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• Carlos Bautista Mendoza

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ULADECH UNIVERSIDAD LOS ANGELES DE

CHIMBOTE

FACULTAD DE

INGENIERÍA Escuela Profesional de Ingeniería Civil

SISTEMA DE BOMBEO DOCENTE: Ph.D Ing. Edgar Paz Perez CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOS II

AUTOR:

BAUTISTA MENDOZA CARLOS GIL MORENO JHON GIL MORENO LUIS MELENDEZ RODRIGUEZ JUAN

2016 CHIMBOTE-PERÚ

INTRODUCCIÓN Siendo el agua muy importante para la vida y para el desarrollo de las comunidades y ciudades, por lo que la ausencia de esta provoca el retraso y afecta en el diario vivir de las personas que viven en estos lugares donde por problemas no porque no tengan agua si no por la dificultad de transportarla desde un nivel bajo a otro de mayor altura. Habiendo tantas soluciones que para solventar esta problemática en trabajo se presenta la alternativa de las Estaciones de Bombeo. Las estaciones de bombeo son un conjunto de estructuras civiles, equipos, tuberías y accesorios, que toman el agua directa o indirectamente de la fuente de abastecimiento o al consumo directo. El sistema deberá contar con dispositivos de control de paro y arranque de los equipos de bombeo., además de válvulas aliviadoras de presión o anticipadoras de golpe de ariete, u otros dispositivos para protección de la tubería de conducción contra la sobrepresión

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Conocer las funciones, componentes y tipos de sistemas de bombeo OBJETIVOS ESPECÍFICOS Desplazar un líquido desde una fuente, ej. Río Desplazar Volúmenes considerables de fluido Incrementar presión a un determinado fluido para un determinado fin

A.PRINCIPIOS DE LOS SISTEMAS DE BOMBEO Un sistema de bombeo, también llamado estación de bombeo, son un conjunto de estructuras civiles, equipos, tuberías y accesorios, que toman el agua directa o indirectamente de la fuente de abastecimiento o al consumo directo. El sistema deberá contar con dispositivos de control de paro y arranque de los equipos de bombeo., además de válvulas aliviadoras de presión o anticipadoras de golpe de ariete, u otros dispositivos para protección de la tubería de conducción contra la sobrepresión Durante el proceso del Diseño de una Estación de Bombeo, se ven involucradas una variedad de profesionales, tales como: ING. CIVIL: Se requerirá el desarrollo de levantamientos topográficos, estudios geotécnicos, hidráulicos, y cálculos estructurales. ING. ELÉCTRICO: Diseño del Centro de control de motores, sistemas de fuerza, energía requerida, entre otros. ING. MECÁNICO: selección de Bombas y motores, instalaciones mecánicas (válvulas, grúas, entre otros accesorios), además el Sistema de ventilación ARQUITÉCTO: La adecuación arquitectónica y paisajística de la edificación destinada a albergar a la estación de bombeo es uno de los factores que no deben ser despreciados en el diseño. B. CONCEPTOS Y TÉRMINOS UTILIZADOS EN LOS SISTEMAS DE BOMBEO El estudio, definición y manejo de sistemas de bombeo involucra términos y conceptos específicos que se definen a continuación para una mayor comprensión del capítulo. 1.

Alturas. Debido a que el propósito de las bombas está relacionado con el transporte

o elevación de líquidos, se tienen tres dimensiones verticales a diferenciar: a. Altura estática de succión o aspiración: Corresponde a la diferencia entre la altura de la superficie del líquido a elevar y la altura del eje de la bomba.

b.

Altura estática de descarga o impulsión: Corresponde a la diferencia de niveles

entre la altura del eje de la bomba y la cota piezométrica superior, es decir, el punto más elevado de la instalación. c.

Altura dinámica total de elevación: Corresponde a la sumatoria de las alturas

estáticas más las pérdidas de carga. Estas últimas están referidas principalmente a las pérdidas de carga por fricción en las conexiones y tuberías.

2.

Aspiración. Es el fenómeno ocurrido al succionar, cuando la bomba se encuentra

ubicada sobre el nivel del líquido. Esta ubicación genera un cierto grado de vacío que hace subir el líquido, pero si la altura máxima de aspiración no se consigue puede ser causada por:

a. Pérdidas de carga por fricción y pérdidas especiales de carga en la aspiración. b. Generación de presión de vapor, que se da cuando la presión absoluta es menor a la presión de vapor del líquido que se eleva, se produce vaporización y se interrumpe el escurrimiento. c. Cavitación, que sucede cuando por una pérdida de presión localizada, el líquido hierve en ese punto de la bomba, formando burbujas o cavidades llenas de vapor, esas cavidades desaparecen cuando las burbujas llegan a regiones de la bomba con mayor presión.

3.

Carga neta de succión o NPSH (Net Positive Suction Head). Es la altura de la

columna que se requiere para mover el líquido sin producir cavitación.

4.

Carga neta de succión disponible o NPSH disponible. Es la diferencia entre la

altura de la presión atmosférica y la altura de aspiración más las pérdidas de carga más la presión de vapor. La NPSH disponible no depende de la bomba sino del sistema hidráulico. 5.

Cebado. Es una operación o actividad que consiste en sacar el aire de la tubería o

conducción de aspiración y de la bomba para que quede llena con líquido y no se generen situaciones de cavitación. 6.

Golpe de Ariete. Fenómeno causado sobre todo el sistema hidráulico originado al

retornarse el agua que hay en la tubería de descarga por parada y/o apagado de la bomba.

Este fenómeno debe prevenirse con la colocación de válvulas de retención, ya que su suceso daña las conducciones, las conexiones y las partes de la bomba. 7.

Presión Atmosférica. Es la presión que ejerce el aire en cualquier punto de la

atmósfera.

C. COMPONENTES ESTRUCTURALES DE UNA ESTACIÓN DE BOMBEO:  SUBESTRUCTURA.  PISO DE OPERACIONES.  SUPERESTRUCTURA.  INSTALACIONES DE DESCARGA.



SUBESTRUCTURA: Los pisos de sumidero y losas de base para los pasos de agua, las paredes exteriores de la estructura , y las paredes del separador de sumidero.



PISO DE OPERACIONES: Es el equipo de manejo de agua y el control eléctrico y mecánico. El operativo se monta en este piso, sometiéndola al peso muerto de los equipos de bombeo y control, y los empujes hidráulicos generados durante la operación de bombeo

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INSTALACIONES DE DESCARGA: Estación situada en la línea de protección suele descargar directamente , ya sea por bombeo a mar abierto o en una cámara de descarga construidos monolíticamente con la estación de bombeo

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SUPERESTRUCTURA: Son comúnmente construidas de concreto armado, o la unidad de mampostería de concreto y / o secciones de pared de ladrillo. En las estructuras de ladrillo o mampostería de concreto, normalmente se proporciona un marco separado dentro de la caja externa para apoyar el puente grúa.

D. ASPECTOS A TOMAR EN CUENTA PARA EL DISEÑO DE UNA ESTACIÓN DE BOMBEO:  Fuente de abastecimiento de agua: superficial o subterránea.  Lugar a donde se impulsará el agua: reservorio de almacenamiento Estudio de Demanda de agua potable de la población y sus variaciones, población beneficiada por el proyecto: actual y futura.  Características geológicas y tipo de suelo del área de emplazamiento de la estación de bombeo.  Nivel de conocimiento de la población que operara el sistema.  Altura dinámica total requerida por el flujo Nombre:  Capacidad de la estación  Energía disponible  Energía requerida  Al volumen de los tanques de almacenamiento se le debe incrementar el equivalente a dos horas de servicio de interrupción de agua (volumen en situación irregular).  En los sectores hidráulicos no deben existir diferencias topográficas superiores a 30 metros. E. TIPOS DE ESTACIONES DE BOMBEO

1. ESTACIONES DE BOMBEO PARA AGUA POTABLE: Instalaciones vinculadas con la extracción, tratamiento, almacenaje y distribución de agua potable. Si la fuente de suministro es subterránea, el bombeo se efectúa desde la base, siendo necesaria la instalación de bombas de pozo profundo, con motor sumergido o con eje extendido accionadas desde la superficie.

2. ESTACIONES DE BOMBEO PARA AGUAS RESIDUALES: Se instalan en los puntos colectores de menor cota geodésica con el objeto de elevar el efluente cloacal hacia la cota que permita efectuar su tratamiento y luego descargar el fluido hacia el cuenco o curso de agua receptor. En general son de cámara húmeda, con bomba sumergida y motor acoplado directamente o con eje extendido y motor exterior.

3. ESTACIONES DE BOMBEO PARA AGUAS PLUVIALES: Tienen la misión de efectuar el drenaje superficial de caudales provenientes de lluvias y transferirlos a zonas de mayor cota geodésica. Esta situación responde al drenaje de zonas inundables, protegidas por defensas especialmente dispuestas para tal fin. F. CLASES DE EQUIPOS PARA BOMBEO DE AGUA RESIDUAL. Hay muchas formas de clasificar las bombas, por ejemplo se pueden catalogar por rangos de volúmenes a manejar o por fluidos a mover, entre otras. Sin embargo, la clasificación más general es en función de la forma en que las bombas imprimen el movimiento al fluido, las separa en dos tipos principales, tal como se indica en la Figura.

Figura . Clasificación de bombas

Fuente. Perry Roberth. 1997

Los principales instrumentos para elevar aguas residuales y pluviales son las bombas helicoidales, las bombas centrífugas y las bombas eyectoras. El funcionamiento de estos es el siguiente:

1.

Las bombas centrífugas son accionadas por motores eléctricos (Figura 33) o de

combustión interna. Son las más usadas y se fabrican para capacidades variadas. En general, tienen altos rendimientos y son las más apropiadas cuando las alturas de bombeo son grandes.

Figura Partes de una bomba centrifuga

Fuente. Adrian Castillo Nava. 2010

El comportamiento hidráulico de estas bombas se basa en los mismos principios que rigen las bombas centrífugas utilizadas para el bombeo de agua limpia. Sin embargo, dado que las aguas residuales y pluviales contienen partículas en suspensión, estas bombas deben tener rotores especiales que permitan el paso de material sólido de un cierto diámetro (inatascables y resistentes a la acción corrosiva), además de registros de inspección a la entrada y salida para permitir su limpieza. 2.

Las bombas eyectoras reciben las aguas residuales sin cribado previo. Están

conformadas por una cámara a la que llega el agua directamente desde un colector alimentador. Cuando el nivel alcanza una cota determinada, un sensor eléctrico activa un

compresor que inyecta aire en la cámara e impulsa el agua por la tubería de salida. Son adecuadas para caudales de bombeo bajos.

3.

Las bombas helicoidales están basadas en el tornillo de Arquímedes (Figura 34),

funcionan al aire libre y, por lo tanto, a presión atmosférica. La altura que debe vencerse corresponde al desnivel existente entre las extremidades del tornillo, colocado en su posición de operación. Estas bombas son adecuadas para caudales importantes y pequeñas alturas de elevación. Su rendimiento es relativamente bajo debido principalmente a fugas entre la hélice y la canaleta que la contiene.

Figura Tornillo de Arquímedes

Fuente. PTAR El Salitre. 2010

G. ESQUEMAS DE SISTEMA DE BOMBEO Cuando en un sistema de tratamiento de aguas residuales se tienen dos o más bombas, estas pueden conectarse de diferentes formas dependiendo del objetivo deseado. Según Zertuche, hay casos en que las necesidades de un sistema exigen que varíe la presión o el gasto, así como los requerimientos de succión y descarga; para ello se emplea el uso de

bombas en serie o en paralelo y con ello se logra el aumento de la eficiencia de dicho sistema. G.1. ESQUEMA DE BOMBEO EN PARALELO Este esquema es útil en situaciones donde se pronostican fluctuaciones significativas de caudal. Para esto, la demanda máxima de caudal se reparte en varias bombas iguales en paralelo (Figura 35) descargando al tiempo en un colector común conectado a la tubería de impulsión. A medida que aumenta el caudal se van prendiendo las bombas de acuerdo a la necesidad. En este caso se suman las capacidades de las bombas y se operan a la misma carga. Figura 35. Esquemas de un sistema de tres bombas en paralelo

Fuente. Autor. 2011

G.2. ESQUEMA DE BOMBEO EN SERIE En este caso se suman las cargas de las bombas a la misma carga, conectando varias bombas una después de la otra (Figura 36) con el fin de lograr un aumento proporcional de la presión total o final del sistema. Así, una tubería de succión se introduce en la fuente de agua y a la entrada de la primera bomba, luego a la salida de esta bomba se conecta la entrada de la siguiente, y así sucesivamente. El caudal va sufriendo sucesivamente una relevación de altura cuando las bombas están distantes y de presión cuando las bombas están una inmediatamente después de la otra. El esquema en serie resulta interesante cuando hay que suministrar alturas elevadas y existe limitación de diámetros.

Figura 36. Esquemas de un sistema de tres bombas en serie

Fuente. Autor. 2011

H. BOMBAS Se establece el tipo de bombas que debe llevar el sistema de tratamiento de aguas residuales, donde se establece que la magnitud y las variaciones de los caudales y los desniveles que deben ser vencidos permiten determinar el tipo de bomba. Para pequeñas estaciones de bombeo pueden adoptarse instalaciones simplificadas con automatización en función de los niveles en el pozo húmedo, para ello deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos: 1. Características del agua residual afluente. 2. Tipo de energía disponible. 3. Espacios requeridos y disponibles. 4. Forma de operación prevista. 5.

Variación en los niveles máximo y mínimo en la succión y la descarga, así como la

variación en los caudales. 6. Compatibilidad con equipos existentes. La estación de bombeo puede estar conformada por varias bombas. Usualmente, éstas están en paralelo en el caso de aguas residuales y lluvias.

H.1. BOMBAS RECIPROCANTES Se basan en dos principios: √ Alta presión, alta eficiencia. √ Auto-cebado X baja vibración, dimensiones físicas, flujo desigual. Se utiliza principalmente para el tratamiento de lodos en la plantas de procesos y aplicaciones de tubería H.1.1.BOMBAS PISTÓN -Dos válvulas y una caja -Un mecanismo de rotación de los pistones alternativos -Utilización de succión para aumentar líquido en la cámara.

H.1.2. BOMBAS DE ÉMBOLO -Dos válvulas de bola en cada lado -Baja presión en la parte superior, alta presión en la parte baja

H.1.3. BOMBAS DE DIAFRAGMA -Se tira del diafragma -Se puede implementar en corazones artificiales

H.2. BOMBAS ROTATIVAS Tipo de desplazamiento positivo √ De alta presión, de alta eficiencia X Los líquidos deben estar exentos de sólidos √ Manejar fluidos viscosos Se utiliza principalmente en quemadores de aceite, jabones y cosméticos, azúcar, jarabe y melaza, tinta, lejías, y aceites minerales H.2.1. BOMBAS DE ENGRANAJE Los dientes engranan y el fluido es forzado a salir desde el espacio entre dientes hacia el puerto de descarga de la bomba.

H.2.2. BOMBAS LÓBULOS -Se consideran de engranajes pero el sistema esta compuesto únicamente por dos, tres o cuatro lóbulos giratorios. -Permiten un alto desplazamiento pero son de alto costo comparado con las demás bombas.

CONCLUSIÓN En conclusión, el sistema de bombeo tiene como propósito fundamental transportar y/o elevar las aguas en la red o en la planta de tratamiento cuando la disposición final del flujo por gravedad no es posible, dependiendo del tipo de bomba, tenemos el diseño del sistema de bombeo

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS  Zertuche Rodríguez Jorge. (2010). Practica 6 – Bombas en serie y paralelo. México: Universidad Anáhuac.  http://es.slideshare.net/WismerAriasArias/consideraciones-arquitectnicas-en-eldiseo-interiorexterior-de-edificaciones-para-bombas-centrfugas  Luis Longo. Sistema de Bombeo[𝐸𝑛 𝑙í𝑛𝑒𝑎] Julio,2012[𝐴𝑐𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑙 07 𝑑𝑒 𝑁𝑜𝑣𝑖𝑒𝑚𝑏𝑟𝑒].Disponible en: https://es.scribd.com/doc/99430747/01-Sistemas-de-Bombeo-IntroduccionSistemas-de-Bombeo Ricardo Posada. Bombas Y Sistemas De Bombeo[𝐸𝑛 𝑙í𝑛𝑒𝑎], Marzo 2010 [𝐴𝑐𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑙 07 𝑑𝑒 𝑁𝑜𝑣𝑖𝑒𝑚𝑏𝑟𝑒] .Disponible en: http://es.slideshare.net/rposadap/bombas-y-sistemas-de-bombeo