Separata EBAR
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Separata EBAR
Perú.
Este trabajo fue realizado como material didáctico para el curso de Agua y
Esta obra, se empezó a desarrollar como ayuda visual, extraído de las publicaciones del
Ing. Roger Agüero Pittman publicados por el CEPIS, con fines de exposición,
posteriormente fue actualizándose, basado con conceptos de otros autores y experiencias
de campo. Este libro ha sido preparado como material de ayuda para fines de académicos
y exposición a mis alumnos de diferentes Universidades y desarrollado para tener una
visión más amplia, más allá de los conceptos de diseño, como son los problemas que se
presentan en campo, con el objeto que los ingenieros que se dedican a la construcción
tengan en cuenta las deficiencias que vienen de proyecto y los aspectos de operación y
mantenimiento de las captaciones de manantial.
Está compuesto por una recopilación académica de los principales temas concernientes a
las captaciones de manantial. Comprende aspectos generales, clasificación, partes, otras
formas de captación, diseño, problemas, consideraciones del Reglamento Nacional de
Edificaciones de mayo de 2006 y la norma técnica de diseño: Opciones Tecnológicas para
sistemas de Saneamiento en el ámbito rural. 2018. RM VCS N° 192-2018-VIVIENDA.
Palabra clave: Partes. Tipos de estaciones. Clasificación de estaciones. Pozo húmedo. Volumen
activo. Criterio de diseño. Dimensionamiento.
1. ASPECTOS GENERALES
1.1. Definición
Las estaciones de bombeo tienen como función trasladar las aguas residuales de un
nivel más bajo a un nivel más alto mediante el empleo de equipos de bombeo.
1.2. Partes
Dependiendo del tipo de Estación sea con tecnología antigua o nueva, estas tienen
en forma general las siguientes partes:
Cámara húmeda o de recolección.
Cámara seca.
Equipo de bombeo (bomba y motor)
Línea de succión
Línea de impulsión.
Árbol de descarga y caseta de válvulas.
Las estaciones con eyector neumáticos son utilizadas para impulsar pequeños
caudales a alturas manométricas reducidas.
La capacidad del eyector varía normalmente de 5 a 15 l/s no pasando de 20 l/s,
considerando que para caudales superiores a esta, el consumo de energía crece demasiado.
Las estaciones con eyector deben ser proyectadas siempre con una unidad de reserva
a fin de asegurar que el servicio no se interrumpa en caso de falla mecánica de una unidad o
durante los períodos en que se torna necesario remover el equipamiento para reparación,
mantenimiento o limpieza.
Las pérdidas de carga en la línea de impulsión pueden ser calculadas por las fórmulas
usuales. Es recomendable que se considere el doble del caudal de proyecto para efectos de
ese cálculo.
El eyector es razonablemente libre de problemas operacionales, mas mecánicamente
es menos eficiente del que la bomba y su eficiencia están limitada a cerca del 15% que es
bastante baja.
Sus principales ventajas son:
El desagüe permanece encerrado durante su paso por el eyector y consecuentemente
no hay escape de gas del desagüe a no ser por el respiro.
El funcionamiento es completamente automático y el eyector solo funciona cuando es
necesario.
El número relativamente pequeño de piezas móviles en contacto con el desagüe
requiere poco mantenimiento.
Los eyectores no se obstruyen fácilmente.
No es necesario el previo cribado del desagüe, pues las válvulas y conductos de
conexión dejan pasar libremente cualquier sólido que entre al desagüe.
El ciclo de operación es de 80 seg, siendo 70 seg para llenado y 10 seg para descarga;
el consumo de energía es de 100 kw/mes.
Figura 1: Estación con eyector neumático
Debido a sus características, las estaciones con bombas de tornillo, generalmente son
utilizadas próximo a estaciones de desagües fuera del área urbanizada.
El proceso de elevación es enteramente visible en todos sus detalles, pudiendo
conducir agua muy poluida sin mayor problema, dispensando inclusive el uso de gradas a la
montante
La cámara de ingreso debe ser proyectada de modo que la distancia entre el nivel de
descarga y el nivel de lanzamiento sea igual al 15% del diámetro externo del tornillo y la
distancia del lanzamiento sea aproximadamente de 50 mm.
Para alcanzar la máxima eficiencia en el bombeo es esencial que la holgura entre las
bombas y el fondo sea el menor posible. Para asegurar la holgura correcta se torna posible
la obtención de un acabado liso, es usual y recomendable que la conformación final del lecho
de fondo del concreto sea ejecutada con una bomba ya instalada. Para las bombas menores
que 750 mm de diámetro de tornillo, se puede utilizar el lecho en capa de acero.
Figura 2: Estación con bomba tornillo sin fin - Planta
2.3.1. Clasificación
Pozo seco:
Conjunto motor-bomba de eje horizontal.
Conjunto vertical de eje prolongado – bomba no sumergida. Conjunto motor bomba
de eje vertical – bomba no sumergida.
Pozo húmedo:
Conjunto vertical de eje prolongado – bomba sumergida.
Conjunto motor bomba sumergido.
Figura 4: Estaciones elevadoras de pozo seco
Vista de una Bomba centrífuga con conjunto bomba motor de eje vertical.
Figura 5: Estaciones elevadoras de pozo seco
a) Conjunto vertical de eje prolongado – bomba sumergible b) Conjunto motor bomba sumergido
Fuente: Concepcao de Sistemas de Esgotos Sanitarios. Departamento de EngenhariaHidraulica
e Sanitaria.
3.1. Introducción
Vutil
Tiempo de llenado máximo tmax= --------
Qmin
Tiempo de bombeo
Vutil
Tiempo de bombeo mínimo t min = --------------
Qb- Qmin
Vutil
Tiempo de bombeo máximo t max = -----------
Qb- Qms
Periodo de retención
Caudales de diseño
Qmin = Q
Qms = K .Q
Qb = K1.Q
a = t1/t
Donde: K y K1 son coeficientes a determinar.
De (1) se tiene:
De donde:
t = Vutil +
KQ Q (K1-1)
t.Q K (K1-1)
Vutil = ----------------- ........................................ (3)
(K1+K+1)
De (2) se tiene:
t1.Q K (K1-K)
Vutil = ------------------- ...................................... (4)
(K1-K+1)
De manera que tratando de resolver la ecuación para hallar K1, se tiene la siguiente
ecuación cuadrática:
(K-a) K 12 + (a-k2) K1 + K(K-1) (1+a) = 0
Esta ecuación, tendrá un resultado siempre y cuando se cumpla que:
(a-K2 )2 > 4(K-a) K (K-1) (1+a)
De manera que si se cumple la condición, la solución será:
- b +/- √ b2 – 4ac
K1 = ------------------------
2a
(2) Alcantarillado y Drenaje Pluvial. Tomo I. Arias Govea, Eduardo. Primera Edición. 1995.
3.5. Cálculo del volumen útil mínimo en pozos con una sola bomba (4)
El valor M para las bombas pequeñas suele estar en alrededor de los 15 arranques/hora,
para motores de gran potencia suele reducirse hasta 5 arranques/hora como máximo.
En la fase de llenado:
Tiempo de llenado Tll = Vutil/Qin
Donde:
Tll es el tiempo de llenado (variable).
Qin es el caudal de ingreso (variable).
En la fase de vaciado:
Tiempo de bombeo Tb = Vutil/ (Qb-Qin)
Donde:
Tb es el tiempo de bombeo
Qb es el caudal de bombeo
Qin es el caudal de ingreso
Entonces el tiempo ciclo queda definido por la expresión:
1 1
Tc = Vutil +
Qin Qb -Qin
Para hallar el tiempo ciclo mínimo, derivamos esta función respecto del caudal que es
el parámetro que definirá constructivamente el pozo.
dTc 1 1
= Vutil +
dQin Qin2 (Qb –Qin)2
dTc Qb
------- = 0 Qin2 = (Qb-Qin)2 Qin = --------
dQin2 2
Entonces.
El tiempo mínimo ciclo será el correspondiente a Qb. Ese tiempo quedara definido
como:
Tc (Qb/2) = V x (4/Qb)
De donde:
Qb
Vutil min = Tc min x ------
4
3.5.2. Cálculo del volumen útil mínimo en pozos con dos o más bombas
Vutil min
Vtot = ------------ + (n-1) x ΔH x S
n
La velocidad del agua en la entrada del tubo de aspiración debe ser inferior a 0.90
m/seg.
La profundidad útil en la cisterna o depósito de bombeo, o sea, la altura entre el nivel
mínimo y la unión de la rejilla o a la boca de entrada de la tubería debe ser igual o superior a
los límites siguientes (3):
Para el cálculo del NPSH se debe fijar un nivel de referencia con respecto a la bomba.
En las bombas que trabajan horizontalmente (eje horizontal) el plano de referencia se localiza
a través del centro del eje y en las bombas verticales (eje vertical) a través del plano que
atraviesa la parte mas inferior de los alabes del impulsor, en caso de tener mas de un impulsor
se considerara la ubicación del inferior (véase figura 2).
Otras causas de cavitación en bombas son las excesivas revoluciones del rotor. En
este caso se debe verificar que la velocidad específica de operación no sobrepase la máxima
dada por el fabricante.
V2
h >= ------- + 0.20
2g
h
h
>= 0.5 D
3.8. Fragilidad
Revisión:
Estaciones de Bombeo.
Octubre 2022
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