S-1_Conducciones a Presion

7/29/2019 S-1_Conducciones a Presion

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VII Conducciones a presin Curso SewerCAD/GEMS

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Conductos a Presin yBombas

Hidrulica

Ecuaciones para clculos en tubos a presin Hazen-Williams (US)

Darcy-Weisbach (Europa y LatAm)

Manning (tpico para sifones invertidos y tuberassobrecargadas)

Energa es aadida al sistema por las bombas

Bombas centrfugas son las ms usadas

La energa proporcionada es llamada Carga deBombeo


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Curva caracterstica de la bomba

Relacin entre la energa adicionada

Carga de bombeo es la diferencia entre lapresin del lado de succin y la del lado de ladescarga

Gasto

Carga

Curva del sistema (Caso Simple)

Gasto

Crcamo

de bombeo

Pozo de

descarga

Piezomtrica

bomba

elevacin

prdidas


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Gasto (lps)

Punto de Operacin

de la bomba

Punto de operacin de la bomba

Otros conceptos adicionales

Otras curvas de las bombas Potencia al freno (brake horsepower)

Eficiencia

Carga Neta Positiva en la Succin (NPSHr)

En el diseo de una bomba, el NPSH disponibledebe ser mayor al NPSH requerido

El Motor debe ser de un tamao apropiado


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Eficiencia

Prdidas de energa ocurren cuando sta se

transforma de una forma a otra

Cada transferencia tiene una eficiencia Eficiencia del Motor brake / input power

Eficiencia de la Bomba water / brake power

Eficiencia Hidrulica water / input power

La eficiencia de la bomba vara con el caudal,mientras que la eficiencia del motor permanecerelativamente constante

El punto de mayor eficiencia es el punto ideal deoperacin para una bomba (BEP-Best EfficiencyPoint)

Seleccin de Bomba

h

QGasto dediseo


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Bombas de velocidad variable

La curva de la bomba puede ser modificada paracualquier velocidad y el dimetro del impulsorpuede ser determinado con las leyes de afinidad

2

1

2

1

n

n

Q

Qy

2

2

1

2

1

n

n

h

h

Q = Gasto de la bomba

h = Carga de la bomban = Velocidad de la bomba

Bombas de velocidad variable

Efectos de la velocidad relativa en la curva de labomba


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Aplicaciones en tramos a presin

Plantas obsoletas sustituidas por estaciones debombeo

Tramos a presin usados para acortar rutashacia una red existente, desde una nuevasubdivisin

Se ubican en la parte baja de un desarrollo pararecoger las aguas servidas en un slo punto

Utilizados en terrenos muy planos

Diseo de estacin de bombeo / tramopresurizado

Determinar la necesidad de bombeos

Dimensionamiento de tramos a presin

Tipo de bombeos (constante vs. vsp)

Eficiencia energtica

Tipo de estacin de bombeo

Nmero y tipo de bombas

Dimensionamiento de crcamos de bombeo


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Dimensionamiento de Bombas y tubos

Parmetro clave en diseo velocidades entre0.6 2.4 m/s con velocidad ptima de 1.5 m/s

Capacidad de diseo de la estacin > gasto pico

Una estacin debe ser capaz de bombear elgasto pico con la bomba ms grande, fuera deservicio

Los caudales en la parte aguas arriba de la red,proporcionan una forma de determinar las

aportaciones de diseo (gasto pico) en unaestacin de bombeo

Curvas del sistema

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 200 400 600 800

Q, gpm

h,ft

D=6 in.

8

10

12


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Dimensionamiento de tramos forzados

Estimacin inicial del dimetro

Determine los mejores dimetros con un rangoamplio de caudales

Construya curvas del sistema para cada dimetro

Encuentre dimetros comerciales disponibles queminimicen costos de energa

V

QkD

D = dimetro

Q = Gasto de diseo (pico)

V= Velocidad deseada

k= 0.64 (sist. Ingls) 35.7

Energa vs. Costos de inversin

0

100,000

200,000

300,000

400,000

500,000

600,000

700,000

800,000

0 2 4 6 8 10 12

Diameter, in

PresentWorth,$ PWEnergy

Capital

Total


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Mltiples bombas en tramos a presin

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100

Q, L/s

H,m

All 3 on

2 on

1 on

Tramos a presin y tamao de bombas

Las bombas necesitan ser capaces de operarsobre una variedad de condiciones de flujo

El diseo de las tuberas est controlado por elgasto pico

Si el nivel en el pozo hmedo se incrementa con

las bombas funcionando, entonces los tramos apresin o las bombas deben ser modificadospara garantizar el buen funcionamiento delsistema


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ndices o tasas de bombeo

Los gastos aguas abajo, en un da promedio,puede ser mucho menor que el caudal bombeado

Usar la tasa del gasto pico puede dar tasasexcesivas para tuberas aguas abajo

Estos efectos es mejor simularlos con EPS, elcual rutea los caudales.

Procure que la tasa de bombeo est basada en elgasto medio que llega a la estacin de bombeo

Seleccin de bombas

1. Simule la estacin de bombeo inicialmentecomo influente conocido

2. Utilice caudales conocidos e intente con variosdimetros hasta lograr una gama develocidades razonables.

3. Con todas las bombas encendidas, la velocidaddeber permanecer < 2.5 m/s, pero > 0.6 m/scon 1 bomba operando


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Seleccin de bombas (contina)

4. Con dimetros conocidos, determine elintervalo de piezomtricas a la salida de cadaestacin de bombeo

5. Conociendo las piezomtricas, los niveles delpozo hmedo y los caudales, haga unaseleccin inicial de bombas

6. Inserte las curvas de las bombas seleccionadasen el modelo y simule diferentes situaciones de

operacin

Representando bombas en SewerCAD

3 puntos

Punto de diseo (Design Point)

Potencia constante (Constant horsepower)

Extensin estandar (standard extended)

Extensin personalizada (Custom extended ) Mltiples puntos (Multi point)


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Punto de Diseo (1 Point)

Una bomba puede ser definida con un slopunto de diseo (Hd @ Qd). Desde este punto,la curva se extiende hasta los ejes de carga ygasto mediante la siguiente frmula:

Este tipo de curva es tambin til para diseospreliminares, pero no debe ser usada para un

anlisis definitivo. No es para bombas de flujo axial

Ho = 1.33 x Hd and Qo = 2.00x Qd

Curva de 1 punto

Hd

Qd

h

Q

1.33Hd

2Qd


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Bombas de Potencia Constante

Cuando se desconoce la curva de la bomba, seasume que aade presin al flujo a potenciaconstante Esta aproximacin puede ser prctica para diseos

preliminares y para estimar el tamao de la bomba

No debe ser usada cuando se desean resultados deprecisin

Esta potencia NO es la del motor

Estandar 3 puntos (Standard 3 Point)

Esta curva se define con 3 puntos Carga a gasto nulo (Shutoff head) (Carga mxima

sostenida por la bomba, sin flujo)

Punto de Diseo (Design point)

Punto mximo de operacin (Maximum operating point)(mximo flujo en el que la bomba se desempea demanera predecible)

h

Q


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Extensiones Estandar y Personalizada

Extensin Estndar (Standard Extended) igualque la de 3 puntos, pero con un dato extendidoal punto donde se tiene carga cero. Este puntoes extrapolado por SewerCAD

Extensin personalizada (Custom Extended) -similar a la anterior, pero permite al usuarioingresar el gasto, para carga igual a cero

h

Q

Mltiples puntos

Permite al usuario definir la curva de la bombamediante una tabla Carga vs. Gasto

Usa interpolacin lineal o cuadrtica paraconectar los puntos

Q

h


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Bombas de Desplazamiento Positive

Se usan para bombear polmeros y flujos pesados

Curva muy pronunciada en gasto de operacin

Use mltiples puntos o un nodo con flujo conocido

Q

h

Pozos Hmedos

Proporcionan carga en la succin para evitar laentrada de aire al sistema

Proveen almacenamiento, as las bombas nonecesitan bombear el mismo gasto que ingresa ala estacin de bombeo

El tiempo del ciclo On/off para una bomba develocidad constante es directamente proporcionalal volumen del pozo hmedo

Pueden construirse pozos ms pequeos, cuandose tienen bombas de velocidad variable


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Transicin de sistemas a gravedadhacia estaciones de bombeo

Transicin Hidrolgica Acumula los gastos aguas arriba con flujo local para

determinar el caudal total de aportacin al sistemapresurizado

Transicin Hidrulica del Pozo Hmedo Nivel fijo en el Pozo Hmedo

El nivel inicial de agua en el pozo es usado como condicin defrontera entre el sistema a gravedad y el sistema presurizado

Nivel variable en el Pozo Hmedo Pozo hmedo es ajustado si la carga es insuficiente

Transicin de Sistema Presurizado aSistema por Gravedad

Conservando el Gasto Bombeado Gastos instantneos bombeados son utilizados en los

anlisis de capacidad de los sistemas a gravedad.Llamado conservando el gasto pico

Conservando las Aportaciones Las aportaciones totales del sistema presurizado son

distribuidas al sistema a por gravedad. Llamado tambinconservando el volumen es usado donde ese volumenes requerido para almacenamiento o diseo de plantasde tratamiento

Sin Problemas en SPE


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Puntos Altos Intermedios

Bomba

Expulsinde Aire

Pozo deDescarga

Tubo

LlenoTuboLleno

Lleno con Q altoCanal con Q bajo

Piezom.

Fin

Bombas de otramanera el agua slofluir hacia abajo.

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