Elementos de una red de saneamiento (II)

Elementos de una red de
saneamiento (II)
Referencias
[1] White. 1994. Mecánica de Fluidos. McGrawHill.
[2] Ingeniería de aguas residuales. Redes de
alcantarillado y bombeo. Metcalf & Eddy. 1995.
Ed. McGraw-Hill.
[3] Hernández-Muñoz & Hernández-Lehman.
2004. Manual de saneamiento URALITA. Ed.
Thomson-Paraninfo.
[4] EMASESA. Instrucciones técnicas para redes
de saneamimento (PD 00512).
1
Compuertas de retención
Alcantarilla
Medio receptor
Se emplean cuando la salida de una alcantarilla esté
situada en una masa de agua sujeta a apreciables
fluctuaciones de nivel.
Consiste en una clapeta oscilante situada sobre un marco de asiento
inclinado. Ésta se abre cuando la presión en la alcantarilla es superior a
la presión en el punto de vertido y cierra en caso contrario.
Cámaras de descarga
Depósitos que se sitúan en los extremos superiores de las
derivaciones desde los que se realizan descargas bruscas
de agua, para la limpieza de la alcantarilla, evitando la
aparición de sedimentaciones permanentes.
Constan de
1.- Un depósito cuya capacidad puede oscilar entre 500 litros y 10 m3,
según la importancia de la alcantarilla.
2.- Una entrada de agua provista de un regulador que garantice un
llenado lento del depósito.
3.- Un sistema de descarga brusca, que puede ser manual aunque
generalmente es automático.
4.- Un tubo aliviadero que impide el desbordamiento del depósito en
caso de fallo del sistema de descarga.
2
Ventilación
Elementos que garantizan la existencia condiciones
aerobias en los colectores y evitan la retención de gases
en puntos altos de sumideros.
Ventilación natural
1)
Instalación de chimeneas de tiro
que desembocan sobre los tejados
de los edificios. Altura de las
chimeneas: 9 m sobre la calzada.
Diámetro interior: 20 cm. Colocación
cada 250-300 m.
2) Uso de los tubos de bajada de aguas
pluviales de los edificios como
elementos de ventilación.
Ventilación forzada
Colocación de extractores de aire
en puntos altos de la red.
Inconvenientes: carestía de sus
instalaciones, longitud de las
tuberías que disminuye la acción de
la aspiración y alto coste de
explotación.
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Adaptaciones de la red a la topografía
Presencia de obstáculos
Pozo de registro
Pozo de registro
Río
Sifónes
Adaptaciones de la red a la topografía
Pendiente insuficiente
h
Desagüe
h
Estaciones de bombeo
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Adaptaciones de la red a la topografía
Pendiente excesiva
Desagüe
Rápidos
Sifones
Tramos de las alcantarillas que quedan por debajo de la
línea piezométrica, por tener que salvar un obstáculo (p.ej.
ríos, o vías soterradas).
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Sifones
Tramos de las alcantarillas que quedan por debajo de la
línea piezométrica, por tener que salvar un obstáculo (p.ej.
ríos, o vías soterradas).
La tubería de la conducción trabaja a presión y une dos colectores
en lámina libre situados en sus extremos Los sifones invertidos
se construyen normalmente de fundición dúctil, hormigón armado u
otro tipo de tubería de presión.
Difícilmente visitables Velocidad mínima de 1 m/s o más para
aguas residuales domésticas y 1.25 a 1.5 m/s para aguas
pluviales, para evitar acumulación de sólidos Instalar varias
tuberías, en lugar de una sola, para mantener velocidades
adecuadas en todo momento.
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Rápidos
Puntos singulares en los que se pretende romper la carga
del agua sin provocar velocidades excesivas.
Ejemplo – Solera en cascada
Instalaciones de bombeo
¿Cuando se instalan bombas en la red de
saneamiento?
- La cota de la zona a servir es demasiado baja para que
el agua residual pueda ser evacuada por gravedad a los
colectores en proyecto
- Se quiere dar servicio a zonas situadas en el exterior de
la cuenca vertiente, pero perteneciente al término a
sanear
- La topografía urbana es tal que las alcantarillas, para
tener suficiente pendiente, han de ser tan profundas que
su coste de construcción resultaría muy elevado
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Tuberías y valvulería
Suministro eléctrico +
grupo electrógeno
Bombas
Cámaras de aspiración o
depósito de bombeo
Estación de bombeo
Sistemas de control
Bombas
Desplazamiento
positivo
Dinámicas
Contorno móvil que, por
cambios de volumen, obligan al
fluido a avanzar a través de la
máquina
Aportan cantidad de
movimiento al fluido por medio
de paletas, álabes giratorios o
dispositivos especiales
Alternativas
Pistón o émbolo
Rotativas
Peristáltica
Rotativas
(centrífugas)
Especiales
de chorro
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Bombas de tornillo
h
Ø
Valores típicos de diseño
α ≈ 30-38º
h<9m
Ø ≈ 0.3 – 3m
Q ≈ 0.01-3.2 m3s-1
Bombas centrífugas
Principio de conservación de energía para volúmenes de control
 p V2
  p V2

H = 
+
+ z  − 
+
+ z  = hs − h f
 ρg 2 g
 2  ρg 2 g
1
Altura manométrica
Si V1 ≈ V2, y z1 ≈ z2 →
 ∆p 

H ≈ 
 ρg 
Carga
suministrada
Pérdidas de
carga por
fricción
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Potencia suministrada al fluido
o potencia útil
Pw = ρgHQ
Potencia al freno
Pf = Tω
Q = caudal impulsado
ω = velocidad angular del eje;
T = par aplicado en el eje
η=
Rendimiento
Volumétrico
Pw ρgHQ
=
Pf
ωT
Mecánico
Hidráulico
Curva característica de una
bomba para una velocidad de
rotación fija
Acoplamiento de bombas a una red
z2 = 20 m
z1 = 10 m
Bomba
Principio de conservación de energía para volúmenes de control
z 2 − z1 +
V2 
fL

+∑K= H
∑
2g 
D

Pérdidas de carga
f (Q)
Altura manométrica
Carga del sistema
10
¿Caudales de bombeo variables?
Bombas de
velocidad variable
Q2 n2  D2 

≈ 
Q1 n1  D1 
H 2  n2 
≈ 
H 1  n1 
2
3
 D2 


D
 1
P2 ρ 2  n 2 
 
≈
P1 ρ1  n1 
3
3
 D2 


D
 1
Reglas de
semejanza
5
11
¿Caudales de bombeo variables?
Bombas de
velocidad variable
Bombas conectadas
en paralelo
Q A + QB < Q A+ B
Control de bombas en paralelo y una sola
velocidad
f ( nivel del agua en la cámara de aspiración) f (z2-z1)
El aporte de agua a la cámara de
aspiración es > caudal bombeado
el nivel z1 aumenta
H
A
B
z2-z1
1
Q
2
3
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Control de bombas en paralelo y una sola
velocidad
f ( nivel del agua en la cámara de aspiración) f (z2-z1)
5
H
El aporte de agua a la cámara de
aspiración es < caudal bombeado
el nivel z1 disminuye
4
A
B
z2-z1
Q
1
2
3
Control de bombas en paralelo y una sola
velocidad
f ( nivel del agua en la cámara de aspiración) f (z2-z1)
5
H
Punto de parada
4
A
Puntos de control
B
z2-z1
1
2
3
Q
Punto de arranque
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¿Cuánto dura el ciclo de funcionamiento de la bomba
B?¿Cuanto dejamos que suba el nivel de agua en la
cámara de aspiración para arrancar la bomba B?
Dependerá de:
1.- Caudal neto aportado ( i = caudal entrante – QA )
2.- Caudal bombeado por A y B = QA+B
3.- Volumen (y área) de la cámara de aspiración
Hay, sin embargo, un tiempo mínimo de funcionamiento de la
bomba θ. Se deben evitar ciclos de funcionamiento demasiado
cortos. P.ej., para motores de potencia entre 75 y 200 kW, el tiempo
entre arranques debe estar comprendido entre 20 y 30 mins. [2]
El volumen de la cámara de control, V, debe ser
determinado en función de los caudales y el tiempo
mínimo de funcionamiento θ
Volumen de la cámara de aspiración
Q0
QA
i = Q0- QA
V
tf =
V
i
(tiempo de llenado)
θ=
Q0
QA+B
q = QA+B- QA
V
te =
q −i
V
V
+
q −i i
(tiempo de un ciclo
de bombeo)
(tiempo de vaciado)
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θ=
V
V
+
q −i i
¿Cuál es el valor de i que hace mínimo a θ?
i2
… es igual al valor de i que hace máximo V/θ
=i−
θ
1
q
Para i =
el valor de θ es mínimo
2
V
V
V
V
V
θq
+ =
+
=4
θ=
⇒
=V
q −i i q −q/2 q/2
q
4
V
CRITERIOS de diseño de cámaras de aspiración
- Debe existir un tiempo de retención máximo en la cámara de
aspiración para minimizar el potencial de desarrollo de condiciones
sépticas y producción de olores (≈ 10 min para el caudal medio de
proyecto).
- Se requiere un intervalo de control de al menos 1 m entre los niveles
máximo y mínimo.
Proyectos de saneamiento
•
•
Memoria (describe los criterios y premisas que justifican la solución adoptada)
Anejos de cálculo justificativos
–
–
–
–
–
•
Planos
–
–
–
–
–
–
–
–
•
Situación actual de la red de alcantarillado
Topografía
Estudio hidrológico
Cálculos hidráulicos
Cálculos mecánicos
Situación
Planta de redes ya existentes
Planta de cuencas vertientes y puntos de conexión a la red
Planta de las obras a ejecutar
Perfiles longitudinales
Secciones tipo
Detalles de obras complementarias
Planta de servicios afectados
Pliego de condiciones
[4]
15
Normativa española sobre redes de
saneamiento
•
Pliego de prescripciones técnicas generales para tuberías de
saneamiento del MOPTMA (Orden de 15 de septiembre 1986)
– Condiciones generales
– Elementos complementarios de la red Pozos de registro,
imbornales/sumideros, acometidas domiciliarias, aliviaderos
– Materiales
– Ensayo de tubos y juntas
– Tubos de hormigón en masa, hormigón armado, amianto cemento,
gres, PVC, HDPE ,PRFV
– Instalación de tuberías
– Pruebas de la tubería instalada
•
Norma Tecnológica Española sobre Alcantarillado (NTE-ISA)
–
–
–
–
–
Diseño
Cálculo canalizaciones / aliviaderos
Construcción
Control
Valoración y Mantenimiento
· Normas para la redacción de proyectos de abastecimiento y
saneamiento de poblaciones, 2ª ed. Nov1976. D. Gral. de O.H. del
MOPU.
· Norma UNE-EN-752.
- UNE-EN 752-1: Generalidades y definiciones.
- UNE-EN 752-2: Requisitos de comportamiento.
- UNE-EN 752-3: Proyecto.
- UNE-EN 752-4: Diseño hidráulico y consideraciones medioambientales.
- UNE-EN 752-5: Rehabilitación.
- UNE-EN 752-6: Instalaciones de bombeo.
- UNE-EN 752-7: Operaciones y mantenimiento.
•
•
•
Normas UNE sobre materiales, instalación y prueba en obra
Normativa Internacional (ASTM, AWWA, DIN, ISO) sobre materiales,
instalación y puesta en obra.
Cálculo de esfuerzos mecánicos en tuberías y selección de tubos –
Publicación del IRYDA (Instituto Nacional de Reforma y Desarrollo
Agrario).
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