultados de la ecuación de Colebrook -White para poder aprovechar las ventajas que ésta tiene. Dentro de estas expresiones las másrecomendables y con menor porcentaje de error son:

Swamme y Jain:

2

Re

74.5

71.3log

25.0

D

f

Guerrero:

2

Re71.3log

25.0

H

G D

f

Donde:

G = 4.555 y H = 0.8764 para 4000 Re 105 G = 6.732 y H = 0.9104 para 105 Re 3 x 106 G = 8.982 y H = 0.9300 para 3 x 106 Re 108

proyecto de estacion de bombeo

Documents