Evaluación y diagnóstico de bombeo y depósitos de almacenamiento del sistema de agua potable de Loja

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UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA

"La Vnveisiafa(Cató&adeLoja"

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

"EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE

BOMBEO Y DEPÓSITOS DE ALMACENAMIENTO DEL

SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA"

Tesis de grado previa a la obtención del título delngelniero Civil

AUTOR:

FLAVIO DARÍO IDROBO SILVA

DIRECTOR:

HOLGER M. BENAVIDES MUÑOZ

CERTIFICACIÓN

Holger M. Benavides Muñoz.

DOCENTE INVESTIGADOR DE LA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

CERTIFICA:

Haber dirigido, revisado y aprobado la tesis previa a la obtención del título de Ingeniero Civil, presentada por el señor Flavio Darío Idrobo Silva; titulada: «

EVALUACIÓN Y

DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS DE

ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD

DE

Holger M. Benavides Muñoz.

CESIÓN DE DERECHOS

Yo, Flavio Darío Idrobo Silva, declaro conocer y aceptar la disposición del artículo . 67 del Estatuto Orgánico de la Universidad Técnica Particular de Loja que en su parte pertinente textualmente dice: "Forman parte del patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de investigaciones, trabajos científicos o técnicos y tesis de grado que se realicen a través, o con el apoyo financiero académico o institucional operativo de la Universidad".

¿

Idrobo Silva Autor

AUTORÍA

La responsabilidad de la información recopilada, análisis, cálculos, resultados,

conclusiones y recomendaciones que se exponen en el presente texto son de

exclusiva responsabilidad del autor.

Flévió Darío Idrobo Silva

Autor

AGRADECIMIENTO

DEDICATORIA

Dedico el presente trabajo a mis padres, Esther y Rodrigo; a mis hermanos;

Jaime Rodrigo, María Esther, Darincka Daniela.

Flavio Darío Idrobo Silva

"EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA

ÍNDICE

CONTENIDO

CERTIFICACIÓN ... ji

CESIÓN DE DERECHOS ... ... iii

AUTORÍA... iv

AGRADECIMIENTO

...

.

... y

DEDICATORIA...vi

CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN

1.1. RESUMEN ... i

1.2. PLANTEAMINETO DEL PROBLEMA ... 1

1.3. INTRODUCCIÓN ... 2

1.4. OBGETIVOS.. ... ..3

1,4.1. OBJETIVO GENERAL ... ... 3

1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 3

1.5.

HIPÓTESIS ... . ... . ... ...4

1.6. ANTECEDENTES ... 5

1.7. JUSTIFICACIÓN ... 6

CAPÍTULO LI

ESTACIONES DE BOMBEO

2.1 DEFINICIÓN DE ESTACIÓN

...6

2.2 TIPOS DE BOMBAS...7

2.2.1 Bombas volumétricas...7

\•:')

"EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA

2.2.2 Bombas centrífugas.: ... . ... 7

2.2.2.1 Bomba tipo instalada en trece estaciones de bombeo...10

2.2.2.2 Bomba tipo instalada en dos estaciones de bombeo...11

2.3 CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA...12

2.4 CURVA CARACTERÍSTICA DE UNA INSTALACIÓN ... 13

2.5 SELECCIÓN APROPIADA DE UNA BOMBA ... 14

2.6 ALTURA DE ELEVACIÓN DE UNA BOMBA...17

2.7 FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS EN PARALELO...19

2.8 FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS EN SERIE...21

2.9 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN EN LAS ESTACIONES DE BOMBEO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA...22

2.9.1. Formato para la obtención de información ... 22

2.9.2 Información eléctrica...24

2.9.3 Determinación de las coordenadas ... . ... 24

2.10 CÁLCULO DE LAS CURVAS CARACTERÍSTICAS DE LOS CONJUNTOS MOTOR—BOMBA...25

2.10.1 Aforo ala salida de la impulsión ... 25

2.10.2 Cálculo de la altura total de elevación...27

2.10.3 Cálculo de las pérdidas locales y por fricción en la columna de succión e impulsión... . ... 27

2.10.3.1 Cálculo de las pérdidas por fricción ... 28

2.10.3.2 Cálculo de las pérdidas locales ... . ... 29

2.10.4 Cálculo de la curva característica de cada motor-bomba, para estaciones en las que se da el funcionamiento en paralelo ... . ... 38

2.10.5 Cálculo de la curva característica para bombas que funcionan en paralelo ...41

2.10.6 Cálculo de la curva característica de cada motor-bomba, para estaciones en las que no es posible el funcionamiento en paralelo...41

2.10.7 Cálculo de la curva resistiva del sistema lir ... 43

2.12 EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA...44

2.12.1 Evaluación y diagnóstico del diseño ... 44

"EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA

2.12.2 Evaluación y diagnóstico físico ...

2.12.3 Evaluación y diagnóstico eléctrico...

46

CAPÍTULO III

DEPÓSITOS DE ALMACENAMIENTO

3.1

INT1WDUCCIÓN... . ... 48

3.2

CLASES DE DEPÓSITOS DE ALMACENAMIENTO...48

3.3 VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO PARA DEPÓSITOS DE

ALMACENAMIENTO ... . ... 49

3.3.1

Volumen de regulación ... . ...

3.3.2 Volumen de protección contra incendios...

3.4

ALMACENAMIENTO...

51

3.4.1 .Depósitos superficiales...51

3.4.1 Depósitos elevados...52

3.5 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN DE LOS DEPÓSITOS DE

ALMACENAMIENTO

...53

3.5.1

Formato usado para la obtención de información . ... 54

Ensayos de calidad del agua que se realizan en los depósitos de

almacenamiento ... 55

3.5.3

Lectura de los macromedidores en los depósitos de almacenamiento...

3.6 EVALUACIÓN Y

ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD

DELOJA...

3.6.1 Evaluación y diagnóstico del diseño de los depósitos de

almacenamiento...57

3.6.2

Evaluación y diagnóstico

REVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA

-CAPÍTULO IV

CONTROL DE CALIDAD DEL AGUA POTABLE

4.1

INTRODUCCIÓN ... . ...

4.2 PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD DEL AGUA...59

4.3 NORMAS DE CALIDAD DEL AGUA ... 60

4.3.1 Calidad física ... 60

4.3.2 Calidad Quimi.. ... 61

4.3.3 Calidad bacteriológica ... ... 62

4.4 EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LA CALIDAD DE AGUA EN ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA ... 63

CAPÍTULO

5.1.1 Requerimientos mínimos de 11W y SW para la Ejecución del sistema...77

5.2 MANUAL PARA EL USO DE LA BASE DE TATOS ... 77

5.2.1 Información general del sistema...77

5.2.2 Administración de los DA...79

5.2.3 Consumo de agua...81

5.2.4 Imágenes de los Depósitos...85

5.2.5 Calidad del agua...86

5.2.6 Administración de las Estaciones de bombeo de agua...93

"EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA

5.2.7

Consumo de Energía...

5.3

FLUJOGRAMA DE PROGRAMACIÓN ...

CAPÍTULO

VI

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

.1

_{CONCLUSIONES...103}

6.1.1 Conclusiones de los objetivos ... 103

6.1.2 Conclusiones de la hipótesis...104

6.2

_{RECOMENDACIONES ... 105}

6.2.1 Recomendaciones para EB...105

62.2 Recomendaciones para DA...105

6.2.3

_...106

6.3

BIBLIOGRAFÍA ... 107

ANEXOS

%UiiCL..R J)JO•JA

CAPITULO 1

"EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS ₁ DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA

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CAPÍTULO 1

1.1 RESUMEN

Las estaciones de bombeo (EB) y depósitos de almacenamiento (DA) del sistema de agua potable de la ciudad de Loja fueron construidos ya hace varios años, debido a esto es necesario realizar una evaluación física, hidráulica y eléctrica que permita verificar la calidad del agua y el comportamiento hidráulico actual de los componentes antes mencionados.

Con el objeto de conocer las características hidráulicas de las EB se realizó los ensayos y cálculos correspondientes para determinar las curvas características de cada uno de los conjuntos motor-bomba instalados en el sistema de agua potable de la ciudad de Loja.

Se efectuó un análisis comparativo de los resultados de los ensayos realizados por el laboratorio de la unidad municipal de agua potable y alcantarillado (UMAPAL) con los valores recomendados por las normas de calidad del agua vigentes en el país, con la finalidad de emitir un diagnóstico que fundamente las recomendaciones para el mejoramiento de la eficiencia de los nudos hidráulicos investigados.

Con la finalidad de aprovechar en gran medida los datos recolectados por el laboratorio y los operadores de los DA y EB se construyó una base de datos informática, la misma que será de gran utilidad al momento de interpretar datos de consumo y calidad del agua potable distribuida.

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En la actualidad, en la ciudad de Loja es necesario realizar una evaluación del funcionamiento de las EB y de las características funcionales de los DA del

1 !(

+ ) EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS

DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA •i•;I'

sistema de agua' potable, para Conocer si cumplen con las normas de cantidad y

calidad de agua para consumo humano.

El agua en las EB y en cualquier tipo de almacenamiento debe ser evaluada

constantemente ya que está expuesta a una variedad de contaminantes químicos,

físicos y bacteriológicos.

1.3 INTRODUCCIÓN

Las EB son estructuras destinadas a elevar un fluido desde un nivel energético

inicial a un nivel energético mayor. Su uso es muy extendido en los campos de la

ingeniería, así, se utilizan en:

• Redes de abastecimiento de agua potable, donde su uso es casi obligatorio,

salvo en situaciones de centros poblados próximos de cadenas montañosas,

con manantiales situados en una ceta mayor;

• En muchas plantas de tratamiento tanto de agua potable como de aguas

servidas, cuando no se dispone de desniveles suficientes en el terreno.'

Un equipo de bombeo es un transformador de energía; recibe energía mecánica

que puede proceder de

motor eléctrico, térmico, etc. y la transforma en

energía, que un fluido adquiere en forma de presión, de posición o elevación.

Las bombas que se utilizan para mover líquidos pueden ser:

e Bombas volumétricas

e Bombas rotodinámicas

Bombas rotodinámicas.- Funcionan apoyándose en el principio de incrementar la

cantidad de movimiento angular del líquido, es decir, incrementar la energía

Resumido de: http/www.galeon.comJbombas.

2

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•

"ALUACIÓN Y DIAGNÓSCO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS ¡ _{DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA}

cinética del líquido mediante un rotor, para transformar, esa energía en una de presión, mediante la disminución de la velocidad de escurrimiento del líquido.2

Un DA se define como un tanque cerrado en el cual se mantiene una provisión de agua suficiente para cubrir las variaciones horarias de consumo, la demanda para combatir incendios, la demanda de agua durante emergencias, conseguir presiones recomendadas por las normas, optimizar el bombeo, para disminuir costo energético y regular caudales.

El volumen de almacenamiento se calcula en función de la demanda requerida por el número de usuarios; considerando los volúmenes de regulación, emergencia e incendio.

El DA preferentemente debe ser ubicado en el centro de gravedad de la demanda a mínimo 10 m sobre el punto más alto de la población para garantizar las presiones.3

1.4 OBJETIVOS

1.4.1 Objetivo general

• Evaluar y diagnosticar las EB y DA que forman parte del sistema de agua potable de la ciudad de Loja.

1.4.2 Objetivos específicos

• Caracterizar los DA del sistema de agua potable de la ciudad de Loja.

2Resumido de: ZUBICARAY Viejo.2000. "Bombas: teoría diseño y aplicación", Editorial Limusa. México

DF. Idioma Español. Página 13

Resumido de: Ex LEOS.1993. "Normas para el estudio y diseño de sistemas de agua potable y disposición de aguas residuales para poblaciones mayores a 1000 habitantes. Industrias de artes gráficas. Idioma Español. Página 252 -253

3

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"EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA

• Evaluar en los DA 'la cantidad y calidad de agua almacenada y distribuida.

• Caracterizar las EB (tiempo de bombeo, consumo energético, volúmenes de bombeo diario y estructuras para prevención de fenómenos transitorios.)

• Evaluar la calidad del agua trasegada en las EB.

1.5 HIPÓTESIS

• Los DA están libres de fugas.

• Los DA cumplen con las normas constructivas recomendadas.

• La limpieza de los depósitos se realiza de acuerdo a un cronograma establecido por la Unidad Municipal de Agua Potable y Alcantarillado (UMAPAL).

• La calidad de agua distribuida mediante EB y DA de agua cumplen con las especificaciones técnicas.

• La UMAPAL realiza los análisis de calidad de agua recomendados por las normas, tanto en los depósitos de almacenamiento como en las estaciones de bombeo.

• Las lecturas de los macromedidores de los depósitos de almacenamiento son archivadas en una base de datos para una posterior interpretación y uso.

• Los conjuntos motor-bomba de las EB reciben un buen

mantenimiento.

• El gasto energético en las EB está acorde al rendimiento de las bombas.

4

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"ALUACIÓN Y DIAGNÓSCO DE LAS ESTACIONES DE BÓMBEO Y DEPÓSITOS

DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA _J/

1.6 ANTECEDENTES

Las EB y DA forman parte del sistema de agua potable de Ja ciudad de Loja, realizar una evaluación, diagnóstico y/o actualización de datos permitirá identificar las principales falencias que actualmente se dan en estos dos nudos hidráulicos., De esta manera se podrá tomar los correctivos necesarios con la finalidad de mejorar Ja calidad del servicio y optimizar el funcionamiento de estos.

1.7 JUSTIFICACIÓN

El incremento de la demanda de agua potable en la ciudad y fuentes de abastecimiento escasas, requiere contar con un sistema de agua potable eficiente, en donde las EB y los DA, cumplan con los requerimientos y la normativa establecida.

Por lo tanto es necesario contar con la suficiente información técnica sobre el estado actual de las unidades del sistema, para de esta manera propender a realizar mejoras que permitan mejorar el servicio y optimizar la _{operación de los} mismos.

5

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"EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y ÓEPÓSITÓS

j

CAPITULO II

ESTACIONES DE BOMBEO

2.1 DEFINICIÓN DE ESTACIÓN DE BOMBEO

Las EB son estructuras destinadas a elevar un fluido desde un nivel energético inicial a un nivel energético mayor; esto se logra mediante el uso de equipos para bombeo, (os cuales pueden ser de diferentes tipos dependiendo de (as condiciones de trabajo a las cuales van a estar sometidas. El uso de estaciones de bombeo es muy extendido en los campos de la ingeniería, así, se utilizan en:

e Redes de abastecimiento de agua potable, donde su uso es casi

obligatorio, salvo en situaciones de centros poblados próximos a cadenas montañosas, con manantiales situados en una cota mayor. e En muchas plantas de tratamiento tanto de agua potable como de

aguas servidas cuando no se dispone de desniveles suficientes en el terreno.

e En sistemas hidráulicos donde se necesita incrementar la presión y

velocidad.

Un equipo de bombeo o motor-bomba es un transformador de energía; recibe energía mecánica que puede proceder de un motor eléctrico, térmico, etc. y la transforma en energía, que un fluido adquiere en forma de presión, de posición o elevación.'

4Resumido de: http/www.galeon.coni/bombas.

6

:\JJ)J) FÉCNICA J'ARUCI LR DE- LOJA

«EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS j DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA

2.2 TIPOS DE BOMBAS

Las bombas que se utilizan para mover líquidos se dividen en dos grandes grupos según su principio de funcionamiento y estos son:

. Bombas volumétricas.

• Bombas rotodinámicas o centrífugas.

2.2.1 Bombas volumétricas

Estas mueven el fluido mediante la variación periódica de un volumen, bombean una determinada cantidad de fluido en cada ciclo, en consecuencia, el volumen impulsado por estas es intermitente a menos que se instale un número suficiente de bombas para asegurar la uniformidad en el flujo.

Dentro de esta clasificación las más usuales son:

• Bombas volumétricas de émbolo. • Bombas volumétricas de diafragma.

2.2.2 Bombas centrífugas

Una bomba centrífuga es un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor rotatorio llamado rodete en energía cinética y potencial. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos álabes para conducir

el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno de su forma lo conduce hacia la salida o hacia el siguiente rodete (siguiente etapa).

Aunque la fuerza centrífuga producida depende tanto de la velocidad en la periferia del impulsor como de la densidad del líquido, la energía que se aplica por unidad de masa del líquido es independiente de la densidad del líquido. Por tanto,

7

!CNIC\ I'RI'CL1,%R DE LOJA

---) «EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTiCO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y o pÓsiros J DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA _J/

en una bomba dada que funcione a cierta velocidad y qe maneje un volumen definido de líquido, la energía que se aplica y transfiere al líquido, es la misma para cualquier líquido sin que importe su densidad. Por tanto, la carga o energía de la bomba se debe expresar en pies o en metros y es por eso por lo que se denomina genéricamente como "altura".

Las bombas centrífugas tienen un uso muy extenso en la industria ya que son adecuadas casi para cualquier servicio. Las más comunes son las que están construidas con un único rodete, que abarcan capacidades hasta los 500 m3Ih y

alturas manométricas hasta tos 100 metros, con motores eléctricos de velocidad estándar. Estas bombas se suelen montar horizontales, pero también pueden estar verticales y para alcanzar mayores alturas se fabrican disponiendo varios rodetes sucesivos en un mismo cuerpo de bomba. De esta forma se acumulan las presiones parciales que ofrece cada uno de ellos. En este caso se habla dé bomba multifásica o multietapa, pudiéndose lograr de este modo alturas mucho mayores.

No hay válvulas en las bombas de tipo centrífugo; el flujo es uniforme y libre de pulsaciones de baja frecuencia. Los impulsores convencionales de bombas centrífugas se limitan a velocidades en el orden dé 3500-8000 rpm.

Las bombas centrífugas pueden clasificarse según diferentes criterios:

> Si se considera la dirección del flujo al atravesar el rotor, se pueden clasificar en:

. Bombas de flujo radial, . Bombas de flujo radiaxial, . Bombas de flujo axial.

> Por el caudal que entrega, las bombas se dividen en dos grandes categorías:

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DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA 11

. Bombas de caudal fijo.

. Bombas de caudal variable.

) Por el número de rodetes:

• Monofásicas. • Multietapa.

Debido a que en la presente investigación, únicamente se observó el uso de bombas centrifugas impulsadas por motores eléctricos de velocidad constante, seguidamente se hará un estudio más detallado de estas.5

Fig. 1: Corte esquemático de una bomba centrífuga

FUENTE: Ricardo Alfredo López Cualla. 2000. "ELEMENTOS DE DISEÑO PARA ACUEDUCTOS Y

ALCANTARILLADOS", Editorial Escuela Colombiana de Ingenierla. Idioma Español Pág. 137.

Resumido de:

- ZLJBICARAY Viejo.2000. "Bombas: teorfa diseño y aplicación", Editorial Limusa. México DF. Idioma Español. Página 16

- http://es.wikipedia.org/bombas centrifugas.

9

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"EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BÓMBEÓ Y DEPÓSITOS

DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA _{1/ l}

2.2.21 Bomba tipo instaladaen trece estaciones de bombeo

La bomba centrífuga (BC) usada en trece EB, corresponde a una bomba monofásica de flujo radial y caudal fijo, instalada de manera horizontal A continuación se detallan tos conceptos de cada una de las características de interés en esta bomba.

Monofásica.- Se dice que una bomba es monofásica cuando consta de un solo rodete, el mismo que acelera el fluido dando paso a un aumento en la energía de este.

Flujo radial.- El tipo flujo se refiere a la manera en la que el líquido se mueve al pasar por la BC; el flujo radial se da cuando las partículas del fluido son aceleradas de manera angular provocando una circulación forzada a lo largo de las paredes de la carcasa hasta llegar a un punto de alivio llamado boquilla de impulsión.

Caudal fijo.- Debido a que todas las estaciones de bombeo cumplen fines exclusivos de elevación todas las bombas son de velocidad constante, es decir el caudal bombeado es constante con respecto al tiempo.

Fig. 2: Motor-bomba centrifuga tipo instalada en trece estaciones de bombeo

FUENTE: http:llwww.gunt.delbombas

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DIAGNÓSCO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS

J

1 _{DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA}

2.2.2.2 Bomba tipo instalada'en dos estaciones de bombeo

La bomba centrífuga (BC) usada en dos EB, corresponde a una bomba multietapa de caudal fijo, instalada de manera horizontal.

Bomba multietapa.- Estas BC tienen conexiones consecutivas de vanos rodetes ya que de esta forma se pueden establecer presiones de impulsión muy elevadas. Este tipo de bomba se rige exactamente por el mismo principio de la centrífuga y las proporciones del rodete son muy semejantes, consta de un cierto número de rodetes montados en serie, de modo que el agua entra paralelamente al eje y sale en dirección radial.

La elevada energía cinética del agua a la salida del rodete se convierte en energía de presión por medio de una corona difusora formada por álabes directores divergentes. Un conducto en forma de US conduce el agua en sentido centrípeto hacia el ojo del rodete siguiente.

El proceso se repite en cada escalonamiento hasta llegar a la salida. Si se aplica un número suficiente de escalonamientos, puede llegarse a obtener una cota de 1220 m. De hecho, la ceta máxima vendrá probablemente dictada por el costo de reforzamiento de la tubería más que por cualquier limitación de la bomba.6

Fig. 3: Representación esquemática de una bomba centrífuga multietapa

FUENTE: httpJ/wwwgunt.deIbombas

6Resumido de: http:I/www.gunt.de/bombas centrifugas.

11

PARTICULAR 013 LOJA

H (m) H (m)

00/S)

"EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS _{1 L.} DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA

2.3 CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA

Una curva característica es la representación gráfica de una variable específica M rendimiento de una bomba. Interpretar estas gráficas puede ser Útil, tanto para especificar las bombas para una aplicación, como para determinar si una bomba que ya ha sido instalada está rindiendo al nivel de su capacidad.

Para las aplicaciones de bombeo de agua, existen varios tipos curvas, los cuales únicamente se diferencian por la información adicional que ofrecen, a continuación se ilustra la clásica curva de una bomba para distintos rangos de potencia, en ella se incluyen la presión neta positiva de succión (NPSH) y la eficiencia.

Fig. 4: Esquema de una curva característica de una bomba

FUENTE: El autor, adaptación de Jacuzzi Bross., D Series, Modelo DBI, 1" Discharge x 144 Suction, Catalog MS58B.

En este gráfico se puede observar tres tipos de curvas, tres de ellas en línea gruesa corresponden al comportamiento de una bomba que puede ser impulsada por motores de diferente potencia, de estas curvas se puede obtener el caudal para diferentes alturas.

12

"EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS J DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA

Las figuras en líneas finas representan la zona en la que se obtendrá mayor eficiencia, para efectos de diseño se procurará en lo posible mantener el flujo de agua en el ojo de la bomba.

En el caso de las bombas de superficie, o bombas de refuerzo, se añade otra línea a la gráfica. Esta línea aparece en la parte inferior del grafico y se conoce como el campo NPSH o de "presión neta positiva de succión" y sirve para escoger la profundidad de succión.

2.4 CURVA CARACTERISTICA DE UNA INSTALACIÓN

Se llama curva característica de una instalación a aquella que, representa las demandas hidrosanitanas de altura y caudal del sistema. En esta curva, también, se incluye el punto P que corresponde a la altura requerida con su respectivo caudal pico.

Fig. 5: Esquema de una curva caracteristica para una instalación

FUENTE: El Autor. Adaptación de: Manuel Roca Suárez Juan, Carratalá Fuentes, Javier Solis Robaina. Fontanerfa "Bombas centrifugas e hidrocompresores". Departamento de construcción arquitectónica Escuela

Técnica Superior de Arquitectura Las Palmas de Gran Canaria. Idioma Espaflol. Páginas 7 Fig. 10

13

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Ç) "EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS J 1 ( DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA _¡/

Si nos fijamos en la curva la situación P correspondiente al caudal punta Qp, H será:

H= Hg + Hr + Hf

Ec.(1)

Donde:

H - altura total de elevación

Hg - columna estática total

Hr presión residual.

Hf - pérdidas de carga hasta el punto P

2.5 SELECCIÓN APROPIADA DE UNA BOMBA

Al seleccionar bombas para una aplicación dada, tenemos vanas bombas entré las que elegir. Se hará lo posible para seleccionar una bomba que opere con un rendimiento relativamente alto para las condiciones de funcionamiento dadas.

Otras posibilidades son el uso de bombas multietapa, bombas en serie, bombas en paralelo, etc. Incluso, bajo ciertas condiciones, limitar el flujo en el sistema puede producir ahorros de energía.

El objetivo es seleccionar una bomba y su velocidad de modo que las características de funcionamiento de la bomba en relación al sistema en el cual opera sean tales que el punto de funcionamiento esté cerca del PMR (punto de máximo de rendimiento).

La curva de la bomba puede modificarse cambiando la velocidad de funcionamiento de una bomba dada o seleccionando una bomba distinta con características de funcionamiento diferentes.

En el cuadro N111 se muestra una guía básica a seguir para la elección correcta de la bomba a instalar.

14

"EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO , Y DEPÓSITOS

J L

ci ccc Cuadro. 1: Formulario a considerar para adquirir una bomba

CARACTERISTICAS DEL EQUIPO 1 OBSERVACIONES

Aplicación

-Altura sobre nivel mar (m.s.nm.)

CARACTERISI1CAS DEL LIQUIDO ¡OBSERVACIONES

Tipo de Liquido - -

-Agentes Corrosivos

-Concentración

-Viscosidad

-Gravedad especffica liquido

-pH del liquido -

-Temperatura líquido C

¿Hay sólidos presentes? Sil No: Porcentaje:

Granulonietria: CARACTER STICAS DE LA INSTALACIÓN ¡OBSERVACIONES

0 mt, tubo / mocil?. (sVno) - -

-Energía eléct. Volts / l-lz -

-Bomba actual / rpm

-Motor actual Hp / rpm - -

-CARACTERIS11CAS DE OPERACIÓN 1 OBSERVACIONES Caudal O (m3/hora)

1) Volumen (m) -

-2)Tiempo (minutos) -

-3)P descarga (PSI) - -

-4)1 tubería ImJ / 0" int.tub. -

-5)N° codos! válv. descarg. - -

-6)N" codos! vélv. succión - -

-EQUIPO SELECCIONADO/ OBSERVACIONES Bomba

0 impulsor [mm) - -

-rpmbomba - -

-Eficacla%

-Potencia al eje (KW) - -

-Material de cercase -

-Material del impulsor - -

-Material del eje -

-Modelo de sello/caras -

-Presión máx. trabajo - psfl

-Motor requerido IKWI

FUENTE: www.monografias.com/bombas introducción

15

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Para seleccionar una bomba, en lo referente al aspectó hidráulico, se debe calcular la presión dinámica requerida y el caudal de impulsión. Es necesario trazar una línea desde el punto en el eje vertical Y que muestra la presión requerida paralela al eje horizontal X; luego se debe seleccionar el flujo necesario y trazar una línea desde ese punto, paralelo al eje vertical, es decir, el eje Y.

Ahora representemos simultáneamente la curva de demanda de un sistema y la curva característica de una bomba, la bomba será la adecuada para cubrir las demandas de la instalación cuando la curva de la bomba "cubra" el punto P de la curva de la instalación. Al punto O de intersección se le denomina punto de operación de la bomba.7

Fig. 6: Esquema de una curva característica de una instalación y una bomba

FUENTE: El Autor. Adaptación de: Manuel Roca Suárez Juan, Carratalá fluentes, Javier Solls Robaina. Fontanería "Bombas centrífugas e hidrocompresores". Departamento de construcción arquitectónica escuela técnica superior de arquitectura las palmas de gran canaria. Idioma Español. Páginas 9 Fig. 13

7 Resumido de: http://www.monografias .com /bombas de agua.

16 1 (:r'.(:, 'J J1(ilJAR DE IOJí

«EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA

2.6 ALTURA DE ELEVACIÓN DE UNA BOMBA

La altura total de elevación de una bomba, en cualquiera de los puntos de su curva Q-H, está formada por la altura de succión H(s) y la altura de impulsión H(i).

Ahora bien ambas tienen una componente estática E y una componente dinámica D, la componente estática del tramo de succión es la altura geométrica desde la superficie del líquido hasta el eje de la bomba, mientras que la del tramo de impulsión ha de ser la altura geométrica desde el eje de la bomba hasta el punto de agua más desfavorable.

Por su parte la componente dinámica en el tramo de succión ha de ser la presión necesaria para vencer las pérdidas del tramo de succión Hp(s), mientras que la componente dinámica del tramo de impulsión ha de ser la presión necesaria para vencer Las pérdidas del tramo de impulsión Hp(i) más la presión residual Hr exigible al punto de agua más desfavorable.

Llamando H a la altura total de elevación y Hf a las perdidas de carga podemos escribir:

H = Hf+Hg+Hr

Donde:

H Hf Hg -•Hr

altura total de elevación

pérdidas totales en la succión e impulsión columna estática total

presión residual

Ec. (2)

17

E !CA PAR 11(L1 I LAR »E LOl1

H IH(i)

Hp( 1)

Hg(i) ALTURA GEOMÉTRICA DE IMPULSIÓN

ESTÁTICA

) «EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEÓ Y DEPÓSITOS

DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA

4:

Fig.7. Esquema de las componentes de la altura total de elevación de una bomba

Ni

DINÁMICA

IIg( s) ALTURA GEOMÉTRICA DE SUCCIÓN

Hp(s)

1

FUENTE: El Autor. Adaptación de: Manuel Roca Suárez Juan, Carratalá fuentes, Javier Solís Robaina. Fontanería "Bombas centrífugas e hidrocompresores". Departamento de construcción arquitectónica escuela técnica superior de arquitectura las palmas de gran canaria. Idioma Espaflol. Páginas 9 Fig. 14

2.7 FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS EN PARALELO

Cuando el caudal de una sola bomba es suficiente, puede aumentarse el caudal conectando varias bombas en paralelo. (fig. N° 8). Sin embargo, no basta multiplicar el caudal de una bomba por el número de ellas, sino que hay que proceder del modo siguiente: si trabaja solamente la bomba 1, se tiene el punto de funcionamiento BI, si trabaja la bomba 2 solamente, el punto de funcionamiento es el 132.

18

1 -. 1 :(('.\ I'%R!ICIl%1 DE tOJA

/ EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE 130013150 Y DEPÓSITOS 1 L DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA

_.111

_\

Wli

Fig. 8: Esquema del funcionamiento de dos bombas diferentes en paralelo

H

1Tço;: E ESQUEMA

0--ha 2

Bombas y2 Bomba 1

01Q2 03 L.1

FUENTE: El Autor. Adaptación de: Manuel Roca Suárez Juan, Canatalá fuentes, Javier Solís Robaina. Fontanería "Bombas centrifugas e hidrocompresores". Departamento de construcción arquitectónica escuela técnica superior de arquitectura las palmas de gran canaria. Idioma Español. Páginas 17 Fig. 19

Para calcular el punto de funcionamiento del conjunto B es necesario construir primero una curva Q-H común, la curva característica común se obtiene por adición de los caudales de cada una de las bombas.

Para ello se toman primero sobre el eje de ordeñadas varios valores, elegidos arbitrariamente, de alturas de elevación y se llevan estas alturas, por ejemplo Hl/H2/H3, a las curvas de las bombas 1 y 2. En los puntos de intersección de las alturas Hl, H2, H3, con la curva de la bomba 1 se obtienen los caudales correspondientes Ql, 02, Q3. Estos caudales se suman ahora simplemente a los caudales obtenidos con la curva de la bomba 2 en los puntos de intersección con las alturas HI, H2, H3. Los puntos C, D, E así obtenidos se unen entre sí para formar la curva característica común de las bombas 1 y 2.

El punto de intersección de la curva característica de la instalación con la nueva curva característica es el punto de funcionamiento B de las bombas funcionando

19 ' 1 F CN 1 ( 'A t'ÁRFRI( 't»%H. )E 1

Ql

) "EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS J

DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA

en paralelo. La curva característica común comienza en A porque por encima de A la bomba

1

En la fig. N° 9 se aclara el cálculo de la curva característica común de dos bombas conectadas en paralelo cuando tienen iguales curvas Q-H.

Fig. 9: Esquema del funcionamiento de dos bombas iguales en paralelo

FUENTE: El Autor. Adaptación de: Manuel Roca Suárez Juan, Carratalá fuentes, Javier Solis Robaina. Fontanería "Bombas centrifugas e hidrocompresores". Departamento de construcción arquitectónica escuela técnica superior de arquitectura las palmas de gran canaria. Idioma Español. Páginas 17 Fig. 20

Se aprecia claramente que el caudal conjunto que se consigue en el punto de funcionamiento B es menor que la suma de los caudales que se obtendrían con cada una de las bombas por sí solas en el punto BI.

2.8 FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS EN SERIE

La conexión de varias bombas, una a continuación de la otra (conexión en serie) se efectúa cuando no basta una sola bomba centrífuga para vencer la altura de elevación deseada.

20 1 (.Tí\UA I'ARIiCIJLAR 1)1. LO.,

"EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DEBOMBEÓ Y DEPÓSITOS J L DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LÓJA /1

J

En el funcionamiento en serie se suman las alturas de elevación de cada una de las bombas para el mismo caudal elevado.

Fig. 10: Esquema del funcionamiento de dos bombas diferentes en serie

H

A Hl

H2 H3

Hl _'1

112 112 ESQUEMA

113

Hl Bomba ly2

Bomba 1 Bomba 2

- . .QIQ2Q3 QB

FUENTE: El Autor. Adaptación de: Manuel Roca Suárez Juan, Carratalá fuentes, Javier Solís Robaina. Fontanería "Bombas centrífugas e hidrocompresores". Departamento de construcción arquitectónica escuela técnica superior de arquitectura las palmas de gran canaria. Idioma Español. Páginas 18 Fig. 21

Para determinar el punto de funcionamiento B para la elevación común, hay que determinar primero la línea Q-H del conjunto. Esta nueva curva se obtiene sumando las alturas de elevación de cada una de las bombas para un mismo caudal. La altura de elevación Hl de la bomba

1

Los puntos A, C, D, así obtenidos se unen para formar la curva característica común de las bombas 1 y 2. El punto de intersección de la curva característica de

21

f r\!lM3 1! T.'\!(. PRiiCt LR DE L()J.

í _{) 'EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS J} DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA _¡/

la instalación con la nueva línea Q-H es el punto de funcionamiento B de las bombas centrifugas Conectadas en serie.8

2.9 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN EN LAS ESTACIONES

DE BOMBEO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA

CIUDAD DE LOJA

Para obtener la información se recurrió a la firma de una carta compromiso con las autoridades de la UMAPAL, mediante la cual se aseguró la colaboración de esta entidad.

Una vez realizado este trámite se prosiguió a la siguiente etapa, la cual consistió en realizar visitas a las estaciones de bombeo, con el objeto de recopilar información referida al funcionamiento, mantenimiento, operación, control de calidad del agua trasegada, datos hidráulicos, datos eléctricos, ubicación y datos del personal de operación. (Ver anexo N°5)

2.9.1. Formato para la obtención de información

El formato usado consta de tres partes: datos generales; información de las motobombas y elementos constitutivos de las estaciones.

En el cuadro N° 2 se muestra el formato usado en la recolección de datos estaciones de bombeo.

8 _{Resumido de: Manuel Roca Suárez Juan, Carratalá fuentes, Javier Solfs Robaina. Fontanerfa "Bombas}

centrifugas e bidrocompresores". departamento de construcción arquitectónica escuela técnica superior de arquitectura las palmas de gran canaria. Idioma Español. Páginas 1-18

22

'(:N'('\ !'R!!(:IL.L DE IOJ.%

• _{) "EVALUACIÓN Y DIAGNÓStiCO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS}

¡ DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA

¡/1 \

Cuadro. 2: Formato para la obtención de información en las EB

Estación de bombeo DATOS GENERALES

Identificación de la estación de bombeo: La Pradera

Tipo de estación( de elevación o jefovzadora): Elevación

Tipo de succión (positiva o negativa): Positiva

Número de motobombas instaladas: 2

Tipo de bomba (velocidad variable o velocidad continua): Velocidad continua

Nombre del operador Leonardo Antonio Cartuche Z.

Ubicación (sector o barrio): Parque Pucará

Ubicación (coordenadas x,y,z):

Datos de los motores

Código Variable Motor 1 Motor 2

1 Marca MARATHON CEN1URY

2 Serie 39K61W583G1 S215JM

3 Caballaje (Hp) 25 15

4 Hz 60 60

5 RPM 3525 3490

6 Volt 230 2001230

7 Amp. 58 48138

Datos de las bombas

Código Variable Bomba 1 Bomba 2

1 Marca

2 Serie _{SIN PLACA SIN PLACA}

3 Size

4 RPM

Datos de Instalación

Código Variable Unidades

1 Diámetro de succión mm

2 Diámetro de la boquilla de succión de la bomba mm

3 Diámetro de la boquilla de wnpulsión de la bomba mm

4 Diámetro de la impulsión m

5 Diámetro total de la impulsión mm

6 Diámetro válvula de retención mm

7 Diámetro de la entrada a la cámara húmeda mm

8 Diámetro de desborde de la cámara húmeda mm

9 Diámetro del alivio de la impulsión mm

Otros

Código Variable Unidades

1 Personal de operación. Núm.

2 Personal de mantenimiento. Núm.

3 Tiempo total de formación Horas/año

4 Limpieza de la cámara húmeda m.Iaflo

5 Revisión/rehabilitación de bombas Núm./año

6 Pruebas de calidad del agua realizadas Númitrimestre

7 Frecuencia de encendido horas/día/bomba

FUENTE: El Autor.

23

) "EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS J DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA J/

2.9.2 Información eléctrica

En esta fase de la investigación, aparte de la colaboración dada por la UMAPAL, también se solicitó ayuda a la empresa eléctrica para que facilite la apertura de las cajas de tos medidores, esto mediante un trabajador de la empresa, una vez obtenidos los números de los medidores se procedió a realizar una petición para acceder a la información de consumo, la cual se detallara en el capítulo correspondiente a la evaluación y diagnostico.

En lo concerniente a la UMAPAL se pidió la colaboración del Sr. Luis Guillen, quien se desenvuelve actualmente como técnico electricista de la institución, con el mismo que se procedió a realizar visitas a cada una de las estaciones con el objeto de realizar un levantamiento visual y escrito de los elementos eléctricos que conforman cada estación de bombeo.

2.9.3 Determinación de las coordenadas

Las coordenadas de cada una de las estaciones fueron obtenidas con el uso de un GPS (sistema de posicionamiento global), la lectura se dio luego de haber logrado el enlace con seis satélites lo cual aseguró una lectura confiable, el GPS fue ubicado a la altura de uno de los ejes de la bomba con el objeto de aprovechar la lectura de la cota que posteriormente se utilizó para realizar las curvas características de cada una de las bombas.

Las coordenadas de los DA se las obtuvo de un estudio previo realizado por la UMAPAL.

2.10 CÁLCULO DE LAS CURVAS CARACTERÍSTICAS DE LOS

CONJUNTOS MOTOR—BOMBA

Debido a que no se logró localizar las curvas características de ninguno de los conjuntos motobomba, se procedió a la recolección de los datos necesarios para la determinación de estas; este proceso estuvo compuesto de las siguientes fases:

24 r' Ufl) 511 1 Úl_, NWA PARTICULAR DE iJJ\

"EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE L.is ESTACIONES bE Bó ÉO Y óÉpÓsitoS

J1

. Aforo a la salida de la columna de impulsión.

• Cálculo de la altura estática total.

• Cálculo de las pérdidas por fricción y accesorios en la columna de succión e impulsión.

• Cálculo de las curvas características de cada motor-bomba y del sistema de bombeo en general.

2.10.1 Aforo a la salida de la impulsión

Para realizar el aforo se solicitó la colaboración de los operadores de la red, a quienes se les dio instrucciones técnicas del ensayo y vía radio siempre se mantuvieron comunicados. El método de aforo consistió básicamente en tomar datos de volumen con respecto al tiempo para cada una de las simulaciones. Para este efecto se utilizó un formato en el cual se colocan los resultados para cada una de las opciones de operación dichas situaciones de operación dependieron del número de bombas instaladas en la estación, Así:

a) Si se trata de una estación compuesta por dos conjuntos motor-bomba las simulaciones de encendido son estas:

- Motor-bomba 1 - Motor-bomba 2

b) Si se trata de una estación compuesta por tres conjuntos motor-bomba las simulaciones de encendido son estas:

- Motor-bomba 1 - Motor-bomba 2 - Motor-bomba 3 - Motor-bomba 1 _{y 2}

- Motor-bomba 1 y 3 - Motor-bomba 2 y3

25

- "EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOM EÓ Y DEPÓSITOS

J

El volumen de bombeo se obtuvo realizando dos mediciones de la profundidad del depósito, al inicio y fin del ensayo, esta diferencia de niveles se multiplicó por el área del tanque (calculada con anterioridad).Fue de esta manera que al dividir el volumen trasegado para el tiempo de duración de ensayo como se logró calcular el caudal para cada combinación. Cabe destacar que el depósito receptor de bombeo permaneció estanco durante el periodo que duraron las pruebas.

En el cuadro N° 3 se muestra el formato en el cual se registraron los datos de los ensayos.

Cuadro. 3: Formato usado para el registro y cálculo de los aforos de bombeo

Volumen bombeado (m3) 21.489 Duración de la prueba (s) 1024

Caudal (l/s)= 20.99 Caudal (m3Is)= 0.021

FUENTE: El Autor.

26

1 FÉ 'r,(A r,.RTJcLJIu DE JO11

ÁT

Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEÓ Y DEPÓSITÓS DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA

2.10.2 Cálculo de la altura total de elevación

Para esta fase se acudió a las cotas obtenidas con el GPS, tanto la cota del eje de la bomba como la de la salida de la impulsión, este valor se determinó utilizando la siguiente expresión.

H = Hf+Hg+Hr Ec. (3)

Donde:

H - altura total de elevación

Hf pérdidas totales en la succión e impulsión Hg columna estática total

Hr presión residual

En el anexo N° 1 se puntualiza el cálculo detallado de la altura total de elevación.

2.10.3 Cálculo de las pérdidas locales y por fricción en la columna de succión e impulsión

La resistencia al flujo en los tubos, es ofrecida no sólo por los tramos largos, sino también por los accesorios de tuberías tales como codos y válvulas, que disipan energía al producir turbulencias a escalas relativamente grandes.

2.10.3.1 Cálculo de las pérdidas por fricción

Para el cálculo de las pérdidas por fricción se aplicó la expresión propuesta por Darcy - Weisbach.

27 istn n FÉcNieA !'ARFJCI'LAR DE

L Y2

hf=fx—x-D Zxg Ec. (4)

Rrij • -EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES 'E BOMBEO Y DEPÓSITOS

DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA_J/\.

Donde: Hf fóÁ L. D V

1

00

-

- longitud de la tubería - diámetro de la tubería

velocidad media del fluido aceleración de la gravedad - caudal

Cálculo del coeficiente de fricción f

El coeficiente de fricción _f depende de la velocidad, del diámetro, de la viscosidad cinemática y de la rugosidad absoluta, debido a que el régimen de flujo en todos los casos estudiados fue turbulento, para el cálculo de f (4) se usó la expresión

propuesta por Colebrook White y se obtuvo el valor de la raíz mediante la aplicación de método Newton - Rhapson.

1

[577

2.511

–2x1ou +

xD Rex/fi Ec. (5)

coeficiente de fricción diámetro de la tubería

rugosidad absoluta número de Reynolds

28

1L\ 'II TE(I''. I'ARii(:tLAR DE tWA

f )nrr didCatólica de Loja Donde:

f óA D

E:

T

)

"

ir

Número de Reynolds

El número de Reynolds (Re), permite evaluar la preponderancia de las fuerzas viscosas sobre las de inercia, para su cálculo se utilizó la siguiente expresión.

Re

Ec. (6)

Donde:

D diámetro de la tubería

V velocidad media del fluido y - viscosidad cinemática

2.10.3.2 Cálculo de las pérdidas locales

Además de las pérdidas de carga por rozamiento, se producen otro tipo de pérdidas que se originan en puntos singulares de las tuberías (cambios de dirección, codos, juntas...) y que se deben a fenómenos de turbulencia.

La suma de estas pérdidas de carga accidentales o localizadas más las pérdidas por rozamiento dan las pérdidas de carga totales.

Salvo casos excepcionales, las pérdidas de carga localizadas sólo se puedén determinar de forma experimental, y puesto que son debidas a una disipación de energía motivada por las turbulencias, pueden expresarse en función de la altura cinética corregida mediante un coeficiente empírico (K):9

h10

=

9Resumido de: Gilberto Sotelo Avila.2000. "I-IIDRÁULICA GENERAL". Volumen 1. Editorial Limusa. Idioma Español. Páginas 276-294.

29

:J\ _{\I) 1ItCNICA PARI1CUL\R DE LOJA}

"EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA

Donde:

h,0 - pérdida de carga local

K

- coeficiente

V - velocidad media del flujo g - aceleración de la gravedad

Coeficientes de pérdidas para los distintos accesorios que intervinieron en el cálculo

Los valores de

K

Fig. 11: Coeficientes de pérdida por entrada para diferentes formas

LW

_II

-/

n) K=(1. b) X = 0.5 + 03 (0O + 0.2co10

f

1) K= 0.5

FUENTE: Gilberto Sotelo Avila.2000. "IIII)RÁULICA GENERAL". Volumen 1. Editorial Limusa. Idioma

Espafiol. Página 298, Fig. 8.8.

30

l'CNJCA PARFICIJLAR DE LOJA

"EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS

iL

.

.Fig. 12: Coeficientes de pérdida para codos

FUENTE: Gilberto Sotelo Avila.2000. "HIDRÁULICA GENERAL". Volumen 1. Editorial Limusa. Idioma Español. Página 306, Fig.8. 18.

Cuadro. 4: Coeficientes de pérdida para válvulas de compuerta

MM 25 100 150 300 900

Valores de c 0.95 - - 850 680

-0.9 - - 215 165

-0.8 - - 47 35 28 0.75 32 16

-0.7 - - 16 12 9

0.6 - - 7 5.5 4

0.5 4.1 2.6 3.3 2.7 1.8

0.4 - - 1.7 1.3

-0.3 1.05 0.65

0.25 0.23 0.14

-0.2 - - 0.68 0.29

-0 0.23 0.14

-FUENTE: Gilberto Sotelo Avila.2000. "HIDRÁULICA GENERAL". Volumen 1. Editorial Liniusa. Idioma Español. Páginas 305,309. Tabla 8.11.

31 1 _{1, 1 ILtfl F(\('\ I'RP 1(1LR )E W.A}

"EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITÓS J DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA

Fig. 13: Válvula de compuerta para uso del cuadro 4

FUENTE: Gilberto Sotelo Avila.2000. "HIDRÁULICA GENERAL". Volumen 1. Editorial Limusa. Idioma

Español. Páginas 305,309. Fig. 8.21.

Fig. 14: Coeficientes de pérdida para curvas de diámetió constante

•

_Fi

,.TI

Enzazafflauu

:

NERMENENEZ

EMENMENE

•

9 LIN, a a 11 rt ,wq mm

ENESONSE

Liso

•uuaaau!...

RIl)

FUENTE: Gilberto Sotelo Avila.2000. "HIDRÁULICA GENERAL". Volumen 1. Editorial Liinusa. Idioma

Español. Páginas 304.Fig 8.16.

32

-. •, _{DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA}"EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS

Fig. 15: Coeficientes de pérdida para curvas compuestas.

FUENTE: Gilberto Sotelo Avila.2000. "HIDRÁULICA GENERAL". Volumen 1. Editorial Limusa. Idioma Espaflol. Páginas 307.Fig 8.20.

Cuadro. 5: Coeficientes de pérdida para válvulas de pie con pichancha

K E

cnm enm

0.040 12.9 0.20 5,

0.050 10.0 0.25 4,4

0.065 U 0.30 3.7

0.080 8.IP 0.35 3.4

0.100 7,0 0.40 3.1

0.123 6.5 0.45 18

0.150 6.0 030 23

FUENTE: Gilberto Sotelo Avila.2000. "HIDRÁULICA GENERAL". Volumen 1. Editorial Liniusa. Idioma Espaifol. Páginas 31 O.Tabla 8.16.

33

» FPCNJCA PARTICULAR DE LOJA

j

4

"EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBED Y DEPÓSITOS DE ALMACENAMIENTO DEI SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA

Fig. 16: Válvula de pie de pozo para uso del cuadro 5

FUENTE: Gilberto Sotelo Avila.2000. "HIDRÁULICA GENERAL". Volumen 1. Editorial Limusa. Idioma Español. Páginas 3 IO.Tabla. Fig. 8.26.

Cuadro. 6: Coeficientes de pérdida para válvulas retención completamente

abiertas

Den m 0.05 0.075 010

0.15

0.2 0.25 0.3 035 0.4 0.5

K

15 11 8

63

5.5 43

3

23 0.8

FUENTE: Gilberto Sotelo Avila.2000. "HIDRÁULICA GENERAL". Volumen 1. Editorial Limusa. Idioma

Español. Páginas 3 IO.Tabla 8.17.

34

N!VERSIJM» TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA

r ) "EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS EStACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS

.1.

Fig. 17: Válvula de retención para uso del cuadro 6

FUENTE: Gilberto Sotelo Avita.2000. "HIDRÁULICA GENERAL". Volumen 1. Editorial Limusa. Idiomá Español. Páginas 310. Fig. 8.27.

Cuadro. 7: Coeficientes de pérdida para bifurcaciones en tuberías (cantos agudos)

- Separación Unión

0 9 045 e.9O' Ir45'

K K6 K , K4 K K

0.95 0«04 0.90 OM -1.20 0.04 -0.92 004

0.2 028 -0.08 0.68 -4.06 -0.40 0.17 -038 0.17

0.4 0.89 -0.05 0.50 -4.04 0.08 0.30 0.00 0.19

0.6 0.95 0.07 0.38 0.07 0.47 0.40 022 0.09

0.8 1.10 011 0.35 020 0.72 021 031 -0.17

LO 118 035 0.48 0.33 0.91 0.60 0.37 -.0.54

FUENTE: Gilberto Sotelo Avila.2000. "HIDRÁULICA GENERAL". Volumen 1. Editorial Llinusa. Idioma Español. Páginas 314,31 5.Tabla 8.20.

35

OVE ! SDAD Ç'N!CA PARFI(1JAR DE LOJA

II

b) Uaión

'EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA

t ,

Fig. 18: Bifurcaciones para uso del cuadro 7

a) Separación

FUENTE: Gilberto Sotelo Avila.2000. "HIDRÁULICA GENERAL". Volumen 1. Editorial Límusa. Idioma Español. Fig. 8.35.

Cuadro. 8: Coeficientes de pérdida para un ensanchamiento brusco

W1/W2 10 1 9 1 8 7 6 5 4 3 2

K

1

FUENTE: ¡ng. José Sánchez Paladines. Apuntes de Mecánica de Fluidos. 2005

Fig. 19: Ensanchamiento brusco para uso del cuadro 8

1 _V2

-FUENTE: ¡ng. José Sánchez Paladines. Apuntes de Mecánica de Fluidos. 2005

36

1I' (NIC PARIRTI. %.R OE LOI

) EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS _J 1 DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA

Cuadro. 9: Coeficientes de pérdida para un difusor cónico

0 7.5 10 15 20 30

A j 0,14 0,16 0,27 0,43 081

K =dx(

wz

Wj_

)

-FUENTE: ¡ng. José Sánchez Paladines. Apuntes de Mecánica de Fluidos. 2005

Fig. 20: Difusor cónico para uso del cuadro 9

V1—

ZV12

FUENTE: Lng. José Sánchez Paladines. Apuntes de Mecánica de Fluidos. 2005

Cuadro. 10: Coeficientes de pérdida para una contracción brusca

W

1

/W2

FUENTE: ¡ng. José Sánchez Paladines. Apuntes de Mecánica de Fluidos. 2005

Fig. 21: Contracción brusca para uso del cuadro 10

- - - - - - - _V2-~W2

Vvi

II 1 It JLI 1 FI IJ

FUENTE: ¡ng. José Sánchez Paladines. Apuntes de Mecánica de Fluidos. 2005

37

9.51) TÉ(;NR A j' R[UI'&R )F LOJA

"EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO Y DEPÓSITOS

J

¡

Cuadro. 11: Coeficientes de pérdida para una reducción gradual

eo 4a5 7 10 15 20 25 30 35 40 45 60 70 80

0,16 0,16 0,18 0 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,35

FUENTE: Ing. José Sánchez Paladines. Apuntes de Mecánica de Fluidos. 2005

Fig. 22:, Reducción gradual brusca para uso del cuadro 11

10,1 W-1-,

FUENTE: ¡ng. José Sánchez Paladines. Apuntes de Mecánica de Fluidos. 2005

2.10.4 Cálculo de la curva característica de cada motor-bomba, para estaciones en las que se da el funcionamiento en paralelo.

El cálculo de estas curvas dependió principalmente del tipo de estación, a

continuación se detalla el procedimiento . que se siguió para el cálculo de las curvas características en estaciones donde se da el funcionamiento en paralelo.

Para el siguiente procedimiento se tomó como base una estación de bombeo la cual cuenta con dos bombas las mismas qué pueden funcionar de manera

individual o en paralelo.

1. Se determinó la altura total de elevación y caudal de impulsión para las dos

condiciones de funcionamiento, es decir la bomba N°1 funcionando

individualmente _{y las bombas N°1 y NO2 funcionando en paralelo.}

38 '°SI!L\ 1) flL:NC% PItJJCULAR »E LOJ

71,11r-.) REVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LAS ESTACIONES DE SON BEO Y DEPÓSITOS J L

DE ALMACENAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LOJA ¡II \%.

A continuación se detalla los símbolos a ser utilizados:

• H1.- altura total de impulsión para la bomba N°1 funcionando individualmente

• Qi.- caudal impulsado por la bomba N11 funcionando individualmente

• H1..2.- _{altura total de impulsión para las bombas N°1 y NO2 funcionando}

en paralelo

•' 01-2.- caudal impulsado por la bomba N°1 y N°2 funcionando en

paralelo

2. El siguiente paso en este proceso fue el traslado del punto H1.2 y _Q1..2de la

curva característica combinada generada por las dos bombas funcionando en paralelo hacia la curva correspondiente a la bomba N01. (fig. 15)

Fig. 23: Esquema de las curvas características generadas por el funcionamiento individual y en paralelo de las bombas N9 y N°2.

FUENTE: El Autor.

En la gráfica se observa los puntos de coordenadas: _(Q1, H1) correspondiente a la bomba N°1 y (Q, H1..2) correspondiente a las bombas N°1 y N O2 funcionando en

paralelo.

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\LUSUM) 1iCNCA PARTICULAR DE LOJA

r)

1

«

1

En lo correspondiente a la curva característica de la bomba N11 se asumió que esta correspondía a la siguiente ecuación:

Hn = A—Cx Qn2 Ec. (8)

Donde:

Hn - altura de impulsión para la bomba N°1

Qn - caudal impulsado por la bomba N°1 a la altura Hn

A y C - coeficientes que dependen de la geometría de la curva

De la ecuación anterior se puede concluir que bastarían dos puntos de la curva (para por medio de un sistema de ecuaciones) despejar las constantes A y C; en resumen, nosotros ya contamos con uno de estos puntos (Q1, li ) que se lo

obtuvo del aforo y cálculo de altura total de impulsión

respectivamente;

Seguidamente se muestra la manera en que se convierte el punto (Q12, H1..2) de

la curva correspondiente a las dos bombas funcionando en paralelo, en el segundo punto correspondiente a la curva de nuestra bomba.

Ahora bien, como ya se explicó anteriormente los puntos de una curva característica generada por dos bombas funcionando en paralelo se obtienen en su ordenada conservando la altura de impulsión de las bombas y en su abscisa sumando los caudales impulsados por ambas bombas.

Siendo así cuando se trata de dos bombas idénticas funcionando en paralelo el punto dé interés vendría dado en su ordenada por la misma altura de impulsión

H1..2 es decir H, = H1..2 y en su abscisa _Ql seria _{Q1..2 dividido entre dos.}

En la presente investigación ninguna de las estaciones de bombeo contó con bombas de comportamiento idéntico por lo cual Ql se obtuvo al dividir Q1..2 por un

40 \\ AVO1 ). TÉCN !C.A I'I1i(:ULR DE 1,0JA